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Dinámica de las masas fluidas
Atmósfera e hidrosfera
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Introducción
• Las masas fluidas son la atmósfera e
hidrosfera.
• Son la maquinaria climática, que funciona
gracias a la energía del sol.
• Son sistemas interconectados por el ciclo del
agua.
• El ciclo del agua es la interacción más
importante de la maquinaria climática.
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Introducción
• La maquinaria climática es muy compleja y
difícil de predecir.
• Se basa en los movimientos generados debido
a la existencia de un gradiente entre dos
puntos.
Gradiente: diferencia que hay entre dos puntos de alguno de los parámetros
(temperatura, densidad, presión o humedad)
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Introducción
• La existencia de un gradiente provoca el
movimiento de los fluidos para amortiguar las
diferencias entre los dos puntos.
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Introducción
• Los movimientos de masas fluidas pueden ser
de dos tipos:
– Verticales:
• Son debidos a gradiente de temperatura y por tanto de
densidad (mayor densidad a menor temperatura)
• El aire se calienta por la radiación infrarroja que irradia
la superficie terrestre y asciende, en el ascenso se irá
enfriando y descenderá.
• La hidrosfera se calienta por arriba por lo que no puede
ascender y no hay movimientos verticales. Sólo hay en
zonas concretas donde la temperatura superficial es
menor.
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Introducción
– Horizontales:
• Debidos a la desigual insolación del la
superficie terrestre → mayor en el ecuador,
mínima en los polos.
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La atmósfera: composición, estructura y función
• Composición:
– Gases mayoritarios: N2, O2, Ar y CO2
– Minoritarios: reactivos→ CO, CH4, hidrocarburos,
NO... ; no reactivos → He, Ne, Kr, Xe, H2
– Variables: vapor de agua, contaminantes, etc.
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La atmósfera: composición, estructura y función
• Funciones:
1. Filtro protector: el campo magnético y las
capas de la atmósfera actúan como filtro,
sólo pasa radiación visible → importante
para fotosíntesis y dinámica de las masas
fluidas.
2. Función reguladora: permite una
temperatura óptima para la vida.
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La atmósfera: composición, estructura y función
• Estructura:
– Troposfera:
• Capa inferior
• Termina en la tropopausa
• Espesor de entre 9km (polos) y 16 km (ecuador).
También varía con las estaciones.
• En ella se concentran el 80% de los gases necesarios
para la vida.
• La presión atmosférica es mayor en las zonas bajas.
• La temperatura disminuye con la altura → Gradiente
vertical de temperatura (GVT) 0,65º/100m
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Troposfera:
• Es la capa del efecto invernadero
• Es la capa del clima: en ella se forman las nubes, las
precipitaciones, existen movimientos verticales, etc.
(los primeros 500m se llaman capa sucia y es donde se
concentran los contaminantes, el polvo en suspensión,
etc → responsables de los tonos rojizos al amanecer y
atardecer)
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Estratosfera:
• Desde la tropopausa a la estratopausa a 50-60km
• Sólo existen movimientos horizontales de aire.
• No presenta nubes, sólo en los polos → nubes
estratoféricas polares (NEP) tenues y nacaradas
formadas de hielo.
• En ella se encuentra la capa de ozono.
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Capa de ozono:
• Ozono→ O3, molécula gaseosa y de olor picante que se encuentra en todala
atmósfera.
• La mayor concentración está entre los 15-30km de altura → capa de ozono.
• Filtra la radiación ultravioleta (UV).
• Los mecanismos naturales de formación y destrucción de ozono son los
siguientes:
1. Ruptura de O2 a causa dela luz UV : O2 +UV → O + O
2. Formación de ozono: O2 + O → O3 + calor
3. Destrucción por fotolisis del ozono O3 + UV → O2 + O
• Es un equilibrio dinámico → se forma y se destruye absorbiendo el 90% de
la radiación UV y liberando calor (por eso en la estratosfera sube la
temperatura hasta los 0-4ºC)
• Los CFC alteran este equilibrio provocando la destrucción de ozono.
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Mesosfera:
• La temperatura desciende hasta los -80ºC.
• La densidad del aire es muy reducida pero suficiente
como para que los meteoritos se inflamen por el roce
→ estrellas fugaces.
