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La ecología · Las capas fluidas de la Tierra

La atmósfera

Te conviene dominar: El sistema respiratorio (7.° grado (III Ciclo de Educación Básica))

Un fin de semana de febrero viaja en bus desde Gracias, Lempira, y sube al Parque Nacional Celaque, donde está el punto más alto del país, a unos 2,800 m. Nota que sopla más fresco y que el aire se siente distinto. Está atravesando una capa de gases que envuelve todo el planeta: la atmósfera. Sin ella, la Tierra sería un desierto abrasador de día y helado de noche.

El aire y su composición

Siente el viento en la cara en el malecón de La Ceiba, ve cómo se infla la vela de un velero en la bahía de Roatán y nota la resistencia al empujar el émbolo de una jeringa tapada. ¿De qué está hecha esa mezcla invisible que llamamos aire?

Diagrama de bloques con las proporciones de los gases del aire seco: 78 % nitrógeno, 21 % oxígeno y 1 % otros gases Nitrógeno 78 % Oxígeno 21 % otros gases 1 %
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El aire está formado aproximadamente por un 78 % de nitrógeno, un 21 % de oxígeno y un 1 % de otros gases (argón, dióxido de carbono, vapor de agua…). Ordene estos…

El aire está formado aproximadamente por un 78 % de nitrógeno, un 21 % de oxígeno y un 1 % de otros gases (argón, dióxido de carbono, vapor de agua…). Ordene estos componentes de mayor a menor proporción y represente los datos con un gráfico de barras sencillo.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

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Nombre los dos gases mayoritarios del aire e indique su proporción aproximada.

Nombre los dos gases mayoritarios del aire e indique su proporción aproximada.

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Indique si estas afirmaciones sobre la atmósfera son verdaderas o falsas y corrija las falsas: el aire está formado solo por oxígeno; la troposfera es la capa donde…

Indique si estas afirmaciones sobre la atmósfera son verdaderas o falsas y corrija las falsas: el aire está formado solo por oxígeno; la troposfera es la capa donde ocurre el tiempo meteorológico; la exosfera es la capa más cercana a la superficie.

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Las capas de la atmósfera

Diagrama esquemático de las cinco capas de la atmósfera ordenadas por altitud: troposfera (0-12 km), estratosfera (12-50 km) con la capa de ozono, mesosfera (50-80 km), termosfera (80-600 km) y exosfera, que se funde con el espacio espacio aire muy enrarecido aire muy enrarecido los meteoroides se desintegran capa de ozono tiempo atmosférico alturas no a escala exosfera termosfera mesosfera estratosfera troposfera superficie 600 km 80 km 50 km 12 km 0 km
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El esquema representa las capas de la atmósfera (no están dibujadas a escala). a) ¿Qué capa está señalada con «?»? b) ¿En qué capa se forman las nubes y se producen las…

El esquema representa las capas de la atmósfera (no están dibujadas a escala).

  1. a) ¿Qué capa está señalada con «?»?
  2. b) ¿En qué capa se forman las nubes y se producen las tormentas?
  3. c) ¿Qué gas forma, en la capa señalada con «?», una zona que absorbe la radiación ultravioleta del Sol?
Exosfera Termosfera Mesosfera Troposfera ? 0 km 12 km 50 km 80 km ≈500 km altitud
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Un avión comercial vuela a unos 11 km de altura y la Estación Espacial Internacional orbita a unos 400 km. Indique en qué capa de la atmósfera se mueve cada uno.

Un avión comercial vuela a unos 11 km de altura y la Estación Espacial Internacional orbita a unos 400 km. Indique en qué capa de la atmósfera se mueve cada uno.

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Un estudiante afirma que es absurdo que los meteoroides se desintegren en la mesosfera porque «a 80 km de altitud el aire está a −90 °C y es casi vacío, por lo que…

Un estudiante afirma que es absurdo que los meteoroides se desintegren en la mesosfera porque «a 80 km de altitud el aire está a −90 °C y es casi vacío, por lo que deberían quemarse mucho más abajo, en la troposfera, donde hay más aire y hace más calor». Rebata su razonamiento explicando la causa física del calentamiento de los meteoroides a esa altitud y prediga qué consecuencias tendría para la corteza terrestre y para los seres vivos que la atmósfera careciese de mesosfera.

