Atmósfera

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Funcionamiento de la atmósfera

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Atmósfera

  1. 1. La atmósfera
  2. 2. La Atmósfera es la capa gaseosa querodea a la Tierra . Su límite inferior es laparte sólida y líquida del planeta, pero sulímite superior es impreciso (1 000 - 40 000km). La atmósfera está unida al resto delplaneta por atracción gravitatoria ,manteniéndose un equilibrio entre la fuerza dela gravedad y la natural expansión de losgases. Es un sistema abierto. Aunque sucomposición se mantiene casi constante, seproducen intercambios de materia con otrossubsistemas terrestres: vapor de agua, CO2,...
  3. 3. La atmósfera primitiva se formópor desgasificación de la Tierra durante suenfriamiento:-Polvo atmosférico y gases emitidos por losvolcanes (Geosfera).-Los seres vivos aportaron O2 y N2rebajando el CO2 (Biosfera).- Vapor de agua, sal marina, y compuestos deazufre aportados por la Hidrosfera.
  4. 4. La composición de laAtmósfera es la siguiente:- Aire: mezcla de gases.- Polvo atmosférico: aerosoles (partículasmuy pequeñas que se mantienen muchotiempo en suspensión en el aire), polvo, sales,esporas, polen, microorganismos, hollín,...
  5. 5. -Aire : mezcla de gases. Mayoritarios: N2 (78%), O2 (21%), argón (0,93%), CO2(0,03%). Minoritarios: en proporciones muy pequeñas, se midenen partes por millón: CO, CH4, óxidos de N, H2, óxidos de S,... Variables: vapor de agua y diversos contaminantes(como el ozono troposférico).
  6. 6. Estructura vertical de la atmósfera
  7. 7. Troposfera- Capa inferior de la atmósfera.- Termina en la tropopausa.- Su altitud (12 km de media) varía con: la latitud y lasestaciones.- En ella se concentra el 80% de los gases atmosféricos . Esla capa más densa .-La presión atmosférica y l a temperatura disminuyendesde su parte inferior hasta la tropopausa.- En ella tiene lugar el efecto invernadero .-Se denomina capa del clima ( fenómenos meteorológicos)-Los contaminantes y del polvo en suspensión se acumula enla denominada capa sucia (primeros 500 m).
  8. 8. Estratosfera- Se extiende desde la tropopausa (12 km) a la estratopausa(50-60 km).- En ella el aire es muy tenue, debido a que su densidad esbaja.- Sólo existen movimientos horizontales del aire debido asu disposición en estratos.- No existen nubes , salvo en su parte inferior, en la que seforman unas de hielo, muy tenues (noctilucientes).- En ella se encuentra la capa de ozono (entre los 15-30 km)que impide que la radiación ultravioleta llegue a la Tierra.- Aumenta la Tª, hasta 0ºC, la presión desciendesuavemente.
  9. 9. El ozono (O3) es un gas de olor picante que existe en todala atmósfera incluida la troposfera en la que es uncontaminante. La mayor parte del ozono atmosférico se encuentra enla estratosfera, por donde circula horizontalmente. La capa queforma tiene un espesor variable (máximo en el ecuador ymínimo en los polos). Las cantidades de ozono estratosféricosufren también variaciones diarias y estacionales en funciónde la cantidad de radiación solar recibida. Los mecanismos de formación y destrucción naturaldel ozono están en equilibrio dinámico , por lo que lacantidad de ozono en la estratosfera debería mantenerseconstante :Formación:Fotolisis del O2 por la luz ultravioleta: O2 + UV O + O-Formación del ozono: O + O2  O3 + calor
  10. 10. Mesosfera- Se extiende desde la estratopausa hasta la mesopausa (80km).- Densidad del aire muy baja.- Formación de estrellas fugaces (inflamación de losmeteoritos al rozar con las partículas de esta capa).- La Tª disminuye hasta –80ºC.- La presión sigue descendiendo muy suavemente
  11. 11. Ionosfera o termosfera- Se extiende desde la mesopausa a la termopausa (600 km).- La Tª aumenta hasta 1000ºC debido a la absorción de lasradiaciones solares de onda más corta (rayos X y gamma).- Sus componentes están ionizados.- Rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la superficieterrestre que hacen posible las comunicaciones.- Se dan manifestaciones de luz y color: auroras polares
  12. 12. Las auroras polares son debidas al rozamientode los electrones que llegan del Sol con los gasesionizados de esta capa. Son más frecuentes en el polo N(auroras boreales) que en el S (auroras australes). Laspartículas solares son atrapadas por el campo magnéticoterrestre que las dirige hacia los polos magnéticos.
