Presentación muy completa (61 hojas) para una charla a los compañeros de la asociación Astroingeo de Alicante. Año 2008.

1. NUESTRA ATMÓSFERA:
PARTE DE NUESTRO CIELO
Definición, composición,
estructura y origen.

2. DEFINICIÓN DE ATMÓSFERA
 La atmósfera terrestre es la capa gaseosa
que rodea a la Tierra.
 Está compuesta por oxígeno (20,946%) y nitrógeno
(78,084%), con pequeñas cantidades de argón (0,93%),
dióxido de carbono (variable, pero alrededor de 0,033% ó
330 ppm), vapor de agua (aprox. 1%), neón (18,2 ppm),
helio (5,24 ppm), kriptón (1,14 ppm), hidrógeno (5 ppm) y
ozono (11,6 ppm).
 Protege la vida de la Tierra absorbiendo en la capa de
ozono parte de la radiación solar ultravioleta, reduciendo
las diferencias de temperatura entre el día y la noche, y
actuando como escudo protector contra los meteoritos.
 El 75% de la atmósfera se encuentra en los primeros 11 km
de altura desde la superficie planetaria.

3. EL ESPESOR DEL CIELO
¿cómo de alto es nuestro cielo?

4. A una altura de 16 kilómetros la densidad de la
atmósfera es el 10% de la existente al nivel del
mar
A una altura de 50 kilómetros la densidad se ha
reducido a un 1% de la existente al nivel del
mar
La atmósfera es una envoltura relativamente
delgada:
El 99.99997% del total está en 100 kilómetros
El radio de la Tierra es de unos 6500 kilómetros
100 / 6500 = 1.5%

5. Las tormentas pueden ascender hasta los 12
kms en la atmósfera.
12 / 6500 = 0.2%
Masa total de la atmósfera: 5.14 x 1015
kilogramos
5.140.000.000.000.000 kilos
Casi nada.

6. PRINCIPALES
GASES
ATMOSFÉRICOS
componente % volumen aire seco ppm de aire Tiempo de
residencia
nitrógeno (N2) 78.084 1.6. 107
oxígeno (O2) 20.946 3 000-10 000
argon (Ar) 0.934
neon (Ne) 0.00182 18.2
helio (He) 0.000524 5.24 10
6
años
metano (CH4) 0.00015 1.5 9 años
kripton (Kr) 0.000114 1.14
hidrógeno (H2) 0.00005 0.5 4-8 años
variables
vapor de agua (H2O) 0-5 10 días
dióxido de carbono (CO2) ↑ 0.0340 340 3-4
monóxido de carbono (CO) ≤ 100 60 días
dióxido de azufre 0-1 1 día
dióxido de nitrógeno (NO2) 0-0.2 0.5 – 2 días
ozono (O3) 0-10 100 días

7. NITRÓGENO (DINITROGENO)
 Fuentes donde se encuentra:
residuos agrícolas y ganaderos.
erupciones volcánicas.
 Sumideros que lo absorben:
plantas.
vida marina.
 Tiempo medio de permanencia en la atmósfera
≈ 100 millones de años.100 millones de años.

8. CICLO DEL NITRÓGENO

9. OXÍGENO (DIOXÍGENO)
 Fuentes de origen:
 fotosíntesis.
 Sumideros que lo absorbe:
 personas y animales.
 disuelto en el agua.
 descomposición de materia orgánica.
 reacciones químicas.
 Tiempo medio de permanencia en la atmósfera
≈ 3.000 años.3.000 años.

10. El O2 le confiere un
carácter oxidante a
la atmósfera.
Se formó por fotólisis de H
2O, formándose H2 y O2:
H2O + hν → 1/2O2.
El O3 se formó a partir de
O2 por interacción con
radiación ultravioleta, y
parte del ozono formado
vuelve a dar oxígeno:
3O2 + hν →
2O3 O3 + hν' →
O2 + O

11. VAPOR DE
AGUA
 Muy variable en sus
concentraciones (muy diferente
sobre los desiertos y sobre los
mares ecuatoriales).
 Fuentes:
masas de agua.
 Sumideros:
 lluvia.
 nieve.
 Tiempo medio de permanencia
≈ 11 días.11 días.

13. DIÓXIDO DE
CARBONO
 Fuentes:
 descomposición de plantas y humus.
 combustibles fósiles.
 Sumideros:
 fotosíntesis de las plantas.
 Disolución en el mar (cada vez más saturado).
 Buen absorbente de radiación infrarroja emitida por la tierra
y la atmósfera.
 Tiempo medio de permanencia:
≈ 4 años.4 años.

