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1- La observación del Universo: planetas, estrellas y galaxias.

En la actualidad se conoce cómo y cuándo apareció el Universo. Mediante una enorme

explosión, el Big Bang, enunciada por Edwin Hubble en 1926, se acepta que hace unos

13.700 millones de años se formó el Universo y que se expande de forma acelerada en el

curso del tiempo. Los astrónomos consideran que el Universo tiene los siguientes compo-

nentes:

• Se conocen unas 100.000 galaxias separadas por unos espacios vacíos y agrupadas en

cúmulos a modo de enjambres. Nosotros estamos situados en una galaxia llamada

Vía Láctea que tiene forma de espiral, en un cúmulo denominado Virgo.

•Las galaxias están formadas por estrellas, pueden contener desde cien mil a quinientos

mil millones de ellas. También existen en las galaxias nebulosas y polvo cósmico. Nues-

tra estrella es el Sol que debido a la energía que contiene emite luz y calor.

• Casi todas las estrellas contienen planetas, éstos giran a su alrededor formando un siste-

ma; el nuestro es el Sistema Solar, dónde también existen asteroides, meteoritos, come-

tas, etc.

• Muchos planetas contienen satélites, el nuestro, como sabes, es la Luna; aunque por

ejemplo en Júpiter se han descubierto hasta 64 distintos, todos menos uno mayores que la

Luna.

Índice de contenidos

1. La observación del Universo: planetas, estrellas y galaxias.

2. La Vía Láctea y el Sistema Solar.

3. Características físicas de la Tierra

4. Los planetas y la Luna.

5. Movimientos de la Tierra y eclíptica.

6. Evolución histórica de la Tierra en el Universo.

7. Capas de la Tierra.

8. Ampliación del tema.

9. Ejercicios.

Enlaces de interés.

2 - La Vía Láctea y el Sistema Solar.

Nuestra galaxia forma parte de un conjunto de cuarenta llamado Grupo Local, tiene

forma de espiral y en ella se diferencian cinco brazos, en uno de ellos, el de Orión,

se encuentra el Sistema Solar. De perfil parece un disco con un bulbo en su centro al

que rodea un halo esférico.

Se cree que la Vía Láctea puede contener casi 300 mil millones de estrellas, las que

vemos en el firmamento; como el Sol, un astro compuesto por dos gases el helio y el

hidrógeno muy calientes, que alcanzan tal temperatura que su inter ior se po-

dría comparar con una enorme bomba termonuclear.

Tema 1: El universo y el sistema solar.

Tema 1 El Universo y el Sistema Solar.

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Hace unos 4.500 millones de años apareció el Sistema Solar, donde el Sol

se encuentra en el centro y sus ocho planetas junto con sus satélites, plane-

tas enanos asteroides, cometas y demás que giran a su alrededor atraí-

dos por una fuerza que se llama gravitatoria, como si fuera el Sol un imán

enorme.

•Planetas interiores o rocosos. Son los más cercanos al Sol y se parecen mu-

cho a la Tierra, se trata de Mercurio, Venus, Tierra y Marte.

•Planetas exteriores o gaseosos. Son muy grandes y están envueltos en una

masa gaseosa con un núcleo rocoso en su centro. Es el caso de Júpiter, Sa-

turno, Urano y Neptuno.

•Planetas enanos. Se trata de cuerpos celestes, esféricos que también giran

alrededor del Sol en órbitas muy inclinadas, compartidas con otros astros

similares. Destaca Plutón por se considerado hasta hace muy poco como un

planeta y Eris, descubierto recientemente.

•Cuerpos pequeños del Sistema Solar. Aquí incluimos los satélites que orbitan alrededor de los planetas, los cometas que

son cuerpos de hielo con fragmentos de roca de diferentes tamaños que forman un cinturón, más allá de Plutón, conoci-

do como Nube de Oort. En este grupo también están los asteroides que son cuerpos rocosos de muy diferentes tamaños,

como el Cinturón de asteroides que esta situado entre Marte y Júpiter. También destaca del Cinturón de Kuiper, también

más allá de Neptuno y Plutón.

Si observas la tabla te resultará fácil entender que las condi-

ciones físicas de la Tierra la hacen idónea para albergar vida

en ella. Además posee un campo magnético que nos protege

de las radiaciones solares y hace que el aire y otros compo-

nentes se mantengan cerca de su superficie.

La temperatura también favorece la aparición de agua que

es indispensable para la vida gracias al ciclo del agua. En

forma de vapor existe en el aire junto con el nitrógeno y el

oxígeno, además el dióxido de carbono es indispensable para que las plantas realicen la fotosíntesis.

Existe mucha actividad externa de forma que el viento, ríos, mareas, glaciares y demás agentes modelan el paisaje. Y

también interna con el movimiento de las planas tectónicas y sus fenómenos asociados como los volcanes, terremotos y

la formación de las montañas. La Tierra, por tanto, proporciona las mejores condiciones para que se desarrolle la vida.

El agua permite que las moléculas que forman parte de los organismos puedan articularse y de esta forma desarrollar

estructuras orgánicas complejas y obtener la energía suficiente para mantenerlas.

Todas estas características hacen que la Tierra se comporte como un “ser vivo” en su conjunto en constante actividad

geológica y biológica. Además nuestro planeta contiene los recursos necesarios para que el hombre los use con diversos

fines, tanto desde el punto de vista geológico como el petróleo o los minerales, como desde el biológico con los alimen-

tos madera o fármacos.

Características físicas de la Tierra

Radio Medio 6,371.0 km

Periodo de rotación 23 h. 56 m.

Temperatura media 14.06 oC

Gravedad 9,78 m/s2

Inclinación del eje 230

Composición N2, 02, C02.

3 - Características físicas de la Tierra y de los otros componentes del Sistema Solar.

4.– Otros componentes del Sistema Solar.

Los estudiamos desde el mas cercano al Sol hasta el más lejano.

•Mercurio: Se parece a la luna pues está llena de impactos de meteoritos. No tiene agua ni atmósfera y al estar muy cer-

ca del sol, es el primer planeta, su temperatura puede alcanzar más de 4000C durante el día y unos -1800C por la noche y

además rota lentamente.

•Venus: Gira en sentido contrario a la Tierra, desde dónde es visible tanto al anochecer como al amanecer (Lucero del

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Alba). Posee una capa gaseosa muy densa que genera un potente

efecto invernadero, lo que hace que su temperatura sea muy alta,

igual que en Mercurio.

•Marte: Su superficie rocosa es roja debido a los óxidos de hierro que

posee. Existe hielo en los polos y se observan muchos valles y caño-

nes. Tuvo mucha actividad volcánica, contiene un volcán con casi 25

Km de altura llamado el Monte Olimpo. Su atmósfera contiene mu-

cho dióxido de carbono y no se ha podido confirmar si existió vida

en este planeta.

Júpiter: Es el más grande del Sistema Solar , es gaseoso siempre cubier to de unas nubes dispuestas en bandas de

diferentes colores y donde se forman vientos de enormes velocidades, mas de 500 Km/h y ciclones; en él se aprecia una

gran Mancha Roja que los científicos identifican como gigantesco torbellino, quizás mas grande que el tamaño terrestre.

Saturno: El segundo en tamaño y de composición similar a

Júpiter y con vientos el doble de fuertes, pero con una densi-

dad menor que la del agua, es decir, que flotaría en ella si el

universo encontráramos un mar lo suficientemente grande

para albergar a este planeta. Se caracteriza por lo miles de ani-

llos que giran a su alrededor, formados por fragmentos de ro-

cas, polvo y hielo.

Urano: Su eje de rotación está tumbado, quizás por el im-

pacto de un antiguo planeta cuando de formó. Tiene también

un sistema de anillos. Es gaseoso formado de metano por eso

tiene un tono verdoso aunque en su interior hay un núcleo só-

lido y muy frío.

Neptuno: Su composición es muy parecida a la de Urano, hidrógeno, helio, agua y metano, aunque su núcleo está

caliente, eso hace que se formen vientos muy intensos, muy similares a los de Júpiter. De aspecto azulado con estrías

blancas debido a su composición gaseosa y sus vientos.

5.- Movimientos de la Tierra y eclipses.

La Tierra gira sobre si misma y se traslada alrededor del Sol, estos dos movimientos, como sabes, plantean lo que cono-

cemos como el día y la noche, en el primero y las estaciones del año en el segundo.

• La Tierra gira de oeste a este, alrededor de un eje imaginario que va del

Polo Norte al Polo Sur, ligeramente inclinado (230). Este giro, en el sentido

contrario a las agujas del reloj, tarda en completarlo 24 horas y se conoce

como movimiento de rotación. Es el causante de la sucesión de los días y

las noches, pues el Sol no ilumina por igual toda la superficie de la Tierra

• La Tierra realiza un movimiento de traslación alrededor del Sol que dura

365 y seis horas, que el hombre corrige cada cuatro años añadiendo uno

bisiesto. Ya que el Sol no se encuentra en el centro de está órbita eclíptica,

la distancia del sol a la Tierra varía a lo largo del año. Por eso cunado esta-

mos más cerca del Sol lo denominamos perihelio y cuando estamos más

lejos afelio.

• Como nuestro planeta tiene su eje inclinado, los rayos solares también nos llegan ladeados. Durante el verano nuestro

hemisferio está inclinado en dirección al Sol, por eso hay más horas de sol y calor. Esto indica que no hace más tempe-

ratura porque estemos más cerca del sol, si no porque los rayos nos llegan mucho más verticales a la superficie del pla-

neta. Esto nos permite hablar de estaciones:

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•Solsticios, de invierno (21 de Diciembre),

donde el hemisferio norte está con menos ilumina-

ción solar; y de verano (21 de Junio), dónde nuestra

inclinación hacia el Sol hacen que la noche sea mu-

cho más corta.

•Equinocios, de primavera (21 de Marzo) y de

otoño (21 de Octubre) donde los días y las noches

tienen la misma duración.

• Nuestro satélite, la Luna, se ha mantenido como

ésta desde su formación, ocurrida poco después que

la Tierra con esos característicos cráteres debido al impacto de meteoritos sobre ella. La Luna también rota alrededor

de la Tierra y lo hace en casi 28 días, esto origina que existan fases de la luna, eclipses y mareas. Curiosamente la Luna

tarda el mismo tiempo en dar una vuelta sobre si misma que en torno a la Tierra, por eso presenta siempre la misma ca-

ra, conocemos la oculta por las fotografías de los satélites y los

viajes espaciales.

• Cuando desde la Tierra vemos a nuestro satélite perfectamente

redondo e iluminado decimos que la Luna está en plenilunio o

llena. Si vemos la mitad, cuarto creciente o menguante y

cuando creemos que no hay Luna es que está nueva.

• Eclipsarse es desaparecer, esto ocurre cuando dejamos de ver

un astro porque otro se intercala entre ellos. Cuando se interpo-

ne la Luna entre el Sol y la Tierra, eclipse de Sol, se proyecta

una sombra sobre nuestro planeta que oscurece al astro. Depen-

diendo de la cantidad de Sol que perdamos, se habla de eclipses parciales, totales o anulares, si en el cielo vemos una

especie de anillo de luz solar. Para que esto ocurra nuestro satélite debe estar en luna nueva o llena, pero como la Luna

esta inclinada unos 50 respecto a la eclíptica, no ocurre frecuentemente. Cuando nosotros estamos en medio del Sol y la

Luna, se habla de eclipse lunar.

• Newton demostró que los planetas se atraen con una

fuerza gravitatoria, como la Tierra es más grande que la

Luna, ejerce una atracción desigual sobre ella. Es mayor

cerca del ecuador y menor en los polos, esto hace que el

gradiente gravitatorio no sea circular si no ahuevado. Es-

to se nota mucho en los océanos y en la atmósfera pero

nada en la parte sólida de la Tierra, provocándose así

mareas altas, pleamar, en las zonas ecuatoriales y bajas o

bajamar en las polares.

6.- Evolución histórica de la Tierra en el Universo.

Seguro que si alguien nos dice que la Tierra es plana pensaríamos que no anda en sus cabales, pues eso lo creían en la

antigüedad, en Mesopotamia y Grecia pensaban que la Tierra era un cilindro con superficie plana que flotaba en el mar.

El primero en hablar sobre una Tierra redonda fue Aristóteles. Lo mismo pasa con la posición de la Tierra y el Sol, ya

que no tenían en aquellos tiempos los instrumentos necesarios para explorar en Universo.

•Los antiguos griegos afirmaban que la Tierra se encontraba en el centro del Universo y que el resto de cuerpos celestes,

el Sol, las estrellas y planetas giraban a su alrededor. Esto se conoce como teoría geocéntrica.

•Si el modelo astronómico propone que los planetas del Sistema Solar giran alrededor del Sol y éste permanece fijo, se

habla del modelo heliocéntrico. Fue propuesto por los antiguos griegos pero la teoría estuvo olvidada durante mil años

hasta que Nicolás Copérnico la volvió a formular en el siglo XVI, explicada con modelos matemáticos. Pero fue en 1610

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cuando Galileo Galilei, inventor del telescopio, quién dio la razón a Copérnico y eso le

costó enfrentarse a las ideas de Iglesia de entonces. Sus trabajos fueron prohibidos por

la Inquisición y a punto estuvo de ir a la hoguera.

Sin embargo fue condenado por hereje y obligado

a abjurar públicamente y permanecer encerrado en

su casa. No fue hasta 1992 cunado la Iglesia Cató-

lica, lo perdono y rehabilitó.

•El matemático alemán Kepler fue capaz, en el si-

glo XVIII de medir las órbitas de los planetas y

enterrar para siempre la teoría geocéntrica, además

predijo la existencia de un planeta más allá de

Urano, pero no fue hasta 1846 cuando otro astró-

nomo alemán, Johann Galle comprobó la existen-

cia de Neptuno.

•En 1969 el hombre pisa por primera vez la Luna, aparecen los radiotelescopios, las

sondas espaciales son enviadas al espacio para recoger datos del Sistema Solar y

del Universo, proporcionando imágenes de gran interés científico.

•Actualmente el telescopio Hubble, que lleva ese nombre en honor de un prestigio-

so astrónomo estadounidense que demostró la expansión del Universo, está a punto de terminar su misión. Enviado al

espacio por la NASA y la Agencia Espacial Europea en 1990 ha recogido multitud de datos e imágenes muy valiosas

para el estudio de la Cosmología

7.- Capas de la Tierra: Corteza, Manto y Núcleo. Atmósfera, Hidrosfera y Biosfera-

La Tierra es un planeta rocoso, llamado Geosfera, con

una radio medio de 6378 Km y dividido en tres capas;

también posee una envoltura gaseosa, la atmósfera, otra

líquida, la hidrosfera y todo un conjunto de seres vivos

que conocemos como biosfera.

• Geosfera. Contiene tres capas bien diferenciadas.

• La corteza es la más externa, una forma los con-

tinentes que está compuesta fundamentalmente de grani-

to y se llama continental y otra, que forma par te del

fondo oceánico y que está formada de basalto se conoce

como oceánica, formándose de manera continua en unas

cordilleras submarinas, las dorsales oceánicas. Capas

que tienen distintos grosores, siendo más fina la oceáni-

ca que la continental.

• A más profundidad encontramos el manto que

llega hasta los 2.900 Km. Paradójicamente a pesar de

tener una temperatura entre 1.000 y 4.000 grados, su estado es sólido debido a las altas presiones que allí existen. Com-

puesto de minerales hierro y magnesio.