  13. 13. Exosfera- Se extiende desde la termosfera hasta aproximadamente 800 -1 000 km.- Tiene una densidad bajísima . El aire es tan tenue que nopuede captar la luz solar y, debido a ello, el color del cielo se vaoscureciendo hasta alcanzar la negrura del espacio exterior.
  14. 14. FUNCIÓN REGULADORA Y PROTECTORA DE LA ATMÓSFERA El Sol emite: Partículas : protones y electrones.- Radiaciones electromagnéticas :De onda corta: rayos gamma, rayos X y parte del ultravioleta.De onda media: radiación infrarroja y ultravioleta próxima y luzvisible.De onda larga: ondas de radio, microondas y parte del infrarrojo.
  15. 15. La atmósfera como filtro protector Sólo las radiaciones electromagnéticas situadas en elcentro del espectro consiguen atravesarla sin dificultad: en sumayoría es luz visible (con algo de ultravioleta e infrarrojopróximos). Las radiaciones de longitud de onda corta y alta energía(rayos gamma y rayos X) son filtradas por la termosfera. Lacapa de ozono de la estratosfera absorbe la mayoría de laradiación ultravioleta de onda más corta. Esta y los rayosgamma y X son letales. Si todas estas radiaciones llegaran a laTierra, actuarían como cuchillos rompiendo moléculas debido a laionización de sus átomos. Las radiaciones de longitud de onda más larga ( ondas deradio) penetran pero quedan ahogadas por las emitidas desde laTierra. La mayoría de las radiaciones infrarrojas son absorbidasen la troposfera por los gases que producen el efecto invernadero.
  16. 16. La atmósfera reguladora delclima terrestre- El efecto invernadero .- Produciendo los fenómenosmeteo- rológicos que conformanel clima.
  17. 17. La desigual incidencia de los rayossolares sobre los distintos puntos de la superficieterrestre genera grandes diferencias de Tª entre los polosy el ecuador, que provocan un complicado sistema decorrientes circulatorias (atmosféricas y oceánicas) conel fin de reequilibrar las desigualdades térmicas.
  18. 18. En ese reequilibrio de calor participa la atmósfera pormedio de los fenómenos meteorológicos que tienenlugar en ella y que conforman el clima de las distintas zonasdel planeta. Así enormes cantidades de agua sonevaporadas en los trópicos, y llevadas por los vientos,son desplazadas a grandes distancias de su punto deorigen antes de precipitarse en forma de lluvia, nieveo granizo sobre los mares y continentes .
  19. 19. En cuanto al balance energéticoterrestre , la Tierra es un sistema en equilibrioenergético, de manera que la diferencia entre laenergía aportada al sistema y la que el sistemadevuelve debe ser cero. Gracias a esto la temperatura climàtics.media de la Tierra permanece constante (15ºC). Cuandoesto no suceda se puede producir un cambio climático.