14. CICLO DEL CO2

15. INCREMENTO DEL CO2 EN LA
ATMÓSFERA

16. EL METANO
El metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula
química es CH4. Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido
al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no
polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones
ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su
fase líquida.
En la naturaleza se produce como producto final de la
putrefacción anaeróbica de las plantas, este proceso natural se
puede aprovechar para producir biogás. Puede constituir hasta el
97% del gas natural. En las minas de carbón se le denomina
grisú y es muy peligroso por su facilidad para inflamarse.

17. PRINCIPAL ORIGEN DEL METANO

18. Los orígenes principales de metano son:
oDescomposición de los residuos orgánicos
oFuentes naturales (pantanos): 23%
oExtracción de combustibles fósiles: 20% (el metano tradicionalmente se
quemaba y emitía directamente. Hoy día se intenta almacenar en lo posible
para reaprovecharlo formando el llamado gas natural).
oLos procesos en la digestión y defecación de animales. 17%. (Especialmente
del ganado).
oLas bacterias en plantaciones de arroz: 12%
oDigestión anaeróbica de la biomasa
oMateria viva vegetal: (Se ha descubierto que plantas y árboles emiten
grandes cantidades de gas metano).
oEl 60% de las emisiones en todo el mundo es de origen antropogénico.

19. OZONO
 Compuesto gaseoso altamente oxidante, de olor fuerte y
penetrante (su nombre deriva de la palabra griega ‘ozein’:
oler), color azul pálido, peligroso para la respiración pues
ataca a las mucosas.
 Variable en sus concentraciones con la altitud, latitud,
estación, hora del día y tipo de tiempo.
 Las concentraciones más importantes (1-10 ppm) se dan
entre los 10 y los 50 km de altura.
 También se dan concentraciones altas (≈ 1 ppm) en algunas
ciudades por las industrias y el tráfico.
 Absorbe radiación UV en la alta atmósfera, reduciendo la
cantidad que llega a la superficie terrestre.
 Gas de efecto invernadero

20. AEROSOLE
S
Es un hecho experimental
relativamente fácil de llevar a cabo
(basta que miremos en algún rincón
de casa) que el aire tiene multitud de
partículas en suspensión.
A este sistema aire + partículas se le
denomina aerosol atmosférico.
El aerosol atmosférico es ubicuo, está
presente tanto en atmósferas muy
contaminadas de las grandes ciudades
como en atmósferas ‘limpias’ de los
sitios más remotos de la Antártida o
del Polo Norte.

22. Origen:
•Fuentes minerales
•Fuentes marítimas
•Otras fuentes
Fuentes
primarias

23. EFECTOS DE LOS AEROLES:
INFLUENCIA EN LAS NUBES
Pocos aerosoles
Nubes “obscuras”
muchos aerosoles
Nubes “claras”

24. La mayor concentración de aerosoles causa, por ejemplo, gotas más pequeñas pero
más numerosas en una nube con una cantidad de agua fija. La nube se hace más opaca
y emite más energía termal hacia la superficie

25. PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y
LA ALTITUD
La presión disminuye cuando
se aumenta en altura.
El cambio de presión no es
constante. La presión dismi-
nuye exponencialmente con
la altura.
90%
99%
99.9%
P(z) = P(0)exp(−z/ H)
H ≈ 7 km

26. ρ(z) = ρ(0)exp(−z/ H)
No sólo, la
presión si
no la
densidad
también
varía
exponencial
mente con
la altura

29. ESTRUCTURA TÉRMICA DE
LA ATMÓSFERA
Variación vertical

30. ESTRUCTURA TÉRMICA DE LA
ATMÓSFERA
 Factores que influyen:
 1. La conductividad molecular. Lograría una atmósfera
isoterma. Proceso muy lento.
 2. La radiación. Procesos de absorción y emisión a los que
afecta:
 el flujo de energía incidente
 la transparencia relativa de las otras capas de la
atmósfera
 los coeficientes de absorción y emisión
 el contenido en H2O y otros gases de efecto invernadero
• 3. La turbulencia y convección. Tienden a uniformar la
temperatura potencial y establecer el gradiente adiabático.

