Dinámica de las Capas Fluidas de la Tierra: Atmósfera e Hidrosfera

Las Capas Fluidas

Las capas fluidas de la Tierra son la atmósfera e hidrosfera, constituidas por aire y agua respectivamente. Estas capas constituyen dos subsistemas terrestres que funcionan como una máquina térmica climática. Este sistema dinámico es impulsado por la energía solar y determina, en gran medida, el clima del planeta.

Funcionamiento de la Máquina Térmica Climática

El funcionamiento de la máquina térmica climática es complejo y se basa en los movimientos generados por los gradientes entre dos puntos. Un gradiente es la diferencia que existe entre dos partes en alguno de los siguientes parámetros: temperatura, humedad y presión. Esta diferencia genera un movimiento de circulación del fluido.

En el caso de la atmósfera, el transporte entre dos puntos lo realiza el viento; en el caso de la hidrosfera, las corrientes oceánicas. Cuanto mayor sea el gradiente, más vigorosa será la circulación del viento o de las corrientes oceánicas.

Diferencias en el Comportamiento de la Atmósfera e Hidrosfera

El comportamiento de la atmósfera y de la hidrosfera es diferente debido a sus diferencias en cuanto a:

• Densidad
• Compresibilidad
• Movilidad
• Capacidad para almacenar calor
• Capacidad para conducir el calor

Movimientos Verticales

Los movimientos verticales pueden ser ascendentes o descendentes y se deben al gradiente vertical térmico. A mayor temperatura, menor densidad; a menor temperatura, mayor densidad.

• El aire es un mal conductor del calor y se calienta principalmente gracias al calor irradiado desde la superficie terrestre, previamente calentada por la radiación solar directa. Así, el aire superficial, más caliente y menos denso, tenderá a subir. El aire de altura, frío y más denso, tenderá a bajar.
• El agua es mejor conductora del calor que el aire. El movimiento vertical ocurrirá en lugares donde el agua de la superficie esté más fría que la del fondo.

Movimientos Horizontales

Los movimientos horizontales se deben a la desigual insolación de la superficie terrestre (mayor en el ecuador y menor en los polos). Gracias a este transporte de calor, se amortiguan las desigualdades térmicas entre los polos y el ecuador.

Origen y Composición de la Atmósfera

Origen

La atmósfera se originó a partir de la desgasificación sufrida por la Tierra durante su proceso de enfriamiento y las aportaciones de los volcanes, los seres vivos y la hidrosfera. La actividad humana, como la quema de combustibles fósiles o la deforestación, altera la composición de la atmósfera.

Componentes

• Mayoritarios
• Minoritarios: reactivos y no reactivos
• Variables (vapor de agua, contaminantes, etc.)

Radiación Solar

El Sol emite partículas y radiaciones electromagnéticas. La mayoría de las partículas son desviadas por el campo magnético terrestre. Las radiaciones electromagnéticas son de tres tipos: onda corta, visible y onda larga.

Las diversas capas de la atmósfera actúan como un filtro, permitiendo el paso de la luz visible, que interviene en la fotosíntesis y en la dinámica de las masas fluidas. Las radiaciones de onda corta tienen mayor energía y mayor poder de penetración, pero son filtradas por las capas altas de la atmósfera.

Convección por Humedad

La convección por humedad se origina por la presencia de vapor de agua en el aire, que lo hace menos denso que el aire seco.

Humedad Absoluta

Es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de aire. Depende de la temperatura. Se dice que el aire está saturado cuando contiene la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener a esa temperatura (la temperatura de saturación es el punto de rocío).

Humedad Relativa

Es la cantidad, en tanto por ciento, de vapor de agua que hay en 1 m³ de aire en relación con la máxima que podría contener a esa temperatura. Cuando una masa de aire se eleva, se enfría hasta que alcanza la temperatura del punto de rocío. En ese momento, el vapor de agua se condensa en forma de nube.

Para que se forme una nube, es necesario que se alcance la humedad relativa del 100% y que existan en la atmósfera núcleos de condensación.

Presión Atmosférica

Medición y Valor Estándar

La presión atmosférica se mide con el barómetro. Su valor estándar es de 1 atmósfera, que equivale a 760 mmHg y 1013,3 mbares.

Isobaras

Las isobaras son líneas que unen los puntos geográficos de igual presión.

Formación de Borrascas

Una borrasca se produce cuando existe una masa de aire poco densa en contacto con la superficie terrestre que comienza a elevarse. Como consecuencia de su elevación, en el lugar que ocupaba la masa de aire, se crea un vacío en el que el aire pesa menos. Entonces, el aire frío de los alrededores se mueve, originando un viento que sopla desde el exterior hasta el centro de la borrasca.

Formación de Anticiclones

Un anticiclón se forma cuando una masa de aire frío, más densa, se halla situada a cierta altura y tiende a descender hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto se acumula mucho aire (hay mayor presión) y el viento tiende a salir desde el centro hacia el exterior.

Gradientes Térmicos

Definición de Gradiente

Un gradiente térmico es la diferencia de temperatura entre dos puntos situados a una diferencia de altitud de 100 m.

Valores de los Distintos Gradientes

• Gradiente vertical de temperatura: Es de 0,65 ºC/100 m, pero varía con la altura, latitud, estación, etc.
• Gradiente adiabático seco: 1 ºC/100 m.
• Gradiente adiabático saturado o húmedo: Entre 0,63 y 0,6 ºC/100 m.