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MANUAL DE GEOLOGÍA: CAPÍTULO 4. LA TIERRA SÓLIDA Y FLUIDA
Por Juan Carlos Vallejo Velásquez Dirección: Profesor Gonzalo Duque-Escobar
Trabajo de la Maestría en la Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Manizales, Marzo de 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES
4.1. LA ATMÓSFERA
Es la esfera de gas que rodea la Tierra, cuya densidad, presión y temperatura van disminuyendo con la altura, la Presión al nivel del mar es igual a 1 atmósfera que equivale a 1Kg/cm2 .
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358005/contLinea/leccin_16__mezclas_gaseosas.html
MANUAL DE GEOLOGÍA. CAP 4. LA TIERRA SÓLIDA Y FLUIDA
La Atmósfera está compuesta mayoritariamente de Nitrógeno (78%), Oxígeno (21%) y un 1% de otros elementos como el Argón y el CO2 , además encontramos partículas de polvo y polen, que actúan como núcleos para la formación de gotas de lluvia en las nubes.
http://web.educastur.princast.es/
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
La Atmósfera es una mezcla de varios gases, pero no es un compuesto, cada uno de los gases tiene su dinámica propia que se van reciclando en ciclos asociados a los procesos vitales. El Nitrógeno N2 por la acción de microorganismos sobre desperdicios animales, en las actividades agrícolas a través de bacterias nitrificantes presentes en las raíces de las leguminosas y en los seres humanos durante la síntesis proteínica. El Oxígeno O2 se recicla a través de la respiración humana, animal y en la fotosíntesis de las plantas. El Dióxido de Carbono CO2 a través de los procesos de respiración, aunque los procesos antrópicos han ocasionado una sobresaturación, a la que se atribuyen cambios climáticos por el efecto invernadero. El Ozono (O3) por su parte, se forma por la acción de la radiación solar, que disocia 2 átomos originales de O2 .
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
http://www.taringa.net/posts/ecologia
En los primeros 10 km encontramos La Troposfera o región de cambios meteorológicos, incluye la Biosfera. Las nubes se clasifican en Bajas hasta 2.500m de altitud, Medias de 2.500 a 6000m; ambas son generalmente nubes de agua de color gris, y por encima de los 6.000m encontramos las nubes Altas, llamadas de hielo (vapor por debajo del punto de congelación). Las nubes por su forma y de acuerdo con la altura en sentido ascendente, pueden ser: Estratos, nimbos, cúmulos y cirros.
LA ATMÓSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉRMICO
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En la Troposfera (hasta 10 km de altitud) la T° disminuye 1° por cada 150 m de altura (6° por Km) y la densidad de la masa atmosférica también disminuye en un 50% cada 5,5 Km, a 11 Km se ha superado el 75% de la masa atmosférica. Sigue la Estratosfera (hasta 50 km de altitud), región de vientos llamados corrientes de chorro, la zona de interconfluencia tropical, la de los huracanes, el fenómeno del Niño y los vientos de Krakatoa, alusión hecha a la erupción del famoso volcán que depositó cenizas en esta región, permitiendo descubrir las corrientes de chorro, por su rápida diseminación en el planeta. En esta zona se define el clima bimodal colombiano, lluvias y tiempo seco por la convergencia de los vientos Alisios de NE y SE.
LA ATMÓSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉRMICO
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A 30 Km dentro de esta misma capa encontramos la Capa de Ozono, protectora de la vida e intervenida negativamente por las actividades industriales humanas. Más arriba encontramos una capa caliente que a 50 Km de altitud termina en la Estratopausa. Siguiendo en ascenso, encontramos la Mesosfera, donde hay un gran descenso de la T° de hasta -80°C y termina en la Mesopausa a 80 km de altura. Por encima de la Mesopausa y hasta los 640 km de altitud, encontramos La Termosfera o Ionosfera con una zona, donde en su región inferior se da la reflexión de las ondas de radio en el día y en su parte media durante la noche. Encontramos también un cambio brusco de la T°, a pesar de que el aire tiene una densidad de la millonésima de gr/cm2.
