UNIDAD I tema II Segundo Viernes

Figura 2-4. Mareas

Las mareas

Las mareas oceánicas son fenómenos muy complejos. Son distintas en diferentes lugares del mundo, no sólo porque tienen mayores o menores diferencias de altitud entre las bajas y las altas, sino también porque cambia la periodicidad. En la mayor parte de las costas del océano Atlántico en un día hay dos mareas altas y dos bajas; pero en otros lugares la periodicidad es distinta

Figura 2-5. Frecuencia de las mareas en el mundo

Los periodos y la altura que alcanzan dependen de varios componentes mezclados. La principal fuerza que levanta las mareas es la Luna, con un periodo (tiempo entre dos altas) de 12 horas 24 minutos, que es la mitad de lo que tarda la Tierra en rotar respecto a la línea que une la Tierra a la Luna.

Otro componente de las mareas es la atracción ejercida por el Sol. Su periodo es de 23 horas. Y su intensidad entre el 20 y el 30% de la lunar. Se han identificado otros muchos componentes, aunque el lunar y el solar son los principales. De la conjunción de todos ellos se origina la marea real en cada lugar y tiempo.

Nacimiento de la tierra

El nacimiento de la Tierra, hace unos 4600 millones de años, se produjo a la vez que la formación de todo el sistema solar. Suponemos, aunque no es fácil saber como ocurrió, que masas de unos pocos kilómetros de diámetro llamadas planetoides, fueron chocando entre sí hasta formar, al cabo de unos cientos de millones de años un planeta del tamaño del actual. Su superficie estaba fundida y rodeada por una atmósfera formada por las grandes masas de vapor de agua y otros gases liberados por las rocas al colisionar.

Al cabo de unas decenas de millones de años el planeta se había enfriado lo suficiente como para que gran parte del vapor se hubiera licuado formando los océanos. Los gases predominantes en la atmósfera de esa época eran el vapor de agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno junto a hidrógeno, y monóxido de carbono

Los ciclos geológicos

Cuando se compara la Tierra con otros planetas vecinos como Marte o Venus se observan grandes diferencias, aunque el proceso de formación ha sido similar. Mientras en la Luna o en esos planetas se siguen observando claramente miles de cráteres originados por las gigantescas colisiones que los formaron, el aspecto de la Tierra es totalmente distinto.

Hay dos grandes procesos que han modelado la superficie de nuestro planeta y que han tenido una decisiva importancia en la evolución y distribución de la vida:

• la existencia, por una parte, de una atmósfera y una hidrosfera ha provocado un continuo proceso de erosión, transporte y sedimentación de las rocas, en lo que se suele llamar el ciclo geomorfológico;

• por otra parte, durante miles de millones de años se ha ido sucediendo un lento pero continuo desplazamiento de las placas que forman la parte externa del planeta, originando la denominada tectónica de placas. Los continentes se unen entre sí o se fragmentan, los océanos se abren, se levantan montañas, se modifica el clima, influyendo todo esto, de forma muy importante en la evolución y desarrollo de los seres vivos.
  

Estructura

Característico de la estructura de la Tierra es el estar formada por capas superpuestas. La parte sólida de la Tierra está formada por un núcleo compuesto principalmente por hierro y níquel. Aquí tiene su origen el campo magnético que afecta a todo el planeta. Algunos organismos vivos son sensibles al magnetismo y lo utilizan para orientarse como, por ejemplo, algunas aves.

Rodeando al núcleo se encuentra el manto. Es la capa más voluminosa de la Tierra, compuesta por oxígeno y silicio acompañados de otros elementos como aluminio, magnesio, hierro, calcio, sodio, etc.

La corteza es la capa más externa. Las rocas que la componen son también fundamentalmente, del tipo de los silicatos, como en el manto; aunque en la parte mas externa son frecuentes los carbonatos y otras rocas sedimentarias. La estructura de la corteza no es homogénea, y en ella se puede distinguir una corteza menos densa y más rígida que forma las áreas continentales, mientras que por debajo de esta y en los fondos oceánicos se observa una corteza más plástica y más densa.

La capa líquida de la Tierra (hidrosfera) y la gaseosa (atmósfera) completan la estructura de nuestro planeta.

Energía recibida

Energía radiante del Sol

La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol. La energía que nos llega de nuestra estrella es una radiación electromagnética

Espectro de radiación electromagnética

Las radiaciones electromagnéticas se distinguen por sus diferentes longitudes de onda. Algunas, como las ondas de radio, llegan a tener longitudes de onda de kilómetros, mientras que las más energéticas, como los rayos X o las radiaciones gamma tienen longitudes de onda de milésimas de nanómetro

Las radiaciones de longitud de onda cortas y frecuencias altas, por tanto, son muy energéticas y penetran con cierta facilidad en los materiales poco densos. Por esos los rayos X permiten observar el interior del cuerpo humano. Para detenerlas hacen falta plancha de plomo o materiales similares, muy densos.

La energía que llega al exterior de la atmósfera es una cantidad fija, llamada constante solar. Su valor es de 1,4 · 103 W/m2, lo que significa que a 1 m2 situado en la parte externa de la atmósfera, perpendicular a la línea que une la Tierra al Sol, le llegan 1,4 · 103 J cada segundo. Es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda entre 200 y 4000 nm. Se distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja.

a) Radiación ultravioleta

La radiación ultravioleta de menor de 360 nm, lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares provocando cambios de las moléculas. Especialmente las de menos de 300 nm pueden alterar moléculas muy importantes para la vida como el ADN, y provocarían daños irreparables si no fuera porque son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono.

