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TEMA 7.- DINÁMICA DE LAS CAPAS FLUIDAS. Las capas fluidas están formadas por la Atmósfera y la Hidrosfera. La Atmósfera está constituida por aire, mientras que la Hidrosfera está formada por agua. Ambas dos son subsistemas del sistema Tierra, y son los que más influyen sobre el clima. El ciclo del agua relaciona la atmósfera con la hidrosfera. 1.- FUNCIONAMIENTO DE LAS CAPAS FLUIDAS. El funcionamiento se basa en la existencia de un gradiente (diferencias existente entre dos puntos) o contraste en los valores de presión, temperatura o humedad, que se crea en los fluidos, ya sean aire o agua. Debido a este contraste, se producen corrientes de convección, es decir, movimientos verticales u horizontales de las masas de aire o agua para igualar la temperatura. Ej.- el agua al calentarse en una olla al fuego. Cuanto mayor sea el gradiente entre dos puntos, mayor será la circulación del viento o de las corrientes oceánicas. El flujo cesa en el momento en que los parámetros se igualan, con lo que el gradiente se reduce a cero. 1.1.- Caso del aire atmosférico. 1.1.1.- Movimiento vertical El aire es un mal conductor del calor, por lo que se calienta indirectamente: los rayos del Sol calientan la superficie de la Tierra, y ésta a su vez calienta el aire en contacto con ella. El aire caliente pesa menos y es menos denso, por lo que asciende. Al ir subiendo se va enfriando, sobre todo en las capas altas, por lo que aumenta su densidad y su peso, comenzando entonces a descender. De esta forma se origina el viento, porque el Página 1 de 30 hueco que deja la masa de aire caliente al subir es rellenado por una masa de aire frío que baja. 1.1.2.- Movimiento horizontall El movimiento horizontal se produce entre zonas geográficas de distinta latitud, por tanto de desigual insolación en la superficie terrestre (mayor en el ecuador y menor en los polos). Gracias al transporte de calor se amortiguan las diferencias térmicas entre ambas regiones (ecuador y polos). 1.2.- Caso del agua oceánica. En el agua no se producen movimientos verticales debido a su elevada densidad. Las corrientes de convección se producen sólo de arriba abajo en lugares fríos donde la superficie es más fría que el fondo. En la hidrosfera son más importantes las corrientes horizontales (oceánicas), debidas no sólo a las diferencias en la temperatura, sino a la diferente salinidad y al movimiento del viento, que origina corrientes a manera de ríos dentro del océano. 2.- COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA. La atmósfera está compuesta por gases. Podemos establecer 3 grupos de gases: a) Gases mayoritarios. N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%) y Argón (0,939%). b) Gases minoritarios. Reactivos (CO, CH3, NH3, NO2, NO, SO2) y no reactivos (He, Ne, Kr, Xe, Rd, H2, N2O). c) Gases variables. Vapor de agua y contaminantes. 3.- ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA. 3.1.- Capas y su función como filtro de las radiaciones solares. No todas las radiaciones que proceden del Sol llegan a la Tierra. La mayoría son desviadas por su campo magnético. Las que llegan son de tres tipos: Radiaciones de onda corta (rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta). Tienen un gran poder energético y de penetración. Si llegaran a la Tierra destruirían las moléculas al provocar la ionización de sus átomos, pero son absorbidas por las capas superiores atmosféricas. Radiaciones de onda larga (ondas de radio, ondas microondas). Pueden penetrar fácilmente, pero son ahogadas por las radiaciones emitidas por la Tierra. Página 2 de 30 Radiaciones de onda media. Corresponden a la zona visible del espectro (luz blanca, radiación infrarroja); llegan a la Tierra y son importantes porque posibilitan la fotosíntesis e intervienen en la dinámica de las capas fluidas. Las capas de la atmósfera son las siguientes: a) Troposfera. Capa inferior de la atmósfera, se extiende desde la superficie terrestre hasta la tropopausa. Su altitud varía con la latitud (de 9 km en polos a 16 km en el ecuador) y con las estaciones (más elevada en verano que en invierno al ser menos denso el aire cálido) Muy compresible, en ella se concentra el 80% del los gases atmosféricos (N 2, O2 y CO2) que hacen posible la vida. La presión atmosférica (peso ejercido por la atmósfera sobre la superficie terrestre) desciende bruscamente en esta capa. Su temperatura desciende con la altura (se pasa de unos 15 ºC en superficie hasta unos -70 ºC en la tropopausa). Esta disminución tiene un valor medio de 0,65 ºC / 100 m. y se denomina gradiente vertical de temperatura (GVT). Página 3 de 30 Aquí se produce el efecto invernadero, originado por la presencia de ciertos gases como CO2, vapor de H2O, etc., que absorben prácticamente toda la radiación infrarroja procedente del Sol y el 88% de la emitida por la superficie terrestre. Es la capa donde tienen lugar los procesos meteorológicos (capa del clima). Los contaminantes y el polvo en suspensión se acumulan en la denominada capa sucia, situada en los primeros 500 metros de la troposfera. Su presencia se detecta por su coloración rojiza al amanecer y al atardecer. b) Estratosfera. Se extiende desde la tropopausa hasta la estratopausa (a 50-60 km de altitud). El aire es muy tenue, hay menos gases, estos se colocan en capas horizontales o estratos y se mueven horizontalmente, nunca de forma vertical. Entre los 15 y los 30 km de altura se forma la capa de ozono (O3), que es más espesa en el ecuador que en los polos. O2 + U.V. O + O O + O2 O3 + calor O3 + U.V. O2 + O O3 + O 2 O2 La temperatura en la estratosfera aumenta con la altitud hasta alcanzar los 0 ºC 4 ºC en la estratopausa. c) Mesosfera. Tercera capa, se extiende hasta la mesopausa, situada a 80 km de altitud. La densidad del aire es muy baja, pero suficiente como para provocar la inflamación de meteoritos que pasan por la mesosfera, formando las estrellas fugaces. La temperatura disminuye con la altitud hasta alcanzar los -80 ºC. d) Ionosfera o Termosfera. Su límite es la termopausa, situada a unos 600 km de altitud. Los gases que contiene (N 2, O2, H2) absorben las radiaciones gamma y X, por lo que la temperatura en esta capa asciende hasta los 1000 ºC y los gases se ionizan positivamente (N+, O+), liberando electrones. Esto da lugar a un campo magnético establecido entre la ionosfera, cargada positivamente, y la superficie terrestre, cargada negativamente. En esta zona se producen las auroras boreales en el H. N. y las auroras australes en el H. S. al chocar los electrones contra los iones N+, O+ a distintas presiones, originando verdaderos espectáculos de luz y color. Es amarillo verdoso si chocan con moléculas de oxígeno a baja presión; rojo si esa misma colisión tiene lugar a muy baja presión, y azul si el impacto es contra una molécula de nitrógeno. Página 4 de 30 e) Exosfera. Última capa, se extiende hasta el km 800 aproximadamente. No hay apenas gases, es similar al espacio exterior. Como el aire es tan tenue no es capaz de captar la luz, por lo que es una capa muy oscura 3.2.