PROGRAMA SELECTIVIDAD, PONENCIA 2011 ANDALUCÍA LOS SISTEMAS FLUIDOS TERRESTRES EXTERNOS

ATMÓSFERA 1. La Atmósfera. Concepto, composición y estructura. Conceptos básicos: homosfera, heterosfera, troposfera, tropopausa, estratosfera, ozonosfera, estratopausa, mesosfera, mesopausa, termosfera, ionosfera, termopausa, exosfera. 2. Función protectora y reguladora del a atmósfera. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera. El efecto invernadero. Conceptos básicos: tipos de radiaciones solares, formación del ozono, efecto albedo, gases de efecto invernadero. 3. Recursos energéticos relacionados con la atmósfera. Aprovechamiento energético: la energía eólica, la energía solar, ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. Conceptos básicos: Energía solar fotovoltaica, energía térmica solar, parques eólicos. 4. La contaminación atmosférica. Los contaminantes atmosféricos más frecuentes. Efectos de los contaminantes atmosféricos: Alteración de la capa de ozono, lluvia ácida y el aumento del efecto invernadero. El cambio climático global. Medidas de prevención para reducir la contaminación atmosférica. Conceptos básicos: Contaminante primario, contaminante secundario, isla de calor, smog, inversión térmica.

1. La Atmósfera. Concepto, composición y estructura. Conceptos básicos: homosfera, heterosfera, troposfera, tropopausa, estratosfera, ozonosfera, estratopausa, mesosfera, mesopausa, termosfera, ionosfera, termopausa, exosfera. La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea al planeta. Posiblemente se formó tras la desgasificación que sufrió el planeta después de la acreción de planetesimales. Posteriormente meteoritos de diverso tamaño seguirían impactando contra el planeta; sin embargo, las huellas de dichos impactos se borrarían por la actividad climatológica. En la luna se siguen observando los impactos de esa época debido a la ausencia de atmósfera que evita la destrucción, por meteorización, de las huellas de los impactos. La fuerza gravitatoria de nuestro planeta ha permitido que los elementos más ligeros y gaseosos queden atrapados en torno al planeta; sin embargo la Luna con una fuerza gravitatoria mucho menor no pudo retener los gases que sin duda surgieron en su formación y en la actualidad carece de atmósfera. Los estromatolitos son estructuras fosilizadas que se forman por precipitación de carbonato de calcio provocadas por algas cianotifas; esto demuestra que hace unos 3500 x 106 años comenzó el fenómeno fotosintético y la contaminación de los océanos

y posteriormente la atmósfera por oxígeno. Los minerales de hierro oxidado (red beds), datan de hace 2000 x 106 años por lo tanto a partir de esa fecha los océanos saturados de oxígenos liberaban oxígeno a la atmósfera.

COMPOSICIÓN: La atmósfera no ha tenido una composición constante a lo largo de la historia. La composición de la atmósfera inicial o protoatmósfera cambió paulatinamente de reductora a oxidante después de la aparición de los seres vegetales. Igualmente la concentración de algunos gases como el CO2 osciló dependiendo de la actividad vegetal. La composición actual es la siguiente: Componentes constantes Nitrógeno 78% Oxígeno 20.95% Argón 0.93% Neón, Helio, Kriptón 0.0001%

Componentes variables Dióxido de carbono 0.0003% Vapor de agua 0-4% Metano  trazas Dióxido de sulfuro  trazas Ozono  trazas Óxidos de nitrógeno  trazas

Debido a la fuerza gravitatoria del planeta y también a la compresibilidad de los gases (los gases se pueden comprimir. Ejemplo: las bombonas de gas propano), la mayor parte de la masa atmosférica esta comprimida a lo largo de la superficie del planeta. Concretamente en los primeros 6 Km. atmosféricos se concentra el 50% de su masa y en los 15 km. restantes se encuentra el 95% total de su masa. LA HOMOSFERA: Es una capa gaseosa que se extiende hasta unos 80 Km de altitud. Vulgarmente se denomina aire. Debido a las turbulencias que existen en esta zona los gases se mezclan y por lo tanto su composición es homogénea (homosfera). LA HETEROSFERA: Es una capa en la que los gases están estratificados, de tal manera que hay un nivel inferior compuesto por nitrógeno molecular que llega a 200 Km de

altitud; sobre esta hay una capa de oxígeno atómico hasta 1000 Km; posteriormente una capa de helio hasta los 2500 Km y por último una de hidrógeno atómico que llega hasta el límite de la atmósfera. Además de estos gases, la atmósfera también contiene materias particulares como polvo, cenizas volcánicas, lluvia, nieve. Normalmente su persistencia en la atmósfera es corta; sin embargo, a veces las cenizas volcánicas pueden estar ahí durante años.

