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.
y posteriormente la atmósfera por oxígeno. Los minerales de hierro oxidado (
red
beds),
datan de hace 2000 x 10
6años 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 CO
2osciló dependiendo de la actividad
vegetal.
La composición actual es la siguiente:
Componentes constantes
Componentes variables
Nitrógeno 78%
Dióxido de carbono 0.0003%
Oxígeno 20.95%
Vapor de agua 0-4%
Argón 0.93%
Metano
trazas
Neón, Helio, Kriptón 0.0001%
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).
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 CO
2, 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
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 O
3en 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.
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
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
:
O
2+ UV (<240 nm)
O + O
O + O
2
O
3Destrucción:
O
2+ UV (<320 nm)
O + O
2O + O
3
O
2+ O
2La unión del ozono a átomos de halógenos como el cloro, también destruye el ozono:
La ozonosfera, por lo tanto, constituye un escudo protector de importancia vital ya que
evita entre otras cosas:
-
Cáncer de piel. (Debido a las alteraciones del material nuclear de las células que
reciben la radiación solar)
-
Cataratas oculares. (Debido a la coagulación de las proteínas del humor vítreo
por parte de las mencionadas radiaciones)
-
Atenuación del sistema inmunológico.
-
Cambios en el rendimiento fotosintético de plantas.
-
Efectos nocivos sobre el zooplancton y fitoplancton en aguas litorales de poca
profundidad.
Debido al intercambio de elementos entre la ozonosfera y la troposfera puede
encontrarse también
ozono troposférico
con efectos nocivos, pero de menor
intensidad, sobre los seres vivos.
2. EL EFECTO INVERNADERO.
Se denomina efecto invernadero al incremento de temperatura observado en la
atmósfera producido por la acción de algunos gases como el CO
2que impiden la
salida de la radiación solar infrarroja reflejada por la Tierra.
La atmósfera es transparente a los rayos solares de onda corta, la mayor parte
corresponde al espectro visible; de esta forma los océanos y los continentes se
calientan contribuyendo al desarrollo de los procesos vitales. Parte de esta radiación
no es aprovechada y se refleja en forma de radiación infrarroja. Posteriormente esta
radiación al llegar a la capa de gases de la troposfera donde está presente el CO2,
metano, vapor de agua, óxidos de nitrógeno etc. refleja hacia el planeta dicha
radiación infrarroja en todas direcciones (
contraradiación
). Por estas razones la
temperatura media del planeta es de unos 15ºC permitiendo la existencia de agua en
sus tres estados fundamentales y
favoreciendo todas las formas de vida
. Si no
existiese este fenómeno natural la temperatura media del planeta sería de de -18ºC lo
que sería nefasto para el desarrollo de la vida.
Por lo tanto el efecto invernadero es
beneficioso e imprescindible para los seres vivos.
Desde la era industrial la quema de combustible fósiles ha provocado un incremento
masivo de las concentraciones de gases invernadero en la troposfera, potenciando el
efecto invernadero de una manera artificial y provocando un incremento adicional de
la temperatura atmosférica. Se calcula que en este último siglo la temperatura ha
aumentado 0.5ºC, si este aumento sigue así podría provocar un calentamiento global
del planeta de consecuencias imprevisibles para la supervivencia de los humanos.
Según algunos autores podría provocar:
-
Elevación del nivel eustático del mar entre 15 y 95 cm gracias al deshielo de los
polos.
-
Alteración del ciclo del agua, variando el régimen de lluvias.
-
Se alterarán las corrientes termohalinas de los océanos.
-
Las zonas de latitudes medias se desertizarán.
-
Aumento de la desforestación
-
Aumentarán el número de ciclones tropicales.
disminuir su tasa de emisión (EEUU, Rusia, España). (Busca información sobre el
protocolo de Kioto y haz una relación de países que no firman dicho acuerdo)
BALANCE ENERGÉTICO DE LA RADIACIÓN SOLAR, efecto ALBEDO
El balance se refiere a la relación entre la energía recibida y la radiada al exterior. A lo
largo de la historia del planeta ha permanecido equilibrado con algunas oscilaciones
transitorias que se han traducido en cambios climáticos.
Un balance energético anual en condiciones normales sería:
Si suponemos que la energía solar que llega a la atmósfera es del 100%:
Un 25% es absorbido por la atmósfera: (un3% por la capa de ozono, un 17% de
energía es absorbida por el vapor de agua y las partículas del aire y un 5% por
las nubes. Es decir, que la cuarta parte de la energía incidente es absorbida por
la atmósfera).
El 45% restante la absorbe la superficie terrestre: (el 21% por los continentes,
el 23,8% por los océanos y solo el 0,2% es utilizado por los vegetales y el
fitoplancton para realizar la fotosíntesis.
De toda la energía recibida el 45% se libera de nuevo mediante la emisión de
radiaciones de onda larga y mediante procesos de convección:
Un 16% en forma de radiación de onda larga.
Un 24% se pierde mediante calor latente que es la energía necesaria para
evaporar el agua. Cuando el agua se condensa a cierta altura cede esta energía
aumentando la temperatura del aire.
Un 5% se pierde por conducción directa a la atmósfera, el calor sensible o
energía que produce el calentamiento del aire. El calor se transfiere
directamente desde la superficie del mar o del suelo al aire en contacto con él
calentando las masas de aire más bajas que se dilatan y tienden a subir.
Por estas razones la Tierra emite radiación infrarroja a través de su superficie no
iluminada y recibe radiación solar en el hemisferio iluminado.
3. Recursos energéticos relacionados con la atmósfera.
Aprovechamiento
energético: la energía solar, la energía eólica, ventajas e inconvenientes de
cada una de ellas.
Conceptos básicos:
Energía solar fotovoltaica, energía térmica solar,
parques eólicos.
LAENERGÍA SOLAR
.
Características de la radiación solar.
La estrella que conocemos como SOL está compuesta
por un 74% de hidrógeno, 24%
de helio y menos de 1% de oxígeno
; los demás elementos juntos no llegan a un 1%. La
temperatura de la superficie del SOL es de cerca de 6000ºC debido a las reacciones
termonucleares de fusión de átomos de hidrógeno dando átomos de helio y liberando
una pequeña cantidad de masa que posteriormente se transforma en energía. Estas
reacciones solo pueden darse a una presión gigantesca ya a 15 x 10
6ºC de
temperatura.
