Las masas fluidas de la Tierra: atmósfera e hidrosfera

Las masas fluidas de la Tierra: atmósfera e hidrosfera

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Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente2º de Bachillerato

Materiales de trabajo organizados por:Francisco Javier Barba Regidor

2011

LA ATMÓSFERA: INTRODUCCIÓN

• El aire: su principal componente material.

• La dinámica: su principal característica energética.

• Estructura: fruto de su naturaleza y dinámica. Su posición: funciones

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protectoras.

• Su Evolución: una historia de grandes cambios de naturaleza, estructura

y dinámica.

• Naturaleza, dinámica y estructura: fuente de recursos, sumidero de

residuos, soporte de actividades y barrera protectora.

NATURALEZA (1)

Composición básica:

• 78% de nitrógeno, 20% de oxígeno, 0,9% de argón y 1,1% otros gases

(dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, metano y vapor de agua).

• Suponen casi el 100% del volumen del aire en la atmósfera a una altura de

3

• Suponen casi el 100% del volumen del aire en la atmósfera a una altura de

80 km.

• Además, partículas sólidas y líquidas en suspensión (vapor de agua, polvo y

otros gases); el cloruro de sodio se distribuye mediante las corrientes de

aireación de los océanos, que facilita la condensación y precipitación; un

20% de las partículas en suspensión tienen su origen en las actividades

humanas.

NATURALEZA (2)

Comparación: aire limpio/aire contaminado

(ver más adelante: CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA):

4

NATURALEZA (3a)

• Atmósfera actual, consecuencia de la atmósfera primitiva, de los

volcanes terrestres, de las radiaciones solares y de la Biosfera.

• Composición primitiva: reductora, con H2, He, N2, HCN, NH3, vapor de

agua, gases nobles (Ar, Ne) y otros gases ligeros.

5

agua, gases nobles (Ar, Ne) y otros gases ligeros.

• Enfriamiento y formación de agua: lluvias y arrastre de CO2: océanos y

rocas carbonatadas.

• Primeras biomoléculas, que hace 2100 m.a. dan lugar a los primeros

organismos fotosintetizadores: aparece el oxígeno.

• Atmósfera actual: hace 500 m.a.

NATURALEZA (3b)

Historia de la Atmósfera

6

NATURALEZA (4)Biosfera y atmósfera

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NATURALEZA (5)•• NN22: Geoquímicamente, inerte; su valor relativo ha ido

creciendo.

•• OO22: Útil en reacciones oxidativas y biológicas; su valor se mantiene en equilibrio. Absorbe U.V. entre 120-200 nm.

•• Gases noblesGases nobles: Inertes; valores constantes.

8

•• COCO22: Absorbe R.I.: 12.000-20.000 nm e influye en la trasferencia de calor en la atmósfera: E.I.: en 100 años ha pasado de 315 a 350 ppm.

•• OO33: Absorbe U.V. entre 200-300 nm. Retiene el 90 % de U.V. y producen calor.

•• Vapor de aguaVapor de agua: Absorbe R.I. entre 4.000-8.000 nm.: forma nubes y refleja parte de la energía del sol.

ESTRUCTURA (1)

9

Imagen de:

http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect14/Sect14_1a.html

ESTRUCTURA(2)

10

ESTRUCTURA (3)

11

Inversión Térmica:

En la figura al margen, (A): situación normal; (B) situación con inversión térmica.

ESTRUCTURA (4)

12http://www.ouramazingplanet.com/earths-colorful-atmospheric-layers-photographed-from-space-0271/

ESTRUCTURA (4)

13

Atmósfera

protectora

BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE LA TIERRA (1a)

Radiación y balance térmico promedio anual de la atmósfera para 100 unidades de radiación solar recibida

14

BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE LA TIERRA (1b)

• Un 30-35 % es reflejada: por las nubes, vapor de agua y partículas

(25 %) y por la superficie terrestre (5 %). El bosque refleja entre 3-

25 % y e3l hielo entre 45-85 %. Esta parte reemitida al exterior es

el ALBEDO.

15

el ALBEDO.

• La atmósfera absorbe un 25 % por ozono, vapor de agua y nubes.

• El resto es absorbido en la superficie terrestre (aprox. 50 %), de lo

que 0,2 % es utilizada por la fotosíntesis; el resto calienta la tierra

y lo reemite al exterior.

• (...)

BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE LA TIERRA (1c)

Superficie Albedo

(porcentaje de la radiación incidente de onda corta)

Suelo negro, seco

Suelo negro, húmedo

Terreno arado, húmedo

Arena brillante, fina

14

18

14

37

Nieve densa, seca y limpia 86-95

16

Nieve densa, seca y limpia

Hielo de mar ligeramente poroso azulado lechoso

Capa de hielo cubierta con una capa de agua de 15-20 cm

Bosque cubierto por nieve

86-95

36

26

33-40

Bosque de árboles con hojas caducas

Copas de robles

Bosques de pinos

Zonas de arbustos desiertas

17

18

14

20-29

Pantanos

Praderas

Trigo de invierno

Brezo

20

12-13

13-16

3

BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE LA TIERRA (2)

La reemisión de la radiación terrestre, la absorbida y la poca que genera se distribuyen:

• En calentar el aire y en evaporar el agua.

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• Por el CO2, H2O, CH4,... que lo absorben, calentando la atmósfera inferior: Efecto Invernadero (EI), incrementando la temperatura media de la Tierra en 33º C (paso de –18º C a 15º C).


LA TEMPERATURA DEL AIRE:

•Índice de la energía calorífica y de la radiación recibida por un cuerpo en la superficie (suelo, vegetación, nieve,...).

• Su importancia: (1) poder evaporante de la atmósfera; (2) derretimiento de hielos y glaciares, y (3) procesos de

18

derretimiento de hielos y glaciares, y (3) procesos de estabilidad atmosférica que originan precipitaciones y la forma de éstas.

• La transferencia de calor entre el aire y la superficie terrestrese debe a: (1) procesos de difusión y absorción de energía, y (2) transferencias de calor entre la atmósfera y la superficie terrestre, que provoca un típico “gradiente vertical de temperatura”.


