Tema2.atmosfera.unh

Fernando M. Toribio Román

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERA


La evolución de la atmósfera ha seguido varias fases:

1. Formación de la protoatmósfera de Hidrógeno y Helio.

2. Formación de la atmósfera primitiva de CO2, N2, SO2 y vapor de agua.

3. Formación de la atmósfera actual de N2 y O2.

Evolución de la atmósfera.

LA ATMÓSFERA


La Atmósfera

COMPOSICION DEL AIRE SECO

Gas Abundancia

La atmósfera es la capa de gases que rodea a la Tierra.•

Se extiende hasta unos 1000 km, aunque en sus 15 primeros km se encuentra el 95% de los gases que la componen.

•

Nitrógeno (N2) 78,08%

Oxígeno (O2) 20,95%

Argón (Ar) 0,93%

Dióxido de carbono (CO2) 0,03%

Otros gases nobles Menos de 0,001%


Componentes Volumen (%) Masa (%)

Nitrógeno 78,084 75,510

Oxígeno 20,946 23,150

Argón 0,934 1,280

CO2 0,033 0,046

N2

O2

CH4

H2O

Ar

Ne

HeCO2


AtmósferaEstructura de la atmósfera

La atmósfera está dividida en cuatro capas:

Ionosfera

Mesosfera

Estratosfera

Troposfera

Altura (km)180

140

100

60

20

0

Temperatura del aire- 60 °C 0 °C + 100 °C

Troposfera. De los 0 m a los 12 Km. Su espesor varía entre los polos con temperaturas de –60 °C y el ecuador con temperaturas de +50 °C. Se producen los fenómenos meteorológicos (nubes, lluvia, etc).

•

Estratosfera. Llega hasta los 50 km de altitud. Su temperatura oscila entre –50 °C y +70 °C en la zona próxima a la capa de ozono por absorber la radiación ultravioleta del Sol.

•

Mesosfera. Se extiende hasta los 80 km de altitud. Su temperatura disminuye de forma progresiva hasta –70 °C.

•

Ionosfera. Se extiende hasta los 500 km de altitud. Su temperatura aumenta de forma progresiva hasta 1000 °C.

•


Troposfera

Estratosfera

Elevada concentración de O3 – ozonosfera- Nubes noctilucientes de hielo .

Movimientos verticales de aire muy reducidos,pero los horizontales son muy importantes.

99.9% masa

Mesosfera 99% resto

1% resto Termosfera oionosfera

A 70km. abundan los vapores de sodio.

Partículas cargadas y no cargadas.

TROPOPAUSA

ESTRATOPAUSA

MESOPAUSA

LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA

≈ 10 - 12 km

≈ 50 km

≈ 80 km

0-500m: capa sucia.

Espesor: De 9km (Polos) a 16km (Ecuador).

Movimientos de aire verticales y horizontales.

La Tª llega a alcanzar los -140ºC.

La Tª llega a alcanzar los 1.000 ºC.

En ella se originan las estrellas fugaces.

Fenómenos meteorológicos. Efecto invernadero

80% masa atm. y 99% agua atm.

Gradiente Vertical de Tª GVT = -6’6ºC/km.

Auroras boreales y australes


LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA



Ondas absorbidas por la capa de ozonoOndas absorbidas por la capa de ozono


Ionosfera/ TermosferaIonosfera/ Termosfera

Llega hasta unos 600 km aproximadamente, aquí la temperaturaaumenta hasta unos 1000ºC debido a la absorción de las radiacionessolares de onda más corta (rayos X y gamma ) llevada a cabo por lasmoléculas de nitrógeno y de oxígeno que, debido a ello, se ionizan, setransforman en cationes liberando electrones. Esto da lugar a un campo magnético terrestre entre la ionosferacargada positivamente y la superficie terrestre cargadanegativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta lasuperficie terrestre y desde esta última ascienden capas negativashasta la ionosfera (tormentas).

En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la tierra,haciendo posible las telecomunicaciones, aunque a veces soninterferidas por las radiaciones solares.


Ionosfera/ TermosferaIonosfera/ Termosfera

El sol emite partículas subatómicas (protones y electrones) yradiaciones electromagnéticas (onda corta, visible y larga). Lamayoría de las partículas solares son desviadas por el campomagnético terrestre, por lo que no alcanzan la superficieterrestre.Sobre las zonas polares, el rozamiento de los electrones quellegan del sol contra las moléculas de esta capa produceespectaculares manifestaciones de luces y colores: son lasauroras boreales en el hemisferio norte y las auroras australesen el hemisferio sur.

Su color depende de la molécula contra la que choquen los electrones y de la presiónatmosférica. Es amarillo -verdoso cuando chocan contra las moléculas de oxígeno a bajapresión; rojo, si la colisión es a muy baja presión, azul si el impacto es contra una moléculade nitrógeno...

