Dinámica de las masas fluidas. Atmósfera e hidrosfera

Transcripción

1 Dinámica de las masas fluidas Atmósfera e hidrosfera

2 Introducción Las masas fluidas son la atmósfera e hidrosfera. Son la maquinaria climática, que funciona gracias a la energía del sol. Son sistemas interconectados por el ciclo del agua. El ciclo del agua es la interacción más importante de la maquinaria climática.

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4 Introducción La maquinaria climática es muy compleja y difícil de predecir. Se basa en los movimientos generados debido a la existencia de un gradiente entre dos puntos. Gradiente: diferencia que hay entre dos puntos de alguno de los parámetros (temperatura, densidad, presión o humedad)

5 Introducción La existencia de un gradiente provoca el movimiento de los fluidos para amortiguar las diferencias entre los dos puntos.

6 Introducción Los movimientos de masas fluidas pueden ser de dos tipos: Verticales: Son debidos a gradiente de temperatura y por tanto de densidad (mayor densidad a menor temperatura) El aire se calienta por la radiación infrarroja que irradia la superficie terrestre y asciende, en el ascenso se irá enfriando y descenderá. La hidrosfera se calienta por arriba por lo que no puede ascender y no hay movimientos verticales. Sólo hay en zonas concretas donde la temperatura superficial es menor.

7 Introducción Horizontales: Debidos a la desigual insolación del la superficie terrestre mayor en el ecuador, mínima en los polos.

8 La atmósfera: composición, estructura y función Composición: Gases mayoritarios: N2, O2, Ar y CO2 Minoritarios: reactivos CO, CH4, hidrocarburos, NO... ; no reactivos He, Ne, Kr, Xe, H2 Variables: vapor de agua, contaminantes, etc.

9 La atmósfera: composición, estructura y función Funciones: 1. Filtro protector: el campo magnético y las capas de la atmósfera actúan como filtro, sólo pasa radiación visible importante para fotosíntesis y dinámica de las masas fluidas. 2. Función reguladora: permite una temperatura óptima para la vida.

10 La atmósfera: composición, estructura y función Estructura: Troposfera: Capa inferior Termina en la tropopausa Espesor de entre 9km (polos) y 16 km (ecuador). También varía con las estaciones. En ella se concentran el 80% de los gases necesarios para la vida. La presión atmosférica es mayor en las zonas bajas. La temperatura disminuye con la altura Gradiente vertical de temperatura (GVT) 0,65º/100m

11 La atmósfera: composición, estructura y función Troposfera: Es la capa del efecto invernadero Es la capa del clima: en ella se forman las nubes, las precipitaciones, existen movimientos verticales, etc. (los primeros 500m se llaman capa sucia y es donde se concentran los contaminantes, el polvo en suspensión, etc responsables de los tonos rojizos al amanecer y atardecer)

12 La atmósfera: composición, estructura y función Estratosfera: Desde la tropopausa a la estratopausa a 50-60km Sólo existen movimientos horizontales de aire. No presenta nubes, sólo en los polos nubes estratoféricas polares (NEP) tenues y nacaradas formadas de hielo. En ella se encuentra la capa de ozono.

13 Capa de ozono: Ozono O3, molécula gaseosa y de olor picante que se encuentra en todala atmósfera. La mayor concentración está entre los 15-30km de altura capa de ozono. Filtra la radiación ultravioleta (UV). Los mecanismos naturales de formación y destrucción de ozono son los siguientes: 1. Ruptura de O2 a causa dela luz UV : O2 +UV O + O 2. Formación de ozono: O2 + O O3 + calor 3. Destrucción por fotolisis del ozono O3 + UV O2 + O Es un equilibrio dinámico se forma y se destruye absorbiendo el 90% de la radiación UV y liberando calor (por eso en la estratosfera sube la temperatura hasta los 0-4ºC) Los CFC alteran este equilibrio provocando la destrucción de ozono.

14 La atmósfera: composición, estructura y función Mesosfera: La temperatura desciende hasta los -80ºC. La densidad del aire es muy reducida pero suficiente como para que los meteoritos se inflamen por el roce estrellas fugaces.