En el gráfico se puede observar que el espectro se puede dividir en tres segmentos:
a-
Radiación visible, comprendida entre 0.4
y0.8
µm(400-700 nm), (colores del
arco iris)
b-
Zona de
λ
< 0.4
µm, en ella la mayor parte de la energía llega en forma de rayosultravioleta.
c- Zona de
λ
< 0.8
µm, donde la mayor parte de la energía llega en forma de radiación infrarroja de menos de 4µmLa energía solar que llega al planeta puede oscilar dependiendo de las erupciones
solares, además se refleja aproximadamente un 30% de la energía solar (EFECTO
ALBEDO).
Aunque la Tierra solo intercepta una mínima parte de la energía solar, es la principal
fuente de energía ya que todas las energías renovables dependen en mayor o menor
medida de la energía solar. Se han ideado distintos dispositivos para poder usar esta
energía a nivel doméstico (calefacción, agua caliente, luz, frío).
Sistemas arquitectónicos pasivos:
Construcciones que se calientan o enfrían
pasivamente usando la luz solar y diseños arquitectónicos tradicionales que se
observan en construcciones persas, griegas, romanas, fenicias etc. Ahora se
denomina arquitectura bioclimática a la heredada de las construcciones
tradicionales donde el espesor de muros, tamaño de ventanas, diseño,
orientación, materiales de construcción etc. intenta minimizar los gastos
energéticos y buscar una mejora en el confort.
Centrales solares fotovoltaicas
: En este caso la energía solar se convierte
directamente en electricidad debido a propiedades específicas de materiales
semiconductores (silicio) que al absorber fotones provoca una corriente de electrones
(electricidad). Es necesario que las células fotovoltaicas usen silicio monocristalino que
es muy costoso; en la actualidad se están haciendo células fotovoltaicas con una
mezcla de silicio monocristalino y amorfo como el que se usa en relojes y calculadoras
que es de menor rendimiento pero es mucho más económico.
Ventajas: Estas células fotovoltaicas no generan ningún tipo de contaminación, no
hacen ruido, no requieren agua y su mantenimiento es mínimo. Sería un sistema
idóneo para países en vías de desarrollo que no poseen una infraestructura de red
eléctrica, aunque su coste todavía es elevado.
Inconvenientes: El único inconveniente es que necesitan una gran superficie; sin
embargo, en zonas desérticas o semidesérticas esto no sería un problema.
La energía eólica.
La energía eólica es la energía producida por el movimiento del aire, es decir, por el viento, que, a su vez, es una consecuencia de la radiación solar; y se origina, en la mayoría de los casos, por diferencias en la insolación de zonas distintas de la superficie de la Tierra.
La energía cinética del viento ha sido empleada por el ser humano desde el comienzo de la historia en diferentes aplicaciones: mover embarcaciones, bombear agua o moler grano; incluso su aplicación en la producción de energía eléctrica no es nueva, ya que, a principios del siglo XIX, Dinamarca poseía alrededor de 200 Mw de potencia electro-eólica.
Actualmente se desarrollan soluciones tecnológicas que permitan un mayor y mejor aprovechamiento de la energía eólica en la producción de electricidad. Para esto no sólo es necesario la mejora de la maquinaria, sino también un .profundo estudio de las zonas adecuadas para la instalación de centrales de este tipo, es decir, la elaboración de mapas eólicos, ya que para poder utilizar la energía eólica con cierta eficacia en una zona determinada, el viento deben cumplir una serie de condiciones relativas a la velocidad, continuidad, estabilidad, etc.
Un aspecto importante al respecto es la densidad de potencia del viento, es decir, la potencia máxima que puede conseguirse por cada unidad de área barrida por el mismo. En concreto, por debajo de los 50 w/m2 no tiene interés la colocación de instalaciones eólicas y sólo por encima de los 200 w/m2 comienzan a resultar rentables los sistemas eólicos para la producción de energía eléctrica.
Las máquinas que se están utilizando son los denominados aerogeneradores o turbinas eólicas. En la actualidad hay dos modelos: los de eje horizontal y los de eje vertical. En cuanto a la potencia, también hay máquinas de pequeña y mediana potencia para aplicaciones aisladas y máquinas de alta potencia
La energía eléctrica generada por el movimiento de la turbina es transportada mediante cables conductores a un centro de control donde se almacena en acumuladores o se distribuye directamente a los centros de consumo. Una central de este tipo, dada la aleatoriedad del viento, debe tener una fuente auxiliar para garantizar en todo momento el suministro de energía.
Visita esta página:
http://www.energy-spain.com/energia-eolica
Para el control del movimiento de la turbina se dispone de un volante de inercia que, actuando como carga de frenado, permite controlar en todo momento las revoluciones de las aspas independientemente de la velocidad del viento. Por otra parte, debido a la altura en que se encuentra el generador y el rozamiento que el aire produce sobre él, es conveniente que el equipo esté conectado a tierra para evitar la electricidad estática que, de otro modo, se produciría sobre la instalación.
Los aerogeneradores de alta potencia o los de media potencia conectados entre sí (parques eólicos) se utilizan para la producción de energía eléctrica que verterán a la red de distribución general. Las máquinas de baja y media potencia se utilizan de forma aislada para uso directo de la energía mecánica en el bombeo de agua, o para generar energía eléctrica de uso doméstico o agrícola como complemento a otras fuentes tradicionales de energía. También se usan en instalaciones desalinizadoras de agua de mar.
Ventajas. Además de todas las ventajas de ser una fuente de energía renovable:
• Se consigue un alto rendimiento en la transformación de energía mecánica en eléctrica. • Tiene bajos costes de mantenimiento.
Inconvenientes. Como en el caso de la energía solar, es una fuente de energía aleatoria, con fuertes fluctuaciones.
• Es de difícil almacenamiento cuando la producción supera a la demanda. El rendimiento económico todavía no es el adecuado.
• Produce contaminación acústica por el giro del rotor de la turbina. Los aerogeneradores son un peligro para los animales voladores. Pueden producirse interferencias en las transmisiones de televisión y de radio, sobre todo si las palas del rotor son metálicas.
• Los aerogeneradores producen un impacto visual inevitable, debido a que deben emplazarse en lugares bastante evidentes.
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 contaminación atmosférica
.Desde la revolución industrial, como consecuencia de la actividad humana, que produce grandes cantidades de residuos siendo los gaseosos el origen de la contaminación atmosférica.
Según la Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de Protección del Ambiente Atmosférico, se entiende por contaminación atmosférica “la presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza”.
Por otra parte, la OMS establece que hay contaminación en la atmósfera «cuando en la composición del aire aparecen una o varias sustancias extrañas, en tales cantidades y durante tales períodos de tiempo, que pueden resultar nocivas para el hombre, los animales, las plantas o las tierras, así como perturbar el bienestar o el uso de los bienes».