AtmósferaLa atmósfera nos protege

ES

TR

AT

OS

FE

RA

T

RO

PO

SF

ER

A

20 km

10 km

5 km

0 km

• La atmósfera está formada por mezcla de gases.• El 99% se encuentran en la troposfera y en la estratosfera.

• Capa turbulenta.• Hay nubes.• Se mueve el viento.• Tienen lugar fenómenos meteorológicos.• Sólo el aire de esta parte es respirable.

• Es una zona muy tranquila.• En ella se encuentra el ozono.• El ozono actúa como filtro de las radiaciones solares.


De cada 5 partes: • 4 son de nitrógeno• 1 es de oxígeno

AtmósferaEl aire que nos rodea:

C o m p o n e n t e s d e l a i r e

Nitrógeno78%

Oxígeno21%

Otros1%

• El aire, es una mezcla de sustancias y no una sustancia pura.

• La composición del aire cambia de unos lugares a otros.

Nitrógeno Oxígeno


Atmósfera

1 Encendemos una cerilla y a continuación la apagamos.

2 Introducimos la cerilla recién apagada en un frasco con oxígeno.

3 La llama aparece de nuevo con mayor intensidad.

El oxígeno es el componente del aire que permite que los materiales ardan.

El oxígeno


AtmósferaLas plantas renuevan el aire:

1 Ponemos una vela encendida y una planta bajo una campana. La vela se apaga.

2 Dejamos el conjunto en un lugar soleado durante una semana.

3 Al introducir en la campana una cerilla recién apagada se aviva la llama.

• Al principio la vela se apaga porque no hay oxígeno para mantener la combustión.

• La planta, bajo la acción de la luz solar, ha regenerado el oxígeno.

• Las plantas verdes toman dióxido de carbono del aire y producen oxígeno, bajo la acción de la luz solar.


FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS

En la troposfera, el aire está en movimiento. Esto origina fenómenos atmosféricos o meteoros, que se agrupan en cinco tipos:

METEOROS CÓMO SE MANIFIESTAN

ACUOSOS Lluvia, llovizna, chubasco, nieve, granizo, helada, rocío, escarcha y niebla.

DE POLVO Calima, calima de polvo, humo, ventisca, tempestad de polvo y remolino de polvo.

DE VIENTO Tromba, torbellino de viento, tornado, turbonada, ciclones tropicales.

ELÉCTRICOS Tormenta, relámpago, trueno, fuego de San Telmo y aurora polar.

ÓPTICOS Halo, arco iris, irisación en nubes, espejismo y gloria o corona de Ulloa.


ELEMENTOS DEL CLIMA: LA TEMPERATURA

La Tierra irradia hacia el espacio una cantidad de calor igual a la que recibe.

EstratosferaSol

Radiación reflejada por la atmósfera y las

nubes 35%

Radiación absorbida por las nubes y el polvo atmosférico 15%

50%

La Temperatura es el grado de calor que tiene la atmósfera.

El aparato que la mide es el Termómetro en º C.


Temperatura

El aire de la troposfera (capa inferior de la atmósfera) se calienta a partir del calor emitido por la superficie terrestre (radiación infrarroja).

• La temperatura es máxima en la superficie terrestre, alrededor de 15 ºC de media, y a partir de ahí comienza a descender con la altura según:

• A partir de 12 km, la temperatura asciende con la altitud hasta llegar a aproximarse a los 0-4 ºC en los 50 Km. Este incremento de temperatura está relacionado con la absorción por el ozono de la radiación solar ultravioleta.

•A partir de los 50km de altitud, la temperatura disminuye hasta alcanzar unos -100 ºC a los 80km de altitud.

• A partir de los 80 km de altitud, la temperatura va ascendiendo en altitud al absorber las radiaciones de alta energía, pudiendo alcanzar más de 1000 ºC a unos 600 Km de altitud.

• A partir de los 600 km la baja densidad de gases impide la transmisión del calor y carece de sentido hablar de temperatura.

Un Gradiente Térmico Vertical (GTV) de 6,5 ºC de descenso cada Km que se asciende en altitud (la temperatura baja 0,65 ºC cada 100m de altitud).

Hasta llegar a unos -70 ºC a los 12 Km de altitud.


PresiónTemperatura

120

100

80

60

40

20

Altu

ra (

km.)

-80 -40-60 0-20 20 6040 80

Temperatura (ºC)

Tropopausa

Estratopausa

Mesopausa

TROPOSF.

ESTRATOSF.

MESOSF.

TERMOSF.

Capa de ozono


Presión atmósférica.

