Composición y estructura de la atmósfera.
El balance energético.
Dinámica atmosférica.
- Presión, humedad.
- Gradientes de temperatura.
- Fenómenos aerológicos.
- Nubes y precipitación.
Climatología.
2. • Composición y estructura de la atmósfera.
• El balance energético.
• Dinámica atmosférica.
• Presión, humedad.
• Convección, advección.
• Gradientes de temperatura.
• Fenómenos aerológicos.
• Nubes y precipitación.
• Climatología.
• Impactos en la atmósfera.
• Riesgos derivados de la dinámica atmosférica.
3. Composición y estructura de la atmósfera.
• El balance energético.
• Dinámica atmosférica.
• Presión, humedad.
• Convección, advección.
• Gradientes de temperatura.
• Fenómenos aerológicos.
• Nubes y precipitación.
• Climatología.
• Impactos en la atmósfera.
• Riesgos derivados de la dinámica
atmosférica.
4. La atmósfera es la envoltura gaseosa de la Tierra (y por
extensión de otros planetas).
1ª fase.
4500m.a.
•Envoltura de Hidrógeno y Helio.
•Esos son los compuestos más abundantes en el origen del Sistema Solar.
•Son compuestos volátiles que eran barridos por el viento solar.
2ª fase.
4400m.a.
•Atmósfera reductora (pobre en O).
• Se produce un aumento de la actividad volcánica,
• Aumenta su concentración progresivamente en CO2, CO, CH3, NH3 y H2O.
3ª fase.
2500m.a.
•Atmósfera oxidante (rica en O).
• La actividad de los primeros organismos fotosintéticos (estromatolitos)
disminuyen la concentración de CO2 y aumentan la de oxígeno (O2 y O3).
102
6. La atmósfera.
Composición y estructura.
Las características y composición actuales de la atmósfera son
resultado de la interacción entre los componentes del sistema
Tierra.
La mayor proximidad al Sol supondría un barrido mayor por el
viento solar.
Un planeta de masa menor, no tendría gravedad suficiente para
mantener los gases de la atmósfera. Un planeta con masa superior,
presentaría una densidad y presión atmosféricas también mayores.
De no existir organismos fotosintéticos, la composición sería muy
distinta. Y en consecuencia la temperatura del planeta cambiaría.
103
7. De forma general podemos dividir la atmósfera en dos capas:
- La HOMOSFERA: hasta 80 km de altitud, donde los gases se encuentran bien
mezclados, y
- La HETEROSFERA: A partir de esa cota. Los gases tienden a estratificarse en función
de su densidad.
La atmósfera.
Composición y estructura.
x
8. Atendiendo a criterios más estrictos de densidad, temperatura, composición…
podemos establecer más de 2 capas concéntricas superpuestas, separadas por
estrechas zonas de transición denominadas pausas.
La atmósfera.
Composición y estructura.
x
10. La atmósfera.
Composición y estructura.
TROPOSFERA:
-Capa inferior, llega hasta 11km polos,
15km ecuador.
- Movimientos por convección y
fenómenos meteorológicos.
- Casi la totalidad de CO2 y O2 está
aquí (por estar en contacto con
biosfera).
- Descenso de la temperatura
progresivo.
11. La atmósfera.
Composición y estructura.
Al calentar un fluido, éste aumenta
su volumen.
Al aumentar el volumen, su
densidad disminuye.
Al tener menos densidad que el
fluido que le rodea, asciende.
El fluido que está encima, más
denso, desciende. Para ser
calentado posteriormente por el
foco de calor.
Densidad: es la cantidad de materia por unidad de
volumen. D = m/v
Al tener más volumen, esas partículas de materia
tienen más espacio para repartirse.
13. La atmósfera.
Composición y estructura.
ESTRATOSFERA:
- Después de la tropopausa. De los 15
a los 50km de altitud.
- Movimientos de aire de carácter
horizontal.
- Aquí se encuentra la capa de ozono
(O3) (a partir de los 25km y con un
espesor de mm).
