Contenido. La Atmósfera

Transcripción

1 Contenido 1.Composición de la Atmósfera Estructura de la Atmósfera Función protectora y reguladora de la Atmósfera Características de la atmósfera Características de la radiación solar Interacción de la radiación solar y la atmósfera Efecto protector de la ionosfera y la ozonosfera Efecto invernadero Otros factores que determinan la temperatura terrestre Balance energético global de la Tierra La Energía Solar Conversión térmica: Conversión fotovoltaica Arquitectura solar o bioclimática Dinámica general atmosférica Factores que determinan el movimiento de las masas de aire Movimientos verticales del aire por cambios de temperatura Movimientos verticales del aire por cambios de humedad Movimientos verticales debido a cambios de presión Circulación general de la atmósfera y zonas climáticas Tiempo atmosférico: estabilidad e inestabilidad Borrascas y Anticiclones Inversión Térmica Riesgos climáticos: Tornados, gota frías, Las Brisas Tornados Gota Fría Los Climogramas Aprovechamiento energético: La energía eólica Cambio Climático Causas naturales de los cambios climáticos Influencia de la configuración de continentes y océanos por el movimiento de las placas litosféricas

2 5.3.Influencia de la actividad humana en el cambio climático Contaminantes Atmosféricos Principales contaminantes y sus efectos Factores que intensifican la contaminación: Efectos de la contaminación Intensificación del Efecto invernadero

3 La Tierra posee algunas características que la hacen única en el sistema solar: una geosfera dinámica con tectónica de placas, una atmósfera rica en O 2 y, por tanto, muy alejada del equilibrio químico, una hidrosfera con agua abundante en los tres estados físicos y, que es el único que tiene biosfera. Tradicionalmente, se ha interpretado que la Tierra tiene vida porque presenta las condiciones adecuadas, si bien, en buena parte, este razonamiento puede formularse en sentido contrario, como ya vimos en el tema la Tierra como sistema: La Tierra primitiva debió de tener las condiciones para que se originara la vida, pero las condiciones actuales del planeta son, en gran parte, resultado de la propia acción biológica. Incluso los procesos geológicos internos están, de algún modo, condicionados por las condiciones superficiales, dado que el movimiento de las placas litosféricas se debe a la convección del manto terrestre, y esta depende, en cierta medida, de la refrigeración que sufre la corteza oceánica en contacto con la hidrosfera, cuya composición y temperatura están condicionadas, a su vez por la atmósfera y por los seres vivos. Algunos autores en especial James Lovelock en su hipótesis Gaia, han comparado nuestro planeta con un organismo vivo en el que sus partes interactúan de tal modo que se autorregula. Esta visión orgánica del planeta, aunque no es compartida por el conjunto de los científicos, ha contribuido en gran medida a nuestra visión de que la Tierra forma un sistema complejo con abundantes interconexiones entre sus partes, cuyas relaciones de feedback determinan sus condiciones de habitabilidad, y ha propiciado la compresión de los efectos globales de nuestras acciones sobre el medio ambiente. La atmósfera es la capa gaseosa de la Tierra, unida al resto del planeta por la atracción gravitatoria que, según la ley de Newton, disminuye rápidamente al alejarnos de su centro. Es la cubierta más externa de la Tierra y constituye el límite con el espacio exterior. Está en contacto con la hidrosfera, geosfera y biosfera. Es una cubierta fluida y los elementos que la forman son gases principalmente, aunque también hay sólidos y líquidos en suspensión. Es un sistema abierto, ya que intercambia materia y energía con el exterior. 3

4 1. Composición de la Atmósfera La atmósfera se extiende hasta unos 10000Km. A partir de esta altura se considera que ya no hay gases atraídos por la gravedad de la Tierra. La atracción gravitatoria disminuye con la altura, por lo que la densidad también lo hace. Así, en los primeros 30 Km se encuentra más del 90% de la masa de la atmósfera. Su estructura no es homogénea, sino que se divide en diferentes zonas en función de su composición y de las variaciones de la temperatura del aire. Estas zonas son las siguientes: La Homosfera.Es la capa de la atmósfera que se extiende hasta los 80 Km de altura y en ella se concentran más del 99% de la masa atmosférica total. Tiene una composición bastante homogénea, formada por una mezcla de gases que se denomina aire. El aire está formado por N 2 (78,08%), O 2 (20,95%) y argón (0,93%), con cantidades muchos menores y más variables de otros gases como el CH 4, los más importantes de los cuales son el vapor de agua, el CO 2 y el O 3. Además de gases, hay cantidades pequeñas y muy variables de finas partículas en suspensión llamadas aerosoles que pueden encontrarse en estado sólido, formadas por polvo atmosférico y cristales de hielo o en estado líquido, formando gotas compuestas por agua y otros compuestos disueltos en ella como el ácido carbónico. Según las variaciones de la temperatura del aire, se distinguen las siguientes capas: Troposfera, Estratosfera y Mesosfera. La Heterosfera. Se extiende por encima de la homosfera hasta el difuso límite superior de la atmósfera, y su composición va variando de acuerdo con la masa molecular de los gases constituyentes. En ella se pueden distinguir capas de N 2, O (atómico), He e H (atómico), que se nombran según el gas más abundante. Se pueden diferenciar en su interior las siguientes zonas: Termosfera (o ionosfera) y exosfera. 2. Estructura de la Atmósfera La temperatura en la atmósfera varía en altura, pero no de manera uniforme. Así se establece una estructura en capas de la atmósfera según las variaciones de temperatura. Los límites de las 4

