El planeta tierra

En esta tema veremos

• El origen de la tierra
• La composición de la corteza terretres (páginas 90 a 98 de nuestro libro)
• Los movimientos de la tierra (páginas 76 a 79)
• La tierra en el universo (páginas 70 a 82)
• La atmósfera (características, estructura y composición)
• El tiempo atmosférico y el clima (páginas 134-140)

Origen y características de la tierra

El origen de La Tierra es el mismo que el del Sistema Solar. Lo que terminaría siendo el Sistema Solar inicialmente existió como una extensa mezcla de nubes de gas, rocas y polvo en rotación. Estaba compuesta por hidrógeno y helio surgidos en el Big Bang, así como por elementos más pesados producidos por supernovas. Hace unos 4.600 Ma, una estrella cercana se transformó en supernova y su explosión envió una onda de choque hasta la nebulosa protosolar incrementando su momento angular. A medida que la nebulosa empezó a incrementar su rotación, gravedad e inercia, se aplanó conformando un disco protoplanetario (orientado perpendicularmente al eje de rotación). La mayor parte de la masa se acumuló en su centro y empezó a calentarse, pero debido a las pequeñas perturbaciones del momento angular y a las colisiones de los numerosos escombros generados, empezaron a formarse protoplanetas. Aumentó su velocidad de giro y gravedad, originándose una enorme energía cinética en el centro. La imposibilidad de transmitir esta energía a cualquier otro proceso hizo que el centro del disco aumentara su temperatura. Por último, comenzó la fusión nuclear: de hidrógeno a helio, y al final, después de su contracción, se transformó en una estrella T Tauri: el Sol. La gravedad producida por la condensación de la materia –que previamente había sido capturada por la gravedad del propio Sol–, hizo que las partículas de polvo y el resto del disco protoplanetario empezaran a segmentarse en anillos. Los fragmentos más grandes colisionaron con otros, conformando otros de mayor tamaño que al final formarían los protoplanetas.^[3] Dentro de este grupo había uno situado aproximadamente a 150 millones de km del centro: la Tierra. El viento solar de la recién formada estrella arrastró la mayoría de las partículas que tenía el disco, condensándolas en cuerpos mayores.

La atmósfera terrestre 

La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra y que, gracias a su baja densidad, puede desplazarse fácilmente sobre su superficie. Como ocurre con todos los gases, el aire modifica su densidad en función de la temperatura y esto hace que pueda ascender y descender.

Dado que hay constantes variaciones de temperatura entre unos puntos y otros de la Tierra, el aire está en contínuo movimiento. Su ascenso o descenso no se efectua en línea recta, y esto origina los vientos. Además, el vapor de agua que contiene se convierte en líquido (se condensa) al ascender a capas más frias, por lo que se producen las precipitaciones.

En la Tierra, la actual mezcla de gases se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, una mezcla de vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno. A lo largo de este tiempo, diversos procesos físicos, químicos y biológicos transformaron esa atmósfera primitiva hasta dejarla tal como ahora la conocemos.
Además de proteger el planeta y proporcionar los gases que necesitan los seres vivos, la atmósfera determina el tiempo y el clima.
La capa exterior de la Tierra es gaseosa, de composición y densidad muy distintas de las capas sólidas y líquidas que tiene debajo. Pero es la zona en la que se desarrolla la vida y, además, tiene una importancia trascendental en los procesos de erosión que son los que han formado el paisaje actual.
Los cambios que se producen el la atmósfera contribuyen decisivamente en los procesos de formación y sustento de los seres vivos y determinan el clima.

Composición del aire
Los gases fundamentales que forman la atmósfera son: 

Nitrógeno (78.084%), 

Oxígeno (20.946%), 

Argón (0.934%) y

Dióxido de Carbono (0.033%). 

Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos. 

También hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos y sal marina. Muchas veces estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de nieblas muy contaminantes.
Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas.
El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. 

En los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.

La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporción de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace más variable.

Formación de la atmósfera 

La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. 

La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno.

Para lograr la transformación han tenido que desarrollarse una serie de procesos. Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos. También se produjeron reacciones químicas. Parte del dióxido de carbono debió reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos de los cuales se disolverían en los nuevos océanos.
Más tarde, cuando evolucionó la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, empezó a producir oxígeno. 

Hace unos 570 millones de años, el contenido en oxígeno de la atmósfera y los océanos aumentó lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina. Más tarde, hace unos 400 millones de años, la atmósfera contenía el oxígeno suficiente para permitir la evolución de animales terrestres capaces de respirar aire.