2. Fuentes de contaminación
Las fuentes contaminantes del aire se pueden agrupar, atendiendo a su origen, en:
Naturales. Comprenden la actividad geológica de la Tierra y otros procesos de la naturaleza. Los volcanes son una de las fuentes naturales que aportan mayor cantidad de polvo que puede diseminarse, debido a la acción del viento, por la atmósfera. Otra fuente de emisión de partículas sólidas son los incendios forestales de origen natural.
Artificiales. Son consecuencia de la presencia y actividades del hombre. La mayor parte de la contaminación procede de la utilización de combustibles fósiles (carbones, petróleo y gas).
Las emisiones de origen natural son más elevadas a nivel global, mientras que las de origen humano lo son a nivel local o regional.
Entre las actividades humanas contaminantes podemos destacar las siguientes:
a. En el hogar, el uso de calefacciones y otros aparatos domésticos que emplean combustibles como el carbón, gasóleo y gas natural como fuentes degeneración de calor. El mayor o menor grado de contaminación se debe al tipo de combustible utilizado (el carbón es más contaminante que el gas), así como al diseño y estado de conservación de los aparatos empleados.
núcleos de población. El grado de contaminación provocada dependerá de la clase de combustible empleado, del tipo de motor, del empleo de catalizadores y de la densidad del tráfico.
c. En la industria, el aporte de contaminación al aire depende del tipo de actividad, siendo las centrales térmicas, las cementeras, las siderometalúrgicas, las papeleras y las químicas las más contaminantes.
3. Los contaminantes más frecuentes y sus efectos.
Podemos clasificar los contaminantes en dos grupos: las sustancias químicas y las formas de energía.
Sustancias químicas
.Dentro de este grupo hay que diferenciar:
a. Contaminantes primarios. Sustancias de naturaleza y composición química variada, emitidas directamente a la atmósfera
• Partículas, que son sustancias sólidas o líquidas que se depositan por la acción de la gravedad y se convierten en polvo. En su mayor parte provienen de combustiones industriales o domésticas y de las actividades de industrias extractivas como la minería o fábricas de cemento. De forma natural proceden de incendios y de volcanes.
• Compuestos de azufre, como el dióxido de azufre (S02) y el trióxido de azufre (S03), que resultan de la oxidación del azufre presente en los combustibles fósiles al quemarse, y el ácido sulfhídrico (H2S), que procede de escapes de refinerías de petróleo, fábricas de gas y, de forma natural, de erupciones volcánicas o del metabolismo anaerobio.
• Compuestos orgánicos, como los hidrocarburos (HC). En la atmósfera existen de forma natural en zonas pantanosas y en áreas próximas a los pozos petrolíferos; su origen antropogénico radica en las industrias petrolíferas, las plantas de tratamiento de gas natural y los vehículos.
Cabe destacar el metano (CH4), cuyo origen natural es la descomposición anaerobia bacteriana en zonas húmedas y las fermentaciones en el intestino de seres vivos, como en los rumiantes. Su origen antropogénico radica en la producción y utilización de combustibles fósiles (plataformas petrolíferas, yacimientos de gas ... ), en la agricultura del arroz y en los procesos de descomposición de materia orgánica en vertederos y depuradoras.
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) se producen en la evaporación de sustancias orgánicas y participan en las reacciones fotoquímicas de la atmósfera. Las dioxinas y furanos se forman en el transcurso de reacciones durante el tratamiento de productos químicos clorados y en la incineración de residuos que contienen sustancias cloradas.
• Óxidos de nitrógeno (NOx), que tienen su origen en algunos procesos naturales (descargas eléctricas en tormentas, erupciones volcánicas, acción bacteriana del suelo) y en actividades humanas que implican un uso de combustibles fósiles (calefacciones, centrales térmicas, automóviles).
incrementa el efecto invernadero natural, lo que lleva a modificaciones importantes en el clima terrestre, como ya vimos en el tema anterior.
• Compuestos halogenados y derivados. Son sustancias que contienen cloro y flúor en su molécula. Destacan como contaminantes el cloro (CI2), el cloruro de hidrógeno (HCI) y el fluoruro de hidrógeno (HF), y entre los derivados, los clorofluorocarbonos (CFC’s), gases estables, no tóxicos ni inflamables, empleados por ello en aerosoles, refrigerantes y frigoríficos.
• Metales pesados, considerados muy peligrosos, puesto que no se degradan ni química ni biológicamente, acumulándose en las cadenas alimentarias. Entre los más nocivos se encuentran el plomo, el mercurio y el cadmio. El plomo procede de la combustión de gasolinas que lo llevan como aditivo antidetonante. El mercurio y el cadmio tienen su origen en actividades mineras, en la incineración de residuos y en actividades agrícolas.
• Olores, definidos como estímulos captados por el olfato y producido por partículas de diversas sustancias que se encuentran en el aire.
b. Contaminantes secundarios. Se originan a partir de los primarios mediante reacciones químicas en la atmósfera, formando otros elementos nuevos por transformación de los ya existentes. Los más importantes son el NO3, SO3, H2SO4 HNO3, el O3 (ozono troposférico) y los
PAN (nitratos de peroxiacilo).
El SO3 formado a partir del SO2 es un gas incoloro que se condensa rápidamente y reacciona
con el agua para pasar a ser H2SO3 contaminante secundario responsable de la lluvia ácida,
junto con el HNO3 . EI NO3 procede de la oxidación del NO2 por el O3, y posee un papel
destacado en la formación del smog fotoquímico. Los PAM se originan en el transcurso de reacciones foto químicas a partir de los hidrocarbonos.
El ozono troposférico es un gas de fuerte poder oxidante. De forma natural procede de intrusiones estratosféricas, erupciones volcánicas, descargas de tormentas y su orien antropogénico se debe a las reacciones fotoquímicas de contaminantes primarios (NO2 y COVs)
generados por el tráfico en los ambientes urbanos. Es por tanto un componente del denominado smog fotoquímico y a su vez participa en la formación de una gran variedad de contaminantes secundarios.
Formas de energía como contaminantes atmosféricos
Las formas de energía constituyen el segundo gran grupo de contaminantes y se dividen, a su vez, en tres tipos: las radiaciones ionizantes, las radiaciones no ionizantes y el ruido.
Las radiaciones ionizantes. Son una serie de partículas u ondas electromagnéticas que pueden ionizar átomos o moléculas de la materia sobre la que actúan directamente. Se clasifican en cuatro tipos: radiaciones alfa, beta, gamma y rayos X
El origen natural de estas radiaciones se encuentra en los procesos de transformación de los materiales radiactivos de la corteza terrestre y en las radiaciones cósmicas. Ciertas actividades médicas de tratamiento y exploración, escapes en centrales nucleares y actividades de investigación, que emplean isótopos radiactivos, son fuentes de estas radiaciones.