Transmisión de calor superficie-atmósfera

• Se realiza a través del 29 % de la energía saliente de la radiación incidente de dos maneras:

• Calor sensible. Representa 5 partes de esas 29. Calienta el aire situado en las inmediaciones del suelo, dando lugar a contrastes

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situado en las inmediaciones del suelo, dando lugar a contrastes térmicos que favorecen los movimientos convectivos del aire.

• Calor latente. Supone las 24 partes restantes. La presencia de vapor de agua añade fuerza ascensional al aire (menor densidad causada por su tendencia a expandirse). Para que el agua se convierta en vapor se precisa una cantidad de calor –calor latente de vaporización- que, cuando el agua está a 0º C, es de 597 cal/g. cuando el agua se condensa, debido al enfriamiento originado por el ascenso, libera el calor latente en forma de calor sensible.


CONCEPTOS PREVIOSCONCEPTOS PREVIOS•• Humedad absolutaHumedad absoluta (HA). Cantidad de vapor

de agua que hay en un volumen dado de aire; se expresa en g/m3. HA = [vapor de agua]/vol. de aire.

•• Humedad relativaHumedad relativa (HR). Cantidad de vapor

20

•• Humedad relativaHumedad relativa (HR). Cantidad de vapor de agua, expresada en forma porcentual, que hay en 1 m3 de aire en relación con la máxima posible, según la temperatura a que se halle. La humedad relativa del 100 %, corresponderá al punto de rocío (�): HR = vapor de agua x 100/ 1 m3 de aire.


Evaporación y condensación:

• Factores

• Punto de rocío

30

40

Vap

or

de

agu

a (g

/cc)

21

• Lluvia

10

20

0

0 20 40

Vap

or

de

agu

a (g

/cc)

Temperatura (ºC)

Curva de saturación para cada masa de aire a una temperatura y humedad absoluta dadas. Punto de rocíoPunto de rocío: temperatura a la que se produce la condensación.


Gradientes de temperatura:

♦ Gradiente vertical de temperatura

Alt

itu

d (

m)

INESTABILIDAD:

GVT > GASGAH:

0,5ºC/100 m

22

de temperatura (GVT)

♦ Gradiente adiabático húmedo (GAH)

♦ Gradiente adiabático húmedo (GAS)

Temperatura

GVT:

1,5 ºC/100 m

1000

GAS:

1ºC/100 m

Nivel de condensación

m


• Gradiente Vertical de Temperatura (GVT). Es el gradiente real. En la práctica, una

masa de aire húmedo al elevarse y

condensarse, perderá por precipitación

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condensarse, perderá por precipitación

parte de su vapor de agua y por eso no será

totalmente adiabático (hay transferencia de

calor y cambio de estado). A este gradiente

se le conoce como seudo-adiabático; la tasa

de variación de temperatura es el Gradiente

Térmico Real.


• Gradiente adiabático seco (GAS): La temperatura del aire no saturado se enfría o se calienta a una tasa aproximada de 1ºC/100 m. altitud.

• Gradiente adiabático húmedo (GAH): Para condiciones promedio (1000 mb de P y 10º C de

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condiciones promedio (1000 mb de P y 10º C de T) se puede demostrar que el GAH es de alrededor de 0,53ºC/100 m de desnivel en altura.

• LAS DIFERENCIAS ENTRE EL GRADIENTE REAL Y EL ADIABÁTICO SECO O HÚMEDO DETERMINAN LA ESTABILIDAD O LA INESTABILIDAD DE LAS MASAS DE AIRE: (...�)


ESTABILIDAD ATMOSFÉRICAESTABILIDAD ATMOSFÉRICA

•Una masa de aire es estable cuando la distribución de temperatura es tal que si a un volumen elemental del mismo se le aplica una aceleración elemental en cierto

25

mismo se le aplica una aceleración elemental en cierto sentido, ésta vuelve por sí sola al lugar que ocupaba.

• Los problemas de estabilidad o inestabilidad de una masa de aire tienen gran importancia, dado que caracterizan los posibles movimientos verticales de la atmósfera que influyen en los mecanismos de precipitación y en los procesos meteorológicos.


INESTABILIDAD (1)INESTABILIDAD (1)

Alt

itu

d

GAS

26

Se dice que una masa de aire seco es inestablecuando el GVT es mayor que el GAS. Temperatura

GVT


INESTABILIDAD (2)INESTABILIDAD (2)

Alt

itu

d

GVT

GAH

En estas condiciones, la bosa de aire implicada tiene parte de su vapor transformado en finas gotas (ha habido condensación por sobreenfriamiento).

27Temperatura

GVTsobreenfriamiento).

El aire seguirá ascendiendo porque su temperatura siempre es mayor a cualquier altitud que la del aire circundante -que determina el GVT-.

De este modo, el resto del vapor de agua se seguirá condensando alimentando la nubosidad y propiciando la precipitación: inestabilidad atmosférica.

DINÁMICA ATMOSFÉRICA (1a)

• Causas: Tiempo de exposición, ángulo de incidencia, latitud, etc.

• Tipos de movimientos:a) Verticales: Convergencia-ascenso (bajas

presiones: borrasca), divergencia-

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presiones: borrasca), divergencia-descenso (altas presiones: anticiclón).

b) Horizontales: Flujos del aire desde las zonas de altas presiones a las de bajas presiones: vientos; isóbaras; trayectorias seguidas (fuerza de Coriolis).

DINÁMICA ATMOSFÉRICA (1b)

...Al lado, relación entre la

transparencia y la latitud

29

Al lado, efecto estacional de la transparencia en determinada ubicación sobre la superficie terrestre...

