Fernando M. Toribio Román
LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERA
Fernando M. Toribio Román
La evolución de la atmósfera ha seguido varias fases:
1. Formación de la protoatmósfera de Hidrógeno y Helio.
2. Formación de la atmósfera primitiva de CO2, N2, SO2 y vapor de agua.
3. Formación de la atmósfera actual de N2 y O2.
Evolución de la atmósfera.
LA ATMÓSFERA
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La Atmósfera
COMPOSICION DEL AIRE SECO
Gas Abundancia
La atmósfera es la capa de gases que rodea a la Tierra.•
Se extiende hasta unos 1000 km, aunque en sus 15 primeros km se encuentra el 95% de los gases que la componen.
•
Nitrógeno (N2) 78,08%
Oxígeno (O2) 20,95%
Argón (Ar) 0,93%
Dióxido de carbono (CO2) 0,03%
Otros gases nobles Menos de 0,001%
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Componentes Volumen (%) Masa (%)
Nitrógeno 78,084 75,510
Oxígeno 20,946 23,150
Argón 0,934 1,280
CO2 0,033 0,046
N2
O2
CH4
H2O
Ar
Ne
HeCO2
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AtmósferaEstructura de la atmósfera
La atmósfera está dividida en cuatro capas:
Ionosfera
Mesosfera
Estratosfera
Troposfera
Altura (km)180
140
100
60
20
0
Temperatura del aire- 60 °C 0 °C + 100 °C
Troposfera. De los 0 m a los 12 Km. Su espesor varía entre los polos con temperaturas de –60 °C y el ecuador con temperaturas de +50 °C. Se producen los fenómenos meteorológicos (nubes, lluvia, etc).
•
Estratosfera. Llega hasta los 50 km de altitud. Su temperatura oscila entre –50 °C y +70 °C en la zona próxima a la capa de ozono por absorber la radiación ultravioleta del Sol.
•
Mesosfera. Se extiende hasta los 80 km de altitud. Su temperatura disminuye de forma progresiva hasta –70 °C.
•
Ionosfera. Se extiende hasta los 500 km de altitud. Su temperatura aumenta de forma progresiva hasta 1000 °C.
•
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Troposfera
Estratosfera
Elevada concentración de O3 – ozonosfera- Nubes noctilucientes de hielo .
Movimientos verticales de aire muy reducidos,pero los horizontales son muy importantes.
99.9% masa
Mesosfera 99% resto
1% resto Termosfera oionosfera
A 70km. abundan los vapores de sodio.
Partículas cargadas y no cargadas.
TROPOPAUSA
ESTRATOPAUSA
MESOPAUSA
LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA
≈ 10 - 12 km
≈ 50 km
≈ 80 km
0-500m: capa sucia.
Espesor: De 9km (Polos) a 16km (Ecuador).
Movimientos de aire verticales y horizontales.
La Tª llega a alcanzar los -140ºC.
La Tª llega a alcanzar los 1.000 ºC.
En ella se originan las estrellas fugaces.
Fenómenos meteorológicos. Efecto invernadero
80% masa atm. y 99% agua atm.
Gradiente Vertical de Tª GVT = -6’6ºC/km.
Auroras boreales y australes
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LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA
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Ondas absorbidas por la capa de ozonoOndas absorbidas por la capa de ozono
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Ionosfera/ TermosferaIonosfera/ Termosfera
Llega hasta unos 600 km aproximadamente, aquí la temperaturaaumenta hasta unos 1000ºC debido a la absorción de las radiacionessolares de onda más corta (rayos X y gamma ) llevada a cabo por lasmoléculas de nitrógeno y de oxígeno que, debido a ello, se ionizan, setransforman en cationes liberando electrones. Esto da lugar a un campo magnético terrestre entre la ionosferacargada positivamente y la superficie terrestre cargadanegativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta lasuperficie terrestre y desde esta última ascienden capas negativashasta la ionosfera (tormentas).
