La Atmósfera. Curso de Introducción a la Ciencias de la Tierra y el Espacio Dra. Madeleine Renom Departamento de Ciencias de la Atmósfera

Transcripción

1 La Atmósfera Atmósfera: Es un sistema que evoluciona y es infinitamente variable, con una estructura compleja en todas las escalas de espacio y tiempo. Curso de Introducción a la Ciencias de la Tierra y el Espacio Dra. Madeleine Renom Departamento de Ciencias de la Atmósfera

2 Tiempo Estado de la atmósfera en un cierto instante. (precipitación, humedad, vientos, temperatura, presión).manera en que la naturaleza equilibra las fuerzas.

3 Clima Definición: Estado del medio ambiente habitable (descripto estadísticamente) que resulta de la interacción de los componentes del Sistema Climático Sistema Climático: componentes ATMÓSFERA HIDRÓSFERA CRIÓSFERA CONTINENTES BIÓSFERA

4 EL SISTEMA CLIMATICO TERRESTRE Y LAS INTERACCIONES

5 ALGUNAS DEFINICIONES IMPORTANTES SISTEMA: Es una entidad compuesta por diversas componentes que se encuentran relacionadas y que funcionan complejamente como un todo. ESTADO DEL SISTEMA: Es un set de atributos importantes que caracterizan el sistema en un tiempo particular.

6 EL SISTEMA CLIMATICO TERRESTRE COMPONENTES ATMÓSFERA, que es la componente de más rápida variación OCÉANOS, que interactúan con la atmósfera baja en períodos de meses a años, a través de sus capas superficiales, mientras que las capas más profundas sólo responden a cualquier estímulo en periodos de décadas a siglos. CRIOSFERA, que comprende las capas de hielo continentales y marinos, sobre y por debajo de la superficie terrestre, así como también todos los depósitos de nieve del mundo. CONTINENTES, que no sólo incluyen las masas terrestres continentales, sino, también, los lagos, ríos y depósitos de agua subterránea. BIOSFERA, que comprende la vida vegetal y animal del planeta, incluyendo la vida humana.

7 Océanos - Temperatura

8 Criósfera

9 Superficie Terrestre

10 Atmósfera Es la envoltura gaseosa que rodea el planeta, consiste en una mezcla de gases, que tiene una composición casi constante hasta los 25 kilómetros de altura.

11 Balance de Energía

12 Composición Química

13 Composición Química

14 La atmósfera terrestre cumple varias funciones para hacer al planeta Tierra habitable Sirve como escudo protector de los rayos UV solares dañinos. Sirve como frazada que atrapa el calor manteniendo a la superficie de la Tierra en condiciones habitables. La atmósfera logra esto aun siendo una delgada capa de gases ( si el planeta fuera del tamaño de una manzana, la atmósfera sería tan ancha como la cáscara) Nuestro confort y seguridad dependen en particular de 2 factores: La distancia Tierra-Sol Las interacciones entre los fotones de la luz solar y las moléculas de los gases que forman la atmósfera Esto asegura temperaturas moderadas en superficie y la presencia de agua líquida en la Tierra

15 TRANSFERENCIA DE CALOR RADIACIÓN: NO hay intercambio de masa. NO requiere de un medio. CONDUCCIÓN: NO hay intercambio de masa. SI requiere un medio CONVECCIÓN: SI hay intercambio de masa. ADVECCIÓN: Transporte de una propiedad (calor) Por un fluido

16 Recuerdan la clase 2? Teq = ((1-α)S/4 σ ) 1/4 ~ -19ºC!!! Algo nos esta faltando!! α = Albedo terrestre

17 Nos falta considerar la composición química atmosférica y el efecto invernadero!!!!

18 Interacción de la atmósfera con la radiación Tres cosas pueden pasar cuando una radiación con una longitud de onda,λ, choca con un objeto o sustancia. 1. Parte o toda la radiación puede ser reflejada: Fracción reflejada: reflectividad α λ No interactúa con el objeto, es rechazado. 2. Parte o toda la radiación puede ser absorbida. Fracción absorbida: absortividad, a λ Aumenta la T del objeto. Energía radiativa se convierte en calor. 3. Parte o toda la radiación puede ser transmitida. Fracción transmitida: transmisividad: t λ No interactúa con el objeto, simplemente pasa a través de él

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20 Efecto Invernadero Natural Gases traza que absorben y emiten radiación IR Forma parte del balance de energía terrestre Principales gases de efecto invernadero: CO 2, CH 4, N 2 O, O 3, vapor de agua.

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22 Formación y destrucción de ozono natural Formación: La radiación UV de alta energía proveniente del Sol, rompe la molécula de O 2, el átomo de Oxigeno se combina con una molécula de O2, generando una molécula con 3 átomos = O 3 OZONO Ciclo Ozono: El O 3 es un fuerte Absorbente de radiación UV de baja Energía. Esta rad. Es absorbida por Capa de ozono al destruir la molécula. Se libera un átomo de Oxigeno que Rápidamente se recombina con una molécula de oxigeno para generar Nuevamente el Ozono

23 Destrucción del ozono por CFC s Qué son los CFC s?

24 Qué es el agujero de ozono? Unidad Dobson: Numero de moléculas De Oz. Requeridas para construir una Capa de Oz puro de 0.01 mm de espesor A una T= 0 ºC y P= 1atm. En superficie el espesor promedio de la Capa de Oz es de 300 UD, o una capa de 3 mm de espesor. Agujero de ozono se define cuando la Concentración de la columna es < 220 UD El tamaño y profundidad del agujero de ozono Esta gobernado por la T de la estratosfera y la Cantidad de luz solar que llega a la región

25 Porque en las zonas polares? Vortice polar Nubes estratosféricas polares Agujero de ozono ( menor a 220 UD) Antártida Octubre

26 Ventanas Atmosféricas Ventana atmosférica: rango espectral donde la atmósfera es casi transparente. Hay dos ventanas atmosféricas: Ventana del rango visible ( µm): Permite que la radiación solar llegue a la superficie. Ventana de onda larga ( 8-12 µm). Permite que parte de la radicación terrestre pase hacia el espacio.

