Ciencias de la Tierra y Medioambientales

El planeta Tierra

5 - La Atmósfera

La Atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra

La mayoría de los gases atmosféricos se encuentran en los primeros 5 Km de altitud
Los fenómenos meteorológicos en los 12 primeros, el resto muy ténue

Sin embargo, a pesar de ser una capa tan ténue es fundamental en la modificación de la superficie terrestre: el modelado y para la vida.
- Origen de la atmósfera
- Características
- Composición actual
- Capas atmosféricas
- Interacción de la atmósfera con radiación y viento solar
- Dinámica atmosférica
- Precipitaciones

5.1 - Origen de la atmósfera
y modificaciones de la atmósfera a lo largo de la historia del planeta

En su inicio la Tierra carecía de atmósfera. Volátiles escaparon de la parte interna del sistema solar al empezar el Sol brillar
La atmósfera tiene su origen en emisiones volcánicas

La atmósfera primitiva se supone compuesta de CO2, N2 y vapor de agua como en otros planetas internos y emisiones volcánicas actuales
A lo largo de la evolución de la Tierra se secuestró el CO2 y se produjo oxígeno por organismos fotosintéticos
Parte del N2 puede que sea también de origen biológico
.

 

5.2 - Características

La atmósfera es una capa gaseosa que envuelve completamente la Tierra
Es muy ténue. En la superficie, donde es mayor la presión sólo supone algo más de 1 Kg/m3
La cantodad de gases disminuye rápidamente con la altitud
90% de la atmósfera en los primeros 16 Km

Altitud
(Km)
Pres (Atm)
0 1
6 1/2
16 1/10
30 1/100
50 1/1000
70 1/10000

 

 

 

Su límite es impreciso. A unos 10.000 Km se iguala con el viento solar
El campo magnético de la Tierra tiene influencia sobre las partículas solares aún a mayor distancia entre 64.000 y 130.000 Km donde se encuentra la magnetopausa. La magnetosfera acumula partículas cargadas procedentes del viento solar (cinturones de Van Allen)que terminan cayendo en las zonas polares produciendo las auroras polares

Diferentes capas atmosféricas interactúan con partículas y radiaciones solares calentándose al interceptarlas

 

5.3 - Composición actual

La atmósfera es una mezcla de gases con disolución de agua en cantidades muy variables

La atmósfera inferior; homosfera, situada hasta unos 80 Km de altitud, tiene una composición semejante:

  • Los gases de esta capa son eléctricamente neutros
  • Predominan el nitrógeno y el oxígeno
  • El CO2 ha variado considerablemente en los últimos tiempos por acción humana
    0.033% en 1980 a 0.037% en 2005
  • La cantidad de agua en disolución es muy variable. Aumenta con la temperatura. Los cambios en la temperatura del aire provocan evaporación y precipitación de masas de agua líquida o sólida
  • Puede llevar polvo en suspensión

A partir de 80 Km los gases varían esta composición general . heterosfera

  • Su abundancia depende de su masa
  • Se suelen encontrar a grandes temperaturas aunque a muy baja presión
  • En muchos casos están ionizados Ionosfera (80-400 Km)
Gas
N2
780,84
O2
209,46
Ar
9,34
CO2
0,37
Ne
0,0184
He
0,0052
CH4
0,0015
Kr
0,0010
H2
0,0005
N2O
0,0002
CO
0,0001
Xe
0,0001
O3
>0,0001
NH3
NO2
NO
SO2
 

5.4 - Capas atmosféricas

Las divisiones de la atmósfera se definen por los cambios de tendencia de la variación de temperatura que se producen en ellas.
Esta variación es debida a los componentes de la radiación solar que se absorban o no

  • Calentamiento en superficie por radiación visible
  • Calentamiento en capa de ozono por utravioleta
  • Calentamiento por iones y radiaciones ionizantes
  • El Agua, CO2 y Metano son gases invernadero que aumentan la temperatura superficial.
Capas atmosféricas
Nombre
Total gases
Temperatura
Altitud (Km)
Otras característricas
Heterosfera
Exosfera
       
Termosfera
1/100.000
ascendente
de - 80 ....
600 - Termopausa
Calentamiento por radiaciones ionizantes
Homosfera
Mesosfera
1/1.000
descendente
de + 80 a -80

80 - Mesopausa

Poco ozono para calentarse
Estratorfera
10 %
ascendente
de - 60 a +80
50 - Estratopausa
Calentamiento por radiación ultravioleta
Troposfera
90 %

descendente
de + 20 a - 60

8-17 - Tropopausa
Calentamiento por superficie.
Fenómenos meteorológicos
0 - Superficie

Troposfera

Es la principal capa atmosférica. 90% de los gases atmosféricos.