- Aumenta la temperatura
progresivamente.
14. El ozono se crea y destruye por la serie de reacciones de Chapman.
PRODUCCIÓN NATURAL DE OZONO
Molécula de
oxígeno (O2)
2 átomos de
oxígeno (O)
Radiación
UV
2 átomos de
oxígeno (O)
2 moléculas de
oxígeno (O2)
Molécula de
ozono (O3)
Radiación UV
Molécula de
ozono (O3)
Molécula de oxígeno (O2)
y átomo de oxígeno (O)
Molécula de ozono
(O3) y átomo de
oxígeno (O)
2 moléculas de
oxígeno (O2)
DESTRUCCIÓN NATURAL DE OZONO
Esta última reacción es muy lenta, por eso no desaparece la capa de ozono.
x
15. La atmósfera.
Composición y estructura.
MESOSFERA:
- Hasta los 80km de altitud. Entre la
estratopausa y la mesopausa.
- Se enriquece en compuestos ligeros
que se estratifican según su masa.
- La temperatura desciende hasta
alcanzar el mínimo en la atmósfera.
- En la MESOPAUSA se pueden formar
nubes noctilucentes, y es donde los
meteoritos se tornan incandescentes.
17. La atmósfera.
Composición y estructura.
IONOSFERA o TERMOSFERA:
- Hasta los 700km de altitud.
- La moléculas de los gases se ionizan
por los rayos UV, X, protones y
neutrones.
- La excitación energética genera altas
temperaturas en la capa.
18. La atmósfera.
Composición y estructura.
MAGNETOSFERA:
- Hasta los 60.000km en la cara
iluminada. Hasta 300.000km en la
opuesta (viento solar barre partículas).
- Aquí se producen las auroras
boreales y australes.
- Actúa como escudo frente al viento
solar.
x
20. La atmósfera.
Composición y estructura.
Gracias a esta composición, la atmósfera cumple una
importante función protectora.
1. Impide la caída de meteoritos a la superficie
terrestre (mesosfera).
2. Absorbe la radiación ionizante (magnetosfera).
3. Absorbe los rayos UV (estratosferacapa de
ozono).
107
21. • Composición y estructura de la atmósfera.
El balance energético.
• Dinámica atmosférica.
• Presión, humedad.
• Convección, advección.
• Gradientes de temperatura.
• Fenómenos aerológicos.
• Nubes y precipitación.
• Climatología.
• Impactos en la atmósfera.
• Riesgos derivados de la dinámica
atmosférica.
22. La atmósfera.
El balance energético.
El balance entre la radiación recibida por nuestro planeta y la
emitida es uno de los procesos que ha permitido el desarrollo de
la vida en nuestro planeta tal y como la conocemos.
Transmisión de calor
Conducción
Propagación de calor
debido a la agitación
térmica de las
moléculas, no
existiendo un
desplazamiento real
de éstas.
Convección
Transmisión de calor
por movimiento real
de las moléculas de
una sustancia. Este
fenómeno sólo podrá
producirse en
fluidos.
Radiación
Transmisión de calor
entre dos cuerpos sin
que entre ellos exista
contacto ni conexión
por otro sólido
conductor. Es una forma
de emisión de ondas
electromagnéticas
x
23. Una de las formas más
eficaces de almacenamiento
energético y evacuación del
calor es la evaporación-
condensación del agua en la
atmósfera.
Durante un cambio de estado,
un cuerpo absorbe energía,
pero su temperatura no varía,
pues esa energía es empleada
en producir esa
reorganización molecular.
La atmósfera.
El balance energético.
Denominamos calor latente a la energía necesaria para producir un
cambio de estado en una cantidad de materia concreta.
Esa energía es acumulada cuando el agua pasa de líquido a gas
(evaporación), y se libera al pasar de gas a líquido (condensación).
x
24. La atmósfera.
El balance energético.
