INTRODUCCIÓN A LA ATMÓSFERA. SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES. BACHILLERATO INTERNACIONAL

1. VIVI Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER “SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES”
Dpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-
sociedades/
6. SISTEMAS ATMOSFÉRICOS Y SOCIEDADES (10
HORAS)

2. 6.1. Introducción a la atmósfera
6.2 Ozono estratosférico
6.3 Nieblas contaminantes fotoquímicas
6.4 Deposición (lluvia) ácida
CONTENIDOS
Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar
especialmente apropiado para considerar las preguntas
fundamentales B, E y F.

3. VIVI Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
Dpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-
internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
6.1. INTRODUCCIÓN A LA ATMÓSFERA.

4. 6.1. INTRODUCCIÓN A LA ATMÓSFERA.
Ideas significativas:
§ La atmósfera es un sistema dinámico, esencial para la vida en la Tierra.
§ El comportamiento, la estructura y la composición de la atmósfera influyen en las variaciones que se producen en todos los
ecosistemas.
Conocimiento y comprensión:
• La atmósfera es un sistema dinámico (con entradas, salidas, flujos y
reservas) que ha estado sometida a cambios a lo largo de todo el
tiempo geológico.
• La atmósfera es una mezcla en la que predominan el nitrógeno y el
oxígeno, con cantidades más reducidas de dióxido de carbono,
argón, vapor de agua y otros gases traza.
• Las actividades humanas afectan la composición atmosférica al
alterar las entradas y salidas del sistema. Los cambios en las
concentraciones de gases atmosféricos como el ozono, el dióxido
de carbono o el vapor de agua, tienen efectos significativos en los
ecosistemas.
• La mayoría de las reacciones relacionadas con los sistemas vivos se
producen en las capas interiores de la atmósfera, que son la
troposfera (de 0 a 10 km sobre el nivel del mar) y la estratosfera (de
10 a 50 km sobre el nivel del mar).
• La mayoría de las nubes se forman en la troposfera y desempeñan
una función muy importante en el efecto albedo del planeta.
• El efecto invernadero de la atmósfera es un fenómeno natural y
necesario que mantiene las temperaturas adecuadas para los
sistemas vivos.
Aplicaciones y habilidades:
• Discutir la función del efecto albedo de las nubes para regular la
temperatura media global.
• Resumir la función del efecto invernadero para regular la
temperatura en la Tierra.
Orientación:
• Los alumnos deben reconocer que la atmósfera es
un sistema dinámico.
• La composición de la atmósfera ha cambiado a lo
largo de la historia geológica. Los organismos
vivos (componentes bióticos) han transformado la
composición atmosférica de la Tierra y viceversa a
través de la historia.
No se requiere el uso de símbolos químicos ni de
fórmulas químicas para los gases atmosféricos.
Mentalidad internacional:
• El efecto de los contaminantes en la atmósfera
puede ser local, tal como evidencia la destrucción
de la capa de ozono sobre los polos de la Tierra.
• Los contaminantes liberados a la atmósfera son
llevados por las corrientes de la atmósfera y
pueden causar daños en una ubicación distinta de
aquella donde se produjeron.
Teoría del Conocimiento:
• La atmósfera es un sistema dinámico. ¿Cómo
deberíamos reaccionar ante indicios que no
encajan con una teoría existente?
Conexiones:
• Sistemas Ambientales y Sociedades: Cambio
climático: causas y efectos (7.2), sistemas y
modelos (1.2), introducción a los sistemas
acuáticos (4.1), introducción a los sistemas
edáficos (5.1), biomas, zonación y sucesión (2.4),
deposición (lluvia) ácida (6.4), cambio climático:
causas y efectos (7.2)
• Programa del Diploma: Geografía (tema 3), Física
(subtema 8.2)

5. Primera imagen completa de la Tierra tomada el 7 de diciembre de 1972 por el Apolo XVII.
Esta fotografía muestra la Tierra como un ecosistema aislado flotando en el espacio.

