(Gp:) Baja proporción actual de CO2
(Gp:) Almacenamiento de carbono: * Rocas, sales, combustibles fósiles * Atmósfera (CO2 libre) y océano (CO2 disuelto) * Biosfera
Presencia de oxígeno en la corteza terrestre: * Sales de hierro, carbonatos y bicarbonatos Carbonatos: formados mediante reacciones de intercambio iónico (seres vivos) H2CO3 + Ca++ ? CaCO3 + 2H + H2O + CO2 ? H2CO3 (Gp:) Estimación del contenido en carbono de la corteza terrestre (Gp:) (unidades arbitrarias)
Fuente: John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. Academic Press. Tomado de P K Weyl, Oceanography. John Wiley & Sons, NY, 1970 Biosfera marina 1 Biosfera terrestre 1 Atmósfera (CO2) 70 Océano (CO2 disuelto) 4000 Combustibles fósiles 800 Sales 800000 Carbonatos 2000000 FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA: CO2 Procesos geológicos y biológicos
(Gp:) 335 (Gp:) 330 (Gp:) 325 (Gp:) 320 (Gp:) 315 (Gp:) Concentración CO2 (ppm)
(Gp:) 1958 (Gp:) 1960 (Gp:) 1962 (Gp:) 1964 (Gp:) 1966 (Gp:) 1968 (Gp:) 1970 (Gp:) 1972 (Gp:) 1974 (Gp:) Año
Datos del observatorio de Mauna Loa (Hawaii). Adaptado de John M. Wallace y Peter V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey. ACTIVIDAD HUMANA y CO2 ATMOSFÉRICO Incrementos de concentración desde 1750 1750 Actual 280 ppm 360 ppm (Gp:) 29%
(Gp:) Predominio atmosférico del N2
El contenido original ha sido poco alterado a causa de su baja reactividad (Gp:) Fijado alrededor del 20% en forma de nitratos (actividad biológica)
(Gp:) Otros componentes de la atmósfera
AZUFRE: Inyectado en atmósfera por erupciones volcánicas en forma de sulfuro (Gp:) Lluvia ácida
(Gp:) Sulfatos en la corteza
GASES NOBLES: He, Ar (Gp:) Procedentes de desintegraciones radiactivas
NITRÓGENO Y COMPONENTES MINORITARIOS
EL OXÍGENO (Gp:) VIDA MARINA
(Gp:) Disociación del agua (UV) (Gp:) 2H2O ? 2H2 + O2
(Gp:) Fotosíntesis (luz visible) (Gp:) H2O + CO2 ? {CH2O} + O2
Primeros organismos (ambiente reductor?) * ? 4?109 años (Gp:) Algas unicelulares liberación O2 ? 2-3?109 años
(Gp:) Producción O3 Reducción de UV en superficie
(Gp:) VIDA EN TIERRA FIRME (Gp:) Mayor liberación O2 ? 4?108 años
FUENTES DEL OXÍGENO ATMOSFÉRICO LA PRESENCIA DE O2 EN LA ATMÓSFERA ESTÁ LIGADA A LOS PROCESOS BIOLÓGICOS
PRESIÓN. Concepto y unidades Presión, p: magnitud física que expresa la acción de un gas sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce. Algunos conceptos Presión absoluta = Presión atmosférica local + Presión manométrica Unidades en el SI: p [Pa = N/m2] ; Pa, Pascal; kilopascal [kPa] 1 kPa = 103 Pa bar 1 bar = 100 kPa milibar (mbar) 1 mbar = 0.1 kPa metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa atmósfera (atm) 1 atm = 101.325 kPa milímetros de mercurio (mmHg) 1 mmHg = 0.1333kPa kg/cm2 1 kg/cm2 = 98.07 kPa
ALGUNAS MAGNITUDES FÍSICAS QUE DESCRIBEN EL ESTADO DE LA ATMÓSFERA (2) (Gp:) Presión P (Gp:) ?