La atmósfera se divide en diversas capas:

• 
  La troposfera o tropósfera es la capa de la atmósfera que está en contacto con la superficie de la Tierra.
  Tiene alrededor de 17 km de espesor en el ecuador terrestre, y en ella ocurren todos los fenómenos meteorológicos que influyen en los seres vivos, como los vientos, la lluvia y los huracanes. Además, concentra la mayor parte del oxígeno y del vapor de agua. En particular este último actúa como un regulador térmico del planeta; sin él, las diferencias térmicas entre el día y la noche serían tan grandes que no podríamos sobrevivir. Es de vital importancia para los seres vivos. La tropósfera es una de las capas más finas del conjunto de las capas de la atmósfera.
  La temperatura en la troposfera desciende a razón de aproximadamente 6,5 ºC por kilómetro de altura.
  La estratosfera o estratósfera es una de las capas más importantes de la atmósfera, esta se sitúa entre la troposfera y la mesosfera, y se extiende desde unos 11 hasta unos 50 km de la superficie. La temperatura aumenta progresivamente desde los -55 °C de la tropopausa hasta alcanzar los 0 °C de la estratopausa, aunque según algunos autores puede alcanzar incluso los 17 °C o más. Es decir, en esta capa la temperatura aumenta con la altitud, al contrario de lo que ocurre en las capas superior e inferior. Esto es debido principalmente a la absorción de las moléculas de ozono que absorben radiación electromagnética en la región del ultravioleta.
  En la parte baja de la estratósfera la temperatura es relativamente estable, y en toda la capa hay muy poca humedad.
  La estratósfera es una región en donde se producen diferentes procesos radiactivos, dinámicos y químicos. La mezcla horizontal de los componentes gaseosos se produce mucho más rápidamente que la mezcla vertical.
  A una altura aproximadamente de 2.5 veces la altura del Everest y unas 50 veces el Empire State de New York sólo algunos aviones como el Mig-31 ruso pueden volar. Cerca del final de la Estratósfera se encuentra la capa de ozono que absorbe la mayoría de los rayos ultravioleta del Sol.
  
  La mesosfera o mesósfera es la parte de la atmósfera situada por encima de la estratosfera y por debajo de la termosfera. En la mesosfera la temperatura va disminuyendo a medida que se aumenta la altura, hasta llegar a unos -80 °C a los 80 kilómetros aproximadamente. Se extiende desde la estratopausa (zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera) hasta una altura de unos 80 km donde la temperatura vuelve a descender hasta unos -70 °C u -80 °C.
  La mesosfera es la tercera capa (3º) de la atmósfera de la Tierra. La temperatura disminuye a medida que se sube, como sucede en la troposfera. Puede llegar a ser hasta de -90° C. Es la zona más fría de la atmósfera.
  La mesosfera, que se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene sólo cerca del 0,1% de la masa total del aire. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La baja densidad del aire en la mesosfera determinan la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes. La mesosfera es la región donde las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar la estructura de los vientos de fondo, y no sólo el freno aerodinámico. También en esta capa se observan las estrellas fugaces que son meteoroides que se han desintegrado en la termosfera.
  La mesosfera forma parte de la atmósfera terrestre, está entre la estratósfera y la ionosfera, en ella se encuentran meteoritos.
  
  La termosfera o termósfera es la capa de la atmósfera terrestre que se encuentra entre la mesosfera y la exosfera. Dentro de esta capa, la radiación ultravioleta, pero sobre todo los rayos gamma y rayos X provenientes del Sol, provocan la ionización de átomos y moléculas. En dicho proceso los gases que la componen elevan su temperatura varios cientos de grados, de ahí su nombre. Es la capa de la atmósfera en la que operan los transbordadores espaciales.
  Se extiende desde los 80 km a los 600 km, aproximadamente. En esta capa la temperatura se eleva continuamente hasta más allá de los 1000 °C. Está constituida por gran cantidad de partículas con carga eléctrica.
  
  
  
  La exosfera o exósfera es la capa de la atmósfera terrestre en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la última capa de la atmósfera, se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 600 km de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades físico–químicas.
  Su límite inferior se localiza a una altitud generalmente de entre 600 y 700 km, aproximadamente. Su límite con el espacio llega en promedio a los 10.000 km por lo que la exosfera está contenida en la magnetosfera (500-60.000 km), que representa el campo magnético de la Tierra. En esa región, hay un alto contenido de polvo cósmico que cae sobre la Tierra y que hace aumentar su peso en unas 20.000 toneladas.^{[cita requerida]} Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario y en ella se pueden encontrar satélites meteorológicos de órbita polar.
  En la exosfera, el 'concepto popular' de temperatura desaparece, ya que la densidad del aire es casi despreciable; además contiene un flujo o bien llamado plasma, que es el que desde el exterior se le ve como los Cinturones de Van Allen. Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. En la exosfera también se encuentran los satélites artificiales.
  Está constituida por materia plasmática. En ella la ionización de las moléculas determina que la atracción del campo magnético terrestre sea mayor que la del gravitatorio (de ahí que también se la denomina magnetosfera).
  Por lo tanto, las moléculas de los gases más ligeros poseen una velocidad media que les permite escapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente para retenerlas.
  Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre.
   

El calor
La energía del Sol que atraviesa la atmósfera de la Tierra, al calienta. Pero al llegar a la superficie terrestre se puede encontrar con agua o con roca, según caiga sobre el mar o un continente. La roca tiene tendencia a calenterse y enfriarse más rápidamente que el agua. Por tanto, los continentes se enfrían y calientat antes que los océanos, creando zonas con distintas temperaturas.
La cantidad de energía que recibe cada porción de la Tierra depende también de la inclinación de los rayos solares, cuanto más verticales, más energía. Por esto, las regiones cercanas a los polos son mucho más frias que las que se encuentran cerca del ecuador. Además, en el hemisferio norte la proporción de tierras emergidas es mucho mayor que en el sur.