15 La atmósfera: composición, estructura y función Termosfera o ionosfera: Hasta los 600km aproximadamente. La temperatura aumenta mucho, hasta los 1000ºC aproximadamente por la absorción de rayos X y gamma que realizan las moléculas de O2 y N2 se convierten en iones N+ y O+ (por eso se llama ionosfera) Los iones generan un campo magnético hay movimiento de iones desde esta capa cargada positivamente hasta la superficie cargada negativamente y viceversa.

16 La atmósfera: composición, estructura y función Termosfera o ionosfera: Las auroras boreales y australes se producen en esta capa por el choque de los electrones procedentes del sol contra los iones de esta capa el color depende de los iones con los que choquen y la presión atmosférica: Amarillo-verdoso cuando chocan con O a baja presión. Rojo si es a muy baja presión. Azul si es contra moléculas de N.

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18 La atmósfera: composición, estructura y función Exosfera: Hasta los 800km. Su límite se determina por su baja densidad similar a la del espacio exterior.

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20 Dinámica atmosférica vertical Los movimientos verticales en la troposfera convección. Convección térmica: El aire de la superficie se calienta y se hace menos denso asciende al ascender se va enfriando y se densifica desciende.

21 Dinámica atmosférica vertical Convección por humedad: La presencia de vapor de agua hace que sea menos denso que el aire seco (porque tiene menos componentes atmosféricos de mayor peso molecular) Punto de rocío: temperatura a la que debe enfriarseuna masa de aire para que se condense el vapor de agua que contiene y se genere escarcha, neblina o rocío (dependiendo de la Tª) Cuando una masa de aire caliente y/o humedo asciende se va enfriando hasta el punto de rocío nivel de condensación formación de nubes.

22 Dinámica atmosférica vertical Nube: millones de pequeñas gotas o partículas de hielo. Ademas de el nivel de condensación es necesario que haya núcleos de condensación polvo, humo, NaCl, Nox, H2S. Si existen muchos núcleos se pueden formar nubes con un 98% de humedad. Si existen muy pocos el agua no podrá condensarse.

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24 Dinámica atmosférica vertical Convección por cambios de presión atmosférica Presión: es la presión ejercida por la columna de aire sobre la superficie terrestre. Su valor estandara nivel del mar es 1 atm = 760mm de Hg = 1.013, 3mb La presión no siempreesla misma depende de la Tª y la humedad del aire. Isobaras (mapas del tiempo) líneas que unen puntos geográficos con la misma presión. Permiten identificar zonas de altas y bajas presiones.

25 Dinámica atmosférica vertical Convección por cambios de presión atmosférica Presión: es la presión ejercida por la columna de aire sobre la superficie terrestre. Su valor estandara nivel del mar es 1 atm = 760mm de Hg = 1.013, 3mb La presión no siempreesla misma depende de la Tª y la humedad del aire. Isobaras (mapas del tiempo) líneas que unen puntos geográficos con la misma presión. Permiten identificar zonas de altas y bajas presiones.

26 Dinámica atmosférica vertical Borrasca, condición ciclónica o inestabilidad atmosférica: Es una zona de bajas presiones B Se produce cuando una masa de aire poco denso (por su temperatura o humedad) asciende zona de baja presión. El espacio vacío es ocupado por vientos que se mueven desde el exterior al centro de la borrasca y gira en sentido opuesto a las agujas del reloj en nuestro hemisferio.

27 Dinámica atmosférica vertical Las condiciones de inestabilidad favorecen la dispersión de contaminantes. Suelen ir acompañadas de precipitaciones (también eliminan contaminantes al caer)

28 Dinámica atmosférica vertical Anticiclón o condición de estabilidad atmosférica: Es una zona alta presión A Se origina cuando una masa de aire frío (denso) desciende hasta contactar con el suelo aumenta la presión y el viento tiende a salir desde el centro hacia el exterior girando en el sentido de las agujas del reloj

29 Dinámica atmosférica vertical Los anticiclones se asocian a ausencia de precipitaciones y buen tiempo pero en invierno también determinan nieblas y heladas.

