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Atmosfera

  1. 1. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 1 1 COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA. La atmósfera es la envoltura gaseosa de la tierra, se extiende hasta unos 30 Km. de la superficie terrestre, aunque se han encontrado gases hasta 10.000 Km. de altitud. Los gases que forman la atmósfera son: - el nitrógeno, es un gas inerte con un 75,515 % - El oxígeno, es un gas muy activo de gran reactividad con un 23,14%. - El argón es un gas noble, y se produce por desintegración radioactiva del potasio 40, y sale a la atmósfera por las erupciones volcánicas, está en un 1,28%. - El vapor de agua su cantidad es variable y depende de la temperatura del aire y de la zona de la tierra considerada, el aire caliente tiene mayor proporción de vapor de agua. Entre 0-2,5%. - Los restantes componentes están en cantidades muy pequeñas del orden de las ppm. Son el neón 13 ppm, criptón 2,9 ppm, Helio 0,7 ppm, Hidrógeno 0,03 ppm y ozono 0- 20ppm. - El CO2 está en una proporción de 553ppm. El C02 es utilizado por los organismos autótrofos en la fotosíntesis. Se acumula en los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) y vuelve a la atmósfera por la combustión de estos. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA La división de la atmósfera se realiza en función de los cambios de temperatura que presenta a medida que subimos en altura. Se distinguen cuatro capas: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. •La primera capa, la que está en contacto con la superficie de la Tierra, se denomina troposfera. En ella se produce una disminución paulatina de la temperatura en altitud, hasta alcanzar los -70 0 C a una altura que oscila entre los 10 Km. en los polos y los 18 Km. en el ecuador. El límite de la troposfera se denomina tropopausa. Esta capa inferior de la atmósfera se caracteriza por la gran movilidad de los gases que la componen. En ella se producen la mayor parte de los fenómenos atmosféricos y meteorológicos que conocemos. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  2. 2. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 2 2 A partir de la tropopausa, la temperatura aumenta hasta alcanzar los 10-20 0 C en la segunda capa, llamada estratosfera. Esta capa se extiende hasta unos 50 Km. de altitud, y no presenta movimientos en los gases que la componen. En la estratosfera se sitúa la capa de ozono, que es la causante del aumento de temperatura al absorber las radiaciones ultravioletas e infrarrojas procedentes del Sol. La capa de ozono es muy importante porque hace de filtro para esas radiaciones, que si llegaran a la Tierra harían imposible la vida en ella. El final de la estratosfera se denomina estratopausa. la mesosfera se caracteriza por una fuerte disminución de la temperatura, que alcanza los -140 0 c. Acaba a una altitud de 80 Km. (mesopausa). La termosfera es la última capa de la atmósfera. Dentro de la termosfera podemos ver la ionosfera llamada así porque sus gases están ionizados, debido a la radiación ultravioleta, en esta capa se produce el rebote de las ondas de radio. El oxígeno molecular y el nitrógeno son los encargados de la absorción de esta radiación, por lo que la termosfera alcanza, a los 800 Km., temperaturas superiores a los 1 000 0 C. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  3. 3. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 3 3 DINÁMICA DE LA ATMÓSFERA (MOVIMIENTO DE LAS MASAS DE AIRE) La diferencia constante de temperatura existente entre los polos y el Ecuador, consecuencia de la distribución latitudinal de la energía solar, da lugar, junto con otros aspectos como la rotación de la Tierra, a la circulación del aire (los vientos). DISTRIBUCIÓN. LATITUDINAL DE LA ENERGÍA SOLAR La atmósfera terrestre hace que el calor procedente del Sol quede retenido en la superficie de la Tierra. De esta manera, mantiene unas temperaturas suaves que permiten el desarrollo de las formas de vida que conocemos. Esta radiación solar está formada, entre otros, por rayos X, rayos gamma, rayos ultravioleta, rayos visibles, rayos infrarrojos y rayos caloríficos. Se distinguen unos de otros en función de su longitud de onda. La radiación solar abarca todo el espectro electromagnético. No toda la radiación que procede del Sol es absorbida por la Tierra; un 30% es reflejada. Las nubes, el polvo atmosférico, las moléculas de los gases, el hielo y la nieve e incluso el mismo suelo cuando está desprotegido de vegetación, reflejan la luz solar. Esta energía reflejada se denomina albedo. Un incremento de cualquiera de esos factores que reflejan la luz solar produciría un enfriamiento de la atmósfera. La luz que llega a la superficie de la Tierra la calienta, y este calor se irradia en PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  4. 4. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 4 4 forma de radiación infrarroja. Esta radiación es absorbida por la atmósfera, especialmente por el H20 y el C02, y se produce un aumento de la temperatura. Las nubes reflejan parte de esta energía, devolviéndola de nuevo a la superficie. Todo esto hace que la temperatura media de la atmósfera en el Globo sea de unos 13 ºC. Sin embargo, la Tierra no recibe el mismo calor en toda su superficie. Así, es mayor la absorción en el ecuador que en los polos, y también cuanto menor sea la altitud del terreno. La Tierra es una esfera, por lo que solo en un punto de la misma los rayos solares forman un ángulo recto con la superficie. Esto tendría lugar permanentemente en el Ecuador si el eje de la Tierra no estuviera inclinado, pero debido a la inclinación del planeta, ocurre el 21 de junio en el Trópico de Cáncer y el 23 de diciembre en el trópico de Capricornio. El resto del año los rayos del Sol llegan perpendiculares a una latitud comprendida entre ambos trópicos. Por eso se producen las estaciones. La insolación que va a recibir un determinado lugar del planeta durante un día dependerá del número de horas de luz (la duración varía según la época del año) y del ángulo de incidencia de los rayos solares sobre la Tierra (la intensidad es menor a medida que aumenta el ángulo de inclinación de los rayos); hay dos aspectos que colaboran: 0 Al aumentar la inclinación, la misma intensidad de la radiación se reparte sobre una superficie más amplia. 0 Al aumentar la inclinación el recorrido de la radiación a través de la atmósfera es más largo, por lo que hay más absorción. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  5. 5. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 5 5 Hacia los polos aumentan las diferencias estacionales. La presión atmosférica. La atmósfera pesa y, por tanto, ejerce una presión sobre la superficie de la Tierra. Dicha presión fue medida por primera vez por el físico italiano Torricelli, en su famoso experimento de invertir un tubo de mercurio de 1 m de longitud cerrado por su extremo, en una cubeta donde también había mercurio. La altura alcanzada por el mercurio resultó ser de 760 mm. La presión que ejerce la atmósfera sobre el mercurio de la cubeta impide que el que está en el tubo descienda mas. Esta presión es la que se da en condiciones normales y al nivel del mar, pero cuando las circunstancias atmosféricas cambian o la altitud varía, la altura de esta columna también varía. La unidad más utilizada para medir la presión de la atmósfera es el milibar (mb). Los 760 mm de mercurio equivalen a 1013,2 mb. Existen lugares donde la temperatura de la Tierra calienta el aire y este tiende a ascender (menor densidad y pesa menos); en estos lugares se originan zonas de baja presión o borrascas. El caso contrario se produce cuando el aire se enfría, tiende a descender, y se generan zonas de altas presiones o anticiclones. Para realizar los mapas meteorológicos se trazan líneas que unen puntos de igual presión denominadas isobaras, que por lo general corresponden a intervalos de 4 mb. Las borrascas y los anticiclones son regiones con isobaras cerradas de menor presión en las borrascas y de mayor presión en los anticiclones. Entre las zonas anticiclónicas y las borrascas se establecen vientos que intentan equilibrar esta diferencia de presión. La dirección no es directa de las zonas de alta presión a las zonas de baja presión, sino que por el giro de la Tierra estos vientos son ligeramente tangenciales a las líneas isobaras. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  6. 6. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 6 6 MOVIMIENTOS HORIZONTALES DE LA ATMÓSFERA En la superficie terrestre existen zonas con diferente presión atmosférica. Puede producirse un desplazamiento vertical de una masa de aire por calentamiento. Este desplazamiento provocará un déficit de presión en la zona que abandona, que será ocupada por una nueva masa de aire. El viento se puede definir como el aire que se desplaza para compensar las diferencias de presión. El aire que desciende en un anticiclón provoca vientos superficiales desde el centro del anticiclón hacia fuera (es una zona con vientos divergentes en la que no hay mezcla de masas de aire de diferentes características lo que facilita un buen tiempo). Por el contrario, el movimiento ascendente del aire en zonas de borrasca da lugar a vientos superficiales hacia el centro de ella (son zonas de convergencia en PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  7. 7. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 7 7 donde se mezclan masas de aire de diferentes características, lo que facilita la inestabilidad del tiempo al formarse frentes - -). Los vientos superficiales asociados a las áreas ciclónicas y anticiclónicas no siguen trayectorias rectilíneas sino que se mueven en espiral, esto se debe a la fuerza de coriolis, que es la fuerza ejercida por el movimiento de rotación de la Tierra. a) Fuerza de coriolis: La Tierra gira de oeste a este (vista desde arriba, en el sentido contrario a las agujas del reloj); la velocidad de rotación es menor en los polos que en el Ecuador: un punto de la superficie cercano a los polos y otro cercano al Ecuador dan una vuelta completa en 24 horas, pero el recorrido del primero será menor que el del segundo, al ser menor la trayectoria circular que tiene que realizar. Debido a esto, si en el hemisferio norte el viento parte de un punto A hacia el norte tiende a adelantarse a la rotación, ya que los paralelos que va cruzando cada vez son menores, lo que provoca un aumento de velocidad en relación con la velocidad de rotación planetaria (se desvía hacia la derecha o el este) y si el viento parte del punto A y se dirige hacia el sur se retrasa en la rotación (se desvía hacia la izquierda). Debido a la fuerza de Coriolis, cualquier fluido que se desplaza horizontalmente sobre la PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  8. 8. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 8 8 superficie de la Tierra tiende a desviarse hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur. b) Circulación del aire en los anticiclones y en las borrascas: 0 Debido a la fuerza de Coriolis, en el hemisferio norte la trayectoria del viento se desplaza hacia la derecha. En las borrascas se produce una rotación en espiral hacia dentro en el sentido contrario a las agujas del reloj. En los anticiclones se produce una rotación espiral hacia fuera en el sentido de las agujas del reloj. 0 En el hemisferio sur la trayectoria del viento se desvía hacia la izquierda. En las borrascas se produce una rotación en espiral hacia dentro en el sentido de las aguas del reloj. En los PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  9. 9. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 9 9 anticiclones se produce una rotación espiral hacia fuera en sentido contrario a las agujas del reloj. c) Interpretación del mapa de isobaras: Las isobaras son líneas que pasan por lugares que tienen la misma presión atmosférica. Permiten conocer la situación de los centros de altas o bajas presiones. 0 En los anticiclones la presión va creciendo hacia el centro y en las borrascas lo contrario. 0 Si las isobaras están muy separadas indican que los cambios de presión se producen muy lentamente (gradiente pequeño o débil) y si las isobaras están muy juntas indican que los cambios de presión se producen muy rápido (gradiente de presión fuerte). 0 El viento se produce desde los anticiclones a las borrascas. 0 Los gradientes de presión fuertes (isobaras juntas) ocasionan vientos fuertes. 0 En las borrascas las isobaras suelen estar juntas. Los anticiclones se encuentran en zonas con isobaras más separadas (vientos flojos). 0 Las isobaras correspondientes a las zonas anticiclónicas son PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  10. 10. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 10 10 de forma regular, mientras que las correspondientes a las borrascas son irregulares y presentan cambios bruscos en la curvatura. 0 Los triángulos o medios círculos que simbolizan los frentes fríos o cálidos respectivamente, están dirigidos hacia donde se dirige la masa de aire. ESQUEMA GENERAL DE LA CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA El aire que está en contacto con la superficie de la Tierra en la región ecuatorial se calienta, al ser calentado se eleva a la troposfera superior y fluye en dirección a los polos. El aire frío de las zonas polares se hunde hacia la superficie y fluye hacia el Ecuador. Si la Tierra fuera homogénea y permaneciera inmóvil, ambas corrientes formarían un circuito cerrado y existirían dos células convectivas (una para cada hemisferio). Salvo irregularidades locales, los vientos se dirigirían hacia el sur a nivel del suelo (en el hemisferio norte). Pero como hemos dicho, el giro de la Tierra desvía la trayectoria del viento. 