- Funciónes de la atmósfera. 3.2.1.- Función reguladora (Balance energético). La principal fuente de energía que actúa sobre el planeta Tierra es la energía solar. El sol emite partículas (protones y electrones) y radiaciones electromagnéticas. La mayoría de las partículas son desviadas por el campo magnético terrestre y no alcanzan la superficie de la tierra. Las radiación de onda corta es reflejada y dispersada por la Ionosfera (rayos X y gamma) y la ozonosfera (r.u). La radiación infrarroja es reflejada por las nubes, el CO2 y el metano. La luz visible llega hasta la superficie terrestre. Una parte de esta energía absorbida es remitida y otra es empleada para calentar el aire, el agua y la superficie terrestre, transformándose en energía mecánica o siendo utilizada para los cambios de estado. La radiación que devuelve la Tierra hacia el espacio es infrarroja (como tiene mucha menor Tª que el Sol) la emite en una longitud de onda mayor (más larga), es en su gran mayoría absorbida por el CO2 y vapor de H2O del aire, calentando a la atmósfera inferior y remitiendo de nuevo energía hacia el suelo, y calentando la Tierra mediante una contraradiación atmosférica (efecto invernadero). 4.- DINÁMICA ATMOSFÉRICA VERTICAL. La dinámica vertical de la atmósfera se debe a las corrientes de convección. 4.1.- Corrientes de convección. La convección es un movimiento de las capas de aire debido a que entre dos puntos distintos de estas capas existe un gradiente (diferencia) de Tª, de humedad o de presión. 4.1.1.- Convección térmica. Se debe al contraste de temperaturas entre las capas inferiores de la atmósfera en contacto con el suelo, el cual irradia calor, con la parte superior de la atmósfera, más fría. El aire caliente tiende a elevarse, mientras que el aire frío es más denso y pesado, por lo que tiende a descender. 4.1.2.- Convección por humedad. Página 5 de 30 Se debe al vapor de agua presente en la atmósfera. Si hay mucho vapor de agua, el aire es poco denso y se eleva; si hay poco vapor de agua, el aire es seco, más denso y pesado, con lo que descenderá. Existen dos parámetros para medir la humedad del aire: a) Humedad absoluta: es la cantidad de vapor de agua presente en un volumen de aire. Se mide en g/m3. b) Humedad relativa: es la cantidad de vapor de agua, medida en tantos por ciento, presente en un volumen de 1 m3 de aire, en relación con la máxima cantidad que podría contener (el 100%) a una temperatura determinada (fija). P.ej.- si decimos que la humedad relativa es de un 25%, queremos expresar que a una determinada Tª (por ejemplo, 24 ºC) el aire podría contener 4 veces más vapor del que contiene. La humedad relativa del 100% se corresponde con un valor en la curva de saturación. A cada punto de esta curva le corresponde una temperatura de saturación (en abcisas) denominado punto de rocío, y un valor en el eje de la humedad absoluta (en ordenadas) que corresponden al máximo de vapor de agua que puede contener el aire sin que se de condensación. Punto de rocio: temperatura a la que debe enfriarse una masa de aire para que se condense el vapor de agua que contiene y se genera, de acuerdo con la temperatura, escarcha, neblina o rocio 4.1.3.- Convección por presión. La presión atmosférica es el peso que ejerce una columna de aire sobre la superficie terrestre. Se mide en atmósferas (Atm). La presión a nivel del mar en condiciones normales es de 1 atm = 760 mm Hg = 1.013,3 milibares. La presión en un punto geográfico varía con la Tª y la humedad del aire. Los movimientos por convección se producen desde zonas de mayor presión a zonas de menor presión. Las isobaras son líneas concéntricas que marcan los puntos geográficos con la misma presión. Página 6 de 30 4.2.- Gradientes verticales. Llamamos gradiente vertical a la diferencia de temperatura entre dos puntos situados a una diferencia de altitud de 100 metros. Existen distintos tipos de gradiente: 4.2.1.- GVT (Gradiente Vertical de Temperatura). Representa la variación vertical en la temperatura del aire en condiciones estáticas o de reposo. Suele ser de 0,65 ºC/100 m (por cada 100 metros que se asciende en la Troposfera, la Tª desciende 0,65 ºC). Este valor puede variar dependiendo de la latitud, de la altura y de la estación. La inversión térmica (*) es lo contrario; es el espacio aéreo en el cual la temperatura aumenta con la altura en lugar de disminuir; en este caso el GVT será negativo. Las inversiones térmicas impiden los movimientos verticales del aire. 4.3.- Condiciones de inestabilidad y estabilidad. 4.3.1.- Condiciones de estabilidad (Anticiclones). Un anticiclón o condición de estabilidad atmosférica se produce cuando nos encontramos con una zona de alta presión A rodeada por isobaras con presiones descendentes. Esto ocurre porque el aire frío, más denso y pesado, desciende hacia el suelo, y en la zona del suelo se acumula mucho aire, produciéndose una gran presión, por lo que el viento tiende a salir hacia el exterior. Hay dos tipos de situaciones de estabilidad: a) Que el GVT sea positivo y menor que el GAS (0 < GVT < 1). Página 7 de 30 Es una situación de estabilidad atmosférica en la que no se dan movimientos verticales, por enfriarse más rápidamente la masa ascendente que el aire del exterior. Que el GVT sea negativo (GVT < 0). En este caso nos encontramos con un fenómeno de inversión térmica que forma nubes a ras del suelo (niebla), y que atrapa la contaminación por subsidencia o aplastamiento contra el suelo. Las altas presiones o anticiclones invernales están asociados a un descenso del gradiente de Tª y a la formación de inversiones térmicas, apareciendo niebla y heladas. 