• Bajo e manto se encuentra el núcleo con temperaturas superiores a los 4.000 grados y divido en dos: uno externo

líquido y muy dinámico debido a violentas corrientes, y otro interno que es sólido. Su composición está formada mayori-

tariamente por hierro y níquel.

• Los mares, océanos, ríos y lagos constituyen la hidrosfera. Siendo la salada mayoritaria en un 97% y la dulce el resto.

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• El oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y otros gases forman parte de la Atmósfera, es decir, la capa gaseosa que

envuelve a la Tierra.

• El conjunto de todos los seres vivos que hay en la Tierra constituyen la biosfera. Su influencia en el resto de envolturas

terrestres es muy significativa pues las plantas desprenden oxígeno a la atmósfera que todos respiran. Todos los seres

vivos contienen agua, muchos viven en ella y expulsan vapor de agua al respirar. Los vegetales toman las sales minera-

les del suelo y sus raíces alteran las rocas. Como ves hay una enorme interacción entre todos estos componentes terres-

tres.

8.- Ampliación del tema.

8.1 Distancias en el Universo.

Como sabes el Universo se está expandiendo de forma acelerada desde el Big Bang, las distancias entre sus componen-

tes cada vez son mayores y es lógico comprender que los kiló-

metros nos quedan cortos. De ahí que usemos otras unidades:

•El año luz o lo que es lo mismo, la distancia que recorre la luz

en un año. Sabemos que la luz viaja a 300.000 kilómetros por

segundo. Para que te hagas una idea, la luz del Sol tarda, según

esto, ocho minutos y veinte segundos en llegar a nosotros por

eso sabemos que está a 150 millones de kilómetros de distancia.

•La unidad astronómica (UA) precisamente esa distancia de la

Tierra al Sol (149.600.000 kilómetros). De esta forma decimos

que Marte está aproximadamente a 1,5 UA del Sol y Plutón

casi a cuarenta.

8. 2 Aprendemos a orientarnos.

•Durante el día tenemos que jugar con las sombras para locali-

zar la línea de Este (donde sale el Sol) a Oeste (donde se pone).

Para ello bastaría colocar una vara vertical, por la mañana, para

que proyecte su sombra y marcamos un punto en el suelo

(punto Este). Dejamos pasar un rato y marcamos, al cabo de

una media hora, otro punto que nos dará dirección Oeste; ya

tenemos la línea E-O. Su mediatriz nos dará la posición del

Norte y el Sur, línea N-S.

•Durante la noche debemos buscar la posición en el

firmamento de la estrella Polar. Para ello intentamos

localizar la posición de la Osa Mayor, conocida co-

mo El Carro que tiene forma trapezoidal. Existen dos

estrellas en su extremo (Merak y Dubhe) que señalan

la dirección de la Polar, unas cinco veces la línea que

las une hacia su izquierda. La Polar pertenece a la

Osa Menor, constelación menos brillante y orientada

al revés que la Mayor. Mirándola de frente, el Este

quedará a la derecha.

•Si no tienes una brújula o el cielo se encuentra cu-

bierto y te encuentras en un bosque puedes orientarte

observando el musgo de los árboles. En nuestro he-

misferio, el norte, los árboles poseen una zona de

sombra, umbría; donde aparece el musgo formando unas manchas verde por todos conocidas. Donde más musgo veamos

será el norte. De igual manera la falda de los montes donde da el Sol, solana; indica el sur y se reconoce porque la vege-

tación es más seca que en la zona de umbría.

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Tema 2: La atmósfera

Índice de contenido

Composición y propiedades de la atmósfera.Una delgada capa gaseosa

La atmósfera es la capa más externa de la Tierra. Forma parte de nuestro planeta, junto con la geosfera (parte rocosa del planeta) y la hidrosfera (conjunto de todas las masas de agua). El radio terrestre desde el nivel del mar es de unos 6.370 Km y la atmósfera es una delgada capa gaseosa de tan solo 100 km.

Para que te hagas una idea de lo delgada que esta capa, toma como referencia tu aula. El espacio que ocupa la mesa y la silla de cada uno de tus compañeros es aproximadamente de 1 metro, 6 filas serían unos 6 metros. Ahora imagina que cada milímetro de este aula representa un kilómetro de la Tierra. Toma una regla ver el tamaño de un milímetro. Los 6 metros son 6.000 milímetros y equivaldrían a 6.000 Km. Nos vale como aproximación del radio de la Tierra.

Ahora calcula cuanto ocuparía la atmósfera. 100 Km serían 100 milímetros, es decir, 10 centímetros. Compara visualmente, con ayuda de tu regla, la altura de la capa gaseosa que nos envuelve con la profundidad del suelo que pisamos hasta el centro de la Tierra.

Presión atmosférica. El aire pesa. La atmósfera está compuesta por gases que se

mantienen unidos a la geosfera-hidrofera por la fuerza de gravedad. Las moléculas gaseosas pesan, es decir, tienen masa aunque sea pequeña y esta masa es atraída por la masa de la Tierra. Cuanto más cerca del suelo mayor es la atracción y a medida que nos alejamos la fuerza de gravedad es menor hasta que desaparece al adentrarnos en el espacio. Por ello el 75% de la masa de la atmósfera se concentra en los once primeros km y el 50% en los primeros 6 km de altura desde la superficie planetaria.

El barómetro es el instrumento que se utiliza para medir la presión atmosférica. Imágen cedida por Langspeed.

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Volviendo a nuestro ejemplo, vuelve a coger la regla. El 75% de la masa se concentraría en los primeros 11 milímetros y el 50% de la masa estaría en los primeros 6 milímetros. Por suerte, tu vives en esos 6 milímetros, podrás respirar cómodamente.

La presión atmosférica se define como el peso de una columna de aire desde el punto en el que se mide hasta el límite de la atmósfera, es decir, el peso de la masa de aire que tengamos encima. Cuanto más ascendamos menos aire tendremos sobre nosotros, por lo que la presión atmosférica será menor. Además, como acabamos de ver, la mayor parte de la masa se concentra cerca de la superficie, por lo que la presión atmosférica disminuirá rápidamente durante nuestro ascenso.

Una mezcla de gases• Nitrógeno: constituye el 78% del volumen del aire.Está formado por moléculas que tienen dos átomos de nitrógeno, de manera que su fórmula es N2. Es un gas inerte, es decir, que no suele reaccionar con otras sustancias. El nitrógeno entra en nuestros pulmones en cada inspiración y sale sin modificarse ni interactuar con nuestro cuerpo. Algunas bacterias y plantas (en simbiosis con bacterias) pueden fijar el nitrógeno molecular como nitrito o nitrato, abonando el suelo de forma natural con un compuesto que necesitan todas las plantas.

• Oxígeno: representa el 21% del volumen del aire.Al igual que el nitrógeno, está formado por moléculas de dos átomos de oxígeno y su fórmula es O2. Es un gas muy reactivo, es el responsable de la oxidación de los metales al aire libre. Todos los seres vivos, salvo un pequeño grupo de bacterias, lo necesita para respirar. Las plantas y algunas bacterias realizan la fotosíntesis, un proceso en el que captan el CO2

atmosférico y liberan como residuo O2.

• Argón: contribuye en 0,9% al volumen del aire. Esun gas noble que no reacciona con ninguna sustancia.

Fijate que entre estos tres gases suman el 99,9%. El resto es una mezcla de muchos otros compuestos. Los más importantes, quizá no por su cantidad, pero sí por su interacción con los seres vivos son los siguientes:

• Dióxido de carbono: Representa el 0,03% del volumen del aire. Está constituido pormoléculas de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, de modo que su fórmula es CO2. Participa en procesos muy importantes: Las plantas lo necesitan para realizar la fotosíntesis. Se combina con rocas y en el agua de los océanos. Se libera a la atmósfera por la respiración de todos los seres vivos, las erupciones volcánicas y las reacciones de combustión (incendios o uso de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo).

• Vapor de agua: se encuentra en cantidad muy variable. Está formado por moléculas de dosátomos de hidrógeno y uno de oxígeno, su fórmula es H2O. Aparece en la atmósfera en sus tres estados, gaseoso como vapor de agua y líquido o sólido en las nubes.

La característica composición del aire permite que las longitudes de onda azules sean más visibles que las de otros colores, lo cual da un color azulado a la atmósfera terrestre desde el espacio. En el trasfondo se puede apreciar la luna ligeramente distorsionada por el aire. Los gases que componen la atmósfera es lo que comúnmente llamamos “aire”. No se trata de una única especie química, sino de una mezcla de distintas moléculas, y no todas ellas están en estado gaseoso, hay también sólidos y líquidos en suspensión entre las moléculas gaseosas. En las alturas en las que viven los seres vivos, incluidos también nosotros, este aire está compuesto principalmente por nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y argón (Ar). Imagen tomada por la NASA.

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• Partículas sólidas y líquidas: en el aire se encuentran muchas partículas sólidas ensuspensión, como por ejemplo, el polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales tienen una distribución muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana. Estas partículas son las responsables de los colores en el cielo al amanecer o anochecer y actúan como núcleos de condensación de gotas de agua en la formación de lluvia.

La heterosfera: hacia el espacio exterior.Si nos alejamos más del suelo se suceden varias zonas constituidas por

único componente. De abajo hacia arriba serían nitrógeno molecular (N2), oxígeno atómico (O), helio (He) o hidrógeno (H). Estamos en la heterosfera, que se extiende desde los 100 Km hasta unos 10.000 Km, confundiéndose ya con el espacio exterior.

Volviendo a nuestra representación del aula, en la que el conjunto geosfera-hidrosfera abarcaba 6 metros y la homosfera tan solo 10 centímetros. La heterosfera ocuparía 10 metros más, pero apenas contendría masa gaseosa.

Las capas de la atmósfera.La atmósfera está estructurada en capas. No solo la heterosfera, sino la

homosfera también. Aunque la composición química no varíe dentro de la homosfera, las propiedades físicas sí y los procesos que tienen lugar también.

Troposfera. La troposfera es la capa más próxima a la superficie terrestre. Su

espesor alcanza desde el nivel del mar hasta una altitud variable entre los 6 km en las zonas polares y los 18 o 20 km en la zona intertropical, por las razones indicadas más adelante. El grosor de esta capa es mayor cerca del ecuador por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación terrestre y mucho menor en las zonas polares por la fuerza centrípeta (las líneas de fuerza son perpendiculares al eje).

En ella desarrollan su vida todos los seres vivos y suceden todos los fenómenos meteorológicos.

La temperatura disminuye a medida que ascendemos hasta los -55 °C. El gradiente térmico (número de metros que es necesario subir para que la temperatura se reduzca un grado) depende de la región climática, la latitud o de variaciones locales como la orientación norte o sur de la ladera.

En la troposfera desarrollan su vida todos los seres vivos ya que es la única zona donde se concentra suficiente cantidad de aire. Imágen de prados en Cantabria tomada por Jesús Gómez Fernández..

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Aún así, el gradiente térmico promedio es de 0,65 °C cada 100m, o lo que es lo mismo, 1 grado cada 154 metros de altitud.

En esta capa ocurre el efecto invernadero, por el que la radiación emitida desde la superficie terrestre regresa a ella recalentándola.

El límite más alto de la troposfera, en el que se detectan cambios bruscos en las condiciones físicas, como la temperatura, se denomina tropopausa.

Estratosfera.La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la

Tierra. Se extiende desde la tropopausa hasta los 50km de altitud.

Su nombre obedece a que está dispuesta en capas más o menos horizontales (o estratos). El estrato más importante es la ozonosfera.

Ozonosfera.Es una delgadísima capa de unos 20Km con abundancia

de ozono, contiene el 90% de todo el ozono de la atmósfera. Puede parecerte una capa muy gruesa, pero a esta altura la presión atmosférica es muy baja. Si todo el ozono de la

ozonosfera fuese comprimido a la presión del aire al nivel del mar, esta capa tendría solo 3mm de espesor.

El ozono es una molécula de tres átomos de oxígeno (O3). Se forma en la ozonosfera cuando la luz ultravioleta rompe moléculas de oxígeno molecular (O2) dejando átomos sueltos de oxígeno (O*) que se combinan con otras moléculas de oxígeno molecular enteras. Los fotones ultravioleta que rompen las moléculas de oxígeno no llegan a la superficie terrestre, por lo que la ozonosfera actúa como filtro de la radiación ultravioleta, o escudo protector, de esta radiación que sería muy nociva si llegase hasta nosotros.

Mesosfera. La mesosfera es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra.

Se extiende entre los 50 y 80 km de altura. Esos 30 Km contienen el 0.1% de la masa total del aire.

Es la zona más fría de la atmósfera, enfriándose de forma más o menos constante desde los 20 °C cerca de la estratopausa hasta los -80 °C en la mesopausa.

Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La baja densidad del aire en la mesosfera determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.

La mesosfera es la región donde se observan las estrellas fugaces que son meteoritos que se han desintegrado en la termosfera. También en esta capa las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar el rozamiento de los vientos de fondo.

El límite superior de la mesosfera se denomina mesopausa.

Imagen tomada desde la estratosfera en la que se aprecia un huracán. Imagen tomada por la NASA.

Meteorito Kapper, hallado en Argentina en 1896. La mayor parte de los cuerpos que caen hacia la tierra se desintegran por el rozamiento con el aire y no queda nada de ellos. Solo los más grandes dejan algún resto en la superficie terrestre, este llegó con 114 Kg. Imágen cedida por Beatrice Murch.

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Ionosfera o termosfera. Es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. Se extiende entre los 80 y los 600 u 800Km

de altura. Sus mas de 500/700Km albergan solo el 0.1% de los gases.Con esta densidad de aire tan baja, la temperatura varía con la mayor o menor

radiación solar tanto durante el día como a lo largo del año. Si el sol está activo, las temperaturas pueden llegar a 1.500°C e incluso más altas. De ahí que se la denomine termosfera.

Esta capa actúa de filtro de la radiación solar más energética y nociva: los rayos equis y los rayos gamma. Los rayos X son capaces de atravesar tu piel, tu carne y tus órganos internos, pero no tus huesos, por lo que se utilizan en medicina para hacer radiografías. Los rayos gamma son la energía liberada en los átomos radiactivos.

Al igual que ocurría en la ozonosfera, esta radiación rompe la molécula de aire sobre la que incide, dejando muchas “moléculas rotas” en dos partes, una con carga positiva y la otra con carga negativa. Esos fragmentos con carga se denominan iones, y es es motivo por el que esta capa se llama ionosfera.

Esta capa ocurre la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra.

En esta capa se desintegran la mayoría de meteoritos, debido al rozamiento con el aire y dan lugar a las estrellas fugaces. Ocurre en la región más baja de la termosfera, muy cerca de la mesopausa, a una altura entre 80 y 110 km.

Magnetosfera. En esta zona se aprecia el campo magnético terrestre.

Éste desvía la mayor parte del viento solar formando un escudo protector contra las partículas cargadas de alta energía procedentes del Sol.En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo magnético dando lugar a la formación de auroras.

Exosfera. La exosfera es la última capa de la atmósfera de la Tierra.

Se extiende desde el final de la ionosfera a 600/800Km hasta que el aire escapa a la gravedad del planeta a los 2.000 o 10.000 km de altura. La densidad del aire es tan baja que el límite superior de esta capa es indefinidoEs la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario. Algunos de los átomos de aire escapan al espacio.

