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Dpto. de Biología y Geología del I.E.S. Trassierra
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
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Tema 4
La atmósfera: composición y estructura
Composición de la atmósfera
Podemos definir la atmósfera como la envoltura gaseosa que rodea la Tierra. Está formada por una mezcla de
gases que reciben el nombre de aire.
La atmósfera actual parece ser el resultado de varios procesos: en primer lugar se formó una envoltura
gaseosa primitiva constituida por los materiales menos densos y, por tanto, menos atraídos por la parte más
interna y densa de la Tierra en formación. Un segundo proceso fue el enriquecimiento en ciertos componentes
como consecuencia de la desgasificación sufrida por la Tierra desde los inicios al liberar la geosfera ingentes
cantidades de polvo y gases a través de los volcanes (algo que sigue sucediendo hoy en día); la actividad
biológica de los organismos fotosintéticos modificó drásticamente su composición, debido al aporte de O y N
principalmente y a la absorción de dióxido de carbono. El aporte de la hidrosfera, con la emisión de vapor de
agua y sal marina también debe tenerse en cuenta. Actualmente, la humanidad incide de manera importante
en su composición, alterando gravemente sus propiedades como resultado de las actividades industriales y de
la deforestación.
Mayoritarios
Minoritarios
Variables
La atmósfera o aire es una mezcla de distintos
CH4, CO, O3,
Vapor de agua
componentes, que clasificamos en tres grupos:
N2
78 % NH3, NO2,
Partículas de polvo
mayoritarios, minoritarios, que por estar en muy
O2
20,9 % NO, SO2, Ne,
Bacterias
pequeñas proporciones se miden en partes por
Ar
0,93 % He, Kr, Xe,
Sales
millón (ppm) y variables, como el vapor de agua.
CO2
0,03 % H2, N2O
Contaminantes
Puesto que la atmósfera es una capa fluida de gases, y como tal es compresible, en sus niveles más bajos (en
contacto con la hidrosfera y la geosfera) es donde se encuentra su máxima densidad. Conforme ascendemos,
hay menos partículas por unidad de volumen y la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. El 97%
de la masa total atmosférica está retenida por la atracción gravitatoria en sus primeros 30 km. Los
componentes de la atmósfera se encuentran concentrados cerca de la superficie, comprimidos por la atracción
de la gravedad.
Un concepto importante a tener en cuenta es la presión atmosférica, que se define como el peso ejercido por
la masa de aire atmosférico sobre la superficie terrestre. Este valor se mide gracias al barómetro y su valor a
nivel del mar y en condiciones “normales” es de una Atmósfera = 760 mm de mercurio = 1.013 milibares.
En los mapas del tiempo suele representarse la presión mediante isobaras, que son líneas que unen los
puntos de igual presión, referida al nivel del mar.
La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es
un fluido que puede comprimirse mucho (los gases son muy compresibles), por lo que las masas de aire más
próximas al suelo están comprimidas por el propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, más
densas. Al ascender en altura disminuye la presión porque hay menos columna de aire por encima (menos
cantidad de aire presionando) y también disminuye la densidad porque el aire no está tan comprimido.
Menos densidad significa menos partículas por unidad de volumen. Por esta razón hay problemas para respirar
en las altas montañas (hay menos oxígeno) y por eso también hace más frío (la temperatura nos da una idea
de la energía térmica media de las partículas. Si en un volumen de aire hay pocas partículas, en conjunto hay
muy poca energía térmica).
Estructura de la atmósfera. Características de las distintas capas
Según su composición química: podemos distinguir dos capas dentro de la atmósfera:
Homosfera: es una capa que se extiende hasta unos 80 km de altitud. Se denomina así porque, aunque a
lo largo de ella varía la densidad, mantiene una composición química homogénea debido a mecanismos
efectivos de mezcla turbulenta, que impiden la estratificación de gases por densidad. Equivale a las capas
troposfera, estratosfera y mesosfera que veremos más adelante. En ella, la composición se mantiene más
o menos homogénea,
Heterosfera: es la capa situada por encima de la anterior y se prolonga hasta el final de la atmósfera.
Debido a que en esta capa no existen mecanismos de mezcla, los gases se distribuyen de manera
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estratificada según su densidad. Capa de nitrógeno (N2), acompañada de oxígeno molecular (O2); capa de
oxígeno atómico (O); capa de helio (He); capa de hidrógeno atómico (H).
El límite entre homosfera y heterosfera se denomina homopausa.
Según la temperatura:
□
Troposfera: es la capa inferior de la atmósfera. Su altitud es variable estacionalmente (más alta en verano
que en invierno) y latitudinalmente (oscila entre los 16 Km. en el ecuador los 12 Km. en las latitudes medias
y los 9 Km. en las proximidades de los polos). La troposfera es la zona más densa de la atmósfera, pues,
debido a la compresibilidad, los gases se concentran en su parte más baja. Los primeros 500 metros se
denominan capa sucia, porque en ellos se concentra el polvo en suspensión, procedente del suelo, de los
desiertos, los volcanes, la sal marina y las actividades industriales. Este polvo contribuye a la coloración
rojiza del cielo del amanecer y atardecer, sirviendo además como núcleo de condensación que facilita el
paso del vapor agua atmosférico a agua líquida. Los fenómenos meteorológicos más importantes, como las
nubes y las precipitaciones, tienen lugar en esta parte de la atmósfera. El aire no se calienta directamente
por medio de radiación solar, sino que lo hace indirectamente, gracias al calor transmitido desde la
superficie terrestre (se verá con detalle en el siguiente tema). Por este motivo, la temperatura de la
troposfera es máxima en su parte inferior (unos 15ºC como media), y a partir de ahí comienza a descender
con la altura en una proporción aproximada de 0,65ºC/100 metros. Este valor medio se conoce como
gradiente vertical de temperatura (GVT), hasta alcanzar un valor mínimo de -70ºC en su parte final, la
tropopausa. La temperatura disminuye progresivamente en altura por no existir vapor de agua en la parte
alta ni CO2 (responsables del efecto invernadero) y por ir disminuyendo la concentración de los gases
mayoritarios (menor densidad de la atmósfera).