LA ATMÓSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉRMICO
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Capas de la atmósfera
La Termosfera recibe su nombre porque las capas están calientes y cargadas eléctricamente, aquí se forman las Auroras Polares y se desintegran los meteoros. Finalmente tenemos la Exosfera, hasta los 9.600 km, a T° de 2.000°C, dentro de la cual distinguimos La Magnetosfera, donde llegan los rayos cósmicos, peligro para los cosmonautas, y que a través de las fajas de Van Allen, se deforman y fluctúan a causa de la presión ejercida por el viento solar, con picos considerables en las tormentas solares, que generan interrupción en las comunicaciones.
LA ATMÓSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉRMICO
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Cinturones de Van Allen
Los satélites por el Tipo de órbita, pueden ser: Los LEO (Órbita terrestre baja), órbita circular a unos 200 a 300 km de altura, se usan para vuelos tripulados, incluyendo estaciones espaciales, se usan para fines científicos y militares en el estudio de la Tierra, el espacio exterior, la densidad atmosférica, estudios geodésicos y oceánicos. A 900 km se ubican los satélites para la observación del espacio exterior. Los MEO (Órbita Media Terrestre) entre 10.000 y 20.000 Km y los GEO (Órbita Geoestacionaria) a 35.000 km de altura para usos meteorológicos y de comunicaciones, por el cubrimiento global que alcanzan. Es importante destacar las investigaciones que se hacen en el espacio exterior sobre nuevos materiales y biotecnología, como fuente para el desarrollo de la humanidad en los próximos años.
SATÉLITES ARTIFICIALES
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Satélites y ubicación
Desde la química atmosférica podemos distinguir 3 capas: La Homosfera, comprende los primeros 100 km y en ella los componentes tienen una proporción constante. La Heterosfera, hasta una altitud de 600 a 700 km, donde predominan los gases ligeros y La Exosfera, que va hasta los límites del espacio exterior a unos 10.000 km, donde se da el escape de partículas ligeras.
LA ATMÓSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA QUÍMICO
http://www.rinconsolidario.org/aire/
Homosfera, Heterosfera y Exosfera
La Tierra es un geoide de revolución, formado por diferentes capas concéntricas, con un radio de 6.370 km y una densidad media de 5.5 gr/cm3. La estructura de sus capas internas no es posible conocerse de manera directa, sino por la manera como se propagan las ondas sísmicas durante estos eventos. Cuando se produce un sismo, parten del Hipocentro ondas P y S que se propagan en todas las direcciones, según como se irradien y el cambio de velocidad cuando van avanzando por el terreno, puede deducirse la composición del medio por donde transitan. Cuando el origen de las ondas es superficial, entre 30 y 40 km para el continente y entre 6 y 12 km bajo los océanos, las velocidades aumentan bruscamente. A 2.900 km de profundidad las ondas P descienden y las S desaparecen; con lo cual se interpreta que existen discontinuidades en las capas internas de La Tierra y por lo tanto una estructura estratificada.
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
http://dc159.4shared.com/doc/gkDUiK95/preview.html
Propagación de las Ondas P y S
Dentro de un modelo no estático, La Tierra sólida de adentro hacia afuera, comprende Un Núcleo de Fe y Ni limitado del Manto por la discontinuidad de Gutenberg, presenta una región externa líquido – gaseosa, ya que puede ser cruzada por las Ondas P, pero no por Las S y otra más interna sólida, por la reaparición de las S ; su densidad es de 15 gr/cm3 y una T° de 5.000°C. Los movimientos de la materia en el Núcleo producen corrientes eléctricas a las cuales se asocian campos magnéticos. Hacia afuera sigue el Manto, El Inferior o profundo con densidades entre 4.3 y 5.5 gr/cm3 se considera sólido y con ordenamiento atómico; más arriba el Manto superior, donde la masa se comporta como un flujo plástico con desorden atómico y que transfiere por convección el calor del Núcleo a la capa siguiente que es la Corteza. Dentro de este encontramos la discontinuidad de los 20° a 480 km de profundidad, inferida por el comportamiento anormal que muestran las ondas sísmicas en estaciones ubicadas a 2.240 km del epicentro (1° son casi 112 km sobre la superficie).
