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Dinámica de las masas fluidas

Atmósfera e hidrosfera

Introducción

• Las masas fluidas son la atmósfera e

hidrosfera.

• Son la maquinaria climática, que funciona

gracias a la energía del sol.

• Son sistemas interconectados por el ciclo del

agua.

• El ciclo del agua es la interacción más

importante de la maquinaria climática.

Introducción

• La maquinaria climática es muy compleja y

difícil de predecir.

• Se basa en los movimientos generados debido

a la existencia de un gradiente entre dos

puntos.

Gradiente: diferencia que hay entre dos puntos de alguno de los parámetros

(temperatura, densidad, presión o humedad)

Introducción

• La existencia de un gradiente provoca el

movimiento de los fluidos para amortiguar las

diferencias entre los dos puntos.

Introducción

• Los movimientos de masas fluidas pueden ser

de dos tipos:

– Verticales:

• Son debidos a gradiente de temperatura y por tanto de

densidad (mayor densidad a menor temperatura)

• El aire se calienta por la radiación infrarroja que irradia

la superficie terrestre y asciende, en el ascenso se irá

enfriando y descenderá.

• La hidrosfera se calienta por arriba por lo que no puede

ascender y no hay movimientos verticales. Sólo hay en

zonas concretas donde la temperatura superficial es

menor.

Introducción

– Horizontales:

• Debidos a la desigual insolación del la

superficie terrestre → mayor en el ecuador,

mínima en los polos.

La atmósfera: composición, estructura y función

• Composición:

– Gases mayoritarios: N2, O2, Ar y CO2

– Minoritarios: reactivos→ CO, CH4, hidrocarburos,

NO... ; no reactivos → He, Ne, Kr, Xe, H2

– Variables: vapor de agua, contaminantes, etc.


• Funciones:

1. Filtro protector: el campo magnético y las

capas de la atmósfera actúan como filtro,

sólo pasa radiación visible → importante

para fotosíntesis y dinámica de las masas

fluidas.

2. Función reguladora: permite una

temperatura óptima para la vida.


• Estructura:

– Troposfera:

• Capa inferior

• Termina en la tropopausa

• Espesor de entre 9km (polos) y 16 km (ecuador).

También varía con las estaciones.

• En ella se concentran el 80% de los gases necesarios

para la vida.

• La presión atmosférica es mayor en las zonas bajas.

• La temperatura disminuye con la altura → Gradiente

vertical de temperatura (GVT) 0,65º/100m


– Troposfera:

• Es la capa del efecto invernadero

• Es la capa del clima: en ella se forman las nubes, las

precipitaciones, existen movimientos verticales, etc.

(los primeros 500m se llaman capa sucia y es donde se

concentran los contaminantes, el polvo en suspensión,

etc → responsables de los tonos rojizos al amanecer y

atardecer)


– Estratosfera:

• Desde la tropopausa a la estratopausa a 50-60km

• Sólo existen movimientos horizontales de aire.

• No presenta nubes, sólo en los polos → nubes

estratoféricas polares (NEP) tenues y nacaradas

formadas de hielo.

• En ella se encuentra la capa de ozono.

Capa de ozono:

• Ozono→ O3, molécula gaseosa y de olor picante que se encuentra en todala

atmósfera.

• La mayor concentración está entre los 15-30km de altura → capa de ozono.

• Filtra la radiación ultravioleta (UV).

• Los mecanismos naturales de formación y destrucción de ozono son los

siguientes:

1. Ruptura de O2 a causa dela luz UV : O2 +UV → O + O

2. Formación de ozono: O2 + O → O3 + calor

3. Destrucción por fotolisis del ozono O3 + UV → O2 + O

• Es un equilibrio dinámico → se forma y se destruye absorbiendo el 90% de

la radiación UV y liberando calor (por eso en la estratosfera sube la

temperatura hasta los 0-4ºC)

• Los CFC alteran este equilibrio provocando la destrucción de ozono.


