La Atmósfera Terrestre

La atmósfera es la envoltura gaseosa que envuelve un planeta. La atmósfera de la Tierra está compuesta verticalmente por capas según temperaturas. Desde fuera hacia dentro del planeta encontramos la magnetosfera, una región que se extiende desde el espacio exterior hasta la ionosfera. Es un campo magnético que envuelve a la Tierra protegiéndola del viento solar (partículas muy energéticas que viajan a mucha velocidad del sol a la tierra y resultan muy nocivas para la vida).

Capas de la Atmósfera

• Termosfera: Capa de la atmósfera que se extiende desde los 80-600km. Cerca del sol, la temperatura aumenta cuando ascendemos hasta 2000ºC. Dentro de esta capa se encuentra la ionosfera (80-400/500km), donde los gases absorben radiación muy energética y dañina para la vida (rayos gamma y X) y se ionizan perdiendo electrones, pasando a estado gaseoso-plasma (4º estado de la materia). Aquí ocurre la desintegración de meteoritos formando estrellas fugaces y la colisión de partículas de viento solar que se han colado por los polos (donde la magnetosfera es más débil) con las moléculas de nitrógeno, produciendo auroras boreales.
• Mesosfera: Entre la estratosfera y la termosfera, de 50-80km de altitud. La temperatura baja cuando subimos hasta -90ºC, siendo la capa más fría de la atmósfera. Aquí también se desintegran las estrellas fugaces.
• Estratosfera: Entre la mesosfera y la troposfera, entre 10-50km de altitud. La temperatura aumenta con la altitud. Contiene la capa de ozono (15-35km) que absorbe la radiación UV (UVC y parte de UVB) procedente del sol, provocando un aumento de temperatura.
• Troposfera: Capa más próxima a la superficie terrestre (0-10km) donde se desarrolla la vida. Contiene el 75% de la masa total de la atmósfera, donde más gases hay y cerca del 99% del vapor de agua. La temperatura disminuye cuando subimos hasta -50ºC, generando movimientos de convección de los gases (el aire caliente de la superficie asciende y el frío de las capas altas baja, siendo más denso), dando lugar a fenómenos meteorológicos que regulan el clima del planeta. En esta capa se produce el efecto invernadero, responsable de mantener la superficie de la tierra a una temperatura media adecuada para la vida (15º estando; -18º sin él).

Efecto Invernadero y Albedo

1. La luz visible atraviesa la atmósfera, la superficie absorbe parte y la otra se refleja y vuelve al espacio.
2. Al absorber la luz, el suelo se calienta y emite radiación infrarroja, parte de esta escapa al espacio.
3. Parte de la radiación infrarroja emitida por el suelo caliente es absorbida por los GEI (Gases de Efecto Invernadero) de la atmósfera, permitiendo que la atmósfera tenga una temperatura adecuada para la vida. Los principales gases de efecto invernadero son: CO2, H2O, CH4, CFC, O3 y NOx.

Efecto Albedo: Reflexión de la radiación incidente, a mayor claridad de la superficie del objeto donde incide la radiación, mayor reflexión.

La Hidrosfera

La hidrosfera está formada por toda el agua en estado líquido, gaseoso y sólido. El agua sufre desplazamientos y transformaciones físicas (frío/calor) atravesando los 3 estados en movimiento cíclico.

El Ciclo del Agua (Ciclo Hidrológico)

Es el proceso de circulación del agua en el planeta Tierra y está dividido en etapas:

• Evaporación: Evaporación del agua desde la superficie hacia la atmósfera por acción de la luz solar.
• Condensación: El vapor asciende por la atmósfera a latitudes más altas hasta que las temperaturas bajas le permiten condensarse en pequeñas gotas de agua líquida o cristales de hielo (según la temperatura). Estas pequeñas gotas o cristales se unen a pequeñas partículas en el aire como polvo o sal que actúan como núcleos de condensación, formando nubes.
• Precipitación: Cuando las pequeñas gotas de agua contenidas en las nubes se unen y se vuelven grandes y pesadas, entonces caen a la superficie (lluvia/nieve según la temperatura) atraídas por la fuerza de la gravedad.
• Infiltración: Una parte del agua que alcanza el suelo terrestre se infiltra y se transforma en agua subterránea circulando en el subsuelo como acuíferos. Estas aguas pueden emerger en mares, ríos, de forma individual o formando manantiales, etc.
• Escorrentía: No toda el agua que cae es infiltrada hacia el subsuelo. Se produce cuando el agua no absorbida se moviliza por la superficie, desde zonas más elevadas a zonas más bajas empujada por la fuerza de la gravedad formando barrancos…