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
Estructura de la Tierra
http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera
Continua El MOHO o discontinuidad de Mohorovicic, que separa el Manto de la Corteza, parte externa y de menor cuantía en la estructura terrestre, allí distinguimos la Corteza oceánica o SIMA sobre la cual flotan los continentes o Corteza Siálica. El SIAL, por menos denso se empotra sobre el SIMA con un espesor medio de 40 km contra 7.5 de la Corteza oceánica. Ambas cortezas están separadas por la Discontinuidad de CONRAD, probablemente de tipo andesítico.
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
Corte de la Estructura de la Tierra
http://www.monografias.com/trabajos81
http://cmc-2012-so.blogspot.com/
Dinámicamente La Tierra muestra la siguiente configuración: El Núcleo ya mencionado, La Mesosfera que es el Manto profundo, La Astenosfera entre 100 y 700 km de profundidad que es el Manto Blando, sobre el cual se establecen las corrientes de convección y los 200 km más superficiales conformando la Litosfera, una región que comprende La Corteza y El Manto superior. La Litosfera se asocia a placas tectónicas sobre las que flotan los continentes según la Teoría de la Isostasia. Las placas se forman en las dorsales oceánicas y se subducen en las fosas oceánicas, nacen en el Manto y regresan a él. La vida media de la Corteza oceánica es de 150 millones de años y de la continental que está sobre la anterior de unos 3.000 millones de años.
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
La Tierra dinámica
Teoría de la Isostasia: Explica a través de la existencia de presiones iguales, las raíces de las montañas y la manera como un continente flota sobre la superficie oceánica. Se vale de dos modelos: uno vertical propuesto por Airy y otro horizontal por Pratt. Modelo vertical: Una superficie isostática sostiene en cada uno de sus puntos el peso de una columna compuesta de SIAL y SIMA; en los continentes el SIAL tiene mayor espesor que el SIMA, en los pisos oceánicos , lo contrario. Modelo horizontal: supone que cada punto de la superficie isostática soporta el peso de una columna de SIAL en los continentes o de SIMA en las zonas oceánicas. El Proyecto MOHOLE: Concebido en 1950, año geofísico internacional, propone hacer una perforación puntual para llegar al Manto terrestre, partiendo de la base que el SIAL flota sobre el SIMA y el contraste de sus densidades es del 10% (2.7 y 3.0). La perforación se haría en las fosas oceánicas, para evitar las raíces de las montañas y perforar sólo 4 km en la roca y alcanzar el Manto, ya que en general La Ley de Isostasia, plantea que por la diferencia de densidades entre los materiales que conforman el SIMA y EL SIAL, las presiones se compensan, haciendo que una capa se deslice sobre la otra y cuyos espesores pueden ser de 60 km para la continental y de 4 a 5 Km en la oceánica. El proyecto llegó a perforar 600 m, pero fue cancelado por los altos costos.
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
Modelos Isostáticos
http://entenderlaciencia.blogspot.com/
4.2 LA TIERRA SÓLIDA
Composición promedio de El Manto, La Corteza y La Tierra
Citado por Gonzalo Duque Escobar, Manual de Geología, capítulo 4
4.3 LA HIDROSFERA
Composición del agua marina
La densidad media de la Hidrosfera es de 1gr/cm3. Los océanos como fuente inapreciable de recursos naturales, ocupan una superficie de 360 millones de km2 cubriendo 4/5 del hemisferio Sur y más de 3/5 del Norte, químicamente se compone de 96.4% de agua, 3.5% de sales (de Cl, Na, Mg, S, Ca, K, Br, B, Sr) y 0.1% de otros elementos
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sea_salt-es_hg.svg Citado por Gonzalo Duque Escobar, Manual de Geología, capítulo 4
4.3 LA HIDROSFERA
Colombia y sus mares
En conjunto toda la masa acuática de mares, ríos y lagos cubren el 70% de la superficie terrestre, sumando 1.500 millones de km3, de cuyo volumen los mares representan el 85% que además, se encuentra en movimiento por acción del oleaje, las mareas y corrientes marinas. Nuestro país Colombia es privilegiado por su posición territorial al contar con 2 océanos, es el cuarto a nivel mundial en riqueza hídrica, aunado a la biodiversidad que la enriquece.