  20. 20. DINÁMICA ATMOSFÉRICA - Movimientos verticales: movimientos deconvección-Movimientos horizontales: viento- Circulación general de la atmósfera
  21. 21. Movimientos verticales de la atmósfera:movimientos de convección  Los movimientos verticales que tienen lugar en latroposfera se denominan movimientos de convección .Se deben a variaciones de temperatura, humedad opresión atmosférica .  Tipos de movimientos de convección a.- Convección térmicab.- Convección por humedadc.- Movimientos verticales debidos a la presiónatmosférica
  22. 22. Convección térmica  Son originados por las diferencias de Tª entre laparte superficial (más caliente y menos densa) y lasuperior (más fría y densa) de la troposfera. Se formancorrientes térmicas .  Aire frío y denso Aire caliente y menos denso 
  23. 23. Convección por humedad  Se origina por la presencia de vapor de agua en elaire que lo hace menos denso que el aire seco:  + humedad  - densidad  (ver libro) Hay dos maneras de medirlo:  -Humedad absoluta -Humedad relativa
  24. 24. Humedad absoluta : es la cantidad de vapor deagua que hay en un volumen determinado de aire (g/m3).Pero la cantidad de vapor de agua que hay en el airedepende de la Tª:Aire frío  admite poca humedadAire caliente  admite mucha humedadCuando el aire no puede admitirmás humedad se dice que estásaturado. Se puede construir unacurva de saturación . A cadapunto de la curva le correspondeuna Tª de saturación (enabscisas) que se denomina puntode rocío (Tª a la que se producecondensación) y una cantidad dehumedad concreta (enordenadas).
  25. 25. Humedad relativa : es la cantidad, en %, de vapor deagua que hay en 1m3 de aire en relación con la máxima quepodría contener a la Tª en la que se encuentra.  Humedad absoluta Humedad relativa = ------------------------------- 100 Humedad máximaEj.: Tª = 20º Humedad absoluta = 10 g/m3 10 g/m3 Humedad relativa = --------------- = 0,58 -> 58 % 17 g/m3 Higrómetro de cabello
  26. 26. Cuando una masa de aire se eleva, se va enfriando hastaalcanzar la Tª del punto de rocío, entonces el vapor deagua comienza a condensarse y se hace visible. A laaltura a la que esto sucede, nivel de condensación ,comenzará a visualizarse en forma de nube.Para que se forme una nube esnecesario que la humedadrelativa sea del 100% y queexistan en la atmósfera núcleosde condensación (polvo, humo,óxidos de N,...). Una nube estáformada por millones depequeñas gotitas o pequeñoscristales de hielo que seencuentran suspendidos en elaire. El hielo se forma en la partemás elevada de las nubes altas.
  27. 27. Movimientos verticales debidos a lapresión atmosférica La presión atmosférica es la presión que ejerce laatmósfera por unidad de superficie. Varia con:Altitud: a nivel del mar es de 1 atmósfera, 760 mm demercurio o 1013 milibares. Disminuye con la altura, ya quela masa de aire es cada vez menor.En un punto geográfico determinado depende de: lahumedad del aire y de la temperatura.+ humedad  - densidad  - peso aire  - presiónatmosfér.   + temperatura  + humedad  - presión atmosférica 
  28. 28. Isobaras: líneas que unen los puntos geográficos deigual presión atmosférica.
  29. 29. Anticiclón (A): zona de alta presión atmosférica ,rodeada de una serie de isobaras cuya presión disminuye desde elcentro hacia el exterior. ¿Cómo se forma un anticiclón? Se forma cuando una masa de aire frío (más denso) que se halla situada a cierta altura, tiende a descender hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto se acumula mucho aire (hay mucha presión) y el viento tiende a salir desde el centro hacia el exterior.
  30. 30. Borrasca o condición ciclónica (B) : zona de bajapresión atmosférica , rodeada de isobaras cuyos valores vanaumentando desde el centro hacia el exterior. ¿Cómo se forma una borrasca? Se produce cuando existe una masa de aire poco denso (cálido y/o húmedo) en contacto con la superficie terrestre que comienza a elevarse empujada por unas corrientes térmicas ascendentes. Como consecuencia de su elevación, en el lugar que previamente ocupaba la masa, se crea un vacío (disminuye la presión) que es ocupado por el aire frío de los alrededores originándose un viento que sopla desde el exterior hasta el centro de la borrasca.