Este ciclo natural distribuye el agua por el planeta, hace que la disponibilidad sea constante y que su circulación sea continua. La alteración antropogénica del ciclo implica cambios en su distribución y disponibilidad para los seres vivos.

La Circulación Oceánica

Denominamos corrientes oceánicas a los movimientos de masas de agua desde un lugar a otro del planeta. Hay dos tipos:

• Corrientes cálidas: Se forman en zonas cercanas al ecuador, donde la temperatura atmosférica es alta y se la cede a las aguas. Estas aguas, al tener una temperatura elevada, circulan por la superficie oceánica y se mueven hacia zonas más frías. En su viaje van cediendo calor a la atmósfera, templando la temperatura en zonas frías. Este agua, conforme llega a zonas más frías, va bajando su temperatura hasta que, por aumento de densidad (moléculas más juntas), se hunde hacia abajo y se desplaza por los fondos marinos.
• Corrientes frías: A las masas de agua anteriores las llamamos corrientes frías profundas, estas están cargadas de nutrientes ya que tienen un mayor contacto con el lecho marino.

Las corrientes frías retornan nuevamente hacia zonas más cálidas donde los vientos empujan las aguas superficiales hacia el mar abierto, lo cual genera un vacío que es remplazado por estas aguas profundas ricas en nutrientes (afloramiento rico en biodiversidad, lo que es bueno para la pesca). Estas aguas frías, al aflorar, se calientan y reinician el ciclo, marchando nuevamente hacia zonas más frías.

A este modelo se le llama ‘cinta transportadora o corriente termohalina’ por su funcionamiento. Es muy importante por su influencia en el clima (ya que transporta agua caliente desde los trópicos hacia los polos y agua fría desde los polos hasta los trópicos, estas masas de agua ceden o absorben calor de la atmósfera templando/amortiguando la temperatura, provocando a su vez un ambiente más húmedo o más seco, por lo tanto, influyendo también en el régimen de precipitaciones) y también para la distribución de nutrientes ya que los sube.

La Geosfera

Es la parte rocosa y metálica del planeta Tierra que desempeña un papel crucial en los procesos geológicos de la tierra, incluyendo los movimientos tectónicos, la formación de cadenas montañosas, la actividad volcánica, la sísmica, etc. Está formada por diferentes partes:

Capas de la Geosfera

• La Litosfera: Es la capa más externa y se encuentra dividida en placas tectónicas. Es una capa rígida de comportamiento frágil formada por:
  • Corteza terrestre:
    • Continental: Constituye los continentes y forma parte de la litosfera continental (100-300km de espesor). Su espesor varía entre 25 y 70km, formado principalmente por granito que aporta una baja densidad, lo cual impide que se pueda hundir en el manto.
    • Oceánica: Constituye el fondo de los océanos y forma parte de la litosfera oceánica (más delgada, 30-50km de espesor). Su profundidad varía de 6-12km, formada principalmente por basalto, presenta una mayor densidad que la continental, pudiéndose hundir en el manto.
  • Manto Litosférico: Bajo la corteza, abarca la parte más superficial del manto superior, formado principalmente por peridotitas.
• La Astenosfera: Abarca lo que queda del manto superior (desde debajo de la litosfera hasta unos 670km de profundidad). Lo más interesante es que, debido a las altas temperaturas, los materiales que la componen, aunque siguen siendo sólidos, son viscosos permitiendo el desplazamiento a las placas tectónicas que se encuentran por encima.
• Manto Inferior: Es la región más baja del manto, desde los 670km a los 2900km. Se diferencia del manto superior en su mayor densidad (aumenta la presión por el peso soportado, lo que provoca que los minerales de la peridotita se compacten aumentando la densidad) y en el aumento más rápido de la temperatura con la profundidad.
• El Núcleo Externo: Compuesto principalmente por hierro y níquel (80% y más del 10% respectivamente), siendo el resto de elementos más ligeros como el oxígeno y el azufre. Las elevadas temperaturas hacen que su estado sea líquido.
• El Núcleo Interno: Pese a las también elevadas temperaturas, el estado del núcleo interno es sólido, principalmente porque la presión es tan alta que mantiene el hierro y el níquel en ese estado, presentando por ello una mayor densidad que el externo (además, presenta menos cantidad de los elementos ligeros anteriores).