http://godues.wordpress.com/2011/06/12/colombia-cuida-y-mira-a-tus-oceanos/
4.3 LA HIDROSFERA
Perfil hipsográfico
El fondo del mar ofrece un relieve muy variado, en el perfil hipsográfico iniciamos con el continente e internándonos en el mar encontramos la Plataforma Continental, que llega a 200 km costa adentro y es parte del continente emergida durante la glaciación y hoy sumergida, la inclinación es de 4 m verticales por cada km de extensión, la profundidad puede llegar a 150 m mar adentro y allí se inicia El Talud Continental, donde los recursos son difíciles de extraer. Sigue la Plataforma Pelágica, donde abunda la vida marina vegetal y animal, su profundidad máxima es de 800 m en un ambiente de poca luz. Después encontramos La Zona Abisal o de abismos marinos, con las fosas marinas que a veces presentan sedimentos y un relieve de topografía muy irregular, con montes, cordilleras, valles y estructuras ígneas que explican los arcos insulares. El promedio de las tierras emergidas es de 822 m con el Everest máxima altura a 8.848 m, el de las sumergidas es de 3.760 m destacándose la Fosa de las Marianas a 11.033 m de profundidad. El promedio de una y otra da aproximadamente 3.000 m sumergidos.
http://sociales3eso.wordpress.com/acerca-de/medio-fisico/
4.4 EL CLIMA MUNDIAL
La Tierra presenta una distribución vegetal y animal, determinada por sus zonas climáticas, que además de condicionar la distribución poblacional, se asocia a la explotación económica de dicho entorno. El clima depende de factores como La Latitud, las masas de aire predominantes y la distribución de masas de tierra, mares, montañas, valles, bosques y glaciares. Las regiones ecuatoriales son cálidas durante todo el año, por la influencia de las corrientes de aire calientes y húmedas que causan precipitaciones a lo largo del año. Para el Sudeste asiático, la China y La India, los vientos estacionales llamados Monzones al provenir de zonas climáticas opuestas, determinan veranos nubosos y húmedos e inviernos secos, según las características de estas masas de aire, cálidas y húmedas o cálidas y secas respectivamente.
http://www.mimeteo.com/
4.4 EL CLIMA MUNDIAL
Al Norte y Sur de la zona ecuatorial encontramos en el planeta las zonas desérticas, como consecuencia de la predominancia del aire cálido y seco que despeja los cielos de nubes, llevándose la lluvia. En las latitudes medias de ambos hemisferios la superposición de corrientes de aire subtropical cálido con el aire frio subpolar, ocasionan un clima templado en el verano y bajas temperaturas en el invierno por influencia de las corrientes subpolares. El clima mediterráneo europeo, el de California y el SE australiano, son secos en verano y suaves y poco lluviosos en invierno. En la cercanía de los polos, las masas de aire producen durante todo el año tiempo frio y seco con breves veranos soleados.