100
25
25
5
30
45
5 24 104
100
29
4
12
70
88
25
Emitida por la
atmósfera
x
25. La atmósfera.
El balance energético.
“El rollo” por escrito… EL EFECTO INVERNADERO
El balance energético de la Tierra depende, además de la radiación solar
incidente, de las características físico-químicas de la atmósfera, lo que
da lugar a las especiales condiciones térmicas de nuestro planeta, que lo
hacen apto para la vida.
Los sistemas de absorción, reflexión y dispersión de radiación son los
que generan el balance energético. Se trata de un equilibrio entre la
energía recibida del Sol, y la energía radiante de la Tierra, lo que
produce el beneicioso efecto invernadero. Sin él, la temperatura media
en la Tierra sería de -20ºC, y no 15ºC.
La radiación solar de onda corta que llega a nuestro planeta puede ser
reflejada directamente por la atmósfera, o atravesarla y ser reflejada por
la superficie terrestre.
Otra opción es que sea absorbida por la atmósfera o por la superficie
terrestre (suelo y océanos), los cuales se calientan.
Posteriormente puede ser reemitida al espacio en forma de radiación
infrarroja.
x
26. La atmósfera.
El balance energético.
“El rollo” por escrito… EL EFECTO INVERNADERO
La atmósfera es opaca a la mayoría de radiación infrarroja, de modo que
es absorbida por los gases atmosféricos (de efecto invernadero),
principalmente el vapor de agua, el dióxido de carbono, metano, y en
menor medida ozono, óxido nitroso, y otros. Esto provoca el
calentamiento de la atmósfera.
Ese calor es reemitido y radiado una parte al espacio, y otra, la mayoría,
hacia la superficie terrestre (contrarradiación) generando el llamado
EFECTO INVERNADERO.
Esta compensación energética se cumple a escala global, pero no a nivel
local. En latitudes superiores a 45º la Tierra recibe menos energía de la
que pierde, y a la inversa en latitudes inferiores a 45º. Este desequilibrio
genera y alimenta la circulación general de la atmósfera y las corrientes
oceánicas, que distribuyen calor por el planeta. Lo veremos más
adelante.
x
27. La atmósfera.
El balance energético.
Por tanto, la atmósfera también cumple una
importante función reguladora.
1. Absorbe y retiene parte de la radiación IR emitida
por la Tierra (Efecto Invernadero).
2. Realiza una compensación de desequilibrios
térmicos (“verticales”) mediante convección.
3. Realiza un transporte de energía (“horizontal”) con
el transporte de masa de aire.
4. Intercambia gran cantidad de calor con el océano
(agua tiene una alta inercia térmica).
107
28. • Composición y estructura de la atmósfera.
• El balance energético.
Dinámica atmosférica.
• Presión, humedad.
• Convección, advección.
• Gradientes de temperatura.
• Fenómenos aerológicos.
• Nubes y precipitación.
• Climatología.
• Impactos en la atmósfera.
• Riesgos derivados de la dinámica
atmosférica.
29. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
La meteorología es la
ciencia que se encarga de
estudiar los fenómenos
que ocurren en las capas
bajas de la atmósfera.
Para ello recaban datos
relativos a diferentes
parámetros como
temperatura, presión,
humedad, viento o
precipitaciones.
Esos datos son luego
integrados mediante el
software adecuado para
realizar predicciones,
modelos y simulaciones.
112
30. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
•Fuerza por unidad de superficie ejercida por el aire sobre la Tierra.
•Determinada por Torricelli, quien demostró que a nivel del mar, 1 atm = 166
mmHg
•Dado que es la masa de los gases la que genera tal presión, es obvio que ésta
disminuye con la altitud.
•Se representa cartográficamente trazando isobaras, que unen puntos con la
misma presión.
Presión
Atmosf.
•Grado de saturación: Máxima cantidad de agua que puede contener un volumen
de aire a una P y T dadas. Por encima de tal valor, se inicia la condensación. El
punto de rocío es la temperatura a al que se alcanza esa saturación.
