Apuntes · Geología y Ciencias AmbientalesES · Selectividad

La atmósfera y la hidrosfera

Las capas fluidas de la Tierra —la atmósfera y la hidrosfera— forman el motor del clima: redistribuyen la energía que llega del Sol y el agua del planeta, amortiguan los contrastes térmicos y hacen habitable la superficie terrestre. Este apunte (Bloque F del currículo de Geología y Ciencias Ambientales, RD 243/2022) estudia su estructura, su composición, su dinámica (balance de radiación, efecto invernadero natural y circulación general) y su papel regulador del clima. Es un tema plenamente evaluable en la Selectividad / PAU, donde se pide interpretar perfiles verticales, climogramas y mapas, y explicar fenómenos atmosféricos e hidrológicos resolviendo pequeños problemas.

4seccionesca. 20min de lectura2competenciasNivelBásico 1 · Estándar 2 · Profundización 1Revisado · 06/2026

T·0888 / 11

Perfil de examen

CE1 · Interpretar y transmitir con precisión información y datos para analizar conceptos, procesos o resultados (criterio 1.1: leer perfiles de la atmósfera, climogramas y mapas del tiempo y de corrientes).CE4 · Plantear y resolver problemas, eligiendo las estrategias adecuadas, para explicar fenómenos atmosféricos e hidrológicos (criterio 4.1: aplicar el gradiente térmico vertical, el balance de radiación o el ciclo del agua a un caso concreto).

Operadores:interpretaexplicacalculajustificaanalizarelacionarazonacomenta

nivel básico

Domina la estructura vertical de la atmósfera por su perfil de temperatura, el efecto invernadero natural y el ciclo del agua: es el núcleo exigible y reaparece en muchas cuestiones de la PAU.

nivel avanzado

Como materia de modalidad, profundiza en el balance cuantitativo de radiación (temperatura de equilibrio, albedo), en la circulación general en tres células y en la dinámica oceánica (termoclina, cinta transportadora) como reguladores del clima.

Profundidad

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Inhalt · 4 secciones

La atmósfera y la hidrosfera

Estructura y composición de la atmósfera#

BasisBOE-A-2022-5521 · geologia-y-ciencias-ambientales · Bloque F — estructura vertical y composición de la atmósfera

La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra, retenida por la gravedad; concentra la mitad de su masa en los 5,5 km inferiores y el 99 % por debajo de los 32 km, de modo que se enrarece progresivamente con la altura sin un límite neto. Aunque parezca una mezcla homogénea, está organizada en capas que se distinguen por cómo cambia la temperatura al ascender: este perfil térmico, y no la presión ni la densidad, es el criterio que define la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera, separadas por superficies de inversión llamadas pausas (tropopausa, estratopausa y mesopausa).

En cuanto a su composición, el aire seco mantiene una proporción casi constante de gases mayoritarios hasta unos 80-100 km (la homosfera): nitrógeno (N₂) en torno al 78,08 %, oxígeno (O₂) cerca del 20,95 % y argón (Ar) alrededor del 0,93 %. El resto lo forman gases minoritarios entre los que destacan, por su papel climático, el dióxido de carbono (CO₂), hoy alrededor de 420 ppm (≈ 0,042 %), el vapor de agua (muy variable, del 0 al 4 %, concentrado en la troposfera) y el ozono (O₃). A pesar de su pequeñísima proporción, el CO₂, el vapor de agua y el ozono gobiernan el clima y la protección frente a la radiación.

La troposfera (0 a ~11 km de media; ~8 km en los polos y ~16 km en el ecuador) es la capa donde vivimos y donde ocurren los fenómenos meteorológicos. En ella la temperatura desciende con la altura siguiendo el gradiente térmico vertical, de aproximadamente 6,5 °C por cada kilómetro: partiendo de unos 15 °C en superficie se llega a cerca de −56 °C en la tropopausa. Sobre ella, la estratosfera (~11 a ~50 km) invierte la tendencia y la temperatura aumenta con la altura porque alberga la ozonosfera o capa de ozono (concentrada hacia los 20-30 km), que absorbe la radiación ultravioleta solar y se calienta; esta inversión térmica estabiliza la capa y frena la mezcla vertical.

Por encima, la mesosfera (~50 a ~80 km) vuelve a enfriarse hasta el punto más frío de la atmósfera (cerca de −90 °C en la mesopausa) y en ella se desintegran la mayoría de los meteoroides. La termosfera (~80 a ~500 km) experimenta un fortísimo aumento de temperatura —pueden superarse los 1000 °C— porque sus escasas moléculas absorben la radiación solar de menor longitud de onda; en ella se sitúa la ionosfera, que refleja las ondas de radio y donde se producen las auroras. Más allá, la exosfera marca la transición gradual con el espacio. Cada capa, por tanto, cumple una función: la troposfera regula el tiempo, la estratosfera filtra el UV y las capas altas frenan partículas y radiación dañina.

