1 LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA Se considera como un
modelo de sistema cerrado en el que entra y sale energía
pero no materia (se desprecia la cantidad que puede llegar con
los meteoritos). • La energía entrante es
radiación electromagnética (luz solar visible
mayoritariamente) • La energía que sale es
radiación reflejada y radiación infrarroja (calor)
• La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico
desde el punto de vista térmico (temperatura en torno a
15ºC)
2
3 LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA El sistema Tierra
está formado por 4 subsistemas BIOSFERA (B) Es la cubierta
de vida, es decir, el área ocupada por los seres vivos
ATMÓSFERA (A) Envoltura de gases que rodea la Tierra
HIDROSFERA (H) Es la capa de agua que hay en la Tierra, en sus
diferentes formas, subterránea, superficial, dulce,
salada, líquida, sólida GEOSFERA (G) Es la capa
sólida de la Tierra, es la más voluminosa y con los
materiales más densos. Algunos autores consideran otros
dos subsistemas, la CRIOSFERA (C) capa helada y la SOCIOSFERA (S)
el ser humano.
4 Todos estos subsistemas están relacionados entre
sí, logrando un equilibrio dinámico, y un cambio
brusco de uno de ellos, repercute en los demás y puede
desequilibrar el sistema. Un cambio, por ejemplo, puede ser el
clima, el ciclo del agua…
5 La interacción de todos los subsistemas terrestres
tiene, entre otras cosas, la regulación del clima.
Entonces podemos decir que la Tierra es un sistema
climático. A modo de ejemplo de la interacción
entre los subsistemas estudiaremos el clima de la Tierra. En el
clima influyen una multitud de variables, pero debemos prescindir
de algunas ya que el estudio de todas es prácticamente
imposible. (Si fuese posible podríamos predecir con
exactitud y actuar en consecuencia). A partir de estas variables
podemos simular como sería el clima en la Tierra
según variasen cada una de ellas o varias a la vez. Si
introducimos más variables se complica cada vez la
simulación.
6 Modelo de clima(Programa Global de Investigación
Atmosférica)
7 La máquina climática que regula el clima del
planeta es el resultado de los subsistemas: S = A U H U G U B U C
S evolución del clima o sistema climático U
interacción entre los subsistemas Predicciones
meteorológicas de días u horas: S = A Predicciones
de 1 a 10 años: S = A U H U G Predicciones de 10 a 100
años: S = A U H U G U B U C Predicciones a más
largo plazo: distribución mares/océanos;
variaciones de la órbita terrestre,… Las
predicciones del tiempo
8 ¿Qué modifica el clima?
9 El efecto invernadero es un fenómeno atmosférico
natural que permite mantener la temperatura del planeta, al
retener parte de la energía proveniente del Sol. El
aumento de la concentración de dióxido de carbono
(CO2) proveniente del uso de combustibles fósiles ha
provocado la intensificación del fenómeno y el
consecuente aumento de la temperatura global, el derretimiento de
los hielos polares y el aumento del nivel de los océanos.
EL EFECTO INVERNADERO
10 El vapor de agua, el dióxido de carbono (CO2) y el gas
metano forman una capa natural en la atmósfera terrestre
que retiene parte de la energía proveniente del Sol. El
uso de combustibles fósiles y la deforestación ha
provocado el aumento de las concentraciones de CO2 y metano,
además de otros gases, como el óxido nitroso, que
aumentan el efecto invernadero.
11 La superficie de la Tierra es calentada por el Sol. Pero
ésta no absorbe toda la energía sino que refleja
parte de ella de vuelta hacia la atmósfera.
12 Alrededor del 70% de la energía solar que llega a la
superficie de la Tierra es devuelta al espacio. Pero parte de la
radiación infrarroja es retenida por los gases que
producen el efecto invernadero y vuelve a la superficie
terrestre.
13 Como resultado del efecto invernadero, la Tierra se mantiene
lo suficientemente caliente como para hacer posible la vida sobre
el planeta. De no existir el fenómeno, las fluctuaciones
climáticas serían intolerables. Sin embargo, una
pequeña variación en el delicado balance de la
temperatura global puede causar graves estragos. En los
últimos 100 años la Tierra ha registrado un aumento
de entre 0,4 y 0,8ºC en su temperatura promedio.
