Tema 8: Dinámica de las masas fluidas

DINÁMICA DE LAS MASAS
FLUIDAS
TEMA 8

CAPAS FLUIDAS
Atmósfera e Hidrosfera
 Ambas son muy importantes en el
funcionamiento de la máquina climática

ATMÓSFERA
Nitrógeno:
78,1 %
Oxígeno:
20,9 %
Argón:
0,93 %
Dióxido de carbono:
0,038 %
Otros gases:
0,032 %

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA
 Exosfera
 Ionosfera
 Mesosfera
 Estratosfera
 Troposfera

 Las auroras se forman por la interacción del viento solar (flujo de
partículas cargadas: e- y H+) con la magnetosfera y la ionosfera.
 El viento solar viaja a través del espacio a unos 400 km/s, y
llega a la Tierra en 4 o 5 días.
Auroras polares
 Estos partículas electrizadas son
captadas y canalizadas por las
líneas del campo magnético
terrestre hacia los círculos
polares. El campo magnético
actúa también como escudo
protector, desviando la mayoría
de las partículas cargadas.

 Estos e- y H+ ionizan los átomos de la ionosfera: iones de
oxígeno y nitrógeno, originados por los rayos ultravioleta
procedentes del Sol.
 Los átomos excitados, no pueden quedarse en este estado
y se desexcitan, emitiendo luz verde/amarilla los de
oxígeno, azul los de nitrógeno y roja los de He.
 El color del arco auroral depende de los átomos ionizados
y de la altitud (entre 80 y 1 000 km de altura)
Auroras polares

BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
 El balance energético de la Tierra permanece equilibrado:
Energía que entra - Energía que sale = 0
 A lo largo de la historia de la Tierra, las variaciones
importantes de dicho balance han supuesto cambios
climáticos, como por ejemplo las glaciaciones.

BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
 Esta ilustración explica el proceso que sigue la energía solar desde
que entra en la atmósfera hasta que la abandona.

ACTIVIDAD 3
 Sobre la atmosfera:
◦ Absorbida
◦ Reflejada
◦ Total
 Sobre la superficie terrestre:
◦ Absorbida
◦ Reflejada
◦ Total
25%
25%
50%
45%
5%
50%
 Balance total radiación incidente: 100%
a) Radiación de onda corta incidente

 Onda larga:
◦ Atmosfera
◦ Suelo
◦ Total
ACTIVIDAD 3
 Onda corta (Albedo planetario):
◦ Atmosfera
◦ Suelo
◦ Total
25%
5%
30%
66%
4%
70%
 Balance total radiación saliente:
 ¿Se encuentran en equilibrio las entradas y salidas?
100%
b) Radiación emitida por la Tierra al espacio

ACTIVIDAD 3
 Radiación recibida:
◦ Onda corta
◦ Onda larga
◦ Total
 Radiación emitida:
◦ Onda larga
◦ Total
45%
88%
133%
104%
104%
 Balance total (entradas - salidas):
133 - 104 = 29%
c) Balance de la superficie terrestre (suelo)

ACTIVIDAD 3
 Radiación recibida:
◦ Onda corta
◦ Onda larga
Total
 Radiación emitida:
◦ Onda corta
◦ Onda corta
(al suelo)
Total
25%
100%
125%
66%
154%
El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA si se encuentra en equilibrio.
125 - 154 = - 29%
88%
d) Balance de la atmosfera
 Balance total (entradas - salidas):

ACTIVIDAD 3
 Las salidas del sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA son: 30% albedo + 66%
radiación de onda larga atmosférica + 4% radiación de onda larga terrestre.
 El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA respecto al espacio está en equilibrio.

