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Modelos de regulación del clima terrestre




Enviado por Pablo Turmero



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    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)

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    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.

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    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

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    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.

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    6 Modelo de clima(Programa Global de Investigación
    Atmosférica)

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    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

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    8 ¿Qué modifica el clima?

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    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

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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 +

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    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

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    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

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    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

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    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.

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    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’

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    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.

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    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

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    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

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    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

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    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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    33 MODELO 1. ENGLOBA LAS CINCO VARIABLES

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    34 MODELO 2. INCLUYE ADEMÁSLA VARIABLE BIOSFERA

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    35 MODELO 3. AÑADE LAACTUACIÓNHUMANA

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    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 + + + __
    __

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    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

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    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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