14
15
16 1º La radiación solar que llega a la Tierra. Es la
radiación procedente del Sol. Este tipo de
radiación atraviesa la atmósfera casi sin
obstáculos. Los principales gases de la atmósfera
(oxígeno, nitrógeno, vapor de agua y dióxido
de carbono) son transparentes a la luz visible. La
fracción ultravioleta de la luz solar es absorbida por la
capa de ozono. 2º Parte de la radiación incidente, al
chocar con las nubes y otras partículas de la
atmósfera es reflejada al espacio exterior. 3º Una
fracción de la radiación incidente que alcanza la
superficie terrestre es reflejada y atraviesa de nuevo la
atmósfera como luz visible. 4º La radiación
incidente no reflejada, es absorbida por la tierra. La
energía absorbida hace que la temperatura de la superficie
terrestre aumente. La superficie terrestre, calentada por los
rayos solares posee una baja temperatura (15ºC de media). La
Tierra se enfría emitiendo radiación infrarroja,
que es invisible. 5º Radiación absorbida por la
atmósfera. Gases invernadero que absorben la
energía infrarroja, incrementando de esta forma la
temperatura de la atmósfera.
17 6º Radiación reemitida por la atmósfera al
espacio exterior. La atmósfera, reemite radiación
infrarroja. Una parte escapa hacia el espacio exterior. 7º
Radiación reemitida por la atmósfera a la
superficie terrestre. Otra parte de la radiación es
reemitida hacia la superficie terrestre, calentando a
ésta. Este proceso natural se ha mantenido en equilibrio
más o menos estable durante miles de años. Pero a
partir de la revolución industrial, los seres humanos ha
estado introduciendo en la atmósfera más CO2 del
que el planeta puede asimilar. De este modo, la
concentración de CO2 en la atmósfera ha ido
incrementando y con ella la capacidad de absorción de
energía por parte de la atmósfera y el
calentamiento de la superficie terrestre. Este, CO2 principal
causante del calentamiento global, procede mayoritariamente de
los combustibles fósiles, que los seres humanos
utilizan.
18 Temperatura Superficie de hielo ALBEDO + + – – El efecto
ALBEDO Es el porcentaje de radiación solar reflejada por
la Tierra del total que incide sobre ella, procedente del Sol. Es
mayor sobre superficies claras: por ejemplo sobre las superficies
heladas.
19
20 Las nubes Doble acción sobre el clima: Incrementan el
albedo reflejando radiación Incrementan el efecto
invernadero devolviendo radiación infrarroja Temperatura
Superficie helada Albedo + – – + Nubes + Efecto invernadero + + –
+ + Los dos bucles positivos propician un equilibrio
dinámico que puede romperse si las condiciones ambientales
cambian ? imposible el retorno. Ejemplos: Marte evolucionó
hacia un clima frío, Venus hacia el incremento del efecto
invernadero Gases efecto invernadero + Radiación solar
incidente +
21 Marte y Venus Marte: Temperatura media de -10ºC. En los
polos hasta -160ºC Agua y dióxido de carbono
congelados. Marcas de ríos en su superficie. Su
lejanía al Sol y sin efecto invernadero Venus: Temperatura
media de 484ºC Su cercanía al sol ? elevada
temperatura ? gruesa capa de nubes ? fuerte incremento del efecto
invernadero ? el agua se evaporó El polvo
atmosférico Volcanes, meteoritos, incendios,
contaminación, explosiones nucleares ? inyectan polvo y
partículas a la atmósfera. Aumentan el albedo ?
enfrían la atmósfera
22 Volcanes Doble acción sobre el clima, dependiendo de
los productos que emiten Descenso térmico ? emisiones de
polvo y SO2. A corto plazo. Mayor efecto en las emisiones que
superan la tropopausa. Incremento térmico ? CO2 ? efecto
menos evidente y más duradero Primero originan un descenso
y luego un aumento de las temperaturas Temperatura Superficie
helada Albedo + – – + Nubes + Efecto invernadero + + – + + Gases
efecto invernadero + Radiación solar incidente +
Erupciones volcánicas Polvo y SO2 + + + CO2 + +
Radiación reflejada
23 Variaciones de la RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE VARIACIONES
PERIÓDICAS: Ciclos astronómicos de MILANKOVITCH ?
Variaciones cíclicas de la temperatura en función
de la cantidad de energía solar que llega y de la parte de
superficie terrestre que la recibe. Se deben a tres factores.
Excentricidad de la órbita terrestre: De más
circular a más elíptica Periodicidad: 100.000
años Más alargada la elipse ? más corta la
estación cálida
24 Con un período de, aproximadamente, 100.000
años, la órbita se alarga y acorta, lo que provoca
que su elipse sea más excéntrica y luego retorne a
una forma más circular. La excentricidad de la
órbita terrestre varía desde el 0,5%,
correspondiente a una órbita prácticamente
circular; al 6% en su máxima elongación. Cuando se
alcanza la excentricidad máxima, se intensifican las
estaciones en un hemisferio y se moderan en el otro.