5 capas no son bruscos, sino que son zonas de transición, la extensión de las capas tampoco es uniforme: varía con la latitud y, en algunos casos, con la estación del año. Troposfera. Es la región de la atmósfera que se encuentra en contacto con la superficie terrestre y llega hasta una altura variable entre los 12 y los 15 Km, dependiendo de la latitud y la estación del año. En esta fina capa está la mayor parte de la masa de la atmósfera, un 80% y es donde se encuentra casi toda el agua atmosférica. El aire se mezcla vigorosamente y es el lugar en el que ocurren la casi totalidad de los fenómenos meteorológicos. En la troposfera, la temperatura disminuye rápidamente con la altura, hasta los -70ºC en su límite superior o tropopausa. En esta capa se produce el llamado efecto invernadero Estratosfera. Esta capa se encuentra entre la tropopausa y los 50 o 60 Km de altura (estratopausa). En esta capa se produce un aumento inicial suave de la temperatura, y luego más rápido, hasta alcanzar poco menos de 0ºC, por lo que hay poca mezcla vertical de aire, lo que da lugar a una estructura estratificada que le da nombre a esta capa. Entre los 15 y 30 Km de altura se produce un aumento importante de la concentración de O 3, por lo que a esta zona se le suele denominar capa de ozono u ozonosfera, aunque el O 3 sea, también aquí, un gas minoritario. Esta concentración de O 3, es responsable de filtrar la radiación ultravioleta más energética que procede del sol. Mesosfera. Es la última capa de la homosfera, entre la estratopausa y los Km de altura (mesopausa). La temperatura del aire vuelve a descender paulatinamente hasta llegar a -100ºC. Termosfera. Esta capa comprende desde la mesopausa hasta 600Km de altura. Llamada así porque la temperatura de 5

6 los gases aumenta hasta 1000ºC, si bien la cantidad de gases es mínima y, por tanto, también la cantidad de calor. En su mayor parte está formada por iones y electrones sueltos, por lo que se conoce como ionosfera. Actúa como filtro de las radiaciones X y gamma que provienen del sol. Otra característica es que en esta capa las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre se reflejan haciendo posible las comunicaciones. Y por último mencionar que, la interacción de electrones procedentes del sol con las moléculas de nitrógeno y oxígeno, producen manifestaciones de calor y luz, conocidas como auroras boreales (en el polo norte) o auroras australes ( en el polo sur). Exosfera. Algunos autores definen una última capa desde los 600 Km hasta el difuso límite superior de la atmósfera, formada principalmente por hidrógeno atómico. Parte de estos átomos escapan de la atracción terrestre, perdiéndose en el espacio interplanetario, ya que la atracción gravitatoria ya es muy débil. El aire es tan tenue que no puede captar luz, el color del cielo se va oscureciendo hasta alcanzar la negrura del espacio exterior. 3. Función protectora y reguladora de la Atmósfera Características de la atmósfera La estructura y la composición de la atmósfera, le confiere unas características que favorecen el desarrollo de la vida: Contiene los gases necesarios para el desarrollo de la vida: O 2 y CO 2. Actúa de pantalla protectora: la capa de ozono de la estratosfera impide que parte de la radiación UV atraviese la troposfera y llegue a la superficie terrestre. Mantiene una temperatura media adecuada para los procesos vitales: la atmósfera tiene una función reguladora de la temperatura, gracias al efecto invernadero, que impide que parte del calor que llega a la superficie terrestre procedente del sol se disipe en el espacio exterior. Interviene en el ciclo del agua: el vapor de agua que contiene se condensa, forma nubes y precipita en forma de lluvia o nieve. 6

7 3.2. Características de la radiación solar La Tierra se calienta a causa de la radiación electromagnética emitida por el sol. El sol emite una serie de partículas que son desviadas por el campo magnético terrestre por lo que no alcanzan la Tierra. Esta radiación es emitida en distintas longitudes de onda: Rayos UV: posee mucha energía. Está por debajo de los 360 nm Luz visible: longitud de onda entre 360 y 760 nm Rayos IR: posee poca energía y producen calor. Su longitud de onda es superior a 760 nm Interacción de la radiación solar y la atmósfera Cuando la radiación solar llega a la atmósfera ocurre lo siguiente: La radiación UV de longitud de onda más corta es absorbida por el O 3 de la estratosfera antes de llegar a la superficie terrestre. La radiación visible pasa a través de la atmósfera y llega a la superficie terrestre. Los rayos IR son absorbidos por el CO 2 de la troposfera y también por la superficie de la Tierra que se calienta. La parte baja de la atmósfera se calienta al recibir esta radiación y la emite de nuevo, parte hacia el espacio y parte hacia la Tierra, provocando el efecto invernadero natural Efecto protector de la ionosfera y la ozonosfera Las diversas capas de la atmósfera hacen de filtro de las radiaciones solares; solo la luz visible consigue atravesarla. La luz visible interviene en la fotosíntesis y en la dinámica de las masas fluidas. Las radiaciones de onda corta (rayos X y gamma) tienen mucha energía y un alto poder de penetración. Son filtrados por la ionosfera, pues si llegaran a la Tierra romperían las moléculas debido a la ionización de sus átomos. La temperatura en la ionosfera aumenta hasta los 1000ºC debido a la absorción de las radiaciones solares de onda corta, llevada a cabo por las moléculas de N 2 y O 2, que se transforman en iones de carga positiva, liberándose electrones. Esto da lugar a un campo magnético terrestre situado entre la ionosfera (cargada positivamente) y la superficie terrestre (cargada negativamente). Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hacia la superficie terrestre y desde la superficie terrestre cargas negativas 7