• Es el peso ejercido por la masa de aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

• Casi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros kilómetros por encima de la superficie terrestre (debido a la fuerza de atracción gravitatoria sobre los gases), por lo que la presión atmosférica disminuye rápidamente con la altitud.

• El valor de esta presión se mide con el barómetro.A nivel del mar es 1 atmósfera o 1013 milibares, equivalente al peso de una columna de mercurio de 760 mm de altura y un cm2 de base.

• En los mapas meteorológicos, la presión atmosférica suele representarse mediante las isobaras, que son líneas que unen los puntos de igual presión.


ELEMENTOS DEL CLLMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y ALTURA

Presión (milibares)

0 200 400 600 800 1000

28

24

20

16128

4

Alt

ura

(kil

ómet

ros)

Pre

sión

nor

mal

al n

ivel

del

m

ar

BARÓMETRO DE CUBETA

• La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie ejercida por la masa de aire atmosférico sobre la tierra. El barómetro es su instrumento de medida.

Everest8845 m

760 mmPresión

atmosférica

Presión del mercurio

MercurioVacío

• A nivel del mar, la columna de mercurio sube hasta 760 mm de promedio, equivalente a una presión de 1013 milibares (mb)


ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

Las isobaras son líneas imaginarias que unen puntos de la misma presión.•

B A 1024 mb1020 mb

1016 mb

1012 mb

1008 mb

1004 mb

1000 mb

996 mb

La presión disminuye

La presión aumenta

Isobaras

VARIACIÓN DE LA PRESION EN BORRASCAS Y ANTICICLONES

• Hay altas presiones (anticiclones) cuando los valores superan los 1013 mb, y bajas presiones (borrascas) en caso contrario. Los valores de la presión atmosférica varían con la altitud, situación geográfica y el tiempo.


ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.

• Al igual que ocurre si pulverizamos agua sobre un cristal, al unirse las gotitas de agua que hay en las nubes, se forman gotas de mayor tamaño que caen en forma de lluvia.

• Si las nubes se encuentran a gran altura, al disminuir la temperatura, se forman cristales de hielo.

• Al unirse estos cristales, caen en forma de copos de nieve.


Según sea la causa las precipitaciones pueden ser: •

- De convección: producidas por calentamiento y ascenso de masas de aire.

- Orográficas: las montañas obligan a ascender la masa de aire, se expande y enfría, produciendo lluvia.

- De frente: si una masa de aire frío entra en contacto con una masa cálida, esta última asciende sobre la fría, se expande, se enfría y se produce la lluvia.

6 °C 16 °C

Aire caliente y seco

Aire templado y húmedo

2000 m

1000 m

0 m

ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.



Tipos de lluviaTipos de lluvia

ELEMENTOS DEL CLIMA: HUMEDAD.

Se define humedad como el contenido de vapor de agua en el aire.•

El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad del aire.•

• Cuando se calienta, el aire sube. A medida que asciende, va enfriándose y el vapor de agua se condensa en pequeñas gotas o cristales de hielo.

• Las nubes son aire cargado de finas gotas de agua.


ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y VIENTOS.

El viento es el movimiento de las masas de aire con respecto a la superficie terrestre.

•

DIRECCIÓN DE LOS VIENTOS

En los lugares que asciende el aire, disminuye la presión originando un centro de bajas presiones o borrascas (B). Hay inestabilidad y se suelen producir precipitaciones.

•

La veleta es el instrumento que indica la dirección del viento.

•

El anemómetro es el instru-mento utilizado para medir la velocidad del viento expresada en nudos o en m/s.

•

1 nudo = 0,5 m/s

En los lugares que desciende el aire, aumenta la presión formando un anticiclón (A)•Hay estabilidad atmosférica y se suele hacer buen tiempo.


climas peninsularesFernando M. Toribio Román

Centros de Acción atmosféricaCentros de Acción atmosférica


FrentesFrentes


Frente fríoFrente frío


Frente cálidoFrente cálido


Cliclones y anticiclonesCliclones y anticiclones

LOS VIENTOS

¿Por qué se mueve el aire?

Airecaliente • El aire se calienta en contacto con

la superficie terrestre y sube.

• Alejado de la superficie, el aire se enfría y baja.

Airefrío

• El Sol es el responsable del movimiento del aire atmosférico, (de la suave brisa marina y de los vientos huracanados).


LOS VIENTOS LOCALES

SENTIDO DE LAS BRISAS

Brisa diurna

En la superficie terrestre, las masas de aire se desplazan desde las zonas de altas presiones hacia las de bajas presiones.

•

Los vientos son movimientos de masas de aire entre diferentes puntos como consecuencia de las diferencias de presión.

•

Los movimientos de aire más característicos son las brisas, cuyo origen se debe a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra.