6. La Tierra en alta definición. 4 de enero de 2012

7. http://apod.nasa.gov/apod/ap110927.html

8. 1. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

9. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
COMPONENTE % (EN VOLUMEN)
N2 78
O2 20,9
Ar 0,93
CO2 0,03
otros 0,14
La atmósfera es una mezcla en la que predominan
el nitrógeno y el oxígeno, con cantidades más
reducidas de dióxido de carbono, argón, vapor de
agua y otros gases traza.
Término
clave

10. Nitrógeno:
78,1 %
Oxígeno:
20,9 %
Argón:
0,93 %
Dióxido de carbono:
0,038 %
Otros gases:
0,032 %
Las actividades humanas afectan la composición atmosférica al alterar las
entradas y salidas del sistema. Los cambios en las concentraciones de gases
atmosféricos como el ozono, el dióxido de carbono o el vapor de agua, tienen
efectos significativos en los ecosistemas.
Término
clave

12. Observa como existen dos
zonas de la atmósfera con
una fuerte inversión
térmica
Es importante ubicar el
lugar donde se
encuentra el ozono
Término
clave
La mayoría de las
reacciones
relacionadas con los
sistemas vivos se
producen en las
capas interiores de la
atmósfera, que son la
troposfera (de 0 a 10
km sobre el nivel del
mar) y la estratosfera
(de 10 a 50 km sobre
el nivel del mar).

13. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
casi todo nitrógeno y
oxígeno

14. Meteoritos
Auroras polares
Everest
TropopausaCapa
de
Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ESTARTOSFERAMESOSFERATERMOSFERA
Presión(mb)
Temperatura(0ºC)
TROPOSFERA
(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).
Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).
Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.
Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
TROPOSFERA
§Hasta los 12 km. altura( varía con la latitud y
la época)
§Contiene el 75%de los gases, el total de CO2,
vapor de agua y aerosoles.
§Su temperatura disminuye con la altura
(GVT= 0,65ºC/100m). -70ºC Tropopausa.
§La presión disminuye.
§Tiene lugar el efecto invernadero ( vapor de
agua y CO2)
§Se producen los fenómenos meteorológicos.
Es turbulenta y hay movimientos de aire.
§Sólo en esta capa el aire es respirable.
§Su límite superior es la tropopausa.

15. Meteoritos
Auroras polares
Everest
TropopausaCapa
de
Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ESTARTOSFERAMESOSFERATERMOSFERA
Presión(mb)
Temperatura(0ºC)
TROPOSFERA
(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).
Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).
Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.
Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
ESTRATOSFERA
 Hasta los 50 km. altura.
 Contiene pocos gases (0,02%) y es estable.
El aire se mueve en estratos.
 Su temperatura aumenta hasta 0ºC debido
a la absorción de UV por ozono.
 La ozonosfera está 15-30 km.
 En condiciones normales existe un
mecanismo natural de formación y
destrucción del Ozono
1- Fotolisis del Oxígeno por la luz
ultravioleta: O2 + UV = O +O
2- Formación de Ozono : O + O2 = O3 +
calor
3- Destrucción del Ozono:
 Por fotólisis: O3 + UV = O2 + O
 Por reacción con Oxígeno: O + O3 =
O2 + O2 .
 El ozono absorbe la luz UV perjudicial.
 El límite superior es la ESTRATOPAUSA.

16. FORMACIÓN DE OZONO ESTRATOSFERA Y ABSORCIÓN
LUZ UV
 Fotólisis del oxígeno:
• O2 + UV (rayos ultravioleta) O + O
 Formación del ozono (O3):
• O + O2  O3 + calor (reacción
exotérmica)
 Destrucción del ozono:
• Fotólisis del ozono:
O3 + UV  O2 + O
• Reacción del ozono con el oxígeno
atómico:
O + O3  O2 + O2

17. Capa de ozono
Radiación ultravioleta
O2
O3
O3
O
O2
O
O
OO2

18. Meteoritos
Auroras polares
Everest
TropopausaCapa
de
Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ESTARTOSFERAMESOSFERATERMOSFERA
Presión(mb)
Temperatura(0ºC)
TROPOSFERA
(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).
Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).
Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.
Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
MESOSFERA
 Entre los 50 y 80 km de altura.
 Su temperatura disminuye hasta los
-100 ºC.
 Muy poca densidad.
 En esta capa se produce la
desintegración de pequeños
meteoritos.
 El límite superior es la MESOPAUSA.