Cuando las radiaciones ionizantes alcanzan a los seres vivos, pueden afectar a los procesos biológicos y provocar mutaciones.
Tierra y su origen antropogénico en los cables de fluido eléctrico y aparatos eléctricos. Son las radiaciones ultravioleta, radiaciones infrarrojas, ondas de radio, TV y microondas.
El ruido. Se considera en la actualidad un tipo especial de contaminación atmosférica con una gran incidencia sobre las poblaciones.
Los efectos más importantes ocasionados por la presencia de cada uno de los contaminantes sobre las personas, animales, la vegetación y los materiales. Hay que destacar que las plantas muestran una especial sensibilidad y especificidad de respuesta a la mayor parte de los contaminantes atmosféricos, sufriendo daños significativos a unas concentraciones mucho más bajas que las que afectan a las personas y a los animales. La sensibilidad de los vegetales, como las coníferas o los líquenes, a determinados contaminantes es tal que se les utiliza como indicadores biológicos de la contaminación y de la calidad del aire.
Los daños causados observables en estos vegetales pueden ser:
Necrosis foliar: áreas de tejido muerto, de coloración marrón-rojizo-blanco. Clorosis: coloración de las hojas verde pálido o amarillo.
Manchado moteado: manchas puntuales oscuras. Detención del crecimiento.
Además de los efectos ocasionados por la presencia de cada uno de los contaminantes, hay que tener en cuenta las posibles acciones sinérgicas de dos o más de ellos. Este aspecto es prácticamente desconocido, pero es perfectamente posible que el efecto conjunto de dos o más contaminantes sea superior a la suma de los efectos provocados de manera aislada por dichos contaminantes.
Por otra parte, los efectos sobre los ecosistemas pueden ser inmediatos, a medio o a largo plazo. Recientemente se ha sabido que la contaminación atmosférica, al cabo de tiempo, es una de las mayores fuentes de contaminación de los océanos, en especial la de metales pesados y aerosoles minerales.
Por último, es de suma importancia considerar el área de influencia de la contaminación atmosférica que, debido a las especiales características del medio difusor y de los contaminantes atmosféricos, puede ser local, regional o global.
4. Factores que influyen en la contaminación local.
Para que se produzca contaminación atmosférica, además de la emisión de los contaminantes, se tiene que producir su acumulación hasta alcanzar unas concentraciones determinadas.
Hay una serie de factores que facilitan o dificultan dicha concentración. Los más importantes son los siguientes:
Características de las emisiones
• Naturaleza del contaminante. Si es un gas permanecerá mucho más tiempo que si es un sólido o un líquido, cuyas partículas se depositarán más rápidamente.
• Concentración del contaminante en el momento de la emisión.
• Velocidad de salida. A mayor velocidad, más rápido asciende y, en caso de inversión térmica podría atravesar la capa de inversión y dispersarse más fácilmente.
• Altura del foco de la fuente emisora. A mayor altura, mayor facilidad para que se produzca la dispersión del contaminante.
Condiciones atmosféricas locales.
• Estabilidad o inestabilidad atmosférica, propiciarán la acumulación o dispersión de los contaminantes.
• Velocidad del viento. Determina una mayor o menor rapidez en la dispersión de los contaminantes
• Dirección del viento. Determina el área hacia donde se pueden desplazar los contaminantes emitidos. Cuando se estudian los posibles emplazamientos de fuentes emisoras de contaminantes hay que considerar las direcciones de los vientos dominantes en la zona. •Precipitaciones. Producen un efecto de lavado sobre la atmósfera, arrastrando los contaminantes al suelo.
• Insolación. La radiación solar favorece las bajas presiones o las reacciones que dan lugar a algunos contaminantes secundarios.
Características geográficas y topográficas.
• Las brisas marinas. En las zonas costeras, la existencia de las brisas marinas hace que los contaminantes se desplacen de día hacia el interior del continente y de noche hacia el mar, provocando su fácil dispersión.
Estos hechos contribuyen a dificultar la dispersión de los contaminantes, favoreciendo su concentración y originando la típica formación urbana denominada cúpula de contaminantes, que se ve incrementada por situaciones anticiclónicas y que puede ser eliminada por la llegada de frentes fríos que aporten vientos y lluvias a la ciudad.
Efectos locales. «Smog»
Además de los efectos nocivos sobre los seres vivos y los materiales, un efecto local típico es la formación de nieblas contaminantes o smog (palabra formada por los términos anglosajones smoke = humo y fog = niebla). El smog es una niebla (nubes bajas) estable, formada normalmente en situaciones anticidónicas o, mejor, de inversión térmica, que acumula grandes cantidades de contaminantes, ocasionando graves efectos sobre los seres vivos y los materiales. Hay dos tipos de smog:
• Smog clásico, «puré de guisantes» o smog invernal. Se estudió por primera vez en Londres, en 1952. El Támesis produce nieblas que, en invierno (diciembre y enero), se hacen estables debido al fenómeno de la inversión térmica; estas nieblas acumulaban contaminantes procedentes de las industrias que, a principios de siglo, abundaban en ambas orillas del río cerca o, incluso, dentro de la ciudad.
Tiene su origen en la quema de combustibles fósiles, especialmente el carbón, con la consiguiente emisión de CO, COz, S02, S03 y una gran cantidad de partículas en suspensión (hollines y humos) que daba a la niebla un color pardo grisáceo y cierta consistencia, de ahí la denominación de «puré de guisantes». Los efectos que producía se centraban en el aparato respiratorio: irritación de las mucosas, tos, asma, etc. También provocaba una disminución considerable de la visibilidad.
• Smog fotoquímico o smog estival. Se estudió por primera vez en Los Ángeles (EE UU), en 1944. Se origina en situaciones anticidónicas, con poca dispersión de los contaminantes, y con fuerte insolación; en estas condiciones se producen muchas reacciones fotoquímicas entre dichos contaminantes (NOx COVs) y el O2 atmosférico, dando lugar a la aparición de otras moléculas, especialmente moléculas oxidantes (O2, PAN Y radicales libres).
El O3 se forma a partir del NO2 la radiación solar y el O2 atmosférico, pero se destruye al reaccionar con el NO dando NO2 y O2 en una serie de reacciones cíclicas, de manera que no se acumularía en la atmósfera. Pero en presencia de COVs, estos reaccionan con el NO formando nitrato de peroxiacetileno (PAN) y el 03 se acumula al descender la [NO].
