Tema 2 atmosfera y clima

Unidad 2. Atmósfera y clima
0. Índice
1. Origen y composición de la protoatmósfera
2. Estructura y composición de la atmósfera actual
3. Funciones de la atmósfera
4. Dinámica de la atmósfera
4.1. Presión atmosférica
4.2. Circulación atmosférica global
4.3. Humedad atmosférica
4.4. Nubosidad y precipitación
5. El clima
5.1. El clima en latitudes medias
5.2. Los dominios climáticos de España
5.3. Situaciones climáticas especiales
6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra
6.1. El origen de los ciclos glaciares

1. Origen y composición de la protoatmósfera
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra.
Origen
Se formó hace 4 600 millones de años.
Se gestó a partir de los gases liberados por las rocas que formaban el planeta.
La mayor parte de estos gases se perdió en el espacio.
Composición de la protoatmósfera
No era tan reductora como la atmósfera actual.
Contenía vapor de agua, CO2 y N2, junto con pequeñas cantidades de H2 y CO.
Hace 2 500 - 2 000 m. a., la actividad de los organismos fotosintetizadores provocó
un enriquecimiento en O2.
Hace 600 m. a., la acumulación de oxígeno dio lugar a la formación de la capa de ozono.

Formación
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Comenzó a formarse
hace unos 4600 millones de años con el nacimiento de la Tierra. La mayor parte de
la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero nuevos gases y vapor de agua
se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta.
La atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada
por vapor de agua, dióxido de carbono(CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas
cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono pero con ausencia de oxígeno.
Era una atmósfera ligeramente reductora hasta que la actividad fotosintética de
los seres vivos introdujo oxígeno y ozono (a partir de hace unos 2 500 o 2000
millones de años) y hace unos 1000 millones de años la atmósfera llegó a tener una
composición similar a la actual.
También ahora los seres vivos siguen desempeñando un papel fundamental en el
funcionamiento de la atmósfera. Las plantas y otros organismos fotosintéticos
toman CO2 del aire y devuelven O2, mientras que la respiración de los animales y
la quema de bosques o combustibles realiza el efecto contrario: retira O2 y
devuelve CO2 a la atmósfera.

COMPOSICIÓN DEL AIRE
(% EN VOLUMEN)
N 78 2
0 21 2
Ar 0,93
CO 0,037 2
Ne 0,001 84
He 0,000 52
CH 0,000 15 4
Kr 0,000 10
H 0,000 05 2
N 0,000 02 2O
CO 0,000 01
Xe 0,000 008
O 0,000 002 3
NH 0,000 000 6 3
NO 0,000 000 1 2
NO 0,000 000 06
SO 0,000 000 02 2
Estructura de la atmósfera

The Composition of the Earth's Atmosphere
Component gases of the lower atmosphere. Values show percentage by
volume for dry air. Nitrogen and oxygen form 99 percent of our air, with other
gases, principally argon and carbon dioxide, accounting for the final 1
percent.

Ozone in the Upper
Atmosphere
The composition of the Earth's atmosphere generally focuses
upon the gases of the lowest layer, the troposphere. However,
gases higher in the atmosphere also play a role in the Earth's
environment. Ozone is especially important because of its role in
absorbing ultra-violet radiation, and so reducing the amount that
reaches the ground surface. Declining ozone concentrations may
lead to more cases of skin cancers, the reduction of crop yields,
and the death of some forms of aquatic life.

La heterosfera
CAPAS
DE LA HETEROSFERA
Gas principal Límite superior (km)
Nitrógeno molecular (N 200 2)
Oxígeno atómico (O) 1 000
Helio (He) 3 500
Hidrógeno atómico (H) 10 000
La magnetosfera
El campo magnético externo de la Tierra se extiende más allá de la atmósfera.
Existen dos regiones con una intensa radiactividad: los cinturones de radiación de Van Allen.
En estos cinturones, los protones y electrones procedentes del Sol chocan con los gases en la ionosfera
y empiezan a brillar. Esto provoca el fenómeno de las auroras.