Los Movimientos Horizontales de la Litosfera (Teoría de la Deriva Continental)

La Teoría de la Deriva Continental

Fue propuesta por Alfred Wegener en 1915. Esta teoría planteaba que hace unos 300 millones de años todos los continentes habían formado una única masa continental o supercontinente, al que denominó Pangea, que posteriormente se había fragmentado y dispersado. Para ello, los continentes debían poder desplazarse sobre la superficie terrestre.

Para apoyar esta teoría aportó 4 tipos de pruebas:

• Prueba geográfica: Los bordes de los continentes encajaban entre sí como un puzzle.
• Pruebas geológicas: La edad de las rocas graníticas coincide entre las piezas de puzzle anteriores y ciertas cadenas montañosas se alinean al juntarlas.
• Pruebas paleoclimáticas: Encontraba huellas glaciares en zonas cálidas, lo que evidenciaba que estuvieron en latitudes más altas en el pasado.
• Pruebas paleontológicas: Se encontraban los mismos tipos de fósiles de animales y plantas en continentes separados.

La Tectónica de Placas

La tectónica de placas es una de las teorías fundamentales de la geología, desarrollada en los años 70 y 80, que explica el movimiento de las placas que forman la corteza terrestre y cómo estos movimientos dan lugar a fenómenos geológicos que se producen en la tierra como terremotos, volcanes…, revolucionando nuestra comprensión sobre la dinámica interna de la tierra.

Las Placas Tectónicas

Son fragmentos de la litosfera terrestre (corteza continental u oceánica + manto litosférico/superior).

Existen 7 grandes placas (ocupan un 94% de la superficie de la tierra), 6 de ellas están compuestas por litosfera oceánica y continental (norteamericana, sudamericana, euroasiática…) solo la pacífica está formada únicamente por litosfera oceánica. Media docena de placas son de tamaño medio y el resto son placas menores (unas 20 en total).

Las placas tectónicas no están fijas: se mueven lentamente sobre la ASTENOSFERA (capa del manto superior parcialmente fundida (viscosa) que permite el deslizamiento de las placas).

Para explicar la fuerza que mueve estas placas tenemos la teoría de la convección del manto, ampliamente aceptada, la cual dice que son los movimientos convectivos del manto (movimiento de materiales calientes que ascienden desde el interior de la Tierra hacia la superficie, mientras que los materiales más fríos y densos descienden; creando corrientes) los causantes de impulsar el movimiento de las placas.

Al moverse, las placas tectónicas pueden interactuar entre sí, presentándose su mayor interacción entre los bordes de las placas. Estas interacciones o contactos entre los bordes de las placas pueden ser:

Tipos de Interacciones entre Placas

• Divergentes o constructivas: Cuando las placas se mueven una en sentido contrario de la otra, es decir, las placas tectónicas se separan. Este tipo de interacción ocurre principalmente en los fondos oceánicos y en algunas áreas continentales.
  • En los fondos oceánicos ocurre concretamente en las dorsales oceánicas. En ellas las placas oceánicas se separan y sube el magma del manto oceánico (vulcanismo) y se solidifica generando nueva corteza oceánica (expansión de los fondos oceánicos).
  • También podrían separarse dos placas continentales (separación de los continentes/Pangea, creación de nuevos mares u océanos).
• Convergentes o destructivas: Van a depender del tipo de placas involucradas:
  • Interacción entre dos litosferas oceánicas: Para mantener un equilibrio en la litosfera oceánica, si hay continua construcción de nueva litosfera oceánica en las dorsales, debe haber también continua destrucción. Esto ocurre en las zonas de subducción, donde la litosfera oceánica con mayor densidad (la más antigua, la más lejana o la más fría) subduce bajo el manto de la de menor densidad. En el descenso, debido al aumento de temperatura en el manto y al aporte de agua de la placa subducente (disminuye la temperatura de fusión), los materiales se funden generando magmas que suben a la superficie formando volcanes submarinos, que finalmente pueden formar un arco de islas (volcanes que se crean en línea a lo largo de la falla de subducción y que sobresalen del nivel del mar generándote islas volcánicas). En la subducción, el rozamiento entre las placas produce sismicidad y también fosas submarinas profundas, como la de Las Marianas.
  • Interacción entre una placa oceánica y otra continental: También ocurre que la placa oceánica subduce, pero en este caso bajo una placa continental, tal como ya hemos nombrado, es menos densa que la oceánica. También, por los mismos factores que la anterior interacción, se produce magma en el manto que asciende formándonos volcanes en la superficie, en este caso, a lo largo del borde de un continente creándonos los arcos volcánicos continentales (orógenos de tipo andino), como por ejemplo, los Andes. En este caso también se genera sismicidad y la formación de fosas oceánicas (menos profundas).
  • Interacción entre dos placas continentales: Ocurre cuando la litosfera oceánica que hay entre dos continentes subduce por completo y se encuentran dos litosferas continentales. Como ya hemos dicho, las placas continentales no tienen suficiente densidad para subducir, por lo tanto, cuando se encuentran lo que hacen es colisionar, empujándose hacia arriba y deformándose sus materiales (plegándose) dando lugar a cadenas montañosas de gran altitud como los Alpes (orógenos de colisión). Este tipo de interacción no genera vulcanismo pero sí sismicidad (terremotos).
• De cizalla o pasivas: Las placas tectónicas (cualquier tipo) se desplazan lateralmente en direcciones opuestas, sin que se separen ni colisionen. A diferencia de los anteriores, los bordes de cizalla no están asociados con vulcanismo ni con la formación de montañas, pero sí que son áreas propensas a la actividad sísmica (terremotos) en la que se forman fallas denominadas transformantes (fractura de la corteza terrestre por acumulación y liberación de tensiones debido al movimiento), por ejemplo, la falla de San Andrés en California.

Ecosistemas

Un ecosistema es un conjunto de organismos o seres vivos que interactúan entre sí y con su entorno físico en un área determinada. Tiene dos componentes principales:

• Abiótico/Biotopo: Lugar físico que ocupan los seres vivos o biocenosis y con el que esta interactúa. Se caracteriza por unos factores ambientales concretos.
• Biótico/Biocenosis: Conjunto de poblaciones de seres vivos que comparten un área geográfica (biotopo). Las poblaciones interactúan dentro de las mismas, intercambiando materia y energía. Un ecosistema no es estático, sino que va evolucionando a lo largo del tiempo hasta alcanzar el clímax (estado de madurez y estabilidad dinámica, que puede verse alterado por intervenciones humanas o catástrofes medioambientales). El conjunto de todos los ecosistemas forma la ecosfera. Cada especie desarrolla su actividad vital dentro de un ecosistema ocupando un hábitat y un nicho ecológico determinado.

Hábitat y Nicho Ecológico

• Hábitat: Territorio o espacio geográfico dentro de un ecosistema que reúne las condiciones físicas y biológicas necesarias para la supervivencia y la reproducción de una especie (área extensa/pequeña). Puede compartirse entre otras especies.
• Nicho Ecológico: Función que una especie desempeña dentro de un ecosistema, cómo interactúa con su entorno y con otras especies, influyendo cómo se adapta a su ambiente, cómo obtiene y utiliza los recursos disponibles y cómo influye en otros organismos del ecosistema (recursos que necesita la especie, interacciones con otros y comportamiento dentro del ecosistema). Dos especies no pueden compartir el mismo nicho. Según la flexibilidad del nicho:
  • Especies generalistas: Poco exigentes, gran adaptabilidad.
  • Especies especialistas: Nicho restringido, requerimientos específicos de hábitat, dieta, condiciones ambientales.