Esquema de la propagación por onda corta mediante rebotes sucesivos ionosfera-tierra, que permite sobrepasar el horizonte electromagnético. Imágen cedida por Phirosiberia.

Aurora boreal (del polo norte). Imágen tomada por el National Park Service estadounidense.

Astronauta realizando trabajos en la exosfera. Imágen tomada por la NASA.

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Función e importancia de la atmósfera.La atmósfera es primordial en varios aspectos que afectan directamente a la supervivencia

de la vida en el planeta. Los gases que contiene son imprescindibles para la respiración de todos los seres vivos, para realizar la fotosíntesis, como estudiarás en las unidades correspondientes. Y como escudo protector contra los meteoritos, ya que el rozamiento con las moléculas de gas durante la caída desintegra los fragmentos rocosos caídos desde espacio exterior.

La atmósfera y el clima. En lo referente al clima y las condiciones

meteorológicas, la atmósfera redistribuye el calor recibido por el sol mediante corrientes de aire. Desde los lugares de máxima insolación en el ecuador hasta los lugares que reciben menos radiación solar en los polos. La distribución de calor es la principal responsable de la ubicación de los principales climas o biomas terrestres a lo largo de bandas paralelas al ecuador. Bandas de selva ecuatorial, desiertos, bosques templados, etc. Modificados estas por las condiciones locales que configurarán el clima real de cada región.En la atmósfera, concretamente en la troposfera, también se forman las nubes, que originarán lluvias, nieve o granizo, desplazando los recursos hídricos desde las zonas de evaporación a las zonas de descarga.

La atmósfera como filtro de radiaciones. Ya hemos visto que la atmósfera refleja parte de las

radiaciones que nos llegan del sol, permitiendo que entren otras hasta la superficie terrestre. Para repasar lo que has leído recordaremos que las radiaciones equis y gamma se reflejan en la ionosfera y la radiación ultravioleta es reflejada por una región de la estratosfera denominada capa de ozono. Estas tres radiaciones son las más energéticas que nos llegan desde el sol. Si alcanzasen la superficie terrestre la vida no existiría como la conocemos.

• Los rayos equis (X) son capaces de atravesar tupiel, tu carne y tus órganos internos, pero no tus huesos, por lo que se utilizan en medicina para hacer radiografías. Es tan energética que daña las zonas que atraviesa, por lo que no es saludable hacerse un elevado número de radiografías al año, para dar tiempo a que las zonas afectadas se regeneren.

• Los rayos gamma son la energía liberada en losátomos radiactivos. Es tan penetrante que atraviesa hasta tus huesos y solo es parada por una lámina de plomo de al menos un centímetro. Tienen efectos

mutagénicos, es decir, los produce daños en el material genético de las células originando mutaciones. Los efectos más habituales son los tumores, más o menos invasivos, fallos en cualquier órgano, si afecta a los órganos reproductores producirían esterilidad, abortos o los

La Tierra vista desde el Apolo XVII, mostrando los patrones de nubosidad, que dan indicaciones de temperaturas, lluvias, humedad, presiones y vientos, lo que permite realizar pronósticos meteorológicos para regiones extensas. Los satélites meteorológicos realizan sus órbitas a menor altitud, con lo que los pronósticos son aún más precisos para lugares o áreas de pequeña extensión. Imagen tomada por la NASA.

Radiografía. Se aprecia la distinta densidad de los huesos, los tejidos musculares y el metal del anillo. Imagen cedida por Wilhelm Röntgen.

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daños pasarían a la siguiente generación causando malformaciones o tumores.

• La radiación ultravioleta (UV) es menos penetrante que las anteriores, puede atravesar lapiel, pero no los músculos. Los rayos UV de alta energía son muy nocivos para los seres vivos, con efectos mutagénicos en seres unicelulares o como cáncer de piel en los humanos. Los rayos UV de baja energía (los rayos UVA) son los que utilizan las plantas para realizar la fotosíntesis y los que nos ponen morenos cuando tomamos el sol. La ozonosfera filtra el 97% de la radiación UV de alta energía, permitiendo que pase sin impedimento la ultravioleta de baja energía.

• La radiación infrarroja (IR), también llamada calor, laemiten todos los cuerpos cuya temperatura es mayor que cero1. La radiación que llega desde el sol, junto con la energía geotérmica del interior de nuestro planeta, calientan la superficie terrestre, haciendo que emita calor o radiación IR. La radiación IR procedente de la superficie terrestre se refleja en la troposfera volviendo a la Tierra.1 La temperatura en unidades del sistema internacional se mide en grados kelvin, no en grados centígrados como hacemos en nuestro día a día. El cero absoluto en grados kelvin se corresponde con -273º centígrados.

El mecanismo de filtración es siempre el mismo: Un rayo de radiación impacta contra una molécula de gas atmosférico. Si la radiación es poco energética, como es el caso de la radiación IR, la molécula es capad de ganar esa energía y devolverla poco a poco. Si la radiación es muy energética, como ocurre con la radiación X, gamma y UV, al impactar contra la molécula la rompe. Al romperla quedan dos fragmentos de la molécula y un haz de radiación menos energética que la original, el

rayo ha perdido energía en el choque y por ello es también menos dañino. Si uno de los fragmentos tiene carga positiva y el otro carga negativa se llaman iones, esto es lo que ocurre con los rayos X y gamma en la ionosfera. Si los fragmentos no tienen carga se llaman radicales libres, esto ocurre con los rayos UV en la ozonosfera.

Impactos negativos relacionados con la atmósfera.El agujero en la capa de ozono.

En una estrecha franja de la estratosfera se concentra el 90% del ozono que existe en el planeta. Este ozono se forma a partir de oxígeno molecular (O2). El ciclo se inicia cuando un fotón ultravioleta choca contra una molécula de oxígeno la rompe, separando sus dos átomos y creando dos radicales libres muy reactivos (O*). Estos dos radicales pueden unirse de nuevo si

Imagen tomada con radiación infrarroja media («térmica») y coloreada. Imagen tomada por NASA/IPAC.

Resumen de las radiaciones que son reflejadas por la atmósfera. Montaje de Conchi Rodríguez-Rey.

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están cerca, pero si antes uno de ellos encuentra una molécula entera de oxígeno se une a ella formando ozono (O3). Resumiendo, el impacto de un rayo UV puede producir hasta dos moléculas de ozono (una por cada radical de oxígeno).

Del mismo modo si una molécula de ozono es alcanzada por radiación UV se rompe separando una molécula de oxígeno (O2) y un radical que puede regenerar ozono o unirse a otro radical para producir O2. En la naturaleza existe un equilibrio entre el número de moléculas de ozono que se rompen y las que se crean y ambos procesos absorben radiación ultravioleta. Este equilibrio depende de la época del año y de la región geográfica de modo que cerca de ambos polos hay una zona que se adelgaza estacionalmente. En octubre en el polo sur y hacia marzo en el polo norte.

El problema surge en el momento que entra en escena una molécula nueva: el clorofluorocarbono o CFC. Los CFC son derivados de los hidrocarburos en los que algún átomo de hidrógeno se ha sustituido por átomos de flúor y/o cloro. El más básico es este:

Un fotón que impacte sobre una molécula de CFC puede arrancar uno de los átomos de cloro, que queda en forma de radical (Cl*). Este radical de cloro es capaz, sin ayuda de radiación, de romper las moléculas de ozono convirtiéndolas en oxígeno molecular y radicales de oxígeno. Puede parecer que la situación no es muy distinta de la natural: formación de ozono, destrucción de ozono,

formación de ozono, destrucción de ozono... pero la clave está en que en este nuevo ciclo la radiación ultravioleta solo interviene en la formación de ozono, no en la destrucción. El nuevo ciclo sería formación de ozono, destrucción, destrucción, destrucción, formación de ozono... Toda la radiación no absorbida atraviesa la capa de ozono sin impedimento y llega a la superficie terrestre.

Los CFCs tienden a acumularse cerca de los polos, en aquellas zonas que se adelgazaban de manera natural estacionalmente. Este adelgazamiento, unido a la acción de los CFCs acumulados allí, provocan una entrada masiva de radiación UV, lo que se ha llamado “agujero en la capa de ozono” y es mucho mayor en el polo sur que en el polo norte.

Efecto invernadero. El efecto invernadero es un proceso natural que ayuda a

mantener la temperatura del planeta constante entre el día y la noche. Si no existiera, de noche cuando no llegan los rayos solares, el calor se escaparía al espacio y la temperatura bajaría por debajo del punto de congelación. Toda la superficie terrestre se helaría, sería como presenciar una pequeña glaciación cada noche.

En la troposfera existen gases capaces de reflejar la radiación infrarroja, también llamada calor. La radiación infrarroja la emiten todos los cuerpos cuya temperatura es mayor que cero*. La radiación que llega desde el sol, junto con la energía geotérmica del interior de nuestro planeta, calientan la superficie terrestre, haciendo que emita calor o radiación IR. Esta radiación procedente del suelo se refleja en la troposfera volviendo a la Tierra.

Molécula de CFC básica. Con un solo átomo decarbono y dos átomos de cloro y flúor.

En esta animación se muestra la destrucción de ozono por un solo radical de cloro. Compartida por Conchi Rodríguez-Rey.

La hora de máxima insolación es a las 12:00 hora solar (las 14:00 en agosto), pero es dos horas después cuando hace el máximo calor por la radiación infrarroja emitida, las 14:00 hora solar (las 16:00 en agosto).

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La radiación solar no es capaz de calentar el aire, pero sí las superficies, este es el motivo por el que en las frías mañanas de invierno si nos ponemos hacia el sol nos calentamos la cara o el cuerpo, pero seguimos respirando aire frío. Y no es hasta que el suelo se ha calentado lo suficiente como para emitir radiación infrarroja que el aire se calienta. El aire se calienta desde abajo.

Los gases responsables de este rebote de calor se denominan “gases de efecto invernadero” y los principales son el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano.

• Vapor de agua (H2O): es elprincipal gas de efecto invernadero. Su distribución depende de las masas de agua cercanas y la energía solar incidente que se evapore. Al formar parte del ciclo del agua, es muy difícil modificar la cantidad de agua en la atmósfera, salvo produciendo un cambio climático.

• Dióxido de carbono (CO2): es el gas expulsado por todos los seres vivos durante larespiración. De manera natural también se produce en las erupciones volcánicas y los

incendios. El hombre lo emite al quemar combustibles fósiles como el petróleo o el carbón, utilizados en los coches, las calefacciones y en maquinaria industrial.

• Metano (CH4): En la naturaleza se produce durante ladescomposición de materia orgánica en ausencia de oxígeno que hacen las bacterias de aguas pantanosas o las intestinales. El 97% del gas natural es metano, por lo que el hombre aumenta la cantidad de metano atmosférico al utilizar gas natural como combustible. El metano es un gas de efecto invernadero muy potente pero que su concentración es bajísima. Cada kilo de metano calienta la Tierra 23 veces más que la misma cantidad de CO2, sin embargo hay aproximadamente 220 veces menos metano en la atmósfera por lo que contribuye de manera menos importante al efecto invernadero.

Balance anual de energía de la Tierra desarrollado por la NCAR en 2008. La superficie de la Tierra recibe del Sol 161 w/m2 y del Efecto Invernadero de la Atmósfera 333w/m², en total 494 w/m2,como la superficie de la Tierra emite un total de 493 w/m2 (17+80+396), supone una absorción neta de calor de 0,9 w/m2, que es el que actualmente está provocando el calentamiento global. Imagen cedida por la NASA.

El mal olor que emana de las aguas estancadas o de los gases intestinales se debe al metano. También se

utiliza metano en las llamadas “bombas fétidas” que se venden como artículos de broma.

La denominada curva Keeling muestra el continuo crecimiento de CO2 en la atmósfera desde 1958. Recoge las mediciones de Charles David Keeling en el observatorio del volcán Mauna Loa, en Hawaii. Estas mediciones fueron la primera evidencia significativa del rápido aumento de CO2 en la atmósfera y atrajo la atención mundial sobre el impacto de las emisiones de los gases invernadero. Imagen cedida por la NASA.

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El problema del efecto invernadero surge porque los gases de efecto invernadero han aumentado su concentración desde que comenzaron a utilizarse combustibles fósiles en la revolución industrial. Y el ritmo de crecimiento se ha acelerado mucho en los últimos 50 años. Esto ha originado que el efecto invernadero sea más potente ahora de lo que era hace un siglo. La troposfera es más eficaz atrapando la radiación infrarroja y la temperatura media de la superficie terrestre está aumentando. Esto a lo que se llama calentamiento global. Este rápido sobrecalentamiento está causado directamente por las actividades humanas que producen gases de efecto invernadero.Las consecuencias del calentamiento global son:

– Mayor evaporación de agua, que acrecenta el vapor de agua en la atmósfera, y aceleramás aún el efecto invernadero.

– Fusión de los hielos de los casquetes globales. El nivel del mar subirá, cubriendo zonascosteras ahora emergidas como los países bajos (Holanda), o varias zonas de la costa mediterránea española.

– La fusión de los hielos cambiará la circulación de agua en los océanos y podría originaruna glaciación.

– Cambios en la dinámica atmosférica de vientos y lluvias. En España se extenderán losaños y la duración de las sequías. En Asia las lluvias monzónicas se amplificarán causando inundaciones.

– El cambio climático afecta ya a muchas especies que han modificado sus ciclosbiológicos. Muchas aves ya no migran en invierno a zonas más cálidas, alterando las cadenas tróficas tanto del lugar donde se quedan como del lugar a donde no van. Los pandas han variado la época de celo, machos y hembras no coinciden en el tiempo, impidiendo la reproducción natural. Existen muchos otros ejemplos de perturbaciones ecológicas debidas asociadas al cambio climático.

La contaminación del aire.Tanto los CFCs como los gases invernadero se dispersan por

la atmósfera de todo el planeta causando efectos globales como el agujero en la capa de ozono y el efecto invernadero aumentado. Otros contaminantes causan efectos locales allí donde se emiten. Es el caso de las grandes ciudades o las zonas industriales. El tráfico y las calefacciones, muy presentes en las ciudades emiten hidrocarburos, partículas sólidas y óxidos de carbono, azufre y nitrógeno.

Cualquiera de los compuestos mencionados tiene efectos tóxicos específicos, la mayoría causa trastornos respiratorios.

Los óxidos, además, pueden combinarse con vapor de agua de la humedad ambiental o con agua de lluvia para producir otra serie de compuestos ácidos como ácido carbónico, ácido nítrico o ácido sulfúrico. Es lo que se llama lluvia ácida. Estos compuestos ácidos son muy corrosivos, deterioran los materiales, dañan las plantas, contaminan el suelo cuando llegan a él y pueden causar daños en las vías respiratorias al inalarlos.

A partir del año 1950 se dispararon las emisiones de CO2 debidas a la combustión de combustibles fósiles. Imágen cedida por Robert A. Rohde.

La contaminación atmosférica de las ciudades puede verse fácilmente si la observamos desde una localización alta a suficiente distancia. Imagen cedida por DL5MDA.

