TEMA 2: ATMÓSFERA Y CLIMA

1. COMPOSICIÓN ACTUAL DE LA ATMÓSFERA

Es una capa fluida, gaseosa que rodea al planeta y está unida a él por la fuerza de la gravedad. Componentes:

a) Nitrógeno: Se encuentra en forma de nitrógeno molecular (N2) que es muy estable, por lo que su intervención en la química de la vida es escasa. Únicamente algunas bacterias son capaces de asimilarla. 78%

b) Oxígeno: Se encuentra en forma molecular (O2), pero este es muy reactivo. Su aparición en la atmósfera provocó un cataclismo en los organismos anaerobios. A partir de aquí otros desarrollaron la respiración aerobia. 21%

c) Dióxido de carbono (CO2): 0,035%. Es responsable del efecto invernadero natural. Es el producto de desecho de la respiración celular y nutriente básico de la fotosíntesis.

d) Metano (CH4): 0,00017%. Gas de efecto invernadero.

e) Argón (Ar): 0,9%. Gas noble extremadamente estable que no interviene en la química de la vida.

f) Neón (Ne): 0,001%

g) Helio (He): 0,0005%

h) Xenón (Xe): 0,000009%

i) Hidrógeno (H2): 0,00006%

j) Ozono (O3): 0,000004%

2. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA

La 2ª atmósfera de la 1ª edad de la Tierra debió de ser rica en CO2, H2O, SO2, CH4, vapor de agua y diversos tipos de compuestos nitrogenados, pues esa es la composición de las emanaciones volcánicas actuales. Presentaría muy poca cantidad de O libre, lo cual se deduce de que los minerales de hasta hace unos 2300 millones de años no están oxidados.El oxígeno de la atmósfera procede mayoritariamente de la actividad fotosintética, la atmósfera primitiva sería reductora y evolucionaría a la actual oxidante.El CO2 habría sido capturado por la actividad viva reduciendo su proporción de manera muy importante, esto produjo la disminución del efecto invernadero y el paso de una Tª media de alrededor de 200 ºC a los actuales 18. Los primeros organismos que fijaron el CO2 atmosférico fueron comunidades de

cianobacterias, hace 3500 millones de años y lo fijaron en forma de CaCO3 y dieron lugar a los estromatolitos.

3. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

Capas de la atmósfera:

- Troposfera: Es la capa inferior y termina en la tropopausa. Su altitud varía con la latitud. Siendo de 9 Km en los polos y 16 en el Ecuador; es también más elevada en verano que en invierno. En ella se concentra el 80% de los gases atmosféricos. La presión atmosférica (peso ejercido por la atmósfera sobre la superficie terrestre) desciende bruscamente en esta capa. La Tª también desciende de 15 a -70. Esta disminución tiene un valor medio de 0,65 ºC cada 100 m de altura y se denomina gradiente vertical de Tª (G.V.T.). Aquí la presencia de ciertos gases (CO2, vapor de agua, CH4, etc…) que absorben la radiación infrarroja procedente del sol y el 80% de la emitida por la Tierra. En ella tienen lugar los fenómenos meteorológicos por eso se denomina capa del clima. Se denomina capa sucia a aquella que contiene los contaminantes y el polvo en suspensión, se detecta por una coloración rojiza al atardecer y ocupa los primeros 500 m desde el foco de emisión.

- Estratosfera: Se extiende desde la tropopausa hasta la estratopausa a unos 50 o 60 Km de altitud aquí el aire es menos denso y no existen movimientos verticales sino horizontales. Además en esta capa no existen nubes salvo en su capa inferior donde se forman unas nubes de hielo llamadas nubes noctilucientes. Entre los 15 y los 30 Km de altura se encuentra la capa de ozono donde se concentra la mayor parte de ozono en la atmósfera. La Tª aumenta hasta alcanzar unos 4º en la estratopausa.El ozono es una molécula triatómica (O3), trigaseosa e irritante que existe en toda la atmósfera incluida la troposfera donde constituye un contaminante. La mayor parte del ozono atmosférico se encuentra en la estratosfera entre los 15 y los 30 Km de altura.Presenta un espesor variable máximo en el Ecuador y mínimo en los polos.

