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• María Pérez

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1. LA ATMOSFERA 1.1. CONCEPTO La atmósfera es la capa de gases que se encuentra alrededor de la Tierra, evitando que los rayos del sol la atraviesen, protegiendo la vida sobre la Tierra, absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta en la capa de ozono. La altura de la atmósfera de la Tierra es de más de 100 km, aunque más de la mitad de su masa se concentra en los seis primeros kilómetros y el 75 % en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria. La masa de la atmósfera es de 5,1 x 1018 kg. “La atmósfera está formada en un 78% de nitrógeno, en un 21% de oxígeno, en un 1% de vapor de agua y en una cantidad ínfima de otros gases como el argón o el monóxido de carbono”

Diagrama general de la Atmosfera (Miller, 1991)

1.2.

CAPAS DE LA ATMOSFERA

Troposfera

Esta es la capa de la atmósfera más cercana a la superficie de la Tierra, se extiende hacia arriba aproximadamente de 10 a 15 km. Contiene el 75% de la masa atmosférica. La temperatura y la presión baja a mayor altura por la troposfera. En la parte más alta de la troposfera la temperatura alcanza un mínimo estable. Algunos científicos llaman “capa térmica” o “una trampa fría” debido a que este es el punto donde el vapor de agua no puede ir más alto, ya que cambia a hielo y es atrapada. Si no hubiera una trampa fría, la Tierra podría perder toda su agua. El calentamiento desigual de las regiones de la troposfera por el Sol causa la convección de corrientes y vientos. La tropopausa actúa como una barrera invisible y es la razón por la que dentro de ella se formen nubes y el fenómeno del tiempo. Estratosfera

Esta capa se encuentra encima de la troposfera y tiene una profundidad de 35 km aproximadamente. Se extiende desde la superficie de la tierra de 15 a 50 km. La estratosfera es más caliente en la parte superior que en la inferior. La parte más baja tiene una temperatura constante pero la parte de arriba se incrementa con la altitud debido a la absorción de los rayos solares por ozono. Por lo tanto, la situación de la temperatura es la contraria a la que sucede en la troposfera. Mesosfera

Directamente encima de la estratosfera extendiéndose por encima de la superficie de la Tierra de 50 a 80 km se encuentra la mesosfera, una capa fría cuya temperatura decrece al incrementarse la altitud. En esta capa la atmósfera está muy enrarecida, pero aún así es lo suficientemente gruesa como para enlentecer a los meteoritos de precipitarse en la atmósfera, donde se queman, dejando rastros de fuego en el cielo nocturno. Termosfera

La termosfera se extiende desde la superficie de la Tierra a 80 km hacia el espacio exterior. La temperatura es caliente, pudiendo estar a miles de grados. Está formada principalmente por átomos cargados eléctricamente. Las pocas partículas que se encuentran presentes en esta capa cuentan con una gran cantidad de energía procedente del Sol. A la termosfera le corresponde una zona donde no hay distribución uniforme de gases. En otras palabras, los gases no están bien mezclados; no obstante, están estratificados en capas, en concordancia con sus masas moleculares. En contraste con los gases de la homosfera (consiste en la troposfera, estratosfera y mesosfera) que están distribuidos uniformemente.

En esta capa rebotan las ondas radioeléctricas de radios y televisores y pueden llegar de un punto a otro del planeta sin perderse en el espacio. Exosfera

La última capa de la atmósfera de la Tierra es la exosfera. Es la que une el espacio exterior con las capas más interiores. Se trata por tanto de la capa menos densa y sirve de transición hacia una zona sin gases ni gravedad aparente. En esta zona la acción de la gravedad es mínima de modo que algunos gases muy ligeros pueden llegar a escapar de su acción y perderse en el espacio interplanetario. Es precisamente en esta franja atmosférica en la que orbitan algunos satélites meteorológicos y otros satélites artificiales lanzados por el hombre.