Magnitud física que expresa la acción de un fluido sobre la superficie de un sólido o líquido y es el cociente entre la fuerza normal a la superficie y el área de la superficie sobre la que se ejerce. Unidad SI Pascal Se define el pascal como la presión ejercida por una fuerza de 1 N sobre 1 m2. (Gp:) 1 bar = 100 kPa (Gp:) 1 mb = 0.1 kPa (Gp:) metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa (Gp:) 1 atm = 101.325 kPa (Gp:) 1 mmHg (1 torr) = 0.1333kPa (Gp:) 1 kg/cm2 = 98.07 kPa
Otras unidades
PRESIÓN ATMOSFÉRICA Por debajo de 100 km, para una altura dada, la presión está prácticamente siempre dentro de un intervalo de un ?30% de un valor estándar. (Gp:) Variación vertical >> variación horizontal
(Gp:) z
Debida al peso de la columna de aire que se encuentra por encima de un lugar (Gp:) A
(Gp:) B
PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: dp = – ? g dz (Gp:) (p+dp)dS (Gp:) pdS (Gp:) ? g dS dz (Gp:) dz (Gp:) z
La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ? [kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m]. Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera p [kPa]; z [m] Variación de la presión con la altura
(Gp:) z
Combinando ec. de estado de gases ideales con la ec. de de la hidrostática y asumiendo una disminución lineal de la temperatura con la altura T = To – a z PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2) Deducción de la ecuación de variación de la presión con la altura
PRESIÓN Su variación con la altura en la atmósfera terrestre Ecuación de la estática de los fluidos: dp = – ? g dz (Gp:) (p+dp)dS (Gp:) pdS (Gp:) ? g dS dz (Gp:) dz (Gp:) z
La presión, p,[Pa] disminuye con la altura a un ritmo que depende del valor de la densidad ? [kg m-3] y de la aceleración de la gravedad, g [m s-2], que a su vez varían con la altura, z [m]. (Gp:) Presión a nivel de mar (altura cero) : 1 atm= 101.325 kPa (Atmósfera estándar) Presión atmosférica a diferentes alturas Ecuación válida para la troposfera (Gp:) p [kPa]; z [m]
Aire en movimiento. Flujo de aire relacionado, entre otros factores, con diferencias de presión … pero Gradientes de presión ? ? + El aire tiende a desplazarse CONTRA el gradiente de presión VIENTO (Gp:) 1024
(Gp:) 1020
(Gp:) 1016
(Gp:) Magnitud escalar
(Gp:) -grad P
(Gp:) Escalar
(Gp:) Posición
(Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ? (Gp:) ?
DIRECCIÓN DEL GRADIENTE: LA DE MÁXIMA VARIACIÓN DE LA PROPIEDAD ESCALAR falta considerar la rotación de la Tierra!
(Gp:) Centrípeta
(Gp:) Coriolis
(Gp:) Aceleración medida en sistema en rotación
(Gp:) Aceleración medida en sistema en reposo
(Gp:) Polo Norte
(Gp:) Trayectoria en un sistema de referencia inercial
(Gp:) Trayectoria en un sistema de referencia acelerado
EFECTOS DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA
Desviación a la derecha respecto al sentido del movimiento Desviación a la izquierda respecto al sentido del movimiento N S DESVIACIÓN DE CORIOLIS Visto sobre la superficie (Gp:) Sentido del movimiento (Gp:) Desviación de Coriolis (Gp:) HEMISFERIO NORTE
(Gp:) HEMISFERIO SUR (Gp:) Desviación de Coriolis (Gp:) Sentido del movimiento
(Gp:) 1016 (Gp:) 1020 (Gp:) 1024
(Gp:) -grad P
(Gp:) Fuerza gradiente de presión
(Gp:) Fuerza Coriolis
(Gp:) Dirección del viento
Hemisferio norte: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su derecha las áreas de alta presión: sentido horario alrededor de los anticiclones Viento geostrófico: resultante del equilibrio entre el gradiente de presión y la aceleración de Coriolis. Fluye PARALELO a las isobaras VIENTO GEOSTRÓFICO Hemisferio sur: el viento geostrófico fluye paralelo a las isobaras dejando a su izquierda las áreas de alta presión: sentido antihorario alrededor de los anticiclones
Hemisferio Norte: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la derecha A En los anticiclones los vientos giran en sentido horario B En las borrascas los vientos giran en sentido antihorario ANTICICLONES Y BORRASCAS Hemisferio Sur: la fuerza de Coriolis provoca desviación hacia la izquierda A En los anticiclones los vientos giran en sentido antihorario B En las borrascas los vientos giran en sentido horario
(Gp:) B (Gp:) B
Convergencia Intertropical (Gp:) B (Gp:) B
(Gp:) B (Gp:) B
(Gp:) A (Gp:) A (Gp:) A
(Gp:) A (Gp:) A (Gp:) A
1 2 3 (Gp:) 1 (Gp:) Célula polar
(Gp:) 2 (Gp:) Célula de Ferrell
(Gp:) 3 (Gp:) Célula de Hadley
CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA Modelo simple Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA Vientos polares del este Alisios del noreste Vientos del oeste Alisios del sureste Vientos del oeste Vientos polares del este
(Gp:) Círculo Polar Antártico
(Gp:) Círculo Polar Ártico
VIENTOS DEL OESTE CERCA DE REGIONES POLARES ÁRTICO ANTÁRTICO (Gp:) Relación con el agujero de ozono sobre la Antártida
VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (CAPA LÍMITE) El viento se caracteriza por su dirección (desde la cual sopla) y velocidad (magnitud vectorial,tres dimensiones). Normalmente se expresa en m/s. Los equipos que miden la velocidad del viento se llaman anemómetros La fricción con la superficie terrestre hace que las capas más cercanas a la superficie circulan más lentas, generando un efecto de corte (cizalla) sobre la superficie (vegetación, suelo,…). La fricción del aire con la superficie es uno de los mecanismos que generan turbulencia (turbulencia mecánica), esto es remolinos, que transportan calor, vapor de agua, CO2 y cantidad de movimiento. La fricción es un proceso en el que interviene el viento y las características de la superficie a través de la capa límite
Salida del Sol Calentamiento superficial Mezclado capa límite (Gp:) Incremento continuo espesor capa límite
(Gp:) Puesta de Sol
VARIACIÓN DIARIA DE LA CAPA LÍMITE (Gp:) Valores típicos al final de la tarde ? 1 km (0.2 km – 5 km)
Comienzo noche Enfriamiento del suelo Reducción o desaparición turbulencias (Gp:) Reducción espesor capa límite
Valores típicos ? 100 m (20 m – 500 m) (Gp:) 1 km (0.2 km-5 km)
(Gp:) 100 m (20 m – 500 m)
El viento, la temperatura y demás propiedades de la capa límite sufren variaciones diarias menos acusadas sobre superficies extensas de agua (océanos y grandes lagos) debido a la mayor capacidad calorífica de la capa de mezcla sobre tales superficies.