Asimismo, si existen hidrocarburos, el ciclo fotolítico se desequilibra al reaccionar sus radicales orgánicos oxidados con el NO, oxidando lo y originando radicales libres activos. Así aumenta la concentración de ozono troposférico puesto que no participa en la oxidación del NO a N02. Los efectos del smog fotoquímico sobre las personas se localizan fundamentalmente en las mucosas, produciendo irritación en los ojos y la nariz y complicaciones respiratorias en niños, en ancianos y en personas con trastornos respiratorios. Sobre las plantas actúa reduciendo la actividad fotosintética. También tiene un efecto corrosivo importante sobre los metales y sobre el caucho, produciendo, entre otros efectos, la degradación de los neumáticos de los vehículos en las ciudades con smog fotoquímico frecuente. Y, además, el 03 es un gas con efecto invernadero.
4.
Los grandes impactos.
Los más importantes son la lluvia ácida a nivel regional y la destrucción de la capa ozono a nivel global.
Lluvia ácida
La lluvia puede tener de manera natural un cierto grado de acidez llegando, como mucho, a valores de pH de 5,6. Esta acidez natural se produce por la disolución del CO2 atmosférico en las gotas de agua, originando H2C03 que posteriormente precipita con la lluvia.
El término de «lluvia ácida» se empleó por primera vez en 1853, en la ciudad inglesa de Manchester, al observarse que la lluvia corroía los metales, desteñía la ropa tendida y dañaba gravemente a los vegetales, atribuyéndose estos efectos a la acidez del agua de lluvia. Hasta 1965 no se descubrió el origen de este fenómeno, que es la presencia de óxidos de nitrógeno (NOx) y, sobre todo, de óxidos de azufre (S02, S03) en la atmósfera. Estos compuestos, una vez en la atmósfera, pueden caer a la superficie terrestre de dos maneras:
de estos elementos que resultan perjudiciales para la vegetación, los suelos y la fauna, llegando, incluso, a afectar a las personas que los respiren.
• Deposición húmeda. Si, por el contrario, estos compuestos permanecen más tiempo en la atmósfera, sufren un proceso de oxidación dando lugar a H2S04 y H2S03. Estos ácidos se disuelven en las gotas de lluvia produciendo una precipitación ácida, la lluvia ácida, aunque también pueden depositarse como nieve, rocío o niebla.
Puesto que estos compuestos que producen la lluvia ácida, dependiendo de las condiciones meteorológicas, pueden ser transportados a largas distancias desde las fuentes emisoras, dicha lluvia podrá afectar a zonas y ecosistemas muy diversos, a cientos de kilómetros de los focos emisores. Así, en Europa, los contaminantes emitidos por los países más industrializados como Gran Bretaña y Alemania se trasladan hacia Noruega, Dinamarca y los países del Este, donde se depositan.
Acidificación de las aguas superficiales, sobre todo de las estancadas, los lagos y las lagunas. Los más susceptibles son los de menor volumen, hasta el punto de hacerlos inviables para la vida. Así ha sucedido con la cuarta parte de los numerosos lagos suecos, que han sido contaminados por las industrias británicas.
Acidificación de los suelos, modificándose el equilibrio iónico. Se produce una disminución de los iones necesarios para las plantas como el Ca y el Mg y aumentan otros potencialmente tóxicos como el Al y el Mn.
Destrucción de la vegetación, especialmente los bosques, debido al contacto directo de la lluvia ácida sobre los árboles que provoca la caída prematura de las hojas y la destrucción de la corteza.
Ataque a diferentes materiales, como corrosión de metales y la degradación y alteración de los materiales de construcción (el llamado «mal de la piedra»).
Destrucción de la capa de ozono estratosférica
Entre los años 1977 y 1984 se detectó que la cantidad de ozono existente durante la primavera en la Antártida había disminuido en un 40 %. Los científicos denominaron a este fenómeno «el agujero de ozono». Sin embargo, el término no se ajusta a la realidad, ya que lo que realmente se produce es una disminución del espesor de la capa de ozono, entre 1 y 2 km, a una altura de unos 16 km.
En la estratosfera, el ozono se forma y se destruye mediante un conjunto complejo de reacciones simples. El oxígeno molecular absorbe la radiación ultravioleta originando oxígeno atómico que, al reaccionar con el oxígeno molecular, produce ozono. Esta reacción es reversible, el ozono absorbe luz ultravioleta disociándose en oxígeno molecular y oxígeno atómico.
Formación de ozono: O2 + UV « 240 nm O + O O+O2 O3
Destrucción del ozono: O3 + UV « 320 nm O + O2 O+O3 O2 + O2
Además, algunos compuestos presentes en la atmósfera (H2O, N2O) actúan como catalizadores en una serie de reacciones que consumen ozono y oxígeno atómico para dar oxígeno molecular. Éste se convierte de nuevo en ozono, en un proceso continuo de formación y destrucción.
Cada átomo de CI puede permanecer en la estratosfera alrededor de 100 años, y puede catalizar la destrucción de unas 100.000 moléculas de ozono
Si la pérdida de ozono se produce precisamente sobre los polos, es porque a temperaturas muy bajas (-80 °C), los NOx se hielan, se inactivan y no pueden capturar átomos de cloro. Los NOx al helarse actúan como núcleos de condensación cayendo junto con la nieve. Esto explica por qué después de la estación fría, en primavera, es más acusado el adelgazamiento de la capa de ozono y por qué esta pérdida es más acusada sobre el polo sur, al ser más fría la estratosfera sobre la Antártida que sobre el Ártico.
En 1985 se firma el Convenio de Viena para la protección de la capa de ozono, como instrumento marco en el que se identificarán los problemas y se desarrollarán las acciones de cooperación internacional.
En 1987 se firma el Protocolo de Montreal para la eliminación de las sustancias que agotan la capa de ozono. Se espera la lenta recuperación de la capa de ozono en los próximos 50 años.
El CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL
Actualmente, la temperatura media global del planeta es de 15°C; sin embargo, parece que no siempre fue así. Al estudiar el registro geológico se llega a la conclusión de que tal clima terrestre ha variado, a veces de manera extrema.
Si consideramos globalmente la historia de la Tierra, el clima «normal» es mucho más cálido que el actual, con las regiones polares libres de hielo e, incluso, las zonas templadas cubiertas de vegetación exuberante.