DINÁMICA ATMOSFÉRICA (1c)

30

Distribución

latitudinal del

calor


BB BAA. Anticiclón

B. Borrasca

CC. Células convectivas

31

(CC)

(CC)

(CC)

32Ver animación en http://www.bioygeo.info/Animaciones/CGA.swf

33

DINÁMICA ATMOSFÉRICA (2b)Isobaras alrededor de áreas de presión alta y baja

34

Gradientes de presión y dirección de los vientos:

El viento se desplaza de áreas de presión alta a otras de presión baja pero, debido a la fuerza de Coriolisfuerza de Coriolis (efecto de la rotación de la Tierra), el viento no fluye paralelamente con el gradiente de presión. Además, la dirección del viento superficial (líneas continuas) es diferente de la del viento superior (líneas punteadas), a pesar de tener la misma fuerza de gradiente de presión. Esto se debe a fuerzas de fricción.

El viento: circulación global (1)

35

Figura de http://cmapspublic2.ihmc.us/

El viento: circulación global (2)

36Figura procedente de http://www.divulgameteo.es/radio.asp?page=6&idc=1&id=15


La fuerza de Coriolis:•Trayectoria de los vientos en el Hemisferio Boreal: de N a S,

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Hemisferio Boreal: de N a S, desviación al SO; de S a N, desviación al NE.

• Trayectoria de los vientos en el Hemisferio Austral: de S a N, desviación al NO; de N a S, desviación al NE.

Efecto CoriolisLa rotación terrestre crea una fuerza aparente ("fuerza de Coriolis") que desvía el aire en movimiento a la derecha de su dirección inicial en el hemisferio norte ya la izquierda de su dirección inicial en el hemisferio sur.

La magnitud de la deformación o "efecto Coriolis", varía con la latitud: es cero en el Ecuador y aumenta a un máximo en los Polos. El efecto es proporcional a la velocidad del viento: aumenta la a

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efecto es proporcional a la velocidad del viento: aumenta la a medida de que el viento se fortalece. El saldo resultante entre la fuerza de presión y la fuerza de Coriolis es tal que, en ausencia de fricción de la superficie, el aire se mueve paralelo a las isobaras (líneas de igual presión). Es el viento geostrófico.

La fuerza de Coriolis explica por qué los vientos circulan en torno a los sistemas de alta y baja presión en lugar de soplar en la dirección del gradiente de presión.

La figura muestra cómo se desvía el viento en cada hemisferio.

DINÁMICA ATMOSFÉRICA (3b)La fuerza de Coriolis

39

La desviación de los vientos de gran escala en los hemisferios norte y sur

Figura tomada de

http://nsidc.org/arcticmet/factors/winds.html

LA CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA Y EL EFECTO DE CORIOLIS

40

Imagen de http://creacinseisdas.blogspot.com/2011/04/la-circulacion-atmosferica-y-la.html

ZONAS CLIMÁTICAS

Intertropical

Tropical

Templado-Húmeda

41

Intertropical

Tropical

Templado-Húmeda

Polar

Compárense las direcciones de los vórtices con las

marcadas en la diapositiva anterior

EFECTOS DE LA FUERZA DE CORIOLIS

La fuerza de Coriolis actúa con la fricción para equilibrar la fuerza horizontal del gradiente de presión.

42

La espiral de Ekman del viento en el Hemisferio Norte.

• Representa el conjunto de masas acuosas de la superficie terrestre.

• Incluye áreas oceánicas

LA HIDROSFERA: INTRODUCCIÓN

43

• Incluye áreas oceánicas y marinas, lagos, glaciares, ríos, aguas subterráneas, una parte de la atmósfera y forma parte también de los seres vivos.

El agua en la Tierra

44

El ciclo hidrológicoImagen tomada de blue planet

CONCEPTOS BÁSICOS

• Precipitación

• Evaporación

• Transpiración

• Evapotranspiración

• Infiltración

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• Escorrentía superficial

• Escorrentía subterránea

El ciclo hidrológico en cifras

46Tomado de Craig et al. (2007)

El balance hídrico (BH)

• Donde ETP > P: pérdida anual de agua: zonas áridas.

• Las zonas subtropicales de los océanos son grandes fuentes de vapor de agua para la atmósfera.

• La región de la zona de convergencia tropical, en

BH = Precipitación (P) – Evapotranspiración (ETP)

47

• La región de la zona de convergencia tropical, en cambio, es una zona de continuo flujo de vapor de agua de la atmósfera a los océanos.

• En los continentes de las regiones subtropicales BH < 0 (muchos de los desiertos están aquí); en latitudes mayores a 40° BH > 0.

• En España existe una asimetría entre las regiones septentrionales (P > ETP) y las meridionales (P < ETP).

Balance hídrico: entradas

• Precipitaciones: lluvia; nieve; granizo; condensaciones; • Aporte de aguas subterráneas desde cuencas hidrográficas

colindantes; • Transvase de agua desde otras cuencas, estas pueden estar

asociadas a:

Las entradas de agua a la cuenca hidrográfica puede darse de las siguientes formas:

48

• Transvase de agua desde otras cuencas, estas pueden estar asociadas a: – Descargas de centrales hidroeléctricas cuya captación se sitúa en otra

cuenca; esta situación es frecuente en zonas con varios valles paralelos, donde se construyen presas en varios de ellos, y se interconectan por medio de canales o túneles, para utilizar el agua en una única central hidroeléctrica;

– Descarga de aguas servidas de ciudades situadas en la cuenca y cuya captación de agua para uso humano e industrial se encuentra fuera de la cuenca. Esta situación es cada vez más frecuente, al crecer las ciudades; el agua limpia debe ser buscada cada vez más lejos, con mucha frecuencia en otras cuencas.

Balance hídrico: salidas

• Evapotranspiración: de bosques y áreas cultivadas con o sin riego;

• Evaporación desde superficies líquidas, como lagos, estanques, pantanos, etc.;

49

estanques, pantanos, etc.;

• Infiltraciones profundas que van a alimentar aquíferos;

• Derivaciones hacia otras cuencas hidrográficas;

• Derivaciones para consumo humano y en la industria;

• Salida de la cuenca, hacia un receptor o hacia el mar.

Influencia humana en el ciclo hidrológico

• Construcción de presas y embalses para regular y retener agua.

• Explotación y llenado de acuíferos.• Recolección de rocío mediante trampas y canales.

