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Dinamica de las masas fluidas.Llamamos masas fluidas al sistema dinámico formado por la atmósfera y la hidrosfera, constituidas por fluidos (aire y agua). Ambos subsistemas forman la máquina climática
y están estrechamente ligados mediante el ciclo del agua.
1.1 El ciclo del agua:El agua pasa de la hidrosfera a la atmósfera por evaporación. Al enfriarse, se condensa y se forman las nubes. Con la precipitación el agua es devuelta a la Tierra en forma líquida o sólida y, a partir de ahí, puede seguir varios caminos: la escorrentía superficial,que consiste en un deslizamiento sobre la superficie terrestre hacia las zonas más bajas, ya sea de manera libre o encauzada en los ríos; la retenida, cuya cantidad está en función de las características del suelo, del clima(que favorece o dificulta su retención en forma de hielo), y de la acción de los seres vivos que la incorporan; y la de infiltración que, atravesando las capas permeables del terreno,se incorpora a las aguas freáticas,
dando lugar a la escorrentía subterránea que circula hacia el mar. El agua que se incorporó a la biosfera, retorna a la atmósfera por transpiración y, unida a la evaporación ocurrida sobre la superficie terrestre, se incluye dentro de evapotranspiración.
1.2 Funcionamiento de la Máquina Climática El estudio debe realizarse a partir de modelos (sistema muy complejo) y su funcionamiento está basado en los movimientos generados por la existencia de un gradiente entre dos puntos.Gradiente es la diferencia que existe en algún parámetro atmosféric o (temperatura,humedad, presión)entre dos puntos de la atmósfera o hidrosfera situados a una cierta distancia,que va a generar un movimiento de circulación del fluido(viento en la atmósfera y corrientes en la hidrosfera)para amortiguar las diferencias existentes.Cuanto mayor sea el gradiente entre dos puntos, mayor será la velocidad del viento o de las corrientes oceánicas, cesando cuando los valores se igualan y el gradiente se reduce a cero.El comportamiento de la atmósfera y de la hidrosfera es distinto por presentar diferencias en cuanto a su densidad (agua 773 veces mayor), movilidad (aire > agua) y su capacidad de almacenar y conducir el calor (agua > aire).
1.2.2 Movimientos verticales:Estos movimientos van a depender de la temperatura, pero además de generar un gradiente térmico vertical, afecta a su densidad, pues el agua y el aire son másdensos al disminuir su temperatura.
Aire: como es mal conductor, deja pasar la radiación solar y se calienta por debajo,gracias al calor irradiado por la superficie terrestre.Así, el aire superficial(más caliente y ligero) tenderá a subir, enfriándose mientras sube,y el aire de
altura (más frío y denso) tenderá a bajar, calentándose durante el descenso.
Agua: es mejor conductora, por lo que el agua superficial es más cálida (pero más ligera) que la del fondo (más fría y densa), y sólo podrá haber movimientos verticales en aquellos lugares en los que debido al clima, el agua de superficie esté más fría que la del fondo, donde tenderá a bajar y hará que la profunda se eleve.
1.2.2 Movimientos horizontales:
Son debidos al contraste térmico horizontal generado por la desigual insolación de la superficie terrestre (ecuador > polos), amortiguando estas diferencias los vientos y las corrientes marinas, que se ve dificultado por la presencia de masas continentales.
2 COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA. El sistema atmosférico es caótico, ya que sigue pautas matemáticas aunque éstas
nunca se repitan, sino que pueden cambiar en un corto período.Cualquier error numérico pequeño (de 6 a 3 decimales), dará lugar a resultados muy distintos de los esperados (efecto mariposa).
La atmósfera (envoltura de aire que rodea la Tierra) se
formó como consecuencia de la liberación por la Tierra desde
su formación, de gases y polvo (volcanes). La aparición de los
seres vivos modificó su composición, pasando de ser reductora a oxidante, al liberar principalmente O 2 . Sus componentes se pueden clasificar en tres grupos:
Mayoritarios: N 2 (78 %), O 2 (21 %), Ar (0,93) y CO 2 (0,03 %).
Minoritarios: se encuentran en pequeñas proporciones
y se miden en p.p.m. 2
o Reactivos: CH4 (1,7 p.p.m.), CO (0,1 p.p.m.),
hidrocarburos (0,02 p.p.m.).
o No reactivos: Ne (18 p.p.m.), He (5 p.p.m.).
Variables: cuyas proporciones varían debido a la
proximidad de ciudades o a la presencia de corrientes
atmosféricas. Son principalmente, el vapor de agua
(interviene en la regulación del clima) y los contaminantes
(polvo, humos y cenizas, microorganismos, polen,
esporas...).


ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA. El Sol emite partículas (protones y electrones) aunque la mayoría son desviadas por el campo magnético terrestre y no alcanzan la superficie, y radiaciones electromagnéticas que se dividen en tres grupos (onda corta, visible y onda larga).
3.1 La atmósfera como filtro protector:Las diversas capas de la atmósfera filtran las radiaciones solares y sólo dejan pasar
la luz visible y las de onda larga, quedando estas últimas ahogadas por las ondas emitidas desde la Tierra.
Troposfera: Es la zona más densa de la atmósfera y su altura
varia estacionalmente(más alta en verano que en invierno) y latitudinalmente(16Km en el ecuador y 10 Km en los polos).
Los primeros 500 m se conocen como "capa sucia", pues se
concentra el polvo en suspensión (desiertos, volcanes, sal marina, actividades industriales),que sirve como núcleo de condensación pasando el vapor de agua a agua líquida.
En la troposfera tienen lugar las nubes y precipitaciones.
En esta zona se concentran hasta el 80 % de los gases que permiten la vida (N 2 , O 2 y CO 2 ) por lo que la presión atmosférica 3 desciende desde unos 1013 mb en la superficie hasta unos 200 mb en la tropopausa.
Como se calienta a partir de la radiación terrestre, su temperatura es máxima en su parte inferior (15 ºC) y desciende según un gradiente vertical de temperatura
(GVT4),hasta alcanzar su valor mínimo en la tropopausa (-70 ºC).En esta capa tiene lugar el efecto invernadero originado por la presencia de ciertos gases (CO 2 , vapor de agua…) que absorben la radiación IR procedente del Sol y casi el 90 % de la emitida por la superficie terrestre.
Estratosfera: Sólo existen movimientos horizontales de aire, tan sólo posee unas
débiles nubes de hielo ("noctilucientes") en su parte inferior y se extiende desde la tropopausa a la estratopausa (50 - 60 Km). Entre los 30 y 50 Km de altura se forma el ozono, aunque se acumula a unos 25Km. El O 3 es una molécula gaseosa de olor picante, que retiene el 90 % de los rayos
UV de onda más corta (efectos letales) y al formarse desprende calor, produciendo un aumento de la temperatura en esta capa, que llega hasta los 0 ºC en la estratopausa.La capa de ozono presenta un espesor máximo en el ecuador y mínimo en los polos, y se transporta de uno a otro lugar debido a la circulación horizontal de la estratosfera.El ozono de la estratosfera, se está formando y destruyendo continuamente:§ Fotolisis: O 2 + UV à O + O
§ Formación: O + O 2 à O 3 + calor
§ Destrucción: O 3 + UV à O 2 + O y O 3 + O à 2 O 2
± Mesosfera: se extiende desde la estratopausa hasta la mesopausa (80 Km), la temperatura desciende hasta − 80 ºC y aunque la densidad del aire es muy reducida, provoca la inflamación por roce de las partículas que proceden del espacio, originando estrellas fugaces.
Ionosfera (Termosfera): se extiende hasta la termopausa (600 km) y su temperatura aumenta hasta unos 1.000 ºC, debido a la absorción de radiaciones solares de onda corta (rayos X y gamma), estando las moléculas gaseosas (N 2 y O 2 ) formando iones positivos y liberando electrones. En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la Tierra, haciendo posible las comunicaciones.Auroras boreales y australes: son manifestaciones de luz y color debido al choque
de los electrones procedentes del Sol con los gases que se encuentran en esta capa:
O 2 a ¯ presión à amarillo verdoso O 2 a ¯¯ presión à rojo N 2 à azul
Exosfera: es la última capa y su límite (800 km) viene determinado por una densidad atmosférica similar a la del espacio exterior. Como el aire es muy tenue, no puede
captar la luz solar y el color del cielo se va oscureciendo, hasta alcanzar la negrura del espacio exterior.
3.2 Función reguladora de la Atmósfera
El balance entre la energía recibida y la energía radiada al exterior ha permanecido equilibrado a lo largo de la historia de la Tierra, con algunas ligeras desviaciones que se han traducido en cambios climáticos. Debido a las moléculas poliatómicas de la atmósfera (CO 2 , H 2 O, CH 4 y N 2 O) se produce un efecto invernadero natural, que hace que la temperatura media sea de 15 ºC (y no de - 20 ºC como correspondería a una radiación solar incidente del 45 %), permitiendo la existencia de agua líquida y de vida.