Pero a lo largo de sus 4.500 millones de años, la Tierra ha conocido períodos fríos denominados épocas glaciales. A excepción de la primera, ocurrida hace entre 2.500 y 2.300 m.a., las seis restantes han tenido lugar en los últimos 1.000 m.a., es decir, parece un fenómeno «reciente».
Cada época glacial puede durar millones o decenas de millones de años, y dentro de la época glacial se da una sucesión rítmica de glaciaciones propiamente dichas, separadas por interglaciaciones de corta duración, más cálidos; durante los últimos 800.000 años las glaciaciones han tenido una duración de alrededor de 100.000 años. En cada período interglacial se producen oscilaciones climáticas más cortas, que se suelen denominar óptimos c1imáíicos y crisis climáticas. Ahora estamos en un período interglacial, el último, de la actual época-glacial que comenzó hace más de tres millones de años.
La Tierra empezó a enfriarse hace 65 millones de años, poco después de la desaparición de los dinosaurios, pero hasta hace sólo unos 3 m.a. no se estableció la presente época glacial. Antes, durante todo el Mesozoico (entre 200 y 50 m.a.), los dinosaurios, cocodrilos y grandes serpientes vivían cerca de los polos.
Por lo tanto, el hombre surge sobre el planeta en una época glacial, si bien aparece en África, cerca del ecuador, donde las condiciones climáticas no eran tan duras. Y, como es lógico, las variaciones climáticas que se han producido a lo largo de esta época (glaciaciones y períodos interglaciales) han tenido una influencia fundamental en el desarrollo de la humanidad. Algunos hechos históricos muestran claramente esta influencia:
• Nacimiento de la agricultura y la ganadería en el Neolítico hace alrededor de 11.000 años. Coincide con una retirada drástica de los hielos hacia latitudes más altas.
• La aparición de civilizaciones importantes y prósperas, primero en latitudes más bajas (Oriente Medio, India, China) y luego con mayor dispersión geográfica (Grecia, Fenicia, Roma). Coincide con un óptimo climático.
• Entre 1645 y 1715 hubo una crisis climática que hizo avanzar a los glaciares de todo el planeta. Este período, en Europa, se conoce como «la pequeña edad del hielo» y durante ese tiempo el río Támesis se heló.
Causas naturales de los cambios climáticos
La pregunta que surge es: ¿Cómo se pueden explicar estos cambios climáticos a lo largo de los 4.500 m.a. de existencia de la Tierra? Para contestarla se han propuesto factores de tres tipos.
2.1. Oscilaciones climáticas debidas a los ciclos astronómicos
La Tierra no siempre la recibe la misma energía procedente del Sol. La órbita de la Tierra es elíptica, ocupando de manera que en su movimiento de traslación alrededor del Sol, que se encuentra en uno de los halla más lejos (afelio) y otras más cerca (perihelio)
Al mismo tiempo que la Tierra se traslada alrededor del Sol, gira sobre sí misma de oeste a este según un eje que no es exactamente perpendicular al plano de la eclíptica (plano que contiene a la órbita de la Tierra), sino que se desvía de esa perpendicular un ángulo de 23,5° (oblicuidad o inclinación del eje de rotación). Este hecho determina que, conforme se realiza la traslación alrededor del Sol, se produzcan cambios en la distribución de la radiación solar que llega al planeta, lo que provoca la existencia de las estaciones.
En la actualidad, las estaciones cálidas (primavera y verano) son más largas que las frías en el hemisferio norte (exactamente siete días de diferencia), aunque al ocupar la Tierra la posición más alejada son algo más suaves que los del hemisferio sur, donde la menor distancia entre el Sol y la Tierra intensifican los rigores de las estaciones.
Pero no siempre ha sido así, ni lo será en el futuro, porque las constantes astronómicas de la Tierra cambian de manera cíclica:
Precesión de los equinoccios. El eje de rotación de la Tierra tiene un movimiento de «bamboleo» semejante al giro que describe el eje de una peonza, denominado precesión axial. Este movimiento del eje produce en sentido contrario al de rotación del planeta y determina la posición de las estaciones en la órbita terrestre, es decir, de los solsticios y equinoccios. Las posiciones se repiten de manera cíclica cada 22.000 años y a este ciclo se le denomina precesión de los equinoccios.
La excentricidad de la órbita terrestre. A causa de las Interacciones gravitatorias entre los planetas del Sistema Solar, la forma de la órbita terrestre, definida por su excentricidad, cambia de manera continua, oscilando entre casi circular (excentricidad = 0,005) Y bastante elíptica (excentricidad = 0,06), con un período de alrededor de 100.000 años. El valor de la excentricidad determina la variación en la energía recibida por la Tierra a lo largo del año. Cuando la órbita es muy elíptica, la diferencia de la radiación solar puede llegar a ser grande entre el afelio y el perihelio, lo que, a su vez, hace que en un hemisferio (aquel para el cual el perihelio y el solsticio de verano estén más próximos) se intensifiquen las estaciones aumentando el contraste entre ellas, mientras que en el otro hemisferio se suavicen.
En la actualidad, la órbita de la Tierra tiene una excentricidad baja, de 0,0167, y está disminuyendo; aun así, los veranos en el hemisferio sur son más cálidos y los inviernos más fríos que en el hemisferio norte.
Oblicuidad del eje de rotación de la Tierra. El ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra varía entre 21,6° y 24,5°, con una periodicidad de 41.000 años, En la actualidad está desviado 23,5° con respecto a la perpendicular a la eclíptica y estamos en fase de disminución.
La combinación de estos tres parámetros orbitales controla la cantidad de radiación solar recibida en cualquier latitud de la Tierra en períodos de tiempo de miles a cientos de miles de años.
Figura: Precesión de los equinoccios. La línea gruesa indica la latitud intertropical en donde en alguno de los últimos 22.000 años, coinciden la época en la que el Sol pasa por el zénit (verano local) con el perihelio (época de mayor proximidad de la Tierra y el Sol) (nota: el mapa de fondo sirve únicamente de referencia geográfica para situar los paralelos).
Teoría astronómica de las glaciaciones. Teoría de Milankovitch
De todos los cambios climáticos ocurridos, los que primero se descubrieron y más interés generaron fueron las glaciaciones del Cuaternario. La teoría astronómica de las glaciaciones o teoría de Milankovitch, llamada así en honor del astrónomo serbio Milutin Milankovitch, trata de relacionar esas glaciaciones con los ciclos de las tres constantes orbitales terrestres mencionadas
Parte de una idea: lo que conduce a una glaciación es una reducción de la insolación en verano y no una sucesión de inviernos rigurosos, ya que la causa de que se extienda la cobertura de hielo sobre el planeta es la reducción de la fusión estival y, de esta forma, en el invierno siguiente el crecimiento de los hielos compensa y supera las pérdidas estivales.