50

• Trasvases y transferencias de agua de unas cuencas a otras.

• Desalación o tratamientos del agua de mar o salobre.• Cobertura de presas para evitar pérdidas por

evapotranspiración.• Formación de lluvia artificial (aceleradores

hidrológicos, siembra de nubes).

¿Por qué se mueve el agua…?

Agua de mar en continuo movimiento por:

• vientos

• diferencias temperatura

51

• diferencias temperatura

• diferencias de salinidad

• atracción Sol y Luna,

• morfología de los fondos oceánicos

• volcanes

• movimientos sísmicos

OLAS

• Altura de una ola: distancia entre su valle (punto más

bajo) y su cresta (punto más elevado).

• Longitud de onda a la distancia horizontal entre dos

Movimientos del agua del mar causados por el empuje

del viento sobre la superficie marina.

52

• Longitud de onda a la distancia horizontal entre dos

crestas.

Altamar.-

El viento

levanta

pequeñas

olas

redondeadas.

Si continúa

soplando, las

olas se

En la costa.-

A medida de

que se va

acercando a la

costa, la

profundidad

del fondo se

hace menor. La

amplitud de la

53

olas se

alargan y

encrespan. Si

cesa, se

forma un tren

regular de

olas llamado

mar tendida o

mar de leva.

amplitud de la

ola en un

momento

llegará a ser

mayor que esa

profundidad,

por lo que la

ola perderá su

simetría y

romperá .

Zonas de aguas poco profundas.- Las olas se encrespan junto a

la costa, cuando la profundidad es inferior a la mitad de la

longitud de la ola. Luego se derrumban y rompen sobre la playa.

54

55

CMBIOS DE TEMPERATURA CON LA LATITUD

56

Las aguas de mares y

océanos se mueven

constantemente, como un

sistema de flujo (subida) y

reflujo (bajada) de las

mareas, originado por la

acción gravitatoria del Sol, la

Luna y las fuerzas producidas

MAREAS

57

por la rotación terrestre.

Las mareas más altas o

mareas vivas ocurren en

Luna llena y Luna nueva,

mientras que las más bajas o

mareas muertas, suceden

cuando está en creciente y

menguante.

58

59

FACTORES TIPOS

Son desplazamientos de masas de agua con dirección fija y

constante. Ejercen una gran influencia en el clima, modificando

condiciones de temperatura y humedad.

CORRIENTES MARINAS

60

- Movimientos de rotación

- Vientos

- Diferente densidad

· por diferencia de temperatura

· por diferencia de salinidad

- Superficiales

- Profundas.

Corrientes oceánicas superficiales: causas- En las corrientes superficiales, el agua se mueve sobre todo en la horizontal. Existen

otras corrientes que tienen una componente vertical importante y que son debidas a las diferencias de densidad. De este modo, el agua superficial enfriada en los océanos Ártico y Antártico se sumerge hacia el fondo, extendiéndose hacia el ecuador y desplazando hacia arriba al agua menos densa y más cálida.

- Las diferencias de densidad también pueden ser consecuencia de la distinta salinidad. Lógicamente, una mayor evaporación conduce a una mayor salinidad, aunque en algunas zonas oceánicas ecuatoriales la máxima evaporación se ve compensada por el aporte de grandes cantidades de agua dulce realizado por las

61

compensada por el aporte de grandes cantidades de agua dulce realizado por las lluvias o por ríos importantes.

- Las corrientes originadas por diferencias de temperatura y salinidad reciben el nombre de corrientes termohalinas.

- Los océanos tienen dos capas, las aguas superficiales (0-200 m de profundidad) y las aguas profundas (>200 m de profundidad). Más de un 85% del volumen de los océanos son aguas profundas. La termoclina impide la mezcla. El desplazamiento del agua superficial hacia el oeste provocado por los alisios provoca un “vacío” de agua en la superficie que favorece el ascenso de aguas profundas y frías. Estas zonas de afloramiento de aguas profundas son muy ricas ya que arrastran hacia la superficie los nutrientes acumulados en el fondo.

Se originan como resultado de la acción de :

Vientos dominantes. Cuando los vientos soplan de manera

permanente en una dirección, logran producir desplazamientos

de agua en esa dirección.

Diferencias de temperatura. Las aguas de las zonas polares son

frías y más densas por lo que tienden a hundirse, y se desplazan

hacia las zonas ecuatoriales. El agua de estas zonas, en cambio,

62

hacia las zonas ecuatoriales. El agua de estas zonas, en cambio,

es cálida y tiende a dilatarse, desplazándose hacia las zonas

polares.

Rotación de la Tierra. Los movimientos circulares de las

corrientes se deben al efecto sobre las mismas de la rotación de

la Tierra. Lo hacen en el sentido de las agujas del reloj en el

Hemisferio Norte y en sentido antihorario en el Sur.

SUPERFICIALES

Factores.- vientos y rotación terrestre.

Trayectoria general.- Desde Polos al Ecuador, se desvían hacia el oeste en el Hemisferio norte.

Flujos circulares (por Coriolis).- 2 células en cada hemisferio: La polar y la subtropical.-

En el hemisferio norte:

La polar originada por los vientos polares y circula en sentido

63

CORRIENTES CÁLIDAS.- PRODUCEN UN AUMENTO DE LA TEMPERATURA DEL AIRE.

CORRIENTES FRÍAS.- PRODUCEN UNA DISMINUCIÓN DE LA TEMPERATURA DEL AIRE.

La polar originada por los vientos polares y circula en sentido horario

La subtropical originada por los vientos alisios, en sentido antihorario.

Las corrientes oceánicas

64

ATLÁNTICO NORTE:• corriente de las Canarias,

• corriente del Golfo y

• corriente del Atlántico

Norte.

Principales corrientes

C. ATLÁNTICO NORTE O LABRADOR

65

C. CANARIAS

O LABRADOR

ATLÁNTICO SUR:• corriente de Brasil,

• corriente Ecuatorial y

• corriente de Bengala.


66

C. BENGALA

PACÍFICO NORTE:


67

• corriente de las

Aleutianas-Alaska,

• corriente de California,

• corriente de Oyashio,

• corriente de Kuro

Shivo

• corriente

Norecuatorial.