http://www.madrimasd.org/
Zonas desérticas y áridas en el mundo
4.4.1 Clasificación de los climas del mundo
El Clima Polar: los inviernos son largos y fríos con muy pocas precipitaciones. Ejem: Vostok en la Antártida y Groenlandia. El Clima de Taiga: las precipitaciones son ligeras, los veranos son cortos y fríos y los inviernos largos y muy fríos, es el caso de Alaska, la Península de Labrador y Yakutsk en Siberia Oriental. El Clima de Montaña: Varía con la Altitud, la Latitud y la exposición de los rayos solares, caso de Ciudad de Méjico, y los Andes Suramericanos. El Clima de Estepa: precipitaciones ligeras , veranos cálidos e inviernos fríos, caso de Cloncurry en Australia, Irán y Nigeria. El Clima Tropical: el calor es bochornoso con lluvias densas y sólo 1 o 2 meses secos, como el de Manaos en Brasil, Borneo, Java y Sumatra
Distribución de los principales climas
http://contenidos.educarex.es/
4.4.1 Clasificación de los climas del mundo
El Clima Templado: las temperaturas son variables y hay precipitaciones en todas las estaciones, caso de Ámsterdam en Holanda, el sur de Chile y la región de los Grandes Lagos. El Clima monzónico y subtropical: siempre es caluroso, presenta estaciones secas y lluviosas, como el caso de Madrás en la India, La Florida, Los Llanos Orientales y la Costa Norte Colombiana. Clima Mediterráneo: los inviernos son suaves y los veranos secos, en general es cálido y las precipitaciones leves como el de Orán en el Norte de África y California. Clima desértico cálido: todos los meses son calurosos y las precipitaciones mínimas, caso de Asuán en Egipto, Namibia y el Norte de Chile
Clima de los Llanos y La costa Atlántica
http://carmelourso.wordpress.com/2009/07/
4.5 ELEMENTOS DEL CLIMA
En general el clima se define en una zona por la correlación de los factores y elementos del clima. Los factores son fijos para cada lugar (Latitud, Altitud y exposición solar), los elementos en cambio varían y partiendo de la Precipitación y la T° del aire, se combinan con la humedad relativa, el brillo solar, la nubosidad, la radiación solar y los vientos; para configurar unas condiciones climáticas particulares.
Las precipitaciones en Colombia
http://climaencolombia.blogspot.com/
4.5 ELEMENTOS DEL CLIMA
La Precipitación: Es la caída de agua es estado sólido o líquido sobre la superficie de la tierra, como consecuencia de la condensación del vapor de agua. Para analizar la pluviosidad de una zona determinada, debe hacerse referencia a la intensidad, la duración, la frecuencia y la distribución a lo largo de un período determinado. Para calcular la cantidad de litros que caen sobre 1 m2, se usa el pluviómetro con el cual se encuentra la correspondencia de eta medida, por cada mm que se acumule en el medidor. La Temperatura: se origina en la energía del Sol y por efectos de la inclinación del eje terrestre para las zonas templadas, origina las estaciones; en las zonas ecuatoriales la Altitud, regula los pisos térmicos desde el clima cálido hasta los páramos y las nieves que coronan los picos de la montañas más altas. La radiación e irradiación: con la primera se referencia el impacto directo de los rayos del Sol sobre la superficie de la Tierra y la segunda a ala reflexión de esos rayos hacia la atmósfera, con el correspondiente desprendimiento de ondas calóricas. De ellas dependen la variación de la T° entre el día y la noche, que en muchos casos por la ausencia de nubes, ocasiona heladas como en la Sabana de Bogotá
Heladas en el Altiplano Cundiboyacense
http://www.ica.gov.co/
4.5 ELEMENTOS DEL CLIMA
La humedad del aire: es el vapor de agua existente en la atmósfera, está relacionado directamente con la T°, ya que por cada 15°C se duplica la cantidad de vapor contenido y viceversa y cuyo exceso se pierde en forma de neblina, llovizna o lluvia. Si se habla de humedad absoluta, se hace relación a la cantidad de vapor de agua en grs contenida en 1 m3 como unidad de volumen. Es relativa, cuando porcentualmente se establece la cantidad de vapor de agua contenida con relación al punto de saturación. El brillo solar: son las horas de incidencia solar que llegan cada año a la superficie de la Tierra. Las zonas de alta nubosidad tienen bajo brillo solar. El heliógrafo es el instrumento que permite medir el brillo solar, a través de una esfera de cristal que concentra los rayos solares en una cinta de papel que queda quemada, cuando la intensidad calórica por cm2 y minuto de tiempo, alcanza más de 0.8 calorías.