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Termosfera o ionosfera:
• Hasta los 600km aproximadamente.
• La temperatura aumenta mucho, hasta los 1000ºC
aproximadamente por la absorción de rayos X y gamma
que realizan las moléculas de O2 y N2 → se convierten
en iones N+ y O+ (por eso se llama ionosfera)
• Los iones generan un campo magnético → hay
movimiento de iones desde esta capa cargada
positivamente hasta la superficie cargada
negativamente y viceversa.
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Termosfera o ionosfera:
• Las auroras boreales y australes se producen en esta
capa por el choque de los electrones procedentes del
sol contra los iones de esta capa → el color depende de
los iones con los que choquen y la presión atmosférica:
– Amarillo-verdoso → cuando chocan con O a baja presión.
– Rojo → si es a muy baja presión.
– Azul → si es contra moléculas de N.
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La atmósfera: composición, estructura y función
– Exosfera:
• Hasta los 800km.
• Su límite se determina por su baja densidad similar a la
del espacio exterior.
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Dinámica atmosférica vertical
• Los movimientos verticales en la troposfera → convección.
• Convección térmica:
El aire de la superficie se calienta y se hace menos denso →
asciende → al ascender se va enfriando y se densifica →
desciende.
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Dinámica atmosférica vertical
• Convección por humedad:
– La presencia de vapor de agua hace que sea menos denso
que el aire seco (porque tiene menos componentes
atmosféricos de mayor peso molecular)
– Punto de rocío: temperatura a la que debe enfriarseuna
masa de aire para que se condense el vapor de agua que
contiene y se genere escarcha, neblina o rocío
(dependiendo de la Tª)
– Cuando una masa de aire caliente y/o humedo asciende
se va enfriando hasta el punto de rocío → nivel de
condensación → formación de nubes.
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Dinámica atmosférica vertical
– Nube: millones de pequeñas gotas o partículas de hielo.
– Ademas de el nivel de condensación es necesario que
haya núcleos de condensación → polvo, humo, NaCl,
Nox, H2S.
• Si existen muchos núcleos se pueden formar nubes
con un 98% de humedad.
• Si existen muy pocos el agua no podrá condensarse.
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Dinámica atmosférica vertical
• Convección por cambios de presión atmosférica
– Presión: es la presión ejercida por la columna de aire
sobre la superficie terrestre. Su valor estandara nivel del
mar es → 1 atm = 760mm de Hg = 1.013, 3mb
– La presión no siempreesla misma depende de la Tª y la
humedad del aire.
– Isobaras (mapas del tiempo) → líneas que unen puntos
geográficos con la misma presión. Permiten identificar
zonas de altas y bajas presiones.
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Dinámica atmosférica vertical
• Convección por cambios de presión atmosférica
– Presión: es la presión ejercida por la columna de aire
sobre la superficie terrestre. Su valor estandara nivel del
mar es → 1 atm = 760mm de Hg = 1.013, 3mb
– La presión no siempreesla misma depende de la Tª y la
humedad del aire.
– Isobaras (mapas del tiempo) → líneas que unen puntos
geográficos con la misma presión. Permiten identificar
zonas de altas y bajas presiones.
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Dinámica atmosférica vertical– Borrasca, condición ciclónica o inestabilidad atmosférica:
• Es una zona de bajas presiones “B”
• Se produce cuando una masa de aire poco denso (por su temperatura o humedad) asciende → zona de baja presión.
• El espacio vacío es ocupado por vientos que se mueven desde el exterior al centro de la borrasca y gira en sentido opuesto a las agujas del reloj en nuestro hemisferio.
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Dinámica atmosférica vertical
• Las condiciones de
inestabilidad favorecen la
dispersión de
contaminantes.
• Suelen ir acompañadas de
precipitaciones (también
eliminan contaminantes al
caer)
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Dinámica atmosférica vertical– Anticiclón o condición de estabilidad atmosférica:
• Es una zona alta presión “A”
• Se origina cuando una masa de aire frío (denso)
desciende hasta contactar con el suelo → aumenta la
presión y el viento tiende a salir desde el centro hacia
el exterior girando en el sentido de las agujas del reloj
en nuestro hemisferio.