Según esta idea, el verano es la estación clave: cuando el verano coincide con el perihelio y la inclinación del eje de rotación de la Tierra es superior a 23,8° se produce la máxima insolación estival y comienza un período interglacial.
Distintas técnicas, especialmente mediante el análisis isotópico del oxígeno demostraron que los grandes cambios climáticos ocurridos en los últimos 500.000 años se habían producido, con un período dominante de 100.000 años, gracias al cambio de la excentricidad de la órbita terrestre. Además, en segundo término, pero claramente, aparecían ciclos en torno a 43.000 y 20.000 años, que debieron ser responsables de cambios menores en la extensión de los hielos glaciares.
La teoría de Milankovitch es hoy aceptada mayoritariamente. Sin embargo, aún queda una cuestión fundamental por dilucidar: se sabe el origen de todo el proceso, que son las variaciones en la insolación producidas por los ciclos orbitales, y se conoce el efecto final, que son los cambios climáticos, pero no sabemos casi nada sobre los mecanismos que determinan que las pequeñas modificaciones en el balance energético producidas por ligeros cambios en la insolación provoquen, en ocasiones, cambios c1imáticos tan bruscos como las glaciaciones.
Esos mecanismos deben comprender procesos de realimentación positiva que amplifiquen la respuesta del sistema climático global. Los mecanismos que actuarían pueden ser numerosos y parece que dependen de la configuración del sistema terrestre en cada período de tiempo.
Mantos de hielo Laurentino y
Finoescandinavo en el
hemisferio norte durante el Ultimo Máximo Glacial, hace 22.000 años.
En el Cuaternario, los tres elementos determinantes para poder explicar el papel preponderante de los cambios de excentricidad en la alternancia de períodos fríos (glaciaciones) y cálidos (períodos interglaciales) parece que son:
La distribución de los continentes y océanos
La configuración de las corrientes oceánicas
El comportamiento inestable del hielo cuando alcanza grandes acumulaciones. Sin embargo, durante el Terciario, etapa en la que no existieron épocas glaciales, el ciclo orbital que más influencia tuvo en el clima fue el de oblicuidad. Y en el Mesozoico, la etapa más cálida de la Tierra, el papel preponderante en las fluctuaciones c1imáticas parece que correspondió a la precesión de los equinoccios.
¿Cuándo empezará la próxima glaciación? Por el momento estamos aprovechando los beneficios acumulados del último óptimo climático del actual período interglacial, y nos aproximamos a una configuración orbital propicia para desencadenar una intensa glaciación: el ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra ha llegado ya a 23,5° y sigue disminuyendo, la diferencia entre las estaciones se está reduciendo y, además, el afelio actual se da en julio, con lo que los veranos del hemisferio norte son ya lo bastante frescos como para que las capas de hielo permanezcan. En términos de geometría orbital, el período interglacial ha terminado ya.
Influencia de la configuración de continentes y océanos por los movimientos de las
placas litosféricas.
La dinámica de la litosfera, según la teoría de la tectónica global, explica por qué la distribución de los continentes y océanos ha variado a lo largo del tiempo geológico. Esta distribución de los continentes y océanos afecta al clima global en un doble aspecto.
Por un lado, determina la cantidad de radiación solar que puede ser absorbida por la superficie terrestre, ya que el albedo de los> océanos, no así el de los continentes, varía notablemente en función del ángulo con que inciden los rayos solares: a menor ángulo de incidencia, mayor albedo (se comprueba fácilmente al observar una superficie de agua al amanecer o al atardecer: se reflejan los rayos solares mucho más que en las horas centrales del día).
Con los océanos en latitudes altas (ángulo de incidencia pequeño) su albedo provoca que el 25 % de la radiación incidente se refleje, absorbiéndose el 75 % restante. Contrariamente, con la mayor parte de la hidrosfera en latitudes bajas (ángulo de incidencia próximo a 90°), se refleja sólo un 5 %, absorbiéndose un 95 % de la radiación solar incidente.
Por otro lado, la presencia de masas continentales sobre los polos o en latitudes altas impide la llegada de las aguas cálidas ecuatoriales a los polos, provocando la acumulación de nieve durante los inviernos que no se fundirá con la llegada de los veranos. Esa acumulación incrementará el albedo de esas zonas que, a su vez, favorecerá más acumulación de nieve, y así sucesivamente. En poco tiempo se pueden formar gruesas y extensas capas de hielo sobre los polos, lo que podría ser el inicio de una glaciación.
En parte, ésta es la situación actual: en el hemisferio norte, en latitudes altas, se encuentran Islandia y Groenlandia cubiertas de hielo que, además, rodean a un mar polar, el Ártico, que está helado porque el agua cálida de la Corriente del Golfo no puede llegar hasta él. En el polo sur se encuentra otro continente helado, la Antártida. De esta forma, en la época actual, por primera vez en la historia de nuestro planeta tenemos dos casquetes de hielo en los polos.
2.4 Crisis climáticas por eventos catastróficos
La influencia de la actividad volcánica sobre el clima es un hecho comprobado con las erupciones ocurridas durante las últimas décadas.
En una erupción volcánica, especialmente si presenta un carácter explosivo, se emiten a la atmósfera importantes cantidades de gases y polvo que ascienden hasta la estratosfera, donde las fuertes corrientes horizontales los dispersan por todo el planeta y los mantienen en suspensión durante largo tiempo, aumentando el albedo y reduciendo, por lo tanto, la radiación que llega al suelo. En 1883, el volcán Krakatoa lanzó a la atmósfera 54 km3 de polvo y gases que provocaron una disminución de un 10% en la radiación que llegaba al suelo durante años.
El impacto de cuerpos extraterrestres es uno de los sucesos que más llama la atención de la gente, no sólo por sus implicaciones c1imáticas, sino, sobre todo, por sus efectos catastróficos sobre la biosfera, ya que pueden provocar la extinción de numerosas especies.
El impacto de un objeto celeste que tenga entre 0,5 y 5 km de diámetro provocaría un cambio drástico y global en las condiciones climáticas del planeta que podría acabar, incluso, con la humanidad. La capa de polvo que cubriría el planeta durante mucho tiempo reduciría notablemente la radiación solar que llega a la superficie, afectando a la fotosíntesis y, consecuentemente, a todas la cadenas tróficas.
Estos cálculos indican que las posibilidades de que un cuerpo celeste de esas dimensiones colisione con la Tierra en el siglo XXI son muy bajas, pero no desestimables: 1 entre 10.000.