31. CAPAS DE LA ATMÓSFERA
La temperatura de la atmósfera terrestre varía
con la altitud. La relación entre la altitud y la
temperatura es distinta dependiendo de la capa
atmosférica considerada:
Tropósfera: 0 - 9/18 km, la temperatura disminuye
con la altitud.
Estratosfera: 9/18 - 50 km, la temperatura
permanece constante para después aumentar con
la altitud.
Mesosfera: 50 - 80/90 km, la temperatura
disminuye con la altitud.
Termosfera o Ionosfera: 80/90 - 600/800 km, la
temperatura aumenta con la altitud.
Exosfera: 600/800 - 2.000/10.000 km
Las divisiones entre una capa y otra se
denominan respectivamente tropopausa,
estratopausa, mesopausa y termopausa.

32. ESTRUCTURA EN
CAPAS

33. TROPOSFERA
 Región más baja, por
cima de la superficie
terrestre.
 Gradiente vertical
negativo de
temperatura ≈ 6ºC / km
 Más ancha en el
ecuador (≈ 18 km) que
en los polos (≈ 8 km).
 El límite superior viene
marcado por la
tropopausa, zona de
transición, que es poco
espesa.

34.  Existe un gradiente
horizontal de temperatura
del ecuador a los polos.
 Contiene casi toda la
masa de la atmósfera, los
sistemas meteorológicos
móviles y las nubes
asociadas.
 Incluye la capa límite (≈
1km) con los procesos
turbulentos.

35. ESTRATOSFER
A
 En la parte inferior, la
temperatura es casi constante con
la altura, o crece lentamente.
 Se incrementa fuertemente en la
parte superior hasta alcanzar un
máximo en la estratopausa.
 Incluye la ozonosfera, con lo cual
el calentamiento se debe a la
absorción de radiación UV por el
ozono.
 No hay movimientos verticales,
por lo que las partículas que allí se
inyectan tienen grandes tiempos de
permanencia.

36. MESOSFE
RA
 La temperatura disminuye
con la altura hasta
alcanzar un mínimo en la
mesopausa.
 El proceso de absorción se
llama fotoionización. Se
producen átomos y
moléculas con carga
positiva que constituyen la
ionosfera.

37. TERMOSFER
A
 La temperatura crece
con la altura.
 Las altas
temperaturas se
deben a la absorción
de radiación UV de
longitud de onda muy
corta.
 También se da la
fotoionización.

38. ESTRUCTURA ELÉCTRICA
DEL SISTEMA TIERRA-
ATMÓSFERA

39. No hay ninguna duda de que los fenómenos eléctricos están
presentes en la atmósfera

40. ORIGEN…
 Rayos X y radiación ultravioleta procedentes del
Sol
 Rayos cósmicos
 Desintegración radiactiva cerca del suelo
 Separación de cargas en el interior de las nubes.

41. CARGAS EN LAS PARTÍCULAS
Las partículas cargadas se componen de:
Pequeños iones
Grandes iones
Electrones
La capacidad de movimiento de los iones frente a un
campo eléctrico externo se denomina movilidad. Al
producto de la carga que transporta por la movilidad de
la carga se denomina conductividad.

42. Perfiles verticales

43. La ionosfera

44.  La ionización en la atmósfera inferior es relativamente
débil (≈ 1.000 pares/cm3
).
 Esta densidad aumenta con la altura, y se incrementa muy
rápidamente a partir de los 80 kms.
 Los electrones liberados quedan en libertad, en lugar de
unirse a una molécula neutra, como ocurre en las capas
inferiores.
 Por ello, las capas altas de la atmósfera tienen más
analogía, por lo que a conductividad eléctrica se refiere,
con los medios metálicos que con los electrolíticos.

45. DEFINIMOS
IONOSFERA ...
La ionosfera es aquella región de la atmósfera
donde la ionización tiene lugar, de modo que
permanecen en libertad los electrones producidos.
En química, se define al ion o ión, del griego ión ( ),ἰών
participio presente de ienai "ir", de ahí "el que va", como una
especie química, ya sea un átomo o una molécula,
cargada eléctricamente. Esto se debe a que ha ganado o
perdido electrones de su dotación, originalmente neutra,
fenómeno que se conoce como ionización.
Los iones cargados negativamente, producidos por la
ganancia de electrones, se conocen como aniones (que son
atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente,
consecuencia de una pérdida de electrones, se conocen como
cationes (los que son atraídos por el cátodo).