  31. 31. Gradientes verticales-Gradiente vertical de Tª (GVT) - Gradientes adiabáticos
  32. 32. Gradiente vertical de Tª (GVT) Representa la variación vertical de la Tª del aireen condiciones estáticas o de reposo. Su valor suele serde 0,65ºC/100m. Pero este valor de gradiente es teórico pues dependede la altura, la latitud, la estación,...
  33. 33. Es frecuente encontrarinversiones térmicas ,espacio aéreo en el cual la Tªaumenta con la altura en vez dedisminuir, es decir, el GVT esnegativo. Estas inversiones impidenlos movimientos verticales delaire al actuar como tapadera(queda el aire frío abajo),produciéndose nieblas, heladas,… (sobre todo en invierno, puesel suelo enfría la atmósferainmediata) y dificultando ladispersión de los contaminantes. Estas variaciones de la Tªcon la altura se puedenrepresentar mediante curvas deestado. temperatura Curvas de estado
  34. 34. Gradientes adiabáticos En la troposfera, los ascensos y descensos del airese producen con la suficiente rapidez como para que,dada la mala conductividad térmica del aire, no seintercambie calor con los gases de los alrededores. Esdecir, que los ascensos y descensos de aire se puedenconsiderar como procesos adiabáticos (cuando no seproduce intercambio calorífico entre el sistema en el quese realiza y el exterior). Existen dos tipos de ascensos y descensosadiabáticos, según se produzcan o no cambios de estadoen el vapor de agua de la masa de aire que se desplaza.Los cambios de estado, en el caso de producirse,implican liberación o absorción de energía.Gradiente adiabático húmedo (GAH)Gradiente adiabático seco (GAS)
  35. 35. Gradiente adiabático seco (GAS) es ladisminución o el aumento de temperatura que sufre unamasa de aire que asciende o desciende, cuando dentrode esa masa de aire no se producen cambios deestado del vapor de agua . Es un valor fijo: 1ºC/100 m.
  36. 36. Gradiente adiabático húmedo (GAH) es ladisminución o el aumento de temperatura que sufre una masade aire que asciende o desciende, cuando en ella tienen lugarcambios de estado en el vapor de agua. Por ejemplo, si una masaasciende disminuye sutemperatura y si este descenso detemperatura es suficiente comopara que se condense el vapor deagua se libera una energía (calorde vaporización) que ocasiona unenfriamiento más lento de la masade aire ascendente; el gradienteadiabático húmedo dependerá dela cantidad de agua que secondensa, un valor aproximadopuede ser 0,5ºC/100 m.
  37. 37. Condensación (libera energía)Vapor de agua Agua líquida Evaporación (consume energía)
  38. 38. No hay que confundir la variación de la temperatura delaire ambiente (es decir, el que se encuentra en los diferentesniveles atmosféricos considerados), lo que hemos llamadogradiente vertical de Tª (curvas de estado ), con lastemperaturas sucesivas de una misma masa de aire cuandoasciende o desciende (su representación son las curvas deevolución) temperatura curvas de estado curvas de evolución
  39. 39. Condiciones de inestabilidad-Masa de aire caliente con movimiento ascendente(GAS = 1ºC/100m) en el seno de una masa de aire estáticacon GVT.- Se forma una borrasca en superficie, lo que dará lugara un viento que converge desde el exterior hacia elinterior de la misma.- Puede haber precipitaciones, si lamasa de aire ascendente contiene lasuficiente cantidad de vapor de aguay este se condensa.- Eliminación de lacontaminación, ya que el aireascendente provoca la elevación ydispersión de la misma.
  40. 40. Condiciones de estabilidad osubsidencia-Masa de aire frío y denso con movimientodescendente.- Se forma un anticiclón en superficie, lo que darálugar a vientos divergentes . -El aire al descender se va secando y debido también a los vientos divergentes hay ausencia de precipitaciones.- Difícil de dispersar lacontaminación, sobre todo eninvierno si hay inversionestérmicas.
