Energía solar y eólica: una mirada a la atmósfera y sus fenómenos

Energías Renovables

Energía Solar

21. Formas de aprovechar la energía solar:

• Sistemas de captación térmica: Usan la energía calorífica del Sol para calentar.
• Sistemas fotovoltaicos: Transforman la energía luminosa del Sol directamente en electricidad.

22. Ventajas e inconvenientes de la energía solar:

Ventajas:

• Renovabilidad
• Escaso impacto ambiental
• Bajo coste energético

Inconvenientes:

• Depende de la meteorología
• Irregular distribución
• Necesidad de grandes terrenos para sus instalaciones

Energía Eólica

23. ¿Qué es y de qué tipo es la energía eólica?

Es la energía cinética del viento. Es energía renovable.

24. ¿Cómo se aprovecha la energía eólica?

A través de perfiles aerogeneradores. Se encuentran formando parques eólicos.

25. Ventajas e inconvenientes de la energía eólica:

Ventajas:

• Renovable
• Limpia
• No demasiado costosa

Inconvenientes:

• Impacto ambiental visual y para los seres vivos
• Conlleva riesgo para las aves
• No generan la suficiente energía porque son intermitentes

La Atmósfera y sus Fenómenos

Dinámica Atmosférica

26. Define gradiente vertical de temperatura 0,65/100.

Se debe al descenso de la temperatura que experimenta el aire con la altitud. Esta cifra varía en función del lugar y de la época del año. El valor de este gradiente es de unos 0,65ºC cada 100 metros.

27. ¿Cómo se forma una borrasca?

La situación de inestabilidad atmosférica se da cuando la masa de aire que asciende se enfría más lentamente que la circundante, asciende con facilidad y origina un centro de bajas presiones en la superficie. Hacia él llega el viento de todas las direcciones. La masa asciende, al enfriarse, se acerca a su punto de rocío y aparecen nubes y precipitaciones. Las situaciones de inestabilidad generan bajas presiones o borrascas, se representan con una B.

28. ¿Cómo se forma un anticiclón?

Si una masa de aire es forzada a ascender dentro de otra, se enfría y alcanzará pronto una temperatura menor y se volverá más densa que el aire que tiene a su alrededor. Descenderá en un proceso denominado subsidencia y provocará una zona de mayor presión con vientos en sentido divergente. Las condiciones de inestabilidad generan anticiclones y se representan con una A.

29. ¿Qué es la inversión térmica?

Es la situación en la que el aire de las capas altas de la atmósfera es más caliente que el que se sitúa abajo. Son habituales en invierno y causan nieblas matinales. Dificulta la dispersión de los contaminantes creando alertas por contaminación en las grandes ciudades.

30. Diferencia los tipos de anticiclones:

• Anticiclones térmicos: Dan lugar a temperaturas bajas, se originan por un fuerte enfriamiento de las capas bajas de la atmósfera en contacto con el suelo frío y se dan en invierno.
• Anticiclones dinámicos: Dan lugar a temperaturas altas, se originan de la compresión del aire que producen los movimientos de subsidencia. Se da en zonas subtropicales.

31. Diferencia los tipos de borrascas:

• Borrascas térmicas: Se dan en lugares de baja latitud y están provocadas por movimientos de convección ascendentes de masas de aire cálido. Se deben a un sobrecalentamiento debido a la fuerte radiación solar. Se da en la zona ecuatorial.
• Borrascas dinámicas: Se dan en lugares de latitud medias y altas, el aire es forzado a ascender, debido a los frentes fríos.

32. ¿Qué es un frente?

Es la zona de contacto entre masas de distinta temperatura y humedad relativa.

33. Tipos de frentes:

• Frente cálido: Se origina cuando una masa de aire caliente alcanza otra masa más fría. Se forman nubes del tipo nimbostrato y las precipitaciones son débiles.
• Frente frío: Ocurre cuando una masa de aire frío alcanza y hace ascender a otra masa más cálida. Dan lugar a lluvias más intensas que las del frente cálido.
• Frente ocluido: Se producen cuando un frente frío se pone en contacto con otro cálido, le obliga a ascender y pueden llegar a alcanzar al frente frío que iba delante de este.