Tipos de Ecosistemas

• Ecosistemas terrestres: Los que se desarrollan sobre la superficie terrestre, con diferentes climas y suelos y atmósfera donde se asientan diferentes plantas y con el resto de la comunidad/biocenosis.
• Ecosistemas acuáticos: Todo tipo de agua:
  • Ecosistemas de agua dulce: (En los que el agua fluye).
  • Ecosistemas de agua salada: Con movimiento y mucha sal.
  • Ecosistemas de agua sin/con desplazamiento: Lénticos.

Factores Abióticos en Ecosistemas Acuáticos

• Temperatura: Variable que en terrestres depende de la distancia a la costa y profundidad.
• Luz: Condiciona la presencia de organismos fotosintéticos, disminuye con la profundidad.
  • Capa fótica: Con luz.
  • Capa afótica: Sin luz.
• Presión hidrostática: A mayor profundidad, mayor presión, condicionando la forma de los seres vivos.
• Densidad y viscosidad: Facilita la flotabilidad de organismos y dificulta el desplazamiento.
• Cantidad de O2: Disuelto en agua, la cantidad depende de factores fisicoquímicos.
• Salinidad: Cantidad de sales disueltas en agua.
• Nutrientes:
  • Aguas ricas en nutrientes: Oligotróficas.
  • Aguas pobres en nutrientes: Eutróficas.

Organismos en Ecosistemas Acuáticos

• Plancton: Suspendidos en masas de agua y se mueven con corrientes marinas.
  • Fitoplancton: Algas/cianobacterias.
  • Zooplancton: Protozoos, pequeños animales/larvas.
• Bentos: Viven en el fondo, fijos al sustrato o desplazándose sobre él.

Adaptaciones en los Ecosistemas

Son filtros de selección natural que favorecen a individuos que presentan mejor adaptación para las condiciones o biotopo del ecosistema. Es una característica o conjunto de características que confieren a los individuos que las presentan una ventaja en un ecosistema determinado, aumentando las posibilidades de supervivencia y reproducción:

• Anatómicas.
• Fisiológicas (función interna).
• Conductuales.

Ejemplos de Adaptaciones

• Plantas halófitas: Adaptaciones fisiológicas a la salinidad, membranas celulares en raíces que son selectivas o glándulas salinas que excretan el exceso fuera.
• Plantas de hoja caduca: Adaptación fisiológica ante condiciones invernales, pierden hojas para reducir la pérdida de agua por transpiración y de energía durante el invierno.
• Plantas suculentas/cactus: Adaptaciones anatómicas contra la sequía: acumulación de agua en tallos (cactus) u hojas (suculentas). Los cactus pierden hojas, cambiando a espinas para no perder agua por transpiración. Sistema radicular para absorber la poca agua. Epidermis de ambas recubierta por cutícula gruesa y cerosa para no evaporar agua.
• Plantas epifitas: Adaptaciones anatómicas ante la falta de luz, la raíz puede vivir sin suelo, en ramas altas captan más luz (no parásitas).
• Animales: Adaptaciones anatómicas (corpóreas), fisiológicas (cambios internos) y conductuales.

Redes Tróficas

Según la forma en la que se alimentan los seres vivos de un ecosistema, se distinguen los siguientes grupos:

• Productores: Organismos autótrofos, principalmente fotosintéticos, que fabrican su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica. Son la base del resto de niveles: Plantas, algas y algunas bacterias.
• Consumidores: Organismos heterótrofos que se alimentan de materia orgánica contenida en otros seres vivos, según sea la materia orgánica:
  • Primarios: Se alimentan de productores (herbívoros).
  • Secundarios: Carnívoros que se alimentan de herbívoros.
  • Terciarios: Carnívoros que se alimentan de todos los anteriores.
  • Puede haber un cuarto nivel al que pertenecerían los superdepredadores que consumirían a los anteriores.
• Descomponedores: Organismos heterótrofos que se alimentan de los restos orgánicos de los niveles anteriores. Transforman la materia orgánica en inorgánica liberando nuevamente al medio los nutrientes necesarios para los productores (hongos y algunas bacterias).
• Antes de los descomponedores pueden ir los detritívoros que ayudan a la fragmentación de la materia orgánica restante de los niveles anteriores, lo cual facilita el trabajo a los descomponedores (lombrices de tierra, escarabajos carroñeros).

