Divulgación 100tífica
La Tierra, nuestro planeta.
por Juan José Reina Aguirre
La Tierra en el sistema solar.
Nuestro planeta por lo que sabemos hasta hoy es un oasis en un desierto de planetas estériles.
Es el tercero en proximidad al Sol y el quinto en masa.Sus características no son la media entre Venus y Marte, planetas anterior y posterior.
Algunos datos estadísticos son:
Los movimientos de La Tierra.
-Traslación:su trayectoria es elíptica, estando el Sol en uno de los focos.El momento de máximo acercamiento entre La Tierra y el Sol se corresponde con el solsticio de invierno.Se completa una vuelta cada 365 días y 6 horas.El "pico" de 6 horas tiene bastante importancia en nuestra vida cotidiana,para simplificar contamos un año cada 365 días justos,esto significa que nos tomamos las uvas seis horas antes de completar la revolución.Después de cuatro nocheviejas el desfase es de 24 horas por lo que se le pone un día más al mes de febrero y acompasar de este modo el calendario al movimiento de La Tierra alrededor del Sol.
Para ser riguroso la elipse no la describe La Tierra sino el centro de masa del sistema Tierra-Luna.La Tierra da bandazos alrededor de la trayectoria del centro de masas.
En la trayectoria de La Tierra alrededor del Sol pueden señalarse cuatro puntos singulares:
- -Dos equinoccios,cuando La Tierra esta en ellos los rayos del Sol inciden perpendicularmente sobre la superficie de La Tierra en el ecuador.Esto ocurre el 21 de marzo y el 21 de septiembre.En esos momentos el plano del ecuador terrestre coincide con el plano de la eclíptica (o plano de la traslación terrestre).
- -Solsticio de verano,los rayos solares inciden perpendicularmente sobre la superficie de La Tierra en el trópico de cancer.En esos momentos el plano del ecuador y el de la eclíptica forman un ángulo 23,5 º.
- -Solsticio de invierno, los rayos solares inciden perpendicularmente a la superficie de La Tierra en el trópico de capricornio.En esos momentos el plano del ecuador y la eclíptica forman un ángulo de 23,5º.
-Rotación:La Tierra rota alrededor de un eje perpendicular al plano del ecuador que pasa por el centro de La Tierra.Tarda en completar una vuelta 23 horas y 56 minutos.Este movimiento es el responsable de la sucesión de dias y noches en la superficie del planeta.
-Precesión:El eje de rotación de La Tierra también se mueve, tiene una oscilación que le hace generar una superficie bicónica.El periodo de este movimiento es de 28 000 años.
-Nutación:Las bases del bicono generado por el eje de giro de La Tierra no son círculos perfectos sino que tienen el borde ondulado.Esta perturbación la ocasiona La Luna.
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La atmósfera.
Las capas.
Normalmente se acepta que la atmósfera tiene un espesor de 1000 km.El límite superior es muy tenue como es fácil imaginar.Para facilitar su estudio se descompone en capas con propiedades homogéneas.Se emplean dos criterios:propiedades térmicas y propiedades eléctricas.Ambas clasificaciones son compatibles.
Las capas según el criterio térmico son:
- Troposfera:Tiene 7-8 km de espesor.Tiene una importante agitación y en ella ocurren todos los fenómenos metereológicos.Toda el agua de la atmósfera se encuentra en esta capa.Supone el 75% del peso total de la atmósfera.Cada kilómetro de ascenso desciende la temperatura 6,5 ºC.La frontera se denomina tropopausa,la temperatura oscila entre los -50 y -80 ºC.
- Estratosfera:En ella la temperatura aumenta con la altura alcanzandose en la estratopausa temperaturas similares a las de la superficie.Este aumento es brusco al acercarse a la la estratopausa. Recibe este nombre porque se creía que el aire en ella no circularía y que por tanto estaría formada por estratos de aire superpuestos.En ella se sitúa la capa de ozono (30 km de altura)Su límite superior (estratopausa) se encuentra a 50 km de altura.
- Mesosfera:En ella la temperatura vuelve a disminuir la temperatura hasta el mínimo de -75ºC en la mesopausa a 80 km de altura.Su estudio se ha visto dificultado por el hecho de que está demasiado alta para los globos sonda pero demasiado baja para los satélites artificiales.Para estudiarla se emplean cohetes.
- Termosfera:Hay un nuevo aumento de la temperatura alcanzandose los 1500ºC en la termopausa a 500km de altura.La alternancia del día y la noche provoca variaciones de cientos de grados en la temperatura.Estas temperaturas se deben a la absorción de radiación ultravioleta.En ella se produce la disociación de las moléculas de oxígeno y nitrógeno.
- Exosfera:Es la última capa en ella el aire se encuentra muy enrarecido y la probabilidad del choque de dos particulas es casi nula.El elemento más abundante es el hidrógeno ionizado.Las perdidas de materia hacia el espacio exterior se ven compensadas, al menos en parte, por las aportaciones del viento solar.La temperatura puede alcanzar varios miles de grados.
El segundo criterio en importancia considera la ionización de las partículas de la atmósfera:
- Ionosfera:Es detectable desde los 70 km de altura.Hay una fuerte ionización achacable a las radiaciónes solares de onda corta, que a estas alturas no han sido filtradas por la capa de ozono. Se puede subdividir en tre capas:
- Capa D:situada a 70 km de altitud su grado de ionización depende sensiblemente de la actividad solar.
- Capa E:situada entre 100 y 120 km la concentración de iones en ella disminuye, llegando incluso a desaparecer, por la noche.
- Capa F:situada entre los 150 y 500 km es de gran importancia para las comunicaciones radio de larga distacia.
