Diferencia entre revisiones de «Atmósfera»
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Atmósfera|Wikisource]] |
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80% de N<sub>2</sub> el peso molecular es: |
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:<math>0,2 \cdot 32+ 0,8 \cdot 28=28,96 </math> |
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por lo que |
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:<math>\rho_0 = \frac {28,96}{22,4} \cdot \frac {g}{litro}= 1,293 \frac {g}{litro}=1,293 \cdot \frac {kg}{m^3}</math> |
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Para una presión de 0 °C y P atmósferas: |
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:<math>\rho=1,293 \cdot P \frac {g}{litro} </math> |
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*Si la presión se mantiene constante "la densidad es inversamente proporcional a la temperatura" |
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Es decir: |
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:<math>\rho=\rho_0 \cdot T_0 \frac {1}{T} </math> |
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ya que: |
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:<math>\frac {V}{T}=\frac {V_0}{T_0}=\frac {m}{\rho \cdot T}=\frac {m}{\rho_0 \cdot T_0}</math> |
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=== Ley de la densidad === |
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Combinando ambas llegamos a la [[ley de los gases perfectos]]: |
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:<math>P \cdot V=n \cdot R \cdot T=\frac{m}{M}\cdot R \cdot T</math> |
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así que: |
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:<math>\rho=\frac{P \cdot M}{R \cdot T}</math> |
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==== Cálculo de la densidad atmosférica en la superficie de los planetas ==== |
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Sabiendo que la constante R de los gases perfectos vale: |
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:<math>R=8,313 \cdot \frac {julios}{K \cdot kmol} </math> |
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y que 1 [[atmósfera (unidad)|atmósfera]] vale: |
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:<math> 1 atm\acute{o}sfera=1,013 \cdot 10^5 \cdot \frac {N}{m^2} </math> |
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resulta: |
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{| {{tablabonita}} |
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!{{highlight1}} | '''Planeta''' |
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!{{highlight1}} | '''Temp. (K)''' |
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!{{highlight1}} | '''Presión (atmf.)''' |
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!{{highlight1}} | '''Masa molecular M''' |
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!{{highlight1}} | '''Densidad (kg/m<sup>3)</sup>''' |
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|- align="right" |
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|[[Tierra]] |
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| 288 |
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| 1 |
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| 28,96 |
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|1,225 |
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|- align="right" |
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|[[Venus (planeta)|Venus]] |
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| 738 |
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| 92,8 |
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| 44 |
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|67,42 |
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|- align="right" |
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|[[Titán (luna)|Titán]] |
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| 95 |
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| 1,48 |
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| 28,6 |
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|5,43 |
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|- align="right" |
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|[[Marte (planeta)|Marte]] |
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| 215 |
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| 0,0079 |
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| 43,64 |
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|0,0195 |
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|} |
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=== Ley barométrica === |
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En una atmósfera isoterma la presión varía con la altura siguiendo la ley: |
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:<math>P=P_0 \cdot e^{\frac{-M \cdot g \cdot (h-h_0)}{R \cdot T}} </math> |
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donde M es la [[masa molecular]], g la [[gravedad|aceleración de la gravedad]], h-h<sub>0</sub> es la diferencia de alturas entre los niveles con presiones P y P<sub>0</sub> y T es la [[Temperatura absoluta]] media entre los dos niveles, y R la constante de los gases perfectos. El hecho de que la temperatura varíe si limita validez de la fórmula. Por el contrario la variación de la aceleración de la gravedad es tan suave que no afecta. |
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La demostración de la fórmula es sencilla: |
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La diferencia de presión entre dos capas separadas por un <math> \Delta h </math> es: |
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:<math>\Delta P=- \rho \cdot g \cdot \Delta h </math> |
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Pero por la '''ley de la densidad''' |
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:<math>\rho=\frac{P \cdot M}{R \cdot T}</math> |
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Así que: |