- Mesosfera: Se extiende hasta la mesopausa hacia el Km 80. La densidad del aire aquí es muy bien reducida pero suficiente como para producir la caída de los meteoritos dando lugar a la formación de estrellas fugaces. La Tª disminuye de nuevo hasta los -80 ºC.

- Ionosfera o termosfera: La Tª aumenta hasta unos 1000 ºC debido a la absorción de las radiaciones solares de onda más corta (rayos X y Gamma) llevada a cabo por las moléculas de N y O, que se transforman en iones de carga positiva dando lugar al campo magnético terrestre. En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la Tierra haciendo posibles las comunicaciones.En determinadas ocasiones sobre las zonas polares las radiaciones que llegan del sol al chocar contra las moléculas destacaba produciendo espectaculares manifestaciones de color que son auroras polares.

- Exosfera: Se extiende hasta el Km 800 aproximadamente. Es la última capa y su límite viene marcado por una bajísima densidad atmosférica similar a la del espacio exterior.

4. FUNCIÓN PROTECTORA Y REGULADORA DE LA ATMÓSFERA

4.1.FUNCIÓN PROTECTORA

- Impide la caída de meteoritos pequeños a la superficie.- Frena las partículas de viento solar gracias a la magnetosfera.- Absorbe la radiación ionizante como los rayos X y los rayos Gamma.- Absorbe la radiación ultravioleta en la estratosfera debido a la existencia de la capa de ozono.

4.2. FUNCIÓN REGULADORA

- Absorbe y retiene parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra (efecto invernadero), lo que evita el enfriamiento excesivo de la Tierra.- Compensa los desequilibrios térmicos gracias a la convección y la formación de nubes.- Produce un transporte de energía térmica desde las zonas más cálidas del planeta hacia los polos.- Intercambian grandes cantidades de calor con el ozono.

5. LA DINÁMICA ATMOSFÉRICA

5.1.Estudio del clima

El clima de una región se define por los valores medios de pluviosidad y Tª anuales registrados a lo largo de muchos años.Si esos datos abarcan varios siglos pueden detectarse tendencias, patrones y fluctuaciones en el clima.- Tendencias: Son modificaciones cuyo sentido se mantiene a lo largo de decenios o incluso siglos. Ej: El clima en el sur de España presenta una tendencia hacia condiciones áridas con Tª cada vez más altas y precipitaciones más escasas.- Patrones: Son desviaciones de los valores medios de las Tª y la pluviosidad que presentan una periodicidad de varios años. Ej: Fenómeno de “el niño”.- Fluctuaciones: Son anomalías breves y notables que carecen de periodicidad y son imprevisibles.

5.2. Factores que determinan el clima

- La latitud: Determina la zona climática en la que se encuentra una región.- La altitud: Influye sobre la Tª del aire.- La proximidad al mar: Que puede aportar humedad al aire y amortigua las diferencias térmicas entre el verano y el invierno.- Los vetos dominantes: Que influyen sobre la Tª y la pluviosidad en función de si son cálidos o fríos o húmedos y secos.

5.3. Las zonas de convergencia y la zonación climática.

El aire caliente de la zona ecuatorial y el aire frío de la zona polar tienden a mezclarse originando vientos fríos que van hacia el Ecuador y vientos cálidos que van hacia los polos.Sin embargo las trayectorias que siguen de esas masas de aire se desvían rápidamente debido a la aceleración de Coriolis. De esta manera si su movimiento era hacia el Ecuador se desvía hacia el oeste y si su movimiento es hacia los polos se desvía hacia el este.Como resultado en cada hemisferio se originan 3 masas de aire diferentes:

- Masa de aire polar- Masa de aire templada entre los 65º y los 30º ó 40º de latitud- Masa de aire tropical

Aunque las masas de aire no se mezclan con facilidad se interactúan de forma intensa donde entran en contacto y que reciben el nombre de zonas de convergencia.En estas zonas se producen abundantes precipitaciones si el movimiento de las células convectivas es ascendente o cielos despejados si el movimiento es descendente. De este modo se generan 7 zonas de convergencia que originan otras tantas zonas climáticas.

6. LOS PRINCIPALES CLIMAS

Las zonas climáticas se distribuyen en bandas paralelas al Ecuador siguiendo las zonas de convergencia de la atmósfera pero sus límites son irregulares por la influencia de otros factores como el relieve.La clasificación climática mundial de Köppen - Geiger distingue 5 climas principales:Tropical, Seco, Templado, Continental y Polar.

