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jueves, 14 de diciembre de 2017

7@. LA TIERRA “una historia interminable”. La Geodinámica externa: 1ª-La ATMÓSFERA y su vital “efecto invernadero”

El cambio es la única cosa en el universo que no cambia
Hellmuth  Wilhem [1905~1990] sinólogo alemán

Sabemos que dentro de la Geodinámica[7] externa del planeta, que es la que se dedica al estudio de los agentes y fuerzas externas de la Tierra tales como la temperatura, agua, viento, hielo, afecciones del clima, tormentas, etc., es propiamente la interacción de todos estos fenómenos sobre las capas superficiales de la Litosfera[1]  a lo largo de miles de millones de años, la que ha posibilitado la existencia de un Geosistema[2]  o “suma” de todo el conjunto de las:
Entidades bióticas              : o biosfera[3],
Entidades abióticas            : o la atmósfera, hidrosfera y litosfera, y
Entidades antrópicas         : o la formada por los seres vivientes.

La formación de la Atmósfera y del Agua, Océanos y Mares en la Tierra, han sido dos elementos esenciales para la creación y aparición de todo tipo de VIDA en el planeta.

Como veremos más adelante cuando exponga dicha “aparición” hace unos 3.500 mill.años, que los dos primeros elementos que la generaron [N2 y O2] no sólo han sido “providenciales” por su proporción y forma, sino que son muy “diferentes” a lo que atmosféricamente los científicos han encontrado en otros planetas de nuestro propio Sistema Solar, que en principio y como se sabe al día de hoy, no ha podido generar vida tal y como la conocemos.

Pongo como un simple ejemplo los porcentajes “esenciales” de la composición de la Atmósfera/otros componentes, que salvo en la Tierra, no se repiten en otros planetas de nuestro Sistema Solar:
CUADRO I - Gases Atmosféricos: Comparación entre VENUS, MARTE y TIERRA

Gas / Dato

VENUS

MARTE
TIERRA
“sin vida”
“con vida”
Dióxido de carbono [CO2]
96%
95,32%
98%
0,03%
Nitrógeno [N2]
3%
2,7%
1,9%
78,08%
Oxígeno [O2]
Vestigios
0,13%
Vestigios
20,95%
Argón
0,007%
1,6%
0,1%
0,093%
Vapor de Agua
0,002%
0,021%
Vestigios
1,00%
Temperatura en superficie [med. ºC]
463,85ºC
-46ºC
290º±50ºC
14,05ºC
Presión en superficie [atm.]
92
8
60
1
Composición: JUAN ADIA©