30 Dinámica atmosférica vertical Inversión térmica: El GVT es de 0,65º/100m de altura cada 100m desciende la Tª 0,65 ºC Varía con la estación, altura, latitud En ocasiones cambia de signo inversión térmica. Inversión térmica: La temperatura aumenta con la altura (GVT es negativo) Impiden los movimientos verticales del aire Pueden presentarse a cualquier altura de la troposfera. También hay inversiones térmica ocasionales noches de invierno el suelo más frío y enfría la atmósfera inmediata que está más fría que la superior.

31 Dinámica atmosférica vertical Los anticiclones invernales están relacionados con la formación de inversiones térmicas en la atmósfera inferior. Problema para la dispersión de contaminantes

32 La hidrosfera Capa de agua que recubre 2/3 de la superficie de la Tierra. El 97% se encuentra en los océanos, el resto en forma de agua superficial, hielo, aguas subterráneas y en la atmósfera.

33 La hidrosfera La salinidad del agua de mar es de media 35g/l. Siendo las sales principales el NaCl y SO4 en menor medida. La composición del agua dulce es muy variable y depende de los terrenos por los que discurra.

34 Dinámica de las masas fluidas a escala global La irradiación solar es mucho mayor en el ecuador que en los polos la presencia de masas fluidas (atmósfera e hidrosfera) permite amortiguar esas diferencias. El transporte de calor desde las zonas de superávit a las de déficit se produce por la acción de vientos y corrientes oceánicas.

35 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica Viento superficial Divergente en Anticiclones Convergente en Borrascas Cuando un A y una B se encuentran próximos El viento superficial sopla de los A a las B El viento en altura lo hace en sentido contrario La trayectoria del viento no es rectilínea el relieve y el efecto Coriolis la desvían.

36 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica Cuanto más juntas están las isobaras, más fuerte sopla el viento.

37 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica A. El efecto Coriolis Consecuencia del giro de la Tierra en sentido antihorario. No tienen valor constante, es máximo en los polos y disminuye hasta llegar al ecuador donde se anula. Si nos dirigimos del Ecuador al Polo Norte nuestra trayectoria se desvía a la derecha.(también del Polo Norte al Ecuador) Ocurre lo contrario en el Hemisferio Sur la desviación es a la izquierda.

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39 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica A. El efecto Coriolis Los vientos circulan de los A a las B pero al ser desviados por la fuerza de Coriolis Giro en sentido horario en torno a los A y antihorario en torno a las B.

40 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica A. El efecto Coriolis

41 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica B. Circulación general de la atmósférica El calentamiento del sol en zonas ecuatoriales aire caliente que asciende zona baja presión borrascas ecuatoriales.

42 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica B. Circulación general de la atmósférica En las zonas polares las bajas temperaturas aire frío pegado al suelo zona alta presión anticiclón polar permanente. Teóricamente: El aire en superficie se movería desde los A polares a las B ecuatoriales El aire en altura se movería desde las B ecuatoriales a los A polares.

43 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica B. Circulación general de la atmósférica En realidad el efecto Coriolis produce una desviación que hace que se formen tres células: 1. Célula de Hadley: - El aire caliente del ecuador asciende en dirección a los polos pero a los 30º de latitud N o S la desviación hace que se fragmente y descienda hacia el suelo cinturón de anticiclones subtropicales mayores desiertos del planeta. - El Anticiclón de los Azores es el que condiciona el clima de nuestro país.

44 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica B. Circulación general de la atmósférica - La célula se cierra gracias a los alisios vientos superficiales que van hacia el ecuador donde convergen los de ambos hemisferios ZCIT (zona de convergencia intertropical) 2. Célula polar: - El viento de superficie de los anticiclones polares llega hasta los 60º de latitud donde se eleva de nuevo borrascas subpolares.

