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.
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.
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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.
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.
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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 +
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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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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