1.  LITÓSFERA: capa externa y rígida de la Corteza de la Tierra constituida básicamente por silicatos, de profundidad variable entre los 0 y los -130 kms. de profundidad, que se encuentra dividida en placas que engloban áreas continentales y oceánicas e integran en su espesor la Astenosfera, que a su vez se asienta-separa del Manto superior por la discontinuidad de Mohorovicic.
2.  GEOSISTEMA: El geosistema considera al planeta Tierra como una unidad, que suma el conjunto de sus entidades bióticas o Biosfera, las abióticas que son la litosfera, atmósfera e hidrósfera, y las antrópicas formada por los seres vivientes. Entre todas ellas se producen permanentes interrelaciones que originan cambios en la estructura terrestre cualitativos y cuantitativos. El Geosistema es un sistema material que tiene la capacidad de autodesarrollarse y procurar un equilibrio en defensa de una evolución del sistema general. El Ecosistema es un bioma compuesto por la suma de la entidades bióticas, abióticas y antrópicas, y genera complejas interacciones entre la multiplicidad de organismos vivos  y los flujos de energía existentes. GLIESE 710: es una estrella, enana naranja de tipo espectral de la Constelación de la Serpiente, que se encuentra a 63 años-luz del sistema solar. Tiene una masa aproximada a 0,42 masas solares y una luminosidad muy escasa, de un 4,2% la del Sol. Según los últimos datos del satélite Hipparcos, Gliese se aproximará a la Tierra dentro de 1,4 millones de año hasta una distancia de 1,1 años-luz (70.000 ua, o 10,5 billones de kms.), causando importantes perturbaciones gravitatorias sobre el sistema solar.
3.  BIOSFERA [ecoesfera o biogeosfera]: Es el ecosistema global del planeta Tierra, “conjunto” de todos los ecosistemas que lo conforman y que incluye no sólo a los seres vivos, sino al medio físico que habitan y las relaciones que se producen entre ellos, incluyendo a los fenómenos ambientales que se dan en él. Muchos científicos establecen que es “el espacio único donde la VIDA ha tenido lugar”, dado que dentro del sistema solar, el planeta Tierra es hasta hoy el único lugar donde se conoce su existencia.
La Atmósfera terrestre
Es la capa gaseosa externa que envuelve a la Tierra y que se mantiene unida a ella merced a la fuerza que ejerce la gravedad terrestre. La Atmósfera es una parte esencial para la vida, al depender de ella funciones tan importantes como:
Generar y mantener un espacio respirable y de gases imprescindibles para la vida del ecosistema global o Biosfera[3]  del planeta Tierra.
Formar parte de ese ciclo hidrológico regenerador del agua y del clima.
Servirnos de protección frente a los rayos cósmicos y redistribuir la energía recibida del Sol,
Mantener de forma cíclica una temperatura media imprescindible para el esarrollo de un habitat único, un medio físico esencial para los seres vivos.
El éxito de sus múltiples funciones y regulación lo demuestra la multidiversidad e vida y especies, que a lo largo de la larga historia del planeta ha pasado por extinciones masivas, volviendo a regenerarse cada una de las veces, de nuevo la vida.

Esta mezcla de gases propiciadora, a la que denominamos genéricamente como “aire”, se encuentra formada esencialmente en un 99% por dos gases fundamentales: el oxígeno [21%] y el nitrógeno [78%], suponiendo el 1% restante otros gases como el argón, dióxido de carbono, neón, helio, metano, hidrógeno, vapor de agua, etc.
El 75% del total que supone esta “masa atmosférica”  se sitúa en los primeros 11 kms. de la superficie terrestre, distribuida como veremos en sucesivas capas concéntricas que se extienden hasta el espacio exterior.
Ésta proporción de gases de la Atmósfera y la acción que realizan las diversas capas que la conforman, son las que protegen la vida en el planeta.
En la ATMÓSFERA terrestre se distinguen dos “regiones”, clasificadas por su distinta composición atmosférica: la Homosfera y la Heterosfera, así:

Homosfera: ocupa los 80 kms. iniciales, teniendo una composición de gases prácticamente constante y uniforme debido a los fenómenos de mezcla convectiva[4] y turbulenta. Esta composición de gases es la que forma el “aire” tal y como lo conocemos.
La Homosfera comprende las siguientes capas:
                                                             1ª – Troposfera
                                                                         1.1ª - Ozonosfera
                                                             2ª – Estratosfera, y
                                                             3ª – Mesosfera
Troposfera: es la 1ª capa de la Atmósfera teniendo un espesor variable entre los 9 a los 18 kms. de las zonas polares a los 18 a 20 kms. de las zonas intertropicales.
En su capa se producen los fenómenos que van unidos a los factores meteorológicos y que influyen en los seres vivos como los vientos, la lluvia y la nieve y contiene aproximadamente el 75% de la masa de gases totales que compone a la Atmósfera.
Es el “regulador térmico” del planeta que evita grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche, siendo vital para los seres vivos, pero su temperatura disminuye con la altitud, produciéndose por cada 100 metros de ascenso una disminución de 0,64ºC, con arreglo a:
ΔT / Δh = – 0,64ºC
La temperatura de esta capa desciende desde la ambiental existente en la superficie del planeta hasta unos – 57ºC en su límite con la tropopausa, disminuyendo con la altitud en un gradiente de – 0,64ªC por cada 100 metros de altitud.
Y la separa de la estratosfera, la tropopausa o “capa de transición”, situándose su límite superior en el entorno de los 9 kms. sobre los polos y unos 17 kms. en el ecuador. A partir de la tropopausa comienza a aumentar la presencia de ozono.
Estratosfera: es la 2ª capa de la Atmósfera y según establece su propio nombre, se dispone en capas o estratos más o menos horizontales. extendiéndose desde los 9 a 18 kms. en que termina la troposfera hasta los 50 kms. de altitud, comprendiendo en este espesor a una subcapa terminal a la que se denomina como Ozonosfera.
Su temperatura pasa de unos – 57ºC hasta los +20ºC en su límite con la Mesosfera.
Ozonosfera: forma parte y se encuentra contenida en la estratosfera,  denominándose así a la capa de mayor concentración de ozono que aproximadamente se extiende desde los 20 a los 40/50 kms. de altitud.
Concentra el 90% del ozono presente en la atmósfera, que es a su vez el que “absorbe” del 97% al 99% de toda la radiación ultravioleta de “alta frecuencia” o radiaciones con un λ menor de 360 nm que llega del Sol.
El ozono [O3] es una forma alotrópica del oxígeno que solo es estable en determinadas condiciones de presión y temperatura, y que actúa como filtro o escudo protector ante las radiaciones nocivas y de alta energía que llegan a la Tierra, permitiendo sólo el paso a las ultravioletas de onda larga, cuya radiación es esencial para la vida en el planeta al posibilitar que se realice la “fotosíntesis”[5]  en el reino vegetal, base fundamental de la cadena trófica.   

Al igual que en la anterior capa, la estratosfera termina en una “capa de transición” en su límite superior, a la que se denomina como estratopausa.
Mesosfera: es la 3ª capa de la Atmósfera extendiéndose entre los 50 y los 80 kms. de altitud, conteniendo al parecer tan sólo el 0,1% de la masa total del “aire”, y es la zona más fría de la Atmosfera. Es importante por su capacidad de ionización de las reacciones químicas que suceden en ella. La temperatura de esta capa puede bajar por encima de los – 80ºC a su nivel en los 80 kms. con la Ionosfera.
Al igual que en la anterior capa, la mesosfera termina en una “capa de transición” en su límite superior, a la que se denomina como mesopausa.

El fenómeno del Airglow o la “luminiscencia nocturna”, es uno de los muchos fotometeoros que se producen en la atmósfera. El Airglow es la emisión de luz producida por la atmósfera del planeta que tiene lugar cerca de la mesopausa, consecuencia de la reestructuración de los átomos-moléculas ionizadas por la luz solar o por los rayos cósmicos durante el día.
Se origina en diversas capas como la capa del OH a unos 85 kms., y la de O2 situada a unos 95 kms. de altura y ambas con un espesor de unos 10 kms.
El nitrógeno es el elemento más importante por su concentración, en la generación del fenómeno del Airglow, tanto cuando se combina con el oxígeno como con el hidrógeno.
Los fotometeoros que se producen en la atmósfera son muy numerosos.
4.  CONVECCIÓN [CONVECTIVO/A]: es una de las tres formas de “transferencia del calor”. Se caracteriza porque se produce siempre por un medio “fluido” [líquido, gas o plasma], que transporta el calor entre zonas con diferente temperatura. La convección se produce únicamente a través/ por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección es en sí mismo: “el transporte de calor por medio del movimientos del fluido”. Esta transferencia implica el transporte de calor en “un volumen” y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o líquido.
5.  FOTOSÍNTESIS: La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz solar. En este proceso la energía lumínica se transforma en energía química estable. De todas las células eucariotas, únicamente las fotosintéticas presentan cloroplastos, poseen unos orgánulos que usan la energía solar para impulsar la formación de ATP y NADPH, que son compuestos utilizados con posterioridad para el ensamblaje de azúcares y otros compuestos orgánicos.
 Heterosfera:  se la denomina así debido a que las capas de nitrógeno, oxígeno y helio se encuentran ionizadas, en ella la temperatura vuelve a ascender alcanzando temperaturas de hasta los 1.500ºC debido a la absorción de radiaciones de alta energía.
Ocupa desde los 80 kms. hasta el límite superior de la Atmósfera, que se considera sobre los 10.000 kms., formándose por su composición diferente diversas capas estratificadas de gases que se sitúan:
                        De los 80 a 400 kms…………: Capa de nitrógeno molecular 
□ De los 400 a 1.100 kms……: Capa de oxígeno atómico
□ De los 1.100 a 3.500 kms: Capa de helio
□ De los 3.500 a 10.000 kms: Capa de hidrógeno