0 El aire asciende en las zonas ecuatoriales y se dirige por las capas altas de la troposfera hacia el noroeste(NE), volviendo a la superficie terrestre hacia los 30º norte (zona tropical anticiclónica al ser una zona de descenso convectivo (cinturón anticiclónico subtropical ). 0 Desde el cinturón anticiclónico subtropical salen vientos hacia el Ecuador con una desviación hacia el oeste (vientos alisios) y hacia el norte con una desviación hacia el norte (vientos del oeste) 0 Los vientos que salen de los anticiclones subtropicales hacia el nordeste vuelven a ascender en una zona de bajas presiones situada a unos 60º (zona de bajas presiones templada). 0 Los vientos superficiales que salen desde las zonas de altas presiones polares y se dirigen hacia el sudoeste (SO) llegan también hasta la zona de bajas presiones y ahí ascienden. Se denomina frente polar al límite entre el aire frío procedente del polo 0 y el aire cálido. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  11. 11. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 11 11 MASAS DE AIRE Y FRENTES El estado físico de la atmósfera se determina midiendo la presión, temperatura, humedad, velocidad del viento, etc. en muchos puntos. Las masas de aire se forman y adquieren sus propiedades allí donde grandes volúmenes de aire permanecen mucho tiempo en reposo (el aire ártico adquirió sus propiedades sobre tierras o mares cubiertos de hielo). Estas masas de aire evolucionan desde su lugar de origen, pero siempre es posible distinguir entre: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  12. 12. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 12 12 a) Masas de aire frío: su temperatura es inferior a la de la superficie sobre la que avanzan. b) Masas de aire cálido: su temperatura es superior a la de la superficie sobre la que avanzan. La región límite o de separación entre dos masa de aire distintas, y su intersección con la superficie terrestre se llama frente. Viendo esta figura nos podemos hacer una idea de los fenómenos que acompañan a un frente frío y a uno cálido; resumiendo podemos decir que el frente frío se caracteriza por movimientos ascensionales rápidos de un aire húmedo y cálido, empujado por la corriente fría y seca (de aire más denso), con la consiguiente producción de nubes convectivas de gran desarrollo, acompañadas de chubascos. Por el contrario, el aire caliente del frente cálido asciende lentamente sobre la masa de aire relativamente frío, dando lugar a varias capas de nubes estratiformes, a niveles decrecientes, nieblas, lluvias o lloviznas (los frentes cálidos son mucho menos activos). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  13. 13. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 13 13 Gradientes adiabáticos El aire, al ascender verticalmente en la atmósfera, está sometido cada vez a menor presión; como consecuencia, este gas se expande y la expansión produce un enfriamiento. Como la disminución de la presión en la troposfera es constante, el enfriamiento del aire también lo es. Gradiente adiabático seco Esta disminución, que es de 1 0 C cada 100 m, se denomina gradiente adiabático seco. El aire se calienta por contacto con el suelo y luego su temperatura va descendiendo en altura. El descenso en la práctica es menor de 1 0 C, debido al contacto del aire al subir y a las turbulencias, siendo en la realidad 0,65 0 C cada 100 m; a este descenso real se le denomina gradiente térmico vertical de la atmósfera. En estas condiciones, si una burbuja de aire tratase de ascender se enfriada según el gradiente adiabático seco 1 0 C, estaría a menor temperatura que la masa de aire que el aire que la rodea, y como el aire frío pesa más que el caliente, en condiciones normales no hay ninguna tendencia a que se produzcan movimientos verticales en el seno de la atmósfera. Gradiente adiabático húmedo o saturado La condensación del vapor de agua supone una liberación de calor, que se resta al gradiente adiabático seco. Este gradiente, que se da con fenómenos de condensación, es lo que se denomina gradiente adiabático húmedo o saturado, que no tiene un valor constante. El aire al enfriarse comienza siguiendo el gradiente adiabático seco, y cuando llega al punto de rocío o punto de condensación, sigue el enfriamiento según el gradiente adiabático húmedo. Formación de nubes y precipitaciones Uno de los componentes de la atmósfera es el agua. La cantidad de agua determina la formación de las nubes. La manera que tiene la atmósfera de expulsar el vapor de agua sobrante (a cada temperatura, el aire muestra un punto de saturación de humedad) es condensándolo, primero en forma de nubes y luego en forma de precipitación. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  14. 14. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 14 14 La dinámica de la atmósfera marca varias maneras de provocar precipitaciones. El aire caliente, que contiene una cantidad de vapor importante, tiende a ascender a las zonas altas. Según va ascendiendo tiene menor presión, por lo que se expande y, por tanto, se enfría, lo que implica que no puede contener tanto vapor de agua. Así, llega un momento en que se forman las nubes, que es cuando se alcanza el denominado punto de rocío. Las nubes están formadas por una suspensión de gotas de agua en continuo movimiento ascendente y descendente, motivado por la ascensión del aire. Cuando la concentración de gotas de agua es tan grande que el aire es incapaz de elevarías, se produce la precipitación. Cuando el aire se enfría por la noche, se produce la condensación de gotas de agua que conocemos con el nombre de rocío. TIPOS DE PRECIPITACIONES La ascensión del aire se puede producir de varias maneras: •Precipitación frontal. El aire frío procedente de los polos choca frecuentemente con el aire cálido procedente de los trópicos (frente polar). El aire frío y el cálido no se mezclan, por lo que el cálido, menos pesado, se eleva por encima del frío. La elevación del aire cálido origina su enfriamiento y la condensación del vapor de agua que contiene. De esta manera sobrevienen la formación de nubes y la precipitación. La tendencia del aire frío a seguir progresando hacia el sur y la del aire cálido a hacerlo hacia el norte, originan que el frente se ondule y que el aire frío (más pesado) forme una cuña por debajo del cálido, creando una zona de baja presión o borrasca. El enfriamiento del aire cálido que asciende por encima del frío termina por disolver la borrasca.' Esta es la manera habitual de producirse las precipitaciones en las latitudes medias, como ocurre en Europa. Frecuentemente se puede leer en los boletines meteorológicos la siguiente frase: "Un frente se acerca a la Península, penetrará por Galicia y posteriormente se desplazará hacia el este". El frente cálido tiene una forma de suave rampa, sobre la que el aire templado del sector cálido remonta por encima del aire frío de la parte anterior de la borrasca. El frente frío tiene una forma curva más abrupta. Es el resultado del intento del aire frío, en la parte posterior de la borrasca, de introducirse por debajo del aire templado, más ligero, del sector cálido, al que lanza hacia lo alto. Como el frente frío es más dinámico y rápido en su avance que el frente cálido, PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  15. 15. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 15 15 llega un momento en que lo alcanza y se solapa con él: se dice entonces que la borrasca se ha ocluido, se denomina un frente ocluido. Precipitación orográfica. Es propia de zonas montañosas, por el enfriamiento y posterior condensación de vapor de agua en las masas de aire que al tropezar con una ladera se ven obligadas a ascender. La vertiente montañosa de barlovento es rica en precipitaciones, mientras que la de sotavento está desprovista de ellas y por lo tanto, son laderas secas (un ejemplo lo tenemos en la cordillera Cantábrica o los Pirineos, cuyas laderas orientadas al norte son mucho más húmedas que las orientadas al sur. Precipitación por convección. En lugares de gran calentamiento del suelo, como en las zonas ecuatoriales, el aire se calienta en contacto con la superficie del terreno, asciende verticalmente, baja el punto de saturación, y parte del vapor se condensa, formando nubes. Por el calor que origina la condensación, se mantiene la actividad de la nube, que produce precipitaciones. Es también la causa de las tormentas de verano en latitudes medias. Las lluvias de convergencia. Son propias también de zonas ecuatoriales, donde PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  16. 16. Alfredo Marcos Reguero. La Atmósfera. 18/11/2009 Página 16 16 el aire asciende por el choque de dos masas de aire de temperatura y humedad similares, procedentes de zonas cercanas de los hemisferios norte y sur, que son arrastradas por los vientos alisios.; Esta convergencia de vientos provoca lluvias muy intensas. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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