Tema 8: Dinámica de las masas fluidas
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DINÁMICA DE LAS MASAS FLUIDAS
TEMA 8
CAPAS FLUIDAS
Atmósfera e Hidrosfera
Ambas son muy importantes en el
funcionamiento de la máquina climática
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
ATMÓSFERA
Nitrógeno: 78,1 %
Oxígeno: 20,9 %
Argón: 0,93 %
Dióxido de carbono: 0,038 %
Otros gases: 0,032 %
ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA
Exosfera Ionosfera Mesosfera Estratosfera Troposfera
Troposfera
Estratosfera
Mesosfera e Ionosfera
Auroras polares
Las auroras se forman por la interacción del viento solar (flujo de partículas cargadas: e- y H+) con la magnetosfera y la ionosfera.
El viento solar viaja a través del espacio a unos 400 km/s, y llega a la Tierra en 4 o 5 días.
Auroras polares
Estos partículas electrizadas son captadas y canalizadas por las líneas del campo magnético terrestre hacia los círculos polares. El campo magnético actúa también como escudo protector, desviando la mayoría de las partículas cargadas.
Estos e- y H+ ionizan los átomos de la ionosfera: iones de oxígeno y nitrógeno, originados por los rayos ultravioleta procedentes del Sol.
Los átomos excitados, no pueden quedarse en este estado y se desexcitan, emitiendo luz verde/amarilla los de oxígeno, azul los de nitrógeno y roja los de He.
El color del arco auroral depende de los átomos ionizados y de la altitud (entre 80 y 1 000 km de altura)
Auroras polares
RADIACIONES SOLARES
BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
El balance energético de la Tierra permanece equilibrado:
Energía que entra - Energía que sale = 0 A lo largo de la historia de la Tierra, las variaciones
importantes de dicho balance han supuesto cambios climáticos, como por ejemplo las glaciaciones.
BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
Esta ilustración explica el proceso que sigue la energía solar desde que entra en la atmósfera hasta que la abandona.
ACTIVIDAD 3
Sobre la atmosfera: ◦ Absorbida ◦ Reflejada ◦ Total
Sobre la superficie terrestre: ◦ Absorbida ◦ Reflejada ◦ Total
25% 25%
50%
45% 5%
50%
Balance total radiación incidente: 100%
a) Radiación de onda corta incidente
Onda larga: ◦ Atmosfera ◦ Suelo ◦ Total
ACTIVIDAD 3
Onda corta (Albedo planetario): ◦ Atmosfera ◦ Suelo ◦ Total
25% 5%
30%
66% 4%
70%
Balance total radiación saliente:
¿Se encuentran en equilibrio las entradas y salidas?
100%
b) Radiación emitida por la Tierra al espacio
ACTIVIDAD 3
Radiación recibida: ◦ Onda corta ◦ Onda larga ◦ Total
Radiación emitida: ◦ Onda larga ◦ Total
45% 88%
133%
104%
104%
Balance total (entradas - salidas):
¿Se encuentran en equilibrio las entradas y salidas?
133 - 104 = 29%
c) Balance de la superficie terrestre (suelo)
ACTIVIDAD 3
Radiación recibida: ◦ Onda corta ◦ Onda larga Total
Radiación emitida: ◦ Onda corta ◦ Onda corta (al suelo) Total
25% 100%
125%
66%
154%
El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA si se encuentra en equilibrio.
125 - 154 = - 29%
88%
d) Balance de la atmosfera
Balance total (entradas - salidas):
¿Se encuentran en equilibrio las entradas y salidas?
ACTIVIDAD 3
Las salidas del sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA son: 30% albedo + 66% radiación de onda larga atmosférica + 4% radiación de onda larga terrestre.
El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA respecto al espacio está en equilibrio.
La atmósfera actúa como un manto que da calor a la tierra y mantiene el equilibrio entre la cantidad de radiación solar absorbida y el calor que se refleja de nuevo hacia el espacio.
El equilibrio entre la energía solar que recibe y la que emite tiene como consecuencia la estabilidad térmica de la Tierra.