□ Estratosfera: se extiende desde la tropopausa hasta la estratopausa, situada a los 50-60 km de altitud.
En ella el aire es muy tenue y existen movimientos verticales del aire muy reducidos, pero los
horizontales son muy importantes. Nubes de hielo cuya estructura es muy tenue (noctilucientes). Entre los
15 y los 30 km de altura se encuentra la capa de ozono u ozonosfera, en la que se concentra la mayor
parte del ozono atmosférico. La temperatura en esta capa aumenta (debido a la absorción de radiación
ultravioleta) hasta alcanzar su valor máximo (entre 0 y 4ºC) en la estratopausa.
□ Mesosfera: se extiende hasta la mesopausa, situada hacia el kilómetro 80. Aunque la densidad del aire
aquí es muy reducida, resulta suficiente como para que el roce de las partículas que contiene provoque la
inflamación de los meteoritos procedentes del espacio, dando lugar a la formación de estrellas fugaces.
De esta manera, la gran mayoría de ellos se consume y no alcanza la superficie terrestre, donde
constituirían un riesgo. La temperatura en esta capa disminuye de nuevo hasta unos – 80º C.
□ Termosfera o ionosfera: se prolonga hasta el kilómetro 600 aproximadamente donde se localiza la
termopausa. Aquí la temperatura aumenta hasta unos 1.000º C debido a la absorción de las radiaciones
solares de onda más corta (rayos X y gamma) llevada a cabo por las moléculas de nitrógeno y de oxígeno
presentes que, debido a ello, se transforman en iones de carga positiva, liberándose electrones. En
determinadas ocasiones, en las zonas polares, algunas de las partículas que forman el viento solar
(protones y electrones) consiguen entrar, chocando con las moléculas de nitrógeno y oxígeno, liberando
calor y produciendo espectaculares manifestaciones de luz y color, son las auroras polares (boreales y
australes).
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□ Exosfera: es la última capa y su límite viene marcado por una bajísima densidad atmosférica, similar a la
del espacio exterior. Aquí el aire es tan tenue que no puede captar la luz solar y, debido a ello el color del
cielo se va oscureciendo hasta alcanzar la negrura del espacio exterior.
Según su estado de ionización o desde el punto de vista eléctrico: distinguimos dos grandes capas:
Neutrosfera: parte inferior de la atmósfera en la cual las partículas no están ionizadas (0 – 80km).
Ionosfera: situada por encima de la anterior (por encima de la mesosfera) en la que las moléculas están
ionizadas. Se extiende desde los 80 hasta los 500 km (coincide prácticamente con la termosfera). Se debe
a la absorción de las radiaciones solares de onda más corta (rayos X y gamma) llevada a cabo por las
moléculas de nitrógeno y de oxígeno presentes que, debido a ello, se transforman en iones de carga
positiva, liberándose electrones. Estos electrones liberados circulan por la capa dotándola de propiedades
eléctricas. Esto da lugar a un campo magnético comprendido entre la ionosfera cargada positivamente y la
superficie terrestre cargada negativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta la superficie
terrestre y desde esta última ascienden cargas negativas hasta la ionosfera. En esta capa rebotan algunas
ondas de radio emitidas desde la Tierra, haciendo posibles las comunicaciones
Desde el punto de vista magnético: la Tierra actúa como un gigantesco imán, cuyo eje coincide casi con el
eje de giro. El campo magnético terrestre forma una especie de vaina que se conoce como magnetosfera. La
magnetosfera no tiene forma esférica, ya que el viento solar la deforma. Por el lado que se enfrenta al Sol, está
comprimida y se extiende hasta una distancia de 10 radios
terrestres (65.000 km), y presenta las líneas de campo
magnético cerradas. Por el otro lado, se extiende en una larga
cola a más de 100 radios terrestres, y presenta líneas de
campo abiertas.
El viento solar es un flujo de protones y electrones de alta
energía procedentes de la superficie del Sol. Esta radiación
choca con la magnetosfera desviándose y dispersándose por
el espacio interplanetario. Dentro de la magnetosfera se
localizan dos anchos cinturones que, en forma de croissant,
envuelven casi la totalidad de la Tierra. Son los Anillos de Van
Allen que actúan como trampas magnéticas para las partículas
que no son desviadas y consiguen entrar. El cinturón exterior
está compuesto en su mayor parte por electrones, mientras
que el interior está formado principalmente por protones.
Coincidiendo con momentos de fuerte actividad solar (como la
emisión de fulguraciones), las partículas atrapadas en los
anillos de Van Allen escapan por los extremos irrumpiendo en
la atmósfera de las altas latitudes, ionizando sus partículas y
dando lugar a las auroras polares.
Función protectora y reguladora de la atmósfera
Tipos de radiaciones solares
El Sol, emite continuamente un flujo de materia en forma de átomos, iones y partículas subatómicas
(electrones y neutrones) y de energía en forma de ondas electromagnéticas.
Las radiaciones electromagnéticas constituyen un tipo de energía transmisible que presenta una doble
naturaleza: corpuscular y ondulatoria (se comporta a la vez como partículas en movimiento y como ondas).