La Heterosfera comprende las siguientes capas:
                     4ª – Termosfera o Ionosfera, y la
                                                  5ª – Exosfera
 Termosfera o Ionosfera: es la 4ª capa de la Atmósfera de la Tierra, que se sitúa entre los 80 y los 690/800 kms., y se denomina así por la elevación de temperatura que se produce en ella en función de la altitud como consecuencia de la radiación solar, pudiendo oscilar estas temperaturas entre los 1.000 y 1.500ºC, e incluso pudiendo ser mayores, aunque hay que establecer que al ser su densidad “muy baja”, estas elevadas temperaturas no se corresponden con la sensación de calor que expresan.

Los gases en esta capa se encuentran fuertemente ionizados, aumentando esta ionización con la altura, alcanzando varios máximos y denominados por sus capas:
□ De 60 a 80…..: La D o base de la ionosfera;
□ De 80 a 120: La E o de Kennelly-Heavyside a 120 kms.;
□ De 180 a 600: Las capas F o de Appleton, siendo:
la F1 entre los 180 y los 300 kms., y
la F2 entre los 300 a los 600 kms., capa más alta de la ionosfera.
Estas capas ionizadas son conductoras de la electricidad y reflejan las ondas herzianas, muy principalmente las de onda corta.
A partir de los 600 a los 800 kms. empieza la Exosfera o capa externa, que sólo contiene un 1% de la “masa total” de los gases de la Atmósfera.
Al igual que en la anterior capa, la termosfera termina en una “capa de transición” en su límite superior y la separa de la exosfera, a la que se denomina como termopausa.

Exosfera: Es la 5ª y última capa de la Atmósfera, que se sitúa entre los 800/1.000 a los 10.000 kms.. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre, encontrándose relativamente indefinida, y siendo el área de “transición” donde los átomos escapan hacia el espacio interplanetario.
La función esencial de la Atmósfera
El planeta con su formación ha generado el único espacio que ha viabilizado la existencia de vida. La atmósfera en “interacción” con la hidrosfera, que definiremos a continuación, son los dos elementos esenciales que permitieron hace 3.500 mill.años la aparición de los primeros vestigios de la vida.
Esta situación, no por haberla repetido varias veces, deja de ser el “gran milagro” que se produjo en la Tierra. 

La atmósfera combina una gran serie de factores esenciales como:
1º - Es la capa “respirable” de ese ecosistema global o Biosfera del planeta Tierra y de todas las entidades bióticas que se desarrollan en su espacio respirable.
2º - Su “formula” o composición con un oxígeno [al 21%] y el nitrógeno [al 78%], como hemos citado, son al día de hoy un “milagro” científico, y además tenemos que tener en cuenta que no siempre la composición de la atmósfera terrestre ha sido la misma, sino que ha variado a lo largo de la vida del planeta por diversas causas. Las diferencias en la radiación solar, la formación de la magnetosfera y otras múltiples causas han ido ajustando a lo largo de miles de mill.años la atmósfera hasta sus parámetros actuales.
3º - Es la capa o “escudo” que nos protege de los múltiples agentes externos, procedentes del espacio como: ondas e impactos de alta energía, radiaciones solares nocivas [un 90% de las cuales son absorbidas en la estratosfera], protección ante las eyecciones de la masa coronal, asteroides, meteoritos y polvo y otros fragmentos cósmicos, etc.
        4º - Su función es vital como “regulador térmico” del planeta que evita las grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche, siendo vital para los seres vivos. Este regulador térmico genera el clima cambiante, los vientos, nubes y tormentas que distribuyen por la superficie del planeta ese “agua vital” en forma de lluvias y del resto de los fenómenos meteorológicos inherentes al clima.
5º - La regulación gradual de la presión y la formación por parte de todos sus componentes gaseosos de su “efecto invernadero” natural, con absorción de gran parte de la radiación infrarroja que es refractada por la superficie terrestre al espacio en base al forzamiento radiativo[6]  .