8 hasta la ionosfera. El condensador terrestre se descargaría en pocos minutos, pero las tormentas desempeñan un importante papel para la recarga del mismo. Los rayos X son beneficiosos para los seres vivos en un tiempo de exposición limitado, pues provocan mutaciones, para el proceso de selección natural y estimula los precursores de la vitamina D, que combate el raquitismo. El O 3 existe en toda la atmósfera, aunque donde se encuentra en mayor proporción es en la estratosfera. En el ecuador presenta su máximo espesor mientras que en los polos muestra el mínimo. La cantidad de O 3 en la atmósfera varía según el día y las estaciones debido a la radiación solar. El O 3 se encarga de absorber las radiaciones UV de onda más corta. El ozono se forma y destruye continuamente según el siguiente proceso: Fotolisis O 2 : O 2 + UV O + O Formación O 3 : O + O 2 O 3 + calor Destrucción O 3 : O 3 + UV O + O 2 Estas reacciones están en equilibrio, por lo que el ozono se forma y destruye a la vez que se retienen los rayos UV. Por encima de los 30Km los rayos UV llegan con más intensidad y pueden destruir y formar ozono, mientras que cuanto más baja se sitúe con menos intensidad llegarán los rayos UV y no se destruirá y formará ozono Efecto invernadero La atmósfera regula la temperatura permitiendo el desarrollo de la vida. El efecto invernadero tiene lugar en la troposfera, en la cual existen unos gases que son el causante de este efecto (vapor de agua, CH 4 y CO 2 ). La radiación solar previamente filtrada llega a la superficie terrestre calentando la geosfera y la hidrosfera. Parte es reflejada al espacio (albedo: cantidad de radiación solar que un planeta emite al exterior). Otra parte es retenida por el CO2 y el vapor de agua, conduciéndola a la Tierra y provocando el mantenimiento de la temperatura. Sin efecto invernadero la temperatura de la Tierra sería de -18ºC, imposibilitando el desarrollo de la vida. 8

9 Existe una clara correlación entre la concentración de gases de invernadero (CO 2, H 2 O, CH 4 y gases contaminantes artificiales como los clorofluorocarbonados CFC) y la temperatura terrestre; el efecto de la variación del CO 2 sobre la temperatura superficial de la Tierra está especialmente bien demostrado. El aumento actual de la concentración de estos gases, debido a las emisiones antrópicas, está provocando un calentamiento del planeta Otros factores que determinan la temperatura terrestre Intensidad de la radiación solar. La intensidad de la radiación solar depende, de dos factores: la actividad solar, y la distancia entre el Sol y la Tierra. o Actividad del Sol. La energía que irradia el Sol varía con el tiempo. o Distancia Sol-Tierra. Aunque varía algo a lo largo del año, como media es constante. Sin embargo, la excentricidad de la órbita y la orientación e inclinación del eje si cambian periódicamente, provocando variaciones en la distribución de la energía, por lo que pueden ser una de las principales causas de las glaciaciones. Albedo. Es el porcentaje de radiación solar que reflejan la superficie terrestre y la atmósfera. El albedo medio de la Tierra es del 30%. Dado que esta radiación no se absorbe, un aumento del albedo favorece una disminución de la temperatura. o Polvo, aerosoles y nubes. Cuanto mayor sea su cantidad en la atmósfera, más energía se refleja. En el caso de grandes erupciones volcánicas, las finas cenizas y aerosoles sulfurosos son inyectados en la estratosfera, donde pueden permanecer varios años, produciendo una disminución significativa de la temperatura terrestre. Se ha propuesto que este sería uno de los efectos más catastróficos de la caída de grandes meteoritos y de una guerra nuclear generalizada (el llamado invierno nuclear ). o Vegetación. La vegetación absorbe más radiación que las rocas, siendo mayor el albedo en los desiertos que en los bosques. Por otra parte, las plantas evaporan una importante cantidad de agua (transpiración), por lo que los bosques favorecen la formación de nubes. o Hielo. Las superficies de la nieve y el hielo presentan el máximo albedo. Cuanto mayor es la superficie helada, 9