2. CIRCULACION GENERAL DE LA ATMOSFERA 2.1. CONCEPTO Se refiere al estudio de recorrido, enfocándonos en los movimientos de las masas de aire atmosféricas con dimensión planetaria. El movimiento de una determinada masa de aire esta condicionado por los de las masas adyacentes. Como la Tierra rota, el eje está inclinado y hay más masas de tierra en el hemisferio norte que en el hemisferio sur, el patrón global actual es mucho más complicado. la circulación global consiste en un modelo de tres células tanto para el hemisferio norte como para el sur. Estas tres células son la célula tropical, la célula de latitud media y la célula polar.

CIRCULACION GENERAL DE LA ATMOSFERA

2.2.

FRANJAS DE CIRCULACION

En cada hemisferio se forman tres grandes franjas de circulación que, mas o menos, van respectivamente del ecuador a 30º donde descienden; de esta latitud a 60º, donde ascienden y se cierran a los 30º; y desde el circulo polar al polo, donde hay una columna descendente. Podemos identificar los vientos de componente tan característicos de las zonas tropicales, y los del Oeste, usuales en las zonas templadas. La corriente en chorro, una corriente de aire, que se origina en el límite superior de la troposfera debido al contraste térmico entre dos masas de aire. De forma aplanada y fluye entre los 7.000 y 15.000 m de altitud, mayor en verano que en invierno. Alcanza 500 km/h y a veces 600 km/h.

La atmósfera, que se mueve como una gigantesca máquina térmica, donde la fuente de calor esta ubicada en una gran franja que rodea las zonas ecuatoriales, y el sumidero en las regiones polares. Esta máquina, cuyo rendimiento relativo es bajo, transforma la diferencia de calor entre las fuentes fría y caliente en energía de movimiento, o cinética, de las corrientes atmosféricas que caracterizan la circulación general;

2.3.

MOVIMIENTO DE AIRE

Las grandes masas de aire se mueven debido a la diferencia de presión que se establece entre las distintas latitudes como consecuencia de la diferencia de energía recibida por el Sol en las distintas zonas de la tierra. Así el aire se desplaza desde las zonas de la Tierra donde existen altas presiones (menos calentamiento) a las zonas con bajas presiones (mayor calentamiento).

Sin embargo, este esquema se complica ya que en la distribución de las presiones intervienen:    

La posición de los continentes y los océanos. Los relieves de los continentes. El efecto Coriolis. Los vientos alisios

Debido a estos factores la situación real es la siguiente: A. Las bajas presiones aparecen en la zona del ecuador y sobre los 60º de latitud norte y sur. Por tanto, son las zonas en las que el aire asciende. B. Las altas presiones se sitúan en las latitudes subtropicales, entre los 30º y 40º de latitud de ambos hemisferios, y en los dos polos. En estas zonas el aire desciende. Por tanto, se forman tres células convectivas en cada hemisferio y los vientos casi nunca se desplazan en dirección Norte-Sur, sino de forma oblicua o incluso perpendicular a los meridianos por el efecto Coriolis

2.3.1. Célula Tropical (. La célula de Hadley El primer modelo para explicar la circulación atmosférica fue propuesto por Hadley a principios del siglo XVIII que afirmaba que el aire caliente de las zonas próximas al ecuador asciende y el frío de los polos desciende, formando una gran célula convectiva para cada hemisferio.

Modelo de célula convectiva propuesto por Hadley.

2.3.1.1. CIRCULACION CERRADA

Corresponde a un circuito de circulación cerrado de la atmósfera terrestre que se extiende desde el Ecuador hasta los 30º de latitud en ambos hemisferios En la zona ecuatorial el aire se calienta, perdiendo densidad y elevándose, constituyendo así una zona de bajas presiones. El aire ascendente se condensa y forma grandes cúmulos responsables de las elevadas tasas de precipitación, que mantienen la densa vegetación de las selvas tropicales y características de la zona. Así mismo, esta masa de aire caliente se desplaza hacia el norte, enfriándose y descendiendo en las latitudes tropicales (30º aprox.), zona en la que se produce divergencia y una parte se mueve hacia los polos y otra vuelve hacia el ecuador donde se calienta de nuevo.

