COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Atmósfera: parte gaseosa de la Tierra Altura de unos 10.000 km En equilibrio entre la atracción gravitatoria y la expansión gaseosa Composición de la atmósfera: Mezcla de gases (aire) Partículas sólidas y líquidas en suspensión (aerosoles) Partículas en suspensión: parte baja de la atmósfera Tamaños inferiores a 25 micras mayor tiempo de residencia en la atmósfera, según condiciones climáticas
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Tipos de partículas en la atmósfera: Partículas de polvo del suelo (viento) Partículas salinas (marinas) Humos y cenizas de combustiones y volcanes Microorganismos, esporas y polen Agua + partículas de condensación= nubes La cantidad (densidad) y el tipo (composición) de gases en la atmósfera varía con la altura. Variación de la densidad con la altura. Presión atmosférica La presión atmosférica y la densidad atmosférica descienden con la altura Capas inferiores, más densas.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Variación de la composición de gases con la altura. Homosfera: capa atmosférica desde el nivel del mar hasta los 100 km de altitud Heterosfera: capa atmosférica desde los 100 km hasta el límite exterior Homosfera: Composición química uniforme Aires seco: sin partículas sólidas, líquidas y vapor de agua
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Variación de la composición de gases de la homosfera. Concentración del vapor de agua: un 4% del aire cercano al suelo y casi ausente a partir de los 10 – 12 km Ozono: muy concentrado entre 15 – 35 km Heterosfera: Sin composición de gases uniforme y baja densidad. Ordenación según el elemento dominante:
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Agua en la atmósfera: Predomina en la troposfera Las nubes y niebla es agua líquida, el vapor no se ve Humedad del aire: cantidad de vapor de agua en el aire Formas de indicar la humedad del aire: Humedad absoluta: masa de vapor de agua contenida en un m3 de aire en g/m3 (10-12 g/m3) Presión parcial de vapor de agua (ep): parte de la presión atmosférica realizada por el agua que contiene. Presión de saturación del vapor de agua (eps): presión del aire saturado de agua. Disminuye con la temperatura Punto de rocío: tª de frío para que un volumen de aire se sature con el agua
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Humedad relativa (HR): cociente entre la ep y la eps en porcentaje. Escarcha: formación de rocío a menos de 0 ºC. Niebla: cuando el enfriamiento afecta a una capa grande de aire o por incorporación de aire de una fuente caliente Nubes: condensación del vapor de agua sobre los núcleos higroscópicos (sal) Tipos de nubes:
CAMBIOS AMBIENTALES EN LA HISTORIA DE LA TIERRA
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Formación de las precipitaciones: lluvias, nieve y granizos. Nieve: constituidos por cristales de hielo Granizo: capas concéntricas de hielo, sobre gotas de agua líquida congelada (por ascensión) Capas de la atmósfera según su comportamiento térmico: Troposfera: Capa inferior, hasta los 12 km. 75% de la masa atmosférica, vapor de agua y partículas Fenómenos atmosféricos, con turbulencias horizontal y vertical Gradiente térmico vertical: 6,5 ºC/km Límite superior: tropopausa (ecuador 16 km y polos 8 km)
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COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Estratosfera: Hasta 50 km Contiene al ozono, que retiene los rayos u.v, luego aumento de temperatura. Movimientos horizontales pero no verticales. Capa superior estratopausa Mesosfera: Hasta los 80 km Disminución de la temperatura hasta -90 ºC en la mesopausa Descenso de la presión atmosférica a 0,01 mb
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Termosfera: Hasta 500 km Parte inferior principalmente de N y la superior de O atómico Absorción de rayos X y ? cargan + a los átomos, luego aumenta la Tª Electrones sueltos forman la capa ionizada (campos eléctricos) Densidad muy baja (casi vacío luego poco calor) Formación de las auroras boreales y australes en los polos al chocar partículas del Sol y la capa ionizada Límite superior termopausa Exosfera: Hasta el espacio Atmósfera tenue de átomos de O, H y He El H y el He pueden escapar al espacio
LA ENERGÍA EN LA ATMÓSFERA Radiación solar y terrestre: Es una radiación electromagnética de ondas y corpúsculos unidos La longitud de onda varía Cualquier cuerpo con temperatura mayor de 0 ºK emite radiación Ley de Planck: las longitudes de onda que emite un cuerpo son inversamente proporcionales a la temperatura de la emisión.