Balance de la radiación solar
Sol
cielo
despejado
3. Funciones de la atmósfera
La atmósfera actúa como filtro protector de las radiaciones
y como factor regulador del clima en la Tierra.
dispersión y reflexión difusa (10 %)
absorción por el ozono (2 %)
absorción por el vapor de agua (8 %)
llega al suelo el 80 %
cielo cubierto
reflexión en las nubes
(30 % a 60 %)
absorción en las nubes
(5 % a 20 %)
llega al suelo
del 45 % al 0 %
100 %
Espectro electromagnético solar

Flujos verticales medios de energía en el sistema terrestre (atmósfera y
superficie), en watios por metro cuadrado. Los más importantes son los 342
W/m2 de energía solar que entran por el tope de la atmósfera y los 390
W/m2 que salen del suelo en ondas infrarrojas (más o menos). Tanto en
superficie como en el tope de la atmósfera el balance entre lo entrante y lo
saliente es nulo (suma y lo verás).
La parte del efecto invernadero causado por el aumento de CO2 debido a las
emisiones antrópicas supone en la actualidad un incremento radiativo de 1,4
W/m2, que se añaden a los 324 W/m2 de radiación infrarroja absorbida por
el suelo.

Albedo
The albedo of a surface describes the
proportion of radiation that is reflected away
from that surface. The average albedo of the
Earth is around 0.3 or 30%, which means that
30% of incoming solar radiation is reflected
away and back into space without
contributing to the heating of the planet's
system. This measure is also an average, and
different surfaces on the Earth have different
albedos. Ice and snow generally have a high
albedo of anywhere between 40% for old snow
to 95% for new, fresh snow. Desert surfaces
generally have albedos between 20% and 45%.
Vegetated surfaces generally have a much
lower albedo. Deciduous forests in leaf may
have albedos of around 20%.

Global Net Radiation
Fate of incoming solar radiation. Losses
of incoming solar energy are much lower
with clear skies (left) than with cloud
cover (right).
Diagram of the global energy balance. Values are
percentage units based on total insolation as 100. The
left figure shows the fate of incoming solar radiation. The
right figure shows longwave energy flows occurring
between the surface and atmosphere and space. Also
shown are the transfers of latent heat, sensible heat, and
direct solar absorption that balance the budget for Earth
and atmosphere.

Earth's Energy Balance
Annual surface net radiation from pole
to pole. Where net radiation is positive,
incoming solar radiation exceeds
outgoing longwave radiation. There is
an energy surplus, and energy moves
poleward as latent heat and sensible
heat. Where net radiation is negative,
there is an energy deficit. Latent and
sensible heat are lost in the form of
outgoing longwave radiation.

4. Dinámica de la atmósfera / 4.1. Presión atmosférica
Movimientos horizontales del aire
Se deben a la diferencia de presión atmosférica
entre zonas de la misma altura, como
consecuencia del calentamiento desigual de la
Tierra.
Movimientos verticales del aire
Se originan por las diferencias de temperatura
entre capas de aire anexas.
© Sam Meteo.
Movimientos horizontales del aire.
anticiclón borrasca
Movimientos verticales del aire.

4. Dinámica de la atmósfera / 4.2. Circulación atmosférica global
Diferencia de insolación sobre la Tierra

Circulación atmosférica teórica Desviación de Coriolis

Circulación general del aire en la troposfera
Distribución latitudinal
de zonas de alta y baja presión
Zonas ecuatoriales cálidas
de baja presión.
Zonas subtropicales
de alta presión (30º de latitud).
Zonas circumpolares
de baja presión (60º de latitud).
Zonas polares frías de alta presión.
Frente polar
Es la zona de choque entre los levantes
polares fríos y los ponientes templados.
Constituye un área de gran inestabilidad
atmosférica (borrascas).
Zona de calma
ecuatorial o zona de
convergencia
intertropical (ZCIT)
Es la zona de choque
entre los alisios del norte y
los del sur.
Esta distribución hace que exista
una alternancia latitudinal
de los vientos desde las zonas
polares al ecuador.

The Global Radiation Balance
The global radiation balance. Shortwave radiation from the Sun is
transmitted through space, where it is intercepted by the Earth. The
absorbed radiation is then ultimately emitted as longwave radiation
to outer space.

A Geographer's System of Latitude Zones
World latitude zones. These zones are based on the seasonal patterns
of insolation observed over the globe.