•Humedad absoluta: Cantidad efectiva de vapor de agua que contiene un
determinado volumen de aire.
•Humedad relativa: relación entre la humedad absoluta y el grado de saturación.
Es el valor más utilizado en meteorología para expresar la humedad.
Humedad
x
33. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
•Ascenso térmico.
•Convergencia.
•Ascenso orográfico.
•Subsidencia.
Convección
(vertical)
•Movimiento HORIZONTAL de las
masas de aire desde zonas de alta
presión (anticiclón) a zonas de baja
presión (borrasca).
Advección
(horizontal)
112
40. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
Es la variación de temperatura entre dos puntos situados a 100 m.
Variación vertical en la Tº en condiciones estáticas o
de reposo (aprox. 0’65ºC/100m).
Inversión térmica espacio aéreo en el que la
temperatura aumenta con la altura en lugar de
disminuir. Impiden movimientos verticales de las
masas de aire, por estar el más denso situado sobre
el menos denso. La tropopausa es una inversión
permanente.
GRADIENTE TÉRMICO
Gradiente Vertical de
Temperatura (GVT)
Se denomina seco porque la masa lleva agua en
forma de vapor (no hay nube). Es dinámico, porque la
masa está ascendiendo o descendiendo (se mueve), a
fin de igualar sus condiciones de Tº con el aire que la
rodea. (aprox. 1ºC/100m).
Gradiente Adiabático
Seco (GAS)
La masa de aire ascendente en GAS, alcanza el punto
de rocío y se condensa el vapor de agua (nube). Con
la condensación se libera calor latente por lo que el
gradiente será menor (0’3-0’6ºC/100m). Éste irá
aumentando al perder humedad, hasta volver a GAH.
Gradiente Adiabático
Húmedo (GAH)
114
41. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
¿Para qué sirven los gradientes? (Aparte de para torturaros)…
Detectar y determinar situaciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica.
Altitud
(m)
Temperatura
(ºC)
GAS
GVT
INESTABILIDAD
GVT > GAS (la atm se
enfría más rápido que
la masa de aire). Fíjate en
la pendiente de la función.
La masa de aire es
menos densa que el
aire que la rodea, por lo
que asciende.
Atm
Masa de
aire
42. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
Altitud
(m)
Temperatura
(ºC)
GAS
GVT
ESTABILIDAD
GVT < GAS (la atm se enfría más
rápido que la masa de aire). No
hay ascensos, la masa es más
densa que el aire que la rodea.
Puede ser que el GVT>0
(positivo, la temperatura
disminuye con la altura).
Puede ser que GVT<0 (negativo,
inversión térmica, la Tº aumenta
con la altura).
Atm
Masa de
aire
43. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
Altitud
(m)
Temperatura
(ºC)
GAS
GVT
ESTABILIDAD
GVT < GAS (la atm se enfría más
rápido que la masa de aire). No
hay ascensos, la masa es más
densa que el aire que la rodea.
Puede ser que el GVT>0
(positivo, la temperatura
disminuye con la altura).
Puede ser que GVT<0 (negativo,
inversión térmica, la Tº aumenta
con la altura).
Atm
Masa de
aire
44. Observa las 4 gráficas y contesta a la pregunta, razonando la respuesta:
Altura(m)
Altura(m)
Altura(m)
Altura(m)Temperatura (ºC) Temperatura (ºC)
Temperatura (ºC)
Temperatura (ºC)
GVT
GAS
¿Qué tipo de movimientos atmosféricos y qué condiciones isobáricas se
asocian a cada una de ellas? ¿Cómo crees que afectan a la dispersión de
contaminación?
45.