Introducción: la radiación electromagnética.
Todo cuerpo con una temperatura superficial superior a 0K, es decir, por encima de -273ºC (273º bajo cero),
emite radiación electromagnética. Esta, es un tipo de energía en forma de ondas a las que van asociados
corpúsculos o cuantos de energía, que en algunos casos llamamos fotones (la energía va “empaquetada” en
forma de cuantos o fotones.
La radiación electromagnética es un tipo de energía caracterizada por un conjunto o espectro de ondas
electromagnéticas de una amplia gama de longitudes de onda, que se propaga a una velocidad próxima a
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los 300.000 km/s en el vacío y en línea recta. Se trata, pues, de una clase de movimiento vibratorio u
ondulatorio. Estos movimientos, de los que hay numerosos ejemplos cotidianos (el sonido, las ondas que
aparecen en una superficie acuática tras el impacto de un objeto, la ondulación de una cuerda batida por un
extremo o pulsada estando sujeta por los dos extremos y tensa, las ondas sísmicas, etc.) se caracterizan por
varios parámetros, a saber: la longitud de onda, o distancia recorrida durante una vibración, el número de
vibraciones por segundo o frecuencia, y la velocidad de transmisión. Los movimientos ondulatorios
“normales” como el sonido o las ondas sísmicas la vibración se propaga, pero no lo hace la materia,
requiriendo en estos casos las ondas para su propagación un medio material, sea el agua, el aire o las rocas.
Sin embargo, la radiación electromagnética no necesita de un medio material para su transmisión y por
ello pueden propagarse en el vacío. (Hay otra característica que es la amplitud de la onda, que está
relacionada con la intensidad de la energía transmitida).
El espectro electromagnético es el conjunto de las diferentes ondas electromagnéticas, que se diferencian
entre sí por su longitud de onda y en consecuencia por la cantidad de energía que portan. Las ondas de radio y
de televisión, las microondas, la radiación infrarroja, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son
ondas electromagnéticas de la misma naturaleza que la luz y aunque no podemos verlas con los ojos, sí
podemos captarlas con distintos aparatos. (La radiación infrarroja o calor podemos percibirla a través de los
termorreceptores de la piel y la ultravioleta es capaz de inducir a ciertas células, también de la piel, a fabricar
melanina).
Además de estas radiaciones, el Sol emite enormes cantidades de partículas a gran velocidad. Estas
partículas, que por la energía con la que se mueven supondrían un gran peligro para la vida no llegan hasta
nuestro planeta gracias a la presencia de la magnetosfera,
Nuestro Sol es una estrella que por su tamaño y su edad, emite básicamente radiación electromagnética
dentro del rango (“la subfamilia”) de la luz visible. Lo cual no quiere decir que no emita radiaciones de otras
longitudes de onda ni partículas, pero éstas no son mayoritarias
Toda la energía que llega a la Tierra alcanza en primer lugar la atmósfera, donde sus distintos componentes
absorberán y reflejarán selectivamente las diferentes radiaciones; así, esta envoltura hará de filtro eficaz de
muchas de estas ondas electromagnéticas, que por sus características son muy perjudiciales para la mayor
parte de los seres vivos.
La Tierra tiene una temperatura media en la superficie de 15 ºC y emite radiación de onda larga, comprendida
dentro del rango infrarrojo del espectro.
Cada sustancia, por su naturaleza, es capaz de captar sólo ciertas radiaciones pero no otras. Esta propiedad
es responsable de los fenómenos de absorción y reflexión de la energía. Pero se da otro fenómeno
interesante: la energía es absorbida sólo momentáneamente (por el átomo o molécula), siendo expulsada o
reemitida por la sustancia que la captó, pero transformada en radiación de mayor longitud de onda que la que
recibió en principio.
Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera: la atmósfera absorbe parte de la radiación que
llega del Sol antes de que ésta llegue a la superficie sólida del planeta y, además, lo hace de forma selectiva.
Estos procesos son de suma importancia para los seres vivos, ya que algunas radiaciones (especialmente las
de menor longitud de onda) producen efectos nocivos (mutaciones, cánceres de piel, etc.). Las diversas capas
de la atmósfera actúan como un filtro que protege a los seres vivos de las radiaciones perjudiciales.
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La ionosfera: absorbe las radiaciones solares de
onda más corta (rayos X, rayos gamma y parte de los
ultravioleta). La absorción la llevan a cabo as
moléculas de nitrógeno y de oxígeno presentes en la
capa que, debido a ello, se ionizan y liberan calor,
provocando el incremento de temperatura de la capa.
La capa de ozono presente en la estratosfera es
responsable de la absorción de la radiación
ultravioleta, y esto origina un aumento de la
temperatura de la capa. La mayor parte del ozono
atmosférico se encuentra concentrado hacia los 25
km, formando la ozonosfera.
La capa de ozono existe porque existe radiación
ultravioleta procedente del Sol. Es la radiación UV la
que fabrica la capa de ozono. Si el Sol no emitiera
este tipo de radiación, no habría capa de ozono
El ozono estratosférico se forma y se destruye
continuamente, lo que origina variaciones diarias y
estacionales, en función de la radiación solar.
Mecanismo de formación y destrucción natural del ozono
1º. Fotólisis (ruptura) del oxígeno por la luz ultravioleta: O 2 + UV ---- O + O
2º. Formación del ozono: O + O2 ---- O3 + calor
3º. Destrucción del ozono. Existen dos mecanismos:
a) Fotólisis del ozono: O3 + UV ---- O2 + O
b) Reacción del ozono con el oxígeno atómico: O + O3 --- O2 + O2
El proceso de formación del ozono es más intenso en latitudes bajas donde la insolación es mayor. Sin
embargo, es en las latitudes altas donde se acumula debido a la circulación atmosférica que transporta el
ozono desde el ecuador hasta los polos y, en estos la fotólisis es menor al ser menor la radiación recibida.