19. Meteoritos
Auroras polares
Everest
TropopausaCapa
de
Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ESTARTOSFERAMESOSFERATERMOSFERA
Presión(mb)
Temperatura(0ºC)
TROPOSFERA
(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).
Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).
Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.
Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
IONOSFERA O TERMOSFERA
(HETEROSFERA)
 Entre los 80 km Y 600 Km de altura.
 El N y O absorben los rayos X y gama
y se ionizan. Esto aumenta la
temperatura de esta capa.
 En ella se producen las auroras
boreales en el hemisferio norte y
australes en el sur.
 Rebotan las ondas de radio.

20. IONOSFERA
CARGAS
POSITIVAS
CARGAS
NEGATIVAS
La tierra se va descargando por el
flujo de cargas, pero se recarga
gracias a las tormentas.
Una aurora polar se produce cuando una
eyección de masa solar choca con los polos
norte y sur de la magnetosfera terrestre,
produciendo una luz difusa pero predominante
proyectada en la ionosfera terrestre.

21. EXOSFERA o MAGNETOSFERA
 Entre los 600 Km y los 10.000 Km de
altura.
 Tiene muy poca densidad.
 Sus componentes son el O, He e H
dispuestos en capas.

22. https://universodoppler.wordpress.com/2013/07/04/pruebas-del-
esquivo-viento-espacial-en-la-atmosfera-terrestre/
En esta región las partículas ionizadas están gobernadas por el CAMPO MAGNÉTICO
TERRESTRE y forman una característica envoltura modelada por las líneas de fuerza del campo
magnético y por la interacción con el Viento solar.
Por el lado del Sol el encuentro entre las partículas del viento solar (formado por partículas,
fundamentalmente electrones, protones y núcleos de helio, que llegan a altísimas velocidades
procedentes del sol, y podrían producir la erosión de la atmósfera) y la envoltura más exterior de la
magnetosfera forma una onda de choque; por el lado opuesto las mismas partículas del viento
solar arrastran la magnetosfera, haciéndola adquirir la forma de una cola cometaria.
La magnetosfera forma un verdadero escudo protector contra las partículas cargadas del viento
solar, impidiéndolas alcanzar la superficie terrestre.

23.  FUNCIÓN PROTECTORA:
 Filtro protector de las
radiaciones.
 Frena las partículas del
viento solar.
 Impide la caída de
meteoritos
 FUNCIÓN REGULADORA:
 Efecto invernadero
natural.
 Distribución de energía en
la Tierra.
 Función modeladora del
paisaje y movimiento del
agua.
2. FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA

24. La atmósfera actúa como filtro protector de las
radiaciones y como factor regulador del clima en la
tierra.
Espectro electromagnético solar

25. SOL
emite
Partículas (p+
y e-
)
Radiaciones electromagnéticas
La mayoría de las
partículas se desvían por el
campo magnético terrestre
y no llegan a la superficie

26. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA
Radiaciones electromagnéticas
Rayos
gam
m
a
IONOSFERA
CAPA DE
OZONO
Radiación ultravioleta
Rayos X
Luz visible
A la troposfera la radiación que llega
es sobre todo luz visible
Las radiaciones de onda
corta (rayos gamma, X y
UV) tienen gran energía y
poder de penetración
Se filtran en las capas
altas de la atmósfera y se
evita que rompan
moléculas en la
superficie
Las radiaciones de onda
larga llegan, pero quedan
ahogadas por la emitidas
por la Tierra

27. La atmósfera es un sistema dinámico (con entradas, salidas, flujos y reservas)
que ha estado sometida a cambios a lo largo de todo el tiempo geológico.
Término
clave
2. CAMBIOS ATMOSFÉRICOS PASADOS.
FACTORES QUE AFECTAN AL CLIMA:
Abióticos: temperatura y precipitación.
Bióticos: plantas y animales.
La medida de:
Precipitación y temperatura en el pasado es difícil aunque se puede hacer una
aproximación por métodos indirectos.
La concentración de los gases atmosféricos se puede medir por las burbujas
atrapadas en el hielo.
Directas e indirectas medidas se pueden tomar de los sedimentos o las conchas de
los animales fósiles, pero es difícil conocer su precisión.