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Todas estas emisiones van acompañadas de calor, algunos de estos compuestos tienen efecto invernadero, además los materiales de construcción de las ciudades captan la radiación solar mejor que la vegetación, lo que concentra aún más el calor y dificulta que se disipe por la noche. Esto es lo que se llama el efecto isla de calor. Se trata de un efecto invernadero a pequeña escala que se da en núcleos de población lo bastante grandes.

Las partículas sólidas son las causantes de la típica “boina negra” o “paraguas de contaminación” de las ciudades. La mayor parte de los contaminantes realmente no aportan color al aire, pero suelen ir acompañados de partículas sólidas emitidas por la misma fuente. Lo que vemos son esas partículas sólidas cubriendo la ciudad y marcando el límite de la isla de calor de la ciudad. Por encima de esa altura las corrientes atmosféricas dispersan la contaminación.

Fenómenos atmosféricos.Distinción entre tiempo y clima.

El tiempo es la combinación de fenómenos meteorológicos que se observan en una zona y momento concreto. Es lo mismo tiempo atmosférico que tiempo meteorológico. Así el tiempo en tu ciudad puede ser soleado y despejado de nubes hoy y nublarse o llover mañana. Las variaciones pueden ser más o menos rápidas: Puede soplar mucho viento esta mañana y estar calmado por la tarde o dentro de un rato.

El tiempo es característico de una zona concreta, varía según estemos cerca de masas de agua como el mar o un embalse, según tengamos montañas cerca que corten o canalicen el viento, según vivamos en una gran ciudad con efecto isla térmica o en un pequeño pueblo y otras alteraciones zonales que hacen que el tiempo en mi localidad no sea exactamente igual al de la localidad vecina. En parte es por estas variaciones locales por lo que la predicción del tiempo para nuestra región no siempre se ajusta al tiempo que realmente tenemos.

El tiempo es lo que se relaciona directamente con nuestra vida cotidiana. La lluvia que riega nuestras cosechas y llena nuestros embalses es parte del tiempo, lo mismo que los huracanes y tornados que dañan nuestras ciudades o el rayo que puede fulminarnos sin previo aviso.

Sin embargo, es innegable que hay ciertas características del tiempo que se dan con mayor frecuencia en unas regiones del mundo o en una época del año. ¿A quién no le sorprendería que nevase en agosto? ¿O que un tornado hiciese volar casas y vacas en Asturias? ¿O que no se nublase el cielo ningún día de otoño? Estos sucesos pueden ocurrir, por supuesto, pero serían noticia en todos los telediarios. Sin embargo no nos extraña que llueva en octubre, que haga calor en julio o que los puertos de montaña se queden incomunicados por la nieve en enero.

Estas características esperables para una región y una época del año es lo que se denomina clima. Los factores naturales que afectan al clima son las estaciones del año, la latitud (proximidad al ecuador), altitud, junto con el relieve y la distancia al mar. Según se refiera al mundo, a una zona o región, o a una localidad concreta se habla de clima global, zonal, regional o local (microclima), respectivamente.

Fenómenos meteorológicos. La meteorología es la ciencia que estudia las variaciones producidas en el tiempo de

una zona a lo largo del año. Los fenómenos meteorológicos o meteoros más relevantes, que son los que estudiarás en este tema son las precipitaciones en todas sus formas, que se originan en las nubes y el viento.

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• Las nubes son una masa formada por cristales de nieveo gotas de agua microscópicas suspendidas en las capasmás bajas de la atmósfera. Las nubes dispersan toda la luz visible, y por eso se ven blancas. Sin embargo, a veces son demasiado gruesas o densas como para que la luz las atraviese, y entonces se ven grises o incluso negras. Estas nubes densas están más cargadas de agua y tienen más posibilidades de dejar precipitaciones. Cuando las nubes se forman muy cerca del suelo las llamamos niebla.

• El viento es el movimiento de aire, siempre desde unazona de alta presión (muchas moléculas gaseosas) hasta otra de baja presión (pocas moléculas gaseosas). Según las

Ley de los gases ideales, las partículas gaseosas tienden a distribuirse homogéneamente en el espacio, por lo que variaciones puntuales que concentren un mayor número de partículas, ocasionará una migración de estas a zonas menos pobladas. Este mismo fenómeno lo puedes apreciar tú mismo al viajar en metro. La gente siempre entra por las puertas y se mueven para distribuirse ocupando todos los asientos libres. Si siguen entrando personas, volverán a distribuirse para ocupar las zonas más desocupadas. Sería muy extraño que, en un vagón vacío, los pasajeros se quedaran apretujados en una pequeña zona.

Formación de nubes.Algunas masas de aire que componen la atmósfera terrestre llevan entre sus componentes

significativas cantidades de agua que obtuvieron a partir de la evaporación del agua de mar y de la tierra húmeda, juntándose así con partículas de polvo o cenizas que hay en el aire (núcleos de condensación).

Estas masas de aire cálido y húmedo tienden a elevarse cuando se topan con otra masa de aire frío y seco. Las masas de aire no se mezclan entre sí cuando chocan; están bien delimitadas y tienden a desplazarse en bloque hacia zonas de menor presión atmosférica. En el nuestro ejemplo de los viajeros del metro sería como un grupo de amigos que entra en el vagón y se desplaza junto. Al elevarse las masas de aire caliente se expanden al encontrar menor presión en las alturas. En nuestro ejemplo, el grupo habría encontrado una zona vacía y no es necesario que estén tan juntos, pueden incluso sentarse.

Según la Ley de los Gases ideales, al separarse las moléculas gaseosas por menor presión, la temperatura de la masa de gas disminuye, se enfría. Esto causa que el vapor de agua que contienen estas masas de aire se condense formando las nubes. La condensación comienza en las partículas sólidas que haya en la atmósfera, llamadas núcleos de condensación, del mismo modo que el vaso de una bebida fría condensa gotas de humedad ambiental en su superficie.

Las nubes son gotas de agua sobre polvo atmosférico. Luego dependiendo de unos factores las gotas pueden convertirse en lluvia, nieve o granizo.

Origen de las precipitaciones. Las nubes se han formado por condensación de vapor de agua al enfriarse la masa de aire.

Si este enfriamiento continúa habrá demasiadas microgotas de agua en suspensión, se unirán unas a otras, ganarán peso y no podrán mantenerse en el aire. Caerán formando la lluvia.

Si la temperatura es más baja, el enfriamiento será más rápido, en lugar de gotitas de agua se formarán cristales de hielo, que al unirse formarán copos de nieve. Caerán en forma de nieve.

En esta animación puedes apreciar el movimiento de las nubes que tantas veces habrás visto. Realizada por KoS.

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Si además hay corrientes ascendentes dentro de la nube, los cristales de nieve ya formados volverán a subir, ganando humedad y volviendo a congelarse antes de caer. En este caso caerán en forma de granizo. Cuanto más fuerte sea la corriente ascendente más tiempo se quedarán los cristales de hielo subiendo y recubriéndose de nuevas capas de hielo, formándose granizos más grandes.

La electricidad estática generada por el movimiento de estos torbellinos dentro de estas nubes es una posible causa de las tormentas eléctricas con rayos y truenos.

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Tema 3: La Hidrosfera

"…Situando al agua como elemento primero de los orígenes del mundo, atribuyéndole el poder de engendrar a los otros elementos, animados e inanimados, los mitos no hacen más que expresar bajo una forma esquemática la realidad de la historia del mundo, no es el agua la que, hablando con propiedad, es el origen de la tierra, sino que fue en el lecho de las profundidades marinas donde aparecieron los primeros organismos vivos. Fue emergiendo del seno de las aguas como los primeros anfibios pudieron acceder a la respiración aérea y a la vida terrestre…

…todavía hoy en día, decimos hablando del agua que corre o que canta, este lenguajeantropomórfico, revela la antigua asociación del agua y la vida: siempre la consideramos unser animado, capaz de moverse, de transformarse, de cantar un ser que posee todos los signosdistintivos de la vida.

Pero rápidamente, a medida que el universo se precisaba y accedía a sus formas actuales, el agua asumió el destino de toda creación; se dividió en realidades múltiples que poseían cada una su forma, su esencia, su propia función: océanos, fuentes, ríos…"

"En busca de los dioses" Jacques Lacarrière

Planeta Agua Imagina un planeta que fuese de fuego, que sus

habitantes también estuvieran hechos de fuego y que necesitasen ingerirlo para seguir vivos, ¿no llamarías a ese planeta, Planeta Fuego?

• La superficie de nuestro planeta es, en su mayoría, agua.

• La vida surgió en el agua y , es un factor fundamental delorganismo todos los seres vivos que tenemos que reponer para seguir viviendo.

¿No crees que sería más adecuado llamar a nuestro planeta Planeta Agua?

Parte del agua de la Tierra llegó del impacto de cometas. Imagen extraída de INTEFP.

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Pero, ¿cómo llegó a ser un planeta con tanta agua?

• Ya sabes que en los primeros momentos de formación de la Tierra, había una gran actividadvolcánica que generó una densa capa de gases con gran cantidad de vapor de agua, (la atmósfera primitiva). Debido al enfriamiento progresivo que sufrió el planeta, el vapor de agua se condensó y provocó las precipitaciones que originaron los océanos.

• Los científicos creen que una parte proviene también del choque de cometas contra laTierra.

¿Sólo hay agua en la Tierra?

• No, ya habrás estudiado que en otros planetas también hay agua: en Marte, en los anillos deSaturno e incluso, en el núcleo de los cometas hay hielo, la diferencia es que la Tierra es el único planeta del Sistema Solar que tiene agua en estado líquido

• La distancia adecuada al Sol y el efecto invernadero natural, hacen que nuestro planetatenga una temperatura media de 18°C, que permite que el agua se mantenga en estado líquido.

• Debido a las diferencias climáticas, podemos encontrar el agua en la Tierra en los tresestados, sólida en glaciares, casquetes polares, nieve, granizo, escarcha; líquida en océanos, ríos, lagos, acuíferos y gaseosa formado las nubes, la niebla…

Toda la cantidad de agua que hay en la Tierra se denomina hidrosfera.

Características del agua La molécula de agua

La molécula de agua está formada por dos átomos del elemento químico hidrógeno (H), unidos a uno del elemento oxígeno (O).

Su fórmula química es H2O.La forma de unirse los átomos, es decir, la estructura de la

molécula, hace que el agua presente unas propiedades que son fundamentales para el desarrollo de la vida en la Tierra.

Propiedades del aguaEl agua es incolora, inodora e insípida. El agua pura está

formada sólo por moléculas de agua, no tiene color ni olor ni sabor.

Sin embargo, en la Naturaleza, no podemos encontrar agua pura, ya que siempre tiene sustancias disueltas, en suspensión o flotando, que arrastra a su paso por la superficie terrestre. Incluso en las nubes, las gotas de agua se condensan en torno a un núcleo de condensación que puede ser: una partícula de polvo, un grano de polen…

El agua es un buen disolvente

• El agua es el líquido que más sustancias disuelve. Gracias a esta propiedad, interviene enuna gran cantidad de procesos de los seres vivos:

• Las plantas pueden absorber los nutrientes del suelo por las raíces, gracias a que estándisueltos en agua.

Molécula de agua. Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.

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• Los peces y otros organismos acuáticos, respiran el oxígeno que está disuelto en el agua.

• La sangre y otros líquidos circulantes de los animales, que reparten las sustancias necesariasy eliminan los desechos disueltos en agua.

El agua tiene una dilatación anómala

• A diferencia de otros materiales, el agua aumenta de volumen al pasar de estado líquido asólido y pierde densidad. Por lo tanto, el hielo flota sobre el agua líquida.

• Esta propiedad es fundamental para los seres vivos que habitan en medios acuáticos dezonas frías.

• Cuando disminuye la temperatura el agua que se congela, flota hasta formar una capa en lasuperficie del lago, río, etc. Dicha capa, actúa como aislante que impide que se congele la totalidad de la masa de agua, de forma que los organismo que habitan en ese medio pueden sobrevivir.

El agua regula la temperatura

• El agua tarda más en calentarse y enfriarse que la tierra, el aire y otros materiales, por loque, en las zonas costeras, los climas son más templados.

• Los animales al sudar, expulsan agua que absorben parte del calor del cuerpo y lo refresca,evitando que se caliente en exceso.

El agua en La TierraEl agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie de la Tierra.

La cantidad de sales disueltas determinan el tipo de agua.

• La dos sales más abundantes el Cloro (Cl) y el Sodio (Na), se combinan y forman la salcomún o Cloruro Sódico (ClNa)

• El agua de los océanos tiene una salinidad de aproximadamente 35 000 ppm. Es decir, tieneaproximadamente 3.5% de sal.

• El 97 por ciento es agua salada, se encuentra en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento desu volumen es dulce.

Tipos de agua Cantidad de sales disueltas.

Agua Dulce Menos de 1.000 ppm

Agua levemente salada De 1.000 ppm a 3.000 ppm

Agua moderadamente salada De 3.000 ppm a 10.000 ppm

Agua altamente salada De 10.000 ppm a 35.000 ppm

Concentración es la cantidad (por peso) de sal que hay en el agua, y puede ser expresada en partes por millón (ppm)

Composición de las sales habitualmente disueltas.

55.3 % Cloro

30.8 % Sodio

3.7 % Magnesio

2.6 % Sulfuro

1.2 % Calcio

1.1 % Potasio

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El agua en los continentes.

El agua que hay en los continentes se denomina aguas continentales y tiene una salinidad inferior al 35%.

La mayor reserva de agua dulce, 79%, está congelada en los glaciares y casquetes polares. Del resto, en estado líquido, 20% está en el subsuelo, almacenada en los acuíferos y sólo el 1% se encuentra en la superficie terrestre en torrentes, ríos, lago, lagunas,.

• Los glaciares son grandes masas de hielo acumuladas deforma permanente cubriendo zonas polares, casquetes polares, o en cumbres de altas montaña, glaciares alpinos, que al descender lentamente por las laderas forman la lengua glaciar.

• Las aguas procedentes de precipitación que se infiltran por losporos del suelo, se van introduciendo hasta una roca impermeable donde se acumulan formando las aguas subterráneas o acuíferos. Constituyen la mayor reserva de agua líquida de los continentes.

• Cuando llueve, las aguas que fluyen por la superficie porqueel terreno no las filtra se llaman aguas salvajes o de arroyada.

• Los torrentes son corrientes de agua que tienen cauce fijo y caudal estacional, es decirtienen agua después de la lluvia y en el deshielo.

• Los ríos son corrientes permanentes de agua con cauce fijo y caudal fijo, aunque variablesegún las aportaciones que tengan de la lluvia de los torrentes y de los glaciares.

• Los lagos son acumulaciones de agua en depresiones del terreno.

Vocabulario: Caudal, cantidad de agua que lleva una corriente.Cauce, concavidad de un terreno por donde corre un río, arroyo, canal,…

Circo glaciar. Imagen extraída de INTEFP.

Río Manzanares. Imagen compartida por Miguel303xm.

Aguas subterráneas. Imagen compartida por Mª Jesús Tomé

Distribución del agua en nuestro planeta.

Torrente en los Pirineos.Imagen compartida por FEV.

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El ciclo del aguaLa cantidad global de agua total del la Tierra no varía. Circula entre la hidrosfera y la

atmósfera constantemente, cambiando de estado (sólido, líquido y gaseoso) a través de los procesos de evaporación, transpiración, condensación, precipitación, escorrentía, infiltración y acumulación.