 La atmósfera actúa como un manto que da calor a la
tierra y mantiene el equilibrio entre la cantidad de
radiación solar absorbida y el calor reflejado hacia el
espacio.
 La relación no se encuentra en equilibrio si se
consideran por separado la superficie terrestre o la
atmósfera, pero si que lo está, si se considera el
sistema superficie-atmósfera.
 El equilibrio entre la energía solar recibida y la emitida
tiene como consecuencia la estabilidad térmica de la
Tierra.
PAPEL REGULADOR ATMÓSFERA

 La transmisión del calor entre el suelo y la
atmósfera se produce de varias formas:
◦ Calor sensible:
 Radiación infrarroja de onda larga
 Conducción directa
 Movimientos de convección
◦ Calor latente:
 Es la energía térmica acumulada en el vapor de agua.
 Se libera asociado a la evaporación y aumenta la
temperatura del aire.
Transmisión de calor

FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
 FUNCIÓN PROTECTORA:
◦ Filtra las radiaciones solares nocivas.
◦ Impide la caída de material cósmico, ya que la mayoría de
meteoritos que son atrapados por el campo gravitatorio terrestre se
subliman por rozamiento durante su descenso.
 FUNCIÓN REGULADORA:
◦ Evita grandes contrastes térmicos gracias al efecto invernadero.
◦ Redistribuye la radiación solar
 Contiene el O2 y CO2 necesarios respectivamente para la
respiración de la mayoría de los seres vivos y fotosíntesis de las
plantas.
 Interviene en el ciclo del agua, y en los procesos de
geodinámica externa.

MOVIMIENTOS DE LAS MASAS DE AIRE
 Los movimientos horizontales y
verticales de las masas de aires se
deben a la existencia de gradientes:
◦ Gradientes de humedad.
◦ Gradientes de presión.
◦ Gradientes de temperatura.

HUMEDAD ATMOSFÉRICA
 El aire húmedo (aire + H2O) es menos denso que el aire
seco.
◦ Humedad absoluta. Cantidad de vapor de agua en un
volumen determinado de aire (g/m3). La cantidad de vapor
de agua que hay en el aire depende de la temperatura.
◦ Humedad relativa. Cantidad de vapor de agua (%) que
hay en 1 m3 de aire en relación con la máxima que podría
contener a la Tª en la que se encuentra.

CURVA DE SATURACIÓN DE UNA MASA DE AIRE
 Al elevarse el aire y enfriarse
el vapor de H2O que contiene
se condensa.

Curva de saturación
 La cantidad de humedad de una masa de
aire depende de la temperatura.
 El aire frío no puede contener mucha agua
aunque esté saturado.
 Esta es la razón por la que en los lugares
fríos de la Tierra (Ártico y Antártida) las
precipitaciones son escasas

GRADIENTE DE PRESIÓN
 La presión ejercida por la atmósfera es
760 mm Hg =1 atm = 1013,3 mb.
 Esta presión varía dependiendo de la
humedad y temperatura del aire.
 En los mapas del tiempo se trazan isobaras,
líneas que unen puntos geográficos con igual
presión.

 Los anticiclones se forman
cuando una masa de aire frió
(más denso) desciende hasta
contactar con el suelo.
 En esta zona hay “un exceso
de aire” y se crea una zona de
alta presión.
Anticiclones

 Una borrasca se forma
cuando una masa de aire
poco denso (cálido y
húmedo) se eleva.
 En esta zona se crea un
vacío con menos presión.
Borrascas

GRADIENTES DE TEMPERATURA
 Gradiente vertical térmico.
 Gradiente adiabático seco (GAS).
 Gradiente adiabático húmedo (GAH).

GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA
 Gradiente vertical de Tª: variación vertical de Tª en
condiciones estáticas o de reposo de una masa de aire
(0,65ºC/100m como media). El gradiente real puede
variar según las condiciones de un lugar concreto.
 Inversión térmica: cuando la Tª aumenta con la altura
en vez de disminuir, GVT negativo.
 El aire superficial caliente tiende a elevarse formando
corrientes térmicas ascendentes. Pueden darse también
movimientos horizontales.

Inversión térmica
 Ocurre sobretodo en situaciones de tiempo
frio y estable. Dificulta la mezcla de aire.
GVT
Inversiones térmicas

GRADIENTES ADIABÁTICOS
 Son las variaciones de temperatura que
experimenta una masa de aire al
cambiar de altura.
 Únicamente dependen de la
temperatura y de la humedad inicial,
pues son resultado directo de las leyes
físicas.

