Dinámica de las masas fluidas. Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º Bachillerato Cristina Martín Romera

Transcripción

1 Dinámica de las masas fluidas Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º Bachillerato Cristina Martín Romera

2 Las capas fluidas - Atmósfera: Es el sistema compuesto por gases que envuelve a la Tierra. - Hidrosfera: Es el sistema constituido por el agua que se encuentra bajo y sobre la superficie terrestre. Ambos sistemas son los más relevantes para el funcionamiento del sistema climático. Máquina climática que funciona con la ENERGÍA SOLAR

3 Interacciones entre ambos sistemas El ciclo del agua

4 Funcionamiento Gradiente: Es la diferencia existente entre dos puntos de los parámetros atmosféricos (temperatura, presión y humedad). La existencia de estos contrastes genera un movimiento de circulación del fluido, mediante el cual se tiende a amortiguar estas diferencias. Cuanto mayor sea el gradiente entre dos puntos más vigorosa será la circulación del viento en el caso de la atmósfera y de las corrientes oceánicas en el caso de la hidrosfera. Densidad Movilidad Calor E. Conducción Atmósfera Menor Fácil Mayor Poca Hidrosfera Mayor Difícil Menor Mayor Esta circulación se puede hacer mediante dos tipos de movimientos: a) Verticales: Dependen de la temperatura y por lo tanto de la densidad. La circulación se inicia por la capacidad para conducir calor. Aire Agua b) Horizontales: Desplazamiento de agua o aire en dos zonas geográficas distintas por desigual insolación.

5 Origen y Composición de la atmósfera La atmósfera es la capa de gases que rodea a la Tierra. ORIGEN Cuando la Tierra se formó hace 4500 millones de años, estaba formada por un núcleo incandescente rodeado de una nube de gas y polvo. El planeta se fue enfriando formando una superficie sólida con numerosos gases en su interior. La intensa actividad volcánica liberó parte de esos gases que se acumularon dando lugar a la primera atmósfera, N 2, CO 2, H 2 O y NH 4.

6 Origen y composición de la atmósfera La temperatura siguió bajando y el vapor de agua se condensó formando la hidrosfera. Aparecen los primeros seres microscópicos iniciándose importantes procesos bioquímicos.

7 Origen y composición de la atmósfera La aparición de los primeros organismos fotosintéticos provocó un cambio importante al incorporar a la atmósfera el oxígeno. Tras la aparición de los seres vegetales fotosintéticos pudieron aparecer los seres vivos animales que respiraban O 2

8 Composición de la atmósfera Componentes mayoritarios Componentes minoritarios: Reactivos y no reactivos (gases nobles)

9 Composición de la atmósfera Vapor de agua (H 2 O): -Procede de la evaporación de las aguas marinas y continentales y de la transpiración de las plantas. Ozono (O 3 ): - La cantidad de ozono que hay en la atmósfera es pequeña y se concentra en una capa situada a 25 km de altura. Nitrógeno (N 2 ): -Elemento químico gaseoso a temperatura ambiente. -Símbolo N -En la atmósfera se encuentra en estado libre en moléculas del tipo N 2. Es mayoritario con un 78%. -Es un gas poco reactivo o inerte. Dióxido de carbono (CO 2 ): -Es imprescindible para que las plantas puedan realizar la fotosíntesis. - Es el producto de la respiración de las plantas y los animales, así como de la combustión de algunas de las actividades del ser humano. Oxigeno (O 2 ): -Elemento quimico gaseoso a Tª ambiente. -Símbolo O. -Se encuentra en moléculas del tipo O 2. -Es un gas muy reactivo que es imprescindible para que respiren los seres vivos. -Se produce durante la fotosíntesis de las plantas.

10 Estructura de la atmósfera. El sol emite una serie de partículas y de radiaciones electromagnéticas. La atmósfera hace de filtro de estas radiaciones : - Deja pasar las de baja frecuencia (radio, espectro visible) - No deja pasar las de alta frecuencia (gamma, rayos X y UV)

11 Estructura de la atmósfera Muy baja densidad atmosférica. No se capta la luz del sol y se oscurece La temperatura aumenta por la absorción de las radiaciones de onda corta. El N y O se transforman en iones. En ella se forman las auroras boreales. Se inflaman los meteoritos dando lugar a las estrellas fugaces. Se encuentra la capa de ozono. Solo se dan MH no MV. Se forman las nubes estratosféricas. Se concentra el 80% de los gases que posibilitan la vida. Disminuye la temperatura. GV. Efecto invernadero. Capa del clima. Capa sucia.