• Este ciclo comienza cuando la energía del Sol calienta la superficie de océanos, ríos, lagos,haciendo que el agua se evapore (evaporación). La transpiración de plantas y seres vivos, contribuye a aumentar la cantidad de vapor de agua de la atmósfera.

• El vapor de agua asciende y se enfría condensándose formando las nubes (condensación).

• Debido a las corrientes de aire dentro de la nube, las gotas se unen, ganan peso y caen sobrela superficie en forma de lluvia, nieve o granizo. (precipitación).

• Parte del agua que llega a la superficie terrestre la utilizan los seres vivos; otra circula por elterreno, (escorrentía), hasta llegar a un río, un lago o el océano, donde se acumula. En algunas zonas también se filtra a través del suelo, acumulándose en el subsuelo formando los acuíferos. (filtración y acumulación).

El Ciclo del agua es el conjunto de procesos que tienen lugar en la Naturaleza, por los que el agua circula entre la superficie de la Tierra y la atmósfera.

La energía del Sol y la gravedad mantienen este ciclo funcionando continuamente.

El climaYa hemos visto que una de las propiedades del agua es que regula la temperatura:

• Las zonas costeras con grandes masas de agua, no experimentan cambios bruscos detemperatura, por lo que su clima es más suave.

• El vapor de agua atmosférico facilita el efecto invernadero que evita que la Tierra mantenga

EL CICLO DEL AGUA

Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.

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una temperatura media adecuada para la vida.

• La cantidad de precipitaciones determina también el tipo de clima. En zonas donde existeevaporación elevada como zonas ecuatoriales o tropicales aumentan las precipitaciones.

(La evaporación, la precipitación son procesos del ciclo del agua)

El paisaje.A lo largo de su recorrido por la Naturaleza, el agua actúa como agente geológico que

modifica y modela el paisaje.

Los procesos en los que el agua participa en la formación del paisaje son:

• Erosión: El agua desgasta, fragmenta y disuelve algunos materiales de las rocas por las quepasa.

• Transporte: Los fragmentos arrancados, son trasladados a otros lugares por el movimientodel agua.

• Sedimentación: Cuando el agua pierde fuerza, los sedimentos que han sido transportado sedepositan en las zonas mas bajas del terreno, en las playas o en las profundidades marinas.

El ser humano y el aguaConsumo de agua

Para los seres humanos, como para el resto de los seres vivos, el agua es fundamental para mantener nuestro organismo vivo. Necesitamos hidratarnos para recuperar la pérdida de agua que se produce por la respiración, el sudor y la orina.

No podemos consumir el agua como está en la Naturaleza, antes tiene que pasar por un proceso que la limpia y elimina los microorganismos que pueden ser perjudiciales para nuestra salud. Es decir, hay que hacerla potable. Para ello, se tiene que someter a un proceso de potabilización en una planta potabilizadora.

• El agua llega a la planta desde un embalse, un acuífero o un río.• Pasa por diversos filtros para limpiarla de sustancias sólidas.• Posteriormente, en la cloración, se eliminan los microorganismos patógenos.• Por último se almacena en tanques y se distribuye a la población.

TRAMOS O FASES DE UN RÍO.

Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.

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Pero, no usamos el agua sólo para beber, le damos también otros usos.

• Doméstico. Incluye beber, cocinar, aseo, limpieza…

• Agrícola y ganadero. Esta es la actividad de mayor cantidad de agua consume. Se utilizapara los regadíos agrícolas y para la ganadería.

• Industrial y comercial. En los procesos industriales se usa el agua como materia prima,como disolvente, para transportar sustancias,…

Aunque existen enormes diferencias entre países desarrollados y los que están en vías de desarrollo.

El aumento de la población mundial, está provocando un aumento excesivo en el gasto del agua, que hace necesario tomar medidas que regulen su consumo y garanticen el futuro del agua en el planeta.

Después de utilizarla, hay que intentar que vuelva a la Naturaleza lo más limpia posible. Por eso, tiene que pasar por una planta depuradora antes de devolverla al río o al mar. En la depuradora, el agua ya usada, pasa por diferentes procesos de filtración, decantación, aireación, etc, para luego destinarla al riego o, para verterla en un río o en el mar lo menos contaminada posible.

Ahorro de agua. La cantidad de agua dulce disponible para el consumo humano es sólo el 0,01% del agua

de superficie y subterránea. No todas las zonas de la Tierra tienen la misma cantidad de agua disponible. Dependiendo de los climas, habrá mayor o menor cantidad de precipitaciones anuales. El agua es un recurso renovable, siempre que no se contamine y no agotemos las reservas antes de que se vuelvan a llenar.

Debemos evitar su despilfarro y su contaminación. Algunas medidas de ahorro son:

• Utilizar riego por goteo que evita la evaporación excesiva.

• Mejorar los sistemas de conducción de agua para evitar pérdidas.

• Reducir la contaminación instalando más y mejores sistemas de depuración.

• Adoptar medidas de ahorro doméstico como electrodomésticos eficientes.

• Reutilizar el agua tras ser depurada, para riego de parques, limpieza, etc.

PLANTA POTABILIZADORA DE AGUA.

Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.

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Contaminación del agua en la TierraYa hemos visto que los seres humanos necesitamos reponer agua, como el resto de los

seres vivos, para no deshidratarnos. Pero, es necesario que el agua sea de buena calidad para evitar problemas en el organismo. En el mundo, alrededor de mil millones de personas, no disponen de agua con las condiciones higiénicas necesarias.

Cuando el agua pierde su calidad natural, debido a cualquier cambio físico,químico o biológico que la hace perjudicial para los seres vivos se dice que el agua está contaminada.

En algunas zonas de la Tierra, se bebe el agua directamente de ríos, lagos, pozos, en muchas ocasiones del mismo sitio en el que las personas se asean, lavan la ropa o eliminan residuos, por lo que enferman. Según informes de las Naciones Unidas, cada año mueren 5.000.000 de personas por enfermedades relacionadas la falta de tratamiento del agua: el cólera, diarreas, fiebres tifoideas, la malaria…

En los países que disponemos de agua potable, también han aumentado las enfermedades debido a que llegan a nuestro organismo, algunas sustancias contaminantes disueltas en el agua como:

• Nitratos, procedentes de fertilizantes que pueden contaminar acuíferos, causanmalformaciones fetales y cáncer en los adultos.

• Metales pesados (mercurio, plomo,..) que se acumulan en el organismo y pueden causardaños cerebrales y hasta la muerte.

Actividades contaminantes.Aunque se puede originar algún tipo de contaminación de origen natural, la mayoría del

deterioro y la contaminación del agua se debe a la actividad humana. El agua se contamina fundamentalmente por:

• Residuos urbanos. Procedentes del uso doméstico. Contieneresiduos fecales, detergentes, etc.

• Actividad agrícola. Debido a la utilización de fertilizantes ypesticidas, el agua de la lluvia o del riego, se filtra a los acuíferos con parte de estos productos disueltos en ella.

• Vertidos industriales. Muchas industrias vierten a los ríos oal mar parte del agua que han utilizado en su producción, con sustancias contaminantes, la mayoría de las veces metales tóxicos.

También las Centrales Nucleares devuelven al río el agua que han utilizado para refrigerar el reactor nuclear que tiene una temperatura tan elevada que perjudica a los seres vivos acuáticos.

En la actualidad, el agua se contamina en todos los procesos del ciclo del agua, desde que se condensa para formar las nubes, hasta en los ríos, lagos, acuíferos y el mar.

Contaminación de ríos Los ríos se contaminan por los vertidos urbanos, industriales, por los riegos agrícolas, etc.

Sin embargo, los ríos podrían recuperarse por completo si cesan los vertidos, ya que, al estar sus aguas en constante movimiento, podrían renovarse y limpiarse sin dificultad.

Agua no potable. Imagen compartida por Pierre Holtz - UNICEF

Fumigación de un cultivo con pesticidas con una avioneta. Imagen compartida por Charles O'Rear.

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Contaminación de acuíferos Las filtraciones de abonos y pesticidas usadas en la agricultura, así como las que se

producen en vertederos de basuras, llegan a los acuíferos y los contaminan. Ya decíamos que las aguas subterráneas son las mayores reservas de agua dulce en estado líquido. Cuando se contamina un acuífero, no se puede recuperar su agua, por lo que supone uno de los mayores problemas medioambientales en estos días.

Contaminación de mar La contaminación del mar se produce por vertidos directos de industrias y poblaciones

costeras y por la aportación de ríos contaminados. En los últimos tiempos, una fuente importante de contaminación del mar la constituyen las limpiezas de buques petroleros y los accidentes o naufragios de estos barcos. Esto genera las famosas mareas negras que suponen una catástrofe ecológica difícil de recuperar.

Lluvia ácida Para que se formen las nubes, las gotas se tienen que condensar en torno a un núcleo de

condensación, un grano de polen o de polvo. En las zonas industriales y en las ciudades, el núcleo de condensación puede ser una partícula contaminante de las que emiten las fábricas o los coches por ejemplo.

Esto produce que la lluvia se vuelva ácida y al caer provoca la muerte de organismos acuáticos, al aumenta la acidez del agua de los lagos; perjudica el crecimiento de los bosques, porque evita que se desarrollen las hojas, y produce daños en edificios y monumentos.

Río contaminado. La espuma formada en la superficie es características de contaminación urbana. Imagen compartida por Eurico.

Voluntarios limpiando una costa gallega tras la marea negra producida por el naufragio del petrolero Prestige. Imagen compartida por Viajero.

Efectos de la lluvia ácida en un bosque. Imagen compartida por Nipik.

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Tema 4: la geosfera

Las unidades geológicas de la Tierra: los minerales.La Tierra es una inmensa esfera rocosa. Tiene un radio de unos 6371 km, un volumen de

más de un billón de km3, y una masa de casi 6 x 1021 toneladas. Es difícil imaginársela, aunque gracias a los satélites y sondas espaciales que han viajado al espacio tenemos fotos de ella.

Estructura interna de la Tierra.Por debajo de la corteza sólida sobre la que habitamos, la Tierra tiene capas de diferente

densidad y consistencia:

Núcleo.El centro de la Tierra está formado por una bola de casi 3 500 km de radio llamada núcleo,

la cual es significativamente más densa que los materiales que encontramos en la superficie, y se encuentra a gran temperatura.

En el centro del núcleo se encuentra una esfera sólida de 1 200 km de radio, con una densidad de unos 13 g/cm3, que se denomina núcleo interno. Rodeándola hay otros 2 250 km de material fundido debido a la fuerte temperatura, que puede ser de unos 4 000 a 6 000 grados centígrados, el núcleo externo, de unos 9,9 g/cm3 de densidad.

La parte rocosa de la Tierra es lo que denominamos Geosfera.Esta imagen fue obtenida por satélites de la NASA en 2002.

ACTIVIDAD:

¿Sabrías decir qué zonas pueden verse en ella?

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El componente fundamental de esta parte es el hierro (Fe), que representa el 90% del material del núcleo, además del níquel (Ni) y el azufre (S).

El núcleo genera un campo magnético, magnetosfera, que hace que la Tierra se comporte como un enorme imán capaz de orientar la aguja de una brújula.

Manto.Envolviendo al núcleo se encuentra otra esfera,

de casi 3000 km de espesor, que recibe parte del calor del núcleo y se encuentra, por tanto, en un estado más plástico y flexible que el de los materiales de la capa superior. A esta capa se la denomina manto. En el manto predominan el hierro (Fe) y el magnesio (Mg).

A pesar de que los materiales del manto no están en estado líquido, la gran temperatura hace que se produzca en ellos cierto movimiento de las partículas hacia arriba y abajo, que permite transmitir el calor y enfriar el centro (se denominan corrientes de convección).

En el manto también distinguimos dos capas de diferente densidad, que se encuentran separadas por una discontinuidad. Son el manto inferior y el manto superior. Como ocurría en el núcleo, la densidad va disminuyendo a medida que avanzamos hacia la superficie de la Tierra, siendo de 5,6 g/cm3 en la zona interna del manto, y tan solo de 3,5 g/cm3 en la superior.

Corteza.La fina capa exterior se encuentra

en estado sólido, y su temperatura es muchísimo más baja que la de las otras capas, debido a que su exposición a la atmósfera permite que se enfríe. Esta última capa es la que denominamos corteza, y es la única que podemos observar directamente. La corteza no es homogénea, sino que está formada

por trozos o bloques de distinta densidad, los cuales, al ser todos más ligeros que el manto sobre el que se apoyan, “flotan” en él, de manera parecida a como flota un bloque de hielo en el agua. Podemos distinguir dos tipos de corteza:

• Corteza continental, que forma los continentes, las islas y las plataformas continentales. Suespesor varía entre los 10 y los 70 km, ya que depende de las diferencias del relieve (cordilleras, valles, etc.), y de la densidad de las rocas en cada lugar (si son más ligeras, se hunden más en el manto, tal como hace un iceberg sobre el agua). Cubre un 35% de la superficie del planeta, y su densidad media es de 2,5 g/cm3 .

• Corteza oceánica, mucho más densa que la anterior, la cual es, por tanto, más fina (suespesor está entre los 6 y los 12 km, según la zona). Esta corteza forma el fondo de todos los océanos, y también puede llegar a emerger en algunos puntos, dando lugar a islas volcánicas como las Canarias o las Islas Hawaii. En el fondo de los océanos existen volcanes de los cuales emana nueva corteza oceánica, que tapiza los fondos marinos.

Capas de la Tierra. Imagen compartida por Jeremy Kemp.

Grosor de la corteza. Imagen extraída de INTEFP, ilustrador: José Alberto Bermúdez

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Podríamos decir que la Tierra es como un bizcocho recién salido del horno, donde la corteza ya ha tenido tiempo de endurecerse y enfriarse, mientras que el interior sigue caliente y más blando. Con el tiempo, irá perdiendo su calor a medida que éste se disipe y difunda, pero su centro seguirá caliente durante más tiempo que su corteza.

Las separaciones entre diferentes capas se denominan discontinuidades, ya que las propiedades cambian bruscamente y no de manera gradual. El salto entre el núcleo y el manto constituye la discontinuidad de Gutenberg, y el que ocurre entre el manto y la corteza se llama discontinuidad de Mohorovicic.

La corteza terrestre: composición química y elementos geoquímicos.

¿De qué están hechas las rocas que observamos, así como las que se encuentran en el fondo del mar, todas las cuales componen la corteza terrestre? Fundamentalmente, las rocas son compuestos de oxígeno, y los elementos mayoritarios son el silicio, aluminio, calcio, magnesio, hierro, sodio, potasio y fósforo. También son abundantes otros dos compuestos del oxígeno: el CO2 y el H2O.

Los elementos que forman las rocas terrestres se encuentran en el interior de la misma en forma de átomos, donde su estado es líquido o semilíquido, y aún no forman compuestos sólidos estables.

Un elemento es una sustancia que está formada por un único tipo de átomo de entre todos los que existen en la tabla periódica.

A los elementos que forman parte de la corteza terrestre se les denomina elementos geoquímicos. En esta tabla tienes los más comunes:

Elemento Símbolo Abundancia relativa oxígeno O 46,6 %silicio Si 27,7 %

aluminio Al 8,1 %hierro Fe 5,0 %calcio Ca 3,6 %sodio Na 2,8 %

potasio K 2,6 %magnesio Mg 2,1 %

Los átomos de oxígeno, silicio, aluminio, magnesio, etc., se unen entre sí en el ambiente caliente del manto superior, y alcanzan la superficie combinados en forma de estructuras muy estables, las cuales pueden ser cristalinas o amorfas, a las que se denomina minerales.