GRADIENTE ADIABÁTICO SECO
 GAS: (1ºC/100m) Al ascender una masa de aire la presión
disminuye y el gas se expande con una disminución de Tª
según la ley de los gases perfectos. Lo hace sin
intercambiar calor con el exterior: cambio adiabático.
 Se llama seco por que el agua que lleva el aire está en
forma de vapor.
 Es un gradiente dinámico ya que afecta una masa de aire
que se encuentra realizando un movimiento vertical por
estar en desequilibrio con el aire que le rodea.

GRADIENTE ADIABÁTICO HÚMEDO
 GAH: Cuando una masa de aire ascendente alcanza
el punto de rocío, el vapor de agua que contenía se
condensa formando una nube. En la condensación se
libera el calor latente por lo que el GAH es menor que
1ºC/100m. La masa seguirá ascendiendo pero con un
gradiente rebajado.
 Su valor depende de la cantidad de vapor de agua
inicial, cuanta más agua menor GAH y las nubes
pueden llegar a mucha altura (p. ej., en el Trópico
GAHmínimo=0,3 ºC/100m)

INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
 Borrasca: Movimiento ascendente de aire que
varia según el G.A.S.
 Ascenso: G.V.T.>G.A.S. (Aire exterior más frío)
 Vientos convergentes
 Posibilidad de lluvia si el aire ascendente es
húmedo.

ESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
 Anticiclón: descenso de aire frío y denso.
 Vientos divergentes secos: no hay
precipitaciones
 0<GVT<GAS=1 : Estabilidad atmosférica
sin movimientos verticales.
 GVT<0 : Inversión térmica, niebla.

1. Hr= (12,5*100)/16=78%
2. 15 ºC
3. GAS=1ºC/100 m -> 20ºC -> 15ºC hasta los 600m
Desde los 600m hasta 1600m se aplica GAH= 0,5ºC/100 m
A 1600 m la T.aire = 15 – (1000* 0,5) = 10ºC

CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
 La radiación solar es
máxima en el ecuador, las
diferencias de temperatura
que de ello derivan quedan
amortiguadas por el
transporte de calor que
realizan la masas fluidas de
la Tierra.
 Este hecho fue propuesto
por Hadley en el siglo XVIII

 El aire transporta
calor en forma de
calor sensible
(corrientes de
convección) y de
calor latente.

 La circulación del aire se ha mostrado más
compleja de lo propuesto por hadley.
 Existen 3 células convectivas:
◦ La de Hadley
◦ La de Ferrer
◦ La polar

 Célula de Hadley. Muy energética
debido a la radiación solar. Al llegar a
los 30º desciende formando
anticiclones y desiertos.
 Célula Polar. El aire frío procedente
de los polos se calienta y a latitud 60º
se eleva creando borrascas que
afectan a nuestro país en invierno.
 Célula de Ferrel. Se forma por la
acción indirecta de los vientos que
soplan desde los anticiclones tropicales
hasta las borrascas polares.

 El aire circula entre los anticiclones y las borrascas en diferente
sentido en superficie que en altura.
 Esta circulación se desvía debido al efecto Coriolis dando lugar a
giros: Borrasca – antihorario y Anticiclón - horario

Aire templado
Aire tropical
Aire templado
Aire polar
Aire polar

 Como consecuencia de la inclinación del eje de rotación de La Tierra, a lo
largo de las estaciones, las células convectivas se desplazan hacia el N o
el S produciendo las breves estaciones lluviosas en las zonas subtropicales
y la llegada de aire polar en las zonas templadas.

CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMOSFERA
Lluvias de
convección
Precipitaciones ligada
a un frente ciclónico
Precipitaciones ligada
a un frente ciclónico

ANOMALÍAS CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
 Influencia de las masas continentales: debido a
la distribución de tierra y continentes el flujo es
mucho más complejo.

