La Atmósfera Terrestre: Composición, Estructura y Recursos

TEMA 1

Sistemas

Conjunto de elementos que presentan entre ellos suficientes interacciones para formar un todo coherente y homogéneo, pero que puede ser separado de otros sistemas sencillos.

Tipos de sistemas:

  • Sistemas abiertos: Intercambio de materia y energía. Ej: Persona, ser vivo…
  • Sistemas cerrados: No se produce entrada de materia, solo se intercambia energía. Ej: Planeta
  • Sistemas aislados: No se intercambian materia ni energía. Ej: Una galaxia

Dinámica de sistemas:

Cuando los componentes de un sistema están integrados, y los flujos de información, materia y energía cooperan y surgen nuevas características del conjunto respecto a la acción individual de los componentes. Un ejemplo, la retroalimentación entre la geosfera y la biosfera ocurre con la relación entre las plantas y la erosión del suelo de una pendiente.

La teoría de GAIA:

La Tierra es un ser vivo creador de su propio hábitat. Gaia, por la diosa GEA (Tierra), se definió como una entidad compleja que implica a la biosfera, atmósfera, océanos y tierra; constituyendo en su totalidad un sistema retroalimentado que busca un entorno físico y químico óptimo para la vida en el planeta. Por Love Lock.

Instrumentos y métodos de estudio del tiempo

  • Métodos de datación absoluta y relativa: la cronología relativa, cronología absoluta
  • Métodos radiométricos: Un ejemplo datación por carbono/4.

Composición de la Atmósfera

Homosfera:

Ocupa unos 100 Km.

Composición: 78% N, 21% O2, 0.9% Ar, 0.35% CO2, 0.003% otros (Ne, He, H2, CH4, O3)

Heterosfera:

Desde los 100 Km al límite exterior. Estratificada (capas con composición diferente)

Estructura de la Atmósfera

  1. Troposfera: Desde la superficie hasta 12 Km. La temperatura baja 1.5ºC a -60ºC. Contiene el 75% del total de la atmósfera y es donde ocurren los fenómenos atmosféricos. Límite superior: tropopausa (17 Km desde el ecuador y 7 Km sobre los polos).
  2. Estratosfera: Desde la tropopausa hasta 50 o 60 Km. Contiene la ozonosfera (O3). Su temperatura sube desde -60ºC a 0ºC. Límite superior: estratopausa.
  3. Mesosfera: Su temperatura baja con la altitud (-100ºC). Se producen las estrellas fugaces. Límite superior: mesopausa (80 Km de altura).
  4. Termosfera/Ionosfera: Compuesta de N, O, He. Su temperatura sube a 1000ºC. Auroras boreales, reflejo de las ondas de radio. Límite superior: termopausa (600 Km de altura).
  5. Exosfera: Hasta el final de la atmósfera (¿10000 Km?). Abunda el H2. Densidad muy baja.

Efecto protector de la atmósfera

Radiaciones electromagnéticas:

  • Naturales: el Sol
  • Artificiales: Bombilla

Tipos de radiaciones:

  • Radiaciones ionizantes: Ondas magnéticas de muy alta frecuencia que causan efectos nocivos. Ej: rayos gamma.
  • Radiaciones no ionizantes: Ondas electromagnéticas de menor frecuencia, que no tienen la energía suficiente como para producir efectos negativos sobre la materia viva. Ej: Luz visible.

Efecto protector de la ozonosfera:

En la estratosfera se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico (O3), entre 15 y 40 km de altura. El ozono se produce por la radiación electromagnética que es capaz de romper el enlace O-O del oxígeno molecular y forma átomos de O, que al combinarse con el O2 originan O3. El ozono absorbe la totalidad de las radiaciones ultravioletas de alta frecuencia.

Efecto protector de la ionosfera:

Los rayos X, gamma y parte de los ultravioletas, son absorbidos por los gases presentes (H2, O2) actuando como filtros.

Efecto invernadero

Es un fenómeno atmosférico que permite mantener la temperatura del planeta en un intervalo compatible con la vida que conocemos. De no existir, las fluctuaciones climáticas serían intolerables. La radiación solar de onda corta que llega a la superficie terrestre es absorbida por océanos y continentes produciendo su calentamiento. Al mismo tiempo se emite energía hacia la atmósfera en forma de radiación infrarroja de onda larga. El efecto invernadero natural hace del planeta un lugar mucho más agradable, el problema es provocar su incremento.

Dinámica Atmosférica

Corrientes convectivas

El aire caliente de la parte superficial es menos denso y asciende. A medida que lo hace se enfría, se hace más denso, de modo que desciende formando corrientes convectivas. El movimiento de las masas de aire de las zonas de descenso a las de ascenso se llama viento.

Anticiclones y borrascas

Las zonas de descenso de masa de aire corresponden con anticiclones y las de ascenso con borrascas.