4.3.2.- Condiciones de inestabilidad (Borrascas). Una borrasca o ciclón o inestabilidad atmosférica se produce cuando nos encontramos con una zona B de baja presión rodeada de isobaras cuyos valores aumentan del centro hacia el exterior. En este caso, el aire cálido y húmedo (poco denso y ligero) en contacto con la superficie terrestre, se eleva por convección, y el vacío creado es ocupado por el aire frío de los alrededores que sopla desde el exterior hasta el centro de la borrasca. Esta situación de borrasca no quiere decir que vaya a llover, pero si la masa de aire ascendente contiene suficiente cantidad de vapor de agua, se puede condensar y formar nubes tan enormes que provoquen precipitaciones. Las condiciones de inestabilidad atmosférica son propicias para la eliminación de la contaminación, pues el aire ascendente provoca la elevación y dispersión de la misma. Anticiclón 5.- DINÁMICA ATMOSFÉRICA HORIZONTAL. Página 8 de 30 Borrasca La irradiación solar es mucho mayor en el ecuador que en los polos, por lo que de no existir la atmósfera y la hidrosfera, la diferencia de Tª entre ambas zonas sería extremadamente grande. Sin embargo, la presencia de las masas fluidas hace posible el transporte de calor necesario para amortiguar dichas diferencias. Dicho transporte se realiza desde las zonas de superávit hacia las zonas de déficit gracias a la acción de los vientos y de las corrientes oceánicas. 5.1.- Desviación del viento. Efecto de Coriolis y de las masas continentales. La circulación atmosférica horizontal la lleva a cabo el viento, que si es superficial sopla desde los anticiclones a las borrascas, mientras que si es viento de altura lo hace en sentido contrario. En todo caso, su trayectoria no suele ser rectilínea. Veamos por qué. En el supuesto de que el planeta estuviera inmóvil en el espacio y que su superficie fuese uniforme, el aire se calentaría fuertemente en el ecuador, se dilataría y elevaría, siendo reemplazado por el aire más frío y denso procedente de los polos. El aire circularía rumbo N-S a nivel del suelo siguiendo los meridianos. Pero la realidad es que la Tierra rota en sentido antihorario y a distinta velocidad según la latitud (la máxima circunferencia de la Tierra está en el ecuador, por lo que los puntos situados en él son los que se mueven a mayor velocidad). Al girar, la masa gaseosa de los polos va quedando rezagada respecto al suelo, que va cada vez más deprisa, desviándose esa masa gaseosa (aire) hacia la derecha (en el H. Norte). Si la masa gaseosa o un móvil se sitúan en el ecuador, como la Tierra va cada vez más despacio, se adelanta a la rotación y se desvía también hacia la derecha, siempre y cuando esté en el hemisferio Norte. En el hemisferio Sur ocurre lo Página 9 de 30 contrario: la desviación es hacia la izquierda. En esto consiste el efecto de Coriolis, que varía de forma que es máximo en los polos y nulo en el ecuador. 5.2.- Circulación general de la atmósfera. En las zonas ecuatoriales el calentamiento es intenso debido a que los rayos solares inciden verticalmente. Debido a ello, el aire caliente en contacto con la superficie terrestre tenderá a ascender, dando lugar a borrascas ecuatoriales (B). En las zonas polares, las bajas Tªs van a provocar el aplastamiento del aire frío contra el suelo y el asentamiento de un anticiclón polar (A) permanente sobre ellas. Teóricamente, el viento que sopla en la superficie del planeta tenderá a recorrer el globo terrestre desde los anticiclones polares hasta las borrascas ecuatoriales, mientras que el de las capas altas de la atmósfera tenderá a hacerlo en sentido inverso. Entonces se formarían dos células convectivas en cada hemisferio. Sin embargo, la fuerza de Coriolis va a desviar las masas de aire hacia la derecha en el hemisferio Norte, y hacia la izquierda en el hemisferio Sur, provocando que en realidad existan tres células convectivas en cada hemisferio: Célula de Hadley. Desde el ecuador hasta los 30º de latitud. En esta zona los rayos solares inciden muy verticales y el aire cálido de las borrascas ecuatoriales va a ascender hacia la tropopausa, desde donde se dirige hacia ambos polos. La fuerza de Coriolis va a desviar este aire, y al llegar a los 30º de latitud N o S, la desviación es tan grande que la célula se fragmenta: parte del aire sigue su camino hacia los polos, pero la mayoría desciende de nuevo hacia el ecuador, originando anticiclones subtropicales que cuando se asientan sobre continentes dan lugar a desiertos. Esta célula se cierra debido a los vientos alisios, vientos superficiales que soplan (del NE en el hemisferio Norte, del SE en el Hemisferio Sur) desde los anticiclones subtropicales hacia el ecuador, donde convergen los de ambos hemisferios, originando la ZCIT (Zona de Convergencia Intertropical). Célula de Ferrel. Situada entre los 30º y los 60º de latitud. Se forma por la acción de los vientos superficiales del oeste o Westerlies (del SO en el hemisferio N y del NO en el S) que soplan desde los anticiclones desérticos hasta las zonas de las borrascas polares. Célula Polar. Se sitúa entre los 60º de latitud y los Polos. El viento superficial que parte de los anticiclones polares, llamado levante polar, (del NE en el hemisferio N Página 10 de 30 y del SE en el S) sólo desciende hasta los 60º de latitud, pues después se vuelve a elevar, formando borrascas subpolares, que afectan a España en invierno. 6.- HIDROSFERA. DINÁMICA OCEÁNICA. CORRIENTES OCEÁNICAS. El 97,3% de la hidrosfera lo constituyen los océanos, el 2,3% restante lo forman los ríos, glaciares, aguas subterráneas, y sólo una pequeña parte está en la atmósfera, en el suelo o formando parte de la materia viva. 6.1.