27 Que pasa si se cierran las ventanas? Ventana del visible: Causas: Aumento de la cobertura nubosa y/o reflección de aerosoles AUMENTO DEL ALBEDO GLOBAL. Consecuencias: Reducción de la cantidad de energía que llega al sistema Tierra-Atm Ventana OL: EFECTO DE ENFRIAMIENTO Causas :Aumento H 2 O,CO 2 u otros gases de efecto invernadero AUMENTO DE ABOSRCIÓN DE IR EN LA ATMOSFERA EFECTO DE CALENTAMIENTO INVERNADERO AUMENTADO EFECTO

28 Temperatura Γ = - әt / әz Γ 6.5 ºC/Km

29 Balance de energía del sistema climático En equilibrio, la Tierra recibe tanta energía del Sol como la que emite. Si uno de los componentes cambia, el balance energético se ajustará de forma de recobrar un nuevo equilibrio que tendrá una nueva temperatura.

30 Balance de energía al tope de la Atmósfera

31 Radiación de onda corta (radiación solar que llega)

32 Radiación de onda larga (OLR) (radiación terrestre que sale)

33 Flujo neto de radiación (al tope)

34 La radiación neta es negativa cerca de los polos y positiva en los trópicos. El valor positivo mas alto es de 120 W/m 2 y ocurre en los océanos subtropicales del Hemisferio que se encuentra en verano. (Mas insolación y menos albedo). Pérdidas de energía mas grandes se dan en la noche polar (gran emisión de OLR). Desiertos, si bien se encuentran en zonas subtropicales, presentan mínimos de energía en el promedio anual. Dos efectos: gran albedo + gran pérdida de OLR debido a atmósfera seca. El gradiente latitudinal de la radiación neta debe ser balanceado por un flujo de energía hacia los polos.

35 Balance en Superficie Ya vimos que la superficie terrestre emite energía en forma de IR, la cuál es luego absorbida por ciertos gases atmosféricos y por las nubes y luego es devuelta a superficie. Balance de flujo en superficie: flujos de energía por unidad de área que pasan verticalmente desde y hacia la superficie.

36 Componentes No-Radiativas Calor Latente (Evaporación) Positivo es hacia la atmósfera!! La superficie también pierde calor cuando las nubes transportan calor de la superficie a la atmósfera libre. Los vientos evaporan agua de los océanos y los mismos se enfrían. El calor reaparece cuando se forman las nubes (vapor de agua se condensa y libera calor latente). Existe transferencia de calor de los océanos a la atmósfera. Promedio anual de agua evaporada: 1 metro. Pérdida de energía en superficie: 83 W/m2 ( mitad de lo que recibe del Sol!!)

37 Balance de energía en superficie global Rad. Solar-Rad.Terrestre- Calor latente- Calor sensible = 0

38 CICLO HIDROLOGICO Describe las transformaciones del agua al pasar por los distintos reservorios

39 Algunos números Cantidad de agua (1 año) que mueve el ciclo hidrológico, equivale a 1m de agua distribuido en toda la sup. Terrestre. La energía requerida para evaporar 1 m de agua = 80 W/m 2 Si toda el agua de la atmósfera condensara, representaría 2.5 cm La atmósfera remueve por precipitación aprox. 40 veces al año (tiempo de residencia del agua: 9 días) Vapor de agua aprox. 50% efecto inv. Nubes: aprox.30% efecto inv. y 50% albedo

40 Distribución geográfica de la Precipitación

41 Evaporación Precipitación= Balance Hídrico Promedio anual

42 Una región donde la evaporación es mayor que la precipitación tendrá una perdida anual de agua. Las zonas subtropicales de los océanos son grandes fuentes de vapor de agua para la atmósfera. La región de la zona de convergencia tropical, en cambio, es una zona de continuo flujo de vapor de agua de la atmósfera a los océanos. Sobre los continentes, las regiones subtropicales también tienden a tener un balance hídrico negativo (muchos de los desiertos están aquí), mientras que en latitudes mayores a 40 el balance es positivo. Notar que nuestro país, a pesar de estar en la región subtropical tiene un balance hídrico anual positivo. A una latitud similar Chile tiene un balance hídrico negativo que contiene el desierto de Atacama, el mas seco del mundo.

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46 Radiación Neta al Tope de la Atmósfera

47 Temperatura El transporte en la horizontal Lo realizan la atmósfera y los océanos.

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49 La circulación general de la atmósfera se refiere al flujo medio global durante un período de tiempo suficiente para eliminar las variaciones causadas por los sistemas de tiempo, pero lo suficientemente cortos para capturar la variabilidad estacional y mensual. Los principales factores que influyen en la circulación general de la atmósfera son: Calentamiento diferencial Rotación del planeta Topografía Dinámica de fluidos atmosférico y oceánico

50 Ecuación de movimiento de la atmósfera: Equilibrio hidrostático

51 Coriolis

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53 Supongamos una tierra sin continentes.

54 EARTHNULLSCHOOL

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