La atmósfera hace, como ya se ha visto, que sólo llegue a su superficie una parte de las radiaciones emitidas
por el Sol. Sin embargo, hay radiaciones solares para las cuales la atmósfera es transparente y que llegan a la
superficie de nuestro planeta porque no son absorbidos por la atmósfera. La atmósfera terrestre es
transparente al campo visible (entre 0,4 y 0,8 micras aproximadamente) y al campo de las ondas de radio
(entre 1 mm. y 15 metros aproximadamente).
La atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Sol, pero sí absorbe la radiación terrestre de
onda larga. Debido a esto, la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta desde el
suelo hacia arriba. Mientras más lejos se está del suelo, la temperatura es inferior. Esto explica la disminución
de temperatura con la altura en la troposfera (0,65 ºC/100 m = gradiente vertical de temperatura GVT).
Función reguladora de la atmósfera. El efecto invernadero natural:
La atmósfera actúa durante el día reflejando y absorbiendo parte de la energía solar, lo que evita que ésta
llegue íntegramente hasta la superficie terrestre y la caliente en exceso. También absorbe parte de la radiación
infrarroja que emite la superficie de la Tierra. El calor almacenado en su seno es expulsado lentamente, y parte
de él vuelve de nuevo a la Tierra como contrarradiación. Este fenómeno hace que la superficie se enfríe más
lentamente durante la noche y no de manera brusca actuando, por lo tanto, como un eficaz termorregulador.
La radiación infrarroja (calor) es absorbida principalmente por las moléculas de H 2O y CO2 pero también
existen otras moléculas capaces de absorberla, incluso en mayor medida, como las de CH4, NO2 y O3, aunque
sus bajas concentraciones en la atmósfera nos hacen considerarlas menos relevantes. Estos gases
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absorbentes actúan tal y como lo hace el vidrio o el plástico en un invernadero, almacenando calor y por eso
reciben el nombre de gases de efecto invernadero.
La circulación atmosférica moviliza grandes masas de aire y nubes desde las zonas calientes intertropicales
hasta las frías de las altas latitudes, de modo que existe una transferencia de calor que tiende a compensar los
desequilibrios de temperatura ocasionados por la desigual insolación que tiene lugar en las diferentes latitudes
de nuestro planeta.
El CO2 se encuentra en pequeña proporción, tan sólo en un 0,0355% (355 ppm o partes por millón o mg. por
litro) aunque esta cantidad está aumentando desde la Revolución Industrial debido a los aportes producidos por
los humanos. Las fuentes de CO2 pueden ser de origen natural, debido a erupciones volcánicas, respiración de
los seres vivos, descomposición de la materia orgánica y reacciones de combustión (incendios naturales), pero
también de origen antrópico, mayoritariamente por consumo de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas
natural).
El CO2 (junto con el vapor de agua) es absorbente y emisor de radiación infrarroja. Su aumento tenderá a
elevar el nivel de absorción de este tipo de radiación emitida por la superficie terrestre, produciendo un cambio
en el balance energético consistente en una elevación de la temperatura media del aire en la troposfera (efecto
invernadero). Según numerosos expertos en el tema, este incremento de temperatura conducirá a cambios
importantes en los modelos climáticos y en la distribución de las precipitaciones en un futuro no muy lejano.
[Cuando se dice que es absorbente y emisor de radiación infrarroja hay que entender que siempre emitirá
infrarrojos de longitud de onda mayor que los que ha absorbido: la “calidad” de la energía siempre varía entre la
que se absorbe y la que se emite. Como la energía infrarroja que absorbe la atmósfera procede, por emisión o
radiación, de la que anteriormente absorbió el suelo como luz, se denomina contrarradiación. Es algo así como
la radiación de la radiación].
No se debe olvidar que las radiaciones procedentes
del Sol que llegan a la superficie de la Tierra (océanos
y continentes) son básicamente de onda corta, es
decir, LUZ VISIBLE. Apenas llegan ultravioletas,
infrarrojos y otras (ventana de emisión).
Así pues, el agua de mar, las rocas y el suelo
absorben luz. Las moléculas se activan, e
inmediatamente reemiten esa energía para volver a su
estado mínimo energético. Pero la “calidad” de esa
energía se ve modificada, emitiéndose radiación de
onda larga, de tipo infrarrojo o calor.
Si la atmósfera es transparente a la luz, como el
plástico o el vidrio de un invernadero, es opaca a los
infrarrojos, absorbiéndolos y reemitiendo esa radiación
de onda larga en radiación de onda más larga (aunque todavía dentro del rango del infrarrojo).
El efecto invernadero tiene una gran importancia biológica. Si no hubiese atmósfera, y por tanto no hubiese
gases con capacidad de absorción de radiaciones de onda larga rodeando la superficie sólida y líquida del
planeta, la temperatura media en la superficie sería de unos –18º C en lugar de los 15º C actuales, lo que la
haría inhabitable.
No debemos confundir este beneficioso efecto con otro, denominado incremento del efecto invernadero, que
consiste en un aumento desmesurado de los gases de efecto invernadero. Este incremento constituye un grave
problema ambiental, que provoca un excesivo calentamiento de la atmósfera.
Balance energético de la radiación solar: el balance entre la energía recibida y la energía radiada al
exterior ha permanecido equilibrado a lo largo de la historia de la Tierra, con algunas desviaciones transitorias
que se han traducido en cambios climáticos.
