LA ATMÓSFERA, MATERIA Y RADIACIÓN
Introducción
Con esta obra pretendo sumergir al lector en la realidad geológica e histórica que nos habla de una atmósfera y un clima en cambio continuo; por esta razón, el contenido va más allá de la naturaleza del aire actual, la contaminación o los posibles cambios climáticos derivados de la actividad humana. A través de estas páginas nos introduciremos en el pasado antes de llegar al presente y predecir el clima futuro; e incluso miraremos por encima de la atmósfera y nos sumergiremos en la profundidad de los océanos, para llegar a comprender el mundo en el que estamos inmersos.
Para ordenar los conocimientos en un relato coherente, he dividido el estudio en tres partes: en la primera se habla de los constituyentes del aire; en la segunda de la interacción entre la radiación solar y la materia atmosférica, y en la tercera del clima.
La primera parte se inicia con el origen y evolución de la atmósfera. Posteriormente veremos los componentes del aire actual, poniendo un énfasis especial en su movilidad y tendencia a la transformación. Esta parte finaliza analizando la materia extraterrestre que entra en nuestra atmósfera, ya sea como piedras gigantes o en forma de partículas microscópicas. Aquí nos pararemos en algunas curiosidades propias de la divulgación científica, como la radiactividad del aire que respiramos o los choques destructivos con asteroides kilométricos.
En la segunda parte se aborda el estudio de la interacción de la radiación solar con la Tierra. Esto es especialmente interesante cuando nos preocupamos por la estabilidad de la biosfera, ya que la atmósfera impide que lleguen a la superficie las radiaciones cósmicas o solares más agresivas para la vida.
El aire que existe sobre nuestras cabezas absorbe los rayos X, los rayos gamma y el ultravioleta más pernicioso para la vida. Estas radiaciones serán absorbidas a medida que penetran en la atmósfera, dando origen, por ejemplo, a la ionosfera: una capa electrizada por encima de los 70 Km de altura, que ha hecho posible nuestras comunicaciones por radio. El último freno contra la radiación es el ozono, al cual dedicamos los capítulos 8 a 10.
La segunda parte concluye en el capítulo 11 con la llegada del resto de la radiación a la zona habitada del planeta. Éste es un tema esencial para comprender el clima, ya que en él se explican detenidamente tanto el efecto invernadero, como los mecanismos globales (biogeoquímicos) de regulación de las temperaturas medias.
La tercera parte se inicia estudiando los factores que más influyen en la evolución climática de la Tierra: el Sol, los parámetros orbitales y la distribución geográfica de continentes y océanos. En el capítulo 14 se desglosa la historia climática de la Tierra, un planeta en el que se han sucedido etapas frías y cálidas, pero que ha mantenido sus temperaturas dentro de un estrecho margen (más o menos unos 10-15 grados en relación al momento presente), lo cual ha permitido sobrevivir a la biosfera desde hace, al menos, 3800 millones de años.
La presencia de estas temperaturas tan moderadas desde hace miles de millones de años parece increíble, sobre todo si tenemos en cuenta que desde el origen de la vida han cambiado todos los condicionantes climáticos: los gases atmosféricos, la radiación solar, la radiactividad, la actividad volcánica, la distribución de continentes y océanos, etc. Lamentablemente, estas temperaturas tan moderadas no permanecerán para siempre, no importa lo que hagamos al respecto: la evolución del Sol seguirá inexorablemente, poco a poco irá aumentando su actividad, se irá hinchando y, finalmente, su intenso calor acabará por borrar cualquier rastro de vida dentro de algunos miles de millones de años.
El último capítulo del libro nos sitúa en nuestra dimensión real, en un momento climático especialmente interesante. Hemos alterado el medio ambiente y, posiblemente, esta alteración induzca un aumento de temperatura muy poco uniforme. Algunas especies vivas se verán beneficiadas y otras no, y dentro de este último grupo se encontrará la especie humana, cuya economía puede verse en serias dificultades frente al previsible cambio climático.
Las Palmas de Gran Canaria a 14 de febrero de 2004
María Jesús Mediavilla Pérez
Departamento de Química
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.
Primera Parte:
La materia de la atmósfera.
Capítulo 1: Origen y evolución de la atmósfera.