•

Tierra (cada vez más

caliente)

Brisa nocturna

Tierra (cada vez

más fría)


LOS ELEMENTOS DEL TIEMPO

La temperatura del aire

La presión atmosférica

La humedad del aire

El tipo y la intensidad de las precipitaciones

El estado del cielo

El viento, su intensidad y dirección

El higrómetro

El anemómetro y la veleta

El termómetro

La observación

El barómetro

El pluviómetro

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE LOS ELEMENTOS DELCLIMA


La belleza del cielo no es más que el resultado de la interacción de la LUZ del Sol con la atmósfera.

•Si dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre en un abanico de colores (se dispersa) por refracción y como resultado de esta dispersión vemos una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo y rojo.

•Los rayos violetas y azules, una vez desviados (difusión), chocan con partículas de aire y varían su trayectoria, y así sucesivamente: realizan, pues, una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el suelo terrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venir directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo, como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos son poco desviados y van casi directamente en línea recta desde el Sol hasta nuestros ojos.

•Cuando existe una cantidad anormalmente elevada de aerosoles (polvo atmosférico), la luz del amanecer y del atardecer es especialmente roja.


O.L.

O.C.


Color del Sol

Atmósfera


El Sol y la Tierra emiten energía: el Sol de onda cortaSol de onda corta (Tª = 6.000ºK) y la Tierra de onda largaTierra de onda larga (Tª = 288ºK = 15ºC).


Actividad reguladora y protectora de la atmósfera.

El balance de radiación solar.

La Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo (unos 15ºC), por lo que existe un balance de radiación nulo entre la cantidad de radiación solar entrante y la radiación terrestre saliente, si no se calentaría y enfriaría continuamente.

De la radiación total proveniente del sol:

- un 30% es reflejada (albedo) por las nubes (17%), superficie terrestre (5%) y por la dispersión hacia el espacio por gases, polvo,…(8%)

• el 25% es absorbida por la atmósfera por el ozono estratosférico y por el vapor de agua (4%), por el agua líquida (19%). La radiación absorbida por la atmósfera (recibida tanto de la radiación solar como desde la superficie terrestre) es devuelta al espacio en forma de radiación de onda larga.

- un 45% es absorbida por la superficie (océanos > continentes), este calor saldrá de la superficie lenta y gradualmente hacia la atmósfera en forma de calor latente asociado a la evaporación, a la emisión de onda larga (radiación infrarroja), y a la convección y conducción térmica.


Directa

Difusa

Absorbida

Reflejada por las nubes

Reflejada por la Tierra


Hielo y nieve, máxima reflexión

Océanos, absorciónFernando M. Toribio Román

Luz visibleUltravioleta Infrarrojo

Nubes

Nubes

Albedo

Calentamiento Radiación terrestre

Absorción (E. invernadero)

Albedo

Pérdida al espacio

Absorc. y contrarrad.

(E. invern.)


Toda la energía absorbida por la superficie terrestre se libera mediante la emisión de radiación térmica de onda larga y mediante procesos convectivos (calor latentecalor latente y calorcalor sensiblesensible).

Calor latenteCalor latente: calor absorbido o liberado en los cambios de estado sin variar la temperatura

Calor sensibleCalor sensible: es el que aumenta la temperatura de los cuerpos y que puede ser medido con un termómetro


Latente Latente (25%)(25%)

Sensible Sensible (7%)(7%)

CONVECCIÓN

O. L. O. L. (18%)(18%)

Contrarradiación Contrarradiación (96%)(96%)

114 %114 %Fernando M. Toribio Román

Circulación general del aire: la circulación general de la atmósfera redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias de temperatura entre el ecuador y las latitudes más altas; participa en el balance de calor con los grandes sistemas de vientos, huracanes y ciclones que transportan calor desde las zonas tropicales hacia los polos y frío desde zonas polares hacia el ecuador.

Curiosidad: las ¾ partes de la superficie de la Tierra están cubierta de agua, el agua absorbe muy bien la radiación solar y mediante las corrientes marinas cálidas (desde el ecuador hacia las altas latitudes) y frías (desde los polos hacia las latitudes más bajas) regulan el clima de manera mucho más eficaz que la atmósfera. Tanto el transporte oceánico como atmosférico están regulados por un bucle de realimentación negativa. Pág. 191 del libro.

Transporte oceánico y atmosférico

Contraste térmico __


ANGULO DE INCIDENCIA DE LA RADIACION SOLAR


Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas

NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA



Debido al giro de la Tierra (efecto coriolis), al rozamiento con la superficie y a la distribución de tierra y continentes el flujo es mucho más complejo.

A

0º

30º

60º

B B B

B B

A A A

B

Alisios del NE

Ponientes

Levantes polares

C. Polar

C. H

adley

C. Ferrell


Jet stream

Jet subtropical

Frente polar


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