45 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica atmosférica B. Circulación general de la atmósférica 3. Célula de Ferrel - Entre las dos anteriores se forma por los vientos superficiales del oeste (westerlies) que soplan desde los anticiclones desérticos a las borrascas polares.

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47 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera La hidrosfera actúa como regulador térmico alto calor específico almacena más tiempo el calor. A igual latitud las zonas costera menor amplitud térmica por el efecto termorregulador del agua y por las brisas marinas.

48 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera A. El agua oceánica Es un mecanismo de transporte de calormuy eficaz (ocupa las ¾ partes del planeta) papel sobre el clima muy importante. Hay dos tipos de corrientes oceánicas: superficiales y profundas.

49 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera A. El agua oceánica Corrientes oceánicas superficiales Dependen del viento que a su vez depende de anticiclones y borrascas gira en sentido horario en torno a anticiclones en HN.

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51 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera A. El agua oceánica Corrientes oceánicas profundas Dependen de la densidad del agua, que es mayor si está más fría y/o salada. El agua más fría o salada de la superficie es más densa (Ej: por frío, mayor evaporación=mayor salinidad) desciende la del fondo aflora. Si la superficial no es más fría ni más salada (ej: aporte de agua dulce) No hay movimientos.

52 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera B. Océano Global la cinta transportadora oceánica Corriente que recorre la mayoría de océanos del planeta. Comienza en las proximidades de Groenlandia agua fría y salada = densa. En la primera mitad de su trayectoria lo hace como corriente profunda debido a su densidad. En la segunda se hace superficial, condicionada por los vientos.

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54 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera B. Océano Global la cinta transportadora oceánica Compensa la diferencia de temperatura y salinidad entre el Atlántico y el Pacífico. Regula la cantidad de Co2 atmosférico más soluble en agua fría se disuelve y sumerge en zonas de groenlandia aflora unos 1000 años después en zonas de afloramiento.

55 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera C. El fenómeno del Niño Denominado también Oscilación Meridional o ENSO Hay tres situaciones posibles: ENSO neutral: Es la situación normal. Los alisios soplan de este a oeste empujan hacia el oeste el agua superficial del PacíficoSur. El nivel del mar medio metro más en Indonesia que Perú y Ecuador.

56 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera C. El fenómeno del Niño El descenso del nivel de mar afloramiento de agua profunda con nutrientes aumenta el fitoplancton aumenta la pesca. Los alisos parten de un anticilón próximo a la isla de Pascua y concluye próximo al continente asiático provocando precipitaciones y tifones.

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58 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera C. El fenómeno del Niño El Niño Se produce por el calentamiento (0,5ºC) de las costas de Perú. Suele alcanzar valores máximos en Navidad y dura entre 9 y 18 meses. Los alisios amainan el agua no se desplaza y se caldea caldea la atmósfera borrasca nubes en costas peruanas (normalmente árida) no hay afloramientos profundos la riqueza pesquera decae.

59 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera C. El fenómeno del Niño El Niño En Indonesia, Australia y filipinas anticiclón = intensas sequías. Origen desconocido. Posibilidad menos contraste térmico a causa del cambio climático.

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61 Dinámica de las masas fluidas a escala global Dinámica de la hidrosfera C. El fenómeno del Niño La Niña Exageración de la situación normal los alisios soplan con mayor intensidad. Se asocia con descensos de la temperatura del Pacífico Oriental- Central. Se produce cada 3 o 5 años y dura entre 1 y 3 años.

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64 El clima: concepto y parámetros Climatología: ciencia que estudia el clima. Clima: conjunto de fenómenos de tipo meteorológico que caracterizan la situación y el tiempo atmosférico en un lugar de la Tierra. No hay que confundir clima con tiempo atmosférico temperatura, nubosidad, precipitación, viento en un momento determinado.

65 El clima: concepto y parámetros El clima se calcula a partir de valores de tiempo atmosférico recogidos durante años. El clima depende de: latitud, altitud, continentalidad, orientación respecto a los vientos Para comprender clima climogramas

66 El clima: concepto y parámetros Precipitación y sus tipos