T(h) = T_0 - \gamma \, h

Temperatura a una altura h en la troposfera

T_0 es la temperatura en superficie, h la altura en kilómetros y \gamma el gradiente térmico vertical medio, unos 6.5\ ^\circ\text{C/km}.

Ejemplo resuelto

Temperatura y capa a 9 km de altura

Un avión vuela a 9000 m de altitud sobre una zona donde la temperatura en superficie es de 18 °C. Suponiendo un gradiente térmico vertical de 6,5 °C/km, calcula la temperatura exterior y di en qué capa atmosférica vuela.

Datos
T_0 = 18 °C; h = 9000 m = 9 km; γ = 6,5 °C/km.
Aplicar el gradiente
Resta el descenso acumulado a la temperatura de superficie.
Calcular
6,5 × 9 = 58,5 °C de descenso; 18 − 58,5 = −40,5 °C.
Identificar la capa
A 9 km, por debajo de la tropopausa media (~11 km), aún estamos en la troposfera: por eso la temperatura sigue bajando con la altura.

Resultado: La temperatura exterior es de aproximadamente −40,5 °C y el avión vuela en la troposfera (por debajo de la tropopausa).

Errores frecuentes

Confundir la ozonosfera (estratosfera, protege de los UV) con el «agujero de ozono» o pensar que el ozono está en la troposfera; el ozono troposférico es, además, un contaminante.
Creer que en la termosfera «hace mucho calor» en sentido cotidiano: la temperatura cinética es altísima, pero la densidad es tan baja que no habría sensación de calor.
Suponer que la temperatura siempre baja al ascender; olvida las dos inversiones (estratosfera y termosfera), que son justamente las que definen las capas.

Repaso activo

A partir de una temperatura en superficie de 12 °C y un gradiente térmico vertical de 6,5 °C/km, calcula la temperatura del aire en la cima de un monte de 2400 m e indica en qué capa atmosférica te encuentras. Justifica brevemente por qué, sin embargo, en la cima de una montaña real la temperatura puede no coincidir exactamente con ese valor.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Dinámica atmosférica: balance de radiación, efecto invernadero y circulación general#

StandardBOE-A-2022-5521 · geologia-y-ciencias-ambientales · Bloque F — dinámica atmosférica, balance energético, efecto invernadero natural y circulación general

La atmósfera se mueve porque el Sol la calienta de forma desigual. El motor de toda su dinámica es el balance de radiación: la Tierra recibe energía solar de onda corta (visible) y, para mantener su temperatura estable, debe devolver al espacio una cantidad equivalente de energía de onda larga (infrarroja). De la radiación solar que llega, una parte se refleja directamente —ese porcentaje reflejado es el albedo, de media ≈ 0,30 para el conjunto del planeta gracias a las nubes, el hielo y los aerosoles—, otra parte la absorbe la atmósfera y el resto calienta la superficie. El equilibrio entre lo que entra y lo que sale fija la temperatura media del planeta (Fig. 1).

Balance de radiación y efecto invernadero natural

Si la Tierra no tuviera atmósfera, su temperatura de equilibrio sería de unos −18 °C (255 K), claramente insuficiente para la vida. La temperatura media real es de unos +15 °C (288 K). Esa diferencia de +33 °C es el efecto invernadero natural: los gases de efecto invernadero —vapor de agua, CO₂, metano (CH₄), N₂O y ozono— son transparentes a la radiación solar visible entrante pero absorben la radiación infrarroja que emite el suelo y la reemiten en todas direcciones, devolviendo parte hacia la superficie y elevando su temperatura. Es un proceso natural e imprescindible; conviene distinguirlo de su intensificación antrópica, que es contaminación y se estudia en otro tema.

El calentamiento desigual entre el ecuador (que recibe los rayos casi perpendiculares) y los polos (rayos rasantes) genera la circulación general atmosférica, que transporta calor desde las zonas cálidas hacia las frías. En cada hemisferio se organiza en tres células de convección (Fig. 2): la célula de Hadley, entre el ecuador y ~30° de latitud, con aire que asciende en la zona de convergencia intertropical (bajas presiones, fuertes lluvias) y desciende hacia los 30° (altas presiones subtropicales, donde se sitúan los grandes desiertos); la célula de Ferrel, entre ~30° y ~60° (latitudes medias, frentes y borrascas); y la célula polar, entre ~60° y el polo.