La relación no se encuentra en equilibrio si se consideran por separado la superficie terrestre o la atmósfera, pero si en el sistema superficie-atmósfera.
PAPEL REGULADOR ATMÓSFERA
La transmisión del calor entre el suelo y la atmósfera se produce de varias formas: ◦ Calor sensible: Radiación infrarroja de onda larga Conducción directa Movimientos de convección
◦ Calor latente: Es la energía térmica acumulada en el vapor de agua. Se libera asociado a la evaporación y aumenta la
temperatura del aire.
Transmisión de calor
Transmisión de calor
FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
FUNCIÓN PROTECTORA: ◦ Filtra las radiaciones solares nocivas. ◦ Impide la caída de material cósmico, ya que la mayoría de
meteoritos que son atrapados por el campo gravitatorio terrestre se subliman por rozamiento durante su descenso.
FUNCIÓN REGULADORA:
◦ Evita grandes contrastes térmicos gracias al efecto invernadero. ◦ Redistribuye la radiación solar
Contiene el O2 y CO2 necesarios respectivamente para la
respiración de la mayoría de los seres vivos y fotosíntesis de las plantas.
Interviene en el ciclo del agua, y en los procesos de geodinámica externa.
FUNCIONES DE LA ATMOSFERA
MOVIMIENTOS DE LAS MASAS DE AIRE
Los movimientos horizontales y verticales de las masas de aires se deben a la existencia de gradientes: ◦ Gradientes de humedad. ◦ Gradientes de presión. ◦ Gradientes de temperatura.
HUMEDAD ATMOSFÉRICA
El aire húmedo (aire + H2O) es menos denso que el aire seco. ◦ Humedad absoluta. Cantidad de vapor de agua en un
volumen determinado de aire (g/m3). La cantidad de vapor de agua que hay en el aire depende de la temperatura. ◦ Humedad relativa. Cantidad en % que hay en 1 m3 en
relación con la máxima que podría contener a la Tª en la que se encuentra.
CURVA DE SATURACIÓN DE UNA MASA DE AIRE
Al elevarse el aire y enfriarse el vapor de H2O, este se condensa.
Curva de saturación
El aire frío no puede contener mucho agua aunque esté saturado.
Esta es la razón por la que en los
lugares fríos de la Tierra (Ártico y Antártida) las precipitaciones son escasas
GRADIENTE DE PRESIÓN
La presión ejercida por la atmósfera es 760 mm Hg =1 atm = 1013,3 mb.
Esta presión varía dependiendo de humedad y
la temperatura del aire.
Los mapas del tiempo trazan isobaras, líneas que unen puntos geográficos con igual presión.
Los anticiclones se forman cuando una masa de aire frió (más denso ) desciende hasta contactar con el suelo. En esta zona hay “mucho aire” y crea una zona de alta presión.
Anticiclones
Una borrasca se forma cuando una masa de aire poco denso (cálido y húmedo) se eleva, creándose un vacío con menos presión.
Borrascas
Anticiclones y borrascas
GRADIENTES DE TEMPERATURA
Gradiente vertical térmico. Gradiente adiabático seco (GAS).
Gradiente adiabático húmedo (GAH).
GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA
Gradiente vertical de Tª: variación vertical de Tª en condiciones estáticas o de reposo de una masa de aire (0,65ºC/100m como media) . El gradiente real puede variar según las condiciones de un lugar concreto.
Inversión térmica: cuando la Tª aumenta con la altura en vez de disminuir, GVT negativo.
El aire superficial caliente tiende a elevarse formando
corrientes térmicas ascendentes. Pueden darse también movimientos horizontales.
Inversión térmica
Ocurre sobretodo en situaciones de tiempo frio y estable. Dificulta la mezcla de aire.
GVT
Inversiones térmicas
GRADIENTES ADIABÁTICOS
Son las variaciones de temperatura que experimenta una masa de aire al cambiar de altura.
Únicamente dependen de la
temperatura y de la humedad inicial, pues son resultado directo de las leyes físicas.