Radiación solar entrante: considerando que a la atmósfera llega un 100% de radiación solar, sólo un 45% de
radiación llega a la superficie terrestre, el resto es reflejada, dispersada o absorbida por los componentes
atmosféricos.

Reflexión: aproximadamente el 30% de la energía solar que llega al tope de la atmósfera es reflejada al
espacio. A esta energía reflejada se le denomina albedo planetario. Un 20% es reflejada por las nubes, un
5% por el aire y un 5% por la superficie terrestre. El albedo terrestre depende de la cubierta vegetal, tipo de
rocas (color), acumulación de nieve, humedad del suelo (cambia el color), cobertura nubosa, inclinación de
los rayos solares, partículas en el aire, etc. El albedo de las nubes depende de su espesor (aumenta con él)
y del tipo de nube. Esta energía reflejada se pierde y no interviene en el calentamiento de la atmósfera.
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
Dispersión: la radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la atmósfera pueden
desviar esta energía, lo que se llama dispersión. Esto explica cómo un área con sombra está iluminada ya
que le llega la luz difusa o radiación difusa.

Absorción: un 25% de la energía incidente es absorbida por la atmósfera (partículas de polvo, vapor de
agua, CO2 y nubes). Cuando un gas absorbe energía, ésta se transforma en movimiento molecular interno,
que produce un aumento de temperatura, por lo que la emiten en forma de radiación térmica (onda larga).
Ningún gas atmosférico absorbe radiación en longitudes de onda comprendidas entre 0,3 y 0,7 μm, por lo
que se tiene un vacío en la región de luz visible, y se dice que la atmósfera es transparente a la radiación
solar entrante.. Esto explica que la radiación visible llegue a la Tierra.
El 45% de radiación restante es absorbido por la superficie terrestre (continentes, océanos y sólo un
0,2% por los vegetales para realizar la fotosíntesis).
Radiación saliente del sistema Tierra: recordemos que del 100% de la energía solar que llega a la
atmósfera, un 30% era reflejada y no conseguía entrar (albedo), mientras que el 70% restante es absorbida por
el sistema, un 25% por la atmósfera y un 45% por la superficie terrestre (continentes, océanos, vegetación).
Pues bien es ese 70% de energía el que tendrá que salir del sistema para mantener el equilibrio. Pero como la
Tierra tiene una temperatura mucho menor que la del Sol, la radiación terrestre es emitida en longitudes de
onda larga (comprendidas entre 1 y 30 μm, dentro del rango infrarrojo del espectro, por esta razón se llama
radiación de onda larga o radiación infrarroja.

El 25% de radiación solar de onda corta absorbida por la atmósfera, es convertida en energía radiante de
onda larga que se emite al espacio directamente desde la propia atmósfera.

Un 24% se pierde como calor latente a través del vapor de agua que se evapora en continentes y
océanos. Al condensarse el vapor de agua en la atmósfera se libera el calor latente, aumentando la
temperatura del aire.

Un 5% se pierde como calor sensible, que asciende por movimientos turbulentos y se pierde como
conducción directa a la atmósfera. El calor se transfiere directamente desde la superficie del mar o del
suelo al aire en contacto con él, o viceversa si el aire está más caliente que la superficie.

Un 16% se emite por radiación directamente desde el suelo. La mayor parte de esta radiación de onda
larga es absorbida por las capas inferiores de la atmósfera (vapor de agua y CO 2 fundamentalmente) y
irradiada o devuelta hacia la superficie terrestre, lo que se denomina contrarradiación, que es responsable
del efecto invernadero. Sólo una mínima parte no es absorbida por la atmósfera y escapa directamente al
espacio (ventana atmosférica, banda de radiación de onda larga comprendida entre los 8 – 11 μm que la
atmósfera es incapaz de absorber). Como vemos, la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino
que se calienta desde el suelo hacia arriba.
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Recursos energéticos relacionados con la atmósfera
La energía solar
La vida en la Tierra es posible gracias a la energía solar. Es la energía que puede ser aprovechada por los
vegetales, y ya sabemos que estos seres son las base de las cadenas tróficas y por lo tanto el sustento del
resto de los seres vivos. La energía solar también, y gracias a la acción reguladora de la atmósfera, mantiene
nuestro planeta en unas condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida. Las temperaturas reinantes
en gran parte del planeta posibilitan que la mayor parte del agua se halle en estado líquido, lo cual es
indispensable para los seres vivos.
La energía del Sol es prácticamente ilimitada (a nuestra estrella le queda una vida aproximada de cuatro mil
millones de años) por lo que podemos considerarla renovable y es el origen de otras muchas fuentes de
energía aunque las consideraremos aparte: desde la energía eólica a la hidráulica, pasando por la energía de
la biomasa y los propios recursos alimentarios –ganadería, pesca, agricultura- recursos forestales e incluso
hasta los combustibles fósiles (restos de seres vivos).
Conviene aclarar que aunque sea inagotable, es una energía difícil de captar o más bien de concentrar y la
tecnología actual no permite que una central solar pueda competir con una central nuclear o térmica de carbón
en cuanto a cantidad de energía eléctrica producida.
Los mecanismos de aprovechamiento de la energía solar directa podemos diferenciarlos en dos tipos: energía
solar térmica y energía solar fotovoltaica.
Energía solar térmica
En estos casos la luz del Sol se concentra y emplea para conseguir calor.