- La hidrosfera como regulador térmico. La hidrosfera actúa como regulador térmico porque, gracias al elevado calor específico del agua, puede absorber y almacenar durante más tiempo la energía calorífica. Así, los océanos se calientan y enfrían más lentamente que los continentes, por lo que a la misma latitud, los lugares situados junto al mar tendrán menor variación de Tªs que los alejados del mar. Por otra parte, debido a la acción de las brisas marinas, las zonas limítrofes a la costa poseen aún una menor amplitud térmica (menor variación de Tªs). Por el día, la tierra está más caliente que el mar (debido al mayor calor específico del agua), luego el aire que hay encima de él tiene menor presión que el aire que hay sobre el mar. Así, el aire sopla del mar a la tierra (brisa marina). Lo contrario ocurre durante la noche, pues la tierra se enfría más deprisa que el mar, con lo cual sobre ella hay una masa de aire frío que tiende a descender (brisa terrestre). Página 11 de 30 6.2.- Corrientes oceánicas. Las corrientes oceánicas son flujos de masas de agua de componente horizontal. Tienen una gran importancia en el proceso de redistribución del calor en la Tierra, debido a su abundancia y a su gran poder calorífico. Son más lentas en sus desplazamientos que las masas de aire y pueden ser frenadas y desviadas por los continentes, pero su eficacia en el transporte de calor es mayor que el de la atmósfera, por lo que su papel en el clima es de gran importancia. Las corrientes oceánicas trasladan grandes cantidades de calor de las zonas ecuatoriales a las polares. Unidas a las corrientes atmosféricas son las responsables de que las diferencias térmicas en la Tierra no sean tan fuertes como las que se darían en un planeta sin atmósfera ni hidrosfera. Por esto su influencia en el clima es tan notable. Hay dos tipos de corrientes las superficiales y las profundas. 6.2.1.- Corrientes superficiales permanentes. Los movimientos son generados por los vientos y son desviados también por las fuerzas de Coriolis. Las principales corrientes que se pueden identificar en la Tierra son las siguientes: I. Corrientes cálidas o Corrientes norte y sur ecuatoriales Las corrientes norte y sur ecuatoriales en dirección E-O movidas por los vientos alisios que a la vez arrastran las nubes y las precipitaciones hacia el oeste, originando aridez en el margen continental que abandonan al este. Cuando chocan contra los continentes en el borde occidental del océano viran hacia los polos y movidas por la deriva del viento del oeste, en dirección O-E forman corrientes cálidas paralelas a la costa que se desplazan hasta su lugar de origen en el margen oriental del océano. Ej.- corriente de Florida en Norteamérica y la corriente de Kuroshio en Japón. Página 12 de 30 II. Contracorriente ecuatorial. Se produce entre las corrientes norte y sur ecuatoriales y tiene sentido inverso a ellas (O-E). III. Corrientes frías. Las masas de agua del apartado I, movidas por el viento del oeste, también chocan contra los continentes, esta vez en el borde oriental de los océanos. Ello provoca una doble desviación, por un lado hacia el N llevando calor y suavizando su clima Ej. Corriente del Golfo ; y por otro lado hacia el S paralelas a la costa, dando lugar a corrientes frías que transportan agua de latitudes altas a otras más bajas. Ej.- corriente de Humboldt, corriente de Bengala, corriente de Canarias. IV. Corrientes frías del polo norte. Desde el polo Norte, el agua tiende a fluir hacia el sur movidas por el levante polar. Sin embargo, ese flujo desde el polo Norte tropieza con las barreras de los continentes (Canadá, Groenlandia, Eurasia), teniendo que encajarse en tres estrechos y dando lugar a tres corrientes: que discurren paralelas a las costas; la de Kamchatka, la del Labrador y la de Groenlandia. La corriente del Labrador hace que la corriente del Golfo, que trae aguas cálidas desde latitudes más bajas, se desvíe hacia el este y afecte a la costa norte de Europa. V. Corriente circumpolar antártica. A 60º de latitud Sur, y debido al viento del oeste se produce esta corriente que fluye de oeste a este en sentido antihorario. Como No se encuentra masas continentales y en los polos el efecto Coriolis es máximo esta corriente NO se desvía y fluye como un cinturón. El levante polar en el polo Sur no desplaza agua puesto que está congelada. 6.2.2 Corrientes oceánicas profundas La densidad del agua también aumenta si esta más fría y/o salada, lo que origina una circulación vertical o termohalina (condicionada por la diferencia de temperatura o salinidad). El agua fría o salina de la superficie es más densa, por lo que tiende a descender, lo que provoca que la del fondo aflore para ocupar su lugar. Por este motivo si la salinaida del agua superficiel disminuye (opor aporte de agua de un rio, si se funde un iceberg..) el agua es menos densa y no puede hundirse. Pero si existe u n enfriamiento superficial el, agua se hace más densa y se hunde. Página 13 de 30 6.3.- El océano global. Es el conjunto formado por todos los mares y océanos terrestres. Su estudio es importante porque influye sobre el clima, ya que: Es un importante almacén de CO2. Es un medio de transporte del calor muy eficaz. Es el productor de la nubosidad. Dos fenómenos que ponen de manifiesto el papel del océano global en el clima son: 6.3.1.- La cinta transportadora oceánica. Es un río de agua que recorre la mayoría de los océanos. La mitad de su trayectoria la recorre en forma de corriente profunda, por su mayor densidad, y la segunda mitad la recorre como corriente superficial, modificada por los vientos. El inicio de la circulación se sitúa en Groenlandia, donde el agua, salada, fría, y por tanto, muy densa, se hunde, circulando por el fondo del océano Atlántico hasta el sur, donde entra en contacto con el océano Antártico y asciende, retornando parte a su lugar de origen. El resto se sumerge de nuevo debido al frío, y discurre por el fondo del océano Índico, donde una parte asciende y otra llega hasta el Pacífico, donde definitivamente asciende y se calienta. Posteriormente realiza el recorrido al revés como corriente superficial, arrastrando aguas cálidas y nubes formadas en los océanos cálidos, originando lluvias a su paso y elevando las temperaturas de las costas a las que baña (atlánticas norte-europeas). Página 14 de 30 La cinta transportadora global es importante realiza las siguienttesfunciones. Compensa el desequilibrio de salinidad y temperatura entre el océano atlántico (más salado y frío) y el pacífico (menos salado y más cálido) Regula el CO2 atmosféricopues este gas ser disuelve mejor en agua fría y al hundires el agua fría cerca de Groenlandia, arrastra consigo una gran cantidad del mismo, liberando mil años después en las zonas de afloramiento. 