GRADIENTE ADIABÁTICO SECO
GAS: (1ºC/100m) Al ascender una masa de aire la presión
disminuye y el gas se expande con una disminución de Tª según la ley de los gases perfectos. Lo hace sin intercambiar calor con el exterior: cambio adiabático.
Se llama seco por que el agua que lleva el aire está en forma de vapor.
Es un gradiente dinámico ya que afecta una masa de aire que se encuentra realizando un movimiento vertical por estar en desequilibrio con el aire que le rodea.
GRADIENTE ADIABÁTICO HÚMEDO
GAH: Cuando una masa de aire ascendente alcanza el punto de rocío, el vapor de agua que contenía se condensa formando una nube. En la condensación se libera el calor latente por lo que el GAH es menor que 1ºC/100m. La masa seguirá ascendiendo pero con un gradiente rebajado. Su valor depende de la cantidad de vapor de agua
inicial, cuanta más agua menor GAH y las nubes pueden llegar a mucha altura (p. ej. Trópico GAHmínimo=0,3 ºC/100m)
INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
Borrasca: Movimiento ascendente de aire que varia conforme G.A.S.
Ascenso: G.V.T.>G.A.S. (Aire exterior más frío)
Vientos convergentes
Posibilidad de lluvia si el aire ascendente es húmedo.
CONDICIONES DE INESTABILIDAD
ESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
Anticiclón: descenso de aire frío y denso.
Vientos divergentes secos : NO precipitaciones
0<GVT<GAS=1 : Estabilidad atmosférica sin movimientos verticales.
GVT<0 : Inversión térmica, niebla.
CONDICIONES DE ESTABILIDAD
1. Hr= (12,5*100)/16=78%
2. 15 ºC
3. GAS=1ºC/100 m -> 20ºC -> 15ºC hasta los 600m
Desde los 600m hasta 1600m se aplica GAH= 0,5ºC/100 m
A 1600 m la T.aire = 15 – (1000* 0,5) = 10ºC
CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
La radiación solar es máxima en el ecuador, las diferencias de temperatura que de ello derivan quedan amortiguadas por el transporte de calor que hacen la masas fluidas de la Tierra.
Este hecho fue propuesto por Hadley en el siglo XVIII
CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
El aire transporta calor en forma de calor sensible (corrientes de convección) y de calor latente.
CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
La circulación del aire se ha mostrado más compleja de lo propuesto por hadley.
Existen 3 células convectivas: ◦ La de Hadley ◦ La de Ferrer ◦ La polar
CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
Célula de Hadley. Muy energética por los rayos solares, al llegar a los 30º desciende formando anticiclones y desiertos.
Célula Polar. El aire frío procedente de los polos se calienta y eleva a latitud 60º creando borrascas que afectan a nuestro país en invierno.
Célula de Ferrel. Por la acción indirecta de los vientos que soplan desde los anticiclones tropicales hasta las borrascas polares.
EFECTO DE CORIOLIS
El aire circula entre los anticiclones y las borrascas en diferente sentido en superficie y en altura, esta circulación se desvía debido al efecto Coriolis girando: Borrasca – Antihorario y Anticiclón - Horario
Aire templado
Aire tropical
Aire templado
Aire polar
Aire polar
Como consecuencia de la inclinación del eje de rotación de La Tierra, a lo largo de las estaciones, las células convectivas se desplazan en dirección N-S produciendo las breves estaciones lluviosas en las zonas subtropicales, la llegada de aire polar en las zonas templadas, etc..
CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMOSFERA
Lluvias de convección
Precipitaciones ligada a un frente ciclónico
Precipitaciones ligada a un frente ciclónico
ANOMALÍAS CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA
Influencia de las masas continentales: debido a la distribución de tierra y continentes el flujo es mucho más complejo.
