09/06/2015

La atmósfera terrestre

Ciencias Naturales 1º de E.S.O. Francisco J. Barba Regidor Curso: 2014-15

Definición y composición La atmósfera (o aire) de la Tierra es la fina capa de gases que rodea el planeta y que es retenida por la gravedad del planeta. Esta capa se compone de una mezcla de diferentes gases en diferentes proporciones. Aunque no podemos verlo verlo, somos capaces de percibir su presencia por medio del viento. La composición del aire es también diferente de unos lugares a otro. Por lo tanto, es diferente, en ambientes limpios que en las contaminados. Cuando el aire es limpio y seco, su composición se muestra en la tabla en la siguiente diapositiva.

La cordillera de los Andes tal como se ve desde la nave Gemini 7, que muestra la vista de la atmósfera desde el espacio. Imagen de Wikipedia.

La composición del aire Nombre

Símbolo % en Volumen

Nitrógeno

N2

Oxígeno

O2

20.9476 %

Argon

Ar

0.934 %

78.084 %

Dióxido de carbono

CO2

0.0314 %

Neón

Ne

0.001818 %

Metano

CH4

0.0002 %

Helio

He

0.000524 %

Kripton

Kr

0.000114 %

Hidrógeno

H2

0.00005 %

Xenon

Xe

0.0000087 %

Imagen de Wikipedia

1

09/06/2015

La atmósfera primitiva se componía de vapor de agua, dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, amoníaco, metano y otros óxidos, pero no de oxígeno. Los primeros seres vivos (cianobacterias) producían oxígeno por fotosíntesis. Las moléculas formadas a partir de estas reacciones ocuparon el lugar de algunos gases. Mucho más tarde, se formó una capa de ozono 10 kilómetros por encima de la superficie con oxígeno normal. La capa de ozono protege la vida de la radiación dañina del sol

Estructura de la atmósfera

Imagen y texto tomados de http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/3 ESO/energia_externa/contenidos6.htm

La atmósfera primitiva

Picture from: http://www.ozh2o.com/atmos.jpg

La atmósfera se divide en 4 capas, atendiendo a sus características físicas: Troposfera (0‐12Km). Es la capa inferior, donde se desarrolla la vida y se producen los fenómenos atmosféricos. Termina en la Tropopausa. Estratosfera (12 a 45 Km). Se produce un aumento en la temperatura de la Atmósfera que puede alcanzar los 100ºC. Aquí hay una mayor concentración de ozono (la Ozonosfera). El ozono ( 03) es un gas estable que absorbe radiaciones UV, que imposibilitan el desarrollo de la vida. Esta capa p termina en la Estratopausa. p Mesosfera (40 a 90Km). Se produce una disminución de la temperatura, que puede llegar a ‐80 ºC. Termina en la Mesopausa. Ionosfera o Termosfera (90 a 500Km). Se denomina así porque los átomos y moléculas existentes se encuentran en forma de iones, es decir, con carga eléctrica. También, se denomina Termosfera, porque la temperatura de esta capa aumenta hasta los 1.500 ºC, debido a la absorción de la energía de las radiaciones que llegan a ella. En esta capa se produce la reflexión de las ondas de radio y televisión.

Las capas de la atmósfera, su ocupación y su capacidad de protección Tomado de http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/3ESO/energia_externa/contenidos6.htm

2

09/06/2015

PROPIEDADES DE LA ATMÓSFERA El aire posee una serie de características que permiten a los organismos terrestres desarrollar sus actividades. Entre ellas destacan: • Presenta una elevada transparencia a la luz. Ello le proporciona una gran visibilidad y mayor eficacia para la fotosíntesis. • Permite la propagación del sonido, ya que las ondas sonoras se transmiten a través del aire. • Tiene poder de sustentación. Ello posibilita el vuelo de los organismos voladores.

El tiempo atmosférico La atmósfera es una enorme máquina térmica, movida por medio de la energía solar. En su interior se desarrolla el tiempo meteorológico

Así, el tiempo meteorológico describe el estado de las condiciones atmosféricas en cierto lugar, en un corto período de tiempo. El tiempo incluye:

• Humedad. • Nubes. Nubes • Precipitaciones (lluvia, nieve, granizo). • Temperatura. • Viento. Picture from: http://www.metoffice.gov.uk/education /secondary/students/forecasting/Weat her_Forecasting.gif

Viento El viento es el flujo de aire o conjunto de gases que componen la atmósfera de la Tierra.