Un mineral es una sustancia sólida inorgánica que se encuentra en la naturaleza y que posee una composición química más o menos estable entre ciertos límites.

Decimos que un mineral es sólido, puesto que no puede ser ni líquido ni gaseoso. Decimos que es natural, puesto que debe poder formarse por procesos naturales, sin intervención humana, debido simplemente a las fuerzas de la naturaleza. Decimos que es inorgánico, pues no es el resultado de la acción de los seres vivos. Por último, una condición esencial es que su

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composición química (el número y proporción de elementos que lo componen) sea más o menos definida.

Dentro de lo que denominamos mineral, podemos distinguir aquellos con estructura cristalina y los que tienen estructura amorfa:

• Una estructura cristalina es uncompuesto de átomos dispuestos de manera ordenada en tres dimensiones, de manera que cada átomo está siempre rodeado del mismo número y especie de átomos, y la distancia que hay entre ellos es siempre la misma. Cuando lo observamos a simple vista, la estructura cristalina se reconoce porque tiene formas geométricas regulares. A esta estructura la denominamos cristal.

• Una estructura amorfa es un sólido donde la agrupación deátomos que lo conforman se ha hecho sin seguir esos criterios de orden que poseen las estructuras cristalinas.

Algunos de los minerales que forman las rocas terrestres son sustancias amorfas, aunque la mayoría de los que existen presentan estructura cristalina. Curiosamente, una de las sustancias amorfas que podría llevarte a engaño es el vidrio de las ventanas. Aunque lo llamemos “cristal”, si miramos su estructura molecular observaremos que los átomos no tienen el orden que se exige a las estructuras cristalinas.

Algunas sustancias amorfas de la naturaleza:

Vetas de ópalo en una piedra. Imagen compartida por Aramgutang en Wikimedia.

Piedra de ágata. Imagen compartida por Arpingstone en Wikimedia.

Obsidiana. Imagen compartida por Locutus Borg en Wikimedia.

Estructura cristalina de un tectosilicato como el cuarzo, donde cada átomo ocupa la posición de una bola (rojas, oxígeno, grises, silicio). Imagen compartida por Benjah-bmm27.

Mineral de cuarzo visto a simple vista, en el que se puede apreciar su forma geométrica regular.. Imagen compartida por Didier Descouens.

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Propiedades de los minerales.Observa los siguientes minerales:

Imagen compartida por Didier Descouens.

Imagen compartida por Kluka. Imagen compartida por Rob Lavinsky.

Los tres minerales que aparecen en la ilustración son blancos. Uno de ellos es calcita, el otro es yeso fibroso y el tercero de ellos es halita. Pero, ¿cuál es cuál?

Si le planteas esta pregunta a un geoquímico, lo primero que hará es estudiar las diferentes propiedades de cada una de las tres muestras. Pero, ¿qué propiedades estudiará? En el cuadro te ofrecemos una serie de propiedades macroscópicas que permiten identificar algunos minerales de los que se pueden encontrar en un paseo por el campo. Sin embargo, si lo que queremos es una identificación absoluta, tendremos que recurrir a propiedades mucho más complejas, algunas de las cuales no pueden ser percibidas a simple vista. Es algo lógico, teniendo en cuenta que se han identificado hasta la fecha más de 6.500 minerales distintos.

Propiedad macroscópica es aquella que se puede percibir a simple vista, mientras que propiedad microscópica es la que necesita de aparatos que puedan aumentar lo extremadamente pequeño para percibirlas.

Las propiedades macroscópicas más comunes son el color, la dureza, la fragilidad, la exfoliación, el brillo, el color de la raya o la capacidad para desviar la luz. En algunos minerales, también puede ser importante su sabor. Aquí tienes un resumen de ellas:

PROPIEDAD DEFINICIÓN

Color

Aunque muchos minerales pueden presentar colores distintos, según las impurezas que contengan (ej. el cuarzo), otros son bastante característicos, como el verde del olivino, el amarillo latón de la pirita o el negro de la magnetita.

Dureza

Es la capacidad de su superficie de ser marcada con otro objeto; cuanto mayor sea su dureza, más difícil será que otro objeto (una uña, una llave metálica, …) deje su marca. Existe una escala de dureza estandarizada para medir los minerales, que se denomina escala de Mohs. El más blando de todos los minerales es el talco, y el más duro es el diamante.

ExfoliaciónEs la capacidad de fragmentarse siguiendo un plano horizontal.

Naturalmente, esta capacidad es característica tan solo de algunos minerales, como la moscovita o la biotita.

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PROPIEDAD DEFINICIÓN

Fractura

Para los que no sufren exfoliación, al romperse pueden presentar diferentes aspectos, a los que se denomina “fractura”. Así, son características la fractura concoide (obsidiana) o la formación de astillas (yeso fibroso).

BrilloEs la forma en que reflejan la luz. Así, podemos distinguir el brillo

metálico de la galena, el graso del grafito, el vítreo del cuarzo, el terroso del oligisto... Otros minerales no presentan brillo, y decimos que son mate.

Raya

Es el color que se aprecia en el polvo que se obtiene al rayar un mineral, y que no siempre coincide con el color de su superficie. El oligisto no siempre es rojo granate, pero su raya sí lo es; la fluorita puede ser verdosa o azulada, pero su raya siempre es blanca.

Peso específicoEquivale a la densidad o masa por unidad de volumen. Hay minerales

muy densos, como la pirita o la magnetita (unos 5 g/cm3), y otros menos densos, como el talco (2,7 g/cm3).

Además de estas propiedades, algunos minerales destacan por ciertas características únicas, como el sabor salado de la halita, las propiedades magnéticas de la magnetita, la capacidad de producir una imagen doble de la calcita (birrefringencia), o la capacidad de reaccionar con ácido (calcita) o de no hacerlo (oro).

Este ejemplo nos sugiere que la estructura de los minerales es una propiedad muy importante que también hay que tener en cuenta. A veces, su estructura se puede apreciar a simple vista, cuando forman cristales lo suficientemente grandes. Otras veces, los científicos deben recurrir a la difracción por rayos X para ver cómo se ordenan los átomos de los minerales.

Las propiedades de los minerales dependen de los elementos químicos de los que están formados, así como de la estructura tridimensional que adopten dichos elementos. Esta última puede ser determinante, lo que se aprecia muy bien si se comparan las propiedades de dos minerales constituidos únicamente por carbono, el diamante y el grafito. La forma en que se sitúan los carbonos determina su color, brillo, dureza y todas las demás propiedades: Imagen compartida por Itub.

Estructura del diamante Estructura del grafito

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Reconocimiento de minerales.De entre los miles de minerales que se pueden encontrar en la Tierra, algunos son bastante

frecuentes, otros son característicos de algunas zonas concretas (con tipos de rocas específicos) y otros son extremadamente raros. En cuanto a las propiedades macroscópicas (observables) que presentan, no siempre son constantes, por lo que la completa identificación es un arte complejo reservado a especialistas. No obstante, es posible adquirir ciertos conocimientos que te permitirán reconocer los casos más característicos. Las propiedades con las que vamos a trabajar son, básicamente, el color, la dureza y la raya.

Escala de Mohs de la dureza:

1 talco 6 ortosa2 yeso 7 cuarzo3 calcita 8 topacio4 fluorita 9 corindón5 apatito 10 diamante

Minerales blancos, blanquecinos, lechosos o transparentes.• Cuarzo: Tiene dureza 7, lo que significa que es capaz de rayar al acero. Tiene brillocristalino, es transparente o blanco, aunque también aparece en otros colores (en morado se llama amatista). Suele formar cristales hexagonales coronados por una pirámide trigonal. Puede formar geodas o drusas.

• Calcita: Dureza 3, significa que se puede rayar con una navaja, aunque no con la uña.Blanca o transparente, reacciona al ácido.

• Yeso: Muy blando, se raya con la uña. A menudo presenta exfoliación en láminas, aunqueno en todas sus formas. También puede formar lo que se denomina “rosa del desierto”.

• Talco: El más blando de los minerales, puede aparecer oscuro, aunque su raya es blanca.Tiene brillo craso.

• Halita: No se raya con la uña, aunque sí con el metal. Presenta brillo vítreo a craso, y suparticularidad es el sabor salado.

Minerales amarillos.• Azufre: Presenta un color amarillo chillón, y su brillo es nometálico. Se raya con la uña.

• Oro: Brillo metálico, blando (se raya fácilmente), es inerte atodos los ácidos excepto el agua regia (mezcla de ácidos clorhídrico y nítrico).

• Pirita: Color amarillo latón, brillo metálico, característicoaspecto en forma de cubo, a veces formando maclas.

Azufre nativo cristalizado. Extraído de Smithsonian Institution de EE.UU.

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Minerales azules, morados o verdes.

Azurita. Color azul intenso.Imagen compartida por Didier Descouens.

Fluorita. Color morado, brillo vítreo.Imagen compartida por Didier Descouens.

Olivino. Color verde pálido, brillo vítreo.Imagen compartida por Hannes Grobe AWI.

Malaquita. Color verde intenso.Imagen compartida por Aramgutang.

Minerales negros u oscuros• Magnetita: es reconocible, sobre todo, por sus propiedades magnéticas.

• Mica negra: tiene la propiedad de formar láminas finas(exfoliación) y brilla mucho.

• Grafito: Es blando y con brillo craso. Las láminas de loslápices se hacían con él porque deja raya negra con facilidad.

• Galena: es un mineral de plomo, muy denso, oscuro y conbrillo metálico.

• Cinabrio: es un mineral de mercurio, con tonos rojizos ybrillo no metálico.

• Hematites u oligisto: es un mineral rojizo, que contienehierro, y con aspecto terroso.

Formación y destrucción de la corteza terrestre.Si nos imaginamos la Tierra como una inmensa esfera que está enfriándose lentamente,

quizá acabemos pensando, erróneamente, que la corteza que se formó hace 4.000 millones de años es esta sobre la que ponemos nuestros pies cada día. Bien, esto es falso. El material que vemos ahora sobre la superficie terrestre tiene orígenes diversos, de forma que, mientras que en algunos sitios del planeta podemos encontrar rocas que se formaron hace cuatro mil millones de años (en Issua, Groenlandia, por ejemplo), en otros sitios está formándose corteza justo ahora (cuando emana lava desde los volcanes en erupción), o se formó hace relativamente poco (unos millones de años). ¿Cómo puede ser esto?

Cinabrio. Compartido por Beatrice Murch.

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Aquí tienes una imagen en la que se representan a grandes rasgos las formaciones geológicas de nuestro planeta. Las rocas más antiguas, denominadas “cratones”, están representadas en naranja. Extrído del Archivo Geológico de Estados Unidos (USGS).

Formación de las rocas terrestres.Las rocas son compuestos de minerales, algunos de forma cristalina y otros amorfos. La

corteza terrestre está enteramente formada por rocas, de las cuales distinguimos las que forman los continentes, y las que forman el “suelo” de los océanos.

Como ya hemos comentado, las rocas están continuamente formándose y destruyéndose en lo que los científicos denominan un ciclo. Este continuo reciclaje es posible porque el interior terrestre almacena suficiente calor como para fundir los materiales que se hunden en él, y suficiente energía como para levantar nuevas masas de materiales que se enfrían al llegar a la superficie. Por otra parte, las rocas de la superficie están sometidas a numerosas vicisitudes que las transforman o metamorfosean, convirtiéndolas en otros tipos de materiales.

Las rocas que vamos a estudiar mayoritariamente son las que podemos encontrar en los continentes. Las que forman el fondo de los océanos son muy densas (a igual volumen, pesan más que las continentales) y tienen un origen volcánico, pues salieron desde el interior terrestre en forma de lava por las grietas volcánicas que hay en los fondos oceánicos y se enfriaron bruscamente, tapizando el fondo oceánico (y ayudando a que se muevan los continentes). Las rocas que hay en el fondo de los mares son similares a las que expulsa de vez en cuando el volcán de la isla de El Hierro. Por eso, a veces los continentes también se cubren de este tipo de rocas, que son lava enfriada.

Dependiendo del proceso mediante el que se forman, las rocas pueden ser de tres tipos:

Rocas originadas en el interior terrestre (Ígneas o Magmáticas).El interior de la Tierra es como un inmenso horno de forja, donde se funden los materiales

que llegan a ella a altas temperaturas, dejándolos en un estado semi-líquido y plástico. Esos materiales así fundidos pueden permanecer en el interior terrestre por un tiempo indefinido, pero en algunas ocasiones acaban emergiendo a la superficie, donde se enfrían y solidifican.

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Las rocas que se originan de esta manera se denominan magmáticas.

• Plutónicas: Cuando el magma emerge poco a poco,permitiendo que los compuestos se vayan formando paulatinamente, en el interior de las rocas se forman cristales de distintos materiales. Así es como se han formado los minerales que estudiamos en el tema anterior. A las rocas que se forman así se las denomina plutónicas, como el dios romano Plutón, señor de los infiernos. El granito es una roca plutónica formada por el lento enfriamiento de un magma, el cual forma cristales de cuarzo, feldespato y mica al perder temperatura, de ahí su aspecto granuloso.

• Volcánicas: Cuando la emergencia a la superficie se hacebruscamente, al encontrar el magma una fractura o resquicio por el que escapar (un volcán), las rocas se enfrían bruscamente, y no pueden formar cristales en su interior, pues el proceso de formación es muy desordenado. A estas rocas se las denomina volcánicas. El aspecto de estas rocas es más o menosporoso, pues el magma líquido

contiene dióxido de carbono, ácido sulfhídrico y vapor de agua atrapados, que consiguen escapar por evaporación cuando la roca solidifica, dejando en su lugar pequeños agujeritos o poros. Así se forma la piedra pómez.

Una gran proporción de las rocas que existen en el planeta se han formado a partir de magma solidificado. El granito que constituye las montañas de la sierra de Madrid se formó como un enorme bloque de magma que fue enfriándose a medida que ascendía a la superficie desde zonas más profundas de ella (en el manto). En los fondos oceánicos, por otro lado, existen cadenas montañosas que los dividen en dos mitades, y que están pobladas de volcanes por donde emergen magmas que se solidifican y forman nuevo suelo marino. Por último, muchas de las islas que hay en el planeta están formadas a partir de volcanes, los cuales expulsaron rocas y acabaron emergiendo (las Islas Canarias, por ejemplo).

Rocas originadas a partir de sedimentos (Sedimentarias).Los sedimentos son depósitos de materiales más o menos finos que se disponen unos

sobre otros en el mismo lugar. El sitio donde se depositan dichos materiales se denomina una “cuenca de sedimentación”, que es una especie de cubeta formada en la tierra gracias a una depresión del terreno, a un valle entre montañas, o bien una laguna (de agua dulce o salada). Los materiales que se depositan allí sufren una compactación debido al peso de las capas superiores, y una cementación que las lleva a formar rocas.

¿De dónde procede todo el material que se acumula pacientemente en las cuencas de sedimentación? Dependiendo del origen de dichos materiales podemos distinguir varios tipos de rocas sedimentarias:

• Rocas detríticas. Son las que se forman aprovechando los materiales que arrancan de otraszonas el viento y la lluvia, y que, al ser transportados por estos mismos agentes, acaban acumulándose en zonas bajas, inundadas o no, donde se compactan. Estas se distinguen según el grosor del grano que las constituye:

Paisaje plutónico en La Pedriza (Madrid). Imagen compartida por Kadellar.