El ozono, O3, absorbe con gran eficacia las radiaciones comprendidas entre 200 y 330 nm, por lo que la radiación ultravioleta de menos de 300 nm que llega a la superficie de la Tierra es insignificante. Así se comprende la alarma producida cuando se comprobó que este ozono situado en las capas altas de la atmósfera estaba disminuyendo su concentración por efecto de algunos contaminantes.

b) Luz visible

La radiación correspondiente a la zona visible cuya longitud de onda está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos, como veremos.
La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada.

c) Radiación infrarroja

La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. No logra interferir con los enlaces de las moléculas y su efecto se queda en acelerar las reacciones o aumentar la agitación de las moléculas, es decir es lo que llamamos calor y produce aumento de temperatura.

El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotitas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas.

Figura 2-6. Distribución de la radiación solar total en la superficie de la Tierra

Energía que llega a la superficie

a) Energía absorbida por la atmósfera

En unas condiciones óptimas con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, como mucho las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanza la superficie. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por la atmósfera. La energía que llega al nivel del mar suele ser radiación infrarroja un 49%, luz visible un 42% y radiación ultravioleta un 9%.

En un día nublado se absorbe un porcentaje mucho más alto de energía, especialmente en la zona del infrarrojo.

b) Energía absorbida por la vegetación

La vegetación absorbe en todo el espectro, pero especialmente en la zona del visible, aprovechando esa energía para la fotosíntesis.

Figura 2-8. "Distribución de la radiación solar en la alta atmósfera y al nivel del mar, en diferentes circunstancias"

Balance total de energía. Efecto "invernadero"

La temperatura media en la Tierra se mantiene prácticamente constante en unos 15ºC, pero la que se calcula que tendría si no existiera la atmósfera sería de unos -18ºC. Esta diferencia de 33ºC tan beneficiosa para la vida en el planeta se debe al efecto invernadero.

El motivo por el que la temperatura se mantiene constante es porque la Tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energía que recibe. Si la energía devuelta fuera algo menor que la recibida se iría calentando paulatinamente y si devolviera más se iría enfriando.

Por tanto la explicación del efecto invernadero no está en que parte de la energía recibida por le Tierra se quede definitivamente en el planeta. La explicación está en que se retrasa su devolución porque, aunque la cantidad de energía retornada es igual a la recibida, el tipo de energía que se retorna es distinto. Mientras que la energía recibida es una mezcla de radiación ultravioleta, visible e infrarroja; la energía que devuelve la Tierra es, fundamentalmente infrarroja y algo de visible.

Las radiaciones que llegan del sol vienen de un cuerpo que está a 6000ºC, pero las radiaciones que la superficie devuelve tienen la composición de longitudes de onda correspondientes a un cuerpo negro que esté a 15ºC. Por este motivo las radiaciones reflejadas tienen longitudes de onda de menor frecuencia que las recibidas. Están en la zona del infrarrojo y casi todas son absorbidas por el CO2, el vapor de agua, el metano y otros, por lo que se forma el efecto invernadero. Así se retrasa la salida de la energía desde la Tierra al espacio y se origina el llamado efecto invernadero que mantiene la temperatura media en unos 15ºC y no en los -18ºC que tendría si no existiera la atmósfera.

Figura 2-10. Balance energético de la Tierra

Balance energético en la Tierra.- De los 324 W.m-2 que llegan de media a la Tierra, en la parte alta de la atmósfera (1400 W.m-2 es la constante solar); 236 W.m-2 son reemitidos al espacio en forma de radiación infrarroja, 86 W.m-2 son reflejados por las nubes y 20 W.m-2 son reflejados por el suelo en forma de radiaciones de onda corta. Pero el reenvío de energía no se hace directamente, sino que parte de la energía reemitida es absorbida por la atmósfera y devuelta a la superficie, originándose el "efecto invernadero".

Energía interna de la Tierra

La temperatura va aumentando en el interior de la Tierra hasta llegar a ser de alrededor de 5000ºC en el núcleo interno. La fuente de energía que mantiene estas temperaturas es, principalmente, la descomposición radiactiva de elementos químicos del manto,
Esta energía interna es responsable de las corrientes de convección que mueven las placas litosféricas, por lo que tiene importantes repercusiones en muchos procesos superficiales: volcanes, terremotos, movimiento de los continentes, formación de montañas, etc.

Radiación cósmica.

A la parte alta de la atmósfera llega una radiación de longitudes de onda muy cortas que proceden de diferentes puntos del Universo. La llamada radiación cósmica primaria está formada por electrones de alta energía. Cuando incide sobre las moléculas que se encuentran en la alta atmósfera se convierte en radiación secundaria que son rayos ultravioleta.
Las moléculas de oxígeno (O2) absorben las radiaciones primaria y secundaria de menos de 200 nm convirtiéndose en ozono (O3). A su vez el ozono absorbe las radiaciones de hasta 300 nm y, de esta manera, gracias al oxígeno y al ozono, la Tierra se encuentra protegida contra las radiaciones cósmicas más peligrosas.