VIENTO EN LA SUPERFICIE TERRESTRE (2) Perfil de velocidades Debe especificarse la altura a la que se sitúen los anemómetros sobre el suelo: en agrometeorología la altura estándar es de 2 m. El perfil de velocidades es logarítmico. Una superficie especial: una superficie de gramíneas homogénea (cesped, por ejemplo). Encima de esta superficie el perfil de velocidades es (Gp:) u2 velocidad del viento a una altura de 2 m (m/s) (Gp:) uz velocidad del viento a la altura z (m/s) (Gp:) z altura sobre la superficie del suelo (m)
La velocidad del viento depende de la altura sobre el suelo
TEMPERATURA (Gp:) Temperatura T (Gp:) ?
Es la magnitud física que tiene el mismo valor en dos cuerpos que se hallan en equilibrio térmico (ausencia de transferencia neta entre ellos de energía en forma de calor). La temperatura se mide con termómetros. Unidad SI Kelvin (K) Grado centígrado (ºC) K = ºC + 273.15 Se define el Kelvin como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua Temperatura del aire: perfil vertical La variación de la temperatura del aire con la altura en la atmósfera es el gradiente vertical de temperaturas (air lapse rate). CASOS ESPECIALES PROCESOS ADIABÁTICOS AIRE SECO EN LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR
TEMPERATURA DEL AIRE CERCA DE LA SUPERFICIE Existe un ciclo diario de temperaturas Temperatura media diaria Tm Temperatura máxima Tmax y mínima Tmin (Gp:) mediodía
(Gp:) mediodía
Día de verano Día de invierno (Gp:) Tmin
(Gp:) Tmax
(Gp:) Tmax
(Gp:) Tmin
El momento en que se alcanza la temperatura máxima diaria está desfasado respecto al medidodía solar
CICLO DIARIO DE TEMPERATURAS (Gp:) 30 (Gp:) 35 (Gp:) 40 (Gp:) 45 (Gp:) 50 (Gp:) T (ºC)
(Gp:) 08:00
(Gp:) 10:00
(Gp:) 05:00
(Gp:) 12:00
(Gp:) 15:00
(Gp:) 18:00
(Gp:) Altura (Gp:) 15 cm (Gp:) 30 cm (Gp:) 60 cm (Gp:) 1.20 m (Gp:) 10.0 m (Gp:) 2.40 m (Gp:) -2 cm (Gp:) -5 cm (Gp:) -15 cm
Perfiles en verano (datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física) DEPENDENCIA CON LA ALTURA SOBRE EL SUELO Y LA PROFUNDIDAD Consecuencia de efectos de mezclado en la capa límite
Temperatura y desarrollo biológico El desarrollo de los organismos vivos está relacionado con la temperatura. Las hipótesis más usuales son: (Gp:) El ritmo de desarrollo es proporcional a la temperatura (Gp:) ?
(Gp:) El desarrollo ocurre cuando se supera una temperatura umbral o temperatura base, Tb, que depende de cada organismo. Para temperaturas por debajo de Tb se detiene el desarrollo. (Gp:) ?
(Gp:) La temperatura no supera el valor para el que se produce el máximo crecimiento, Tm. Temperaturas superiores a Tm podrían inhibir o detener completamente el crecimiento. (Gp:) ?
Tiempo térmico (grados-día, grados-hora,…) [tiempo fisiológico] Si se combina la temperatura y el tiempo durante el cual el organismo está expuesto a dicha temperatura se puede encontrar una escala en la cual el ritmo de desarrollo es constante.
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