1.- Una atmósfera en cambio continuo.
2.- El origen de la atmósfera.
2.1.- Estratificación de la Tierra y su atmósfera.
3.- La atmósfera primigenia.
4.- Reducción inicial del dióxido de carbono atmosférico.
4.1.- Meteorización de las rocas.
5.- La vida entra en escena.
5.1.- Retirada biológica de dióxido de carbono.
6.- Formación de carbonatos.
7.- Desequilibrio entre emisión y retirada de dióxido de carbono.
Capítulo 2: La atmósfera actual.
1.- La naturaleza de la atmósfera.
2.- Distribución de materia en la atmósfera.
2.1.- Primera clasificación de la atmósfera.
3.- El agua de la atmósfera.
4.- El nitrógeno.
5.- El oxígeno.
6.- El dióxido de carbono.
6.1.- Actividad geológica y dióxido de carbono.
6.2.- Biosfera continental y dióxido de carbono.
6.3.- El océano y el dióxido de carbono.
7.- Los gases nobles.
8.- La heterosfera.
8.1.- Pérdida de gases atmosféricos.
Capítulo 3: El aire que respiramos
1.- Componentes minoritarios de la atmósfera.
2.- Amoníaco y metano.
3.- Monóxido de carbono.
3.1.- Toxicidad del monóxido de carbono.
4.- Compuestos de azufre.
5.- Compuestos de nitrógeno.
6.- La lluvia ácida.
7.- Partículas.
Capítulo 4: Radiactividad de la atmósfera
1.- Las partículas que llegan a la alta atmósfera.
2.- El campo magnético terrestre.
2.1.- La magnetosfera.
2.2.- La protección ofrecida por el campo magnético.
3.- El segundo freno frente a la radiación cósmica.
4.- Reacciones nucleares en la atmósfera.
4.1.- Dataciones con carbono-14.
5.- Otras aportaciones a la radiactividad atmosférica.
6.- La radiactividad que soportamos.
Capítulo 5: Otros intercambios de materia con el exterior
1.- La materia extraterrestre.
2.- Cometas y fragmentos cometarios.
3.- Asteroides y fragmentos planetarios.
4.- El freno atmosférico.
5.- Cuerpos extraterrestres y extinciones masivas.
Segunda parte:
La radiación en la atmósfera.
Capítulo 6: La energía del Sol.
1.- La transferencia de calor.
1.1.- La conducción de calor.
1.2.- La convección.
1.3.- Radiación de energía.
1.4.- Emisión de radiación solar y terrestre.
2.- La radiación solar en la atmósfera.
2.1.- Absorción de radiación en la atmósfera.
2.2.- Absorción de la radiación ultravioleta.
2.3.-Absorción del visible y el infrarrojo.
3.- Zonación vertical de la temperatura atmosférica.
3.1.- La exosfera y la termosfera.
3.2.- La mesosfera.
3.3.- La estratosfera.
3.4.- La troposfera.
Capítulo 7: Primeros filtros contra la radiación.
1.- Del exterior a la mesosfera.
2.- Reacciones de disociación.
3.- Reacciones de ionización.
4.- La ionosfera.
5.- Comunicaciones por radio.
6.- Auroras y tormentas magnéticas.
Capítulo 8: La estratosfera.
1.- Reacciones en la estratosfera.
2.- El agua de la estratosfera.
2.1.- Conservación del agua terrestre.
3.- El ozono: último filtro del ultravioleta.
3.1.- Concentraciones de ozono.
4.- Evolución anual del ozono.
4.1.- Latitudes medias y altas del hemisferio norte (30-90ºN).
4.2.- Latitudes medias y altas del hemisferio sur.
4.3.- Zona tropical norte.
4.4.- Zona intertropical sur.
5.- Agujeros de ozono en altas latitudes.
5.1.- Agujeros de primavera sobre la Antártida.
5.2.- Descensos de primavera sobre el Ártico.
6.- Descensos del ozono polar de comienzos de otoño.
7.- Descensos de otoño del hemisferio norte.
Capítulo 9: Factores naturales que justifican la distribución de ozono.
1.- Formación y destrucción de ozono en la estratosfera.
1.1.- Influencias naturales sobre el ozono.
2.- El factor solar.