– Mesosfera:

• La temperatura desciende hasta los -80ºC.

• La densidad del aire es muy reducida pero suficiente

como para que los meteoritos se inflamen por el roce

→ estrellas fugaces.


– Termosfera o ionosfera:

• Hasta los 600km aproximadamente.

• La temperatura aumenta mucho, hasta los 1000ºC

aproximadamente por la absorción de rayos X y gamma

que realizan las moléculas de O2 y N2 → se convierten

en iones N+ y O+ (por eso se llama ionosfera)

• Los iones generan un campo magnético → hay

movimiento de iones desde esta capa cargada

positivamente hasta la superficie cargada

negativamente y viceversa.


– Termosfera o ionosfera:

• Las auroras boreales y australes se producen en esta

capa por el choque de los electrones procedentes del

sol contra los iones de esta capa → el color depende de

los iones con los que choquen y la presión atmosférica:

– Amarillo-verdoso → cuando chocan con O a baja presión.

– Rojo → si es a muy baja presión.

– Azul → si es contra moléculas de N.


– Exosfera:

• Hasta los 800km.

• Su límite se determina por su baja densidad similar a la

del espacio exterior.

Dinámica atmosférica vertical

• Los movimientos verticales en la troposfera → convección.

• Convección térmica:

El aire de la superficie se calienta y se hace menos denso →

asciende → al ascender se va enfriando y se densifica →

desciende.


• Convección por humedad:

– La presencia de vapor de agua hace que sea menos denso

que el aire seco (porque tiene menos componentes

atmosféricos de mayor peso molecular)

– Punto de rocío: temperatura a la que debe enfriarseuna

masa de aire para que se condense el vapor de agua que

contiene y se genere escarcha, neblina o rocío

(dependiendo de la Tª)

– Cuando una masa de aire caliente y/o humedo asciende

se va enfriando hasta el punto de rocío → nivel de

condensación → formación de nubes.


– Nube: millones de pequeñas gotas o partículas de hielo.

– Ademas de el nivel de condensación es necesario que

haya núcleos de condensación → polvo, humo, NaCl,

Nox, H2S.

• Si existen muchos núcleos se pueden formar nubes

con un 98% de humedad.

• Si existen muy pocos el agua no podrá condensarse.


• Convección por cambios de presión atmosférica

– Presión: es la presión ejercida por la columna de aire

sobre la superficie terrestre. Su valor estandara nivel del

mar es → 1 atm = 760mm de Hg = 1.013, 3mb

– La presión no siempreesla misma depende de la Tª y la

humedad del aire.

– Isobaras (mapas del tiempo) → líneas que unen puntos

geográficos con la misma presión. Permiten identificar

zonas de altas y bajas presiones.

Dinámica atmosférica vertical– Borrasca, condición ciclónica o inestabilidad atmosférica:

• Es una zona de bajas presiones “B”

• Se produce cuando una masa de aire poco denso (por su temperatura o humedad) asciende → zona de baja presión.

• El espacio vacío es ocupado por vientos que se mueven desde el exterior al centro de la borrasca y gira en sentido opuesto a las agujas del reloj en nuestro hemisferio.


• Las condiciones de

inestabilidad favorecen la

dispersión de

contaminantes.

• Suelen ir acompañadas de

precipitaciones (también

eliminan contaminantes al

caer)

Dinámica atmosférica vertical– Anticiclón o condición de estabilidad atmosférica:

• Es una zona alta presión “A”

• Se origina cuando una masa de aire frío (denso)

desciende hasta contactar con el suelo → aumenta la

presión y el viento tiende a salir desde el centro hacia

el exterior girando en el sentido de las agujas del reloj

en nuestro hemisferio.


• Los anticiclones se asocian a

ausencia de precipitaciones

y buen tiempo pero en

invierno también

determinan nieblas y

heladas.

Dinámica atmosférica vertical– Inversión térmica:

• El GVT es de 0,65º/100m de altura → cada 100m

desciende la Tª 0,65 ºC

• Varía con la estación, altura, latitud…• En ocasiones cambia de signo → inversión térmica.

