Atmósfera: Estructura y Dinámica

1. ¿Cuáles serían las condiciones de la atmósfera si no existieran los seres vivos?

Su composición vendría dada por el vapor de agua (H₂O), el dióxido de carbono (CO₂) y pequeñas cantidades de hidrógeno (H₂) y monóxido de carbono (CO). Al no haber seres vivos, carecería de oxígeno libre.

2. ¿En qué dos capas de la atmósfera la temperatura aumenta con la altura? ¿Qué explicación tiene ese hecho?

El aumento de temperatura con la altura ocurre en la estratosfera y en la ionosfera (o termosfera).

• En la estratosfera: La temperatura aumenta (0-4 ºC) debido a la capa de ozono, ya que el ozono absorbe los rayos ultravioletas (UV). El proceso es:
  1. El ozono absorbe la radiación UV y se destruye: O₃ + UV → O₂ + O
  2. Posteriormente, el producto de esta reacción vuelve a crear ozono, generando calor y elevando así la temperatura de la estratosfera: O₂ + O → O₃ + Calor
• En la ionosfera: Existe un alto contenido en iones, producidos porque el oxígeno y el nitrógeno presentes absorben la radiación solar de los rayos Gamma y X, aumentando así mucho la temperatura.

3. ¿Por qué decimos que la atmósfera tiene un efecto regulador? Explica cómo se lleva a cabo.

Decimos que la atmósfera tiene un efecto regulador porque actúa como filtro de las radiaciones emitidas por el Sol, reduciendo sus efectos perjudiciales sin detener la maquinaria fotosintética y generando los gradientes térmicos que hacen circular las masas fluidas terrestres.

4. Indica razonadamente cuál de los siguientes ejemplos posee mayor albedo: Un bosque, una zona nevada o un desierto.

El albedo es el porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre ella. La superficie con mayor albedo es una zona nevada, ya que refleja una mayor radiación debido a su superficie de color blanco.

5. Indica todas las capas atmosféricas que protegen de la radiación solar.

Las capas que protegen de la radiación solar son: Mesosfera, estratosfera, termosfera (ionosfera) y exosfera.

6. ¿Cómo varía la densidad de la atmósfera con la altura? Razona tu respuesta.

La densidad de la atmósfera va bajando conforme ascendemos. Esto se debe a la presión atmosférica. Los gases más importantes para la vida (O₂, N₂ y CO₂) se concentran principalmente en la troposfera, cerca de la superficie terrestre. Cuanto más ascendemos, menos aire queda encima y el peso del aire es menor, lo que provoca una disminución notable de la presión y, consecuentemente, de la densidad.

7. ¿Por qué en la troposfera la temperatura disminuye con la altura?

En la troposfera la temperatura disminuye una media de 0.65 ºC cada 100 m, fenómeno conocido como gradiente vertical de temperatura (GVT). Esto se debe a que la base de la troposfera está a mayor temperatura por la energía térmica que produce el interior terrestre y la radiación solar absorbida. Además, el efecto invernadero, causado por gases como el CO₂ y el vapor de agua que absorben la radiación infrarroja, mantiene la superficie de la Tierra a unos 15 ºC, calentando principalmente las capas bajas.

8. ¿Qué tipo de radiaciones solares son absorbidas por la troposfera?

La troposfera absorbe principalmente la radiación infrarroja. Esta radiación no es ionizante y su absorción es fundamental para el efecto invernadero, permitiendo la vida al mantener la temperatura ideal (15 ºC).

9. ¿Qué radiaciones solares son filtradas por la ionosfera? ¿Por qué se llama así?

La ionosfera (también llamada termosfera) filtra la radiación solar de onda más corta, como los rayos Gamma y los rayos X. Su nombre se debe a un alto contenido en iones, producidos porque el nitrógeno y el oxígeno presentes absorben esta radiación solar de alta energía, aumentando mucho la temperatura.

10. ¿En qué capa de la atmósfera es máxima la concentración de ozono? ¿Por qué?

La máxima concentración de ozono se encuentra en la estratosfera, específicamente en la capa de ozono u ozonosfera, que nos protege de la radiación ultravioleta. El ozono se forma mediante la disociación del oxígeno molecular (O₂ → O + O) seguida de la recombinación (O₂ + O → O₃).

11. ¿Cómo afectaría la deforestación masiva al albedo terrestre?

La deforestación masiva aumentaría considerablemente el albedo terrestre. Esto se debe a que la vegetación (bosques) tiene un color oscuro y absorbe mucha radiación, mientras que el suelo desnudo o las zonas deforestadas suelen ser más claras y reflejan una mayor cantidad de radiación solar.