  41. 41. Movimientos horizontales de la atmósfera La atmósfera tiene también movimientoshorizontales que tratan de amortiguar las diferenciasde temperatura originadas por la mayor irradiaciónsolar en el ecuador que en los polos . El transportede calor desde las zonas con superávit a las de déficit esllevado a cabo por el viento. Si un anticiclón y una borrasca se encuentran próximos, el viento que sale de los anticiclones penetra en las borrascas, y por arriba el que asciende en las borrascas, desciende por los anticiclones. Se forman así las llamadas células de circulación del viento.
  42. 42. La trayectoria del viento no es rectilínea por dosrazones:- la topografía: el relieve puede frenarlo, amplificarlo oformar torbellinos.- el efecto Coriolis .
  43. 43. El efecto Coriolis es una consecuencia del movimientode rotación terrestre y de su sentido antihorario (de oeste a este).Dicha fuerza no es constante, alcanza su grado máximo en lospolos y disminuye progresivamente hacia el ecuador donde seanula. El resultado es una desviación hacia la derecha en latrayectoria inicial de un móvil en el hemisferio norte. Para unmóvil situado en el hemisferio sur la desviación será hacia laizquierda.
  44. 44. Debido a la fuerza de Coriolis, los vientos quecirculan desde los anticiclones a las borrascasson desviados y su trayectoria es tangencial a lasisobaras, girando, en el hemisferio norte, en sentidohorario en los anticiclones y antihorario en lasborrascas.
  45. 45. Circulación general de la atmósfera Las causas de la circulación general de laatmósfera son: - La distinta insolación de la superficieterrestre produce un calentamiento desigual . - La rotación de la Tierra que produce elefecto Coriolis y que impide que la trayectoria anteriorsea continua. - Rozamiento contra la superficie del globo.
  46. 46. En las zonas ecuatoriales el calentamiento esintenso debido a que los rayos solares incidenverticales. Debido a ello, el aire caliente por contactocon la superficie terrestre tenderá a ascender, dandolugar a borrascas ecuatoriales (B). En las zonas polares, las bajas temperaturas vana provocar el aplastamiento del aire frío contra el sueloy el asentamiento de un anticiclón polar (A)permanente sobre ellas. A Por este motivo, teóricamente, el viento superficial podría recorrer el globo terrestre de forma que, B partiendo de los anticiclones polares, en el sentido de los meridianos, alcanzaría las borrascas ecuatoriales.
  47. 47. Como consecuencia de esto en la circulación general dela atmósfera podemos distinguir tres células de convección(célula de Hadley , célula de Ferrel y célula polar ), enlugar de una ya que la trayectoria de los vientos se venotoriamente modificada por la fuerza de Coriolis.
  48. 48. - Zona de borrascas ecuatoriales o zona de convergenciaintertropical (ZCIT) . En esta zona las lluvias son constantespor la confluencia de los vientos alisios de ambos hemisferios,lo que produce un ascenso convectivo muy enérgico. La ZCIT nocoincide con el ecuador geográfico, desplazándoseestacionalmente desde los 5º S hasta los 10º N.
  49. 49. - Los vientos de altura, generados por las bajas presiones ecuatoriales,descienden en la zona de los anticiclones subtropicales , situadoshacia los 30º de latitud. Generan vientos divergentes: los alisios, quesoplan hacia el ecuador (proceden del nordeste en el hemisferio norte ydel sureste en el hemisferio sur) y los vientos del oeste (westerlies),que soplan hacia las zonas templadas (proceden del suroeste en elhemisferio norte y del noroeste en el hemisferio sur).
  50. 50. Los anticiclones subtropicales que se asientan sobrecontinentes dan lugar a los mayores desiertos del planeta, debido aque, como vimos antes, los vientos que salen de ellos impiden laentrada de las lluvias.
  51. 51. - Zona de borrascas subártica o subantártica , hacia los 60ºde latitud. En ella confluyen los vientos del oeste quetransportan aire cálido con los fríos levantes procedentes de lospolos.- Zonas de anticiclones polares de donde parte el viento fríolevante polar (vientos del este).

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