Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 2 ATMÓSFERA 1 TEMA 2: FUNCIÓN PROTECTORA Y REGULADORA DE LA ATMÓSFERA. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera. El efecto invernadero. Conceptos básicos: tipos de radiaciones solares, formación del ozono, albedo, gases de efecto invernadero. FUNCIÓN PROTECTORA (FILTRO) El Sol es una estrella que desprende radiación en todas direcciones del Sistema Solar. El planeta Tierra recibe sólo parte de esta radiación, ya que debido a la gran distancia que separa la Tierra del Sol (del orden de 150 millones de kilómetros), a nuestro planeta sólo llega una pequeñísima parte de toda la energía desprendida por el Sol. Sin embargo, en esta pequeña parte de energía solar está el origen de todos los procesos atmosféricos: los vientos, nubes, lluvia, etc. y también del mantenimiento de la vida sobre la Tierra. La energía procedente del Sol se transmite en forma de ondas electromagnéticas a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo. En el movimiento ondulatorio, la longitud que media entre dos posiciones iguales y consecutivas se denomina longitud de onda, que varía entre millonésimas de milímetros hasta centenares de metros, lo que da lugar a las diferentes radiaciones electromagnéticas: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, ondas largas de radio... El conjunto de todas las radiaciones procedentes del Sol constituyen su espectro electromagnético.
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 2 ATMÓSFERA 2 onda: Las radiaciones que la Tierra recibe del Sol se dividen en tres grupos atendiendo a su longitud de Las radiaciones de onda corta, con una longitud de onda menor de 0.4 micras, incluyen rayos gamma, rayos X y rayos ultravioleta. En general, son radiaciones muy perjudiciales para la salud. Afortunadamente la atmósfera se comporta como filtro frente a la mayoría de estas radiaciones. Suponen el 9% de la energía que llega del Sol. Las radiaciones de onda media, con una longitud de onda comprendida entre 0.4 y 0.7 micras, se corresponden fundamentalmente con la luz visible. Suponen el 42% de la energía que llega del Sol. Las radiaciones de onda larga, con una longitud de onda superior a 0.7 micras, incluyen la radiación infrarroja (responsable del calentamiento de la atmósfera), las microondas y las ondas de radio. Suponen el 49% de la energía que llega del Sol. Las radiaciones de onda corta son muy perjudiciales para los seres vivos, tanto más perjudiciales cuanto menor longitud de onda tengan (ya que tienen más energía): Los rayos gamma y los rayos X son radiaciones ionizantes, por lo que pueden alterar los procesos biológicos, provocar tumores, malformaciones genéticas, cáncer, etc. La termosfera o ionosfera (80-600/800 km) es la encargada de retener estas radiaciones e impedir que lleguen a la superficie terrestre. Más concretamente, son las moléculas de N2 y O2 las que reciben esta radiación, que les arranca electrones, por lo que quedan ionizadas positivamente; en estas reacciones también se desprende calor. El hecho de que esta capa tenga carga eléctrica le ha dado el nombre de ionosfera; el desprendimiento de calor justifica el nombre de termosfera. Los rayos ultravioleta se dividen en dos grupos: UV lejano: que van de 10 a 200 nm. UV cercano: de 200 nm a 400 nm, a su vez se dividen en: UVC: 200-280 nm. UVB: 280-320 nm. UVA: 320-400 nm. En general, son muy mutagénicos y provocan afecciones oculares y de la piel (envejecimiento, irritaciones, manchas, pérdida de elasticidad y cáncer) y alteraciones genéticas en especies con alta tasa reproductiva (es el caso del fitoplancton, que constituye la base de las cadenas tróficas en los océanos). Estos efectos son tanto más intensos cuanto menor es la longitud de onda (más perjudiciales los UVC que los UVB y éstos que los UVA). La mayor parte de esta radiación no llega a la superficie terrestre porque es retenida en las capas altas de la atmósfera. La ionosfera, además de lo anteriormente descrito, se encarga de filtrar la fracción más energética de la radiación ultravioleta (con longitud de onda < 200 nm). La estratosfera (12-50 km de altitud) y, dentro de ella, la llamada ozonosfera o capa de ozono (15-35 km) filtra casi toda la radiación ultravioleta restante (la comprendida entre 200 y 300 nm), por lo que al llegar a la troposfera las radiaciones más perjudiciales han desaparecido. En la ozonosfera la energía de los ultravioleta es utilizada en una reacción fotoquímica que disocia la molécula de oxígeno (O2) en átomos de oxígeno, que se pueden unir a moléculas de O2 para dar lugar a la molécula de ozono (O3) y algo de calor. De esta forma se absorbe una radiación dañina, se genera ozono estratosférico y se libera calor que hace que la estratosfera sea una capa relativamente caliente. La cantidad de ozono ha permanecido en equilibrio hasta el siglo XX porque al mismo tiempo que se forma mediante reacciones fotoquímicas, hay otras que lo destruyen; en ambos casos se absorbe luz ultravioleta:
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 2 ATMÓSFERA 3 Reacciones de formación y destrucción del ozono sin contaminación: Formación: O2 + u.v. 2O + Q 2O + 2O2 2O3 Destrucción: O3 + u.v. O2 + O + Q Balance: O3 + O 2O2 3O2 + 2u.v. + 2O3 + 3O 2O3 + 3O2 + 3O + 2 Q 2u.v. 2 Q (la radiación ultravioleta se convierte en calor) El resultado es la absorción en la estratosfera de los rayos UV; por lo tanto, en la estratosfera hay un proceso continuo de formación y destrucción de ozono, con absorción de rayos UV y liberación de calor. El ozono presenta una gran variabilidad geográfica: a lo largo del año, la mayor cantidad de radiación solar corresponde a las regiones tropicales; por lo tanto, es en la estratosfera de estas regiones donde se genera la mayor parte del O 3 estratosférico. Desde allí, los movimientos circulatorios lo transportarán hacia las altas latitudes del hemisferio, de tal manera, que a pesar de ser estas zonas cercanas al ecuador donde más ozono se produce, es donde se encuentran las menores cantidades de ozono del planeta. A nivel de la estratopausa la temperatura alcanza un máximo valor (puede sobrepasar los 0º C) asociado a la absorción de la radiación solar ultravioleta por parte del ozono y al proceso de formación del ozono. (Véase el gráfico de la variación de la temperatura de la atmósfera con la altitud). La importancia medioambiental del ozono estratosférico se pone de manifiesto en esta reducción de radiación ultravioleta que por su causa no llega a la superficie de la Tierra, pues en caso contrario quedarían dañadas las células de los seres vivos, impidiendo un desarrollo normal de la vida. Algunos gases contaminantes, especialmente los CFC, interfieren en las reacciones de formación de ozono y han hecho que se adelgace mucho la capa de ozono en algunas regiones, sobre todo en las zonas polares donde existen agujeros en la capa de ozono. Por último, no podemos olvidar la importancia de la magnetosfera en la función protectora de la atmósfera, dado que desvía el viento solar impidiendo su entrada. FUNCIÓN REGULADORA (EFECTO INVERNADERO) La atmósfera, además de filtrar la radiación más energética procedente del Sol, tiene una función reguladora sobre la temperatura del planeta. Esta función se debe a: a) Reparto del calor desde las latitudes más bajas a las más altas, lo que hace que la diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos sea mucho menor de lo esperado. Esto se debe a los movimientos convectivos en la troposfera. b) Retención de calor. Con ello consigue que la temperatura media del planeta sea de 15º C en lugar de los -18º C que corresponderían por la distancia al Sol. Esta retención de calor, a su vez, es responsable de que las diferencias entre el día y la noche no sean muy acusadas y de que exista agua líquida en casi todo el planeta. Ambas circunstancias permiten que exista vida. La retención de calor es debida al efecto invernadero natural. Efecto invernadero natural: La radiación que llega a la superficie terrestre tiene dos destinos: Una parte es absorbida por la atmósfera y la superficie terrestre. Esto provoca su calentamiento (ya sea suelo, roca, agua, vegetación, o la propia atmósfera) y, por tanto, la emisión de radiación infrarroja hacia el espacio. Este calor produce el calentamiento del aire de las capas bajas y ello es
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 2 ATMÓSFERA 4 responsable de: Que la atmósfera se caliente de abajo a arriba (por lo que la temperatura disminuye al ascender en la troposfera) y se produzca convección. Que se evapore el agua de la superficie terrestre. Este es el origen del ciclo del agua y de todos los fenómenos relacionados con él (nieve, lluvia, etc.). La radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre es parcialmente absorbida por los gases atmosféricos, que la devuelven a la superficie, contribuyendo así al aumento de la temperatura. De este modo se calienta la atmósfera, sobre todo en las capas bajas, y a su vez, éstas vuelven a enviar radiación hacia el suelo, fenómeno que se llama contrarradiación atmosférica. El resultado de la contrarradiación es que el calor queda retenido en las capas bajas provocando un calentamiento conocido como efecto invernadero. Los principales gases de efecto invernadero (GEI) son el vapor de agua, el CO2, el metano, los óxidos de N, el ozono y los CFC (solo éstos últimos son de origen exclusivamente antrópico). Las nubes también tienen efecto invernadero, puesto que dejan pasar una parte de la radiación visible del Sol hacia la superficie terrestre, pero impiden la salida de la radiación infrarroja hacia el espacio. La cantidad de calor atrapado dependerá de la concentración de los GEI en la atmósfera. De todos los GEI, el más variable es el vapor de agua, ya que la cantidad que encontramos por m 3 es directamente proporcional a la temperatura del aire (el aire caliente admite mucho más vapor). Hay zonas como las polares, con poca radiación y casi desprovistas de vapor de agua, por tanto, con poca contrarradiación. El caso opuesto es el de las zonas ecuatoriales, en donde en la atmósfera hay un espesor de vapor de agua 10 veces más grueso que en los polos. Otra parte es reflejada por las nubes, los propios componentes atmosféricos y la superficie terrestre y recibe el nombre de albedo. El albedo es el porcentaje de radiación que es reflejada por la Tierra. El albedo medio de la Tierra es del 30% de la radiación que proviene del Sol, pero todas las superficies no poseen igual albedo: las claras tienen valores de albedo superiores a las oscuras, y las brillantes más que las mates. El albedo más alto corresponde a las superficies nevadas y a las zonas continentales desprovistas de vegetación; los mares y los bosques tienen un menor efecto albedo porque resultan más oscuros vistos desde el espacio. El valor medio del albedo terrestre podría variar si aumentase o disminuyese la superficie helada (a más hielo, más albedo), el polvo en suspensión (a más polvo, más albedo) o la superficie deforestada (a más deforestación, más albedo). Si el albedo aumentara, la consecuencia inmediata sería una disminución de la temperatura terrestre, ya que la cantidad de radiación incidente y, por tanto, radiación reemitida por la Tierra sería menor. Y a la inversa: si disminuyera el albedo, la Tierra absorbería más luz y reemitiría más radiación infrarroja también.
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 2 ATMÓSFERA 5