Interacción océano-atmósfera

Transcripción

1 Interacción océano-atmósfera J. Rubén González Cárdenas Las distintas capas de la atmósfera se definen por la variación vertical de la temperatura; en ellas se considera que ésta se mantiene estable, sin variaciones significativas. Sin embargo, las alturas de las capas con respecto a la superficie terrestre no se mantienen siempre constantes sino que varían en el tiempo y espacio por lo que sus distancias se dan en medidas promedio. En la troposfera, la capa más baja, la temperatura disminuye con la altura. En cambio, en la estratosfera, que llega hasta un límite superior de 50 km, la temperatura va en aumento. En la siguiente capa, la mesosfera, que llega hasta los 90 km, la temperatura va en descenso y en la que le sigue, la termosfera, que llega hasta los 160 km, la temperatura asciende de nueva cuenta con la altura. En esta capa destaca una región llamada ionosfera que se extiende por varias capas superiores, desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más, rica en ozono y que impide la entrada de los rayos ultravioleta en las capas inferiores de la atmósfera. Por encima de la termosfera están la exosfera y la magnetosfera, que ocupan una región entre los 100 y los 65,000 kilómetros, que es donde empieza la capa de mezcla entre la atmósfera terrestre y la del Sol. A los intervalos entre las capas en los que cambia la tendencia de la temperatura, se les denomina pausas debido a que el nombre de la capa se conserva. Debemos decir que estas clasificaciones son completamente arbitrarias tomadas en función de mediciones de temperatura in situ este es el parámetro mas adecuado para diferenciar las capas debido a que no presenta cambios críticos; por ello la caracterización de cada capa no se hace en términos de kilómetros de altura sino en grados de temperatura. Aunque la temperatura se asume como estable, la localización exacta de cada capa variará irremediablemente (aunque definitivamente no de forma significativa) dependiendo entre otras cosas de la densidad de la atmósfera en el lugar geográfico de la medición, y de la temperatura emitida por la Tierra en forma de calor latente hacia al espacio. Aun así la distribución de las capas según la temperatura sí es constante.

2 La capa donde se concentran casi todos los fenómenos meteorológicos que influyen en nuestra vida diaria es la troposfera, por su cercanía a la superficie terrestre. Ésta llega hasta un límite superior o tropopausa situado a 9 km de altura en los polos y a 18 km en el ecuador. En ella existe una relativa abundancia de agua y se producen los movimientos verticales y horizontales de las masas de aire que dan origen a los vientos. Es la zona de las nubes y donde se originan fenómenos climáticos como lluvias, vientos o cambios de temperatura, por lo que es la capa de más interés para la ecología. Cuando la radiación solar hace contacto con la Tierra, se encuentra en la región corta del espectro electromagnético; es decir, tiene una longitud de onda corta y, por lo tanto, una fracción de esta radiación es reflejada y/o absorbida primeramente por los aerosoles presentes en las capas altas de la atmósfera. El término aerosol o partícula se utiliza a veces indistintamente, ya que los aerosoles atmosféricos se definen como dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire. La propiedad de los aerosoles que más afecta a los procesos de dispersión radiactiva atmosférica es su composición química; la cual varía mucho de unas partículas a otras, dependiendo fundamentalmente de su origen: tanto si provienen de fuentes naturales o de fuentes antropogénicas, como si son aerosoles primarios (emitidos directamente a la atmósfera) o secundarios (formados en ésta a través de procesos fisicoquímicos). Las partículas de polvo procedentes del suelo contienen, principalmente, compuestos de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de la combustión del carbón, petróleo y madera contiene muchos compuestos orgánicos. Las nubes absorben una cantidad muy importante de radiación solar debido a su alto contenido de vapor de agua entre otros compuestos. La absorción y dispersión de radiación solar se debe a que los gases de estas capas absorben cierta energía (de manera selectiva dentro del espectro; en algunas longitudes de onda la absorción de energía solar es mayor que en otras) según su composición. Por ejemplo, el nitrógeno, el elemento más abundante de la atmósfera, absorbe muy poca energía solar con longitud de onda de entre 0.2 y 2 micrómetros; por otro lado, el oxígeno y el ozono absorben eficazmente la radiación ultravioleta (cuya longitud de onda es menor de 0.29 micrómetros). El vapor de agua presente en las capas media y baja de la atmósfera terrestre absorbe también una parte significativa de la energía solar.