Problemática Atmosférica

34. ¿Qué es la capa de ozono?

Es la capa de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Se extiende desde los 15km a los 40km de altitud y se encarga de absorber entre el 97 y el 99% de las radiaciones ultravioleta, perjudiciales para los seres vivos. Formación del ozono: las radiaciones ultravioletas rompen el oxígeno atmosférico (O₂) dando lugar a átomos de oxígeno, los cuales se unen formando moléculas de ozono (O₃).

35. Problemas de la capa de ozono:

De manera natural, las moléculas de ozono se destruyen y se crean (ciclo), pero la actividad del ser humano hace que esa destrucción sea mucho más acelerada que su creación natural, por lo que disminuye mucho más rápido la cantidad de moléculas de ozono de las que da tiempo a crearse. Acciones naturales que hacen disminuir la capa de ozono son por ejemplo el cloro y el flúor que salen de los océanos. También gases que salen de los incendios forestales y las erupciones volcánicas. Acciones del hombre son por ejemplo gases como el uso de los clorofluorocarbonos utilizados en refrigerantes, congeladores, aires acondicionados…

36. Efectos de la desaparición de la capa de ozono:

En los seres humanos, es capaz de alterar la molécula de ácido desoxirribonucleico y causar cambios en el cuerpo, perjudicar al sistema inmune, a la vista (cataratas, infecciones del ojo), a la piel (enfermedades como el cáncer).

37. ¿Qué es el efecto invernadero?

Se aplica el término efecto invernadero al papel que desempeña la atmósfera en el calentamiento de la superficie terrestre. La atmósfera es transparente a la luz visible e infrarroja de onda corta que nos llega del Sol. La mayor parte es absorbida y posteriormente se vuelve a emitir en forma de radiación infrarroja de onda larga. Esta energía, al ser captada por algunos gases de la atmósfera, se transforma en calor que impide que la Tierra se enfríe. El vapor de agua y CO₂ realizan esta acción de manera natural. El efecto invernadero natural es importante, pues sin él la temperatura media superficial terrestre sería de -18ºC frente a los actuales +15ºC que permite la vida en la Tierra.

38. Gases:

Los principales gases del efecto invernadero son el vapor de agua, CO₂, NH₄, N₂O, y otros. El CO₂ es el que produce más efecto invernadero por culpa del hombre.

39. Causas y consecuencias:

El aumento del efecto invernadero es debido a la acción del ser humano. Las causas del efecto invernadero son:

• El aumento de la población
• La quema de combustibles fósiles (medios de transporte, centrales térmicas…)
• Deforestación y destrucción de ecosistemas marinos
• Incendios
• Aumento del ganado

Las consecuencias del efecto invernadero son:

• Deshielo de los polos lo que provocaría tormentas e inundaciones
• Desertificación de zonas fértiles
• Cambio climático

Composición y Estructura de la Atmósfera

1. ¿Qué es la atmósfera?

La atmósfera es un subsistema de la Tierra, además de ser la capa más externa y menos densa de la Tierra. Su naturaleza es gaseosa y está unida al resto del planeta por la fuerza de la gravedad.

2. Evolución de la atmósfera:

Desde entonces, hasta la actualidad podemos diferenciar 4 etapas:

• Atmósfera primaria: Sus componentes son el hidrógeno y el helio. El viento solar barrió esta atmósfera.
• Atmósfera secundaria: Surge por la actividad volcánica. Era una atmósfera reductora y contiene CO₂.
• Atmósfera terciaria: Surge debido a la acumulación de O₂, como resultado de un proceso fotosintético que iniciaron las cianobacterias.
• Atmósfera cuaternaria: La atmósfera actual surge por la actividad humana.