Actualmente, la NASA tiene establecido un servicio de vigilancia espacial mediante satélites, en conexión con una red de misiles nucleares para desviar la trayectoria del posible cuerpo celeste que se acerque a nuestro planeta.
1.4
Cambios en la intensidad del efecto invernadero
El Sol en sus comienzos tenía que ser más frío y emitir una radiación mucho menor que en la actualidad, como ocurre con todas las estrellas; en consecuencia, toda la hidrosfera y toda la superficie terrestre debería de haber estado helada hasta hace 2.000 m.a. y, sin embargo, no fue así. Este problema teórico se conoce como «la paradoja del Sol joven frío». ¿Por qué, entonces, no hay indicios de glaciaciones muy antiguas? La mejor explicación disponible es que la Tierra primitiva tenía en su atmósfera una cantidad de CO2 mucho mayor que la actual, que retenía el poco calor que el Sol enviaba gracias a un intenso efecto invernadero.
Existen evidencias de que a finales de la Era Primaria, hace 250 millones de años, al océano le faltaba oxígeno y estaba repleto de bacterias amantes del sulfuro. Este hallazgo sería la consecuencia de erupciones volcánicas que podrían haber propagado gases de efecto invernadero por el aire, lo que habría elevado las temperaturas de una atmósfera envenenada por emisiones volcánicas calientes y sulfúricas. Puede que este hecho tuviera alguna incidencia en la extinción masiva de especies que tuvo lugar en este periodo como consecuencia de la formación del supercontinente Pangea II.
Se sabe que en los últimos miles de años la concentración de CO2 atmosférico se mantuvo alrededor de 280 ppm, pero a partir de la Revolución industrial, con la quema de combustibles fósiles y la deforestación de los bosques, comenzó un vertiginoso ascenso hasta las 366,7 ppm en 1998.
Existen otros gases de invernadero (metano, óxido nitroso, CFC, .. ) mucho más potentes que el CO2, pero su incidencia en el efecto no es tanta, dada su menor concentración en la atmósfera.
Las previsiones realizadas si el incremento del efecto invernadero continúa son:
• Subida del nivel del mar por el deshielo, de 15 a 95 cm., durante los próximos 100 años, con inundaciones en las zonas costeras.
• El océano Ártico se descongelaría y el agua sería menos densa, lo que originaría problemas en la cinta transportadora oceánica.
• Aumento generalizado de las temperaturas de la troposfera, sobre todo en los continentes del hemisferio norte: las temperaturas subirían entre 1 y 3,5 cC.
• Cambios en la distribución de las precipitaciones según las regiones, lo que traería inundaciones, sequías, huracanes y avance de los desiertos subtropicales.
• Problemas de salud a causa del hambre y las enfermedades derivadas de una disminución de las cosechas.
• Reactivación de ciertas enfermedades producidas por mosquitos y otros vectores de transmisión, debido a la expansión de las zonas ,ás calientes. Por ejemplo, la reintroducción de la malaria en Europa.
3. Grandes crisis en la historia de la Tierra
La distribución de los continentes ha sufrido grandes modificaciones a lo largo de los tiempos geológicos. Este hecho influyó en el clima y, como consecuencia en las extinciones de las especies. A continuación veremos los cambios más relevantes:
3.1. Conjunción continental en el Paleozoico Superior.
Desde el Devónico (385 m.a.) los continentes comenzaron a aproximarse hasta que formaron, a finales del Pérmico (alrededor de 240 m.a) un supercontinente sobre el polo Sur que hemos llamado Pangea II.
La presencia de este supercontinente frenó y modificó las corrientes atmosféricas y oceánicas, impidiendo el transporte de calor hasta los polos, lo que significó que las zonas polares estuvieron más frías de lo habitual: fue el periodo de la glaciación carbonífera que ha quedado registrada con tillitas en África del sur, Suramérica, India y Australia. El nivel del mar alcanzó niveles muy bajos y las tierras emergidas fueron las más numerosas de la historia del planeta
La presencia de un continente fomenta, cuando hace frio, que se forme un anticiclón persistente sobre él. Eso le ocurrió a Pangea ", existiendo grandes contrastes de temperatura entre las zonas ecuatoriales y polares. El viento frío y seco que saldría del centro de este anticiclón, acabaría originando un clima árido y desértico cuando la unión de los continentes se completó. Esta desertización comenzó en el Pérmico, último periodo del Paleozoico, y se prolongó hasta el Triásico medio (primer periodo de la Era secundaria), momento en el que Pangea comenzó su fragmentación.
Este gran cambio climático tuvo el mayor impacto sobre la biodivesidad que conocemos pues supuso la extinción del 52 % de las especies.
3.2 Evento catastrófico del final del Cretácico
En los estratos del final del cretácico de todo el mundo aparece una capa de arcilla gris de unos cuantos milímetros de espesor, haciéndose más espesa en el mar Caribe y la península de Yucatán. Algún acontecimiento repentino depositó esa extraña capa de sedimentos en el lapso de menos de un año. En los estratos que quedan encima de esta capa hay fósiles muy distintos. La banda gris marca la gran extinción que dio lugar a nuevas especies y permitió la diversificación de los mamíferos.
En esa capa de arcilla gris se encontraron elementos químicos que son poco abundantes en la Tierra. La composición química del material que la compone no se parece a la de ninguna roca terrestre, pero en cambio es casi idéntica a la de muchos meteoritos y asteroides, especialmente por su contenido de iridio. Entre la arcilla iridiada hay trozos de cuarzo con huellas de haber sufrido un golpe muy violento.
En 1980 Walter Álvarez elaboró una hipótesis que reconstruyo los hechos de la siguiente manera: hace 65 millones de años, en lo que sería el final del periodo cretácico, un asteroide de unos 10 kilómetros de diámetro chocó con la Tierra. La colisión lanzó tanto calor y polvo a la atmósfera, que produjo incendios por todo el planeta e impidió el paso de la luz del Sol durante muchos meses. Con la falta de sol, la mayoría de las plantas murieron. Como las plantas son la base de la cadena alimenticia, su exterminio casi total desencadenó la ola de extinciones de ese periodo, entre ellas, las de todos los dinosaurios.
Límite K-T
Con el paso de los años se fueron acumulando pruebas:
• La capa rica en iridio contiene también hollín, señal de incendios forestales por todo el planeta.
• Hay indicios, asimismo, de acidificación repentina de los mares (otra posible consecuencia del impacto),
• Se encontraron minerales que se forman sólo en condiciones de grandes presiones y altísimas temperaturas, como las que acompañarían al supuesto impacto.