Circulación general atmosférica: las tres células por hemisferio

Sobre este esquema actúa la fuerza de Coriolis, debida a la rotación terrestre, que desvía los vientos a su derecha en el hemisferio norte y a su izquierda en el sur. Por eso los vientos no soplan en línea recta del trópico al ecuador, sino que se convierten en los alisios (del NE en el hemisferio norte), y en las latitudes medias dominan los vientos del oeste. La distribución resultante de presiones y vientos explica los grandes patrones climáticos: la franja ecuatorial lluviosa, los desiertos subtropicales hacia los 30° y el clima cambiante y húmedo de las latitudes medias, donde se encuentra la península ibérica.

A = \dfrac{\text{radiación reflejada}}{\text{radiación incidente}}

Albedo

Fracción de la radiación solar incidente que una superficie refleja, entre 0 y 1. La media planetaria es de unos 0.30.

T_e = \left[ \dfrac{S\,(1-A)}{4\,\sigma} \right]^{1/4}

Temperatura de equilibrio del planeta

S es la constante solar (\approx 1361\ \text{W/m}^2), A el albedo, \sigma la constante de Stefan-Boltzmann (5.67\times10^{-8}\ \text{W/m}^2\text{K}^4). Con A=0.30 da \approx 255\ \text{K} = -18\ ^\circ\text{C}.

\Delta T_{\text{invernadero}} = T_{\text{real}} - T_e \approx 288 - 255 = 33\ \text{K}

Magnitud del efecto invernadero natural

Diferencia entre la temperatura media real de la superficie (288 K) y la de equilibrio sin atmósfera (255 K).

Ejemplo resuelto

Temperatura de equilibrio de la Tierra y efecto invernadero

Calcula la temperatura de equilibrio de la Tierra suponiendo una constante solar S = 1361 W/m² y un albedo A = 0,30. Compárala con la temperatura media real de la superficie (≈ 15 °C) e interpreta la diferencia.

Plantear el balance
En equilibrio, la energía solar absorbida iguala a la emitida como infrarrojo; de ahí la fórmula de la temperatura de equilibrio.
Sustituir valores
S = 1361, A = 0,30, σ = 5,67×10⁻⁸ W/m²K⁴.
Operar
El numerador es 952,7 y dividido entre 4 da 238,2 W/m²; al dividir entre σ se obtiene 4,20×10⁹ K⁴.
Convertir e interpretar
255 K equivalen a −18 °C. La temperatura real es +15 °C, es decir 33 °C más alta: esa diferencia es el efecto invernadero natural producido por los gases atmosféricos.

Resultado: T_e ≈ 255 K = −18 °C. La temperatura real (+15 °C) es 33 °C mayor: esa diferencia es el efecto invernadero natural, imprescindible para la vida.

Errores frecuentes

Confundir el efecto invernadero natural con el cambio climático: el efecto invernadero es beneficioso e imprescindible; el problema es su intensificación por las emisiones humanas.
Decir que los gases de efecto invernadero «no dejan salir el calor» sin precisar que absorben el infrarrojo emitido por la superficie pero son transparentes a la luz solar entrante.
Situar mal las zonas climáticas: olvidar que en los 30° (rama descendente de Hadley, altas presiones) están los desiertos, no las lluvias; las lluvias están en el ecuador (rama ascendente).

Repaso activo

Una superficie cubierta de nieve fresca tiene un albedo cercano a 0,8, mientras que un bosque oscuro lo tiene cerca de 0,1. Razona qué le ocurre al balance de radiación local cuando un manto de nieve se derrite y deja al descubierto el suelo, y conecta este razonamiento con la retroalimentación del hielo en el clima terrestre.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

La hidrosfera: ciclo del agua y dinámica de los océanos#

StandardBOE-A-2022-5521 · geologia-y-ciencias-ambientales · Bloque F — hidrosfera: ciclo del agua y dinámica oceánica

La hidrosfera es el conjunto del agua del planeta en sus tres estados. Está muy desigualmente repartida: alrededor del 97,5 % es agua salada de océanos y mares, y solo el 2,5 % es agua dulce, de la cual la mayor parte está inmovilizada en glaciares y casquetes polares o en acuíferos subterráneos, de modo que el agua dulce superficial y accesible (ríos y lagos) es una fracción ínfima del total. Los océanos, que cubren el 71 % de la superficie terrestre, son la pieza dominante y el gran regulador térmico del planeta por su enorme capacidad calorífica.