46. Observa en la figura las situaciones
atmosféricas A y B.
a) Teniendo en cuenta que el valor del
GAS es siempre de 1ºC/100m y que el
GVT, en el caso de A es de
0’7ºC/100m y en el caso B es de
1’2ºC/100m, pon en las líneas de
puntos (de dentro y fuera) el valor de
la temperatura que corresponda.
b) Añade dentro de los círculos una
flecha que ascendente o descendente
para indicar el tipo de movimiento
vertical, si éste existe.
c) Haz dos representaciones gráficas,
similares las de las situaciones
atmosféricas de estabilidad e
inestabilidad estudiadas.
d) Explica qué situación atmosférica
(borrasca, anticiclón, inversión
térmica, estabilidad o inestabilidad)
representa cada caso. ¿Cómo
repercute en la contaminación? ¿Por
qué?
47. Una masa de aire a 20ºC y 12.5 g/m3 de
humedad, situada a 100 m de altura sobre
el nivel del mar, se ve obligada a ascender
verticalmente para atravesar una cadena
montañosa de 1600m de altura. Si la figura
representa la curva de saturación de la masa
de aire responda a las siguientes cuestiones:
1. Calcule la humedad relativa de la masa
de aire en las condiciones de partida.
2. Calcule la temperatura aproximada a la
que alcanzará su punto de rocío.
3. Considerando un gradiente adiabático
saturado (GAH) de 0.5ºC/100m y un
gradiente adiabático seco (GAS) de
1ºC/100m, ¿con qué temperatura llegará
a la cumbre?
La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
48. La atmósfera.
Dinámica atmosférica. Fenómenos aerológicos.
Ya hemos hablado de situaciones anticiclónicas (de alta presión por
descenso de masas de aire),
Y situaciones ciclónicas o de borrasca (de baja presión por ascenso
de masas de aire).
El viento es un desplazamiento del aire desde los
núcleos de alta presión o anticiclones, a los de baja
presión o borrascas.
(para que te acuerdes, el viento va de A a B (anticiclón a borrasca)).
Este movimiento es interferido por la fuerza de Coriolis, de forma que
el desplazamiento del aire se hace oblicuo a las isobaras. Cuanto
más próximas son las isobaras, mayor es la diferencia de presión, y
por tanto mayor será la fuerza del viento.
115
50. La atmósfera.
Dinámica atmosférica. Fenómenos aerológicos.
Los fenómenos aerológicos se basan en un calentamiento o enfriamiento
local de las masas de aire.
Esto genera ascensos o descensos de las mismas.
Ascendencia térmica: Ladera de solana.
Brisa marina: variaciones día-noche.
Brisa de cumbre-valle: variaciones día-noche
Restitución: zona rodeada de cumbres.
Isla de calor: <Tº en ciudad. Inversión térmica.
116
51. Por ascenso vertical a capas superiores. El vapor se condensa, las
microgotas chocan entre sí por las turbulencias aumentando su
tamaño, superando la capacidad de sustentación y precipitando.
Por encima de la isoterma 0ºC se forma granizo. En la formación
de nieve intervienen otros factores. Si se da el enfriamiento en
contacto con el suelo se forma rocío o escarcha.
115
A medida que una masa de aire asciende, puede alcanzar el punto
de rocío, condensándose la humedad que tiene formando nubes.
El enfriamiento progresivo puede generar precipitaciones en forma
de lluvia, nieve o granizo.
Precipitación de
origen convectivo
Precipitación de
origen orográfico
Precipitación frontal
Masas próximas al mar cargadas de humedad se ven forzadas a
ascender por una ladera, pasando de GAS a GAH, pudiendo darse
la precipitación (ladera húmeda). Al pasar a la cima, en su
descanso seguirá el GAS por no alcanzar en tales condiciones el
punto de rocío (ladera seca).
Por choque de dos frentes, dos masas de aire una fría y otra
cálida. Pueden darse 3 casos.
La atmósfera.
Dinámica atmosférica. Precipitaciones.
52. 115
Precipitación frontal
Por choque de dos frentes, dos
masas de aire una fría y otra cálida.
Pueden darse 3 casos.