3 Únicamente cerca del 25 por ciento de la radiación producida por el Sol penetra directamente en la superficie terrestre sin ningún tipo de interferencia de la atmósfera. Esta energía es absorbida por la corteza terrestre y por los océanos; y otra parte es reflejada de nuevo al espacio en forma de calor latente (energía de onda larga). Este fenómeno da lugar al ciclo hidrológico mediante el que se forma y condensa la humedad en la troposfera, dando lugar a las nubes y, por ende, a las precipitaciones. La relación entre la atmósfera y el océano tiene lugar en la troposfera. Como vimos, la superficie de la Tierra absorbe y refleja el calor producido por la radiación solar calentando la atmósfera. Ambos fenómenos, la absorción y la reflexión de calor, influyen en las condiciones del clima, pues regulan la cantidad de gases y de vapor de agua en la atmósfera. Se puede considerar que la atmósfera y los océanos tienen el mismo origen, pues poseen casi el mismo tipo de constituyentes químicos; sin embargo, la superficie del océano es muy versátil e inestable y de una enorme complejidad. Fig.1 Balance energético terrestre. Existe un intercambio constante en la frontera aire-mar de compuestos químicos suspendidos, de energía sobre todo calorífica y de impulsos (momentum) representados por los vientos. Este intercambio tiene un interés particular si se toman en cuenta las variadas sustancias que fluyen a través de la superficie oceánica y de la atmósfera y la influencia que estas sustancias tienen sobre los fenómenos que suceden en ambos medios. Por ejemplo, el vapor de agua, los gases como el oxígeno y

4 bióxido de carbono, y los diferentes tipos de sales involucrados en este intercambio básicos para los sistemas biológicos del océano. La energía producida por el intercambio de calor entre el océano y la atmósfera, constituye un verdadero motor térmico. Dicho intercambio es responsable de que existan diferentes temperaturas en los polos y en el ecuador que provocan la circulación de las masas de aire en la atmósfera y de las aguas en los océanos. Gracias a este calentamiento diferencial la temperatura se mantiene más o menos constante en las diferentes regiones de la Tierra. En la dinámica total del calor de la Tierra intervienen: la zona de interacción mar-aire, la energía solar proveniente del espacio que atraviesa la atmósfera y es absorbida por el océano, los océanos que calientan la atmósfera que los cubre, y luego la atmósfera que transporta la energía a las regiones polares, donde puede ser emitida al espacio en forma de radiación de onda larga. En conjunto, la Tierra gana y pierde calor por los cambios en las radiaciones solares conocidas como flujo solar o insolación. El balance térmico de la Tierra depende de la energía que le llega del Sol y de la que ella devuelve al espacio. En las latitudes bajas, el ingreso de la energía proveniente de Sol es mayor que la emisión de energía al espacio por radiación; en latitudes altas, en cambio, el ingreso de energía proveniente del Sol es menor que la emisión al espacio. Otro intercambio en la capa límite mar-aire es el que protagoniza la presencia de los vientos sobre la superficie oceánica, a este fenómeno se le asocia el término físico de momentum, pues existe en él cierto transporte de masa e intercambio de energía mecánica. Estos se producen por la acción del calor procedente del Sol y por las diferencias de presión en la superficie de la Tierra, factores que hacen que el aire produzca viento al moverse y que su acción turbulenta provoque que los gases atmosféricos se mezclen, creando el aire que respiramos. El viento fluye en una dirección que va del lugar de mayor presión atmosférica al de menor presión. En la dirección de los vientos interviene el movimiento de rotación de la Tierra, y la velocidad de éstos se modifica por su rozamiento con la superficie de los continentes y los océanos. La velocidad del viento provoca también que aumente rápidamente la evaporación en la superficie oceánica ocasionando un aumento en la energía calorífica de la parte media de la atmósfera. El

5 aumento de esta energía da lugar a las tormentas. A medida que éstas avanzan, se incrementa la evaporación y enormes masas errantes de aire con abundante vapor de agua van cambiando a su paso el clima de las áreas por las que pasan, dando lugar, entre otras cosas, a grandes precipitaciones. Otro tipo de intercambio de energía entre la atmósfera y el océano es la presión (rozamiento o estrés) que ejercen los vientos sobre la superficie del agua y que podemos interpretar como el arrastre que hace el viento sobre la superficie marina; tiene dos componentes: vertical y horizontal. Ambas juegan un papel importante y su resultado principal son las olas y las corrientes marinas. La energía mecánica que resulta de estas presiones puede levantar enormes olas y ocasionar grandes corrientes oceánicas, lo que produce importantes cambios en el clima de las zonas costeras y los continentes. En conclusión, la interacción océano atmósfera es fundamental para el entendimiento del clima terrestre y de sus efectos y consecuencias para todos nosotros. Se trata, pues, de un ciclo que es puesto en funcionamiento por el Sol y que ocasiona intercambios y balances de energía a lo largo de todo el globo que determinan la configuración del clima, el mantenimiento de la temperatura terrestre actual, la circulación del aire y la formación de los fenómenos asociados con ella (huracanes, tornados, nortes ). REFERENCIAS: Introduction to dynamic atmospherics. Holton.1996 physical oceanology. Robert Stewart Introduction to