Ciencias de la Tierra

objetivos de la lección

• enumere las capas principales de la atmósfera y sus temperaturas.
• discuta por qué todo el tiempo tiene lugar en la troposfera.
• discuta cómo la capa de ozono protege la superficie de la radiación dañina.,

Vocabulario

• aurora
• exósfera
• la inversión
• ionosfera
• magnetosfera
• mesosfera
• de la capa de ozono
• viento solar
• estratosfera
• gradiente de temperatura
• termosfera
• troposfera

Introducción

El ambiente es en capas, correspondiente con la forma en la temperatura de la atmósfera cambia con la altitud. Al comprender la forma en que la temperatura cambia con la altitud, podemos aprender mucho sobre cómo funciona la atmósfera., Mientras que el clima tiene lugar en la atmósfera inferior, cosas interesantes, como la hermosa aurora, suceden más alto en la atmósfera.

temperatura del aire

¿Por qué aumenta el aire caliente (figura anterior)? Las moléculas de Gas son capaces de moverse libremente, y si están sin control, como lo son en la atmósfera, pueden ocupar más o menos espacio.

• cuando las moléculas de gas están frías, son lentas y no ocupan tanto espacio., Con el mismo número de moléculas en menos espacio, tanto la densidad del aire como la presión del aire son más altas.
• cuando las moléculas de gas están calientes, se mueven vigorosamente y ocupan más espacio. La densidad del aire y la presión del aire son más bajas.

El aire más cálido y ligero es más flotante que el aire más frío por encima de él, por lo que se eleva. El aire más frío entonces se hunde, porque es más denso que el aire debajo de él. Esto es convección, que fue descrita en el capítulo de la tectónica de placas.

la propiedad que cambia más notablemente con la altitud es la temperatura del aire., A diferencia del cambio en la presión y la densidad, que disminuyen con la altitud, los cambios en la temperatura del aire no son regulares. Un cambio en la temperatura con la distancia se denomina gradiente de temperatura.

la atmósfera se divide en capas según cómo cambia la temperatura en esa capa con la altitud, el gradiente de temperatura de la capa (figura a continuación). El gradiente de temperatura de cada capa es diferente. En algunas capas, la temperatura aumenta con la altitud y en otras disminuye. El gradiente de temperatura en cada capa está determinado por la fuente de calor de la capa (figura a continuación).,

La mayoría de los procesos importantes de la atmósfera tienen lugar en las dos capas más bajas: la troposfera y la estratosfera.,

Troposfera

La temperatura de la troposfera es mayor cerca de la superficie de la Tierra y disminuye con la altitud. En promedio, el gradiente de temperatura de la troposfera es de 6.5 ° C Por 1,000 m (3.6°F por 1,000 pies.) de altitud. ¿Cuál es la fuente de calor para la troposfera?

la superficie de la Tierra es una fuente importante de calor para la troposfera, aunque casi todo ese calor proviene del Sol. La roca, el suelo y el agua en la Tierra absorben la luz del sol y la irradian de vuelta a la atmósfera en forma de calor., La temperatura también es más alta cerca de la superficie debido a la mayor densidad de gases. La gravedad más alta hace que la temperatura aumente.

observe que en la troposfera el aire más cálido está debajo del aire más frío. ¿Cuál crees que es la consecuencia de esto? Esta condición es inestable. El aire caliente cerca de la superficie se eleva y el aire frío más alto en la troposfera se hunde. Así que el aire en la troposfera se mezcla mucho. Esta mezcla hace que el gradiente de temperatura varíe con el tiempo y el lugar., El ascenso y hundimiento del aire en la troposfera significa que todo el clima del planeta tiene lugar en la troposfera.