DINÁMICA ATMOSFÉRICA
El vapor que se encuentra en la atmósfera procede de la evaporación del agua de los
océanos, de los ríos y lagos y de los suelos húmedos. Que se evapore más o menos
depende de la temperatura y del nivel de saturación del aire, pues un aire cuya
humedad relativa es baja puede admitir mucho vapor de agua procedente de la
evaporación, mientras que un aire próximo a la saturación ya no admitirá vapor de
agua por muy elevada que sea la temperatura.
El concepto de evapotranspiración es especialmente interesante en ecología pues se
refiere al conjunto del vapor de agua enviado a la atmósfera en una superficie, y es la
suma del que se evapora directamente desde el suelo y el que las plantas y otros seres
vivos emiten a la atmósfera en su transpiración.

Humedad de saturación del vapor de agua en el aire
Temperatura ºC Saturación g · m-3
- 20 0.89
-10 2.16
0 4.85
10 9.40
20 17.30
30 30.37
40 51.17
Humedad absoluta.- Es la cantidad de vapor de agua por metro cúbico que contiene el aire
que estemos analizando.
Humedad relativa.- Es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido realmente en
el aire estudiado (humedad absoluta) y el que podría llegar a contener si estuviera saturado
(humedad de saturación). Se expresa en un porcentaje. Así, por ejemplo, una humedad
relativa normal junto al mar puede ser del 90% lo que significa que el aire contiene el 90%
del vapor de agua que puede admitir, mientras un valor normal en una zona seca puede ser
de 30%.

4. Dinámica de la atmósfera / 4.3. Humedad atmosférica
Humedad absoluta
Es la cantidad de vapor de agua
que hay en un volumen
determinado de aire. Se expresa en
g/m3.
Humedad relativa
Es la cantidad de vapor de agua
que hay en un volumen
determinado de aire en relación con
la máxima posible, según la
temperatura.
cantidad total de vapor de agua
humedad relativa = x 100
cantidad máxima de vapor de agua
Curva de saturación del aire

The maximum specific humidity of a mass of air
increases sharply with rising temperature.
Relative humidity changes with temperature
because the capacity of warm air to hold water
vapor is greater than that of cold air. In this
example, the amount of water vapor stays the
same, and only the capacity changes.
Humidity

Air Pressure Changes With Altitude
Atmospheric pressure decreases
with increasing altitude above the
Earth's surface.

Wind
Isobars and a pressure gradient. High pressure is
centered at Wichita, and low pressure is centered at
Columbus.

The Coriolis Effect
Coriolis effect direction and
strength. The Coriolis effect acts to
deflect the paths of winds or ocean
currents to the right in the northern
hemisphere and to the left in the
southern hemisphere as viewed
from the starting point.=

Surface Winds on an Ideal Earth
Global surface winds on an
ideal Earth. This schematic
diagram of global surface
winds and pressures shows
the features of an ideal
Earth, without the
disrupting effect of oceans
and continents and the
variation of the seasons.
Surface winds are shown
on the disk of the Earth,
while the cross section at
the right shows winds aloft.

Cyclones and Anticyclones
Air motion in cyclones and anticyclones.

4. Dinámica de la atmósfera / 4.4. Nubosidad y precipitación
Gradientes atmosféricos y precipitaciones

Origen de las precipitaciones (I)
Por convección
cúmulos
cumulonimbos
Condiciones atmosféricas
Por la orografía
Efecto foehn
estabilidad atmosférica
(GAS > GVT)
inversión térmica
(GVT < 0)
inestabilidad atmosférica
(GAS < GVT)

Origen de las precipitaciones (II)
Por un sistema de frentes Por convergencia
Ocurre en la ZCIT, donde chocan
los alisios del norte con los del sur.
El tipo de nube es un buen indicador del tiempo
meteorológico.

5. El clima
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unidad.
Para acceder a la misma, pulse
sobre la opción ANIMACIONES en
el menú de unidad disponible en la
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5. El clima / 5.1. El clima en latitudes medias
El frente polar y las latitudes medias Formación de una borrasca ondulatoria
masa de aire frío
masa de aire cálido
2341.... fddforeeerssmnaptalpeaca zpiróaoicnmlia ódirenen gutorna ddfreuela nalt iedre eo cclaálu lbiiddooorrasca

5. El clima / 5.1. El clima en latitudes medias
El frente polar y las latitudes medias
Formación de una borrasca ondulatoria
Formación de la gota fría

5. El clima / 5.2. Los principales dominios climáticos de España
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World Precipitation
This map uses isohyets - lines drawn through all points having
the same annual precipitation. Isohyets are labeled in cm (in.).