Una de las utilidades de esta energía solar térmica es la de producir electricidad (centrales termosolares). Se
calienta el agua hasta llevarla a estado de vapor. Este vapor a presión tiene la capacidad de mover una turbina
que a su vez arrastra un generador de electricidad. Los dispositivos de concentración varían en su diseño;
desde espejos planos a parábolas. En Sanlúcar la Mayor (Sevilla) se ha instalado la mayor central termosolar
de Europa y que funciona con espejos planos orientables. Cerca de Guadix (Granada), hay otra que emplea
espejos paraboloides.
Otros usos experimentales que se han hecho son los hornos solares, que sirven para fundir metales. (Ver
diapositivas de todo ello).
Otro empleo de la energía solar térmica, cada vez más extendido, es el doméstico, que permite según los
casos, obtener agua caliente sanitaria y calefacción de los edificios, si bien estos sistemas deben ser
apoyados con otros dispositivos para compensar los días nublados.
Se trata de paneles captadores de luz orientados hacia el Sol con una superficie de color negro por entre la
que circula agua. El dispositivo se encuentra aislado bajo un cristal para mejorar el rendimiento (efecto
invernadero). Hay que añadir actualmente otro sistema más eficiente que es el de tubos de vacío, tubos de
vidrio a los que se ha hecho el vacío para evitar pérdidas de calor y dentro de los cuales hay otro tubo que
contiene un líquido que se vaporiza con la luz del Sol. El gas caliente sirve para calentar el agua. Este sistema
permite aprovechar la luz difusa que hay en días nublados, cosa que los paneles solares tradicionales no
hacen tan eficientemente.
Estos dispositivos son caros, pero poco a poco han ido mejorando su eficiencia y durabilidad y van bajando de
precio.
España es uno de los países europeos con mayor insolación anual (horas de sol y energía recibida por
unidad de superficie) y está modificando sus políticas energéticas: hay ayudas estatales para promover la
instalación de paneles en bloques de viviendas. En España se aprobó una ley por la que es obligatorio instalar
estos sistemas de agua caliente sanitaria en los edificios de nueva construcción.
Hay otra forma de aprovechar la energía solar térmica diferente a los anteriores mecanismos mencionados. Es
lo que se conoce como arquitectura bioclimática. Se trata de sistemas arquitectónicos pasivos: gran parte de
la energía que consume un edificio se gasta en calentarlo o enfriarlo e iluminarlo. Una construcción que tenga
en cuenta la orientación, el espesor y aislamiento de los tabiques, suelos y techos, el tamaño, diseño y el tipo
de acristalamiento, el color de las fachadas, entre otros detalles, puede resultar eficaz a la hora de captar y
conservar la energía solar que recibe (o bien de evitar que entre más de la cuenta).
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Energía solar fotovoltaica.
Existen unos dispositivos muy originales capaces de captar la energía solar transformándola directamente en
electricidad.
Desde el punto de vista de rendimiento energético se entiende fácilmente que son mucho más eficientes que
los mecanismos de captación térmicos vistos anteriormente (energía solar→ energía térmica→ energía
cinética→ energía eléctrica).
Pero también tienen sus problemas, y el primero de ellos es su elevado coste, lo cual impide que pueda ser
una alternativa real a las fuentes energéticas tradicionales. Otros problemas son la necesidad de grandes
superficies de captación y, por último, que se halla a expensas del Sol, así que no se puede contar con esta
energía en días nublados y por las noches (intermitente). Es una energía muy dispersa, y varía en función de
la latitud, de la estacionalidad, etc.
El principio físico de estos artilugios es la producción de una corriente de electrones a través de un material
semiconductor cuando éste es iluminado. Ese material es el silicio puro. (Las placas de mayor rendimiento
emplean el silicio monocristalino, las hay también de silicio policristalino y por último, las menos eficaces pero
más baratas son las de silicio amorfo). Un panel solar consta de multitud de células o celdas que producen una
pequeña cantidad de electricidad a un bajo voltaje, de ahí que haya que colocar muchas en serie (para elevar
el voltaje) y en paralelo (para aumentar la intensidad).
Este tipo de dispositivos se emplean en aquellas viviendas a las que no llega un suministro “normal” de
electricidad por cable (casas aisladas en el campo). También se emplean paneles solares fotovoltaicos en
ciertos instrumentos que requieren poco consumo de electricidad como calculadoras, indicadores en las
carreteras, (los parquímetros de Jaén los tienen), etc. La política de fomentar el uso de estas energías
renovables en nuestro país está facilitando la instalación de paneles solares a particulares y a empresas
permitiendo la venta de los kilovatios obtenidos a la red de distribución eléctrica a un alto precio: el estado da
una prima a cada kilovatio producido por estos sistemas. Estas instalaciones se llaman “huertos solares” y han
proliferado en los últimos años en nuestra geografía.
Podríamos pensar que si cubriéramos el tejado de cada casa con paneles fotovoltaicos, podríamos dejar de
comprar electricidad, pero la realidad es que para conseguir la cantidad de electricidad que precisa una simple
lavadora, necesitaríamos “muchos tejados” de paneles.
También debemos saber que con la electricidad hay un problema aún no resuelto por la tecnología, que es su
almacenamiento en el caso de que en un momento dado sobrase.
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La energía eólica. Ventajas e inconvenientes
La energía eólica (Eolo es el dios griego del viento) lleva empleándose milenios, desde los barcos de vela a los
molinos de viento, o las bombas de agua (en Holanda, los “molinos de viento” son bombas de achique de agua
con las que desde hace siglos han ido ganando terreno al mar). En muchos países, la energía del viento
también se ha empleado para sacar agua del subsuelo.