A veces hay una inversión de temperatura, la temperatura del aire en la troposfera aumenta con la altitud y el aire caliente se sienta sobre el aire frío. Las inversiones son muy estables y pueden durar varios días o incluso semanas. Forma de inversiones:

• sobre tierra por la noche o en invierno cuando el suelo está frío. El suelo frío enfría el aire que se encuentra por encima de él, haciendo que esta capa baja de aire sea más densa que el aire por encima de ella.
• cerca de la costa donde el agua fría del mar enfría el aire sobre ella., Cuando ese aire más denso se mueve hacia el interior, se desliza bajo el aire más cálido sobre la tierra.

dado que las inversiones de temperatura son estables, a menudo atrapan contaminantes y producen condiciones de aire poco saludables en las ciudades (figura a continuación).

en la parte superior de la troposfera hay una capa delgada en la que la temperatura no cambia con la altura., Esto significa que el aire más frío y denso de la troposfera queda atrapado bajo el aire más cálido y menos denso de la estratosfera. El aire de la troposfera y la estratosfera rara vez se mezclan.

estratosfera

La ceniza y el gas de una gran erupción volcánica pueden irrumpir en la estratosfera, la capa por encima de la troposfera. Una vez en la estratosfera, permanece suspendida allí durante muchos años porque hay muy poca mezcla entre las dos capas. A los pilotos les gusta volar en las partes más bajas de la estratosfera porque hay poca turbulencia de aire.,

En la estratosfera, la temperatura aumenta con la altitud. ¿Cuál es la fuente de calor para la estratosfera? La fuente directa de calor para la estratosfera es el sol. El aire en la estratosfera es estable porque el aire más cálido y menos denso se asienta sobre el aire más frío y denso. Como resultado, hay poca mezcla de aire dentro de la capa.

la capa de ozono se encuentra dentro de la estratosfera entre 15 y 30 km (9 a 19 millas) de altitud. El espesor de la capa de ozono varía según la estación y también según la latitud.,

la capa de ozono es extremadamente importante porque el gas de ozono en la estratosfera absorbe la mayor parte de la dañina radiación ultravioleta (UV) del Sol. Debido a esto, la capa de ozono protege la vida en la Tierra. La luz UV de alta energía penetra en las células y daña el ADN, lo que lleva a la muerte celular (que conocemos como una quemadura solar mala). Los organismos en la Tierra no están adaptados a la fuerte exposición a los rayos UV, lo que los mata o los daña. Sin la capa de ozono para reflejar la radiación UVC y UVB, la vida más compleja en la Tierra no sobreviviría mucho tiempo (figura a continuación).,

Mesosfera

las Temperaturas en la mesosfera disminuir con la altitud. Debido a que hay pocas moléculas de gas en la mesosfera para absorber la radiación del sol, la fuente de calor es la estratosfera. La mesosfera es extremadamente fría, especialmente en su parte superior, alrededor de -90°C (-130°F).

el aire en la mesosfera tiene una densidad extremadamente baja: el 99,9% de la masa de la atmósfera está por debajo de la mesosfera., Como resultado, la presión del aire es muy baja (figura a continuación). Una persona que viaja a través de la mesosfera experimentaría quemaduras severas de la luz ultravioleta ya que la capa de ozono que proporciona protección UV está en la estratosfera debajo. Casi no habría oxígeno para respirar. Más extraño aún, la sangre de un viajero desprotegido herviría a temperatura corporal normal porque la presión es tan baja.

termosfera y más allá

la densidad de moléculas es tan baja en la termosfera que una molécula de gas puede ir aproximadamente 1 km antes de chocar con otra molécula. Dado que se transfiere tan poca energía, el aire se siente muy frío (figura anterior).

dentro de la termosfera está la ionosfera., La ionosfera recibe su nombre de la radiación solar que ioniza moléculas de gas para crear un ion cargado positivamente y uno o más electrones cargados negativamente. Los electrones liberados viajan dentro de la ionosfera como corrientes eléctricas. Debido a los iones libres, la ionosfera tiene muchas características interesantes.