12. ¿Existe mayor probabilidad de heladas en noches de invierno estrelladas o en noches nubladas? ¿Por qué?

Existe mayor probabilidad de heladas en noches estrelladas. En las noches nubladas, el vapor de agua y las nubes actúan como una manta, favoreciendo el efecto invernadero y reteniendo la radiación infrarroja emitida por la Tierra, lo que atenúa los cambios de temperatura. En una noche estrellada, las radiaciones infrarrojas alcanzan el espacio sin ser retenidas, provocando un enfriamiento más rápido de la superficie.

13. La presión atmosférica disminuye rápidamente desde la superficie hasta alcanzar la tropopausa, ¿por qué?

La presión atmosférica disminuye rápidamente porque la mayor parte de la masa gaseosa de la atmósfera se concentra en la troposfera, cerca de la superficie terrestre. Esta concentración provoca que la diferencia de presión entre la superficie y unos pocos kilómetros por encima sea muy notable. Además, la temperatura en la troposfera provoca corrientes de convección, lo que contribuye a los cambios de presión.

14. La Tierra presenta un cinturón de selvas en la zona de convergencia intertropical (ZCIT), ¿por qué?

Esto ocurre porque en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) convergen los vientos alisios del hemisferio norte y del hemisferio sur. Esta convergencia origina una zona de bajas presiones (borrascas) donde el aire asciende. El ascenso del aire caliente y húmedo favorece la creación de nubes y provoca abundantes lluvias en esa zona (Ecuador), lo que permite el desarrollo de selvas.

15. Los grandes desiertos continentales se originan en las zonas de altas presiones subtropicales, ¿por qué?

La aparición de los grandes desiertos se debe a que, en dichas zonas, las masas de aire descendente que forman los grandes anticiclones subtropicales, a medida que descienden, se calientan y se secan (proceso adiabático), produciendo una gran aridez. Estas zonas de altas presiones impiden la formación de nubes y la precipitación escasea, lo que no beneficia al desarrollo de la vegetación y fauna.

16. Los vientos polares no llegan al Ecuador. ¿Por qué?

Los vientos polares son vientos fríos y secos que soplan desde zonas de alta presión. Estos vientos que se dirigen hacia el Ecuador son desviados por el Efecto de Coriolis. Además, en la zona ecuatorial incide la radiación solar verticalmente, elevando las temperaturas y produciendo corrientes cálidas ascendentes que impiden la llegada de masas de aire frío polar.

17. ¿Qué efectos nocivos tienen las radiaciones solares sobre los seres humanos y sobre otros seres vivos?

• Radiaciones ionizantes (Rayos X, Gamma): Pueden originar daños biológicos graves, como alteraciones genéticas, tumores y malformaciones.
• Radiaciones no ionizantes (UV, Infrarroja): Ocasionan quemaduras en la piel, mutaciones genéticas y pueden elevar la temperatura hasta extremos peligrosos.
• En seres vivos (plantas): La radiación UV excesiva disminuye la fotosíntesis.

18. ¿Cómo varía normalmente la temperatura de la troposfera con la altura?

En la troposfera la temperatura disminuye con la altura, a una media de 0.65 ºC cada 100 m, fenómeno conocido como gradiente vertical de temperatura (GVT), hasta alcanzar aproximadamente los -70 ºC en la tropopausa.

19. ¿Cómo varía la densidad de la atmósfera con la altura? Razone la respuesta.

La densidad de la atmósfera disminuye conforme ascendemos. Esto se debe a que la mayor parte de los gases se concentran en la troposfera, cerca de la superficie terrestre, debido a la fuerza de la gravedad. Esta circunstancia provoca que la diferencia de presión entre la superficie del planeta y unos kilómetros por encima sea muy notable, reduciendo la densidad en altura.

20. ¿Qué es el efecto albedo? Cite dos ejemplos que pongan de manifiesto el albedo y comente su influencia en la insolación de la superficie terrestre.

El efecto albedo es la capacidad de una superficie para reflejar la radiación solar (radiación de onda corta) que incide sobre ella. Se expresa como un porcentaje.

Ejemplos:

1. Reflejo de radiación en zonas nevadas: La nieve fresca tiene un albedo muy alto (hasta 90%), reflejando la mayor parte de la radiación solar.
2. Superficies oscuras (asfalto o bosques): Tienen un albedo bajo (absorben más radiación).

Influencia en la insolación: Un albedo alto (superficies claras) significa que se absorbe menos radiación solar, lo que contribuye al enfriamiento de la superficie terrestre. Un albedo bajo (superficies oscuras) significa que se absorbe más radiación, lo que incrementa la temperatura superficial.