Volcán en erupción en Hawaii.

Rocas volcánicas en Irlanda (basalto).

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– Rocas de grano muy fino, que no se percibe a simple vista; aparecen homogéneas a lavista, como las arcillas o limos.

– Rocas de grano similar a la arena: areniscas.

– Rocas de grano grueso, a veces de varios centímetros de diámetro; se denominanconglomerados.

Arcilla Arenisca Conglomerado (pudinga)

ROCAS DETRÍTICAS. Imágenes extraídas de INTEFP. Arcilla y arenisca de Félix Vallés Calvo y conglomerado de Ashok Beera.

Las rocas detríticas pueden llegar a acumular materiales durante millones de años, y sus formaciones pueden tener varios kilómetros de grosor.

• Rocas evaporíticas. En este caso, los materiales de los quese va a originar la roca se encuentran disueltos el el agua, y se depositan al producirse la desecación del líquido. Cualquier masa líquida que encontremos en este planeta está compuesta, además de por H2O, por varias sustancias químicas, mayormente sales minerales, que se encuentran disueltas y, por tanto, son invisibles a simple vista. Cuando la cantidad de agua disminuye, parte de estas sales ya no pueden seguir formando parte del medio líquido, y acaban yendo al fondo en forma de cristales sólidos, fenómeno que se conoce por el nombre de “precipitación”. Esto es lo que ocurre cuando las lagunas o los

mares poco profundos sufren intensa evaporación del agua. Si este proceso se repite durante miles de años, da lugar a la formación de rocas que se denominan evaporíticas. Las rocas de este tipo más frecuentes son los yesos, las calizas e incluso los domos de sal (diapiros). El sureste de la Comunidad de Madrid está formado por rocas de este tipo, que se extienden a lo largo de varios kilómetros, y que permiten la proliferación de canteras en estos terrenos para extraer los minerales que componen dichas rocas (yeso, fundamentalmente).

El río que circula por estos terrenos (río Colorado) y sus afluentes han excavado un cañón en los sedimentos que estuvieron depositándose durante 2.000 millones de años en esta zona, que estuvo casi todo el tiempo bajo el mar. El grosor total de sedimentos depuestos en las diferentes épocas supera los 1,6 km de espesor.Imagen compartida por Jim Gordon.

ROCAS EVAPORÍTICAS Halita. Extraída de INTEFP. Autor: Ashok Beera.

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Antracita. Lignito. Hulla. Turba.ROCAS ORGÁNICAS (CARBONES): Imágenes extraídas de INTEFP, autor Ashok Beera.

• Rocas orgánicas. A veces, las rocas proceden de la deposición de grandes cantidades demateria orgánica en los fondos de las cuencas sedimentarias, o bien de materia inorgánica procedente de restos de seres vivos. En todos estos casos, los depósitos deben su existencia a la aparición de ciertas formas de vida. Ejemplos:

– Los depósitos de conchas o cubiertas celulares formadas por carbonato cálcico o porsílice.

– Los depósitos de madera enterrados bajo otros sedimentos, que dan lugar a laformación de carbón.

– Los depósitos de restos vegetales enterrados en lagunas con abundantes lodos, queacaban generando petróleo.

Rocas modificadas después de la formación (Metamórficas).Las rocas metamórficas se forman por la transformación que sufren otras rocas que ya

existían y que han estado sometidas, en el interior de la corteza terrestre, a fuertes presiones y elevadas temperaturas, lo que provoca cambios en la composición y la textura de la roca.

En algunas, debido al aplastamiento que han sufrido por la presión, los minerales se disponen en láminas más o menos paralelas, es decir presentan foliación. Es el caso de la pizarra y las micacitas.

Otras, como el mármol, están formadas por un único mineral, no presentan foliación.

Roca originaria Roca metafórfica

Arenisca Cuarcita

Arcilla Pizarra

Caliza Mármol

Granito Gneis.

Pizarra. Mármol.Imagen extraída de INTEFP, fotógrafo: Félix Vallés Calvo.

Si el granito es sometido a grandes presiones se convierte en la roca de la imagen, gneis. Imagen compartida por Siim Sepp.

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Utilidades de los minerales y las rocas.Desde la aparición del ser humano, los minerales y las rocas han tenido una gran

importancia por su utilidad. Es significativo el hecho de que se denominen las distintas etapas, en las que se dividen los primeros periodos de la humanidad, con nombres debidos a la utilización y el aprovechamiento de los materiales de la naturaleza, que los seres humanos usaban para elaborar utensilios y armas: Edad de Piedra, de Cobre, de Bronce, de Hierro.

En la actualidad, casi todos los productos que nos rodean tienen un origen en un mineral o una roca: los ladrillos de los edificios, los marcos y cristales de las ventanas, los plásticos de los cuadernos y bolígrafos, los componentes de ordenadores, hasta la mayoría de la ropa que usas.

Usos de minerales.Encontramos minerales en cosas tan básicas como la sal común, que se obtiene de la

halita, el talco de los productos cosméticos, el cuarzo de vidrios y ordenadores, etc.

La cantidad de usos y aplicaciones de minerales, nos daría para un tema completo, pero vamos a resumir en los usos principales:

Materia Prima Para Usos Industriales . Muchos minerales se utilizan tal cual se encuentran en la

naturaleza, como el yeso, que está en la tiza, en la escayola,…; o con pequeñas transformaciones, como el cuarzo, del que se obtiene el silicio que está en los ordenadores, las placas solares, etc.

Menas Metálicas.De muchos minerales se extraen metales como el hierro, el

aluminio, el cobre. Cuando el mineral contiene una proporción de metal que resulta rentable su extracción, se dice que es la mena de dicho metal. La parte del mineral que no es el metal se denomina ganga.

– La bauxita es la mena del aluminio.

– La calcopirita es la mena del cobre.

– La galena es la mena del plomo.

– El cinabrio es la mena del mercurio.

– El hematites es la mena del hierro.

Gemas o piedras preciosas.Uno de los usos más conocidos de los minerales, es en joyería.

Suelen ser minerales muy duros y escasos que se suelen tallar para realzar su brillo: diamante, rubí, esmeralda…

También se usan en joyería metales como el oro, la plata o el platino.

Placa solar. Imagen extraída del INTEFP.

Papel de aluminio. Imagen extraída del INTEFP.

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Combustibles.El Uranio, que se utiliza como combustible en centrales nucleares, se obtiene de la uraninita.

Usos de las rocas.Como decíamos antes, si miras a tu alrededor descubrirás las

rocas forman parte de los edificios, de las aceras, de las estatuas, etc.

Las principales utilidades de las rocas son:

Uso Industrial y en Construcción.

– De caliza y arcillas se obtiene el cemento.

– Del yeso se consigue la escayola, el yeso.

– De las arcillas, los ladrillos, azulejos, tejas, baldosas,…

– Del granito se fabrican adoquines, piedras de sillería,...

– Las pizarras se utilizan en tejados.

– Otras se usan en la elaboración de pinturas, fertilizantes,explosivos,…

Uso Ornamental.En este caso, la roca más utilizada es el mármol, gracias a que se puede cortar y pulir con

facilidad, además de por su brillo.

Encontramos mármol en estatuas, fachadas, monumentos, encimeras,…

Usos Energéticos.El carbón y el petróleo, dos rocas sedimentarias, son las principales fuentes de energía en

el mundo actual.

Del petróleo se obtienen, combustibles, gas, aceites, plásticos,….

Gemas:1ª fila: turquesa, hematita, crisocola y ojo de tigre2ª fila: cuarzo, turmalina, cornalina, pirita y sugilita3ª fila: malaquita, cuarzo rosado, obsidiana, rubí y ágata4ª fila: jaspe, amatista, agata azul y lapislázuli.Imagen compartida por Arpingstone.

Mina de mercurio de Almadén. Imagen extraída del INTEFP, fotógrafo: Ashok Beera.

Escalera adoquinada con granito y frentes de azulejo. Imagen extraída del INTEFP, fotógrafo: Juan F. Morillo.

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Extracción de minerales y rocas.Cuando en una zona de la corteza terrestre se encuentra una concentración elevada de un

mineral y resulta rentable extraerlo, se dice que es un yacimiento mineral. La proporción del mineral buscado que se encuentra en él, es lo que de denomina ley del yacimiento.

Las minas son las excavaciones que se realizan para extraer el mineral. Pueden ser:

A cielo abierto. La explotación se produce en la superficie del terreno.

– Canteras, que son excavaciones superficiales de lasque se extraen rocas y materiales de construcción.

– Cortas, en las que el yacimiento se encuentra aprofundidad media, y se van excavando laderas escalonadas, en forma de terrazas.

– Graveras, que son zonas de algunos ríos, de las que seextraen gravas y arenas.

Subterráneas.Minas, si el yacimiento se encuentra a gran profundidad. Se utiliza una red de pozos,

galerías y túneles para acceder a las zonas donde se encuentra el mineral.

Perforaciones, que se utilizan para extraer petróleo y consiste en perforar, mediante taladros, hasta el yacimiento.

Sondeos, para extraer algunas rocas solubles, como la sal gema. Se inyecta agua que disuelva la roca y se bombea para sacarla a la superficie.

Esquema del tema.

Cantera. Imagen extraída del INTEFP, fotógrafo: Clemente Bernad

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Tema 5: La materia.

Índice de contenido

Masa y Volumen.La materia es todo aquello que tiene masa y volumen. De ahí, la importancia de

comprender estas magnitudes físicas.

La masa es la cantidad de sustancia que tiene un cuerpo o sistema. La unidad en el SI (Sistema Internacional de Unidades)es el Kilogramo, Kg, puede resaltarse el hecho de que la masa es la única magnitud cuya unidad en el SI es un múltiplo de la unidad correspondiente.

Mejor visión de la estructura a gran escala de nuestro Universo proporcionada por los científicos a partir de los datos aportados por los mayores catálogos astronómicos. Imagen de dominio público cedida por la NASA

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LONGITUD

La longitud es la magnitud física que expresa la distancia entre dos puntos. La unidad en el SI en que se expresa la longitud es el metro, m.

Dibujo compartido por José A. Collado.

SUPERFICIE

La superficie es la magnitud física que expresa la extensión en 2D (espacio bidimensional) delimitada por una línea cerrada. La unidad en el SI en que se expresa la superficie es el metro cuadrado, m2, que se define como el área encerrada en un cuadrado cuyo lado mide 1 metro de longitud.

Dibujo compartido por José A. Collado.

VOLUMEN

Se puede definir la magnitud volumen como generalización de las magnitudes físicas longitud y superficie.

El volumen, por tanto, es la magnitud física que expresa el espacio ocupado por un cuerpo o sistema en 3D (espacio tridimensional). La unidad de volumen en el SI es el metro cúbico, m3, que se define como el espacio contenido en un cubo de 1 metro de arista.

Dibujo compartido por José A. Collado.

Es conveniente conocer la relación entre las unidades de volumen en el SI y el litro ya que es de uso casi más habitual en la vida cotidiana. Lo haremos por medio del siguiente ejemplo:

"Consideramos un depósito cuya capacidad es de 1000 litros, es decir, es capaz de albergar en su interior ese volumen. Si consideramos que tiene forma cúbica, sus lados tendrían 1 metro de longitud, sus caras 1 metro cuadrado de superficie y su

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volumen, por tanto, 1 metro cúbico. De ello obtenemos la primera relación entre la escala de volumen expresada en Litros y la expresada en metros cúbicos: 1000L (1KL) equivalen a 1m3"Además de esta relación de equivalencia existen otras dos más entre estas dos unidades de

volumen como se indica en la figura.

Estas magnitudes físicas (masa, longitud, superficie y volumen) son propiedades extensivas de la materia: aquellas que dependen de la cantidad de materia o masa del cuerpo o sistema. Es decir:

"si consideramos dos cantidades diferentes de hierro, por ejemplo, un pequeño cubo y una enorme viga, el primero tendrá pequeños valores de estas magnitudes y la viga tendrá valores muy grandes"

Densidad.Es la magnitud física que representa la masa

por unidad de volumen de una sustancia, es decir:

Por tanto, la unidad de densidad en el SI es el Kg/m3, que indica la masa en kilogramos de un metro cúbico de sustancia.

Aunque la masa y el volumen sean propiedades extensivas de la materia, la densidad es una propiedad intensiva de la materia: aquellas que no de penden de la cantidad de materia sino del tipo de sustancia. En el caso del ejemplo anterior:

"la densidad del hierro es 7,8 g/cm3, independientemente de si tengo el cubo pequeño o la viga enorme".

RELACIÓN ENTRE DOS UNIDADES DE VOLUMEN

Dibujo compartido por José A. Collado.

SUSTANCIADENSIDAD

(Kg/m3)

Aire 1,2

Alcohol (etanol) 790

Hielo (0ºC) 917

Aceite oliva 920

Agua (0ºC) 1000

Oro 1930

Aluminio 2700

Diamante 3520

Hierro 7800

Plomo 11300

Mercurio 13600

Los valores de densidad proporcionados son para las condiciones de presión y temperatura de interés para las sustancias recogidas. Así, podemos comparar los valores de esta magnitud física para sustancias conocidas.

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Estados de agregación o fases de la materia La materia no es continua, está constituida

por entidades o partículas de un tamaño tan pequeño que no podemos distinguir a simple vista ni con instrumentos habituales poco potentes.

La teoría cinético-molecular trata de dar explicación a las diferentes propiedades de la materia a partir del estudio del movimiento de dichas partículas, de esta forma dependiendo de la libertad de movimiento de las partículas que constituyen cualquier porción de materia diferenciamos 3 estados fundamentales de la misma:

• Sólido, si las partículas se encuentran muy cohesionadas, es decir, fuertemente unidas y, portanto, prácticamente inmóviles unas con respecto a las otras. Por esta razón este estado de agregación de la materia mantiene tanto su forma como su volumen fijos.

"Un trozo de hierro a temperatura ambiente con forma de cubo mantiene su forma y, por tanto, su volumen salvo que le cambiemos bruscamente sus condiciones".

• Líquido, si sus partículas, aún estando cohesionadas, tienen cierta libertad de movimiento y,por tanro, mantienen su volumen fijo pero su forma es variable puesto que se adapta al recipiente que lo contiene.

"Un recipiente que contiene hierro fundido a 2000ºC y, por tanto, en estado líquido, mantendrá inalterado su volumen al verterlo en los moldes pero su forma se adaptará al nuevo recipiente que lo contiene”

• Gas, si sus partículas tienen total libertad de movimiento o que no existe cohesión entreellas. Esto supone que en este estado de agregación la materia está constituida por pocas partículas por unidad de volumen, es decir, es una fase de la materia muy poco “densa” y unas partículas no alteran prácticamente el movimiento de las otras. Por este motivo este estado de agregación o fase de la materia tienen tanto volumen como forma variable, siendo por tanto, fáciles de expandir o comprimir y adaptan su forma al recipiente que lo contiene.

"Los gases, como los líquidos, adaptan su forma al recipiente que los contiene, pero los gases además podemos comprimirlos y expandirlos con cierta facilidad mientras que hacerlo con los líquidos supone una brusca modificación de sus condiciones”.

TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR-DISCONTINUIDAD DE LA MATERIA

Dibujo compartido por José A. Collado.

FASES FUNDAMENTALES DE LA MATERIA

Imagen de dominio público extraída de Wikipedia Commons.

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Cambios de fase o de estado de agregación Las sustancias que conocemos las asociamos a un estado o fase concreta debido a que es

en la que se presentan en las condiciones de presión y temperatura habituales. Sin embargo, cualquier sustancia podemos encontrarla en cualquiera de las tres fases modificando debidamente las condiciones de presión y temperatura, y por tanto llevando a cabo un cambio de fase o de estado de agregación: proceso por el cual una sustancia pasa de una fase a otra al modificar sus condiciones de presión y temperatura.

Diferenciaremos dos tipos de cambios de fase:

• Progresivos: aquellos que se dan suministrando energía al sistema, generalmente en formade calor, y por tanto aumentando la temperatura. Procesos señalados en el esquema por medio de flechas rojas.

• Regresivos: aquellos que se dan extrayendo energía del sistema en forma de calor y portanto disminuyendo la temperatura. Procesos señalados en el esquema por medio de flechas azules.

Cuando aumentamos la temperatura de un cubito de hielo a -10ºC al alcanzar lo 0ºC empiezan a aparecer las primeras gotas de agua líquida, es cuando comienza la fusión y se da a la temperatura de fusión (0ºC para el agua). Cuando ya todo es agua líquida, si seguimos aumentando la temperatura, al alcanzar los 100ºC comienza a hervir o el proceso de vaporización y se da a la temperatura de ebullición o vaporización (100ºC para el agua).

Del mismo modo si empezamos a enfriar una cantidad de vapor de agua que se encontraba a 130ºC, cuando se alcancen los 100ºC empezarán a aparecer las primeras gotas de agua líquida y se estará iniciando la condensación, a la temperatura de condensación (100ºC para el agua). Una vez todo transformado en agua líquida si se disminuye la temperatura hasta 0ºC empezará a aparecer los primeros cristales de hielo y se estará iniciando por tanto la

CAMBIOS DE FASE DEL AGUA

Este esquema se representa el agua en los tres estados (hielo, líquido y vapor de agua), se señala cada uno de los procesos, tanto progresivos como regresivos, entre los tres estados. Imagen desarrollada por José A. Collado a partir de fotografías compartidas por él mismo, Roger McLassus y Lipton Sale (de izquierda a derecha)

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solidificación, a la temperatura de solidificación (0ºC para el agua).

"Cuando se derrite un cubito de hielo y hasta que todo el cubito se transforme en agua, están coexistiendo en equilibrio las fases sólido y líquido. Del mismo modo cuando hacemos hervir una cacerola de agua hasta que no quede nada de agua en el recipiente están coexistiendo en equilibrio las fases líquido y gas. Por supuesto el resultado es el mismo si se lleva a cabo un proceso de enfriamiento en vez de calentamiento”En el caso en el que se estén dando los cambios de

estado de una sustancia pura entonces dichos procesos se dan a temperatura constante, por tanto la temperatura de los procesos opuestos serán exactamente iguales:

“En el caso del agua hasta que todos el hielo he convierta en agua líquida la temperatura del conjunto hielo-agua líquida es de 0ºC y hasta que todo el agua líquida se transforme en vapor de agua el conjunto agua líquida-vapor de agua permanece constante a 100ºC”.

La sublimación es el cambio de estado en el que coexisten en equilibrio el estado sólido y gas. Es decir, es el paso de sólido a gas o viceversa sin pasar por el estado líquido. Hay sustancias que, en las condiciones habituales de presión, sufren este proceso al modificar la temperatura: el yodo, el CO2, etc..

“El CO2 es un gas a temperatura ambiente pero al enfriarlo se transforma en sólido a -78ºC sin pasar por el estado líquido, lo que le convierte en un gran refrigerante sin humedad por lo que se le denomina hielo seco”.

Interpretación de los cambios de fase a partir de la Teoría Cinético-Molecular.

Considerando las tres fases fundamentales como diferentes formas de agregar partículas o diferentes estados de agregación, podemos entender lo que ocurre internamente en la materia para que se dé el cambio de fase.

En un sólido las partículas constituyentes están tan apiladas que aparentemente no se mueven unas respecto a las otras pero, realmente, según la Teoría Cinético-Molecular, estas

FUSIÓN

Durante la fusión del hielo coexisten en equilibrio las fases sólido y líquido a 0ºC. Imagen compartida por José A. Collado.

SÓLO ES CIERTO CUANDO SE CONSIDERAN SUSTANCIAS PURASTemperatura de Fusión = Temperatura de Solidificación

Temperatura de Ebullición = Temperatura de CondensaciónTemperatura Sublimación Progresiva = Temperatura Sublimación Regresiva

SUBLIMACIÓN

Durante la sublimación del CO2

coexisten en equilibrio las fases sólido y gas a -78ºC. Imagen compartida por DiaaAbdelmoneim

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partículas vibran con respecto a su posición de equilibrio con mayor velocidad a medida que aumentamos la temperatura del sólido. Cuando nos aproximamos a la temperatura de Fusión, al suministrar energía en forma de calor, las partículas se agitan con más fuerza y pueden adquirir la energía suficiente como para contrarrestar las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas a sus compañeros, de esta forma la estructura rígida y compacta empieza a desmoronarse adquiriendo las partículas cierta libertad de movimiento, es decir, adquiriendo propiedades de líquido.

En un líquido las partículas constituyentes tienen cierta libertad de movimiento, fenómeno que puede observarse cuando volcamos un recipiente para verter el líquido de su interior, también es fácil observar que cuando calentamos un líquido fluye con mayor facilidad, por lo que la libertad de movimiento de este estado de agregación aumenta con la temperatura.

A diferencia de los gases sabemos que no es necesario tapar el recipiente para que no se escape el líquido ya que la cohesión entre las partículas que los constituye es suficientemente grande como para no dejar que escapen las partículas de la superficie. Cuando suministramos suficiente energía en forma de calor al líquido y este alcanza la temperatura de vaporización las partículas tienen suficiente energía para contrarrestar las fuerzas de cohesión que las mantenía ligadas a sus compañeros tratando de escapar todas y produciéndose ese fuerte borboteo que se observa al hervir un líquido. De esta forma a medida que escapan las partículas unas de otras empiezan a ocupar todo el espacio que tienen disponible y por tanto adquiriendo características propias de los gases.

Composición de la materia.La materia está formada por átomos. Podemos considerar que los átomos son las

partículas materiales más pequeñas posibles y, por tanto, constituyentes de toda la materia, ya que son las partículas más pequeñas que poseen masa y ocupan cierto volumen.

Se conocen algo más de 100 clases de átomos distintos, los elementos . Para representar cada tipo elemento se usan los símbolos químicos, así:

ÁTOMOS DE ALGUNOS ELEMENTOS

H = Hidrógeno O = Oxígeno Fe = Hierro Na = Sodio

Dibujo compartido por José A. Collado.

TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR - FUSIÓN

Imagen libre extraída de Wikipedia Commons.

TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR -VAPORIZACIÓN

Imagen libre extraída de Wikipedia Commons.

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Los átomos se unen para formar moléculas y cristales que constituyen cualquier porción de materia. Las moléculas y los cristales se representan por medio de fórmulas químicas, así:

MOLÉCULA CRISTALES

H2O (agua) Fe2O3 NaCl (sal común)

Dibujo compartido por José A. Collado.

Las distintas clases de átomos, los elementos, se clasifican en la tabla periódica, de acuerdo con sus propiedades y atendiendo a diferentes criterios. En una primera clasificación diferenciamos tres tipos de elementos: metales, no metales y semimetales (o metaloides).

Los metales son conductores del calor y la electricidad. Además son dúctiles (pueden formar hilos) y maleables (pueden formar planchas planas), por lo que son empleados en la fabricación de herramientas y utensilios de todo tipo. Expuestos al agua, se oxidan y cambian sus propiedades.

Los no metales no conducen el calor ni la electricidad, ni son dúctiles ni maleables, pero sirven para la elaboración de muchos productos químicos importantes, como plásticos, detergentes o fertilizantes.

Los semimetales o metaloides tienen propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Se diferencian de los metales, fundamentalmente, en que los metaloides son semiconductores en vez de conductores. El silicio (Si), por ejemplo, es un metaloide ampliamente utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores para la industria electrónica, como rectificadores, diodos, transistores, circuitos integrados, microprocesadores, etc…

TABLA PERIÓDICA

Imagen de dominio público extraída de Wikipedia Commons.

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Sistemas materiales.Un sistema material es una porción de materia. Pueden encontrarse en cualquiera de los

estados de agregación: sólido, liquido o gas (una piedra, un zumo, el aire)

Pueden clasificarse en sustancias puras o mezclas:

Sustancias puras.Las sustancias puras son aquellos sistemas materiales formados por un solo tipo de

sustancia. Se clasifican en compuestos y elementos.

– Los compuestos son sustancias puras que están formados por dos o más átomosdistintos. (H2O, CO2, NaCl-sal común, NaOH-sosa)

– Los elementos son sustancias puras formadas por un solo tipo de átomo (Cu, Fe, Na,Ca, Si, Hg, etc…). Son todos los que encontramos en la tabla periódica de los elementos.

Mezclas.Las mezclas son aquellos sistemas materiales formados por más de una sustancia. Pueden

clasificarse en homogéneos o heterogéneos.

Mezcla homogénea.Una mezcla es homogénea cuando no pueden distinguirse las sustancias que lo

componen, a simple vista o con instrumentos habituales (lupa, microscopio, etc...), y presentan las mismas propiedades en toda su extensión (la leche, el vidrio o un folio en blanco). El ejemplo de mayor interés, desde un punto de vista científico y tecnológico, son las disoluciones.

Las disoluciones o soluciones están formadas por dos o más sustancias (por ser mezclas), que no pueden distinguirse a simple vista unas de otras (por ser homogéneas). Las disoluciones, en condiciones estándar, pueden encontrarse en cualquier estado de agregación o fase y podemos diferenciar, en cualquier caso, distintos tipos de disoluciones según la fase de las sustancias constituyentes:

• Disoluciones sólidas

– Aleaciones: sólido-sólido: acero, latón(cobre+zinc), hojalata (acero o hierro+estaño laminado),…

– Amalgamas: líquido-sólido: sonaleaciones de en las que interviene el mercurio (líquido en condiciones habituales): amalgama de oro (mercurio+oro), amalgama de plata (mercurio+plata), Estaño, Cobre, Zinc, etc.

• Disoluciones líquidas

– Sólido-líquido: suero fisiológico, salmuera, etc…

– Líquido-líquido: café con leche, agua con jarabe, etc…

– Gas-líquido: soda y cualquier bebida “con gas” (límite de homogeneidad).

DISOLUCIONES SÓLIDAS

Latón Amalgama de plata

Imágenes compartidas por Ulrich Birkhoff y Dukejonell respectivamente.

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• Disoluciones gaseosas (límite de homogeneidad)

– Sólido-gas: Polvo en el aire, agua nieve, etc…

– Líquido-gas: Niebla, ambiente perfumado, etc…

– Gas-gas: aire, vahos de eucalipto, etc…

Mezcla heterogénea.Una mezcla es heterogénea cuando pueden distinguirse las sustancias que lo componen, a

simple vista o con instrumentos habituales, y por tanto, no presentan las mismas propiedades en toda su extensión (ensalada, las rocas o las páginas de un libro)

Métodos de separación de los componentes de una mezcla.Mezclas heterogéneas

Los métodos para separar las sustancias que forman una mezcla aprovechará aquella propiedad que sea diferente entre las sustancias que la forman.

IMANTACIÓN O SEPARACIÓN MAGNÉTICA.Método de separación que

aprovecha las propiedades magnéticas de alguna de las sustancias que forman la mezcla. Si una de las sustancias es atraída por los imanes, utilizaremos un imán para separarla del resto de sustancias.

Imagen compartida por José A. Collado.

TAMIZACIÓN O CRIBADO.Es el método de separación utilizado cuando la diferencia es

el tamaño de las sustancias que constituyen la mezcla heterogénea. Si todas las sustancias son sólidas y el tamaño es muy diferente, podemos utilizar un tamiz para dejar pasar las más pequeñas y dejar en el tamiz las más grandes.

Imagen extraída del Banco de imágenes y sonidos de INTEF.

FILTRACIÓN.Es un método de tamización en la que el tamaño de los

agujeros es sumamente pequeño, puede ser un filtro de papel, de algodón, de arena, telas especiales, lana de vidrio, amianto…

Imagen compartida por Woww.

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Mezclas homogéneas

DECANTACIÓN.Puede usarse para separar sólidos de líquidos por la

diferencia de densidad, cuando el sólido es más denso que el líquido, se deja sedimentar el sistema, es decir se deja en reposo y con el tiempo el sólido se depositará en el fondo del recipiente, y se separa la parte superior, líquida, volcando ligeramente el vaso que lo contenga.

También puede usarse para separar dos líquidos, de diferente densidad, no miscibles (no se disuelven unos en otros). En este caso podemos utilizar el proceso anterior o usar un embudo de decantación como el que se encuentra en la figura.

Imagen compartida por Eloy.

EVAPORACIÓN.Los átomos de la superficie de un líquido

están menos ligados que el resto de átomos debido a que están rodeados por menos vecinos por lo que es más fácil que puedan escapar. Estos átomos que abandonan el líquido están sufriendo el proceso de vaporización por evaporación. Este proceso se da en la superficie del líquido a cualquier temperatura. A medida que aumentamos la temperatura del líquido más átomos adquieren la energía suficiente para escapar aumentando la velocidad de evaporación.

Cuando tenemos una disolución líquida formada por la mezcla de dos o más sólidos en un líquido podemos separar los sólidos del líquido esperando el tiempo suficiente para que se evapore este último. Los sólidos que empiezan a aparecer se les denomina precipitado.

Las salinas son grandes extensiones de terreno expuestas al sol, en zonas cálidas, que se inundan con agua salada proveniente del mar. Por medio del proceso de evaporación del agua se obtiene como precipitado sal común (cloruro sódico). Imagen compartida por Rude.

DESTILACIÓN.La destilación es un método de separación de mezclas homogéneas líquidas

formadas por dos o más líquidos miscibles con temperaturas de ebullición suficientemente diferentes. Este proceso aprovecha la diferencia en la temperatura de ebullición para conseguir que la mezcla adquiera una temperatura intermedia entre ambas de modo que la sustancia con menor punto de ebullición se vaporizará rápidamente mientras que las otras sustancias sólo se vaporizan por evaporación y por tanto a un ritmo mucho menor.

Para recoger los dos líquidos separados se utiliza una destilador o alambique. Este se compone de de un recipiente que contiene la mezcla y que se expone a la fuente de calor.

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Los vapores de la sustancia más volátil se recoge en un serpentín o condensador que fuerza a que disminuya su temperatura por debajo de su punto de ebullición por lo que condensará formando el líquido que caerá gota a gota, por su propio peso, en un recipiente.

DESTILADOR DE LABORATORIO.

Imagen compartida por Skaller.

ALAMBIQUE DE COBRE.

Alambique proveniente de Santa María del cobre, hecho de cobre martillado. Mostrado en la colección del Museo de Arte Popular de la Ciudad de México. Imagen compartida por Laloreed22.