C. Oyashio

C. Alaska-Aleutianas

C. Norecuatorial

PACÍFICO SUR


Contracorriente ecuatorial

68

• corriente de Humboldt-

Perú,

• contracorriente ecuatorial

• corriente sudecuatorial

• corriente Oriental de

Australia y

• corriente de los Vientos

del oeste.

ÍNDICO.-

La corriente norecuatorial.La contracorriente ecuatorial. La corriente sudecuatorial.


69

C. Norecuatorial

C. de los Vientos del oeste

C. Occidental de Australia C. Sudecuatorial

70

Su influencia es tal que zonas cercanas al polo

norte como Escandinavia, no presentan hielos en sus aguas gracias al efecto de

la corriente cálida del Golfo.

Las zonas donde

71

Las zonas donde confluyen corrientes

cálidas y frías son ricas en fauna pesquera ya que se

encuentran especies pertenecientes a aguas

cálidas y frías transportados por ambas

corrientes.

Corrientes superficiales en el Atlántico Norte

72

73

74

Animación del ciclo estacional de la temperatura superficial del mar basado en la climatología de Levitus (1994).

Formación de agua profunda en los mares subpolares en la actualidad.

Casi toda el agua profunda de los océanos, mucho más fría, seforma en mares de latitudes altas, en donde el agua se densifica porla frialdad que adquiere al llegar allá y porque se saliniza al formarseel hielo estacional.

75

en la actualidad, casi toda el agua profunda de los océanos,

76

Corte vertical esquematico de las aguas y corrientes profundas en el Atlantico en la Corte vertical esquemático de las aguas y corrientes profundas en el Atlántico

en la actualidad.

En el circuito termohalino, el agua superficial se hunde en las latitudes altas. Enlas cercanías del Ártico se forma la masa de agua denominada NADW (North

Atlantic Deep Water) y en las cercanías de la Antártida la masa de agua, aún másdensa, denominada AABW (Antarctic Bottom Water).

Salinidad oceánica en superficie (en gramos de sal por kg de

agua)

77

La cinta transportadora oceánica

12

Imag

en t

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can

.eu

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ulg

acio

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78

Representación esquemática de la circulación oceánica (NASA). El camino más claro: circulación de las aguas superficiales y el camino más oscuro: circulación de las aguas más profundas. 1. La corriente del Golfo, transporta calor desde los trópicos al Norte de Europa. 2. La formación de las aguas profundas del Atlántico Norte que resultan de un fuerte enfriamiento. 3. Formación de aguas profundas en el Antártico debido a la formación de hielo alrededor de la Antártida.

3

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w.p

loca

n.e

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/

Animación del sistema de transporte basada en Broecker (1991) y otros autores. Este esquema es una aproximación muy general de la situación real

79

la situación real en el océano.

La circulación global del transportador es causada principalmente por la formación de agua fría y densa en ambos hemisferios; aquí indicado en azul. Ambos flujos de agua profunda se unen en el hemisferio sur para formar parte de la corriente Circumpolar Antártica que fluye hacia el este. Desde aquí se ramifica hacia el océano Indico y Pacífico donde el agua surge hacia la superficie y forma un flujo de retorno cálido y salino hacia el hemisferio norte (en rojo).

La alternancia de enfriamiento y calentamiento en cada hemisferio está indicado por un movimiento N-S (y viceversa) de las isolíneas de temperatura.

Las temperaturas superficiales más altas (mayores que 30ºC en rojo) se encuentran en la zona ecuatorial; con la masa de agua cálida en el Pacífico Occidental al norte de Australia.

80

agua cálida en el Pacífico Occidental al norte de Australia.

Obsérvese también la lengua de agua fría en el Pacífico Ecuatorial Oriental y el enfriamiento del océano Pacífico Sur Oriental durante el invierno austral.

En ambos hemisferios las aguas superficiales más frías se encuentran en las regiones polares coloreadas en azul.

El Niño:Fenómeno

ENSO

81

El Niño:Fenómeno

ENSO

82

EL NIÑO

Faser Normal

83Fase Anómala

Niño-Niña

En los enlaces siguientes se puede acceder a una serie de animaciones que explican el ciclo Niño-Niña y sus consecuencias:

84

• http://www.bioygeo.info/Animaciones/Nino_Nina.swf• http://www.bioygeo.info/Animaciones/El_nino.swf

EL CLIMA

• El tiempo meteorológico que hace en un lugar y que se repite a lo largo de todos los años de la misma manera, es lo que llamamos CLIMA.

• Los parámetros que lo definen son la presión atmosférica, los vientos, las temperaturas y las

85

atmosférica, los vientos, las temperaturas y las precipitaciones.

• Las gráficas que recogen las características del clima de una región se denominan climogramas.

• En ellos se recogen los datos de temperatura y precipitaciones.

Climogramas

86

Imágenes procedentes de http://geografia.laguia2000.com/climatologia/climogramas

Climogramas y clima

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hu

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es.b

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Los factores del clima

• Es el peso de la atmósfera sobre la superficie terrestre. Es decir: es la fuerza que ejerce el peso del aire situado sobre un determinado punto de la Tierra.

• La presión atmosférica se mide con el barómetro.

La Presión atmosférica

88Figuras tomadas de http://chopo.pntic.mec.es/~ajimen18/GEO4b.htm


• Se produce cuando se calienta una masa de aire de un lugar de la Tierra. Como el aire caliente pesa menos, se eleva y deja un espacio que viene a ocuparlo el aire de las proximidades y así, de esta manera, el aire se pone en

El viento

89

manera, el aire se pone en movimiento. El viento, por tanto, va de las zonas más frías a las más calientes.

• Hay vientos que se producen de forma periódica, como la brisa costera, que durante el día sopla desde el mar hacia la tierra y durante la noche desde la tierra hacia el mar.

• Los vientos se miden con el anemómetro.

Imagen de http://www.umass.edu/tei/TEI/UMassEnviro

nment.html


• La temperatura mide el grado de calor o frío que hay en la atmósfera de un lugar determinado.