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La temperatura cambia con la altura

Gráfica de temperatura frente a altitud que muestra el enfriamiento en la troposfera hasta la tropopausa y el posterior calentamiento en la estratosfera temperatura altitud superficie tropopausa estratosfera

Más arriba el patrón cambia otra vez. En la mesosfera la temperatura vuelve a bajar con la altura, hasta unos $-90$ °C cerca de los 80 km: ya no hay ozono que caliente el aire. En la termosfera vuelve a subir mucho, porque el poco gas que hay absorbe la radiación más energética del Sol. Así, la temperatura baja (troposfera), sube (estratosfera), baja (mesosfera) y sube (termosfera). Cada cambio de tendencia marca el límite entre dos capas.

En la estratosfera el aire caliente queda arriba y el frío abajo. Como el aire caliente es menos denso, no tiende a bajar ni a subir: el aire es muy estable, casi no hay corrientes verticales y no se forman tormentas. Por eso los vuelos comerciales de larga distancia prefieren el límite inferior de esta capa: allí hay poca turbulencia y no hay nubes de tormenta.

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Al ascender por una montaña la temperatura desciende, aunque estemos más cerca del Sol. Explique a qué capa de la atmósfera corresponde ese descenso de temperatura y…

Al ascender por una montaña la temperatura desciende, aunque estemos más cerca del Sol. Explique a qué capa de la atmósfera corresponde ese descenso de temperatura y razone por qué la cima de una montaña alta está fría.

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En la troposfera la temperatura desciende con la altitud, pero en la estratosfera aumenta. Relacione ese cambio de tendencia con la absorción de radiación ultravioleta…

En la troposfera la temperatura desciende con la altitud, pero en la estratosfera aumenta. Relacione ese cambio de tendencia con la absorción de radiación ultravioleta por la capa de ozono.

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El vapor de agua es un componente variable del aire. Explique qué ocurre cuando una masa de aire húmedo asciende y se enfría, y relaciónelo con la formación de nubes.

El vapor de agua es un componente variable del aire. Explique qué ocurre cuando una masa de aire húmedo asciende y se enfría, y relaciónelo con la formación de nubes.

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Un globo sonda registra estas temperaturas al ascender: 15 °C en superficie, −50 °C a 10 km de altura, 0 °C a 45 km y −80 °C a 70 km. Indique qué capas de la atmósfera…

Un globo sonda registra estas temperaturas al ascender: 15 °C en superficie, −50 °C a 10 km de altura, 0 °C a 45 km y −80 °C a 70 km. Indique qué capas de la atmósfera atraviesa en cada tramo y explique el cambio de tendencia que se observa en los datos.

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En la troposfera, el aire se mezcla con facilidad mediante corrientes de convección porque se enfría con la altura. En cambio, en la estratosfera la temperatura sube…

En la troposfera, el aire se mezcla con facilidad mediante corrientes de convección porque se enfría con la altura. En cambio, en la estratosfera la temperatura sube desde unos −56 °C a 15 km hasta casi 0 °C a 50 km. Justifique la causa física de este calentamiento con la altitud y prediga qué consecuencias tiene esta inversión térmica sobre la estabilidad del aire y la formación de tormentas, explicando por qué los vuelos comerciales de larga distancia prefieren desplazarse en el límite inferior de esta capa.

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La presión atmosférica

Cuando pega una ventosa en un vidrio o toma un refresco con pajilla, parece actuar un tirón misterioso. ¿Qué fuerza empuja con tanta firmeza sobre todos los cuerpos de la superficie terrestre?

Tres columnas de aire sobre una montaña: nivel del mar, ladera y cumbre. Cuanto más bajo el punto, más alta la columna de aire encima y mayor la presión nivel del mar presión alta ladera: presión media cumbre presión baja
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Explique con sus palabras qué es la presión atmosférica y razone por qué es menor en la cima de una montaña que a nivel del mar.

Explique con sus palabras qué es la presión atmosférica y razone por qué es menor en la cima de una montaña que a nivel del mar.

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En alta montaña, cada respiración aporta menos oxígeno que a nivel del mar. Explique qué relación tiene ese hecho con la presión atmosférica y por qué los alpinistas…

En alta montaña, cada respiración aporta menos oxígeno que a nivel del mar. Explique qué relación tiene ese hecho con la presión atmosférica y por qué los alpinistas necesitan aclimatarse durante días antes de subir a una cumbre muy alta.