Mapa del brillo solar en el Departamento de Caldas
http://godues.wordpress.com/
4.5 ELEMENTOS DEL CLIMA
La nubosidad: es la cantidad de nubes presentes en la atmósfera y que pueden llegar a precipitarse en forma de lluvia. La circulación de los vientos intertropicales, es la responsable de conducir las nubes entre las diferentes regiones y en general de los valles hacia las montañas. Para el caso de Colombia, su clima bimodal se debe al desplazamiento de la zona de interconfluencia tropical en diciembre hacia el Perú y en junio hacia Cuba que genera dos épocas de lluvia. Desde los valles del Cauca y el Magdalena, por efectos del calentamiento atmosférico, las nubes circulan hacia las estribaciones de las vertientes cordilleranas vecinas. Presión atmosférica: es la fuerza que ejerce el aire por unidad de superficie, con la altura se modifica tanto la presión como la T°. Los vientos: las corrientes de aire se desplazan desde las zonas frías a las calientes, por las diferencias de presión. La erosión producida por el viento se denomina eólica.
Mapa evapotranspiración en el Departamento de Caldas
http://godues.wordpress.com/
4.6 EL CLIMA COLOMBIANO
El territorio colombiano comprende 6 regiones naturales con peculiaridades climáticas que hacen de nuestro país un mosaico de regiones. La presencia de las 3 cordilleras, hace que en la Región Andina predomine el clima de montaña; en los valles interandinos el clima es de selva tropical con T°s que van desde los 28°C en las zonas bajas a los 0°C en las cumbres nevadas. En los andes, los equinoccios (marzo 21 y Septiembre 21) y los solsticios (junio 22 y diciembre 22), marcan las temporadas de lluvias y de verano. La T° en el océano Pacífico ocasiona que se presenten los fenómenos del Niño y de la Niña, con temporadas de Verano o Invierno intenso, asociadas a incendios y huracanes o deslizamientos e inundaciones.
Aumento de las temperaturas en el Océano Pacífico
http://posadauribe.blogspot.com/
4.6 EL CLIMA COLOMBIANO
Los Llanos orientales presentan un clima intertropical lluvioso de sabana, con dos estaciones de lluvia y secas muy marcadas, con una T° media de 27°C. En la medida que se avanza hacia el sur de la Orinoquía, cambia el clima de sabana húmedo y lluvioso por el super húmedo de la Amazonía con temperaturas de un promedio de 28°C, con lluvias abundantes durante todo el año. En la región pacífica el clima es cálido con un promedio de temperatura de 28°C y un alto régimen de lluvias; en la Región Caribe predomina también el clima cálido pero con alternancia en las épocas secas y lluviosas y una gran influencia de los vientos Alisios del NE y SE.
Región de la Amazonía colombiana
http://repasandocolombia.blogspot.com/
4.6 EL CLIMA COLOMBIANO
En la región insular del Caribe y en San Andrés y Providencia, el clima es cálido – semi húmedo, con una T° media de 27.3 °C, y con lluvias concentradas entre los meses de octubre y noviembre, por la influencia de los vientos Alisios de SE.
Zonas insulares Colombia
http://es.wikipedia.org/wiki/Isla_Serranilla
• COCCO QUEZADA, Antonio. Módulo Educativo sobre la atmósfera de la
Tierra y las medidas a tomar en situaciones de desastres naturales. Mayo
de 2003, Santo Domingo, D.N. República Dominicana. Consultado el
01/05/2014. En línea. Disponible:
http://www.acqweather.com/MODULO%20EDUCATIVO%20METEOROLO
GIA.pdf
• DUQUE ESCOBAR, GONZALO. Manual de Geología para Ingenieros.
Capítulo 4. La Tierra sólida y fluida. Universidad Nacional de Colombia.
Manizales, Versión revisada 2013. http://www.bdigital.unal.edu.co/1572/
• Equipo de Windows to the Universe. La Tierra. Boulder, CO:
©2010 Asociación Nacional de Maestros de Ciencias de la Tierra,
Consultado el 09/05/2014 En línea. Disponible:
http://www.windows2universe.org.
BIBLIOGRAFÍA