Imagen de: http://www.cienciasatlantico.blogsek.es/2014/11/07/anti ciclones-borrascas-y-viento/

Los vientos son producidos por las diferencias de temperatura del aire, y por lo tanto de densidad, entre dos regiones de la Tierra (E. Torricelli). A medida que el aire asciende en altura por calentamiento superficial genera una zona de baja presión (B –borrasca‐), y desplaza hacia la superficie al aire de altura, que, al chocar con el suelo, forma una zona de alta presión (A –anticiclón‐) y reemplaza al que se ha elevado elevado, repitiéndose el ciclo. Como el aire, al calentarse, se eleva, el vapor de agua presente comenzará a enfriarse y a condensarse, formándose nubes en las áreas adyacentes, donde esta masa de aire húmedo asciende (en la zona de borrasca). Por eso, el “buen tiempo” está a menudo asociado con altas presiones, mientras que el “mal tiempo” se asocia a menudo con bajas presiones.

3

09/06/2015

Vientos

Imagen de: Ciencias de la Naturaleza, 1º de ESO, Entorno. Ed. SM

Mira la figura. Diferentes elementos indican qué camino sigue el aire. 1. ¿Cuál es ese camino? 2. Justifica la respuesta?

Brisas

La brisa marina (A) es el resultado del calentamiento irregular de la superficie terrestre. Durante el día, las masas de aire por encima del suelo se calientan más que aquellos que están sobre el mar. Cuando esto sucede, el aire caliente asciende y es sustituido por el aire más frío del mar. La brisa terrestre (B) comienza con el enfriamiento del aire del suelo. En estos casos, las diferencias de temperatura entre el cuerpo de agua y la tierra vecina producen un viento fresco que sopla hacia alta mar. Este viento se llama "brisa de tierra". Éstas son más fuertes a lo largo de la costa inmediata, y se debilitan considerablemente más hacia el interior.

El aire pesa. La presión que ejerce sobre una superficie es la presión atmosférica. Se debe a la gravedad, y se mide en milibares (mb). En el siglo XVII, el científico italiano Evangelista Torricelli probó que la presión atmosférica disminuye con la altura. Por lo tanto,, la presión p atmosférica es mayor al nivel del mar que en la cima de una montaña. Se ha calculado una disminución de 100 mb por cada kilómetro de altura. La densidad del aire en la superficie terrestre es de 1 kg/m3. Esto significa que 1 m3 pesa 1 kg.

Brisas. De: http://es.wikipedia.org/wiki/Brisa

Presión atmosférica La presión atmosférica también varía con la temperatura. Así, si una zona de la atmósfera es calentada fuertemente, aumenta su temperatura y la densidad del aire disminuye, por lo tanto, también la presión atmosférica. De la misma manera, si en un lugar concreto el aire se enfría, la presión atmosférica de ese lugar aumentará. Las zonas de alta presión, por encima de 1013 mb., se señalan con la letra A y se denominan anticiclones. Las de baja presión se marcan con la letra B y se llaman ciclones o borrascas.

Tomado de: http://www.elperiodico. cat/comunes/meteo/dat a/isobaras.jpg

4

09/06/2015

Meteorología… ¿qué es? La meteorología es el estudio científico interdisciplinar de la atmósfera que se centra en los procesos meteorológicos y de su previsión. También se puede definir como el estudio de diferentes variables atmosféricas para hacer predicciones meteorológicas.

Picture from: Ciencias de la Naturale eza, 1º de ESO, Entorno. Ed. SM

Los meteorólogos recogen información sobre la temperatura, las precipitaciones, los vientos, la humedad del aire, la presión atmosférica y las nubes para hacer la predicción del tiempo.

El huracán Hugo sobre Estados Unidos (1989). Los huracanes se desarrollan en el mar, en principio como tormentas tropicales, y a menudo que pasan sobre aguas calientes van cargándose de energía. Una vez que entran en el continente, pierden su energía y se transforman en nuevas tormentas. Imagen de Wikipedia.

Instrumentos meteorológicos

Predicción del tiempo (1)

http://www.iescasasviejas.net/salus/SALUS%20D OCUMENTOS/2BHGEHU/imagenes1/clima/CONCE PTOSCLAVE.htm

El aire se mueve desde las áreas con alta presión a las de baja presión. Esto permite a los meteorólogos predecir el tiempo. El aire se mueve porque el sol lo calienta. El aire caliente asciende y el más frío que lo rodea se mueve para ocupar el lugar dejado por el otro. Para representar las variaciones de presión se utilizan las isobaras, líneas que unen puntos de igual presión atmosférica. • Área de baja presión (Borrasca, B). El aire se mueve hacia el interior del área, atrayendo masas de aire húmedo que a medida que se calienta sobre la superficie asciende provocando la formación de nubes y las precipitaciones. • Área de alta presión (Anticiclón, A). El aire se mueve desde el interior del área hacia fuera, desplazando las masas de aire húmedo a las zonas aledañas, no formándose nubes.