6.3.2.- El fenómeno del Niño. Se llama así a una fluctuación acoplada entre la atmósfera y el océano Pacífico austral. Hay tres situaciones posibles: El Niño Neutro: Los vientos alisios, que soplan de este a oeste, empujan hacia el oeste el agua superficial del Pacífico sur, creando un vacío en la zona este, junto a las costas de Perú y Ecuador. Este descenso del nivel del mar produce un efecto de succión que da lugar a un afloramiento de agua profunda y rica en nutrientes procedentes del fondo, lo que fertiliza el fitoplancton y hace que la pesca aumente. El Niño: Se debe a un excesivo calentamiento superficial de las aguas del Pacífico oriental junto a las costas de Perú. Ocurre cada 3-5 años en la época de Navidad (Niño Dios). Suele durar 9-12 meses. Se produce cuando los vientos alisios amainan y no arrastran el agua de la superficie hacia el oeste. El agua superficial se caldea y se forma una borrasca, quedándose las nubes en la zona central del Pacífico y junto a la costa de Perú, que en condiciones normales es árida. No se produce el afloramiento y la riqueza pesquera decae. Página 15 de 30 No se conoce la causa, pero se cree que puede ser producto del calentamiento climático, o al aumento de actividad volcánica en las dorsales oceánicas. La Niña: Se produce cuando los vientos alisios soplan con más intensidad de lo normal. Se asocia con descensos en la temperatura media del pacífico central y oriental. Ocurre cada 3-5 años y suele durar 1-3 años. Se puede pronosticar El Niño o La Niña con 2-7 años de antelación, para ello cuentan con diversos instrumentos de vigilancia instalados en satélites y sobre buques o boyas situados en el océano pacífico. Se ignoran las causas que producen este fenómeno; se opina que es debido al calentamiento del planeta, o a la actividad de las dorsales oceánicas que elevan la Tª del agua del océano. Se ha comprobado que “El Niño” influye notablemente en el clima de zonas de América, Australia, África y Asia. Según algunos estudios también tiene una responsabilidad importante en las inundaciones que periódicamente ocurren en la Península Ibérica. 7.- EL CLIMA: CONCEPTO Y PARÁMETROS. El clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan la situación y el tiempo atmosférico en un lugar determinado de la tierra.. Página 16 de 30 No hay que confundir clima con tiempo atmosférico. El tiempo atmosférico es la situación de temperatura, humedad, presión, nubosidad y precipitación de un momento determinado en una determinada región de la Tierra. El clima se calcula a partir de los valores medidos del tiempo atmosférico recogidos durante 20 – 30 años. Los climogramas son gráficas que representan los climas mediante la temperatura y las precipitaciones con respecto al tiempo. Para entender cómo se determinan los climas hay que entender el origen de todos los factores que lo componen: temperatura, humedad, presión, nubosidad y precipitaciones. 7.1.- Precipitación y sus tipos. Las precipitaciones son la caída de agua líquida o sólida sobre la superficie terrestre. Para que tengan lugar, antes deben generarse nubes, las cuales se producen de diferentes maneras: 7.1.1.- Nubes de convección térmica. Son la consecuencia del ascenso de aire calido y húmedo hasta alcanzar el nivel de condensación. Se producen nubes de tipo cúmulo, si se forman varios cúmulos se unen formando un cumulonimbos, de cima redondeada en forma de cúpula, con la base casi horizontal, y bajas en altura. En este tipo de nubes, la base está mucho más caliente que la cúpula (lo que produce corrientes convectivas) , por lo que las gotas de agua se elevan y chocan, uniéndose. Cuando pesan mucho caen en forma de precipitación, originando lo que se llama borrascas de convección. 7.1.2.- Nubes de convección orográfica. Se producen por el choque de aire cálido y húmedo contra una montaña, lo que provoca su ascenso por ella hasta alcanzar su nivel de condensación donde se forman nubes con forma horizontal llamadas estratos, y al enfriarse el agua que contienen originan precipitaciones por contacto con la ladera (precipitación horizontal). Cuando la nube rebasa Página 17 de 30 la cima ha perdido casi toda el agua, tan sólo queda un poco, que se convierte en vapor de agua a medida que desciende por el otro lado de la montaña; el resultado es que en este otro lado no hay lluvias y la región es seca. 7.1.3.- Nubes de convección en los frentes. Se produce un frente al chocar dos masas de aire de diferente temperatura y humedad, es decir, con un gran contraste térmico. Ambas masas no se mezclan, sino que chocan, y la más fría se mete en cuña por debajo de la cálida obligçandola a ascender por el frente Durante el ascenso el aire cálido y húmedo se condensa y se forma una nube.Los frentes dan lugar a borrascas frontales o móviles generadoras de lluvia. Existen tres tipos de frentes: fríos, cálidos y ocluidos. a) Frentes fríos. Se forman cuando una masa de aire frío entra en contacto con una masa de aire cálido. La fría, más densa, se introduce debajo de la cálida, obligándole a ascender, originando nubes verticales o cumulonimbos y provocando intensas precipitaciones, b) Frentes cálidos. Se forman cuando es la masa de aire cálido la que se desplaza y se encuentra con una masa de aire frío. La masa cálida asciende lentamente en este caso, desarrollando nubes horizontales o estratos (que nimbostratos, Provocan de dos frentes: uno frío y otro cálido. Este último acaba perdiendo el contacto con el suelo (oclusión), por lo que el frente frío lo sustituye Página 18 de 30 abajo altostratos precipitaciones persistentes. c) Frentes ocluidos. Aparecen por superposición de a arriba y son cirros.). débiles pero y ocupa toda la superficie. Se forman precipitaciones de ambos tipos. 7.1.4.- Precipitación por convergencia de vientos. En la ZCIT convergen los alisios (de NE y de SE) de ambos hemisferios. Estos arrastran dos masas de aire de características de humedad y temperatura muy parecidas. Por este motivo en la zona de contacto entre ambos, se forma una borrasca que da lugar a un ascenso convectivo y a la formación de elevadísimos cumulonimbos que originan intensas precipitaciones típicas de las latitudes ecuatoriales. 