• La temperatura cambia en función de la altitud (ver atrás: a

La temperatura

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90

la altitud (ver atrás: a mayor altura más frío), con la proximidad o lejanía del mar (a mayor proximidad del mar las temperaturas son más suaves) y de la latitud.

• Las temperaturas se miden con eltermómetro.

Imagen superior de http://www.umass.edu/tei/TEI/

UMassEnvironment.htmlhtt

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Los factores del climaLas precipitaciones

• Las lluvias o precipitaciones forman parte del ciclo hidrológico, y representan la fase de retorno del agua evaporada previamente

91

evaporada previamente hacia la atmósfera y condensada luego en las nubes.

• Las precipitaciones se miden con el pluviómetro.

Imagen tomada de

http://www.tiempo.com/ram/1122/meteorologa-viii-el-tiempo-atmosfrico-y-la-observacin-de-los-meteoros-i/

Tipos de precipitación (1)

• Por convección: Es la más común en los trópicos se origina por el levantamiento de masas de aire más ligero y cálido al encontrarse a su

92

cálido al encontrarse a su alrededor las masas de aire densas y frías.

Imagen procedente del banco de imágenes de http://almez.pntic.mec.es/~jrem0000/dpbg/2bch-ctma/ctma.htm


• Orográficas: La precipitación debida al levantamiento del aire producido por las barreras montañosas. El efecto de las montañas ejerce una acción directa de sustentación o se

93

directa de sustentación o se induce a turbulencias y corrientes de convección secundarias, produciéndose un enfriamiento de esta, condensación y precipitación.

Tomado de http://www.ambientum.com/enciclopedia

_medioambiental/atmosfera


• Ciclónica: Esta asociada al paso de los ciclones y ligada a los planos de contacto entre masas de aire de diferentes temperaturas y

94

temperaturas y contenidos de humedad (frentes). El levantamiento de aire se origina por convergencia horizontal en la entrada de la masa de aire en un área de baja presión.

Imagen de http://www.mailxmail.com/curso-fenomenos-meteorologicos/frentes

Tipos de precipitación (4): Frentes

• Características generales. Ver en http://maldonado.eltiempo.es/los-frentes-meteorologicos/http://www.bioygeo.info/Animaciones/Frentes.swf

• Cálidos. Ver en

95

• Cálidos. Ver en http://almez.pntic.mec.es/~jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema4/05_CnWfronts.swf

• Fríos. Ver en http://almez.pntic.mec.es/~jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema4/05_CnWfronts.swf

• Ocluidos.

Cálido

• Representa la zona de contacto entre dos masas de aire, pero, a diferencia del frente frío, es la cálida la que se desplaza. Las nubes formadas son de desarrollo

96

formadas son de desarrollo vertical (estratos) en las capas bajas, que proporcionan lluvias persistentes, y cirros en las capas altas, formadas de hielo e indicadoras de buen tiempo.

Imagen de http://firmas.lasprovincias.es/antoniorivera/los-

frentes

Frente frío

• Una masa de aire frío se mueve hasta entrar en contacto con una de aire cálido. La fría, más rápida y densa, se introduce a modo de cuña bajo la cálida,

97

cuña bajo la cálida, obligándola a ascender. Durante el ascenso, la humedad se condensa, formando nubes de crecimiento vertical (cumulonimbos) y dando lugar a precipitaciones de tipo tormentoso.


frentes

Frente ocluido• Aparece como resultado

final de la asociación entres dos frentes muy próximos entre sí: uno frío, más rápido, y otro cálido más lento. El cálido acaba perdiendo el contacto con el suelo (oclusión), dejando al frío en superficie.

• Existen dos tipos de

98

• Existen dos tipos de oclusión: fría y cálida, que están en función del tipo de frente (frío o cálido) que se ha quedado en contacto con el suelo.

• Las oclusión de frentes concluye en precipitaciones de ambos tipos.


frentes

Frentes: representación

FRENTE CÁLIDO

99FRENTE OCLUIDO

FRENTE FRÍO

Figuras tomadas de http://webpages.ull.es/users/jcguerra/docencia/meteorologia/docu/PT7.pdf

Desarrollo de una borrascaFigura de http://www.bioygeo.info/pdf/Borrasca.pdf

100

Ciclón y Anticiclón

101

Figuras de Ciclón y de Anticiclón, de http://xavifrias-meteo.blogspot.com/2009/11/presion-barometrica-e-isobaras.html; mapa, de http://www.juntadeandalucia.es/averroes

El frente polar• Es la colisión de aire cálido

procedente de los anticiclones subtropicales, con los aires fríos procedentes de los anticiclones polares.

• Está formado por la sucesión de frentes encadenados.

• En verano, el frente polar se

http://leonciogazulla.blogspot.com/2010/11/el-frente-polar.html

102

• En verano, el frente polar se desplaza hacia latitudes mayores; y en invierno, hacia menores latitudes.

• Las borrascas y anticiclones que separa están sujetos a un desplazamiento de oeste a este (circulación zonal), dando lugar a borrascas ondulatorias, con precipitaciones frontales y oclusiones de frentes. http://www.rinconsolidario.org/meteorologia/webs/dincirfre.htm

103

Chorro polar• Es la corriente en chorro que va

de oeste a este a una altitud superior a los 9000 metros de altura esto es, a altitudes próximas a la tropopausa. Esta masa de aire posee una forma tubular, achatada y casi horizontal. Se localiza entre los paralelos 50 º y 70 º. Y lleva asociados vientos de más de 120 Km./h (en algunos momentos han llegado a superar los 500 Km./h).

104

llegado a superar los 500 Km./h).• A lo largo de la corriente se

producen meandros, que dan origen a las borrascas que afectan a nuestras latitudes. Si un meandro se llega a estrangular, una parte de la corriente quedará aislada dando lugar a la formación de una depresión aislada en altura (DANA), o gota fría. En inglés se llama "jet stream".