• Inversión térmica:

▪ La temperatura aumenta con la altura (GVT es negativo)

▪ Impiden los movimientos verticales del aire

▪ Pueden presentarse a cualquier altura de la troposfera.

▪ También hay inversiones térmica ocasionales → noches de

invierno el suelo más frío y enfría la atmósfera inmediata que

está más fría que la superior.


• Los anticiclones invernales

están relacionados con la

formación de inversiones

térmicas en la atmósfera

inferior.

• Problema para la dispersión

de contaminantes

La hidrosfera

• Capa de agua que recubre 2/3 de la superficie de la Tierra.

• El 97% se encuentra en los océanos, el resto en forma de

agua superficial, hielo, aguas subterráneas y en la

atmósfera.

La hidrosfera

• La salinidad del agua de mar es de media 35g/l. Siendo las

sales principales el NaCl y SO4 en menor medida.

• La composición del agua dulce es muy variable y depende

de los terrenos por los que discurra.

Dinámica de las masas fluidas a escala global

• La irradiación solar es mucho mayor en el ecuador

que en los polos → la presencia de masas fluidas

(atmósfera e hidrosfera) permite amortiguar esas

diferencias.

• El transporte de calor desde las zonas de superávit

a las de déficit se produce por la acción de vientos y

corrientes oceánicas.


Dinámica atmosférica

• Viento superficial

• Cuando un A y una B se encuentran próximos

• La trayectoria del viento no es rectilínea → el relieve y el

efecto Coriolis la desvían.

Divergente en Anticiclones

Convergente en Borrascas

El viento superficial sopla de los A a las B

El viento en altura lo hace en sentido contrario



Cuanto más juntas están las isobaras, más fuerte sopla el viento.



A. El efecto Coriolis

• Consecuencia del giro de la Tierra en sentido antihorario.

• No tienen valor constante, es máximo en los polos y

disminuye hasta llegar al ecuador donde se anula.

• Si nos dirigimos del Ecuador al Polo Norte nuestra

trayectoria se desvía a la derecha.(También del Polo Norte

al Ecuador)

• Ocurre lo contrario en el Hemisferio Sur→ la desviación es a

la izquierda.

http://www.youtube.com/watch?v=SfKFexjLIpI




Los vientos circulan de los A a las B pero al ser desviados

por la fuerza de Coriolis → Giro en sentido horario en

torno a los A y antihorario en torno a las B.


Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica

• El calentamiento del sol en zonas ecuatoriales → aire

caliente que asciende → zona baja presión → borrascas

ecuatoriales.



• En las zonas polares las bajas temperaturas→ aire frío

pegado al suelo→ zona alta presión → anticiclón polar

permanente.

• Teóricamente:

El aire en superficie se movería desde los A polares a las B ecuatoriales

El aire en altura se movería desde las B ecuatoriales a los A polares.



• En realidad → el efecto Coriolis produce una desviación que

hace que se formen tres células:

1. Célula de Hadley:

- El aire caliente del ecuador asciende en dirección a los

polos pero a los 30º de latitud N o S la desviación hace

que se fragmente y descienda hacia el suelo → cinturón

de anticiclones subtropicales→ mayores desiertos del

planeta.

- El Anticiclón de los Azores es el que condiciona el clima

de nuestro país.



- La célula se cierra gracias a los alisios → vientos

superficiales que van hacia el ecuador donde convergen

los de ambos hemisferios → ZCIT (zona de convergencia

intertropical)

2. Célula polar:

- El viento de superficie de los anticiclones polares llega

hasta los 60º de latitud donde se eleva de nuevo →

borrascas subpolares.



3. Célula de Ferrel

- Entre las dos anteriores → se forma por los vientos

superficiales del oeste (westerlies) que soplan desde los

anticiclones desérticos a las borrascas polares.