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COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Radiación solar: El espectro solar se divide en 3 regiones: Radiación visible Rayos X, gamma y ultravioletas Radiación infrarroja
CAMBIOS AMBIENTALES EN LA HISTORIA DE LA TIERRA La absorción del espectro solar por la atmósfera se divide según sus capas: El O3 absorbe las radiaciones u.v. de onda corta El O2 la radiaciones u.v. de onda larga La radiación del visible atraviesa la atmósfera El agua abosorbe la radiación infrarroja
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Radiación terrestre: El suelo y el agua emiten radiación absorbida de la solar La radiación terrestre se absorbe en la atmósfera por CO2 y vapor de H2O Gases de efecto invernadero El efecto invernadero natural por la emisión de la atmósfera a la Tierra Balance energético global de la Tierra: Se ha mantenido más o menos constante en la Tierra, salvo en cambios climáticos Constante solar: energía que llega desde el Sol hasta la parte superior de la atmósfera. Unidad de superficie en ángulo recto con la radiación 2 cal/cm2 Distribución de la energía solar que llega al exterior de la atmósfera:
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA 28% reflejada por las nubes, superficie terrestre y atmósfera al exterior (albedo) O3 absorbe 3%, vapor de agua y partículas 17% y nubes 5% (total 25%) Superficie terrestre absorbe 47%: 21% continentes, 25,8% océanos y 0,2% vegetales 47 % de la energía absorbida en la Tierra se devuelve en onda larga, por convección (transporte de masa y energía): 18% de radiación de onda larga (pérdida neta entre la de la Tierra y la atmósfera) 24% como calor latente ligado a la evaporación. La condensación aumenta la tª del aire 5% por conducción directa a la atmósfera (calor sensible). Pérdida neta según esté más caliente Tierra o atmósfera
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Función reguladora y protectora de la atmósfera: La atmósfera como filtro protector: Absorción selectiva de la radiación solar (con radiaciones letales) Termosfera: absorción de rayos X y gamma Estratosfera: absorción de rayos u.v. (letales) Destrucción y formación continua del ozono O2 + hn (< 240 nm) —-> O + O Formación del ozono O + O2 ——————-> O3 O3 + hn (< 320 nm) —-> O + O2 Destrucción del ozono O + O3 ——————> O2 + O2 Los u.v. mayores de 290 nm llega a la Tierra y estimula la formación de melamina y el bronceado (reacción de protección)
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA La atmósfera como reguladora del clima: El albedo + polvo en suspensión + nubes= enfriamiento de la Tierra Efecto invernadero natural, aumenta la temperatura de la Tierra (15 ºC) Sin efecto invernadero natural, temperatura media Tierra -18 ºC La circulación general de la atmósfera y océanos distribuye la energía solar entre el ecuador y las latitudes más altas
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Distribución latitudinal de la energía solar. La radiación solar llega perpendicular a la Tierra en puntos entre el trópico de Cáncer y el de Capricornio a lo largo del año Causa: inclinación del eje de la Tierra Consecuencia: estaciones
DINÁMICA ATMOSFÉRICA La cantidad de insolación depende de: Tiempo de exposición Ángulo de incidencia de los rayos solares. A menos ángulo de inclinación, menos intensidad de insolación. 2 motivos: A más inclinación, más superficie para la misma insolación A más inclinación, más recorrido por la atmósfera y más absorción
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Poca variación estacional en el Ecuador (excedente de calor) Mayor variación estacional a medida que nos alejamos a los Polos (déficit) Circulación atmosférica y oceánica, distribuyen las variaciones
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Movimientos verticales de la atmósfera. Debidos a la diferencia de temperatura, según la altura P=?·R·T, a más temperatura con igual presión, menos densidad Aire frío tiende a bajar y el caliente a subir Curva de estado: representación de la variación de la Tª con la altura Inversión térmica: lugares de la troposfera donde el gradiente vertical sufre perturbaciones por la presencia de aire frío.