En ella se producen los fenómenos meteorológicos

La temperatura desciende gradualmente hasta la estratopausa situada a 9 km en los polos y 16 km en el ecuador

El ritmo de descenso térmico se conoce como gradiente vertical de temperatura (GVT) que tiene un valor medio de 0.65ºC/100m

Se produce el efecto invernadero que calienta la Tierra más de 20 ºC sobre la que le correspondería por su distancia al sol

Es la capa responsable del clima

En los primeros 500m se puede acumular partículas en suspensión (polvo, cenizas volcánicas, sal, humos...)
La cantidad de estas partículas depende de la presencia de partículas sueltas de pequeño tamaño, el viento y la humendad del aire principalmente

Estratosfera

Va desde la tropopausa hasta la estratopausa a unos 50-60 km
Aumenta la temperatura como consecuencia de la absorción de radiaciones ultravioletas solares
Este aumento de las temperaturas estratifica las capas de nodo que a penas hay movimientos verticales ni nubosidad
Entre 15 y 30 km de altura se sitúa la capa de ozono responsable de la mayoría de la absorción ultravioleta.

Mesosfera

Va desde la estratopausa hasta la mesopausa a unos 80 km
Disminuye la temperatura como consecuencia de la escasez de gases, sin embargo es capáz de desintegrar la mayoría de los meteoritos que alcanzan la Tierra

Termosfera

Va desde la mesopausa hasta la termopausa a unos 600 km de altitud
Aumenta la temperatura como consecuencia de la absorción de radiaciones de onda corta rayos X y gamma por los iones de nitrógeno y oxígeno
Estos iones la convierten en una capa cargada positivamente por el flojo de electrones a la superficie. (Ionosfera)
Los iones y electrones del viento solar impactan con esta capa en regiones polares dando lugar a las auroras

Exosfera

Va desde la termopausa hasta que se iguala la presión con el viento solar
La densidad de gases es escasísima


5.4 - Interacción con la radiación y el viento solar

Capa
Altitud
Efecto

Magnetosfera
80.000 Km

Desvía partículas cargadas del viento solar

Ionosfera
80 - 400 Km

Intercepta partículas del viento solar
y rayos x y gamma del sol
Estratosfera
15-30 Km
el ozono absorbe la radiación ultravioleta
Troposfera
0-18 Km
Vapor de agua absorbe parte de la radiación solar restante hasta un 8%
Troposfera
0-18 Km
En zonas con nubes se puede absorber aún más además de reflejar entre el 30 y el 60% por lo que puede que llegue muy poca luz al suelo
De la radiación solar emitida sólo unas ventanas llegan a la superficie de la Tierra

 


5.5 - Dinámica atmosférica

La atmósfera es una capa muy fluída
Tiene movimientos horizontales y verticales debido a diferencias de presión y temperatura causadas por la variación de la radiación solar.
Los movimientos atmosféricos se conocen como vientos. Tienden a igualear presiones .
Las zonas de mayor presión que la normal (1013 mb a nivel del mar) se las conoce como anticiclones
Las zonas de menor presión que la normal son conocidas como borrascas o ciclones
Anticiclones y borrascas son zonas amplias de la atmósfera de decenas a cioentos de km de radio

Los movimientos atmosféricos pueden ser horizontales o verticales

Movimientos horizontales

El aire circula de zonas de alta presión a zonas de baja

La rotación terrestre crea el llamado efecto Coriolis que desvía los objetos que se mueven (en nuestro caso el viento) en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio N y al contratio en el hemisferio S.
El efecto en nulo en el ecuador y máximo en los polos

Las borrascas por tanto giran en sentido antihorario en el hemisferio N
Los anticiclones giran en sentido horario
En el hemisferio sur la situación es la contraria.

Movimientos verticales

Se producen cuando la temperarura o humedad de una capa interior de la atmósfer es suficiente para ascender a pesar de la disminución de presión que supone hacerlo en la atmósfera, y por tanto el enfriamiento.