Circulacion cerrada. Fuente: http://bit.ly/29P1dsk

En esta área de subsidencia encontramos los grandes desiertos subtropicales como: el desierto de Atacama, el Sahara, el Gran Desierto Australiano o el de Namibia.Esta región de vientos leves y variables, es conocida como la latitud de los caballos, nombre que deriva de los marineros del siglo XIV. En esta zona una parte de los vientos superficiales se dirigen hacia el ecuador y otros hacia los polos. El flujo de superfície que viaja hacia el ecuador es desviado por la fuerza de Coriolis, generando así los vientos alisios (dirección sureste en el Hemisferio Sur y de noreste en el Hemisferio Norte), quienes confluyen en el Ecuador creando la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), en la que debido a la confluencia de los vientos se producen las llamadas Calmas ecuatoriales.

Célula de Hadley. Fuente: http://bit.ly/291234

Esquema simplificado de la circulación general. Ascensos de aire en el ecuador, donde el aire es más cálido, y descensos en los polos, donde es más frío. (Fuente: Remote Sensing Tutorial, NASA) 2.3.1.2. CÉLULA POLAR

Es una amplia región ubicada entre las latitudes 60º-90º, en las que el aire frío de niveles superiores -más denso y pesado- genera una zona de subsidencia que conlleva la formación de altas presiones. Esta zona de divergencia provoca, a su vez, un flujo de aire superficial que se desplaza desde los polos hacia las latitudes subpolares. Este aire frío, que avanza hacia latitudes inferiores, es desviado por la fuerza de Coriolis, generando así los vientos del Este Polares en el hemisferio norte y del oeste, en el sur. Durante el trayecto el aire superficial se va calentando induciendo a la formación de fenómenos de convección entorno a los 60º de latitud.

CELULA POLAR En estas latitudes medias es donde tiene lugar el choque entre el aire cálido subtropical y el polar, dando lugar a un área de gran turbulencia. La zona de choque entre ambas corrientes es el frente polar, en ella el aire cálido asciende sobre el aire frío polar. Este esquema global se complica por la aparición de vientos locales

En las capas altas de la troposfera, sobre los 11Km de altitud, se forma la corriente en chorro, un viento que se desplaza a una velocidad entre los 180 y 385 Km/h. Se origina en distintas latitudes, distinguiéndose la corriente en chorro polar sobre los 60º de latitud, la subtropical sobre los 30º y la tropical en los 15º. En las dos primeras, el aire se desplaza de Oeste a Este, mientras que la corriente tropical lo hace de Este a Oeste. Desempeñan un importante papel en la formación de precipitaciones.

CÉLULA DE LATITUD MEDIA . CÉLULA DE FERREL

Como bien dijimos anteriormente, durante la explicación de la célula de Hadley, cuando se produce divergencia en las latitudes medias, una parte del viento se desplaza de vuelta hacia el ecuador y otra parte hacia los polos. Estos últimos, desviados por el efecto de Coriolis, generan un sistema conocido como los vientos del oeste o Westerlies.

CÉLULA DE FERREL Fuente: http://bit.ly/29yuy86

Por otro lado, en la célula Polar podemos observar un flujo de aire frío superficial con un marcado componente del este, que viaja hacia latitudes subpolares, dónde se encuentra con los vientos cálidos del oeste. Este choque conlleva un escenario en el que convergen vientos muy intensos y variables. (Esta región recibe el nombre de Frente Polar) Dicha región es considerada una de las más dinámicas de la atmósfera, debido a la configuración de distintos núcleos ciclónicos asociados a los sistemas frontales de latitudes medias, provocando un tiempo con gran nubosidad, lluvias y fuertes vientos. Por lo tanto, esta celda presenta una área de convección en el área con la que incide con el Frente Polar y una zona de subsidencia en las latitudes medias. FENOMENO DE CONVECCION La convección surge de manera natural en la atmósfera. El sol calienta la superficie de la Tierra., este calor se transmite a la capa de aire inmediatamente adyacente a la superficie mediante difusión molecular (conducción) y turbulenta, así como mediante radiación.