5

09/06/2015

Predicción del tiempo (2) En un planeta “inmóvil”, los vientos en las borrascas (B) y en los anticiclones (A) se moverían paralelamente a las isobaras. 1

Es lo que se representa en la figura 1. Sin embargo, nuestro planeta gira alrededor de su eje, hacia el Este, lo que hace que el aire se mueva “en espiral”.

2

Es lo que se representa en la figura 2.

Predicción del tiempo (3)

A

Mapa isobárico previsto para el 20/01/2009 a las 01:00 h. Tomado de www.elmundo.es

Observa las líneas isobaras. Se distribuyen de manera concéntrica.. Con tres zonas de borrasca (B) bien definidas desde el sur de Túnez (N de África) hasta el norte de las islas Británicas. El anticiclón queda situado en el Atlántico frente a la península Ibérica. Los vientos que nos llegan son del NW (fríos y húmedos por lo tanto). La velocidad de éstos es tanto mayor cuanto más juntas estén las isobaras. Así, en Irlanda, donde las líneas están muy juntas, tendrán d á vientos muy ffuertes hacia el interior de la propia borrasca; en cambio, en las otras dos borrascas los vientos serán más suaves. En España, por donde además aprovecharán a pasar frentes fríos (líneas azules: masas de aire frío que avanzan desplazando hacia arriba aire caliente), formando nubes que traerán precipitaciones, tras cuyo paso volverá a verse el sol. Los mapas siguientes nos lo indican…

Predicción del tiempo (4) 19.01

20.01

Mapas de previsión meteorológica previstos para los días 19 y 20 de enero de 2009. Tomados de www.elmundo.es

6

09/06/2015

Picture from: Ciencias de la Naturaleza, 1 1º de ESO, Entorno. Ed. SM

Los frentes

En una diapositiva anterior hemos hablado de frentes fríos para indicarnos la probabilidad de precipitaciones en la previsión meteorológica. Los cambios meteorológicos se deben principalmente al movimiento de grandes masas de aire. Cuando masas de distinta temperatura se encuentran frente a frente, chocan y originan precipitaciones y tormentas. Las zona de contacto entre ambas masas se denomina frente. Hay varios tipos de frentes. En particular, aquí estudiaremos dos tan solo: 1. Frente frío (arriba en la figura). Masas de aire frío que avanzan desplazando hacia arriba aire caliente y provocando en altura la formación de nubes de crecimiento vertical. Los frentes fríos se mueven rápidamente. Son fuertes y pueden causar tormentas de truenos, chubascos, tornados, vientos fuertes y cortas tempestades de nieve antes del paso del frente frío, acompañadas de condiciones secas a medida que el frente avanza. 2. Frente cálido (abajo en la figura). Masas de aire caliente que empujan a una masa de aire frío y por encima de ésta, formando lluvia, nieve o llovizna. La neblina es común en el aire frío que antecede a este tipo de frente.

El frente frío

Imagen tomada de: http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:FrenteFrio.PNG

Factores que afectan el clima El clima describe el patrón característico de tiempo en un área, durante un largo período de tiempo. Hay muchos factores que afectan el clima en todo el mundo. Los más importantes son (descartamos aquí la influencia humana, recientemente descubierto su papel): • La latitud o la proximidad a Ecuador. En el Ecuador, la energía solar se concentra y hace que la temperatura aumente. Hacia el norte y el sur, la energía solar se extiende más y hace que las temperaturas sean más frías. • Altitud. El clima puede ser afectado por las montañas. Cuanto más alto es un lugar, g , más frío será. • Distancia del mar (continentalidad). ‐ El agua de mar se calienta y se enfría lentamente. En invierno el mar libera calor, manteniendo las zonas costeras más cálidás. ‐ la Tierra se calienta y se enfría rápidamente. En verano, el mar frío mantiene las zonas costeras más frescas. • Las corrientes oceánicas. ‐ Las Corrientes oceánicas cálidas fluyen hacia arriba desde los trópicos hasta los polos y calientan sus alrededores, especialmente en invierno. ‐ Las Corrientes oceánicas frías pueden reducir la temperatura en las zonas costeras que recorren.

Pictures from: http://www.ecn.ac.uk/Education/factors_affecting_climat e.htm#Relief

7

09/06/2015

Nubes y precipitación La lluvia ocurre cuando la condensación hace que las gotas grandes y pesadas que caigan a la Tierra. La nieve y el granizo se producen cuando el vapor de agua se congela en las nubes. Las nubes se forman cuando el aire ascendente se enfría. Las moléculas de vapor de agua en el aire se condensan para formar gotitas o cristales de hielo.

Picture from: Ciencias de la Naturaleza, 1º de ESO, Entorno. Ed. SM

Nubes y más… Hay tres tipos básicos de nubes: cirros, cúmulos y estratos. Hay numerosas variaciones de éstas.