3. Principales gases de la atmósfera:

• Nitrógeno: 75,5%
• Oxígeno: 23,1%
• Argón: 1,28%
• Otros como: CO₂, OZONO, CH₄ (el resto del %)

4. Origen de los gases de la atmósfera:

• N₂: Actividad de bacterias desnitrificantes
• O₂: Fotosíntesis
• Ar: Actividad volcánica
• CO₂: Actividad volcánica, respiración y fermentaciones de los seres vivos

5. Diferencia heterosfera y homosfera:

• Homosfera: Es la capa inferior de la atmósfera y comprende los primeros 80km. Su componente de gases es homogéneo.
• Heterosfera: Esta capa se extiende desde los 80km o 90km hasta el límite exterior de la atmósfera. Su composición de gases es heterogénea.

7. ¿Qué es la troposfera?

Es la capa más cercana a la superficie terrestre. Su espesor varía de los 9km a los 18km. Contiene la mayor parte de la masa de la atmósfera. En la troposfera se desarrollan casi todos los fenómenos meteorológicos. Su límite superior se denomina tropopausa.

8. ¿Qué es la estratosfera?

Esta capa se extiende desde la tropopausa hasta los 50km, donde se encuentra su límite la estratopausa. A los 30 km se encuentra la capa de ozono.

9. ¿Qué es la mesosfera?

Capa que comprende desde la estratopausa hasta los 80km, dónde se localiza su límite, la mesopausa. La temperatura es muy baja.

10. ¿Qué es la termosfera?

Capa que se localiza a partir de los 80km y se extiende hasta los 600km donde se encuentra su límite la termopausa. La temperatura es muy alta. Se denomina ionosfera, ya que los rayos del sol ionizan las moléculas de esta capa, produciéndose las auroras boreales.

Presión Atmosférica

11. ¿Qué es la presión atmosférica?

Fuerza que ejerce la masa de aire sobre la superficie terrestre y sobre los cuerpos que se encuentran en ella. Se expresa en newton (N) o pascal (Pa).

12. Factores que afectan a la presión atmosférica:

• Altitud: El valor de la presión disminuye con la altitud.
• Latitud: El valor de la presión es menor en el ecuador que en los polos, pues la atmósfera es más delgada.
• Temperatura: A mayor temperatura, menos presión.

13. ¿Cómo protege la atmósfera a los seres vivos?

• Impide la caída de meteoritos.
• Frena las partículas del viento solar.
• Absorbe la radiación ionizante, como los rayos X y gamma, dando lugar a la ionosfera.
• Absorbe la radiación ultravioleta en la estratosfera en forma de moléculas de ozono.

Radiación Solar

14. La radiación solar:

Es el conjunto de radiaciones que provienen del Sol. El espectro solar se puede dividir en tres segmentos:

• Rayos X, rayos gamma, rayos ultravioletas: 9%
• Radiación visible: 42%
• Rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio: 49%

15. ¿Qué radiaciones solares son filtradas por la atmósfera?

En las capas externas se absorbe la radiación más energética: los rayos gamma, los rayos X y una parte de los rayos ultravioletas. En la estratosfera, el ozono absorbe la radiación ultravioleta.

16. ¿Qué es el albedo?

La energía reflejada por la superficie. Hay superficies que reflejan más que otras, como la nieve.

17. ¿Qué es la constante solar?

Energía que llega desde el Sol hasta el límite superior de la atmósfera, tiene un valor de 2cal/cm².

18. ¿Qué papel juega la magnetosfera en la vida de la Tierra?

La magnetosfera se genera por el movimiento del núcleo externo de la Tierra, formado por materiales que son buenos conductores de la electricidad. Este campo desvía las partículas cargadas del viento solar, impidiendo que lleguen a la superficie.

19. Esquema de la distribución de la energía solar que llega a la Tierra:

• Un 28% es reflejada por las nubes, la superficie terrestre y la atmósfera.
• Un 3% es absorbida por la capa de ozono.
• Un 17% de la energía es absorbida por el vapor de agua y las partículas del aire y un 5% por las nubes.
• El 47% es absorbida en la superficie terrestre.

20. Diferencia energía renovable de no renovable:

• Las energías renovables son aquellos recursos que no se agotan y no contaminan (e.g., olas).
• Las energías no renovables son aquellas que son limitadas y contaminan (e.g., petróleo).