10 o más energía se refleja, por lo que tenderá a disminuir más la temperatura. Superficie oceánica. Su albedo es muy variable dependiendo fuertemente del ángulo de incidencia de los rayos solares y del oleaje en la superficie, aunque, como media, suele formarse entre el 3 y el 10% según la latitud Balance energético global de la Tierra El balance entre la energía recibida y radiada al exterior ha permanecido siempre equilibrado, con algunas variaciones transitorias que se han traducido en cambios climáticos. La constante solo es la energía que llega desde el sol hasta el límite superior de la atmósfera. Se distribuye en un 100%: Un 28% es reflejada por las nubes, la superficie terrestre y la atmósfera (albedo). Un 25% es reflejada por la capa de ozono, por las partículas del aire, el vapor de agua y las nubes. Un 47% es absorbido en la superficie terrestre en la que solo el 0,2% es absorbido por los vegetales para la fotosíntesis. o Un 18% es emitido en radiaciones infrarrojas. o Un 24% se pierde con la evaporación (ciclo del agua) Calor latente o Un 5% por la conducción del calor de la superficie o del mar al aire Calor sensible 10

11 3.8. La Energía Solar Se considera una fuente alternativa de energía. Es la energía del futuro si se consigue una producción energética rentable y equiparable a los de las fuentes convencionales. La energía solar se genera en el sol por un proceso de fusión nuclear y llega a la Tierra como radiación electromagnética, pero de forma dispersa y aleatoria, lo que supone un inconveniente al no poderse almacenar directamente, hemos de transformarla en energía térmica o eléctrica. Las principales formas de explotación de la energía solar son: Conversión térmica: Consiste en la transformación de la energía solar en energía térmica mediante el calentamiento de un fluido. Conversión a baja temperatura: se obtiene mediante colectores solares planos, dispositivos formados por una placa de calor oscuro (que absorbe la radiación solar y la convierte en calor) y por un circuito de tubos de cobre por los que circula un fluido portador del calor (agua, aceite, aire). Todo ello está 11

12 cubierto por láminas de vidrio o de plástico que inducen un efecto invernadero en el colector. Este sistema es utilizado en calefacción por suelo radiante y es el modo más económico y limpio para obtener agua caliente en centros sanitarios, viviendas, piscina, Conversión a media temperatura: se realiza a través de concentradores de la radiación solar, cilindros-parabólicos, que reflejan la radiación solar sobre un depósito que contiene un fluido portador de calor. Son orientables para captar la energía radiante. Se utilizan en procesos industriales, como la obtención de vapor, la desalación del agua marina o la esterilización. Conversión a alta temperatura: se consigue por medio de espejos colectores, que reflejan la radiación de forma convergente hacia un receptor que absorbe y transmite el calor recibido a un fluido portador del calor. La energía térmica así conseguida se aprovecha para producir vapor, que alimenta un turboalternador. Este proceso se lleva a cabo en centrales térmicas solares, que permitiría abastecer parte de núcleos urbanos de electricidad. Las primeras plantas de este tipo se instalaron en California. En España existe la Plataforma Solar de Almería y se tiene previsto que entren en funcionamiento en Sevilla y Granada Conversión fotovoltaica Consiste en la transformación directa de la energía luminosa en eléctrica debido al efecto fotovoltaico, según el cual, cuando la radiación solar incide sobre un material semiconductor, provoca en el un movimiento de electrones que da lugar a una diferencia de potencial en sus extremos y los convierte en generadores eléctricos. Se consigue mediante células fotovoltaicas de silicio montadas sobre paneles solares que captan la radiación solar y la transforman en corriente continua. Esta energía se almacena en acumuladores para disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o en días nublados. Produce electricidad en zonas donde es muy difícil la conexión a la red de distribución eléctrica o, incluso, donde ni siquiera existe dicha red. Posee posibilidades de abastecer núcleos urbanos si se gestiona adecuadamente. Satélites artificiales. 12

13 3.8.3.Arquitectura solar o bioclimática Optimiza la energía solar que recibe un edificio mediante una serie de medidas arquitectónicas, como orientar correctamente el edificio, llevar a cabo un buen aislamiento térmico, diseñar muros de inercia térmica y colocar pantallas protectoras de la radiación solar. Se puede captar la energía solar a través de superficies mates y oscuras o retenerlas con materiales transparentes, como el vidrio, que provocan un efecto invernadero. Así se reduce el gasto económico y energético para el acondicionamiento térmico de las viviendas. 4. Dinámica general atmosférica 4.1. Factores que determinan el movimiento de las masas de aire. Los movimientos verticales que tienen lugar en la troposfera se denominan de convección y se deben a variaciones de temperatura, humedad o presión atmosférica Movimientos verticales del aire por cambios de temperatura Se deben a que el aire caliente es poco denso y asciende, a medida que éste asciende se hace más denso, teniendo que descender. Las zonas con masas de aire caliente que se eleva son zonas de bajas presiones, mientras que las zonas donde el aire es más frío y desciende son zonas de altas presiones Movimientos verticales del aire por cambios de humedad Se dan debido a la presencia de vapor de agua en el aire, que lo hace menos denso en el aire seco. La concentración de vapor de agua en la atmósfera depende tanto de la proximidad de grandes masas de agua como de la temperatura: a mayor temperatura, mayor vapor de agua. El vapor de agua presente en la atmósfera puede medirse de dos formas: Humedad absoluta: es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de aire (g/m 3 ). Cuando el aire no puede contener más vapor de agua se dice que está saturado de humedad. El punto de rocío es la temperatura en la que se produce la saturación. 13