El agua circula sin cesar entre sus reservorios mediante el ciclo del agua o ciclo hidrológico (Fig. 3), un ciclo cerrado impulsado por la energía solar y la gravedad. Sus procesos fundamentales son la evaporación (paso a vapor desde océanos, suelos y aguas continentales) y la transpiración de las plantas —juntas, la evapotranspiración—, la condensación del vapor en nubes, la precipitación (lluvia, nieve, granizo), la infiltración del agua en el terreno que recarga los acuíferos, y la escorrentía superficial que devuelve el agua a través de los ríos al mar. Sobre los océanos la evaporación supera a la precipitación, y sobre los continentes ocurre lo contrario; el desequilibrio se compensa con el flujo de los ríos hacia el mar.

El ciclo del agua: reservorios y procesos

Las aguas oceánicas no están quietas: presentan una estructura vertical y una dinámica propias. En vertical se distinguen una capa superficial cálida y bien mezclada, la termoclina (zona donde la temperatura cae rápidamente con la profundidad) y las aguas profundas frías y de temperatura casi constante. En horizontal, las corrientes superficiales son impulsadas por los vientos dominantes y desviadas por la fuerza de Coriolis, formando grandes giros oceánicos; entre ellas, corrientes cálidas como la del Golfo transportan calor desde los trópicos hacia latitudes altas y suavizan, por ejemplo, el clima de Europa occidental.

Además de las corrientes superficiales existe la circulación termohalina o «cinta transportadora oceánica», una circulación profunda y global movida por diferencias de densidad: el agua fría y salada (más densa) se hunde en el Atlántico Norte y en torno a la Antártida, viaja por el fondo y aflora en otras zonas, conectando todos los océanos en un lento recorrido de siglos. Esta cinta redistribuye calor, oxígeno y nutrientes a escala planetaria y es, junto a la atmósfera, uno de los principales reguladores del clima terrestre a largo plazo.

P = E + I + R

Balance hídrico simplificado de una cuenca

La precipitación (P) que recibe una zona se reparte entre evapotranspiración (E), infiltración (I) y escorrentía (R), expresión del ciclo del agua como sistema cerrado.

Ejemplo resuelto

Balance hídrico de una cuenca

En una cuenca se registra una precipitación anual de 800 mm. Se estima que la evapotranspiración consume el 60 % del agua y que la infiltración hacia el acuífero supone 120 mm. Calcula la escorrentía superficial e interpreta el resultado en el marco del ciclo del agua.

Datos
P = 800 mm; E = 60 % de P; I = 120 mm; se busca R (escorrentía).
Calcular la evapotranspiración
El 60 % de la precipitación se devuelve a la atmósfera.
Aplicar el balance
El agua que precipita se reparte entre evapotranspiración, infiltración y escorrentía.
Resultado y lectura
Quedan 200 mm que circulan por la superficie hacia los ríos.

Resultado: La escorrentía superficial es de 200 mm. El ciclo cierra: de los 800 mm precipitados, 480 vuelven a la atmósfera, 120 recargan el acuífero y 200 fluyen por los ríos hacia el mar.

Errores frecuentes

Pensar que hay «mucha» agua dulce disponible: aunque el agua sea abundante, la dulce superficial accesible es una fracción minúscula del total.
Olvidar la transpiración de las plantas dentro del ciclo (evapotranspiración) o confundir infiltración (entra en el terreno) con escorrentía (circula por la superficie).
Atribuir las corrientes solo al viento: las superficiales sí, pero la circulación termohalina profunda se debe a diferencias de densidad (temperatura y salinidad), no al viento.

Repaso activo

Dos ciudades costeras están a la misma latitud, pero una recibe una corriente oceánica cálida y la otra una corriente fría. Razona, a partir de la dinámica oceánica y de la capacidad calorífica del agua, cómo afectará cada corriente a las temperaturas y a las precipitaciones de su ciudad, y por qué el océano modera el clima costero frente al continental.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Influencia de las capas fluidas en el clima terrestre#

VertiefungBOE-A-2022-5521 · geologia-y-ciencias-ambientales · Bloque F — funciones e influencia de la atmósfera y la hidrosfera sobre el clima terrestre

El clima de un lugar es el resultado de la interacción permanente entre la atmósfera y la hidrosfera, que actúan como un sistema acoplado de transporte de energía y agua. La atmósfera distribuye el calor con rapidez (en días o semanas) a través de los vientos, mientras que los océanos lo almacenan y lo transportan con lentitud (meses, años o siglos) gracias a su gran inercia térmica. Conviene no confundir tiempo atmosférico (estado de la atmósfera en un momento y lugar concretos) con clima (conjunto de valores medios y su variabilidad a lo largo de décadas).