Presión atmosférica

Es el peso de una columna de aire en un punto concreto del planeta. Se mide con el barómetro, unidad mmHg.

Humedad

  • Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua que hay en un determinado volumen de aire (g/m3).
  • Humedad relativa: Cantidad de vapor de agua que contiene el aire en relación con la cantidad máxima que puede contener a una temperatura determinada.

Tipos de precipitación

  • Lluvia: La temperatura desciende en el interior de la nube, las partículas de agua se hacen más grandes y caen por la gravedad.
  • Nieve: Las temperaturas son muy bajas y las partículas que se forman son de hielo. Se origina la nieve.
  • Granizo: Se produce en las tormentas de verano o primavera. Masas de hielo sin cristalizar de diámetro variable. Las partículas de agua son impulsadas por vientos hacia altitudes elevadas donde solidifican y caen. Pueden alcanzar gran tamaño.
  • Rocío y escarcha: Enfriamiento del suelo. Se crea una inversión térmica. El vapor de agua se condensa sobre la superficie terrestre. Si la temperatura es menor de 0ºC se forma escarcha.

Gradiente vertical e inversión térmica

Variación de temperatura entre dos puntos situados a 100 m en sentido vertical, gradiente vertical de temperatura (GVT).

Inversiones térmicas:

Se da a cualquier altura de la troposfera pero lo más corriente es a nivel del suelo con cielo despejado, aire en calma y una fuerte irradiación diurna.

Frentes

Cuando en la troposfera una masa de aire caliente cargada de humedad se encuentra con una masa de aire frío más seco entran en contacto sin que se produzca una mezcla. La masa de aire caliente asciende hasta su punto de saturación originando precipitaciones.

Tipos de frentes:

  • Frente frío: Masa de aire frío más denso y rápido se introduce a modo de cuña bajo la cálida obligándola a ascender. Se forman nubes de desarrollo vertical (cumulonimbos) que provocan intensas precipitaciones.
  • Frente cálido: La masa de aire caliente avanza sobre la fría, asciende la cálida que es menos densa. Nubes de desarrollo horizontal llamadas nimbostratos, dan lugar a lluvias débiles y persistentes.
  • Frente ocluido: El frente frío alcanza al frente cálido que asciende dejando dos masas de aire frío por debajo en contacto con la superficie.

Efecto foehn

Una masa de aire se ve forzada a ascender al encontrarse en su camino una montaña.

Tormentas

Tienen lugar a partir de nubes altas y densas como los cumulonimbos. Se forman:

  1. Los vientos fuertes forman corrientes ascendentes que circulan dentro de la nube.
  2. Se solidifican las partículas y provocan la electrización.
  3. La descarga de esta electricidad se produce en forma de relámpago. Si están en la misma nube, rayos. Si la descarga tiene lugar entre la nube y el cielo, rayos.

Efecto Coriolis

Desplazamiento de las masas en anticiclones y borrascas. Giros: anticiclones agujas del reloj (hemisferio sur al contrario), borrascas en sentido contrario.

Brisas

Brisas marinas:

  1. Brisas marinas diurnas: La radiación solar calienta la costa. El agua se calienta más lentamente que la tierra, el aire está más frío (mayor presión). Se produce una circulación de aire fresco cargado de humedad desde el mar hacia la tierra.
  2. Brisas marinas nocturnas: Durante la noche la situación se invierte. La tierra se enfría rápidamente, el mar pierde el calor lentamente. La presión atmosférica sube en la tierra y baja en el mar.

Brisas de montaña:

  1. Brisas de montaña nocturnas: Al anochecer el aire sube de altura y se enfría antes que en el fondo del valle, que se mantiene caliente. El aire frío desciende por la ladera y se eleva el que está caliente en el fondo del valle refrescando la temperatura.
  2. Brisas de montaña diurnas: De día se establece el movimiento contrario, flujo ascendente por la pendiente de las montañas. El aire caliente asciende y el frío desciende hacia el fondo del valle.

Corriente en chorro

Capas altas de la troposfera, viento de 180-360 Km/h de velocidad. 3 tipos:

  • Polar: 60º latitud, O-E
  • Subtropical: 30º latitud, O-E
  • Tropical: 15º latitud, E-O

Monzones

  • Monzón de invierno: Fuerte enfriamiento, el aire frío desciende, se producen anticiclones, tiempo despejado, seco y frío.
  • Monzón de verano: La circulación se invierte. El viento sopla desde el océano hacia el continente. El aire cargado de humedad penetra, se encuentra con la cordillera del Himalaya, asciende, se enfría y produce abundantes lluvias intensas de gran importancia para el cultivo del arroz.