Brisas marinas
Monzones
Monzones
HIDROSFERA
CONSTITUCIÓN HIDROSFERA
CICLO HIDROLÓGICO
Ciclo del agua
CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS MARINAS
Composición del agua marina
Temperatura del agua marina
Distribución térmica vertical
No se puede mostrar la imagen en este momento.
a: Mares poco profundos en zonas templadas b: Océanos. Perfiles en profundidad en invierno
Densidad del agua marina
No se puede mostrar la imagen en este momento.
Intensidad de luz
Variación de la intensidad de luz con la profundidad: ◦ Zona fótica ◦ Zona afótica
DINÁMICA HIDROSFERA
El agua debido a su abundancia, poder calorífico y a las corrientes constituye un mecanismo de transporte de calor muy eficaz y de gran importancia sobre el clima terrestre.
Es un regulador térmico debido a su elevado
calor específico, absorbe y almacena más tiempo una gran cantidad de energía calorífica. Los océanos se calientan y enfrían más lentamente que los continentes, lo que se traduce en menor amplitud térmica en las costas.
CORRIENTES OCEÁNICAS SUPERFICIALES
Corrientes superficiales: giro horario en hemisferio norte, debido a los alisios E – O. Corriente del golfo. Corriente del Labrador. Antártica.
Afloramientos
No se puede mostrar la imagen en este momento. Cinta transportadora oceánica: El agua oceánica de todo el planeta se mueve globalmente. Se enfría en Groenlandia se hunde y viaja hasta el antártico donde parte vuelve al Atlántico y parte viaja hasta el Pacífico donde asciende en el Mar de Japón y vuelve superficialmente de nuevo a Groelandia.
Corrientes oceánicas profundas
Corrientes profundas o termohialinas: la capa superficial del agua se enfría y se hunde.
OSCILACIÓN DEL NIÑO
Situación normal: vientos alisios empujan hacia el Oeste el agua del Pacífico. La corriente de Humbold aflora frente a las costa del Perú.
OSCILACIÓN DEL NIÑO
El niño: Periódicamente los alisios no empujan tanto las aguas y no llegan hasta Indonesia. El agua se calienta junto a Perú se forma una borrasca y precipitaciones en esta costa. También se altera el clima global. Este fenómeno tiene consecuencias en el mar y la economía pesquera.
http://www.elmundo.es/elmundo/2002/graficos/ago/s4/elnino.html
OSCILACIÓN DEL NIÑO
La Niña sucede cuando se produce un agravamiento de
la situación normal: vientos alisios muy fuertes, producen enfriamiento
SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 2011-12)
SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 12-13)
SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 13-14)
7 de octubre de 2013
SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 14-15)
Junio de 2014
SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 14-15)
AGUAS CONTINENTALES
Acuíferos: Son aquellas
formaciones geológicas capaces de almacenar y transmitir agua
ZONAS DE UN ACUÍFERO
Zona de aireación: aquella donde el agua de precipitación se infiltra.
Zona de saturación.
ACUÍFEROS
La zona de descarga es la zona donde el agua sale del acuífero, como puede ser un manantial o la descarga al mar o a un río.
ACUÍFEROS
Distribución de agua subterránea. La forma del nivel freático suele ser una réplica suavizada de la topografía superficial.
Durante los periodos de sequía el nivel freático desciende, reduciendo el flujo de corriente y secando algunos pozos.
Acuíferos libres y confinados
Acuíferos libres y confinados
Acuíferos libres y confinados
Acuífero libre: En ellos existe una superficie libre y real del agua encerrada, que está en contacto con el aire y a la presión atmosférica. Entre la superficie del terreno y el nivel freático se encuentra la zona no saturada.
Acuífero confinado: se encuentra entre dos materiales impermeables.
Acuíferos libres y confinados
Según la movilidad del agua se puede hablar de: ◦ Acuíferos ◦ Acuitardos: buenos almacenes pero transmisores muy
lentos de agua, por ej. limos. ◦ Acuicludos: buenos almacenes pero nulos transmisores
(el caso de arcillas). ◦ Acuifugos: no almacenan ni transmiten agua (granitos
o cuarcitas no fisuradas). La velocidad del agua dependerá de la porosidad
y percolación de la roca.