Ciclos Biogeoquímicos

El alimento transporta energía y materia entre los niveles tróficos. La energía se va disipando conforme pasas de nivel, los productores la fijan y los consumidores consumen la comestible y digerible para realizar sus funciones vitales. Sin embargo, la materia no se va perdiendo sino transformando cíclicamente. La materia inorgánica (minerales del suelo) es transformada a orgánica por organismos. Después, esa materia orgánica va pasando de nivel trófico en nivel trófico. Los desechos orgánicos que van dejando los diferentes niveles son transformados por los descomponedores en compuestos inorgánicos, cerrándose el ciclo.

Ciclo Biogeoquímico del Carbono

Los productores captan el carbono en su forma inorgánica (CO2) de la atmósfera o del agua y lo transforman mediante la fotosíntesis en compuestos orgánicos que incorporan en sus estructuras. El carbono orgánico pasa a las cadenas tróficas por la alimentación. Tanto productores, consumidores como descomponedores liberan CO2 tras el metabolismo celular a la atmósfera o a la hidrosfera.

El dióxido de carbono puede estar acumulado en rocas sedimentarias (calcáreas que se han formado por la acumulación en los fondos marinos de los restos carbonatados de ciertos animales).

Proceso: El CO2 se difunde de la atmósfera al mar o el océano, se transforma con el agua en ácido carbónico y de este a iones carbonatos que son incorporados por ciertos animales para formar sus esqueletos y/o conchas. Cuando estos mueren caen al fondo marino donde se mezclan con sedimentos acumulados y gracias a la presión y a la temperatura que va aumentando conforme aumentan las capas de sedimentos por encima, se compactan y cementan formando rocas calcáreas. Estas pueden ser erosionadas/disueltas por ácidos y seguir el proceso contrario liberando CO2 a la atmósfera.

El carbono orgánico puede quedar retenido en el suelo en forma de carbón o petróleo. Este carbono se libera nuevamente a la atmósfera en forma de CO2 cuando se quema o combustiona. Las erupciones volcánicas pueden emitir CO2 a la atmósfera. Las plantas fijan CO2 de la atmósfera y lo pasan a la biosfera, si se queman en incendios forestales, ese CO2 sale de nuevo a la atmósfera y, además, nos quedamos con menos fijadores que sigan extrayendo el dióxido de la atmósfera. Lo mismo ocurre con los mares y océanos, los cuales son grandes fijadores del gas de efecto invernadero, sin embargo, con el aumento de las temperaturas de sus aguas esa fijación se ve cada vez más desfavorecida ya que este gas baja su solubilidad con el calor.

Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

Los productores pueden absorber el nitrógeno en dos formas principales: la principal es en forma de nitrato NO3- y también en forma de amonio NH4+.

1. El primer paso es que el nitrógeno atmosférico pase al suelo o al agua. Esto lo pueden realizar bacterias fijadoras de vida libre o bacterias que están en raíces de las plantas de forma simbiótica.
2. Por otro lado, los descomponedores del suelo o del agua pueden liberar nitrógeno que forma parte de la materia orgánica de restos vegetales o animales. A este proceso se le llama amonificación (captar el nitrógeno de la materia orgánica, descomponedores).
3. Tanto las bacterias anteriores como los descomponedores liberan nitrógeno al suelo o al agua en forma de amoniaco.
4. El amoniaco que proviene de la descomposición de la materia orgánica o de la fijación del nitrógeno se disuelve en agua y se convierte en amonio, este puede ser asimilado ya por los productores o puede ser nitrificado (pueden intervenir bacterias nitrificantes que transforman ese amonio en nitratos. Ya tenemos un elemento o nutriente esencial para los productores que podrá ser asimilado e incorporado en su estructura orgánica. Este nitrógeno viajará por los diferentes niveles tróficos del ecosistema a través de la alimentación (consumidores).
5. Puede ocurrir que en medios pobres en oxígeno ciertas bacterias (desnitrificantes) utilicen el oxígeno de los nitratos para su metabolismo (respiración anaerobia) reduciéndola hasta su forma gaseosa (N2) siendo liberado otra vez a la atmósfera.
6. Finalmente, las excreciones de los animales, sus cuerpos o partes muertas serán transformados por los descomponedores tal y como se ha explicado anteriormente, cerrando el ciclo.