En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la tierra,haciendo posible las telecomunicaciones, aunque a veces soninterferidas por las radiaciones solares.
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Ionosfera/ TermosferaIonosfera/ Termosfera
El sol emite partículas subatómicas (protones y electrones) yradiaciones electromagnéticas (onda corta, visible y larga). Lamayoría de las partículas solares son desviadas por el campomagnético terrestre, por lo que no alcanzan la superficieterrestre.Sobre las zonas polares, el rozamiento de los electrones quellegan del sol contra las moléculas de esta capa produceespectaculares manifestaciones de luces y colores: son lasauroras boreales en el hemisferio norte y las auroras australesen el hemisferio sur.
Su color depende de la molécula contra la que choquen los electrones y de la presiónatmosférica. Es amarillo -verdoso cuando chocan contra las moléculas de oxígeno a bajapresión; rojo, si la colisión es a muy baja presión, azul si el impacto es contra una moléculade nitrógeno...
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AtmósferaLa atmósfera nos protege
ES
TR
AT
OS
FE
RA
T
RO
PO
SF
ER
A
20 km
10 km
5 km
0 km
• La atmósfera está formada por mezcla de gases.• El 99% se encuentran en la troposfera y en la estratosfera.
• Capa turbulenta.• Hay nubes.• Se mueve el viento.• Tienen lugar fenómenos meteorológicos.• Sólo el aire de esta parte es respirable.
• Es una zona muy tranquila.• En ella se encuentra el ozono.• El ozono actúa como filtro de las radiaciones solares.
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De cada 5 partes: • 4 son de nitrógeno• 1 es de oxígeno
AtmósferaEl aire que nos rodea:
C o m p o n e n t e s d e l a i r e
Nitrógeno78%
Oxígeno21%
Otros1%
• El aire, es una mezcla de sustancias y no una sustancia pura.
• La composición del aire cambia de unos lugares a otros.
Nitrógeno Oxígeno
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Atmósfera
1 Encendemos una cerilla y a continuación la apagamos.
2 Introducimos la cerilla recién apagada en un frasco con oxígeno.
3 La llama aparece de nuevo con mayor intensidad.
El oxígeno es el componente del aire que permite que los materiales ardan.
El oxígeno
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AtmósferaLas plantas renuevan el aire:
1 Ponemos una vela encendida y una planta bajo una campana. La vela se apaga.
2 Dejamos el conjunto en un lugar soleado durante una semana.
3 Al introducir en la campana una cerilla recién apagada se aviva la llama.
• Al principio la vela se apaga porque no hay oxígeno para mantener la combustión.
• La planta, bajo la acción de la luz solar, ha regenerado el oxígeno.
• Las plantas verdes toman dióxido de carbono del aire y producen oxígeno, bajo la acción de la luz solar.
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FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS
En la troposfera, el aire está en movimiento. Esto origina fenómenos atmosféricos o meteoros, que se agrupan en cinco tipos:
METEOROS CÓMO SE MANIFIESTAN
ACUOSOS Lluvia, llovizna, chubasco, nieve, granizo, helada, rocío, escarcha y niebla.
DE POLVO Calima, calima de polvo, humo, ventisca, tempestad de polvo y remolino de polvo.
DE VIENTO Tromba, torbellino de viento, tornado, turbonada, ciclones tropicales.
ELÉCTRICOS Tormenta, relámpago, trueno, fuego de San Telmo y aurora polar.
ÓPTICOS Halo, arco iris, irisación en nubes, espejismo y gloria o corona de Ulloa.
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ELEMENTOS DEL CLIMA: LA TEMPERATURA
La Tierra irradia hacia el espacio una cantidad de calor igual a la que recibe.
EstratosferaSol
Radiación reflejada por la atmósfera y las
nubes 35%
Radiación absorbida por las nubes y el polvo atmosférico 15%
50%
La Temperatura es el grado de calor que tiene la atmósfera.