7.2.- Tipos de precipitaciones: lluvias, nieve y granizo. 7.2.1.- Lluvias. Son precipitaciones en forma líquida. Si son suaves se llaman lloviznas, como las originadas por altostratos. La lluvia persistente, abarca una gran superficie y son producidas por nimbostratos. Los chubascos son lluvias fuertes y poco duraderas procedentes de cumulonimbos. Para caracterizar las lluvias se emplean dos parámetros: intensidad y frecuencia. Intensidad: cantidad de lluvia caída por unidad de tiempo. Frecuencia: período de tiempo con el que se repiten las precipitaciones. Las lluvias torrenciales son precipitaciones superiores a los 200 l/m2 durante 24 horas. Son muy peligrosas, pueden provocar inundaciones desastrosas. 7,2.2.-Tormentas Son precipitaciones formadas a partir de un cumulonimbo, el cual se puede originar por convección térmica, por frentes fríos y a veces como resultado de un ascenso orográfico. Para que haya una tormenta debe haber una intensa convección y fuertes corrientes térmicas ascendentes que induzcan procesos de electrificación (cristales de agua de la cima de la nube carga positiva y las gotas de agua de la base carga negativa). La superficie de la tierra por debajo de la nube se carga positivamente. Los rayos son fuertes corrientes eléctricas que trasladan electrones hacia los lugares de carga positiva ( entre cima y base de la nube, entre nube y nube y entre nube y tierra); constituyen un gran riesgo, son la causa de la muerte de muchas personas, animales, y de muchos incendios forestales. 7.2.2.- Nieve y granizo. Página 19 de 30 Cuando los cristalitos de hielo de la cima de un cumulonimbo chocan con otros cristales, se forman cristales hexagonales que constituyen la nieve. Los cristales se unen para formar copos. El granizo se forma en las tormentas primaverales y veraniegas cuando los cristales de hielo caen a la zona intermedia de la nube y los envuelve la humedad. Si las corrientes térmicas lo elevan de nuevo, se añade una capa más de hielo, haciendo que aumente su diámetro. Cuando este proceso se repite varias veces, crece el número de capas del cristal, con lo que aumenta su tamaño y cae. El granizo de gran tamaño se denomina pedrisco. Las ventiscas se forman por combinación de un viento superior a 50 km/h, nieve y Tªs de unos -7 ºC; son un riesgo climático importante. 8.- EL CLIMA DE NUESTRAS LATITUDES. El clima en las zonas templadas del hemisferio Norte viene determinado por las posiciones que ocupa el frente polar y la corriente en chorro. Ambos hacen frontera entre el aire frío polar y el cálido tropical. 8.1.- La corriente en chorro o “Jet stream”. El chorro polar o “Jet stream” es un velocísimo río de viento que rodea la Tierra describiendo un círculo cerrado. Es una franja situada a la altura de la tropopausa en las latitudes medias de ambos hemisferios, y su sentido es de Oeste a Este. Separa el aire frío polar cuando se mueve desde los polos hacia el ecuador; encontrándose con el viento cálido subtropical que se dirige al polo. 8.2.- Frente polar. Está formado por una serie de frentes cálidos, fríos y ocluidos Página 20 de 30 que rodean a la Tierra como un frente único, separando dos masas de aire de temperaturas distintas (fría al N y cálida al S). En él convergen los vientos del levante polar (NE) procedente del anticiclón polar y los del oeste (SO) procedentes de los anticiclones subtropicales. En esa zona se forma una banda de borrascas subpolares. El chorro y el frente polar son dinámicos, giran alrededor de la tierra, se ondulan y varían de latitud a lo largo del año. Las ondulaciones descendentes se llaman vaguadas y las ascendentes dorsales. En la latitud donde se sitúan se producirán las borrascas frontales y se denominan borrascas ondulatorias. El clima de las latitudes medias depende de la posición del chorro y del frente polar. El vórtice circumpolar es el conjunto de borrascas ondulatorias que constituyen el frente polar y la corriente en chorro. Según la latitud en la que se encuentre tenemos las siguientes situaciones: En verano: índice zonal alto (hemisferio Norte). Debido a que la ZCIT, los anticiclones subtropicales (Azores) y las borrascas subpolares se encuentran más cerca del polo Norte, desplazando el frente polar y el chorro hacia el norte (60º), dejando llegar los vientos alisios cálidos a latitudes medias. Resto del año: índice zonal bajo. Situación 1.- Los anticiclones subtropicales y las borrascas subpolares se desplazan hacia el sur. Los westerlies soplan más hacia el sur, por lo que el frente polar y la corriente en chorro descienden, pudiendo alcanzar 30º de latitud Norte en invierno. En esas ocasiones, su giro no es muy circular, sino que serpentea, produciendo unas ondulaciones hacia arriba y hacia abajo, denominadas ondas de Rossby. Las ondulaciones hacia abajo dan lugar a borrascas; las que son hacia arriba, anticiclones. Situación 2.- Si la situación anterior se mantiene, los meandros se suelen ir dilatando más y más hasta que se rompen. Entonces, las borrascas subpolares pasan al sur, donde originan lluvias, y los anticiclones subtropicales pasan al norte llevando calor. Página 21 de 30 8.3.- Anticiclones de bloqueo. A veces, la dilatación permanece sin que se rompan los meandros, y se originan los anticiclones de bloqueo, llamados así porque permanecen inmóviles durante varios días, impidiendo la entrada de las lluvias y causando intensas sequías en los lugares sobre los que se asientan. Además desvían las borrascas precipitaciones torrenciales e inundaciones. 8.4.- El clima en España. Página 22 de 30 hacia otras zonas donde provocan El clima en la Península Ibérica está determinado por la posición geográfica del anticiclón de las Azores. Durante el verano está más cerca el Polo Norte, y bloquea la entrada de borrascas, desviándolas al Norte de Europa. Las lluvias de verano son de carácter tormentoso, originadas por nubes de desarrollo vertical que se forman a partir de una convección térmica. En esta época pueden llegar vientos procedentes anticiclón del subtropical situado sobre el desierto del Sáhara; los vientos serán entonces secos y vendrán cargados de polvo, lo que provocará calimas. Durante el invierno, el anticiclón de las Azores se desplaza hacia el hemisferio Sur, por lo que las borrascas del Norte deberían entrar, pero nuestro país se comporta como un continente que se enfría mucho, creando en el centro un anticiclón de bloqueo que no deja entrar los frentes, dando lugar a grandes sequías, nieblas y heladas. Las lluvias se desvían hacia el Cantábrico y el Norte de Europa. Las lluvias de invierno son de tipo frontal, pero sólo llegan cuando los vientos del NE soplan muy fuertes e introducen alguna borrasca ondulatoria. En primavera y otoño cuando hace un poco más de calor, el anticiclón continental desaparece y entonces entran las borrascas ondulatorias frontales. 