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Dinámica atmosférica vertical
• Los anticiclones se asocian a
ausencia de precipitaciones
y buen tiempo pero en
invierno también
determinan nieblas y
heladas.
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Dinámica atmosférica vertical– Inversión térmica:
• El GVT es de 0,65º/100m de altura → cada 100m
desciende la Tª 0,65 ºC
• Varía con la estación, altura, latitud…• En ocasiones cambia de signo → inversión térmica.
• Inversión térmica:
▪ La temperatura aumenta con la altura (GVT es negativo)
▪ Impiden los movimientos verticales del aire
▪ Pueden presentarse a cualquier altura de la troposfera.
▪ También hay inversiones térmica ocasionales → noches de
invierno el suelo más frío y enfría la atmósfera inmediata que
está más fría que la superior.
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Dinámica atmosférica vertical
• Los anticiclones invernales
están relacionados con la
formación de inversiones
térmicas en la atmósfera
inferior.
• Problema para la dispersión
de contaminantes
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La hidrosfera
• Capa de agua que recubre 2/3 de la superficie de la Tierra.
• El 97% se encuentra en los océanos, el resto en forma de
agua superficial, hielo, aguas subterráneas y en la
atmósfera.
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La hidrosfera
• La salinidad del agua de mar es de media 35g/l. Siendo las
sales principales el NaCl y SO4 en menor medida.
• La composición del agua dulce es muy variable y depende
de los terrenos por los que discurra.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
• La irradiación solar es mucho mayor en el ecuador
que en los polos → la presencia de masas fluidas
(atmósfera e hidrosfera) permite amortiguar esas
diferencias.
• El transporte de calor desde las zonas de superávit
a las de déficit se produce por la acción de vientos y
corrientes oceánicas.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosférica
• Viento superficial
• Cuando un A y una B se encuentran próximos
• La trayectoria del viento no es rectilínea → el relieve y el
efecto Coriolis la desvían.
Divergente en Anticiclones
Convergente en Borrascas
El viento superficial sopla de los A a las B
El viento en altura lo hace en sentido contrario
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosférica
Cuanto más juntas están las isobaras, más fuerte sopla el viento.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosférica
A. El efecto Coriolis
• Consecuencia del giro de la Tierra en sentido antihorario.
• No tienen valor constante, es máximo en los polos y
disminuye hasta llegar al ecuador donde se anula.
• Si nos dirigimos del Ecuador al Polo Norte nuestra
trayectoria se desvía a la derecha.(También del Polo Norte
al Ecuador)
• Ocurre lo contrario en el Hemisferio Sur→ la desviación es a
la izquierda.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosférica
A. El efecto Coriolis
Los vientos circulan de los A a las B pero al ser desviados
por la fuerza de Coriolis → Giro en sentido horario en
torno a los A y antihorario en torno a las B.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosférica
A. El efecto Coriolis
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica
• El calentamiento del sol en zonas ecuatoriales → aire
caliente que asciende → zona baja presión → borrascas
ecuatoriales.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica
• En las zonas polares las bajas temperaturas→ aire frío
pegado al suelo→ zona alta presión → anticiclón polar
permanente.
• Teóricamente:
El aire en superficie se movería desde los A polares a las B ecuatoriales
El aire en altura se movería desde las B ecuatoriales a los A polares.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica
• En realidad → el efecto Coriolis produce una desviación que
hace que se formen tres células:
1. Célula de Hadley:
- El aire caliente del ecuador asciende en dirección a los
polos pero a los 30º de latitud N o S la desviación hace
que se fragmente y descienda hacia el suelo → cinturón
de anticiclones subtropicales→ mayores desiertos del
planeta.
- El Anticiclón de los Azores es el que condiciona el clima
de nuestro país.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica
- La célula se cierra gracias a los alisios → vientos
superficiales que van hacia el ecuador donde convergen
los de ambos hemisferios → ZCIT (zona de convergencia
intertropical)
2. Célula polar:
- El viento de superficie de los anticiclones polares llega
hasta los 60º de latitud donde se eleva de nuevo →
borrascas subpolares.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica atmosféricaB. Circulación general de la atmósférica
3. Célula de Ferrel
- Entre las dos anteriores → se forma por los vientos
superficiales del oeste (westerlies) que soplan desde los
anticiclones desérticos a las borrascas polares.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosfera
• La hidrosfera actúa como regulador térmico → alto calor
específico→ almacena más tiempo el calor.