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Un excursionista cierra herméticamente una botella de plástico flexible en la cumbre de una montaña a 3000 m de altitud. Al descender a la playa, observa que la botella…

Un excursionista cierra herméticamente una botella de plástico flexible en la cumbre de una montaña a 3000 m de altitud. Al descender a la playa, observa que la botella se ha deformado y está completamente aplastada. Justifique este suceso rebatiendo la idea de que «el aire no pesa» a partir del concepto de masa y columna de aire, y prediga razonadamente qué le ocurriría a esa misma botella si se cerrara en la playa y se ascendiera de nuevo a la cumbre.

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Por qué la atmósfera es imprescindible

Tres funciones de la atmósfera: la capa de ozono frena los rayos ultravioleta del Sol, el aire aporta oxígeno a un árbol y a una persona, y de noche la atmósfera devuelve parte del calor que emite el suelo capa de ozono UV frenados O₂ O₂ Filtrar los UV Aportar oxígeno Retener calor
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Cite dos funciones de la atmósfera que hacen posible la vida en la Tierra y explique brevemente una de ellas.

Cite dos funciones de la atmósfera que hacen posible la vida en la Tierra y explique brevemente una de ellas.

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¿Qué es la capa de ozono, en qué capa de la atmósfera se encuentra y por qué preocupa su deterioro?

¿Qué es la capa de ozono, en qué capa de la atmósfera se encuentra y por qué preocupa su deterioro?

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Los gases CFC, usados antiguamente en aerosoles y refrigeradoras, destruían el ozono y fueron prohibidos por el Protocolo de Montreal. Explique qué riesgo suponía su uso…

Los gases CFC, usados antiguamente en aerosoles y refrigeradoras, destruían el ozono y fueron prohibidos por el Protocolo de Montreal. Explique qué riesgo suponía su uso y por qué ese acuerdo se considera un éxito de la cooperación internacional.

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Se ha descubierto un exoplaneta rocoso similar a la Tierra que recibe una radiación estelar comparable, pero cuyo análisis atmosférico indica que carece de capa de ozono…

Se ha descubierto un exoplaneta rocoso similar a la Tierra que recibe una radiación estelar comparable, pero cuyo análisis atmosférico indica que carece de capa de ozono en su zona media y que no retiene vapor de agua en sus capas bajas. Justifique razonadamente qué funciones protectoras y reguladoras que cumplen la troposfera y la estratosfera terrestres estarían ausentes en dicho planeta, y prediga dos consecuencias críticas para la viabilidad de la vida en su superficie.

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El efecto invernadero

Un carro cerrado al sol en la playa se calienta mucho más por dentro que el aire de la calle. La luz entra por los vidrios, pero el calor sale con dificultad. La atmósfera hace algo parecido con la Tierra. ¿Cómo lo logra si casi todo el aire es nitrógeno y oxígeno?

Primero, tres palabras que no son lo mismo:

Efecto invernadero: la luz del Sol atraviesa la atmósfera y calienta el suelo; el suelo emite infrarrojo, una parte escapa al espacio y otra es absorbida por los gases de efecto invernadero y devuelta hacia el suelo luz del Sol escapa al espacio gases de efecto invernadero infrarrojo devuelto suelo y mar
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Se compara la atmósfera con una manta que envuelve la Tierra. Explique en qué se parece: cómo filtra parte de la radiación solar durante el día y cómo retiene parte del…

Se compara la atmósfera con una manta que envuelve la Tierra. Explique en qué se parece: cómo filtra parte de la radiación solar durante el día y cómo retiene parte del calor durante la noche.

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Un compañero afirma que es absurdo atribuir el calentamiento global al dióxido de carbono ($\text{CO}2$), ya que al ser solo un 0.04 % del aire, el nitrógeno (78 %) y el…

Un compañero afirma que es absurdo atribuir el calentamiento global al dióxido de carbono ($\text{CO}_2$), ya que al ser solo un 0.04 % del aire, el nitrógeno (78 %) y el oxígeno (21 %) deben de ser los verdaderos responsables de atrapar el calor. Rebate su postura explicando el comportamiento diferencial de estos gases frente a la radiación solar y la radiación infrarroja terrestre, y predice qué le ocurriría a la temperatura media del planeta si el $\text{CO}_2$ y los demás gases de efecto invernadero desaparecieran por completo.

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Vuelva al principio: al subir a Celaque hace más fresco porque en la troposfera la temperatura disminuye con la altura, y en alturas mucho mayores falta el aire porque a menor presión cada respiración trae menos moléculas de oxígeno.

Resumen

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