28. nfluencia de la
biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Principales cambios de la atmósfera provocados por la biosfera
CO2
La concentración elevada inicial (20%)
permitía un efecto invernadero que
compensaba la menor emisión del Sol
Los seres fotosintéticos reducen sus niveles
(0,03%) y se acumula en la materia orgánica
(biomasa y combustibles fósiles)
Los seres vivos también devuelven CO2 por la
respiración celular de forma más lenta
O2
La fotosíntesis lo libera, primero oxida el
Fe y el S formando depósitos de Fe
sedimentario
Luego se difundió en la atmósfera hasta
alcanzar un 21%
Posibilitó la proliferación de organismos
aerobios
O3
La abundancia de O2 permitió la formación
de la capa de ozono que protege a los seres
vivos de la radiación UV, permitiendo su
expansión en los continentes
N2
Se eleva su nivel por las reacciones de los
seres vivos sobre óxidos nitrogenados hasta
llegar al 78%

30. CAMBIOS DE LA ATMÓSFERA
Y EN EL CLIMA PRODUCIDOS POR LA
FOTOSÍNTESIS
Reducción del CO2 atmosférico.
Aparición del O2 atmosférico.
Formación de la capa de ozono.
Aumento del nitrógeno atmosférico.

31. Reducción del CO2 atmosférico
Mecanismo de ajuste del sistema Tierra => refresca
el planeta a media que el Sol irradia más calor
El CO2 es retirado de la atmósfera por la fotosíntesis
y transformado en materia orgánica que se
acumula en los seres vivos (=biomasa)
El CO2 se almacena en
Biomasa (hasta que se descomponen)
Los combustibles fósiles
Respiración
Devuelve a la
atmósfera el CO2
La reacción de
respiración es más lenta
que la fotosíntesis, y como
resultado el O2 aumenta

32. Aparición del O2 atmosférico
La fotosíntesis rompe la molécula de H2O por la
acción del Sol=> libera O2
El O2 permaneció en el agua marina => oxidó el
hierro y el azufre
Al saturarse este proceso, el O2 se liberó a la
Atmósfera => [O2] hasta el 21% actual

33. Formación de la capa de O3
El exceso de O2 permitió
LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE
OZONO
Proteger a los
Seres vivos
De los rayos
Ultravioletas
(hace unos 600
m.a)
FUNCIÓN CONSECUENCIA
Los organismos
se expandieron
con rapidez
(40 millones
de especies)

34. Aumento del nitrógeno
atmosférico
Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debido
a las reacciones metabólicas en N2 atmosférico

35. ACTIVIDADES

36. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA
Radiaciones electromagnéticas
Onda corta Onda larga
Visible
La atmósfera hace de filtro y solo la
atraviesan sin dificultad las
radiaciones del visible (intervienen en
la fotosíntesis y en la dinámica de las
masas fluidas)

37. EFECTO INVERNADERO
localización
Los gases:
Vapor de Agua (H2O)
Dióxido de carbono (CO2)
Metano (CH4)
Óxidos de Nitrógeno(NOx)
Clorofluorcarbonos (CFCs y HCFCs)
debido a
Troposfera
(12 primeros km
de la atmósfera)
Consecuencia
sobre el clima
Mantiene la temperatura
terrestre en torno a 15ºC.
Permite existencia
de agua líquida
PERMITE LA EXISTENCIA
DE VIDA

38. Efecto invernadero
Radiación de onda corta del Sol
Radiación de onda larga de la Tierra
Sin
atmósfera
Con
atmósfera

39. http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a

41. La radiación solar tiene un amplio espectro de longitudes de onda:
Radiación de longitud de onda corta
(de alta energía) emitida por el Sol.
Atraviesa la atmósfera terrestre.
Parte de la radiación es reflejada de
nuevo a la Tierra por los gases de
efecto invernadero
Parte del calor se pierde en
el espacio
UV
Alta energía
Perjudicial
infrarroja
Baja energía
Calor
Absorbida por la capa
de ozono
Longitudes de onda
utilizadas en la fotosíntesis
Radiación que llega al suelo
400 500 600 700
800
Espectro visible de radiación (nm)
25 km
12 km
El suelo se calienta y emite
radiación de longitud de
onda más larga (calorífica y
de más baja energía)
ozonosfera
troposfera

43. L
U
Z
S
O
L
A
R
Superficie terrestre
100%
88%
12%
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
15ºC
Gases de efecto
invernadero
EFECTO INVERNADERO
El CO2 y otros gases atmosféricos mantienen la Tierra unos 15 ó
20ºC por encima de lo que le corresponde por su distancia al
sol.