21. ¿Qué son los vientos alisios?

Los vientos alisios son vientos constantes que soplan desde las zonas de altas presiones subtropicales hacia el Ecuador. En el hemisferio norte tienen dirección noreste y en el hemisferio sur tienen dirección sureste. Ambos se encuentran en el Ecuador, en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT).

22. ¿Por qué aumenta la temperatura en la ozonosfera?

En la ozonosfera (estratosfera) se encuentra la mayor concentración de ozono (O₃), que es la responsable de la absorción de radiaciones ultravioletas (UV). Este proceso de absorción y posterior regeneración del ozono libera calor, elevando así la temperatura de la estratosfera.

23. ¿Por qué los grandes desiertos continentales se originan en las zonas de altas presiones subtropicales?

(Ver respuesta 15. Se repite la explicación para mantener el contenido original.) La aparición de los grandes desiertos se debe a que, en dichas zonas, las masas de aire descendente que forman los grandes anticiclones subtropicales, a medida que descienden, se calientan y se secan, produciendo una gran aridez. En estas zonas las precipitaciones escasean y no benefician al desarrollo de la vegetación y fauna.

24. ¿Por qué en el hemisferio norte las masas de aire en las borrascas giran en sentido antihorario?

Esto se explica por el Efecto Coriolis. La rotación de la Tierra ejerce un efecto sobre los objetos que se mueven sobre su superficie. En el hemisferio norte, este efecto curva la dirección de movimiento hacia la derecha. En las borrascas (bajas presiones), el aire fluye hacia el centro, y al ser desviado hacia la derecha, genera un movimiento de rotación en sentido antihorario.

25. ¿Qué es el efecto albedo? Explique brevemente su influencia en el clima terrestre.

El efecto albedo es la cantidad de radiación solar que es reflejada por la Tierra hacia la atmósfera. Su influencia en el clima es crucial: si hay más albedo terrestre (ej. más hielo), se refleja mayor cantidad de radiación solar, lo que disminuye la temperatura terrestre. Si hay menos albedo (ej. menos hielo, más océano o suelo oscuro), se absorbe mayor cantidad de radiación solar, lo que provoca que la temperatura global aumente.

Atmósfera: Contaminación

26. ¿Qué diferencias existen en el origen y efectos del ozono troposférico y del ozono estratosférico?

27. Cite tres medidas correctoras para evitar el aumento del efecto invernadero.

Medidas correctoras para reducir los gases de efecto invernadero:

1. Invertir en energías renovables y evitar el uso de combustibles fósiles.
2. Fomentar el transporte público, la movilidad sostenible y el uso de bombillas de bajo consumo.
3. Implementar políticas internacionales que exijan a los países la reducción de emisiones de CO₂ y otros gases de efecto invernadero.

28. ¿Qué es un contaminante atmosférico? Ponga un ejemplo.

Una sustancia contaminante es todo agente ajeno a la composición propia de la atmósfera que, en una proporción determinada, producirá alteraciones nocivas en dicha composición para la vida. Por ejemplo, los óxidos de nitrógeno (NOx) o el dióxido de azufre (SO₂).

29. ¿En qué consiste la inversión térmica? ¿Cómo influye en la dispersión de los contaminantes?

La inversión térmica consiste en una alteración del gradiente vertical de temperatura normal, donde la temperatura aumenta con la altura en una capa específica (capa de inversión), en lugar de disminuir. Debido a que el aire superior es más caliente que el inferior, se impide el ascenso del aire frío y contaminado de las capas bajas, lo que atrapa la contaminación cerca de la superficie y origina el smog atmosférico.

30. ¿En qué consiste el fenómeno conocido como isla de calor urbana?

La isla de calor urbana es un fenómeno térmico que se produce en áreas urbanas y que consiste en que la temperatura es significativamente más elevada, especialmente durante la noche, en el centro de las ciudades (donde hay edificación masiva y materiales que absorben calor) que en las áreas circundantes o rurales. Esto puede deberse a los materiales de construcción, la ausencia de zonas verdes y la liberación de calor antropogénico.

31. ¿Qué es el smog? Explica sus consecuencias.

El smog es la contaminación del aire que se produce cuando se combina la niebla con humo y otras partículas contaminantes que flotan en la atmósfera, siendo propia de los núcleos urbanos con altos niveles de contaminación.

Consecuencias:

• Disminución drástica de la visibilidad.
• Aumento de calor en la zona.
• Problemas de salud graves (ej. cáncer de pulmón, enfermedades respiratorias).
• Daños a árboles y cultivos.