Imagen de http://www.parasaber.com/medio-ambiente/meteorologia/la-ciencia-

meteorologica/el-viento/imagen/representacion-

corriente-chorro-polar/701/

Frente y chorro polares

105

Figura de http://cmapspublic2.ihmc.us/

En latitudes más bajas, se pueden encontrar

106

Figuras de: http://3.bp.blogspot.com/

se pueden encontrar otras corrientes en

chorro, aprovechando siempre las

discontinuidades entre las células convectivas.

El vórtice polar• El vórtice polar es una borrasca persistente a gran escala

situado cerca de los polos terrestres, en la media y alta troposfera y la estratosfera. Envuelve las zonas polares y forma parte del frente polar.

• El vórtice es más potente en el invierno correspondiente, cuando el gradiente térmico es más brusco, y disminuye o desaparece en verano.

• El vórtice polar antártico es más pronunciado y

107

• El vórtice polar antártico es más pronunciado y persistente que el ártico debido a la distribución de las masas de tierra en latitudes elevadas del hemisferio norte, que conlleva el aumento y el aumento de las ondas Rossby que contribuyen a romper el vórtice, mientras que en el hemisferio sur el vórtice permanece menos afectado.

• El vórtice ártico tiene forma alargada, con dos centros, uno aproximadamente sobre la isla de Baffin en Canadá y el otro sobre el noroeste de Siberia.

Ondas de Rossby

• En cada hemisferio hay dos corrientes en chorro: subtropical y polar.

• Ésta, más importante para nosotros, se origina debido al contraste

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• Ésta, más importante para nosotros, se origina debido al contraste entre el aire frío polar y el tropical cálido.

• La corriente en chorro sufre en su recorrido grandes perturbaciones, describiendo ondulaciones llamadas ondas de Rossby. En las latitudes medias, las ondas de Rossby originan bajas presiones al norte y núcleos de alta presión al sur, que originan borrascas y anticiclones respectivamente.

• Cuando alguna ondulación se estrangula en las latitudes más cálidas se forma la gota de aire frío.

Figura de http://www.rinconsolidario.org/meteorologia/webs/dincircho.htm

Formación de la “gota fría”

109

En primer lugar, se observan las ondulaciones en la corriente en chorro. Posteriormente, ésta se rompe y

penetra una “gota” de aire frío en la masa de aire cálido. Finalmente, se aisla la gota fría y se restaura la corriente

en chorro.Figura de http://www.rinconsolidario.org/meteorologia/webs/dincircho.htm

Tornados• Nubes de tipo convectivo,

con forma de embudo, que emiten un brazo hacia la superficie terrestre aspirando cuanto encuentran a su paso.

• Se forman cuando una masa de aire frío yace sobre otra caliente a la

110

sobre otra caliente a la que obliga a elevarse en la atmósfera dando lugar al fenómeno.

• Suelen venir acompañadas de tormentas con aparato eléctrico.

Figura tomada de http://cmc2desarrollosostenible.wikispaces.com

Monzones• Un monzón es un

cambio estacional en la dirección del viento producido por desplazamiento del cinturón ecuatorial.

• En invierno, son vientos del interior

111

vientos del interior que vienen secos y fríos.

• Arriba, vientos predominantes en el mes de invierno.

• Abajo, vientos predominantes en verano.

Figuras de http://homepage.mac.com/uriarte/vientos.html

• Los monzones son provocados porque la tierra se calienta y se enfría más rápido que el agua. Así, en verano, la tierra alcanza una temperatura mayor que el océano y el aire sobre la tierra comienza a ascender, provocando un área de baja presión (borrasca).

• Como el viento sopla desde áreas de alta presión (anticiclones) hacia áreas de baja presión (borrascas) con el fin de igualar ambas presiones, un viento intenso y continuado sopla desde el océano durante el verano boreal (mayo a octubre). La lluvia es

112

océano durante el verano boreal (mayo a octubre). La lluvia es producida por el aire húmedo elevándose y enfriándose por ese ascenso en las montañas.

• Es el mismo proceso que se forma con las brisas en las costas entre el día y la noche pero a una escala gigantesca. En el caso de las brisas de tierra se producen durante la noche y especialmente en las madrugadas y son bastante débiles. Cuando el sol calienta las tierras, las brisas soplan en sentido inverso, del mar a la tierra.

Monzones y brisas

113

http://cambioclimaticoenergia.blogspot.com/2011/02/los-monzones.html

BRISASMONZONES

http://www.tiempo.com/ram/857/

Tifones, huracanes y ciclonesTres términos para un mismo proceso.

Fenómenos no asociados a frente alguno, sino a fuertes depresiones que se originan en la ZCIT (Zona de Convergencia

114

Figura tomada de http://www.astroyciencia.com/wp-content/uploads/2008/09/grafico-huracan.jpg

Inter Tropical). Esta depresión queda rodeada de aire especialmente caliente por su contacto directo con el mar, tendiendo a descender por su parte central, que permanece soleada (ojo del huracán)

Clasificación de los huracanes según la escala Saffir-Simpson del rangos de velocidades.

Escala Saffir-Simpson

CategoríaRango de velocidad de los vientos (km/h)

1 119-153

2 154-177

3 178-209

4 210-250

5 más de 250

Estructura general de un huracán en el Hemisferio Norte. Fuente: Wikipedia

País/Región Muertos Daños ($)

Bahamas 0 40 millones

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Saffir-Simpson del rangos de velocidades.

Daños ocasionados por el huracán Irene.Fuente Wikipedia..

Abajo a la derecha, imagen compuesta que muestra los huracanes que surgieron en 2005 en el Golfo de México. (Foto: http://fotossatelitesdelanasa.blogspot.com.es/

Bahamas 0 40 millones

Canada 1 130 millones

Dominican Republic 4 30 millones

Haiti 3 260 millones

United States 49 15,6 miles de millones

Puerto Rico 1 500 millones

Other islands 0 Desconocidos

Total 56 16,56 miles de millones

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Trayectorias que siguen los huracanes y tifones.