14 Humedad relativa: es la cantidad en % de agua que hay en 1 m 3 de aire en relación con la máxima que podría contener a la temperatura que se encuentra. Humedad absoluta+ Humedad máxima 100 Humedad relativa= El aire es totalmente seco si contiene una humedad relativa del 0%, mientras que cuando alcanza el punto de saturación la humedad relativa es del 100% Movimientos verticales debido a cambios de presión. La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera sobre una superficie. Se mide con un barómetro. La presión al nivel del mar es de 1013 milibares (mb), también puede expresarse en atmósferas (1 atm) o milímetros de mercurio (760 mmhg). La presión atmosférica disminuye debido a la altitud y latitud. La altitud: porque la atmósfera pierde rápidamente densidad con la altura; y al ascender en la atmósfera, la columna de aire que queda por encima es menor. La latitud: varia debido a la distinta distribución de radiación solar en la superficie terrestre. Así, las zonas del ecuador y trópicos reciben más calor, el aire se expande y ejerce menos presión. En los polos, por lo tanto ocurre lo contrario, al recibir menos. Se denomina gradiente vertical a la variación de la temperatura entre dos puntos situados a 100m de distancia en vertical. En el aire en reposo desciende la temperatura 0,65ºC cada 100m en vertical. (Gradiente vertical de temperatura, GVT) En el aire en movimiento, se da el gradiente adiabático seco (GAS). Cuando una masa de aire asciende, la presión que soporta disminuye y el aire se expande, descendiendo la temperatura en 1º C por cada 100m. El gradiente adiabático saturado se da en el momento que la masa de aire ascendente alcanza el punto de rocío, se condensa el vapor de agua que contiene y forma una nube. La temperatura disminuye 0,5ºC cada 100m. 14

15 Cómo se forma la niebla y el rocío? Si existen núcleos de condensación (polvo, aerosoles) y asciende una masa de aire saturada de humedad se forma una nube. Cuando el aire se sobresatura en puntos próximos a la superficie terrestre se forman nieblas. Al alcanzar el punto de rocío sobre superficies más frías (coche, hierba, ) surge el rocío o la escarcha si las temperaturas son inferiores a 0ºC Circulación general de la atmósfera y zonas climáticas. Las grandes masas de aire se mueven debido a los cambios de presión entre distintas latitudes. El aire se mueve desde las zonas de la Tierra de altas presiones a las de bajas presiones. El primer modelo de circulación atmosférica fue propuesto por John Hadley, este afirmaba que el aire caliente de las zonas próximas al ecuador asciende y el aire frío desciende formando una gran célula convectiva para cada hemisferio. En la distribución de las presiones también intervienen la posición de los continentes y océanos y las grandes unidades del relieve de los continentes. Por ello la situación que se produce es la siguiente: Las bajas presiones aparecen en las zonas del ecuador y sobre los 60º de latitud en los dos hemisferios. Por tanto, son zonas en las que el aire asciende. Las altas presiones aparecen en latitudes subtropicales entre los 20º y 40º de latitud en ambos hemisferios y en los polos. El aire desciende. De este modo se forman 3 células convectivas en cada hemisferio. Además el efecto Coriolis hace que las masas de aire se desplacen hacia la derecha en el hemisferio Norte. Como consecuencia de la distribución de las presiones y del efecto Coriolis, se produce una circulación atmosférica similar para cada hemisferio, es la siguiente: Entre los trópicos y el ecuador, se situan las células de Hadley, que se originan debido al gradiente de presiones entre el cinturón tropical de altas presiones y la zona ecuatorial de bajas presiones. Por el efecto Coriolis, el aire se desvía originando los vientos alisios, muy constantes en cuanto intensidad y dirección. Proceden del NE en el hemisferio Norte y del SE en el hemisferio Sur, y convergen en una estrecha franja algo desviado llamada Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). 15

16 En los Trópicos, se forman núcleos de altas presiones que originan vientos suaves, los que se desplazan siguiendo una trayectoria circular. Una parte de estos vientos refuerza a los alisios, y otra parte se dirige hacia los polos del Oeste (Vientos del Oeste). Entre los 60º de latitud y los polos. Entre las zonas de altas presiones situadas en los polos y las zonas de bajas presiones situadas en los 60º de latitud se forman una células de convección que dan lugar a los vientos polares. En las capas más altas de la troposfera sobre los 11 Km de altitud, se forma la corriente en chorro, un viento que se desplaza a gran velocidad y que describe una trayectoria sinuosa. Se originan en distintas latitudes: Polar, subtropical y tropaical. Desempeñan un importante papel en la formación de precipitaciones. 16

17 La circulación atmosférica general y los factores típicos de cada zona dan lugar a los distintos tipos de climas: Climas tropicales: Se localizan en el ecuador y en latitudes comprendidas entre los trópicos de Cáncer y de Capricornio. No tienen estación fría. Las precipitaciones son muy abundantes, sobre todo en la zona ecuatorial. Climas secos: Están situados alrededor de los trópicos. Las temperaturas medias son muy altas y las precipitaciones escasas. Climas templados: Se localizan en latitudes medias. Las temperaturas y precipitaciones varían de forma estacional. Climas fríos: Se sitúan en los polos y en zonas próximas. Las temperaturas son muy bajas y se caracterizan por la presencia de hielos permanentes. 17