44. Los gases de efecto invernadero, están
atrapados en la capa de la troposfera, hasta unos 12-16
km de altura sobre la superficie terrestre.
Los gases de efecto invernadero son:
▪Vapor de agua
▪Dióxido de carbono (CO2)
▪Metano (CH4)
▪Óxido de nitrógeno (NOx)
▪CFC (clorofluorcarbonos)
La presencia de gases de efecto invernadero ha
sido vital para la evolución y supervivencia de la
vida en la Tierra.
Los gases de efecto invernadero absorben la
radiación de onda larga que la superficie de la
Tierra emite, aumentando la temperatura de la
troposfera.
Sin el efecto invernadero natural , la
temperatura media de la Tierra no sería lo
suficientemente alta para sostener la vida
(-18 °C frente a los 15 °C actuales).
http://www.grida.no/climate/vital/01.htm
El clima de un planeta es decidido por su masa, su distancia del sol y la composición de su atmósfera. Marte es demasiado pequeño para
mantener una atmósfera densa. Su atmósfera se compone principalmente de dióxido de carbono, pero es muy delgada. La atmósfera de la
Tierra es cientos de veces más gruesa. La temperatura media de la superficie de Marte es aproximadamente -50 ° C. Venus tiene casi la
misma masa que la Tierra, pero una atmósfera más gruesa, compuesta de dióxido de carbono 96%. La temperatura superficial de Venus es
460 ° C.
http://ficus.pntic.mec.es/vfem0006/hotpot/rhibrida.htm

45. L
U
Z
S
O
L
A
R
Superficie terrestre
100%
Mayor del
88%
Menor del 12%
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
15ºC
Gases de efecto
invernadero
Calor
emitido
Calor
reflejado
INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO
Provocado por la acción del hombre:
Deforestación
Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
Incendios
http://www.sagan-gea.org/hojared/Hoja15.htm

47. EFECTO ALBEDO
¿Qué es?
Albedo de la Tierra
es del 30%.
(Sólo el 70% de la radiación
del Sol entra en la Tierra
el resto es reflejado hacia el
Espacio)
% de radiación
solar reflejada
por la Tierra
del total de la
que incide
procedente
del Sol
Es dependiente del
Color de la superficie reflectora
Cuanto más clara mayor
cantidad de luz refleja
Mayor Albedo => Menor
Temperatura
consecuencia
http://www.educapoles.org/multimedia/animation_detail/why_is
_it_cold_at_the_poles/

48. ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIE
HELADA
-
-
+ +

49. Las nubes
Acción
Nube ALTA
AUMENTA EL
EFECTO
INVERNADERO
Nube BAJA
AUMENTA EL
ALBEDO

50. Temperatura
Superficie helada
Albedo
+
-
-
+
Nubes
+
Efecto invernadero
+
+
-
+
+
Los dos bucles positivos propician un equilibrio dinámico que puede romperse si las
condiciones ambientales cambian  imposible el retorno.
Ejemplos: Marte evolucionó hacia un clima frío, Venus hacia el incremento del efecto
invernadero
Gases efecto
invernadero
+
Radiación solar
incidente
+
Las nubes

52. consecuencia
Hay dos bucles positivos
Albedo Efecto Invernadero
Están en equilibrio dinámicoequilibrio dinámico
que podría peligrar por un
cambio brusco (catastrófico)
de las condiciones
Ambientales que inclinaría la
Balanza en uno u otro sentido
Siendo casi imposible retornar
A la situación de equilibrio

53. BIBLIOGRAFÍA
ENVIRONMENTAL SYSTEMS AND SOCIETIES. RUTHERFORD, Jill. WILLIAMS,
Gillian. Editorial Oxford.
ECOLOGY. GREENWOOD, Trancey. SHEPHERD, Lyn. ALLAN, Richard. BUTLER,
Daniel. Editorial BIOZONE International Ldt.
Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.
Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,
ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.
I.E.S. Cardenal Cisneros de Alcalá de Henares, Madrid. HERNÁNDEZ, ALBERTO.
http://es.wikipedia.org/wiki/Oscurecimiento_global
i-biology.com