World Climate
Climates of the world. Compiled from station data by A.N. Strahler.

los muros de nubes se nutren
del vapor de agua del mar,
ya que el huracán se forma
sobre la superficie
ojo del huracán
se localiza en el centro
de la espiral, donde
el tiempo está en calma
y el cielo despejado
5. El clima / 5.3. Situaciones climáticas especiales
el aire caliente se mueve
en espiral alrededor
del ojo del huracán
el aire frío exterior desciende
por el ojo del huracán
y reemplaza al aire caliente
Huracanes
el aire fluye desde el centro
de la tormenta hacia fuera
en el sentido de las agujas
del reloj
su altura oscila entre
8 000 y 15 000 m
cola
bajo el huracán, zona peligrosa
las bandas giratorias
de lluvia fuerte se mueven
alrededor del ojo
del huracán y aumentan
según se aproximan
al núcleo central
los vientos más fuertes se dan
en el nivel más bajo, pero
la zona más destructiva
es la que aparece sombreada,
pues la actividad del huracán
es muy intensa aquí
trayectoria
Aire seco y frío
Aire cálido

Hurricanes
Tropical cyclones are
known as hurricanes in the
western hemisphere,
typhoons in the western
Pacific off the coast of
Asia, and cyclones in the
Indian Ocean.
*See movie on hurricanes in the
geodiscoveries section of your
text’s website.
Hurricane Gladys from Apollo 7

The Eye of the Hurricane
Anatomy of a hurricane. In this schematic
diagram, cumulonimbus (Cb) clouds in
concentric rings rise through dense
stratiform clouds. Cirrus clouds (Ci) fringe
out ahead of the storm. Width of diagram
represents about 1000 km (about 600 mi).
Redrawn from NOAA, National Weather
Service.
Hurricane Mitch, 10.25.98, NOAA.

5. El clima / 5.3. Situaciones climáticas especiales
Tornados
Son fenómenos meteorológicos muy destructivos.
El viento gira a partir de una nube de tipo
convectivo de gran desarrollo vertical.
Puede alcanzar hasta 500 km/h.
Monzones
Monzón de invierno. Es un viento de origen continental
que sopla desde el continente, que se enfría en exceso,
hacia el mar, lo que provoca una estación seca.
Monzón de verano. Es un viento de origen oceánico,
cargado de humedad, que sopla desde el mar
al continente, dando lugar a la estación de las lluvias.

Tornadoes
A tornado is a small but intense
cyclonic vortex in which air spirals at
tremendous speed. The dark funnel
cloud results from spiraling updrafts
from thunderstorms, although the
precise details of why some storms
result in tornadoes and others do not
are still unresolved.

6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra
Evolución climática a lo largo de la historia de la Tierra
Glaciación Edad
Neógena 40 000 años
Permocarbonífera 340 - 255 m. a.
Silúrico-Ordovícica 470 - 410 m. a.
Eocámbrica 675 - 600 m. a.
Infracámbrica I 825 - 740 m. a.
Infracámbrica II 950 - 1 000 m. a.
Gondwana 2 300 m. a.

6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra / 6.1. El origen de los ciclos glaciares
calor almacenado = calor recibido - calor emitido A = G – E
calor recibido = constante solar (1 – albedo) G = Q (1 – a)
Hipótesis solares
(disminución de la energía solar recibida, G)
Fluctuaciones en la producción de energía solar.
Presencia de nubes de polvo.
Aumento de la intensidad del campo
magnético.
Hipótesis geológicas
Aumento del calor emitido por la Tierra (E).
Disminución de CO2 o de CH4.
Aumento del albedo (a).
Distribución continental de los polos geográficos
y coincidencia de glaciaciones con orogenias.
Alteraciones orbitales. Se basa en tres factores:
Teoría de las alteraciones orbitales
Variación de la inclinación del eje de rotación de la Tierra. Forma de la órbita terrestre. Precesión.

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