18 4.3. Tiempo atmosférico: estabilidad e inestabilidad El tiempo meteorológico es el comportamiento de la atmósfera de un lugar y momento determinado. El tiempo meteorológico está determinado por la presión atmosférica, la temperatura, el viento, la humedad, la nubosidad sobre la atmósfera y las precipitaciones. Cuando una masa de aire caliente cargada de humedad se encuentra con una masa de aire frío más seca, entran en contacto sin que se produzca mezcla alguna. A este fenómeno se le llama frente. Frente cálido: la masa de aire más caliente avanza sobre la masa de aire más fría, lo que provoca un aumento de las temperaturas y precipitaciones de larga duración. Frente frío: la masa de aire frío desplaza a la caliente hacia arriba. Se produce un descenso de las temperaturas y precipitaciones intensas de larga duración. Frente ocluido: dos frentes fríos alcanzan a uno caliente, el aire cálido asciende, dejando dos masas de aire frío por debajo. Producirá aumentos o descensos de temperatura y lluvias débiles Borrascas y Anticiclones Una borrasca o depresión, es un centro de bajas presiones que se produce cuando hay una masa de aire poco denso en contacto con la superficie terrestre y comienza a elevarse por unas corrientes térmicas ascendentes. Como consecuencia de su elevación, en el lugar donde estaba 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. En el hemisferio Norte el giro de las borrascas es contrario al de las agujas del reloj, e; en el hemisferio sur sería al revés. Un anticiclón, es un centro de altas presiones que se forma cuando una masa de aire frío está a una cierta altura y tiende entonces a descender hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto el aire se acumula y tiende a salir del centro al exterior. 18

19 El aire circula hacia el interior de la depresión y tiende a ascender desde su centro. A continuación circula por las capas altas de la atmósfera y se dirige hacia el anticiclón, donde baja hasta el centro de altas presiones desde donde tiende a salir hacia el exterior del anticiclón. Cuando el anticiclón se sitúa sobre la zona de la superficie terrestre el tiempo de esta zona será estable y el cielo acostumbra a estar despejado. Cuando una borrasca se sitúa sobre una zona de la superficie terrestre el cielo suele presentar nubosidad y puede haber precipitaciones Inversión Térmica Una inversión térmica es una situación térmica en la que se invierte el descenso de la temperatura con la altura. Esto pasa cuando una masa de aire cálido se superpone a otra de aire frío actuando de tapadera e impidiendo el movimiento de aire frío. Las inversiones térmicas tienen lugar durante las noches cuando la tierra no recibe la radiación del sol y se enfría más rápidamente que las superiores, que retienen parte de la radiación. La inversión térmica es frecuente e invierno, cuando las noches son largas. 19

20 La Tierra recibe menos horas de radiación solar y en cambio, emite radiaciones durante más horas lo que favorece su enfriamiento. Este fenómeno ocurre en los valles, donde el aire puede estar estancado. Inversión Térmica en las Ciudades: las variaciones de temperatura entre la ciudad y el entorno no solo se deben a la combustión y el consumo eléctrico, sino también a otros factores como la reflexión por los edificios, la eliminación del agua de lluvia por el alcantarillado, la escasez de vegetación que reduce la evotranspiración. En las ciudades existe un microclima muy particular que genera movimientos locales del aire. Esto ha llevado a llamar a las ciudades islas térmicas. La formación de células convectivas que incorporan aire de la zona circundante a la ciudad, es preocupante, dada la existencia de cinturones industriales; así las emisiones de las industrias se incorporan a la atmósfera aumentando la zona de calor. El efecto más conocido de la isla térmica urbana es la formación de una capa de inversión, la cual impide que el aire contaminado ascienda al no poder difundirse, y descienda y se incorpore a la circulación del aire urbano, esto se agrava en situaciones anticiclónicas. La inversión puede mantenerse durante días y provoca sobre la ciudad como una cúpula de contaminantes, también llamado smog fotoquímico. Esta situación se mantiene hasta que el viento o la lluvia destruyen la capa de inversión térmica Riesgos climáticos: Tornados, gota frías, Las Brisas Son vientos locales. Podemos distinguir dos tipos: marinas y montañosas. 20

21 Brisas marinas: se producen cerca de la costa, y distinguimos entre diurnas y nocturnas. Brisas marinas diurnas: la radiación solar calienta la costa durante el día. Por su elevado calor específico, el agua del mar se calienta lentamente, y por lo tanto el aire en contacto con la tierra y tiende a ascender, disminuyendo la presión. El aire en contacto con el mar está más frío, por tanto tiende a descender y aumenta la presión. Como consecuencia, se produce una circulación de aire desde el mar hasta la tierra, este aire está cargado de humedad pues procede del mar. Brisas marinas nocturnas: durante la noche la situación se invierte, mientras la tierra se enfría rápidamente, el mar pierde calor lentamente. El aire situado sobre la tierra está más frío que el aire que se encuentra sobre el mar, de manera que la presión atmosférica es mayor que la del mar. Se produce una circulación del aire desde la tierra hacia el mar. Este aire es seco, puesto que procede de la zona interior. 21