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:<math>\Delta P=- \frac{P \cdot M}{R \cdot T} \cdot g \cdot \Delta h </math> |
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que por integración se convierte en: |
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:<math>\int_{P_0}^{P} \frac {dP}{P}=\frac {-M \cdot g}{R \cdot T} \int_{h_0}^{h} dh \, </math> |
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es decir: |
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:<math> ln (P)-ln (P_0)=\frac {-M \cdot g \cdot (h-h_0)}{R \cdot T} \, </math> |
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por lo que: |
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:<math>P=P_0 \cdot e^{\frac{-M \cdot g \cdot (h-h_0)}{R \cdot T}} </math> |
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==== Incremento de altura ==== |
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El '''Incremento de altura''' es la altura a la que hay que elevarse en una '''atmósfera''' para que la [[presión atmosférica]] disminuya a la mitad. |
|||
Para calcularla basta con poner en la '''ley barométrica <math>P=P_0/2 \, </math> resulta: |
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:<math>\Delta h=\frac{R \cdot T}{M \cdot g} \cdot ln 2 \, </math> |
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==== Escala de altura ==== |
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La '''Escala de altura''' es la altura a la que hay que elevarse en una '''atmósfera''' para que la [[presión atmosférica]] disminuya en un factor e=2,718182. Es decir la disminución de presión es <math> 1-\frac {1}{e}=0,632= 63,2%</math> |
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Para calcularla basta con poner en la '''ley barométrica <math>P=P_0/e \, </math> resulta: |
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:<math>H=\frac{R \cdot T}{M \cdot g} \, </math> |
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En función de la escala de alturas H la presión puede expresarse: |
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:<math>P=P_0 \cdot e^{-\frac {(h-h_0)}{H}} \, </math> |
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y análogamente para la densidad: |
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:<math>\rho=\rho_0 \cdot e^{-\frac {(h-h_0)}{H}} \, </math> |
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Tambien se puede partir en 4 |
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==== Cálculo de la Escala de altura en diferentes atmósferas ==== |
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Basta con aplicar la fórmula anterior para obtener H en [[metro]]s. |
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{| {{tablabonita}} |
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!{{highlight1}} | '''Planeta''' |
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!{{highlight1}} | '''Temp. (K)''' |
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!{{highlight1}} | '''Ac. gravedad g (m/s²)''' |
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!{{highlight1}} | '''Masa molecular M''' |
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!{{highlight1}} | '''Escala altura H (km)</sup>''' |
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!{{highlight1}} | '''Incremento altura (km)</sup>''' |
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|- align="right" |
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|[[Tierra]] |
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| 288 |
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| 9,81 |
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| 28,96 |
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| 8,42 |
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| 5,8 |
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|- align="right" |
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|[[Venus (planeta)|Venus]] |
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| 738 |
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| 8,63 |
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| 44 |
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| 16,15 |
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| 11,2 |
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|- align="right" |
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|[[Titán (luna)|Titán]] |
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| 95 |
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| 1,37 |
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| 28,6 |
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| 20,15 |
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| 13,9 |
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|- align="right" |
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|[[Marte (planeta)|Marte]] |
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| 215 |
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| 3,73 |
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| 43,64 |
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| 10,98 |
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| 7,6 |
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|- align="right" |
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|[[Júpiter (planeta)|Júpiter]] |
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| (*)160 |
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| 26,20 |
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| (**)2 |
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| 25,37 |
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| 17,6 |
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|} |
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(*)Temperatura K cerca del límite de las nubes. |
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(**) Puede haber suficiente [[Helio]] para aumentar la masa molecular disminuyendo la escala de alturas. |
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=== Representación de la variación de la presión con la altura === |