Esquema del desarrollo del fenómeno de conveccion Asumiendo que el sol calienta una determinada porción de suelo (esto ocurre en la realidad porque las distintas superficies se calientan de forma desigual dependiendo de su capacidad calorífica, un claro ejemplo es como la arena de la playa se calienta más que las maderas que ponen para que andemos descalzos y no nos quememos los pies), este calor se transmite al aire en contacto con la superficie por los mecanismos descritos anteriormente, provocando que se expanda y disminuya su densidad. Este proceso está regido por la Ley de los Gases Ideales, que describe la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles)

En resumen, la célula de Ferrel ubicada entre los 30º-60º de latitud, se forma a través de los vientos subsidentes provenientes de la celda de Hadley y los ascendentes de la celda polar. Este esquema general de la configuración atmosférica es el responsable del sistema de circulación que permite la vida en el planeta. Finalmente, en la siguiente imagen se aprecia todo el conjunto de células que se han mencionado en el artículo.

CIRCULACION GENERAL DE LA ATMOSFERA

INTERACCION DE CELULAS La célula más próxima al ecuador es la llamada Célula de Hadley, la siguiente es la de Ferrel, y la superior es la que llamamos Célula Polar. Donde se juntan las Células de Ferrel y la Polar, podemos ver que las dos láminas de aire , una viene del Sur y otra del Norte, chocan frontalmente y las dos láminas de aire suben. En la frontera de Ferrel y de Hadley, ocurre lo contrario, las dos láminas de aire vienen desde arriba, estrellándose contra el mar. Estamos en la famosa zona de calmas intertropicales en donde apenas hay vientos (horizontales claro) y los veleros huyen para no quedarse parados. Por ejemplo en el famoso anticiclón de las Azores.

LAMINAS DE AIRE SUR-NORTE En esta misma zona de la banda, pero en tierra en vez de en la mar, es donde se encuentran los grandes desiertos de la tierra. Tiene su lógica, ya que el chorro de aire que baja velozmente es comprimido al estrellarse contra la tierra, y por tanto se calienta Al calentarse, este aire queda más seco evitando las lluvias, y desertizando estas zonas. Los monzones Se originan a causa de las diferencias de temperatura entre el océano Índico y en continente asiático, de manera similar a las brisas aunque a mayor escala. En invierno, el continente asiático sufre un fuerte enfriamiento, el aire frío tiende a descender produciendo condiciones anticiclónicas, tiempo despejado, seco y frío; es el monzón de invierno. En el verano, la circulación se invierte, el viento sopla desde el océano hacia el continente. Este aire cargado de humedad al penetrar en el continente, se encuentra con la cordillera del Himalaya, asciende y se enfría, produciendo abundantes nubes y precipitaciones muy intensas que ocasionan graves inundaciones. Es el monzón de verano. Estas lluvias son de gran importancia para el cultivo de arroz.

Los monzones

DISTRIBUCION DE PRESIONES Este fenómeno de convección a gran escala tiene consecuencias en la distribución de presiones en la superficie terrestre de la siguiente manera: Presiones Ecuatoriales:

Un cinturón de bajas presiones asociado al ascenso del aire de la zona de convergencia intertropical. El ascenso de aire caliente del ecuador genera un área de bajas presiones llamada Zona Ecuatorial de Bajas Presiones. A medida que el aire se eleva, va creando nubes y da lugar a precipitaciones.

Altas Presiones Subtropicales:

Un cinturón de altas presiones asociado con el descenso del aire entre la célula de Ferrel y de Hadley. (En las zonas subtropicales el aire se enfría y desciende creando áreas de altas presiones con cielos claros y despejados y pocas precipitaciones, llamadas Zonas Subtropicales de Altas Presiones. El aire que desciende es cálido y seco, originando desiertos en estas regiones). Bajas Presiones Subpolares:

Un cinturón de bajas presiones relacionado con el frente polar. 21 Altas Presiones Polares:

Una zona de altas presiones relacionado con el aire frío y denso de las regiones polares.El aire que se mueve hacia el ecuador cerca de la superficie gana humedad de los océanos y la devuelve en forma de lluvia en la Zona de Convergenci a Intertropical.

DISTRIBUCION DE PRESIONES