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Tipos de inversión: A ras del suelo, en invierno y por la mañana (superficie más fría) La capa de inversión impide subir el aire y lo presiona hacia abajo Con inversión térmica baja se impide la dispersión de contaminantes atmosféricos
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Los movimientos verticales forman las borrascas y anticiclones: Borrasca, bajas presiones, ciclón o depresión: son zonas donde el aire sube Formación de nubes y precipitación, asociadas a nubes En latitudes bajas (depresiones cálidas) y medias (frías), dispersan la contaminación Altas presiones, anticiclón: zonas donde el aire no asciende sino desciende Sin nubes, tiempo soleado y seco Anticiclones subtropicales (descensos dinámicos) y fríos (enfriamiento en la capa baja de la atmósfera, en polos e inviernos de latitudes medias) Mala dispersión de contaminantes
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Movimientos horizontales en la atmósfera. Movimiento compensatorio del aire de los anticiclones a las borrascas Este movimiento se denomina viento. Zona de divergencia: aire del centro del anticiclón hacia fuera Zona de convergencia: aire de fuera hacia el centro de la borrasca Frentes: zonas de contacto entre aire frío y caliente (borrascas) La trayectoria no es rectilínea, sino espiral, debido a la fuerza de Coriolis
DINÁMICA ATMOSFÉRICA
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Fuerza de Coriolis: Dirección de giro de la Tierra: de Oeste a Este Un punto en los polos da una vuelta en un día y otro en el ecuador también El punto de los polos recorre menos trayectoria Un viento del punto A hacia el norte se adelanta al giro de la Tierra, luego desviación hacia el este Un viento del punto A hacia el sur se retrasa al giro de la Tierra, luego desviación hacia el oeste Los fluidos en un movimiento horizontal se desplaza a la derecha en el H. norte y a la izquierda en el H. sur
DINÁMICA ATMOSFÉRICA
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Circulación del aire en los anticiclones y en las borrascas:
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Interpretación del mapa de isobaras: Isobaras: líneas que unen puntos de igual presión Indican la posición de los A y B, luego la dirección y velocidad del viento. Viento circula de los anticiclones a las borrascas. Isobaras muy juntas, cambio rápido de presión y vientos fuertes (B). Isobaras separadas, cambio lento de presión y vientos débiles (A). La curvatura de las isobaras en las B es irregular, en los A es regular Los triángulos son los frentes fríos y los semicírculos frentes cálidos
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DINÁMICA ATMOSFÉRICA Esquema general de la circulación atmosférica H. norte: El aire asciende en el ecuador y se dirige hacia el NE A los 30º latitud en la parte alta de la troposfera se dan los vientos del O y el resto baja a la superficie (cinturón anticiclónico subtropical) Del cinturón subtropical salen vientos al ecuador dirección O (vientos alisios) y a los polos dirección E (vientos del oeste) Los alisios se juntan el la zona de convergencia intertropical (ZCIT) Los vientos con dirección NE ascienden a los 60ª (zona bajas presiones templada) Vientos superficiales de los polos en dirección SO llegan también a las bajas presiones templadas y ascienden (frente polar, mezcla aire caliente y frío).
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Esquema general de la circulación atmosférica H. norte: El frente polar y la ZCIT en verano va hacia el N. y en invierno al S. Los vientos del O entre 35 y 45º van a gran velocidad (corriente en chorro) Corriente en chorro en verano gran velocidad y trayectoria recta, en invierno más lento y muy sinuoso, pudiendo dejar aire frío en latitudes cálidas (gota fría)
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Diagramas climáticos: Variables del tiempo atmosférico: Tª, presión, vientos y precipitaciones. Los diagramas indican las relaciones entre tª y precipitación en un año.
DINÁMICA ATMOSFÉRICA Tipos de climas: Los cinturones de viento y la presión forman los macroclimas La variabilidad de la circulación del viento, la continentalidad, la altitud y la influencia de las corrientes marinas forman los mesoclimas El estudio del clima a nivel local crea los microclimas Hay varios tipos de clasificaciones del clima: Según la tª, precipitaciones y tipo de vegetación: Sistema de Köppen Según la latitud: Sistema de Strahler Cada macroclima posee un diagrama climático propio, que lo diferencia del resto de macroclimas.