6.1.Los climogramas

Muestran la distribución a lo largo del año de la Tª y pluviosidad de una región. En el eje de abcisas se representan los 12 meses del año y se superponen 2 ejes de ordenadas: uno con el valor total de pluviosidad de cada mes (que debe ser doble al de la Tª) y el otro con la Tª media de cada mes.En las últimas décadas se observan en Europa un desplazamiento de las zonas climáticas hacia el Norte a medida que se contrae la zona polar y se expande la zona árida tropical que ya ha invadido parte del sureste de la península Ibérica.

Clima tropical: La Tª media anual supera los 18ºC. Los valores anuales de precipitación supera los valores de evaporación. El clima tropical puede ser: ecuatorial, monzónico o de sabana.

Clima árido: Las precipitaciones medias anuales no superan los valores de evaporación. Se distinguen el clima estepario y el desértico ya sean desiertos cálidos o fríos.

Clima templado: Las Tª son suaves: la media del mes más frío es superior a -3ºC y el más cálido supera los 10ºC. Los valores medios de precipitación superan a los de evaporación. En este clima se incluye el panpeano, el mediterráneo y el oceánico.

Clima continental: Es un clima templado frío donde la Tª media del mes más frío es inferior a -3ºC. Las precipitaciones medias anuales superan a la evaporación. Se incluye el clima subártico.

Clima polar: La Tª media del mes más cálido es inferior a 10ºC. Se incluyen en esta clasificación los climas de tundra, de alta montaña y hielo.

6.2. Climas zonales y azonales

Los climas que están ubicados fuera de su zona climática se llaman climas azonales, por ejemplo, los vientos dominantes secos originan desiertos en zonas templadas (el desierto del Gobi) así mismos, la altitud puede dar origen a un clima polar en una latitud baja, como por ejemplo, el Himalaya o el Kilimanjaro.

7. LA METEOROLOGÍA

Estudia los procesos que ocurren en la troposfera a una escala de cientos o miles de Km y en intervalos temporales desde uno a varios días.Los fenómenos meteorológicos son el resultado del desplazamiento de masas de aires, la convección que es el desplazamiento vertical y la advección que es el desplazamiento horizontal.

7.1.Convección

Es el desplazamiento vertical de las masas de aire:

- Ascenso térmico: Ocurre cuando una masa húmeda y cálida tiende a ascender por ser menos densa que el aire frío y seco.

- Convergencia: Tiene lugar cuando confluye dos masas de aire en superficie y la convergencia las obliga a ascender. Cuando las masas de aire que convergen son cálidas e húmedas se producen abundantes precipitaciones.

- Ascenso orográfico: Se producen cuando una masa de aire se ve obligada a remontar un relieve, este fenómeno recibe el nombre del efecto FOEHN.

- Subsidencia: Es el hundimiento de una masa de aire formando corrientes descendentes. El calentamiento del aire al descender disipa la nubosidad, esto ocurre en los anticiclones.

7.2. Advección

Es el desplazamiento horizontal de las masas de aire que se puede producir por:

- La tendencia del aire a moverse en dirección norte-sur debido a las diferencias de Tª entre las latitudes más frías y las más cálidas, como por ejemplo, los vientos alisios del aire tropical hacia el Ecuador.

- Las oscilaciones de las masas de aire a ambos lados de las zonas de convergencia.

- El flujo de aire desde zonas donde la presión atmosférica es alta (anticiclones) hacia zonas donde la presión es menor (borrascas). En estos casos el desplazamiento del aire es desviado por la aceleración de Coriolis y adquiere un giro en el sentido de las agujas del reloj al abandonar el anticiclón y en el sentido contrario al converger en la borrasca.

7.3. Humedad relativa y punto de rocío

La humedad relativa es el porcentaje de humedad que tiene el aire en forma de vapor.El punto de rocío es la Tª a la que el vapor de agua puede comenzar a condensarse al alcanzar el aire una humedad relativa del 100%. La curva de saturación indica a que Tª se alcanza el punto de rocío para cada humedad absoluta.