12 La capa de ozono p.pdf O 2 + UV ----> O + O (1) O + O > O 3 (2) Formación del ozono O 3 + UV ----> O + O 2 (3) O + O > O 2 + O 2 (4) Destrucción del ozono Formación del ozono: Como se observa en la reacción (1), los enlaces de la molécula de oxígeno se pueden romper al absorber la energía de un fotón de radiación ultravioleta de longitud de onda menor de 240 nm, formando dos átomos de oxígeno libres. En (2) un átomo de oxígeno libre reacciona con una molécula de oxígeno formando una de ozono. Destrucción del ozono: En (3) se observa que las moléculas de ozono absorben radiaciones ultravioleta de menos de 320 nm, rompiéndose en moléculas de oxígeno más átomos de oxígeno libres. Los átomos de oxígeno libres reaccionan con más moléculas de ozono (4) formándose oxígeno molecular. La mayor parte del ozono atmosférico se encuentra concentrado en la estratosfera, aunque también podemos encontrar ozono en la troposfera en la que constituye un contaminante.

13 Funciones de la atmósfera Actúa como filtro protector reteniendo las radiaciones nocivas de alta frecuencia en las capas altas de la atmósfera y en la capa de ozono. Contiene los gases imprescindibles para la actividad de los seres vivos: dióxido de carbono para realizar la fotosíntesis, el oxígeno para realizar el proceso de la respiración y obtener energía. Regula la temperatura: Mantiene unas condiciones que permite la vida pues algunos de sus gases (invernadero) conservan el calor lo que determina una temperatura media anual de unos 15 ºC. En ella se producen los fenómenos meteorológicos: que actúan sobre el planeta y condicionan a los organismos vivos. Protege la superficie terrestre contra la caída e impacto de cuerpos sólidos como los meteoritos. Estos objetos celestes se desintegran por el rozamiento al entrar en contacto con la atmósfera.

14 Dinámica atmosférica Se debe a la convección. Esta puede ser: a) Convección térmica. El aire más caliente y menos denso tiende a elevarse formando corrientes térmicas ascendentes, y el frío y más denso tiende a descender. Más caliente Más frío Menos denso Más denso a) Convección por humedad: la presencia de vapor de agua hace al aire menos denso, ya que contiene una menor proporción de los otros componentes atmosféricos de mayor peso molecular. La humedad podemos medirla de dos maneras: Más húmedo Más seco Menos denso Más denso Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua en gramos que hay en un metro cúbico de aire g/cm 3. Depende de la temperatura. Humedad relativa: Es la cantidad en tanto por cien de vapor de agua que hay en un metro cúbico de aire en relación con la máxima que podría contener a esa temperatura.

15 Curva de saturación Sobre la curva de saturación la humedad relativa es del 100% Líquido Series Vapor Una masa de aire al ascender disminuye su temperatura por lo que en algún momento alcanza la curva de saturación o temperatura de rocío. Si sigue disminuyendo la temperatura el vapor de agua se condensa y se forma una nube. Para que se forme la nube es necesario que existan en la atmósfera núcleos de condensación.

16 Movimientos verticales debidos a la presión atmosférica. La presión atmosférica se define como la presión que ejerce una columna de aire sobre la superficie terrestre. Esta presión puede variar de un punto a otro geográfico en función de la humedad y la temperatura. Las líneas que unen puntos con la misma presión atmosférica se denominan isobaras. Se pueden dar dos situaciones: - Zonas de alta presión o anticiclones. Cuando nos encontramos una zona de alta presión rodeada de isobaras cuya presión va descendiendo hacia el exterior. - Zonas de baja presión o borrascas. Cuando nos encontramos una zona de baja presión rodeada de isobaras cuya presión va aumentando hacia el exterior.

17 Movimientos verticales debidos a la Anticiclón: Cuando una masa de aire frío mas denso se halla situada a cierta altura tiende a descender hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto se acumula mucho el aire y se forma una zona de alta presión. El aire tiende a salir hacia el exterior. Borrasca: Cuando una masa de aire poco denso (cálida) comienza a elevarse deja un hueco que aprovecha el aire frío de alrededor que entra hacia el centro de la borrasca. presión atmosférica

18 Movimientos verticales debidos a la presión atmosférica El aire se mueve desde las zonas de alta presión hacia las de baja presión, por lo que tiende a ir desde los anticiclones a las borrascas, con una pequeña desviación por el efecto desviatorio de Coriolis, lo que da un movimiento espiral que tiene el mismo sentido que las agujas del reloj en el hemisferio norte y sentido antihorario en el hemisferio sur. Cuanto mayor sea el número de isobaras que hay entre un anticiclón y una borrasca y más próximas estén, mayor es la diferencia de presión entre ambos y por tanto más fuertes son los vientos.