- Magnetosfera:Se extiende a partir entre los 1000 km y los 95 000 km,en ella las partículas cargadas se encuentra sometidas al campo magnético de La Tierra.Hay dos regiones en las que abundan las partículas cargadas de alta energía.Tienen forma toroidal (de rosquilla) y se denominan cinturones de Van Allen (4).
La composición química.
Los principales componentes de la atmosfera seca a nivel del suelo son:(% en volumen)
- N2 (78%)
- O2 (20%)
- Ar (0,93%)
- otros
en cantidades variables:
- H2O hasta un 4%
- CO2 0,03%
- O3 (0,001% en la capa de ozono)
La composición es prácticamente constante hasta los 20 km de altura, a partir de esa altura aumenta la concentración de He y más arriba la de H.
Las reacciones químicas.
Fotodisociación: consiste en la disociación de una molecula por acción de un fotón.Por ejemplo:
O2 + fotón = 2 O
necesita que la longitud de onda del fotón sea inferior a 242 nm.
Fotoionización:consiste en la ionización de una molécula o átomo por acción de un fotón.Por ejemplo:
N2 + fotón = N2+ + e-
necesita un fotón de longitud de onda menor que 80 nm.
Todas estas reacciones necesitan fotones del rango del utravioleta.El resultado es que estas radiaciones resultan filtradas en las capas altas de la atmósfera a cambio de cargarse de iones y electrones.
En la atmósfera existe una ventana (200-310 nm) a la que ninguna sustancia salvo el ozono absorbe radiación.Sin él esa radiación llegaría a la superficie perjudicando seriamente a la vida en el planeta.
En las capas más altas tiene lugar principalmente fotoionización consumiendose los fotones más energéticos.A medida que profundizamos adquiere más importancia la fotodisociación, porque disminuye la proporción de fotones ionizantes.A más profundidad la fotodisociación pierde también importancia y comenzarán las reacciones de recombinación de los productos de las reacciones anteriores:
O2 + O = O3*
O3* = O2 + O (1)
O3* = O3 + energía (2)
Para que la reacción (2) tenga lugar es necesario que la molécula de ozono excitada pierda el exceso de energía por colisión con otra molécula.Esto será tanto más probable cuanto más profundo en la atmósfera tenga lugar (hay más moléculas).Aunque a mucha profundidad no hay oxígeno atómico y no se puede formar ozono.
La reacción de destrucción del ozono catalizada por cloro sigue el siguiente esquema:
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = 2 O2
cuyo resultado es:
O3 + O = 2O2
El Cl es el resultado de la fotodisociación de compuestos clorofluorocarbonados.
En la troposfera la reacción por excelencia es la oxidación.Desde el punto de vista medioambiental las oxidaciones más destacables son las de NOx y SO2 (productos del uso de combustibles fósiles) para dar HNO3 y H2SO4 responsable de la lluvia ácida.
La corteza
Es la parte más supercial del globo terrestre tiene un espesor de entre 15 y 60 km, casi nada comparado con los 12756 km de diámetro.Representa el 1% de la masa del planeta.Es la parte del planeta de la que se tienen mayores conocimientos directos.
Se subdivide en tres capas:
- Capa sedimentaria:la más externa falta en numerosos lugares.Su espesor varía entre la inexistencia y los varios miles de metros.En el fondo marino rara vez supera los 500-1000 metros.
- Capa intermedia o corteza continental.Sólo existe bajo los continentes y tiene un espesor entre 15-20 km.
- Capa inferior basáltica.Esta capa sirve de fondo a los océanos.El fondo de los océanos es más joven que la corteza continental.La razón es que sufre un proceso de renovación continuo.La cartografía pública de los fondos oceánicos no es muy detallada.Aunque se supone que las autoridades militares de las superpotencias disponen de muy buenos mapas de los fondos.
La densidad media es 2,8-3.
La corteza está cortada en placas que flotan sobre el manto, que se desplazan unas respecto a las otras, produciendose fricciones.
La hidrosfera
El 71 % de la superficie del planeta se encuentra cubierta por el agua.Ese manto de agua recibe el nombre de hidrosfera.Son ella y la atmósfera las responsables del color azulado que caracteriza a nuestro planeta cuando se observa desde el espacio.
La hidrosfera tienen mucha culpa de lo poco que varía la temperatura en el planeta al pasar del día a la noche.
Todo hace indicar que el origen de la vida, sin duda la característica más importante de La Tierra,tuvo lugar en los océanos.
El manto
Se extiende entre las discontinuidades de Mohorovicic y la de Gutenberg (2900 km).Representa el 83% del volumen de la Tierra y el 65% del peso.Su densidad media es de 3,5 cerca de la superficie y 5-6 a más profundidad.
Los datos que se conocen del manto del estudio de la propagación de las ondas sísmicas.Los componentes principales son:SiO2 ,MgO,Al2O3.
El nucleo
Ocupa el 14% del volumen y es el 31% de la masa.Su elevada densidad 10,5-13,6 hace suponer que su composición sea fundamentalmente metálica.
La parte más externa es líquida mientras que la interna es sólida.
El campo magnético
La Tierra tiene un campo magnético que se achaca al nucleo férrico y fundido.Este campo magnético atrapa partículas cargadas (electrones y protones) en una franja alrededor del plateta conocido como cinturón de Van Allen.
-Enlaces:
-Bibliografía:
"El sistema solar",Roman Smoluchowsky,Biblioteca Scientific American,Editorial Labor ,1986
"Nueva guía de la ciencia",Isaac Asimov,Plaza y Janes editores S.A.,1985
"Un punto azul pálido",Carl Sagan,Editorial Planeta,1995