• A igual latitud las zonas costera → menor amplitud térmica
→ por el efecto termorregulador del agua y por las brisas
marinas.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaA. El agua oceánica
• Es un mecanismo de transporte de calormuy eficaz (ocupa
las ¾ partes del planeta) → papel sobre el clima muy
importante.
• Hay dos tipos de corrientes oceánicas: superficiales y
profundas.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaA. El agua oceánica
• Corrientes oceánicas superficiales
– Dependen del viento que a su vez depende de
anticiclones y borrascas → gira en sentido horario en
torno a anticiclones en HN.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaA. El agua oceánica
• Corrientes oceánicas profundas
– Dependen de la densidad del agua, que es mayor si está
más fría y/o salada.
– El agua más fría o salada de la superficie es más densa
(Ej: por frío, mayor evaporación=mayor salinidad)→
desciende→ la del fondo aflora.
– Si la superficial no es más fría ni más salada (ej: aporte de
agua dulce)→ No hay movimientos.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaB. Océano Global → la cinta transportadora oceánica
• Corriente que recorre la mayoría de océanos del planeta.
• Comienza en las proximidades de Groenlandia → agua fría y
salada = densa.
• En la primera mitad de su trayectoria lo hace como corriente
profunda debido a su densidad.
• En la segunda se hace superficial, condicionada por los
vientos.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaB. Océano Global → la cinta transportadora oceánica
• Compensa la diferencia de temperatura y salinidad entre el
Atlántico y el Pacífico.
• Regula la cantidad de Co2 atmosférico → más soluble en
agua fría → se disuelve y sumerge en zonas de groenlandia
→ aflora unos 1000 años después en zonas de afloramiento.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño
Denominado también Oscilación Meridional o ENSO
Hay tres situaciones posibles:
• ENSO neutral:
– Es la situación normal.
– Los alisios soplan de este a oeste →empujan hacia el
oeste el agua superficial del PacíficoSur.
– El nivel del mar medio metro más en Indonesia que Perú
y Ecuador.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño
– El descenso del nivel de mar → afloramiento de agua
profunda con nutrientes → aumenta el fitoplancton →
aumenta la pesca.
– Los alisos parten de un anticilón próximo a la isla de
Pascua y concluye próximo al continente asiático
provocando precipitaciones y tifones.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño
• El Niño
– Se produce por el calentamiento (0,5ºC) de las costas de
Perú.
– Suele alcanzar valores máximos en Navidad y dura entre
9 y 18 meses.
– Los alisios amainan → el agua no se desplaza y se caldea
→ caldea la atmósfera → borrasca→ nubes en costas
peruanas (normalmente árida) → no hay afloramientos
profundos → la riqueza pesquera decae.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño
• El Niño
– En Indonesia, Australia y filipinas → anticiclón = intensas
sequías.
– Origen desconocido. Posibilidad → menos contraste
térmico a causa del cambio climático.
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Dinámica de las masas fluidas a escala global
Dinámica de la hidrosferaC. El fenómeno del Niño
• La Niña
– Exageración de la situación normal → los alisios soplan
con mayor intensidad.
– Se asocia con descensos de la temperatura del Pacífico
Oriental- Central.
– Se produce cada 3 o 5 años y dura entre 1 y 3 años.
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http://internacional.elpais.com/internacional/2017/03/22/america/1490162621_295292.html
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El clima: concepto y parámetros
Climatología: ciencia que estudia el clima.
Clima: conjunto de fenómenos de tipo meteorológico
que caracterizan la situación y el tiempo atmosférico
en un lugar de la Tierra.
No hay que confundir clima con tiempo atmosférico →
temperatura, nubosidad, precipitación, viento… en un
momento determinado.
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El clima: concepto y parámetros
• El clima se calcula a partir de valores de tiempo
atmosférico recogidos durante 20-30 años.
• El clima depende de: latitud, altitud,
continentalidad, orientación respecto a los
vientos…
• Para comprender clima → climogramas
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El clima: concepto y parámetros
Precipitación y sus tipos