19 Vientos 3cdPo&feature=related ery=la+atmosfera&aq=f

20 Gradientes verticales Llamamos gradiente vertical a la diferencia de la temperatura entre dos puntos situados a una diferencia de altitud de 100 m. Existen tres tipos de gradientes verticales: - Gradiente vertical de temperatura (GVT) - Gradiente adiabático seco (GAS) - Gradiente adiabático saturado o húmedo. A. Gradiente vertical de temperatura (GVT) Es la variación vertical en la temperatura del aire en condiciones estáticas. Es de 0,65 ºC/100 m. Es un valor variable que depende de la altura, latitud, estación, Se pueden dar inversiones térmicas, es decir que hay aire cálido por encima de aire frío.

21 Gradientes verticales B. Gradiente adiabático seco (GAS). Este gradiente es dinámico ya que afecta a una masa de aire que se encuentra realizando un movimiento en vertical por estar en desequilibrio con el aire que la rodea. Se denomina seco porque lleva al agua en forma de vapor. Su valor es de 1ºC/100m. El aire es un mal conductor y por lo tanto no se producirá intercambio de calor (adiabático) entre la masa de aire dinámica y la que la envuelve (masa estática). El movimiento cesará cuando se igualen las temperaturas de dentro de la masa y fuera. Por qué varía la Tª con los movimientos verticales? Por que varía la presión. C. Gradiente adiabático saturado o húmedo (GAH). Se produce cuando la masa de aire en movimiento alcanza el punto de rocío. Se satura y el vapor de agua se condensa. Su valor suele ser de 0,3 y 0,6ºC/100 m.

22 Gradientes verticales. Condiciones de estabilidad e inestabilidad atmosféricas Condiciones de inestabilidad - borrascas: Se produce cuando una masa de aire asciende conforme al GAS en el seno de una masa de aire estática cuya variación es el GVT. - Para que el ascenso se produzca la temperatura de la masa de fuera debe ser siempre más fría (más densa) que la interior, esto es GVT> GAS

23 /inversion-termica-niebla-ctm/ Gradientes verticales. Condiciones de inestabilidad y estabilidad atmosféricas. Condiciones de estabilidad Anticiclón. Se produce por el descenso de una masa de aire fría más densa. Se pueden dar dos situaciones: a) Que el GVT sea positivo y menor que el GAS: No se producen movimientos verticales ya que la masa dinámica es más fría que la masa que la envuelve. No se produce ascenso y no hay precipitaciones. b) Que el GVT sea negativo : Se produce un fenómeno de inversión térmica que forma nubes a ras de suelo llamadas NIEBLA.

24 Ejercicio 4 A: Puede haber movimientos verticales hasta una altura de 500 m, por lo que hasta ahí habrá una inestabilidad y los contaminantes podrán ascender hasta esa altura y allí se acumularán puesto que por encima de los 500 metros la masa de aire tiende a descender. B: En superficie hay estabilidad lo que provocará una acumulación de la contaminación por aplastamiento contra el suelo.

25 Ejercicio 5 a) GVT disminuye más lentamente que el GAS. GVT<GAS. El aire de dentro que es el dinámico se enfría más rápido que el de fuera luego no puede ascender. Condiciones de estabilidad.anticiclón. La contaminación queda atrapada. b) GVT>GAS. El aire de fuera se enfría más rápidamente que el de dentro y el aire de dentro puede ascender. Inestabilidad. Borrasca. Dispersión de contaminación. c) Cerca de la superficie se produce una inversión térmica. Estabilidad térmica porque esta masa de aire caliente no deja ascender a las masas de aire frío. d) La inversión térmica está a mayor altura lo que indica que al principio las masas pueden ascender (Inestabilidad) hasta el punto donde se cruzan. A partir de este punto dichos movimientos se ven interrumpidos (estabilidad)