Climogramas

Gráficos que representan las temperaturas y precipitaciones en un año. Funciones: mostrar las oscilaciones térmicas anuales, la distribución de precipitaciones a lo largo del año y los periodos secos y húmedos.

Tipos de climas

  • Tropicales: En el ecuador la temperatura es alta sin estación fría.
  • Secos: Alrededor de los trópicos, temperaturas altas y precipitaciones escasas.
  • Templados: Latitudes medias, temperatura y precipitaciones varían de manera estacional, inviernos suaves y veranos frescos.
  • Fríos: En los polos la temperatura es baja con hielos permanentes.
  • De alta montaña: Similares a los climas fríos.

Meteorología en España

Está influenciada por:

  • Eje de inclinación de la Tierra
  • Frente polar y borrascas asociadas
  • Altas presiones asociadas a un anticiclón subtropical (A. de las Azores)
  • Latitud de las células convectivas

Estaciones del año en España:

  • Inviernos: Intenso enfriamiento con heladas nocturnas, aparece el anticiclón continental. Este impide la entrada de lluvias que solo son posibles en el caso en que las borrascas desplacen el anticiclón.
  • Primavera: La temperatura aumenta y desaparece el anticiclón continental, esto favorece la entrada de frentes produciendo precipitaciones.
  • Verano: El anticiclón de las zonas tropicales se desplaza hacia el norte bloqueando la entrada de precipitaciones y provocando sequía veraniega con olas de calor.
  • Otoño: El anticiclón vuelve a posiciones más bajas, la temperatura aún no ha descendido y se produce, como en primavera, precipitaciones.

La gota fría

Es un fenómeno típico de las zonas de la costa mediterránea española. Se produce en zonas cercanas al mar, normalmente en otoño e invierno, cuando la radiación solar es menor y el aire es más frío. En los meses más fríos el mar tiene una temperatura más alta que la tierra debido a que el agua posee un elevado calor específico y se enfría lentamente. El viento es cálido desde el mar hacia la tierra y cargado de humedad. El aire cálido es poco denso por lo que asciende a capas altas de la troposfera. En las zonas más altas de la troposfera se encuentran masas de aire muy frío. Cuando el aire caliente y húmedo se pone en contacto con el aire frío se produce una rápida condensación del agua que provoca lluvias torrenciales.

Climas de España

  • Clima mediterráneo: Veranos cálidos y secos, inviernos fríos y húmedos. Domina el bosque mediterráneo.
  • Clima oceánico: Veranos frescos e inviernos suaves. Precipitaciones frecuentes. Vientos del oeste. Bosque caducifolio.
  • Mediterráneo continentalizado: Gran diferencia de temperatura entre el invierno y el verano (día/noche). Temperaturas en invierno bajas y en verano altas. Pocas precipitaciones. Bosques, coníferas y matorral.
  • De montaña: Temperaturas bajas. Precipitaciones abundantes (nieve). Bosque de coníferas.
  • Islas Canarias: Temperaturas muy suaves y uniformes. Precipitaciones irregulares en otoño. Efecto Foehn.

Recursos relacionados con la atmósfera

Constante solar

  1. Radiación de onda corta: Radiación incidente reflejada. Los elementos que intervienen son: océanos, suelo, nubes o partículas dispersas en el aire. Albedo: 30% de la radiación total.
  2. Radiación de onda larga: Radiación absorbida por la atmósfera, biosfera y el suelo y después emitida hacia el exterior como onda larga. 70% de la radiación total. Puede ser absorbida por gases de efecto invernadero (CH2, H2O) y emitida de nuevo con radiación más larga (contrarradiación atmosférica). La temperatura de la troposfera sube.

Energía solar

Energía solar térmica y fotovoltaica:

Ventajas:
  • Poco impacto de su instalación
  • Se puede utilizar directamente con numerosas aplicaciones
  • Se puede almacenar en acumuladores
  • Útil en zonas de baja densidad de población
Inconvenientes:
  • Su rendimiento no es muy alto
  • Necesita de grandes inversiones
  • Se necesitan espacios amplios
  • Generan impacto visual negativo

Energía eólica

Ventajas:
  • Fuente de energía segura y renovable
  • Instalaciones de rápido tiempo de construcción
  • Beneficio económico para los municipios afectados que generan puestos de trabajo
  • Otros usos del suelo compatibles
Inconvenientes:
  • Intermitente y aleatoria, hay que contar con otra energía alternativa
  • Alto impacto visual, contaminación acústica por el ruido de las aspas
  • Preocupante impacto sobre la avifauna por el choque de las aves contra las palas

Energía del hidrógeno

Está relacionada con las energías eólicas y solar. La electrólisis es un sistema muy caro.

Ventajas:
  • Emite vapor de agua
Inconvenientes:
  • Para romper una molécula de H2O y obtener H se necesita más energía que la que produce
  • Transporte y almacenamiento