Latitud y altitud
La latitud determina la posición de un punto determinado de la Tierra con relación al ecuador. Se mide dividiendo el hipotético cuadrante terrestre en 90 paralelos, cada uno de los cuales corresponde a un grado del ángulo recto. El ecuador tiene latitud 0º y los polos, 90º. Como se ha dicho, las latitudes altas reciben mucho menos calor que las bajas.
La altitud se refiere a la altura de un punto determinado en relación al nivel del mar. A medida que aumenta la altitud, disminuye la densidad de la atmósfera y, por tanto, su capacidad de absorción del calor. Por esto, cuanto más alto esté un lugar, menor temperatura tendrá.

El aire en movimiento
A causa de las diferencias entre agua y tierra, de la latitud y de la altitud, se crean zonas en las que el aire más caliente y ligero tiende a ascender, mientras que el aire más pesado y frio desciende. Estas diferencias de presión son las causantes de los vientos.
Pero se ha observado que la atmósfera sigue un movimiento más o menos regular llamado circulación general, debido a que hay zonas del planeta con unas condiciones características. A lo largo del ecuador se extiende una zona de bajas presiones, después siguen dos zonas subtropicales con presiones altas, dos zonas templadas de baja presión y, finalmente, las zonas polares, de nuevo, con altas presiones. Las masas de aire se mueven entre estas zonas con presiones distintas.
 

La rotación de la Tierra
La tierra, al girar sobre su eje, produce fuerzas centrífugas y de inercia que arrastran el aire. Además, al estar en contacto con la superficie, se originan también fuerzas de rozamiento. Todas estas fuerzas tienen una enorme influenxia sobre la forma en que se mueve el aire.
Cuando por diferencias de presión el aire se pone en movimiento, la rotación de la Tierra lo desvía según la dirección de marcha: hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Todo este complejo sistema de fuerzas hace que el viento se desplace describiendo ámplios círculos o espirales.
Se llama fuerza de Coriolis a la inercia que actua sobre un cuerpo o masa de aire a causa de la rotación de la Tierra. Por ejemplo, los vientos alisios y los ponientes se originan a causa de la fuerza de Coriolis.

Contaminación atmosférica
Los astronautas vuelven de sus viajes con una nueva mentalidad que les hace sentir más respeto por la Tierra y entender mejor la necesidad de cuidarla. Desde el espacio no se ven las fronteras y, mucho menos, los intereses económicos, pero sí algunos de sus devastadores efectos, como la contaminación de la atmósfera.
El 85% del aire está cerca de la Tierra, en la troposfera, una finísima capa de sólo 15 Km. Las capas más elevadas de la atmosfera tienen poco aire, pero nos protegen de los rayos ultravioletas (capa de ozono) y de los meteoritos (ionosfera). Los gases que hemos vertido a la atmosfera han dejado la Tierra en un estado lamentable.

Las fotos que hicieron los primeros astronautas son mucho más claras que las actuales, a pesar de que ahora tenemos aparatos más sofisticados. Los humanos somos capaces de destruir en poco tiempo lo que a la naturaleza le ha costado miles de años crear.
Cada año, los países industriales generan millones de toneladas de contaminantes. Los contaminantes atmosféricos más frecuentes y más ampliamente dispersos son el monóxido de carbono, el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, el ozono, el dióxido de carbono o las partículas en suspensión.
El nivel suele expresarse en términos de concentración atmosférica (microgramos de contaminantes por metro cúbico de aire) o, en el caso de los gases, en partes por millón, es decir, el número de moléculas de contaminantes por millón de moléculas de aire.
Muchos contaminantes proceden de fuentes fácilmente identificables; el dióxido de azufre, por ejemplo, procede de las centrales energéticas que queman carbón o petróleo. Otros se forman por la acción de la luz solar sobre materiales reactivos previamente emitidos a la atmósfera (los llamados precursores). Por ejemplo, el ozono, un peligroso contaminante que forma parte del smog, se produce por la interacción de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno bajo la influencia de la luz solar. El ozono ha producido también graves daños en las cosechas.

Por otra parte, el descubrimiento en la década de 1980 de que algunos contaminantes atmosféricos, como los clorofluorocarbonos (CFC), están produciendo una disminución de la capa de ozono protectora del planeta ha conducido a una supresión paulatina de estos productos.

La contaminación atmosférica es uno de los problemas medioambientales que se extiende con mayor rapidez ya que las corrientes atmosféricas pueden transportar el aire contaminado a todos los rincones del globo. Los gases que se liberan en la atmósfera producen efectos nocivos sobre los patrones atmosféricos y afectan a la salud de las personas, animales y plantas.

Aquí tienes una apuntes muy básicos para estudiar  y un cuestionario de repaso

Apuntes básicos sobre "La tierra en el universo" temas 4 y 5