26 Dinámica de las masas fluidas a escala global El transporte de calor desde las zonas de superávit de calor (Ecuador) hasta las de déficit (polos) es facilitado por la acción de los vientos y de las corrientes oceánicas y dificultado por la presencia de masas continentales. A. Dinámica atmosférica. La circulación horizontal es llevada a cabo por el viento. Si un anticiclón y una borrasca se encuentran próximos, el viento superficial sopla desde los anticiclones a las borrascas mientras que por la parte superior lo hace en sentido contrario. El efecto Coriolis: Es consecuencia del movimiento de rotación terrestre y de su sentido de giro antihorario. Es máxima en los polos y nula en el Ecuador. Todos los meridianos giran en la rotación. Según nos acercamos a los polos los meridianos son más pequeños por lo que tendrán que girar a menor velocidad que las de mayor tamaño..swf

27 Si consideramos un móvil que sale del Ecuador y se dirige hacia el polo Norte, a medida que va avanzando en latitud, se va encontrando con un suelo que cada vez gira más despacio, por lo que tiende a adelantarse en rotación y como consecuencia se desvía a la derecha de su trayectoria. Si el móvil parte del polo norte y se dirige hacia el ecuador se encontraría con un suelo que cada vez gira más deprisa, por lo que iría quedando rezagado respecto a la velocidad de rotación de cada punto, desviándose también a la derecha.

28 Circulación general de la atmósfera Aire polar Aire templado Desiertos Aire tropical

29 A B A B A B A

30 Dinámica de la hidrosfera La hidrosfera actúa como regulador térmico debido a su alto calor específico. Los océanos se calientan y enfrían más lentamente que los continentes. La amplitud térmica de las zonas costeras será menor que en zonas del interior debido a las brisas marinas.

31 Dinámica de la hidrosfera En las zonas de interior al enfriarse mucho el suelo en invierno el aire situado justo encima también se enfría por lo que tiende a aplastarse contra el suelo, originando un anticiclón continental permanente. Las corrientes oceánicas constituyen un mecanismo de transporte de calor muy eficaz, por lo que su papel en el clima terrestre es de gran importancia. Las corrientes pueden ser: a) Superficiales: Se deben a la influencia de los vientos que se generan en las células convectivas atmosféricas y al efecto de Coriolis. - Los vientos del oeste forman corrientes superficiales llamadas corrientes frías. Soplan de oeste a este. - Los vientos alisios desplazan gran cantidad de agua templada y se las conoce como corrientes cálidas. Soplan de este a oeste. - Los vientos polares también ejercen su influencia provocando corrientes superficiales frías en las zonas circumpolares que circulan de este a oeste.

32 Dinámica de la hidrosfera

33 Dinámica de la hidrosfera b) Corrientes profundas: Originadas por las diferencias de densidad del agua, que es mayor cuanto más fría y/o salada esté tendiendo a hundirse para dar lugar a la circulación termohalina en vertical. Las corrientes marinas profundas se originan en los polos y se dirigen al ecuador. Estas corrientes profundas van por debajo de la termoclina. Termoclina: Se trata de una capa dentro de un cuerpo de agua donde la temperatura cambia rápidamente con la profundidad. Son mucho más lentas que las corrientes superficiales, el agua que se hunde y pasa a formar parte de una de estas corrientes puede tardar años en volver a la superficie. Cuando emergen (zonas de afloramiento) llevan consigo gran cantidad de nutrientes dando lugar a regiones muy productivas.

34 Dinámica de la hidrosfera. La cinta transportadora oceánica. La cinta transportadora oceánica: Es una especie de río de agua que recorre la mayoría de los océanos del planeta. En la primera mitad de su trayectoria, lo hace como corriente profunda, condicionada por la densidad, y en la segunda, en forma de corriente superficial, supeditada a la acción de los vientos. Compensa el desequilibrio de salinidad y regula la cantidad deco 2

35 Dinámica de la hidrosfera. Fenómenos El Niño y La Niña. El Niño: Se debe a un excesivo calentamiento superficial de las aguas del Pacífico oriental junto a las costas del Perú. Ocurre cada 3-5años alcanzando los valores máximos en Navidad. Se produce cuando los vientos alisios amainan y no arrastran el agua de la superficie. Esta se caldea y se forma una borrasca quedándose las nubes sobre la zona central del océano Pacífico. La lluvias del sureste asiático se desplazan hacia el Pacífico y las costas americanas provocando sequías en Asia. No se produce afloramientos porque persiste la termoclina y la riqueza pesquera decae. Se ignora la causa se relaciona con aumento de la actividad volcánica en las dorsales oceánicas. La Niña: Los alisios soplan con más intensidad que lo habitual, por lo que se produce un descenso de la temperatura. Se produce también cada 3-5 años. Origina lluvias torrenciales y aumento de los tifones en Indonesia y Australia.

36 Fenómeno el Niño.

37 Fenómeno La Niña