32. ¿Por qué se considera al CO₂ como contaminante si está presente en la atmósfera de una manera natural?

El CO₂ se considera contaminante porque, aunque está presente de forma natural, la emisión antrópica (por acción de los seres humanos, principalmente por la quema de combustibles fósiles) ha incrementado su concentración de manera incontrolada. Este exceso afecta negativamente al efecto invernadero natural, intensificándolo y provocando el aumento de la temperatura global del planeta.

33. Diferencia entre contaminante primario y contaminante secundario.

• Los contaminantes primarios son sustancias que son vertidas directamente a la atmósfera desde una fuente identificable (ej. CO, SO₂).
• Los contaminantes secundarios son nuevos contaminantes que se forman cuando los contaminantes primarios reaccionan entre sí o con componentes atmosféricos bajo ciertas condiciones (ej. ozono troposférico, ácido sulfúrico).

34. Motivo de que las chimeneas industriales sean tan altas. Realiza un esquema donde se muestre la variación del gradiente vertical de temperatura.

Las chimeneas industriales se construyen altas para que los contaminantes sean liberados a una mayor altura, por encima de la capa límite planetaria o de posibles capas de inversión térmica. Esto facilita que los vientos dispersen el humo y los contaminantes lejos de las zonas pobladas, evitando problemas sanitarios e higiénicos en la superficie.

(Nota: El esquema del gradiente vertical de temperatura no puede ser generado en este formato JSON/HTML, pero el principio es que la altura ayuda a la dispersión.)

35. ¿Cuál es el origen del ozono troposférico?

El ozono troposférico tiene un origen mixto: se debe a emisiones naturales y, principalmente, a emisiones antrópicas (causadas por el hombre) de precursores como los óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COVs), que reaccionan en presencia de luz solar.

36. ¿En qué climas tendrá mayor incidencia la lluvia ácida? Razona.

La lluvia ácida tendrá mayor incidencia en climas húmedos. Esto se debe a que la interacción del vapor de agua con los contaminantes primarios (como el dióxido de azufre, SO₂, y los óxidos de nitrógeno, NOx) forma ácido sulfúrico y ácidos nítricos. La presencia de humedad es esencial para que estos ácidos se materialicen en forma de precipitación ácida.

37. ¿Qué efectos produce el SO₂ en los vegetales y en las piedras de los monumentos?

• En los vegetales: El SO₂ (y la lluvia ácida que genera) produce daños importantes en las zonas forestales, afectando directamente a la vegetación y acabando con los filtradores de nitrógeno.
• En los monumentos: La lluvia ácida tiene un carácter corrosivo. Puede disolver el carbonato de calcio (CaCO₃) y afectar de esta forma a los monumentos y edificios construidos con mármol o caliza, provocando su deterioro.

38. ¿Por qué la disminución de ozono es mayor en las zonas polares?

La disminución de ozono es mayor en las zonas polares debido a su peculiar clima y al frío extremo durante el invierno. Sobre estas zonas se forman nubes estratosféricas polares (de cristales de hielo) que liberan átomos de cloro (Cl) reactivos a partir de los gases contaminantes (CFCs). Cuando llega la luz solar en primavera, estos átomos de Cl aceleran la pérdida masiva de moléculas de ozono, creando el conocido agujero antártico.

39. Diferencia entre el smog fotoquímico y el smog clásico.

• El smog clásico (o industrial) se produce por la quema de grandes cantidades de carbón y otros combustibles, con la consiguiente producción de una niebla rica en dióxido de azufre (SO₂) y partículas. Es típico de climas fríos y húmedos.
• El smog fotoquímico es la contaminación del aire, principalmente en áreas urbanas, causada por la reacción de contaminantes primarios (NOx y COVs) en presencia de luz solar, generando ozono troposférico y otros compuestos oxidantes. Es típico de climas cálidos y soleados.

40. ¿Existe relación entre el efecto invernadero y la desertización? Razona la respuesta.

Sí, existe una relación. El aumento del efecto invernadero provoca el cambio climático, lo que se traduce en un aumento de las temperaturas y alteraciones en los patrones de precipitación. Estas condiciones de sequía y calor extremo aceleran la desertificación (degradación de la tierra en zonas áridas y semiáridas) a través de la pérdida de suelo y de vegetación, que actúa como reguladora de la temperatura y la humedad.

Etiquetas: albedo, Atmósfera, capas atmosféricas, clima, Contaminacion atmosferica, Efecto invernadero, meteorología, ozono