Figura tomada de http://www.astroyciencia.com/wp-content/uploads/2008/09/mapa-huracanes.jpg

Mapa de trayectoria seguida por el huracán Irene

Si bien nacen en zonas próximas al ecuador, se desplazan parabólicamente: los del Hemisferio norte, primero se dirigen al oeste,

117

dirigen al oeste, luego hacia el norte y finalmente giran al nordeste (ver mapa de la trayectoria seguida por el huracán Irene del 19 al 28 de agosto de 2011).

En cambio, los huracanes del hemisferio sur, tras moverse hacia el oeste, luego giran al

sudoeste y finalmente hacia el sur.

Cambios climáticos en la historia terrestre

• Influencias externas

– Variaciones solares

– Variaciones orbitales

– Impactos de meteoritos

• Influencias internas

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• Influencias internas

– La deriva continental

– La composición atmosférica

– Las corrientes oceánicas

– El campo magnético terrestre

– Los efectos antropogénicos

– Retroalimentaciones y factores moderadores

Anomalías de temperatura promedio en el Hemisferio Norte y su relación con los ciclos de las manchas solares. Fuente: http://www.mitosyfraudes.org/Calen6/Ciencia-1.html

La distribución de los continentes y de los océanos como factores climáticos. Una situación como la de la figura (Pangea) determina una fuerte continentalizaciónde los climas (con refuerzo de los periodos fríos y por lo tanto con desarrollo de periodos glaciares. Imagen de http://geografreaks.blogspot.com/

Temperaturas del Hemisferio Norte y Ciclos Solares

119

Las variaciones en la órbita terrestre (excentricidad, precesión,…) son un importante factor del clima por cuanto determina la cantidad de

calor que llega a cada punto de la superficie terrestre en los periodos de tiempo en que esas situaciones orbitales permanecen. Imagen de

http://www.ipcc.ch/

El papel del hombre en el clima viene dado por la cantidad de gases de efecto invernadero que viene emitiendo a la atmósfera. Este valor

depende del consumo de los denominados combustibles fósiles, que ha venido creciendo imparablemente desde la Revolución Industrial.

Imagen de http://www.wikipedia.org

Ciclos astronómicos y clima terrestre

120

Los cambios orbitales terrestres se suceden en periodos diferentes. Así, en la actualidad, laexcentricidad de la órbita, la oblicuidad del eje terrestre, el perihelio, la distancia Tierra-Solen Junio o la insolación en verano a los 65º N están cerca de los mínimos históricos. Fuente:http://noticiainteresante.com/page/8/, en donde la noticia que aporta esta figura presenta elsiguiente titular: “¿Vamos hacia una nueva glaciación? Nuevos datos apuntan hacia laglaciación.”

Causas humanas en el calentamiento del clima

Los modelos procedentes dela simulación de la influenciade los factores de

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de los factores deprocedencia natural (figura a)y los de procedenciaantropogénica (figura b)muestran un fácilacoplamiento con lasobservaciones (figura c), talcomo muestran las gráficasdel Panel Internacional parael Cambio Climático, dedonde proceden las figurasincorporadas a estadiapositiva.

Glaciaciones del pasado

A lo largo de la historia de la Tierra sehan venido sucediendo varios periodosglaciares. Durante el Eón Fanerozoico,

122

glaciares. Durante el Eón Fanerozoico,correspondiente a los últimos 543millones de años de la Tierra, ha habidoal menos cuatro grandes glaciaciones(ver diapositiva siguiente):

- Dos en la Era Paleozoica (Ordovícico-Silúrico y Carbonífero-Pérmico),relacionadas con sendos episodiosmacrocontinentales.

- Una en el Mesozoico (periodo desobreenfriamiento Jusrásico-Cretácicotemprano).

- Glaciación Cuaternaria connumerosos pulsos de avance-retroceso.

Figura tomada de http://noticiainteresante.com/page/8/

Glaciaciones terrestres

EÓN Era geológica Periodo/s geológico/s GlaciaciónInicio - Fin (Ma)

Fanerozoico

Cenozoico Neógeno Cuaternaria 2,58 – presente

Paleozoico Carbonífero y Pérmico Karoo (Sudáfrica) 360 – 260

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Fanerozoico Paleozoico Carbonífero y Pérmico Karoo (Sudáfrica) 360 – 260

Paleozoico Ordovícico y Silúrico Andina-Sahariana 450 – 420

Proterozoico

Neoproterozoico CriogénicoCriogénico(o Sturtian-Varangian)

850 – 635

Paleoproterozoico Sidérico y Riásico Huroniana 2400 – 2100

• El clima de la Tierra ha oscilado a lo largo de su historia entre periodos glaciares e interglaciares. Para los geólogos, una glaciación es cualquier periodo de la historia terrestre en el que hay glaciares a nivel del mar, como ahora ocurre en la Antártica, Groenlandia, Alaska o la Tierra del Fuego. Por lo tanto, podemos considerar que actualmente nos encontramos todavía en la glaciación cenozoica, que comenzó hace unos 25 millones de años, aunque tal vez en una etapa final.

• La glaciación cenozoica se caracteriza por un avance y retroceso

124

• La glaciación cenozoica se caracteriza por un avance y retroceso cíclico de los hielos y, aunque tradicionalmente se ha venido considerando que el retroceso del hielo en Europa y Norteamérica señala el final de la glaciación, no hay nada en el registro geológico que apunte a que la última fase glaciar fuera la última de las de la glaciación cenozoica.

• Existen varias hipótesis no excluyentes que intentan explicar el origen de los ciclos glaciares y que se resumen en la siguiente tabla:

125

FIN

126

FIN

Nota final. El presente documento ha sido elaborado para uso exclusivamente

docente de la asignatura correspondiente tratando de seguir en clase el esquema del

libro de texto Ciencias de la Tierra y medioambientales de la editorial McGraw

Hill (2007, 2011), cuyos autores son D. Calvo, Mª T. Molina y J. Salvachúa. Otros

materiales incorporados en él han sido recogidos de distintas fuentes, las cuales se

citan a lo largo de las diferentes diapositivas.

Documents

Las masas fluidas de la Tierra: atmósfera e hidrosfera