8.4.1.- La gota fría. Se produce a finales del verano y principios del otoño. Su origen no tiene que ver con los frentes. Se trata de una entrada de aire frío procedente de la corriente en chorro que se rompe y se cuela; como el aire es frío, desciende, provocando al encontrarse de repente rodeado de otra masa más cálida y menos Página 23 de 30 densa; desciende en espiral hasta alcanzar la superficie. A la vez se originará una borrasca por el ascenso convectivo del aire caliente y húmedo, se formarán nubes de desarrollo vertical, que darán lugar a fuertes aguaceros e incluso nevadas. La masa ascendente tiene humedad, ya que el mar se enfría lentamente y la evaporación en el Mediterráneo persiste. 8.4.2.- Tornados. Son una especie de columna giratoria de unos 50 metros más o menos de anchura que se extiende desde el suelo hasta la base de un cumulonimbo. Se forma por un remolino que resulta del calentamiento excesivo de la superficie terrestre. El giro comienza cuando el viento en las zonas altas sopla con mayor intensidad y en distinto sentido que en las capas bajas. Son muy peligrosos, se suelen dar en las costas del sur y del este de la Península Ibérica. 8.5.- El clima en las bajas latitudes. Las principales características de las zonas más próximas al Ecuador son: 8.5.1.- Monzones. Son como brisas marinas a gran escala, en las que la alternancia de movimientos tierra-mar es cada 6 meses en lugar de diaria. Podemos diferenciar dos tipos de m0onzones. Monzón Seco: En invierno en el hemisferio norte, la ZCIT está en su posición más al sur; el frío hace que en Asia se instale un anticiclón continental que expulsa viento frío y seco hacia el exterior. Monzón Húmedo: En verano se deshace el anticiclón y la ZCIT asciende, situándose sobre Asia, lo que provoca que el chorro y el frente polar se compriman contra el Polo. Entonces comienzan las lluvias amazónicas en India y en el SE asiático, porque los vientos del suroeste ( son los alisios del hemisferio sur, que en este hemisferio soplan de SE, pero al desplazarse la ZCIT en verano cruzan el ecuador y se desvían por el efecto Coriolis soplando de SO en el hemisferio norte) que soplan del mar hacia la tierra, son húmedos, ya que proceden de un anticiclón situado sobre el océano Índico. Página 24 de 30 8.5.2.- Tifones, huracanes o ciclones. Significan lo mismo. Un huracán es un grupo de tormentas muy próximas entre sí que tienen un diámetro de unos 500 km más o menos, y que giran en espiral en torno a una parte central: el ojo del huracán, de unos 40 km de ancho, que se encuentra en calma. Los huracanes se originan en las proximidades del Ecuador, donde la fuerte insolación calienta el agua del mar hasta unos 27 ºC, originando una intensa evaporación y una fuerte convección de forma que se generan nubes de desarrollo vertical de tormenta. El giro en espiral es debido al efecto de Coriolis que aumenta a medida que se aleja del ecuador. En el hemisferio Norte es antihorario. Debajo del ojo del huracán y como consecuencia del efecto de succión ejercido por las borrascas, se puede producir la elevación del agua del mar, dando lugar a olas que pueden llegar a la tierra e invadirla. Además del movimiento de rotación, también se desplazan de este a oeste asolando todo lo que hay a su paso. Posteriormente, una vez que llegan a las costas, los huracanes del hemisferio Norte se dirigen hacia el norte y luego hacia el noreste. Los del hemisferio sur se dirigen hacia el suroeste y luego hacia el sur. Página 25 de 30 Los huracanes se debilitan al entrar en contacto con la tierra. Los peligros se deben a la velocidad de rotación del viento en torno al ojo, a las inundaciones y a las fuertes lluvias, que causan cuantiosos daños materiales. Antes se detectaban los huracanes mediante aviones; hoy día se hace mediante satélites, existiendo complejos sistemas de alerta a la población. 9.- LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS PASADOS. 9.1.- Cambios climáticos previos al Cuaternario. Durante el Precámbrico y principios del Paleozoico sólo existía un gran continente, llamado Pangea. Este continente supondría un freno para las corrientes oceánicas, impidiendo que éstas alcanzaran las latitudes medias y altas, por lo que éstas se mantendrían muy frías. Esto se traduciría en glaciaciones, de las cuales destacaron la precámbrica y la carbonífera. Cuando Pangea se dividió en dos, las corrientes oceánicas pudieron circular por medio de ambas, con lo que las temperaturas del resto de Paleozoico fueron superiores a las actuales. Durante el Pérmico se produjo una desertización causada por influencia de un anticiclón de gran tamaño formado sobre Pangea II. Dicha desertización se prolongó hasta el Triásico medio, cuando Pangea comenzó de nuevo a fragmentarse. Durante el Mesozoico y el Terciario la temperatura se elevó aún más, sobre todo durante el Jurásico y el Cretácico, cuando el clima se volvió tropical, muy favorable para el desarrollo de los dinosaurios. 9.2.- Cambios climáticos durante el Cuaternario. En esta Era, la situación de los continentes no varía, por lo que el cambio climático no se debe a esta situación. Se supone que los cambios se deben a los ciclos de Milankovitch, relacionados con la posición del perihelio, inclinación del eje terrestre y excentricidad de su órbita. Durante los últimos 800.000 años, la Tierra ha pasado por períodos glaciales de unos 100.000 años de duración, separados por períodos interglaciares de unos 10.000 años de duración. Existen muchos estudios que lo avalan. Entre ellos están: a) El tipo de hielo que se forma en los glaciares durante la glaciación, que es blanquecino por la presencia de pocas burbujas de CO2 atrapadas en él. El hielo que Página 26 de 30 se forma en esos mismos glaciares en períodos interglaciares contiene más cantidad de burbujas de CO2 atrapadas, por lo que su tonalidad es azul. b) El estudio palinológico, es decir, de los pólenes encontrados en los sedimentos, que permiten interpretar el clima de la época en que se depositaron. 