Ciencias De La Tierra

Radiación solar:

Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 2 K en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear, que producen una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro el cual emite energía siguiendo la ley de Planck a la temperatura ya citada. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado).

Distribución espectral de la radiación solar:

La aplicación de la Ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de unos 6000 K nos lleva a que el 99% de la radiación emitida está entre las longitudes de onda 0,15 \mu m (micrómetros) y 4 \mu m . El Sol emite en un intervalo espectral de 150 nm hasta 4 \mu m . La luz visible se extiende desde 380 nm a 830 nm.

La atmósfera de la Tierra constituye un importante filtro que hace inobservable radiaciones de longitud de onda inferiores a las 0,29 \mu m por la fuerte absorción del ozono y el oxígeno. Ello nos libra de la ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera es opaca a toda radiación infrarroja de longitud de onda superior a las 24 \mu m , ello no afecta a la radiación solar pero sí a la energía emitida por la Tierra que llega hasta las 40 \mu m y que es absorbida. A este efecto se lo conoce como efecto invernadero.

El máximo (Ley de Wien) ocurre a 0,475 \mu m . Considerando la ley de Wien ello corresponde a una temperatura de:

Pero la emisión solar difiere de la de un cuerpo negro, sobre todo en el ultravioleta. En el infrarrojo se corresponde mejor con la temperatura de un cuerpo negro de 5779 K y en el visible con 6090 K. Ello nos habla de que la radiación solar no se produce en las mismas capas y estamos observando la temperatura de cada una de ellas donde se produce la energía.

Efectos de la radiación solar sobre los gases atmosféricos:

La atmósfera es diatérmana es decir, que no es calentada directamente por la radiación solar, sino de manera indirecta a través de la reflexión de dicha radiación en el suelo y en la superficie de mares y océanos.

Los fotones según su energía o longitud de onda son capaces de:

• Fotoionizar la capa externa de electrones de un átomo (requiere una longitud de onda de 0,1 \mu m ).

• Excitar electrones de un átomo a una capa superior (requiere longitudes de onda entre 0,1 de \mu m y 1 \mu m ).

• Disociar una molécula (requiere longitudes de onda entre 0,1 de \mu m y 1 \mu m ).

• Hacer vibrar una molécula (requiere longitudes de onda entre 1 \mu m y 50 \mu m ).

• Hacer rotar una molécula (requiere longitudes de onda mayores que 50 \mu m ).

La energía solar tiene longitudes de onda entre 0,15 \mu m y 4 \mu m por lo que puede ionizar un átomo, excitar electrones, disociar una molécula o hacerla vibrar.

La energía térmica de la Tierra (radiación infrarroja) 3 \mu m a 80 \mu m por lo que sólo puede hacer vibrar o rotar moléculas, es decir, calentar la atmósfera.

La energía solar como motor de la atmósfera:

La energía recibida del sol, después de atravesar la atmósfera de la Tierra casi sin calentarla por el efecto de la diatermancia de la atmósfera, es reflejada por la superficie terrestre y calienta el aire en unas zonas de la atmósfera más que otras, provocando alteraciones en la densidad de los gases y, por consiguiente desequilibrios que causan la circulación atmosférica. Esta energía produce la temperatura en la superficie terrestre y el efecto de la atmósfera es mitigar la diferencia de temperaturas entre el día y la noche y entre las distintas zonas geoastronómicas de nuestro planeta.

Casi la totalidad de la energía utilizada por los seres vivos procede del Sol, las plantas la absorben directamente y realizan la fotosíntesis, los herbívoros absorben indirectamente una pequeña cantidad de esta energía comiendo las plantas, y los carnívoros absorben indirectamente una cantidad más pequeña comiendo a los herbívoros.

Así pues, la mayoría de las fuentes de energía usadas por el hombre derivan indirectamente del Sol. Los combustibles fósiles preservan energía solar capturada hace millones de años mediante la fotosíntesis, la energía hidroeléctrica usa la energía potencial del agua que, a través del ciclo hidrológico pasa por los tres estados físicos de la materia (evaporación del agua oceánica, condensación, precipitación y escurrimiento o escorrentía) con lo que se puede aprovechar dicha fuente de energía mediante represas y saltos de agua. La energía eólica es otra forma de aprovechamiento de la radiación solar ya que ésta, al calentar con diferente intensidad distintas zonas de la superficie terrestre, da origen a los vientos, que pueden ser utilizados para generar electricidad, mover embarcaciones, bombear las aguas subterráneas y otros muchos usos.

Efectos sobre la salud:

La exposición exagerada a la radiación solar puede ser perjudicial para la salud. Esto está agravado por el aumento de la expectativa de vida humana, que está llevando a toda la población mundial, a permanecer más tiempo expuesto a las radiaciones solares, con el riesgo mayor de cáncer de piel.

La radiación ultravioleta es emitida por el Sol en longitudes de onda que van aproximadamente desde los 150 nm (1500 Å), hasta los 400 nm (4000 Å), en las formas UV-A, UV-B y UV-C pero a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre, el 99% de los rayos ultravioletas que llegan a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A. Ello nos libra de la radiación ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera ejerce una fuerte absorción que impide que la atraviese toda radiación

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