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS
MARINAS
 Composición del agua marina

Temperatura del agua marina
 Distribución
térmica vertical
a: Mares poco profundos en zonas templadas
b: Océanos. Perfiles en profundidad en invierno

Intensidad de luz
 Variación de la
intensidad de luz
con la profundidad:
◦ Zona fótica
◦ Zona afótica

DINÁMICA HIDROSFERA
El agua debido a su abundancia, poder calorífico
y a las corrientes, constituye un mecanismo de
transporte de calor muy eficaz y de gran
importancia sobre el clima terrestre.
Es un regulador térmico. Debido a su elevado
calor específico, absorbe y almacena más tiempo
una gran cantidad de energía calorífica. Los
océanos se calientan y enfrían más lentamente
que los continentes, lo que se traduce en menor
amplitud térmica en las costas.

CORRIENTES OCEÁNICAS SUPERFICIALES
 Corrientes superficiales: giro horario en hemisferio norte, debido a los alisios E – O.
 Corriente del golfo. Corriente del Labrador. Antártica.

 Cinta transportadora oceánica:
El agua oceánica de todo el planeta
se mueve globalmente. Se enfría
en Groenlandia se hunde y viaja
hasta el antártico donde parte
vuelve al Atlántico y parte viaja
hasta el Pacífico donde asciende en
el Mar de Japón y vuelve
superficialmente de nuevo a
Groelandia.
Corrientes oceánicas profundas
 Corrientes profundas o termohialinas: la capa superficial
del agua se enfría y se hunde.

OSCILACIÓN DEL NIÑO
Situación normal: vientos alisios empujan hacia el
Oeste el agua del Pacífico. La corriente de Humbold
aflora frente a las costa del Perú.

El niño: Periódicamente los alisios no soplan tan fuerte y no
empujan tanto las aguas. El agua se calienta junto a la costa de
Perú y se forma una borrasca que trae precipitaciones. También se
producen alteraciones del clima global.
Este fenómeno tiene consecuencias en la economía pesquera.
http://www.elmundo.es/elmundo/2002/graficos/ago/s4/elnino.html

 La Niña sucede cuando se produce un agravamiento de
la situación normal: vientos alisios muy fuertes que
producen enfriamiento

SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 2011-12)

7 de octubre de 2013

Junio de 2014

AGUAS CONTINENTALES
Acuíferos:
 Son aquellas
formaciones
geológicas
capaces de
almacenar y
transmitir agua

AGUAS SUBTERRÁNEAS
Zona de aireación
Zona capilar
Zona de saturación
Nivel freático

ACUÍFEROS
Agua superficial
Manantial
Pozo artesiano
Nivel
piezométrico
Zona de recarga
Nivel freático
Zona de
aireación
Zona
de saturación
Acuífero
colgado

ZONAS DE UN ACUÍFERO
 Zona de aireación:
aquella donde el agua de
precipitación se infiltra.
 Zona capilar
 Zona de saturación.
 Nivel freático

ACUÍFEROS
 La zona de descarga es la zona donde el agua sale
del acuífero, como puede ser un manantial o la
descarga al mar o a un río.

ACUÍFEROS
 Distribución de
agua subterránea.
La forma del nivel
freático suele ser una
réplica suavizada de
la topografía
superficial.
 Durante los periodos
de sequía el nivel
freático desciende,
reduciendo el flujo
de corriente y
secando algunos
pozos.

Acuíferos libres y confinados

 Acuífero libre: En ellos existe una superficie
libre y real del agua encerrada, que está en
contacto con el aire y a la presión atmosférica.
Entre la superficie del terreno y el nivel freático
se encuentra la zona no saturada.
 Acuífero confinado: se encuentra entre dos
materiales impermeables.

 Según la movilidad del agua se puede hablar de:
◦ Acuíferos
◦ Acuitardos: buenos almacenes pero transmisores muy
lentos de agua, por ej. limos.
◦ Acuicludos: buenos almacenes pero nulos transmisores
(el caso de arcillas).
◦ Acuifugos: no almacenan ni transmiten agua (granitos
o cuarcitas no fisuradas).
 La velocidad del agua dependerá de la porosidad
y percolación de la roca.

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