Dinámica de la hidrosfera

• La hidrosfera actúa como regulador térmico → alto calor

específico→ almacena más tiempo el calor.

• A igual latitud las zonas costera → menor amplitud térmica

→ por el efecto termorregulador del agua y por las brisas

marinas.


Dinámica de la hidrosferaA. El agua oceánica

• Es un mecanismo de transporte de calormuy eficaz (ocupa

las ¾ partes del planeta) → papel sobre el clima muy

importante.

• Hay dos tipos de corrientes oceánicas: superficiales y

profundas.



• Corrientes oceánicas superficiales

– Dependen del viento que a su vez depende de

anticiclones y borrascas → gira en sentido horario en

torno a anticiclones en HN.



• Corrientes oceánicas profundas

– Dependen de la densidad del agua, que es mayor si está

más fría y/o salada.

– El agua más fría o salada de la superficie es más densa

(Ej: por frío, mayor evaporación=mayor salinidad)→

desciende→ la del fondo aflora.

– Si la superficial no es más fría ni más salada (ej: aporte de

agua dulce)→ No hay movimientos.


Dinámica de la hidrosferaB. Océano Global → la cinta transportadora oceánica

• Corriente que recorre la mayoría de océanos del planeta.

• Comienza en las proximidades de Groenlandia → agua fría y

salada = densa.

• En la primera mitad de su trayectoria lo hace como corriente

profunda debido a su densidad.

• En la segunda se hace superficial, condicionada por los

vientos.


Dinámica de la hidrosferaB. Océano Global → la cinta transportadora oceánica

• Compensa la diferencia de temperatura y salinidad entre el

Atlántico y el Pacífico.

• Regula la cantidad de Co2 atmosférico → más soluble en

agua fría → se disuelve y sumerge en zonas de groenlandia

→ aflora unos 1000 años después en zonas de afloramiento.


Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño

Denominado también Oscilación Meridional o ENSO

Hay tres situaciones posibles:

• ENSO neutral:

– Es la situación normal.

– Los alisios soplan de este a oeste →empujan hacia el

oeste el agua superficial del PacíficoSur.

– El nivel del mar medio metro más en Indonesia que Perú

y Ecuador.



– El descenso del nivel de mar → afloramiento de agua

profunda con nutrientes → aumenta el fitoplancton →

aumenta la pesca.

– Los alisos parten de un anticilón próximo a la isla de

Pascua y concluye próximo al continente asiático

provocando precipitaciones y tifones.



• El Niño

– Se produce por el calentamiento (0,5ºC) de las costas de

Perú.

– Suele alcanzar valores máximos en Navidad y dura entre

9 y 18 meses.

– Los alisios amainan → el agua no se desplaza y se caldea

→ caldea la atmósfera → borrasca→ nubes en costas

peruanas (normalmente árida) → no hay afloramientos

profundos → la riqueza pesquera decae.



• El Niño

– En Indonesia, Australia y filipinas → anticiclón = intensas

sequías.

– Origen desconocido. Posibilidad → menos contraste

térmico a causa del cambio climático.



• La Niña

– Exageración de la situación normal → los alisios soplan

con mayor intensidad.

– Se asocia con descensos de la temperatura del Pacífico

Oriental- Central.

– Se produce cada 3 o 5 años y dura entre 1 y 3 años.

http://internacional.elpais.com/internacional/2017/03/22/america/1490162621_295292.html





El clima: concepto y parámetros

Climatología: ciencia que estudia el clima.

Clima: conjunto de fenómenos de tipo meteorológico

que caracterizan la situación y el tiempo atmosférico

en un lugar de la Tierra.

No hay que confundir clima con tiempo atmosférico →

temperatura, nubosidad, precipitación, viento… en un

momento determinado.


• El clima se calcula a partir de valores de tiempo

atmosférico recogidos durante 20-30 años.

• El clima depende de: latitud, altitud,

continentalidad, orientación respecto a los

vientos…

• Para comprender clima → climogramas


Precipitación y sus tipos

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