Frente frío: la masa fría invade una
zona de aire caliente. La fría
permanece próxima al suelo (mayor
densidad) y empuja la cálida sobre
ella. Nubes de desarrollo vertical
(cumulonimbos) y precipitaciones
intensas en zonas poco extensas.
Frente cálido.
Frente ocluido.
Frente frío: Masa de aire frío
alcanza una masa cálida.
53. 115
Precipitación frontal
Por choque de dos frentes, dos
masas de aire una fría y otra cálida.
Pueden darse 3 casos.
Frente frío:
Frente cálido: el aire cálido empuja al
frío y asciende sobre el último como
en una rampa. Nubes de tipo
estratos, de desarrollo horizontal.
Precipitaciones más extensas y
débiles.
Frente ocluido.
Frente cálido: Masa de aire
cálido alcanza una masa fría.
54. 115
Precipitación frontal
Por choque de dos frentes, dos
masas de aire una fría y otra cálida.
Pueden darse 3 casos.
Frente frío.
Frente cálido.
Frente ocluido: Masa cálida alcanzada
por una fría que avanza más rápido.
La masa cálida queda atrapada entre
dos frías. Aparecerán los efectos del
frente cálido seguidos de tormentas,
a veces con un intervalo de
estabilidad muy corto entre ambos.
Frente ocluido: Masa de aire
cálido es atrapada entre dos
masas frías.
55. La atmósfera.
Dinámica atmosférica.
El fin último de la meteorología es crear modelos, con todos esos datos
recogidos.
Pueden ser modelos digitales, como las simulaciones, que hagan
predicciones del tiempo.
También pueden ser modelos como mapas, que representan el estado
atmosférico de una zona, o las predicciones hechas, a modo de resumen.
56. • Composición y estructura de la atmósfera.
• El balance energético.
• Dinámica atmosférica.
• Presión, humedad.
• Convección, advección.
• Gradientes de temperatura.
• Fenómenos aerológicos.
• Nubes y precipitación.
Climatología.
• Impactos en la atmósfera.
• Riesgos derivados de la dinámica atmosférica.
57. La atmósfera.
Climatología.
La climatología es la ciencia que estudia el clima y sus variaciones a lo largo del
tiempo. Su objetivo es estudiar las características climáticas a largo plazo.
El clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan las
condiciones más probables de una región determinada. Es una serie de valores
estadísticos. VALORES MEDIOS DE PLUVIOSIDAD Y TEMPERATURA.
x
58. La atmósfera.
Climatología.
Los climas son categorizaciones del comportamiento meteorológico de
una región a lo largo de periodos largos de tiempo.
Cuanto mayor es el registro de datos, más fácilmente identificables son:
Tendencias
Patrones
Fluctuaciones
Modificaciones en una o más variables cuyo
sentido se mantiene a lo largo del tiempo.
Variaciones de los valores medios que
presentan una periodicidad.
Anomalías breves y locales, carentes de
periodicidad. Son imprevisibles.
108
59. ¿Y qué es lo que hace
que llueva más o
menos? ¿Que haga
más o menos calor?
Latitud
Altitud
Continentalidad
Vientos
dominantes
La atmósfera.
Climatología.
116
63. La atmósfera.
Climatología.
El chorro polar.
El chorro polar es un
velocísimo río de viento
que rodea la tierra, como
una serpiente que se
muerde la cola, a altitudes
de la tropopausa. Su
sentido es de oeste a este.
x
65. La atmósfera.
Climatología.
Como resultado de la interacción de estos factores, se han realizado varias
clasificaciones de los climas terrestres. Utilizan distintos índices basados
en la pluviometría y temperaturas de una región.
CLIMAS
Azonales
Su clima viene definido no por factores
geográficos. Sino por la altitud, vientos...
Zonales
Se corresponden con la región climática
en la que se encuentran (latitud).
Clima tropical
Clima árido
Clima templado
Clima continental
Clima polar
Ecuador
Polos
L
A
T
I
T
U
D
Clima de altas montañas
Clasificación
de Köppen
110