La función reguladora de los océanos descansa en la elevadísima capacidad calorífica del agua: el mar se calienta y se enfría mucho más despacio que la tierra, de modo que amortigua los extremos térmicos. Por eso las regiones costeras y de clima oceánico tienen una amplitud térmica anual pequeña (inviernos suaves y veranos frescos), mientras que en el interior de los continentes, lejos de esa influencia, el clima es continental, con veranos cálidos, inviernos fríos y gran amplitud térmica. Las corrientes marinas, como ya se vio, exportan o importan calor y modulan también las precipitaciones costeras.

Los factores que explican el clima de una zona se agrupan en factores astronómicos y geográficos —la latitud (que controla la inclinación de los rayos solares y el reparto de radiación), la altitud (a mayor altura, menor temperatura por el gradiente vertical), la distancia al mar o continentalidad, la orientación del relieve y la presencia de corrientes marinas— y los factores dinámicos —la circulación general atmosférica y oceánica, que reparten el calor y la humedad—. La combinación de todos ellos da lugar a los distintos tipos de clima y a sus paisajes y suelos asociados.

Toda esta información climática se representa de forma sintética en un climograma, gráfica que combina las temperaturas medias mensuales (línea) y las precipitaciones medias mensuales (barras) de una localidad a lo largo del año (Fig. 4). Saber leer un climograma —identificar el hemisferio por la posición del verano, estimar la amplitud térmica, detectar la estación seca y reconocer el tipo de clima (mediterráneo con sequía estival, oceánico húmedo todo el año, etc.)— es una destreza clave que enlaza directamente la dinámica de las capas fluidas con la experiencia climática concreta y es un contenido recurrente en la PAU.

Climograma tipo de clima mediterráneo

A_T = T_{\text{máx}} - T_{\text{mín}}

Amplitud térmica anual

Diferencia entre la temperatura media del mes más cálido y la del mes más frío; mide la oceanidad/continentalidad del clima.

Ejemplo resuelto

Lectura de un climograma mediterráneo

En un climograma, la temperatura máxima (julio) es de 26 °C y la mínima (enero) de 10 °C; las precipitaciones son escasas en verano, con dos máximos en primavera y otoño y un total anual de unos 500 mm. Calcula la amplitud térmica, indica el hemisferio y el tipo de clima, y explica el papel de las capas fluidas.

Calcular la amplitud térmica
Diferencia entre el mes más cálido y el más frío.
Determinar el hemisferio
El máximo de temperatura está en julio, así que el verano es boreal: hemisferio norte.
Identificar el clima
Temperaturas suaves, amplitud térmica moderada (16 °C), precipitaciones de unos 500 mm y, sobre todo, sequía estival: es un clima mediterráneo.
Papel de las capas fluidas
La sequía estival se debe al ascenso del anticiclón subtropical (rama descendente de la célula de Hadley) en verano; la proximidad del mar suaviza las temperaturas y reduce la amplitud térmica respecto al interior continental.

Resultado: Amplitud térmica de 16 °C; hemisferio norte; clima mediterráneo. Las altas presiones subtropicales explican la sequía de verano y el mar amortigua los contrastes térmicos.

Errores frecuentes

Usar «tiempo» y «clima» como sinónimos: el tiempo es el estado puntual; el clima es el promedio a largo plazo.
Al leer un climograma, olvidar mirar la posición del verano para saber el hemisferio, o confundir la estación seca (mediterráneo) con la falta de un máximo térmico.
Atribuir la suavidad del clima costero solo a la cercanía al mar sin mencionar la causa física: la gran capacidad calorífica del agua, que amortigua los cambios de temperatura.

Repaso activo

Te dan un climograma con temperaturas que alcanzan su máximo en julio y precipitaciones mínimas también en verano (con dos máximos en primavera y otoño). Indica razonadamente el hemisferio, calcula la amplitud térmica si la temperatura del mes más cálido es de 25 °C y la del más frío de 9 °C, identifica el tipo de clima y explica el papel de las capas fluidas en ese patrón.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 534/2024 — Prueba de Acceso a la Universidad (PAU) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob

Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos

La atmósfera y la hidrosfera

Puntos clave

Temperatura y capa a 9 km de altura

Puntos clave

Temperatura de equilibrio de la Tierra y efecto invernadero

Puntos clave

Balance hídrico de una cuenca

Puntos clave

Lectura de un climograma mediterráneo

Fuentes

La atmósfera y la hidrosfera

Puntos clave

Temperatura y capa a 9 km de altura

Puntos clave

Temperatura de equilibrio de la Tierra y efecto invernadero

Puntos clave

Balance hídrico de una cuenca

Puntos clave

Lectura de un climograma mediterráneo

Fuentes