La atmósfera y la hidrosfera son los dos elementos esenciales de la Geodinámica[7]   externa de la Tierra, que conforman ese sistema de capas aire-agua superficiales del planeta, cuya interacción dinámica se encuentra estrechamente relacionada.

Del origen y formación del agua en la Tierra hablamos en la Etiqueta 81: [ver 1].

6.  FORZAMIENTO RADIATIVO: Como concepto general es un forzamiento radiativo en el clima, y significa cualquier cambio en la radiación [calor] entrante o saliente de un sistema climático. Puede deberse a cambios en la radiación solar incidente, o a diferentes cantidades de gases activos radiativos. La variación expresada en W m–2, del flujo radiativo en la tropopausa o parte superior de la atmósfera debida a una variación del causante externo del cambio climático. Es el término con el que se denomina la perturbación externa que se suma al balance radiativo del sistema climático de la Tierra, que puede conducir a cambios en los parámetros climáticos. El forzamiento puede ser “positivo”, que tiende a calentar el sistema por recibir más energía que la emitida por el planeta, o puede ser “negativo” por recibir menos energía que la emitida. Este término ha sido acuñado por el Grupo Intergubernamental de Expertos por el Cambio Climático [IPCC] en 1988.
7.  GEODINÁMICA [de la Tierra]: es la rama de la Geología que trata sobre los agentes o fuerzas que intervienen en los procesos dinámicos de la Tierra. Se subdividen en:
> Geodinámica externa o de los procesos exógenos, que estudia los agentes y fuerzas externas de la Tierra, tales como el viento, temperatura, humedad, aguas, hielo, etc., así como el clima y la interacción de este sobre la capas superficiales del planeta; metodologías y técnicas sobre las “formas del relieve” o Geomorfología y la acción/es de sus agentes como el agua o Hidrogeología, y la
> Geodinámica interna o de los procesos endógenos, que estudia los factores y fuerzas profundas del interior de la Tierra, y sus técnicas geofísicas y métodos especiales para el conocimiento de la estructura de capas más profundas y su comportamiento; dinámica de los procesos que han configurado la estructura de la Tierra como la “convección” del Manto terrestre o Geofísica; análisis de las ondas sísmicas o Sismología; dataciones radiométrica de los materiales y rocas y otros.
El “efecto invernadero” en la Tierra
Existe un equilibrio térmico en la Tierra entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación infrarroja que “devuelve al espacio” la energía recibida por el Sol. Este equilibrio térmico o balance energético de la Tierra, es lo que le permite mantener la temperatura al planeta dentro de ese “margen que posibilita la vida”.
El sistema durante períodos largos de tiempo debe mantenerse en equilibrio.

La radiación solar entrante en la atmósfera se debe compensar por la radiación saliente, puesto que si la entrante fuese mayor a la saliente, se produciría un calentamiento global. En el caso contrario se produciría un enfriamiento.
Por lo tanto su fórmula es que: la energía radiante solar debe ser igual a la radiación saliente reflejada + la radiación térmica infrarroja saliente. Todo lo que contribuya a romper este “vital” equilibrio, contribuye a la destrucción de este balance energético.

La Tierra, por el calentamiento de su núcleo interno, es un cuerpo caliente que emite su propia radiación térmica, radiación que es mucho menor que la que recibe del Sol.