46. Algunos efectos de la variación de la altura de la ionosfera
COMUNICACIÓN

47. EVOLUCIÓN DE LA
ATMÓSFERA

48. Historia de la formación de la Tierra

49. LA ATMÓSFERA
INICIAL
 La Tierra se formó sin atmósfera o la atmósfera
primordial la perdió muy pronto
 La razón entre los gases nobles y otras especies son mucho
más pequeña que en el Universo: Ne/Si en la Tierra 10-10
de la
misma razón en el Universo.
 La razón entre el Neón y el Nitrógeno (de pesos atómicos
similares) en la Tierra es una millonésima de la existente en
en Universo

50.  Posible origen:
Vulcanismo
H2O, N2, CO2, CO, H2, Cl2
H2O - 68%
CO2 - 13%
N2 , N0x - 19
Aporte de elementos ligeros
debido al intenso bombardeo
inicial

51. LA EVOLUCIÓN DEL OXÍGENO
En la lista de gases anteriormente citados falta el oxígeno.
¿Qué ha pasado con este gas?

52. En una primera etapa la atmósfera fue anóxica
Su origen se produce por:
oPérdida de la capa de gases de la nebulosa original (H y He).
oAumento de la masa de la Tierra: Gravedad.
oEnfriamiento de la Tierra.
oDesgasificación de la corteza terrestre.
oFormación de una capa de gases: atmósfera primitiva. Esta
atmósfera, tiene una composición parecida a las emisiones
volcánicas actuales, donde dominarían el N2, CO2, HCl y SO2.
oAlgunos gases y el H2O de procedencia externa (Cometas).

54. Etapa prebiótica
oAntes de la vida, la atmósfera sufrió unos cambios:
oCondensación del vapor de agua: formación de los océanos y
disolución de gases en ellos (CO2, HCl y SO2).
oPrincipal gas de la
atmósfera:
oNitrógeno (N2).
oNo había oxígeno (O2).

55. Etapa microbiológica
Etapa con la aparición de las primeras bacterias anaeróbicas
(que usan H y H2S) y fotosintéticas (Bacterias del azufre y
cianobacterias):
Comienza la producción de O2 del océano.
El O2 producido se utiliza para oxidar las sustancias reducidas
del océano. Prueba de ello son la deposición de las
formaciones de hierro en bandas:
2Fe+3
+ 3/2O2 → Fe2O3
Una vez oxidado las sustancias, empieza la producción de O2
para la atmósfera.
El O2 liberado se gasta para oxidar sustancias reducidas de la
corteza terrestre. Prueba de ello son la formación de capas
rojas de origen continental.

56. Una evidencia: Los estromatolitos
Los estromatolitos consisten en
laminaciones de formas diversas.
Están formados por la captura y
fijación de partículas carbonatadas
por parte de algas cianofíceas y
cianobacterias.
El espesor de las láminas es inferior
a algunos milímetros y su forma es
plana (este tipo de estructura se
denomina laminación algal o
criptalgal) a hemisférica y columnar.
Los estromatolitos suelen presentar
numerosos poros entre sus láminas,
este tipo de porosidad se denomina
porosidad fenestral.
Estromatolito significa "cama de
piedra". Esta palabra viene del
griego strōma = cama/alfombra y
litho = piedra.

57. Hace unos 3500 millones de años, cuando en los océanos ya
emergían millones de células vivas, aparecieron los estromatolitos.
Ya hace 2500 y 1000 millones de años atrás, los arrecifes de
estromatolitos estaban ampliamente expandidos y comenzaron a
segregar un gas que fue causante de la primera extinción masiva del
planeta. Este gas era el oxígeno y provocó un cambio drástico en la
Tierra, notable hasta nuestros días.

58. Etapa biológica
Etapa con la aparición de eucariontes*
con fotosíntesis más eficiente:
Aumento del O2 en la atmósfera hasta la
concentración actual (21%).
Formación de la capa de O3 (protección
de la radiación ultravioleta del Sol),
permitiendo la colonización de las tierras
emergidas.
*Se denomina eucariotas a todas las células que tienen su material
hereditario fundamental (su información genética) encerrado dentro de una
doble membrana, la envoltura nuclear, que delimita un núcleo celular.
Igualmente estas células vienen a ser microscópicas pero de tamaño
grande y variado comparado con las otras células.

59. a) Chroococcus b) Oscillatoria c) Nostoc
(coccoid) (filamentous) (heterocystic)
Cyanobacterias
Cyanobacteria (del griego ciano = azul) es el nombre de un filo del reino Bacteria
(único del dominio del mismo nombre) que comprende a las cianobacterias y, en
algún sentido, a sus descendientes por endosimbiosis, los plastos.
Las cianobacterias fueron designadas durante mucho tiempo como cianófitas
(Cyanophyta, literalmente plantas azules) o cianofíceas (Cyanophyceae,
literalmente algas azules), castellanizándose lo más a menudo como algas
verdeazuladas.

61. MUCHASMUCHAS
GRACIASGRACIAS