Actualmente, el viento está siendo explotado como recurso energético mediante unos dispositivos llamados
aerogeneradores que son rotores de varias palas que giran accionados por el viento y que mueven un
generador de corriente eléctrica.
Estos artilugios han mejorado en sus rendimientos y en sus prestaciones (durabilidad, precio, energía
producida) y se han convertido en parte del paisaje de muchas regiones de España, de Europa y de otros
lugares del mundo. Sin duda, la energía eólica es muy interesante pero conviene hablar de sus pros y sus
contras.
A favor de esta energía hay que decir que es
renovable e inagotable, que no produce
contaminación de las aguas y tampoco
contamina la atmósfera en gran medida. Es por
lo tanto una energía limpia y con los
rendimientos de los nuevos aerogeneradores su
presencia va a ser cada vez mayor.
Sus inconvenientes no obstante también son
varios: producen ruido (es un tipo de
contaminación atmosférica); para conseguir una
cantidad razonable de electricidad y un
abaratamiento de las instalaciones hay que
montar muchos aerogeneradores en una misma
zona (parque eólico); la construcción y
mantenimiento de estos parques significa un
gran movimiento de tierras, con la construcción
de caminos, de estaciones transformadoras y de
tendidos eléctricos.
Otro inconveniente es que no se pueden instalar en cualquier sitio: debe haber viento el mayor número de días
al año y que sople a una velocidad razonable sin cambios bruscos de dirección. Y las zonas donde hay viento
son, en muchos casos, las cumbres de las sierras y las costas. Esto hace que muchos enclaves de alto valor
paisajístico (es otro recurso que no debe olvidarse) están sufriendo serios impactos. Se impone elaborar una
ordenación del territorio para compatibilizar ambos recursos (energía y paisaje) antes de que sea demasiado
tarde y se vean afectados muchos entornos que hasta ahora estaban bien conservados.
Por otra parte, en algunos lugares estos parques producen efectos perjudiciales sobre las aves en sus
desplazamientos migratorios (en Cádiz, cerca de Tarifa hay instalados miles de estos aerogeneradores en la
zona más concurrida de aves de toda Europa). Por eso, los parques eólicos están teniendo algunos problemas
de instalación.
En estos momentos en nuestro país se debate la construcción de parques eólicos en el mar, alejados de la
costa lo suficiente para que no causen impacto visual, pero se están encontrando con la resistencia de los
pescadores que temen que dichas instalaciones alteren la pesca de la zona.
Otra pega que se puede achacar a la energía eólica es que se trata de una fuente sumamente variable y por lo
tanto impredecible por lo que no se puede prescindir de otros tipos de instalaciones que nos aseguren el
suministro eléctrico en todo momento (Tener centrales nucleares y de carbón construidas y paradas para
cuando no sople viento adecuadamente es por otra parte muy caro).
Dado el problema de la inestabilidad del suministro eléctrico, se está pensando para un futuro no muy lejano,
utilizar la energía eléctrica eólica para obtener hidrógeno por hidrólisis (descomposición del agua). Este
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hidrógeno serviría para alimentar unos dispositivos llamados pilas de hidrógeno que permiten obtener
electricidad.
Energías renovables. Como están las cosas hoy.
En los últimos tres años algo más del 30% de toda la energía eléctrica producida en España procede de
fuentes renovables (mayoritariamente de la energía hidráulica y de los parques eólicos). Estos datos hace sólo
diez años eran impensables. Por eso, las energías renovables están tomando un papel protagonista en el
conjunto de las fuentes de energía tanto en Europa obtener hidrógeno por hidrólisis (descomposición del agua).
Este hidrógeno serviría para alimentar unos dispositivos llamados pilas de hidrógeno que permiten obtener
electricidad. como en nuestro país. (Otras renovables como la biomasa, todavía son minoritarias).
Hasta hace muy poco tiempo en nuestro país las energías solar y eólica han estado creciendo sin cesar gracias
a las ayudas gubernamentales. Estas ayudas en forma de primas a la producción han sido congeladas a
comienzos del año 2012 por el gobierno con la excusa de que suponen una gran carga para el Estado, ahora
en plena crisis (decir Estado es decir que esa ayuda que se da a cada kilovatio producido por energía
renovable la pagamos entre todos los ciudadanos a través de nuestros impuestos).
Esta paralización está llevando a que en nuestro país, pionero en estas tecnologías y poseedor de grandes
recursos (es el país con más radiación solar de toda Europa), muchas empresas relacionadas con la
construcción de dispositivos (paneles y aerogeneradores) estén desapareciendo así como las empresas que
instalaron energía solar y eólica porque contaban con ayudas para amortizar las inversiones.
En cambio se está potenciando la búsqueda de petróleo (por ejemplo frente al as costas delas islas Canarias) y
se ha permitido que el fracking o fractura hidráulica puedan llegar a España. En ambos casos se trata de
buscar fuentes de energía no renovable y con graves problemas de impacto medioambiental.
Muchos expertos opinan que este cambio de rumbo en las renovables está relacionado con la presión que
ejercen sobre los políticos las grandes empresas eléctricas (Endesa, Iberdrola o Gas Natural) puestos que
tienen centrales eléctricas de tecnología no renovable (nucleares, carbón, gas) y las energías renovables les
hacen la competencia. (No hay que olvidar que se trata de empresas muy poderosas y que dos expresidentes
del Gobierno de España, Felipe González y José Mª Aznar están contratados –son consejeros- por dos de
ellas).
En la misma línea va un nuevo Decreto Ley propuesto por el Gobierno sobre la Energía (Real Decreto Ley
9/2013 de 12 de julio) que da un paso más y penaliza con un impuesto a quienes tengan energías renovables
para su autoconsumo. El impuesto se llama “peaje de respaldo” y trata de evitar que las grandes empresas
productoras de electricidad sufran pérdidas si una parte de la población decide fabricar su propia electricidad.