22 Brisas montañosas: se dan entre un valle y una montaña. Se da lo que se llama el Efecto Föhn: el relieve interviene en el movimiento de las masas de aire y en las precipitaciones. Cuando una masa de aire húmedo circula hacia una zona montañosa, se eleva hasta llegar a la cima de la montaña. Al ascender se enfría y el agua que contiene se condensa, por lo que se producen precipitaciones y la masa de aire pierde humedad. Al pasar a la otra ladera de la montaña, el aire seco desciende y se calienta. Se genera un viento seco y cálido que puede producir el deshielo Tornados Son una especie de columna giratoria de viento y polvo de unos 50 m de anchura que se extiende desde el suelo hasta la base de un cumulonimbo (tipo de nube). Se forma por un remolino que resulta de un calentamiento excesivo de la superficie terrestre. El giro suele comenzar cuando el viento de las capas más altas sopla con mayor intensidad y en distinto sentido que el de las capas más bajas. La velocidad del viento hace de los tornados, uno de los fenómenos climáticos más peligrosos, rápidos y devastadores que existen. Además, de dañar infraestructuras producen lluvias torrenciales e intensivas granizadas Gota Fría Fenómeno que se produce en zonas cercanas al mar, normalmente en otoño. En los meses fríos el mar mantiene la temperatura más alta que la tierra. Se produce un viento del mar hacia la tierra, cálido y cargado de 22

23 humedad que tiende a ascender hacia las capas altas de la troposfera. En las capas altas hay masas de aire frío procedentes de la tropopausa polar. Al ponerse en contacto las dos masas de aire se produce la rápida condensación del agua que transporta el aire cálido originando lluvias torrenciales. Fenómeno típico de la costa mediterránea española Los Climogramas Es una representación gráfica de las temperaturas medias registradas durante un año y de las precipitaciones producidas en este período. La variación de la temperatura va normalmente asociada a la cantidad de precipitaciones Aprovechamiento energético: La energía eólica. Es la energía producida por el viento. Se emplea tradicionalmente para embarcaciones de vela y moler granos en los molinos de viento. Las características del viento para poder ser usado como energía son: continuidad, velocidad y evitar turbulencias. Aeronavegadores: consisten en una torre de acero en lo alto de la cual está instalado un aeromotor con dos otras palas que giran en torno a un eje horizontal conectado a un generador. Se instala orientado de forma que el viento incida perpendicularmente sobre las palas. Cuando la intensidad de viento varía el sistema es corregido por un mecanismo automatizado. La energía cinética es transformada en energía eléctrica por un generador. Son útiles para abastecer de energía eléctrica a viviendas aisladas. España es la 2º potencia mundial de aprovechamiento de la energía eólica (Castilla la Mancha, Tarifa, Gibraltar, ) Puede generar impactos visuales, acústicos o la muerte de pájaros. 23

24 5. Cambio Climático 5.1. Causas naturales de los cambios climáticos. En la historia de la Tierra se han sucedido una serie de períodos de oscilación climática. Las zonas climáticas han variado de situación geográfica con el tiempo. El conjunto de períodos de variabilidad climática se denomina geología de glaciaciones. Cada una de las fases de fluctuación de las zonas climáticas se conocen con el nombre de período glaciar (avance de los hielos) o ciclo interglaciar (tiempo entre dos glaciaciones). El registro geológico de la historia de la Tierra muestra estas anomalías paleoclimáticas: presencia de fauna fósil de mares cálidos en la Antártida, corales en latitudes elevadas, Teorías que explican el origen de los ciclos glaciares Hipótesis solares Considera que se produce una disminución de la cantidad de energía solar que llega a la Tierra. El sol puede experimentar fluctuaciones en su producción de energía. La energía solar que llega a la Tierra puede disminuir por la presencia de nubes de polvo debidas al vulcanismo continental o al impacto de meteoritos. El aumento de la intensidad del campo magnético terrestre supone más radiación solar rechazada. Todo ello llevaría a períodos glaciares. Hipótesis geológicas El aumento del calor emitido por la Tierra, al disminuir la cantidad de CO 2. (Efecto invernadero). El aumento del albedo debido a la distribución de los continentes en torno a los polos. Alteraciones orbitales de la Tierra que modifican la duración de las estaciones, debido a la variación de la inclinación del eje de rotación de la Tierra, la forma de la órbita terrestre y la 24

25 precesión (movimiento de bamboleo del eje de rotación de la Tierra) Influencia de la configuración de continentes y océanos por el movimiento de las placas litosféricas. La variación de la distribución de los continentes y océanos a lo largo de la historia de la Tierra ha modificado el albedo. Los continentes tienen mayor albedo que los océanos. La glaciación del Carbonífero, tuvo lugar cuando se ensamblan los continentes en el polo sur para formar la Pangea II. La desertización Permo-Triásica se originó debido a que la existencia de un único continente provocó la formación de un anticiclón permanente sobre él; el viento frío y seco que sale del anticiclón volvió el clima más árido. En el Jurásico se produjo la apertura de grandes océanos, lo que suavizó el clima y permitió el desarrollo de los dinosaurios y otros reptiles y mamíferos Influencia de la actividad humana en el cambio climático. a) Empleo masivo de combustibles fósiles: Óxido de azufre (SO 3 ) : Lluvia ácida Óxido de nitrógeno (N 2 O 3 ): Smog y lluvia ácida Óxido de carbono (CO 2 ) Efecto invernadero (calentamiento global) Metales pesados b) Empleo de aerosoles, refrigerantes y gomaespuma: CFC S : Deterioro de la capa de ozono (mayor penetración de UV) c) Empleo de compuestos orgánicos (smog) d) Empleo masivo de abonos nitrogenados Óxido de nitrógeno: Smog y lluvia ácida e) Destrucción masiva de selvas tropicales para ganar terreno para pastoreo y con fines comerciales, disminuye la evotranspiración de la zona y elimina la presencia de lluvias. 25