2.1.- Radiación solar según la época del año.
2.2.- Sombra ante el ultravioleta en las zonas polares.
3.- Dinámica de la estratosfera.
3.1.- Agujeros antárticos de primavera de 2002 y 2003.
4.- Descensos bruscos de ozono.
Capítulo 10: Contaminación, otro origen para los agujeros de ozono.
1.- El problema.
2.- Ciclo catalítico del cloro.
2.1.- Cuestiones políticas.
3.- Los problemas del ciclo catalítico del cloro.
3.1.- Compuestos pesados en ascenso.
3.2.- Ajustando el modelo a la realidad.
3.3.- Diferencias entre los agujeros del Ártico y de la Antártida.
3.4.- La procedencia del cloro estratosférico.
4.- Reflexión: ¿Un mundo sin ozono?.
Capítulo 11: La radiación en la troposfera.
1.- La radiación en la troposfera.
1.1.- La radiación absorbida y reflejada.
2.- Radiación reflejada por la atmósfera.
2.1.- El efecto de las nubes.
2.2.- El aerosol troposférico.
2.3.- Las partículas de la estratosfera.
3.- La radiación en la superficie.
3.1.- Distribuyendo el calor superficial.
4.- La Tierra emite radiación.
4.1.- El efecto invernadero.
4.2.- El invernadero: un camino de doble dirección.
5.- El agua en la regulación del clima.
5.1.- El hielo.
6.- Regulando la temperatura superficial.
6.1.- Regulación en un mundo cálido.
6.2.- Regulación en un mundo frío.
6.3.- La hidrosfera: esa gran desconocida.
Tercera parte:
Un clima cambiante.
Capítulo 12: Huellas de climas pasados.
1.- Buscando huellas de climas antiguos.
2.- ¿Qué es una glaciación?.
3.- Cambios durante un periodo glacial.
4.- El final de un periodo glacial.
Capítulo 13: Mirando la Tierra y el espacio.
1.- Algo más que el efecto invernadero.
2.- Radiación solar.
2.1.- Actividad solar.
2.2.- Aminorando la radiación solar.
3.- La energía de la Tierra.
3.1.- El calor transferido por conducción.
3.2.- La energía que mueve las rocas.
3.3.- Distribución de tierras y océanos.
4.- Parámetros orbitales.
4.1.- Comprobando la teoría astronómica.
4.2.- La llegada de la próxima edad de hielo.
4.3.- Los ciclos astronómicos en el pasado.
Capítulo 14: Los climas antiguos.
1.- Clima del Arcaico. Desde los orígenes hasta hace 2500 m.a.
1.1.- Principales factores climáticos del Arcaico.
1.2.- Justificando la bonanza del Arcaico.
1.3.- El final del Arcaico: preparando un ambiente frío.
2.- Clima del Proterozoico. Hace 2500 a 570 millones de años.
2.1.- Factores climáticos del Proterozoico.
2.2.- Glaciaciones Infracámbrica II e Infracámbrica I.
2.3.- Glaciación Eocámbrica.
2.4.- ¿Es posible congelar una Pangea tropical?.
3.- Clima Fanerozoico. Desde hace 570 millones de años a la actualidad.
3.1.- El clima a comienzos del Paleozoico.
3.2.- Glaciación Ordovícico-Silúrica.
3.3.- Un clima cálido y un cambio esencial.
3.4.- La glaciación Permocarbonífera.
3.5.- Clima Mesozoico y Cenozoico.
Capítulo 15: De la última glaciación a la actualidad
1.- Preparando el ambiente gélido.
1.1.- Aislamiento de la Antártida.
1.2.- Aislamiento del Ártico.
1.3.- Bloqueo de la corriente ecuatorial.
2.- La última edad de hielo.
2.1.- El final de la última edad de hielo.
3.- El interglacial actual.
3.1.- Los últimos 1000 años.
4.- El tiempo "normal".
4.1.- Sobre las temperaturas medias del último siglo.
5.- El nivel del mar.
5.1.- ¿Por qué sube el nivel del mar?.
5.2.- El hielo antártico.
5.3.- El hielo del polo norte.
6.- Las últimas previsiones.
6.1.- Nuevamente cuestiones políticas.
Bibliografía.