El Centro Nacional de Investigación Atmosférica de los EE.UU. [NCAR] ha estimado que la oscilación de la temperatura media anual entre el mes de julio [15,9ºC] y el mes de enero [12,2ºC], teniendo en cuenta la compensación entre los dos hemisferios [que se encuentran en estaciones climáticas diferentes], supone una radiación media anual emitida por la Tierra de 396 w/m².
Se sabe que la energía infrarroja emitida por la Tierra, es en su mayor parte atrapada por la atmósfera y reenviada de nuevo a la Tierra [ver imagen]. A este fenómeno es al que se denomina como “efecto invernadero”, que garantiza el mantenimiento de temperaturas templadas, viables en el planeta. Según el NCAR el efecto invernadero hace retornar a la Tierra 333 w/m².

El efecto invernadero es pues, un proceso que se produce en esta segunda fase de retorno de la energía, cuando la radiación térmica reirradiada por la superficie del planeta, al alcanzar de nuevo la atmósfera es absorbida y retenida por los gases de efecto invernadero [GEI] existentes, y que a su vez reirradian esta energía en todas direcciones. Una parte de ella es “devuelta” hacia la superficie terrestre y a la atmósfera interior, lo que es la “causa” del incremento de la temperatura superficial media del planeta, situación que no se produciría en ausencia de los GEI. Pero no todo es tan negativo, como les expongo a continuación.
En este proceso, el aire atmosférico  retiene una gran parte de la radiación infrarroja reirradiada por la Tierra, siendo esta absorción e incremento energético, el origen de una compleja serie de fenómenos atmosféricos que son estudiados por la Meteorología  en sus efectos a corto plazo, y por la Climatología en el largo plazo.

El Balance Energético del planeta en términos absolutos:
Según el NCAR el planeta globalmente absorbe de la energía solar 161 w/m² y del efecto invernadero recibe 333 w/m², lo que hace un total de 494 w/m².
La superficie de la Tierra emite [o pierde]: de calor sensible 17w/m², de calor latente de la evaporación 80 w/m², y de energía infrarroja 396 w/m², lo que suma un total de 493w/m², dejando un resto neto de absorción de +1,00 w/m², lo que lleva a un proceso lento en el calentamiento en la Tierra.

Las mentiras publicadas sobre el CO2:

A pesar de lo mucho que se habla, el problema “no se encuentra” en el Dióxido de Carbono [CO2] o “no sólo” en él. Como hemos visto al comienzo de la página en el CUADRO I, los gases que componen la atmósfera son fundamentalmente tres: Nitrógeno [78,08 %], Oxígeno [20,95 %] y Argón [0,093 %].

Pero son en ésa composición total los gases “minoritarios”, como el Dióxido de Carbono [CO2] con una proporción del 0,035 % = 350 ppm y el Ozono [O3] los que desarrollan esta actividad radiativa.

Aunque ES curiosamente el Vapor de Agua, que se encuentra en la atmósfera en una proporción del 1 % = 10000 ppm, y al que se considera también como un gas radiativo, es por sus efectos realmente el culpable. Es el primer gas natural “culpable” del efecto invernadero con mucha diferencia. Y además es por su preencia el más importante, muy por delante del CO2 que ocupa el segundo lugar por sus efectos.


Tampoco debemos “demonizar” el llamado “efecto invernadero” producido por estos gases, porque el efecto invernadero es ESENCIAL para la vida en el planeta: sin el Vapor de Agua, ni el CO2 la temperatura media del planeta sería de unos 33ºC “menos”, es decir se situaría en el orden de los 18ºC “bajo cero”, lo que haría casi inviable la vida.

Como hemos citado en la Etiqueta 90[ver 2], el verdadero reto de la humanidad ante un calentamiento global no se encuentra en el CO2, sino en el Metano, un aumento entre los y 3ºC en las temperaturas “medias” del planeta, generaría respuestas inmediatas de las amplias reservas existentes de Metano calculadas entre los 1,4 a 1,85 billones de toneladas métricas y existente en extensas superficies de la Tierra, un gas que es mortal para la vida, incoloro, inodoro y altamente “explosivo”.


Seguirá en la 8@ PARTE, Etiqueta 103


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