26 6. Contaminantes Atmosféricos 6.1. Principales contaminantes y sus efectos Cuadro 6.2. Factores que intensifican la contaminación: Las condiciones atmosféricas: o Condiciones anticiclónicas: evita el movimiento de las masas de aire, porque proceden de unas condiciones de estabilidad atmosférica, por lo que favorecen la acumulación de contaminantes. o Condiciones de borrascas: favorecen el movimiento de masas de aire, dispersando los contaminantes. Sin embargo si hay precipitaciones, producen la deposición húmeda, que arrastra los contaminantes desde la atmósfera a las tierras y mares. Los vientos: según su dirección propician la zona hacia donde se van a dispersar los contaminantes. Precipitaciones: Arrastran los contaminantes hacia el suelo. Insolación: Provoca la fotooxidación de los contaminantes 1 arios. Brisas: Durante el día arrastran los contaminantes del mar hacia la Tierra; de noche al revés. 26

27 Características geográficas y topográficas: las masas de vegetación, los edificios, disminuyen la velocidad del viento por lo que favorecen la acumulación de contaminantes Efectos de la contaminación LOCALES REGIONALES GLOBALES Islas térmicas, smog (en las proximidades) Lluvia ácida (en zonas cercanas y alejadas) Efecto invernadero Smog: (smoke +fog= humo +niebla). Mezcla de partículas de humo y niebla que se forma en la atmosfera, en condiciones de humedad y poca velocidad de viento, por lo que no es posible la dispersión del humo. Lluvia ácida: Gran parte del SO 2 y de los óxidos de nitrógeno que se emiten a la atmósfera vuelve a la superficie en forma de deposición seca (gas) o húmeda (lluvia). Los de origen antrópico son el H 2 SO 4 y HNO 3. Los óxidos de S y N pueden permanecer días en la atmósfera antes de generar H 2 SO 4 y HNO 3, con lo que pueden recorrer grandes distancias y provocar lluvia ácida. (Estos efectos se ven frenados en los océanos por la presencia de ciertos iones). Produce diversos efectos sobre: Agua Suelo Plantas Materiale s Se vuelven más ácidas y modifican el hábitat de especies. Permite captación de iones tóxicos, absorbidos por vegetación y se incorpora a las cadenas tróficas. Sobre sus hojas, perdida de nutrientes y de la capa de cera, y más vulnerables a enfermedades y parásitos. Acelera la corrosión y la erosión. Si la roca es caliza, mal de la piedra, lo convierte en yeso (por el H 2 SO 4). Evitar mediante resinas sintéticas. Deterioro de la capa de ozono: En la estratosfera el ozono se está creando y destruyendo continuamente. Donde más rápido se genera el O 3, es aproximadamente a 22 Km de altura sobre el ecuador, donde la radiación solar es más intensa. La molécula de O 3 es muy oxidante y reacciona con algunos compuestos que llegan a la ozonosfera, como los CFCs que aparecen como consecuencia de la actividad humana. En la 27

28 ozonosfera, la radiación UV los descompone desprendiendo átomos de Cl que reacciona con el ozono. Cada átomo de Cl puede destruir o moléculas de O 3. Si se redujese a cero las emisiones de CFC, la destrucción de O 3 continuaría al menos durante un siglo. El protocolo de Montreal prohibió el uso y fabricación de Los CFCs. La consecuencia más probable de la pérdida del O 3 es el aumento en el número de casos de cáncer de piel. En los animales produce un incremento de la ceguera, en el fitoplacton su consecuencia es muy grave, ya que condiciona toda la cadena trófica. En las plantas genera una reducción del tamaño de las hojas, un menor crecimiento y peor calidad de las semillas Intensificación del Efecto invernadero La temperatura de la Tierra sería más baja si la atmósfera no devolviese a la superficie terrestre parte del calor solar que irradia, lo que permite mantener unos 15ºC. Es lo que se conoce como efecto invernadero natural. En los últimos años, desde la Revolución Industrial, la temperatura media ha aumentado en más de medio grado, en parte debido al aumento de la concentración de dióxido de carbono, derivada de la quema de combustibles fósiles, madera Al eliminar bosques y selvas tropicales se produce una disminución del consumo de O 3 por fotosíntesis. Ello junto a la propiedad del dióxido de absorber luz infrarroja y devolverla a la superficie terrestre ha llevado a un sobrecalentamiento de la Tierra. Ello puede ocasionar cambio climático, y la fusión del hielo glaciar, lo que elevaría el nivel del mar, lo que llevaría a inundar zonas litorales. El protocolo de Kioto marcó unos límites para las emisiones de otros gases. Este acuerdo firmado por la mayoría de los países (excepto EEUU) no está siendo cumplido por todos. 7. ANEXOS 28