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Tema2: Planeta Tierra >> Balance energético |
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Tema2: Planeta Tierra >> Balance energético |
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Balance energético |
La mayor parte de la energía que llega a nuestro
planeta procede del Sol. La energía que nos llega de nuestra estrella es una radiación
electromagnética que se comporta, a la vez, como una onda, con su frecuencia,
y como una partícula, llamada fotón.
La energía que llega al exterior de la atmósfera es
una cantidad fija, llamada constante solar. Su valor es de 1,4 · 103 W/m2, lo que
significa que a 1 m2 situado en la parte externa de la atmósfera,
perpendicular a la línea que une la Tierra al Sol, le llegan 1,4 · 103 J cada
segundo. Es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda (l
) entre 200 y 4000 nm. Se
distingue entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. a)Radiación ultravioleta La radiación ultravioleta de lmenor de 360 nm, lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares provocando cambios de las moléculas. Especialmente las de menos de 300 nm pueden alterar moléculas muy importantes para la vida como el ADN, y provocarían daños irreparables si no fuera porque son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono. El ozono, O3, absorbe con gran eficacia las radiaciones comprendidas entre 200 y 330 nm, por lo que la radiación ultravioleta de menos de 300 nm que llega a la superficie de la Tierra es insignificante. Así se comprende la alarma producida cuando se comprobó que este ozono situado en las capas altas de la atmósfera estaba disminuyendo su concentración por efecto de algunos contaminantes (ver capítulo 10) b) Luz visible La radiación correspondiente a la zona visible cuya l está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos, como veremos. La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada. c) Radiación infrarroja La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. No logra interferir con los enlaces de las moléculas y su efecto se queda en acelerar las reacciones o aumentar la agitación de las moléculas, es decir es lo que llamamos calor y produce aumento de temperatura. El CO2, el vapor de agua y las
pequeñas gotitas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las
radiaciones infrarrojas.
Figura 2-6 > Distribución de la radiación solar total en la superficie de la Tierra
Figura 2-7 > Radiación solar en España Energía que llega a la superficie a) Energía absorbida por la atmósfera En unas condiciones óptimas con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, como mucho las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanza la superficie. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por la atmósfera. La energía que llega al nivel del mar suele ser radiación infrarroja un 49%, luz visible un 42% y radiación ultravioleta un 9%. En un día nublado se absorbe un porcentaje mucho más alto de energía, especialmente en la zona del infrarrojo. b) Energía absorbida por la vegetación La vegetación absorbe en todo el espectro, pero especialmente en la zona del visible, aprovechando esa energía para la fotosíntesis.
Figura 2-8 > "Distribución de la radiación
solar en la alta atmósfera y al nivel del mar, en diferentes circunstancias"
Balance total de energía. Efecto "invernadero" La temperatura media en la Tierra se mantiene prácticamente constante en unos 15ºC, pero la que se calcula que tendría si no existiera la atmósfera sería de unos -18ºC. Esta diferencia de 33ºC tan beneficiosa para la vida en el planeta se debe al efecto invernadero.
Por tanto la explicación del efecto invernadero no está en que parte de la energía recibida por le Tierra se quede definitivamente en el planeta. La explicación está en que se retrasa su devolución porque, aunque la cantidad de energía retornada es igual a la recibida, el tipo de energía que se retorna es distinto. Mientras que la energía recibida es una mezcla de radiación ultravioleta, visible e infrarroja; la energía que devuelve la Tierra es, fundamentalmente infrarroja y algo de visible. Las radiaciones que llegan del sol vienen de un cuerpo
que está a 6000ºC, pero las radiaciones que la superficie devuelve tienen la
composición de longitudes de onda correspondientes a un cuerpo negro que esté a 15ºC.
Por este motivo las radiaciones reflejadas tienen longitudes de onda de menor frecuencia
que las recibidas. Están en la zona del infrarrojo y casi todas son absorbidas por el CO2,
el vapor de agua, el metano y otros, por lo que se forma el efecto invernadero. Así se
retrasa la salida de la energía desde la Tierra al espacio y se origina el llamado efecto
invernadero que mantiene la temperatura media en unos 15ºC y no en los -18ºC que
tendría si no existiera la atmósfera.
Figura 2-10 > Balance energético de la Tierra Balance energético en la Tierra.- De los 324 W.m-2 que llegan de
media a la Tierra, en la parte alta de la atmósfera (1400 W.m-2 es la
constante solar); 236 W.m-2 son reemitidos al espacio en forma de
radiación infrarroja, 86 W.m-2 son reflejados por las nubes y 20 W.m-2
son reflejados por el suelo en forma de radiaciones de onda corta. Pero el reenvío de
energía no se hace directamente, sino que parte de la energía reemitida es absorbida por
la atmósfera y devuelta a la superficie, originándose el "efecto invernadero". La temperatura va aumentando en el interior de la Tierra hasta llegar a ser de alrededor de 5000ºC en el núcleo interno. La fuente de energía que mantiene estas temperaturas es, principalmente, la descomposición radiactiva de elementos químicos del manto, Esta energía interna es responsable de las corrientes de
convección que mueven las placas litosféricas, por lo que tiene importantes
repercusiones en muchos procesos superficiales: volcanes, terremotos, movimiento de los
continentes, formación de montañas, etc. A la parte alta de la atmósfera llega una radiación de longitudes de onda muy cortas que proceden de diferentes puntos del Universo. La llamada radiación cósmica primaria está formada por electrones de alta energía. Cuando incide sobre las moléculas que se encuentran en la alta atmósfera se convierte en radiación secundaria que son rayos ultravioleta. Las moléculas de oxígeno (O2) absorben las radiaciones
primaria y secundaria de menos de 200 nm convirtiéndose en ozono (O3). A su vez el ozono absorbe
las radiaciones de hasta 300 nm y, de esta manera, gracias al oxígeno y al ozono, la
Tierra se encuentra protegida contra las radiaciones cósmicas más peligrosas. La llamada radiactividad está formada por un conjunto de radiaciones de onda corta y, por tanto, de mucha energía y gran capacidad de penetración. Su origen puede ser natural, pero las mediciones indican que han aumentado en los últimos años por algunas actividades humanas, sobre todo por las explosiones nucleares. Estas radiaciones, bien usadas, son muy útiles en medicina, en la
industria y en la investigación científica. Tienen muchas aplicaciones y se usan desde
para curar cánceres hasta para revisar soldaduras o esterilizar alimentos. Pero, como
veremos, la contaminación con sustancias radiactivas es especialmente peligrosa, porque
cantidades minúsculas pueden emitir radiaciones mortales o muy dañinas. |
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El motivo por el que la temperatura
se mantiene constante es porque la Tierra devuelve al espacio la misma cantidad de
energía que recibe. Si la energía devuelta fuera algo menor que la recibida se iría
calentando paulatinamente y si devolviera más se iría enfriando. 