Convección térmica

Temperatura suficientemente elevada para ascender y seguir manteniendo una temperatura superior a la de la capa superior. Es necesario una alta temperatura del aire en superficie o una masa de aire frío en altrura

Convección por humedad

El agua disuelta en la atmósfera disminuye su densidad ya que el pm del H2O es 18 frente a 28, 32 del N2 y O2
Masas de aire con altas concentraciones de agua (aire caliente y húmedo) es capaz de ascender en una atmósfera más seca

 

Circulación atmosférica global

La Tierra sufre mayor calentamineto en el ecuador

La temperatura ecuatorial es mayor: Se producen corrientes de convección ascendentes
El movimiento terrestre da lugar a vientos ecuatoriales de E a W
La convección ecuatorial da lugar a una zona de bajas presiones.
Los vientos superficiales van de trópicos hacia el ecuador Alisios NE-SW en N y SE a NW en S
Zona de colisión y elevación de estos vientos es la zona de convergencia intertropical (ZCIT) se desplaza según las estaciones al norte en verano N y al S en verano S

El aire que asciende en los trópicos causa precipitaciones convectivas al enfriarse
Desciende seco y se calienta en las zonas tropicales dando lugar a una zona anticiclónica subtropical
Escasas lluvias y es donde se sitúan las zonas desérticas

El viento de las zonas subtropicales viaja hacia el polo produciendo viento SW llevando calor a las zonas polares
El viento frío polar viaja al SW enfriando zonas templadas.
La convergencia de vientos cálidos y fríos da lufar a precipitaciones por frentes cálidos y fríos y a una zona de bajas presiones móviles

Los polos al ser fríos son zonas de altas presiones donde el viento frío desciende. Pocas precipitaciones.

Determina grandes zonas climáticas húmeda-seca-húmeda-seca

La circulación global se ve modificada por:

Las estaciones del año

Desplazan las bandas húmedas o secas hacia el polo en verano y hacia el ecuador y polo opuesto en invierno

Diferente distribución de masas continentales

    Continentes menor calor específico y no corrientes que redistribuyan temperatura
    Se calientan más en verano. Se enfrían más en invierno
    Anticiclón continetal en invierno . Baja en verano (monzones)

Brisas locales

Moviminetos de aire debidos al diferentete calentamineto en diferenres zonas

Brisas costeras.
Debidos al diferente calentamiento en los océanos y continente.
En zonas cálidas y soleadas de día aire circula de mar a tierra y de nocre de tierra a mar

Brisas en valles
Calentamiendo diferente de las laderas principalmente orientadas norte-sur

Topografía

    Continentes y cordilleras se interponen al paso del aire. Disminuyen su intensidad
    En pasos estrechos, puertos y cimas aumenta la velocidad del agua

Temperatura oceánica

Mayor o menor precipitación dependiendo si hay corrientes cálidas o frías.


Mapa de viento en europa


5.6 - Precipitaciones

El agua se disuelve en aire en diferentes proporciones.
La cantidad de agua que puede disolver aumenta rápìdamente con la temperatura del aire

 

  • Humedad absoluta del aire
    Es la cantidad de vapor de agua que contiene una masa de aire
    Se mide habitaulmente en g/m3
    La humedad absoluta tiene un límite que depende de la temperatura punto de rocío o de condensación, a partir de la cual el agua se condensa
  • Humendad relativa del aire
    Relación de la cantidad de agua en un volumen de aire con el máximo soluble a esa temperatura
    A porcentajes menores de 100 el aire evapora el agua líquida o sublima el hielo
    A un 100% de humedad relativa el agua se condensa si existen núcleos de condensación, en caso contrario se habla de sobresaturación
    La condensación en la atmósfera forma las nubes y nieblas, Sobre superficies sólidas rocío o escarcha.

Se produce la precipitación del agua cuando disminuye la temperatura hasta superar capacidad de disolución y hay algón núcleo de condensación para que el agua pase a estado líquido o sólido.
Motivos de enfriamiento

Enfriamiento en el lugar: Nieblas
La radiación nocturna enfría el aire y se produce nubosidad de tipo bajo además de rocío o escercha
Ascenso topográfico
El viento se ve forzado a elevarse por accidentes topográficos
El aire se enfría y se forman nubes y precipitaciones.
La zona tras la elevación topográfica es seca pues el aire deciende y se calienta y es seco al haber descargado en las zonas altas.
Este es el motivo de la humedad de las montañas orientadas al viento y de la presencia de desiertos entre zonas montañosas.
Ascenso convectivo
Una masa de aire se calienta y asciende en la atmósfera. El enfriamiento produce nubosidad y precipitaciones
Si el aire es húmedo la propia condensación genera calor y continúa el ascenso hasta el final de la troposfera
Choque de masas de aire

Las zonas de contacto de masas de aire frío y cálido sufren un enfriamiento

Frente frío
cuando una masa fría desplaza a una cálida

Frente cálido
cuando una masa cálida desplaza a una fría


Los lugares en los que escasean las precipitaciones son debidos a la estratificación de las capas atmosféricas
  • Zonas de anticiclones: El aire desciende y se calienta de modo que la humendad relativa disminuye
    Un caso de estabilidad atmosférica que además aumenta la contaminación es la inversión térmica.
  • Zonas a barlovento de las elevaciones topográficas
  • Masas de aire frío

 

 

Índice
Siguiente