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA: La atmósfera está dividida en una serie de capas superpuestas que son diferentes en función de los parámetros que se consideren; por lo tanto, se puede considerar una estructura térmica y otra estructura química. ESTRUCTURA TÉRMICA: En función de la temperatura encontramos: TROPOSFERA, ESTRATOSFERA, MESOSFERA Y TERMOSFERA: 1- TROPOSFERA: Situada sobre la superficie del planeta, su espesor varía desde 9km en los polos a 18 km sobre el ecuador. ES la zona más densa de la atmósfera. Los primeros 500 m se denomina “capa sucia” ya que en ella está la contaminación, polvos y cenizas. Cuando se observa un atardecer rojizo no es otra cosa que la difracción de los rayos solares obre ese polvo en suspensión. Precisamente para que se pueda condensar el vapor de agua es necesario ese polvo atmosférico. En esta capa se desarrollan los flujos convectivos de aire, verticales y horizontales debidos al desequilibrio de presión y temperatura en distintas zonas del planeta dando lugar a los típicos fenómenos meteorológicos: nubes, vientos, lluvias etc. En esta zona también ocurre el conocido “efecto invernadero” originados por gases como el CO2, vapor de agua, metano y óxidos de nitrógeno. Resulta que los gases no los calienta directamente el sol sino que estos gases se calientan debido a la reflexión de la radiación infrarroja sobre la superficie del planeta. Por esta razón la mayor temperatura se alcanza en su parte inferior (15ºC) de media y conforme se va subiendo los gases están más fríos siguiendo un gradiente térmico vertical (GTV), aproximadamente un descenso de 0.65ºC cada 100 m, hasta alcanzar un valor mínimo de -70ºC en su límite superior, la tropopausa.

La presión atmosférica varía desde 1013 milibares a nivel del mar hasta unos 200 mb en la tropopausa. 2- ESTRATOSFERA. Se extiende hasta los 50-60 km de altura. La temperatura en esta capa aumenta suavemente hasta alcanzar los 15ºC en su límite superior (estratopausa). La temperatura aumenta gracias a la absorción por el ozono de la parte de la radiación solar que corresponde al ultravioleta de alta energía. Esta radiación disocia al oxígeno y éste se vuelve a unir a otras moléculas de oxígeno formando el O3 en una franja denominada ozonosfera situada entre los 25 y 50 km. La ozonosfera actúa como una pantalla protectora frente a aquellas radiaciones mutágenas en los seres vivos, por esta razón hay que protegerla y conservarla. Aunque en la estratosfera no hay movimientos verticales, los movimientos horizontales pueden ser muy rápidos (hasta 200 km/h), por esta razón no se forman nubes y solo se detectan agrupaciones de cristales microscópicos de hielo. 3- Mesosfera: se extiende hasta los 80 Km de altura. La temperatura disminuye hasta alcanzar los -140ºC en su límite superior (mesopausa, límite de la HOMOSFERA). La densidad en esta zona es baja aunque suficiente para incendiar por rozamiento los meteoritos que llegan a nuestro planeta y

formando los bólidos y estrellas fugaces. Los trasbordadores espaciales tienen que cubrirse con placas refractarias para poder soportar el incremento de temperatura de la nave cuando pasa por esta zona. 4- Termosfera o ionosfera. Se denomina así porque gran parte de las moléculas de nitrógeno y oxígeno están ionizadas por acción de las radiaciones solares de alta energía(R-X; R-gamma; R-UV), llegando a alcanzar temperaturas de 1000ºC. Como resultado de la ionización se liberan electrones que circulan libremente por esta capa, dotándola de propiedades electroestáticas y permitiendo las telecomunicaciones a grandes distancias. Igualmente esta capa nos protege de radiaciones nocivas para los procesos vitales. Las líneas de fuerza de este campo electrostático actúan como medio conductor para las partículas que nos llegan con el viento solar produciendo las auroras boreales o astrales a unos 100 km de altura. Los electrones chocan con las moléculas de oxígeno y nitrógeno excitándolas; cuando vuelven los electrones a los orbitales permitidos ceden energía emitiendo luz.

Aurora boreal

El límite superior se denomina termopausa, está a unos 700 km de altura

5- La exosfera: Se encuentra por encima de la termosfera y está compuesta principalmente por hidrógeno y helio. Su densidad es muy baja, muy similar al espacio exterior. Al existir muy pocas moléculas no captan la luz solar y por eso el color del cielo en esta zona es oscuro. De día alcanza los 2500ºC y de noche se llega a -273ºC

2. Función protectora y reguladora del a atmósfera. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera. El efecto invernadero. Conceptos básicos: tipos de radiaciones solares, formación del ozono, efecto albedo, gases de efecto invernadero.

1. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera La atmósfera absorbe parte de la radiación que procede del sol antes de que esta llegue a la superficie sólida del planeta. Las radiaciones de mayor energía que son las de menor longitud de onda pueden ser especialmente nocivas para los seres vivos. La ionosfera (entre 90 y 500 km), absorbe las radiaciones de onda corta y alta energía (rayos X y rayos gamma) y parte de las radiaciones ultravioletas constituyendo un escudo protector para el desarrollo de la vida. Esta energía se emplea en arrancar electrones de los átomos de oxígeno y nitrógeno no alcanzando la superficie terrestre. La ozonosfera, subcapa de la estratosfera está situada entre los 22 y los 35-50 km de altura, absorbe la radiación ultravioleta de onda más corta que son las más letales para los procesos vitales; esto provoca un aumento de la TºC en la zona; el ozono es el responsable de dicha absorción. El ozono continuamente se forma y se destruye siguiendo las siguientes ecuaciones: Formación: O2 + UV (