Cúmulos sobre Swifts Creek, Victoria, Australia. From: http://en.wikipedia.org/wiki/Cloud

Nubes… Altocumulus: Nubes que forman bandas paralelas o masas redondeadas. De: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/w whlpr/altocumulus.rxml?hret=/guides/ mtr/cld/cldtyp/home.rxml

Cirros: Nubes tenues y delgadas. De: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/wwhlpr/cirrus.rxml ?hret=/guides/mtr/cld/cldtyp/home rxml ?hret=/guides/mtr/cld/cldtyp/home.rxml

Cúmulos de buen tiempo: Bolas de algodón hinchadas que flotan en el cielo. De:

Nimbostratos: Nubes oscuras de baja altura con precipitaciones From: precipitaciones. http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/ww hlpr/nimbostratus.rxml?hret=/guides/mt r/cld/cldtyp/home.rxml

http://ww2010.atmos.ui uc.edu/(Gh)/wwhlpr/fair _cumulus.rxml?hret=/g uides/mtr/cld/cldtyp/ho me.rxml

8

09/06/2015

Contaminación atmosférica (1) El término contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que tienen efectos perjudiciales sobre la salud de los seres vivos y los elementos materiales, y no a otras alteraciones inocuas. Los principales mecanismos de contaminación En general se habla atmosférica son los procesos industriales que implican de contaminación combustión, tanto en industrias como en automóviles y cuando nos referimos calefacciones residenciales, que generan dióxido y carbono óxidos de nitrógeno y azufre, azufre a la ac acumulación m lación de monóxido de carbono, entre otros contaminantes. Igualmente, algunas substancias que industrias emiten gases nocivos en sus procesos alteran la productivos, como cloro o hidrocarburos que no han composición de un realizado combustión completa. determinado medio. La contaminación atmosférica puede tener carácter En el caso de tratarse local, cuando los efectos ligados al foco se sufren en las del aire, hablamos de inmediaciones del mismo, o planetario, cuando por las características del contaminante, se ve afectado el contaminación equilibrio general del planeta y zonas alejadas a las que atmosférica. contienen los focos emisores.

Contaminación atmosférica (2)

1

3

2

1, Contaminación atmosférica generada por los automóviles en una autopista sudafricana. 2, Esta planta generadora de Nuevo México libera dióxido de azufre y otros contaminantes del aire. 3, Smog en Shanghai. Imágenes tomadas de Wikipedia.

Efectos de la contaminación atmosférica La contaminación atmosférica puede repercutir de diversas formas sobre las personas y sobre el medio.

• Provoca enfermedades respiratorias, como bronquitis crónica, cuando se acumula en los niveles más bajos de la atmósfera. Algunos gases contaminantes son tóxicos y en recintos cerrados d pueden d producir d i envenenamiento i t (monóxido de carbono, p.ej.), • Destruye el ozono de la estratosfera, debido a que algunos contaminantes contienen sustancias que reaccionan con él y lo destruyen. Es el caso de los CFC. • Produce el sobrecalentamiento de la atmósfera, ya que el dióxido de carbono, el metano, CFC y otros gases retienen parte de la energía que desprende la Tierra

Contaminación atmosférica. Tomado de http://fernanda‐ aguilera.nireblog.com/post/2007/08/10 /la‐contaminacion‐atmosferica

9

Imagen to omada de

El calentamiento global

http://www.clarin.com/diario/2005/0 07/06/um/calentamiento_global.jpg

09/06/2015

Variaciones producidas (1)

Imagen tomada del Informe Síntesis sobre el Cambio Climático‐2007, del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático

Variaciones producidas (2)

Variación de la temperatura global y de la concentración de dióxido de carbono presente en el aire en los últimos 1000 años. Imagen de Wikipedia.

10

09/06/2015

Variaciones producidas (3)

Imagen procedente de http://calentamiento009.wordpress.com/

Las previsiones

Imagen de: Ciencias de la Naturaleza, 1º de ESO, Entorno. Ed. SM

11

09/06/2015

¿Cómo evitar la contaminación atmosférica? Es preciso evitar o disminuir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. Para ello, tanto a nivel local como internacional se han establecido normas que persiguen los siguientes objetivos: • Prohibir las emisiones a la atmósfera de contaminantes tóxicos o peligrosos. • Exigir medidas a las industrias para filtrar y depurarlos gases producidos producidos. • Reducir el consumo de carbón y petróleo para disminuir las emisiones de dióxido de carbono que favorecen el sobrecalentamiento de la atmósfera. Para saber más acerca del cambio climático… http://www.cambioclimaticoglobal.com/ http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_climático http://www.csic.es/documentos/colecciones/divulgacion/cambioGlobal.pdf http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_201503666/Cambio_global.html

12