8. FENÓMENOS METEOROLÓGICOS Y MAPAS METEOROLÓGICOS

8.1.Nubosidad y precipitaciones

Al ascender y enfriarse una masa de aire la condensación de vapor forma las nubes que pueden ser de diferentes tipos:

- Nubes de desarrollo horizontal: Se forman cuando una masa de aire cálido avanza empujando a una masa de aire frío que le obliga a ascender. El ascenso es suave y forma capas nubosas a diferentes altitudes.

- Nubes de desarrollo vertical: Se originan cuando una masa de aire frío empuja a otra de aire cálido obligándola a ascender. Se inicia entonces una convección muy activa.

8.2. Mapas meteorológicos

Hay 2 tipos de mapas meteorológicos:

- Mapa de isobaras: Son líneas que unen puntos que tienen la misma presión atmosférica medida en mbar.

- Mapas significativos: En ellos se indica mediante símbolos la predicción de los fenómenos meteorológicos.

9. FENÓMENOS AEROLÓGICOS

Los fenómenos aerológicos igual que los meteorológicos se forman por la interacción de masas de aire pero ocurren a una escala más local y en períodos de tiempo menores normalmente entre unos minutos y horas.

9.1.Ascendencia térmica

En las laderas expuestas al sol el aire se calienta y se desliza siguiendo la ladera hasta que se despega y forma columnas de aire caliente llamadas ascendencias térmicas.Si el aire se enfría hasta alcanzar su punto de rocío condensa y aparece una nube llamada cúmulo de térmica.

9.2. Brisa anabática y catabática

En los valles la formación de ascendencias térmicas en las laderas crea una subcción que origina una brisa aguas arriba en el valle es la brisa anabática.Cuando se hace de noche y el suelo se enfría se origina en las laderas masas de aire frío que descienden originando la brisa catabática.

9.3. Brisa marina

En las zonas costeras de intensa insolación la Tª de la Tierra varía mucho entre el día y la noche mientras que la del mar varía poco.Durante el día el aire del suelo de la Tierra esta más caliente y asciende aspirando el aire fresco marino que forma la brisa marina.Por la noche el aire situado sobre el mar se encuentra más caliente invirtiéndose el sentido de la brisa.

9.4. Isla de calor urbana

En situaciones de estabilidad atmosférica las ciudades presentan una Tª mayor que en los alrededores debido al bajo albedo del asfalto y los edificios y a la generación de calor por los motores y las calefacciones.

9.5. Restitución

En las zonas rodeadas de relieves la confluencia de brisas catabáticas produce la expulsión del aire cálido acumulado durante el día de forma que el aire frío pasa a ocupar la zona baja y el aire cálido queda encima.En los valles y zonas rodeadas de relieves la acumulación de aire frío puede producir situaciones de inversión térmica que favorezca la acumulación de contaminantes y esta situación se puede prolongar durante días o semanas.

10. DINÁMICA OCEÁNICA

El origen de las corrientes oceánicas es consecuencia principal de:

1) Los vientos dominantes que originan corrientes superficiales.2) Las diferencias de densidad, que a su vez dependen de:

- La salinidad, el agua más salada es más densa. El océano tiene una salinidad media del 3,5% pero puede llegar hasta el 30% como en el mar Muerto.- La Tª : En la superficie la Tª es mayor debido a la radiación solar. Entre 2 masas de agua de diferente Tª hay una zona de transición llamada termoclina.Como conclusión, las masas de aguas frías y saladas se hundirán, esto provoca una mezcla vertical que da lugar a corrientes profundas.

10.1.Circulación central del océano

Existe una corriente que recorre todas las cuencas oceánicas y produce la mezcla de agua a escala planetaria aportando oxígeno a los fondos oceánicos y nutrientes a la superficie y recibe el nombre de corriente termohalina.

10.2. El niño. Oscilación del sur (E.N.S.O.)

El fenómeno del niño consiste en una distribución anómala de las Tª en el Pacífico Sur, producida por un debilitamiento de los vientos alisios.

Situación normal: Los vientos alisios que empujan las aguas superficiales hacia el oeste y provocan el afloramiento de aguas frías, profundas y cargadas de nutrientes en las costas sudamericanas, donde la termoclina es empujada hacia la superficie.

CLIMOGRAMAS

CLIMA POLAR

CLIMA CONTINENTAL

CLIMA TEMPLADO OCEÁNICO

CLIMA TEMPLADO MEDITERRÁNEO

CLIMA ÁRIDO

CLIMA ECUATORIAL O SUBTROPICAL