9.3.- Cambios en las temperaturas durante el pasado histórico. La última glaciación terminó hace 10.000 años. A partir de ella las condiciones climáticas han sufrido oscilaciones. Se denomina óptimo climático ( hace entre 7.000 y 5.000 años) al período de máximo calentamiento acaecido durante el Holoceno (2º-3º C más que en la actualidad en nuestras latitudes). Esto supuso: La retirada del hielo que cubría hasta el centro de Europa. El avance de los bosques de Siberia y Canadá. La elevación del nivel del mar. El ascenso de las borrascas ecuatoriales, que se sitúan en altas latitudes, con lo que las lluvias monzónicas afectaron a regiones del Sáhara y Egipto. Tras esta época cálida se produjo otra fría (4000- 2000 años) y otra cálida (2000-1000 años). La época cálida culminó con la época de óptimo climático medieval (entre los años 1000-1200 d.C), en la que se produjo la fusión del Ártico, lo que permitió exploraciones marinas como la de los vikingos, que recorren el Atlántico Norte, llegan a Islandia y Groenlandia y a América del Norte. Luego sobreviene un período de enfriamiento o “pequeña edad de hielo”, que se produjo durante el 1200- 1900 d.C. Concretamente en el siglo XV hizo mucho frío y sequía, lo que provocó grandes hambrunas al no haber cosechas, causando la muerte de muchas personas por enfermedades como el cólera. Posteriormente la temperatura se ha ido suavizando hasta la actualidad. Estas fluctuaciones de temperatura son muy rápidas, por lo que no se pueden explicar por los ciclos de Milankovitch. Parece ser que son debidas a manchas solares que surgen cada 80 – 180 años y que incrementan la cantidad de energía que emite el Sol. 10.- CAMBIOS CLIMÁTICOS PRESENTES Y FUTUROS. Página 27 de 30 Desde 1900 hasta hoy, la temperatura media del clima de la Tierra sigue ascendiendo. El calentamiento climático es un problema global (afecta a la totalidad del planeta) por lo que las soluciones también deben ser globales. Esta variación climática en parte puede ser natural, pero también hay influencia humana. El CO2 ha pasado de estar presente en la atmósfera en una concentración de 280 ppm a una concentración de 400 ppm en el año 2015. Según un informe de los científicos pertenecientes al Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), existen evidencias del papel humano sobre el clima: la temperatura global ha aumentado de 0,3 ºC a 0,6 ºC, y el nivel del mar ha subido 10-15 cm. No sólo hay que achacar el cambio climático al CO2, sino a otros gases de efecto invernadero potentes, aunque menos concentrados en la atmósfera (CH 4, NOx), los HFC (hidrofluorocarbonados), los PFC (perfluorocarbonados) y los SF6 (hexafluoruro de azufre). Como consecuencia del aumento global de la temperatura, se prevé que podrá ocurrir: Subida del nivel del mar (por dilatación térmica y deshielo). Disminución del albedo. Aumento de los icebergs. Descongelación del Ártico, que provocará: o el agua sería menos densa por contener menos sal, lo que originaría problemas en la cinta transportadora y en las corrientes oceánicas. o Aumento del CO2 y metano atmosférico, pues las turberas son sdumideros de estos gases. Desplazamiento de las zonas climáticas hacia los polos. Aumento de la temperatura en la troposfera. Cambios en la distribución de las precipitaciones con avance de los desiertos subtropicales (desertización). Reducción de la calidad del agua. Problemas de salud y enfermedad. Reactivación de enfermedades producidas por mosquitos, etc., debido a la expansión de las zonas más calientes. Ej.reintroducción de la malaria en Europa. 10.1.-Acuerdos Internacionales a. En el convenio de Río de Janeiro de 1992 se concluyó el origen antrópico del Cambio climático. Y se concluyó que si los países siguen el modelo de desarrollo Página 28 de 30 incontrolado, las emisiones de gases de efecto invernadero se dispararán, recomendándose el uso de energías limpias y renovables, y la aplicación de políticas basadas en el desarrollo sostenible. b. En el protocolo de Kioto 1997 se intenta poner un límite a las emisiones de gases de efecto invernadero. A los países desarrollados se les impuso reducir una media de 5,2% las emisiones de estos gases respecto a las de 1990, hasta el año 2012, con el fin de estabilizar su concentración en la atmósfera, pero no se impone ningún límite a los países pobres. 10.2.-Mecanismos de Flexibilidad Como las soluciones propuestas en Kioto eran muy drásticas, se empezó a pedir flexibilidad. Se propusieron tres mecanismos de flexibilidad: a. Compra-venta de emisiones (un país puede comprar a otro los derechos de las emisiones). b. Mecanismo de desarrollo limpio e invita a los países desarrollados a invertir en proyectos de desarrollo limpio del sur con asistencia financiera y tecnológica c. Incluir sumideros de CO2 aumentar la emisión a cambio de plantar árboles. En la Cumbre Mundial sobre Cambio Climático (CMCC) de Nairobi, en 2006, se propusieron medidas de mitigación. En la Cumbre de Bali en 2007 se estableció un nuevo protocolo Pos-Kioto a firmar en 2012. En la Cumbre de Doha en 2012 se prorroga el protocolo de Kioto hasta 2020. Y se propuso aumentar las emisiones de gases hasta el 18%. En la cumbre de París de 2015 los 195 países que lo firmaron se comprometieron a implantar las medidas tecnológicas necesarias para combatir el cambio climático. Se fijó como objetivo no superar 2ºC de aumento de temperatura global para finales de siglo. Se fijó el fondo verde una subvención de 100.000 millones de dólares anuales que pagarán los países desarrollados para contribuir a que el desarrollo económico de los países en desarrollo se haga de forma sostenible a la vez que reduzcan sus emisiones y adaptarse a las consecuencias del cambio climático. El protocolo de París a diferencia del de Kioto (que firmaron solamente países desarrollados) se consideró universal, porque lo han suscrito 195 países. Página 29 de 30 Página 30 de 30