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[[Archivo:Standardatmosphäre 1976 90km.png|thumb|400px|Variación de la temperatura y del logaritmo de la presión con la altura para la atmósfera de la Tierra]] |
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Si representamos el [[logaritmo]] de la presión o de la densidad en función de la altura obtendríamos una línea recta si la atmósfera fuese isoterma es decir si la escala de altura no variase con la altura. La escala de altura es pequeña si la temperatura es baja y ello significa que la presión y la densidad decrecen rápidamente. Si la tempreratura es alta la escala es grande y varían suavemente. Pero la escala de altura también depende de la masa molecular y masa moleculares altas hacen disminuir la escala de alturas al igual que planetas grandes con elevadas aceleraciones de la gravedad que también hacen disminuir la escala de alturas y la presión y la densidad decrecen rápidamente. |
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Así un planeta más grande que la Tierra, con idéntica composición atmosférica y temperatura, la densidad y presión cambian más rápidamente con la altura y se puede hablar de una '''atmósfera dura''' frente a un planeta menor en el que H sería mayor y la '''atmósfera blanda'''. |
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== La composición de la atmósfera == |
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El aire que forma la atmósfera es una mezcla de gases que además contiene partículas sólidas y líquidas en suspensión. Éstos son algunos (dicho anteriormente) sus componentes más destacados. |
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*[[Nitrógeno]]: constituye el 78% del volumen del aire. Está formado por moléculas que tienen dos átomos de nitrógeno, de manera que su fórmula es N2. Es un gas inerte, lo que conlleva a que no suele reaccionar con otras sustancias. |
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*[[Oxígeno]]: representa el 21% del volumen del aire. Está formado por moléculas de dos átomos de oxígeno y su fórmula es O2. Es un gas muy reactivo y la mayoría de los seres vivos lo necesita para respirar. |
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*[[Otros gases]]: del resto de los gases de la atmósfera, el más abundante es el argón(Ar), que contribuye el 0,9% del volumen del aire. Es un gas noble que no reacciona con ninguna sustancia. |
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*[[Dióxido de carbono]]: está constituido por moléculas de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, de modo que su fórmula es CO2. Representa el 0,03% del volumen del aire y participa en procesos muy importantes. Las plantas lo necesitan para realizar la fotosíntesis, y es el residuo de la respiración y de las reacciones de combustión. Este gas, muy por detrás del [[vapór de agua]], ayuda a retener el calor de los rayos solares y contribuye a mantener la temperatura atmosférica dentro de unos valores que permiten la vida. |
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*[[Ozono]]: es un gas minoritario que se encuentra en la estratosfera. Su fórmula es O3, pues sus moléculas tienen tres átomos de oxígeno. Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta, ya que absorbe la mayor parte de los rayos ultravioletas procedentes del Sol. |
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[[Archivo:Colores vespertinos atmosfera.jpg|thumb|Los distintos colores se debe a la dispersión de la luz producida por la atmósfera.]] |
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*[[Vapor de agua]]: se encuentra en cantidad muy variable y participa en la formación de nubes. Es el principal causante del benéfico [[efecto invernadero]] |
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*[[Partículas sólidas y líquidas]]: en el aire se encuentran muchas partículas sólidas en suspensión, como por ejemplo, en polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales tienen una distribución muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana. Entre los líquidos, la sustancia más importante es el agua en suspensión que se encuentra en las nubes |
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=== Condición actual de la atmósfera === |
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El humano ha alterado la composición química de la atmósfera al utilizar algunos inventos que arrojan a ésta millones de toneladas de gases. Se ha dicho que estos gases serían los que producen el denominado sobre-[[efecto invernadero]], que ocasiona el calentamiento de la atmósfera. Las temperaturas aumentaron durante el siglo pasado. La [[Agencia para la Protección Medioambiental]], de [[Estados Unidos]], informa que “los diez años más calurosos del [[siglo XX]] se produjeron en los últimos quince años de este”. Algunos científicos piensan que en el [[siglo XXI]], la [[temperatura mundial media]] puede aumentar entre 1,4 y 5,8 °C. Lamentablemente, no se investiga acerca de la deriva que ocasionan las [[Isla de calor|islas de calor urbanas]] sobre los termómetros de las estaciones meteorológicas cercanas a poblaciones. |
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== Véase también == |
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*[[Anexo:Parámetros de los planetas del Sistema Solar]] |
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*[[Atmósfera terrestre]] |
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*[[International Standard Atmosphere]] |
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*[[La atmósfera como canal de transmisión de luz]] |
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*[[Presión atmosférica]] |
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*[[Aire]] |
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* Consultar este término en [[s:es:Geografía/Atmósfera|Wikisource]] |
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== Enlaces de interés == |
== Enlaces de interés == |
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Revisión del 17:09 1 sep 2009
Atmósfera|Wikisource]]