Por la noche, las ondas de radio rebotan en la ionosfera y regresan a la Tierra. Esta es la razón por la que a menudo se puede recoger una estación de radio AM lejos de su fuente en la noche.,

Los cinturones de radiación de Van Allen son dos zonas en forma de rosquilla de partículas altamente cargadas que se encuentran más allá de la atmósfera en la magnetosfera. Las partículas se originan en erupciones solares y vuelan a la tierra con el viento solar. Una vez atrapados por el campo magnético de la tierra, siguen a lo largo de las líneas magnéticas de fuerza del campo. Estas líneas se extienden desde arriba del ecuador hasta el Polo Norte y también hasta el Polo Sur y luego regresan al ecuador.,

cuando las tormentas solares masivas hacen que los cinturones de Van Allen se sobrecarguen con partículas, el resultado es la característica más espectacular de la ionosfera: la aurora nocturna (figura a continuación). Las partículas en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos. Las partículas cargadas energizan las moléculas de oxígeno y nitrógeno, haciendo que se enciendan. Cada gas emite un color de luz particular.

no hay un límite exterior real a la exosfera, la capa más externa de la atmósfera; las moléculas de gas finalmente se vuelven tan escasas que en algún momento ya no existen. Más allá de la atmósfera está el viento solar. El viento solar está hecho de partículas de alta velocidad, en su mayoría protones y electrones, que viajan rápidamente hacia el exterior desde el sol.

Este video es muy completo en su discusión de las capas de la atmósfera., Recuerde que la composición química de cada capa es casi la misma excepto para la capa de ozono que se encuentra en la estratosfera (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: iluminando las auroras boreales

¿Cómo se vería el campo magnético de la tierra si estuviera pintado en colores? ¡Se vería como la aurora! Este video de búsqueda mira a la aurora, que proporciona pistas sobre el viento solar, el campo magnético de la Tierra y la atmósfera de la Tierra. Más información en: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

resumen de la lección

• Las características de la atmósfera cambian con la altitud: la densidad disminuye, la presión del aire disminuye, los cambios de temperatura varían.
• diferentes gradientes de temperatura crean diferentes capas dentro de la atmósfera.
• La capa más baja es la troposfera donde se encuentran la mayoría de los gases atmosféricos y todo el clima del planeta. La troposfera se calienta desde el suelo, por lo que la temperatura disminuye con la altitud. Debido a que el aire caliente se eleva y el aire frío se hunde, la troposfera es inestable.,
• En la estratosfera, la temperatura aumenta con la altitud. La estratosfera contiene la capa de ozono, que protege al planeta de la dañina radiación UV del Sol.

las preguntas de revisión

1. dan una explicación detallada de por qué aumenta el aire caliente.
2. ¿Por qué la temperatura del aire no cambia de manera uniforme con la altitud? Dé ejemplos.
3. Describir cómo el suelo actúa como fuente de calor para la troposfera. ¿Cuál es la fuente de energía y qué sucede con esa energía?
4. ¿Qué tan estable es una inversión y por qué? ¿Cómo se forma una inversión?,
5. Phoenix, Arizona, es una ciudad en el desierto del Suroeste. Los veranos son extremadamente calurosos. Los días de invierno a menudo son bastante cálidos, pero las noches de invierno pueden ser bastante frías. En diciembre, las inversiones son bastante comunes. ¿Cómo se forma una inversión en estas condiciones y cuáles son las consecuencias de una inversión en esta ciudad en expansión, dependiente del automóvil?
6. ¿Por qué el aire de la troposfera y la estratosfera no puede mezclarse libremente?
7. ¿Cuál es la fuente de calor para la estratosfera? ¿Cómo se absorbe ese calor?
8. describir la creación y pérdida de ozono en la capa de ozono. ¿Ocurre uno más que el otro?,
9. ¿Cómo y dónde se crean las «estrellas fugaces»?
10. ¿Por qué herviría la sangre de un viajero desprotegido en la mesosfera?

enlaces complementarios

• NASA, el misterio de La Aurora: http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

puntos a considerar

• ¿Cómo crea la energía solar las capas de la atmósfera?
• ¿Cómo crea la energía solar el clima?
• ¿Qué pasaría con la vida en la tierra si hubiera menos Ozono en la capa de ozono?