25 La inclinación del eje terrestre La inclinación
del eje: Periodicidad de 41.000 años Actualmente es de
23º27’ Determina variaciones en la duración
día/noche Variaciones en las estaciones eje vertical: 12
horas y sin estaciones 23º27’
26 En casi todos los libros hemos leído que el eje de
rotación de la tierra está a 23º27' grados con
respecto a la eclíptica, cuando en realidad se
debería poner 23º 26'. Esto se ha repetido y copiado
muchas veces pues toma como referencia el valor de 1900 que era
exactamente de 23º27'08.26". En el año 2000 su valor
era 23º26'21.41". Actualmente la inclinación
disminuye a razón de 0.41" cada año. En realidad la
inclinación del eje de rotación fluctúa
desde 21.5 grados hasta los 24.5 grados con un período de
41.000 años. Si cambia este ángulo también
se modifican lógicamente los círculos polares, y
los trópicos, pero lo mas importante es que se modifica la
irradiación solar. Al aumentar la inclinación
resultan más extremas la estaciones en ambos hemisferios,
los verano se hacen más cálidos y los inviernos
más rigurosos.
27 Posición del perihelio Posición en el perihelio:
Periodicidad de 23.000 años Actualmente: la Tierra en el
perihelio: invierno en el hemisferio norte Veranos del perihelio:
más calurosos. Inviernos del afelio: más
fríos Hemisferio Sur: se suaviza por influencia
oceánica Perihelio Afelio Invierno hemisferio norte Verano
hemisferio Sur Verano hemisferio Norte Invierno hemisferio Sur
Perihelio ? punto de la órbita más cercano al Sol.
Afelios: es el punto más alejado
28 Variaciones graduales de la radiación solar incidente
El Sol no ha emitido siempre la misma cantidad de energía.
Según el principio de entropía, a medida que se va
degradando su energía, se va desprendiendo más
calor. Antes de aparecer la vida en la Tierra, la temperatura del
Sol debió ser un 30% mayor que la actual
29 La influencia de la BIOSFERA Cambios en la composición
atmosférica a lo largo del tiempo desde la
aparición de los primeros seres vivos
fotosintéticos en la Tierra: Reducción de los
niveles de dióxido de carbono ? depósitos en
combustibles fósiles y piedra caliza. Aparición del
oxígeno atmosférico ? su origen es biológico
Formación de la capa de ozono ? protectora de rayos UV
Aumento del nitrógeno atmosférico ? por la
acción de las reacciones metabólicas de los seres
vivos HIPÓTESIS GAIA (Lovelock) La Tierra es un sistema
homeostático capaz de autorregular su temperatura. La
biosfera desempeña un papel fundamental en esta
regulación rebajando los niveles de CO2
atmosférico, y por lo tanto reduce la temperatura
30 Temperatura Superficie helada Albedo + – – + Nubes + Efecto
invernadero + + – + + Radiación solar incidente + Polvo y
SO2 + + + CO2 + + Radiación reflejada Erupciones
volcánicas + – + Almacenamiento CO2 –
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32
33 MODELO 1. ENGLOBA LAS CINCO VARIABLES
34 MODELO 2. INCLUYE ADEMÁSLA VARIABLE BIOSFERA
35 MODELO 3. AÑADE LAACTUACIÓNHUMANA
36 Elabora un diagrama causal o de flujo con los siguientes
elementos (agua, vegetación, efecto invernadero,
dióxido de carbono, temperatura atmosférica ) en
regiones áridas y razone si se trata de un sistema con
retroalimentación positiva o negativa. Usa esta
conclusión para decidir si se trata de un sistema estable
o inestable. Cantidad de agua Vegetación CO2
atmosférico Efecto invernadero Temperatura + + + __
__
37 1. Los modelos A y B representan dos posibles consecuencias de
un aumento de las precipitaciones en una cuenca
hidrográfica. a) Decide, razonadamente, si A y B
representan retroalimentación positiva o negativa. b) Cita
al menos dos factores que determinen el desarrollo de un modelo u
otro. ¿Cómo actúan esos factores? c)
Propón dos acciones o medidas que favorezcan el modelo A.
Explica cómo actuarían estas acciones. Aumento de
precipitación Cubierta vegetal Infiltración
Escorrentía Erosión
38 a) Los dos modelos presentan retroalimentación
positiva. En ambos, una perturbación produce cambios que
amplían progresivamente los efectos de la
perturbación. b) Factores a tener en cuenta para el
desarrollo de un modelo u otro: la cubierta vegetal previa al
cambio en la precipitación, el tipo de suelos o la
pendiente. Modo de actuación; por ejemplo: una escasa
vegetación previa provocará un aumento de
erosión antes de que pueda desarrollarse la
vegetación. c) Dos medidas que favorecen al modelo A:
reforestación, las prácticas agrícolas que
favorezcan la infiltración y entorpezcan la
erosión, o la adecuación del uso a cultivos que no
dejen el suelo desnudo en época de lluvia.
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