En resumen, el tema energético en nuestro país está muy revuelto. Hay demasiados intereses económicos en
torno a la energía y el gobierno parece tratar de favorecer a las empresas antes que a sus ciudadanos y al
medioambiente. Llevamos varios años de subidas continuas del recibo de la luz y parece que seguirá siendo
así en el futuro.
1. La atmósfera. Concepto, composición y estructura.
Conceptos básicos: homosfera, heterosfera, troposfera, tropopausa, estratosfera, ozonosfera,
estratopausa, mesosfera, mesopausa, termosfera, ionosfera, termopausa, exosfera.
2. Función protectora y reguladora de la atmósfera. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera.
El efecto invernadero.
Conceptos básicos: tipos de radiaciones solares, formación del ozono, albedo, gases de efecto
invernadero.
3.Recursos energéticos relacionados con la atmósfera. Energía solar. Energía eólica. Ventajas e
inconvenientes de cada una de ellas.
Conceptos básicos: energía solar fotovoltaica, energía térmica solar, parques eólicos.
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Actividades
Temas largos
1) Composición y estructura de la atmósfera.
2) Estructura de la atmósfera. Criterios para su división en capas.
3) La atmósfera: composición y estructura. Efecto protector y regulador.
4) Efecto protector de la ionosfera y la ozonosfera. El efecto invernadero.
5) Características de la radiación solar y su balance energético en la Tierra.
6) Incidencia de las radiaciones solares en la atmósfera.
7) El Sol como fuente de energía. Calor absorbido y reflejado. Balance energético.
8) Energía solar y eólica: aprovechamiento energético.
Preguntas cortas
9) ¿Qué es el albedo y dónde se produce?.
10) ¿En qué dos capas de la atmósfera la temperatura aumenta con la altura?. ¿Qué explicación tiene este
hecho?.
11) ¿Cuáles serían las condiciones actuales de la atmósfera si no existieran los seres vivos?.
12) ¿Por qué decimos que la atmósfera tiene un efecto regulador?. Explica cómo se lleva a cabo.
13) Indica cuáles de los siguientes ejemplos tendrá mayor albedo: un bosque, una zona nevada, un desierto.
14) Indica todas las capas atmosféricas que nos protegen de la radiación solar y la misión de cada una de
ellas.
15) ¿Cómo varía la densidad de la atmósfera con la altura?. Razona la respuesta.
16) ¿Por qué en la troposfera la temperatura disminuye con la altura?.
17) ¿Cómo varía la composición química de la atmósfera en la vertical?.
18) ¿Qué tipo de radiaciones solares son absorbidas por la troposfera?.
19) ¿Qué tipo de radiaciones solares son filtradas por la ionosfera?. ¿Por qué se llama así?.
20) ¿En qué capa de la atmósfera es máxima la concentración de ozono?. ¿Por qué?.
21) ¿Qué es la contrarradiación atmosférica?.
22) ¿Por qué existe mayor probabilidad de heladas en noches de invierno estrelladas que en noches
nubladas?.
23) ¿Qué es el albedo?. ¿Es invariable para toda la superficie de la Tierra?. ¿Cómo afectaría la deforestación
masiva al albedo terrestre?.
24) ¿Por qué la presión atmosférica disminuye rápidamente desde la superficie hasta alcanzar la tropopausa?.
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Preguntas de aplicación
25) El gráfico adjunto representa la variación de la temperatura (Tª) en la atmósfera terrestre en función de la
altura. Reproduzca en su papel de examen dicha gráfica y, a partir de ella, contesta razonadamente a las
siguientes cuestiones:
a) Indica la situación de las capas de la atmósfera y los
límites entre ellas.
b) Sitúa aproximadamente la altura a la que se registra la
máxima concentración de ozono. ¿Por qué la
temperatura es alta cuando se alcanzan altitudes de 50
km?
c) ¿Dónde se producen los fenómenos meteorológicos que
determinan el clima terrestre? ¿Qué tipo de radiaciones
llegan a esta capa atmosférica?
26) Teniendo en cuenta el diagrama adjunto, responde razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿En qué consiste el albedo?.Indica algunos factores que puedan modificarlo.
b) ¿Cuánta energía absorbe la Tierra?. ¿Cuánta energía remite al espacio?.
c) En qué consiste el efecto invernadero?.
27) Las fuentes de energía disponibles para la humanidad son diversas. La principal fuente renovable es el Sol.
La energía solar presenta dos características específicas: es dispersa e intermitente. Su radiación se puede
utilizar en forma de calor, obtenido mediante colectores planos, o en forma de electricidad obtenida por
células fotovoltaicas. Sin embargo, la importancia de la energía solar es debida, sobre todo, a sus
contribuciones indirectas por vía climática (energía eólica y energía hidráulica) y por vía biológica (la
fotosíntesis), que permite la formación de la biomasa.
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a) ¿Qué significa que la energía solar es dispersa e intermitente?. ¿Cuáles son los problemas técnicos
que hay que abordar para que su utilización sea mayor?.
b) ¿Qué es un colector o panel solar plano?. ¿Y una célula solar o fotovoltaica?.
c) Indica cómo aprovecha la humanidad la energía solar por la vía de la fotosíntesis.
28) Observa la imagen y responde las cuestiones:
a) Comenta el funcionamiento de esta planta solar.
b) ¿Qué aprovechamiento se obtiene de una planta de este tipo?.
c) Explica las ventajas e inconvenientes de la energía solar.
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