El aparato que la mide es el Termómetro en º C.
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Temperatura
El aire de la troposfera (capa inferior de la atmósfera) se calienta a partir del calor emitido por la superficie terrestre (radiación infrarroja).
• La temperatura es máxima en la superficie terrestre, alrededor de 15 ºC de media, y a partir de ahí comienza a descender con la altura según:
• A partir de 12 km, la temperatura asciende con la altitud hasta llegar a aproximarse a los 0-4 ºC en los 50 Km. Este incremento de temperatura está relacionado con la absorción por el ozono de la radiación solar ultravioleta.
•A partir de los 50km de altitud, la temperatura disminuye hasta alcanzar unos -100 ºC a los 80km de altitud.
• A partir de los 80 km de altitud, la temperatura va ascendiendo en altitud al absorber las radiaciones de alta energía, pudiendo alcanzar más de 1000 ºC a unos 600 Km de altitud.
• A partir de los 600 km la baja densidad de gases impide la transmisión del calor y carece de sentido hablar de temperatura.
Un Gradiente Térmico Vertical (GTV) de 6,5 ºC de descenso cada Km que se asciende en altitud (la temperatura baja 0,65 ºC cada 100m de altitud).
Hasta llegar a unos -70 ºC a los 12 Km de altitud.
Fernando M. Toribio Román
PresiónTemperatura
120
100
80
60
40
20
Altu
ra (
km.)
-80 -40-60 0-20 20 6040 80
Temperatura (ºC)
Tropopausa
Estratopausa
Mesopausa
TROPOSF.
ESTRATOSF.
MESOSF.
TERMOSF.
Capa de ozono
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Presión atmósférica.
• Es el peso ejercido por la masa de aire atmosférico sobre la superficie terrestre.
• Casi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros kilómetros por encima de la superficie terrestre (debido a la fuerza de atracción gravitatoria sobre los gases), por lo que la presión atmosférica disminuye rápidamente con la altitud.
• El valor de esta presión se mide con el barómetro.A nivel del mar es 1 atmósfera o 1013 milibares, equivalente al peso de una columna de mercurio de 760 mm de altura y un cm2 de base.
• En los mapas meteorológicos, la presión atmosférica suele representarse mediante las isobaras, que son líneas que unen los puntos de igual presión.
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ELEMENTOS DEL CLLMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y ALTURA
Presión (milibares)
0 200 400 600 800 1000
28
24
20
16128
4
Alt
ura
(kil
ómet
ros)
Pre
sión
nor
mal
al n
ivel
del
m
ar
BARÓMETRO DE CUBETA
• La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie ejercida por la masa de aire atmosférico sobre la tierra. El barómetro es su instrumento de medida.
Everest8845 m
760 mmPresión
atmosférica
Presión del mercurio
MercurioVacío
• A nivel del mar, la columna de mercurio sube hasta 760 mm de promedio, equivalente a una presión de 1013 milibares (mb)
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
Las isobaras son líneas imaginarias que unen puntos de la misma presión.•
B A 1024 mb1020 mb
1016 mb
1012 mb
1008 mb
1004 mb
1000 mb
996 mb
La presión disminuye
La presión aumenta
Isobaras
VARIACIÓN DE LA PRESION EN BORRASCAS Y ANTICICLONES
• Hay altas presiones (anticiclones) cuando los valores superan los 1013 mb, y bajas presiones (borrascas) en caso contrario. Los valores de la presión atmosférica varían con la altitud, situación geográfica y el tiempo.
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.
• Al igual que ocurre si pulverizamos agua sobre un cristal, al unirse las gotitas de agua que hay en las nubes, se forman gotas de mayor tamaño que caen en forma de lluvia.
• Si las nubes se encuentran a gran altura, al disminuir la temperatura, se forman cristales de hielo.
• Al unirse estos cristales, caen en forma de copos de nieve.
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Según sea la causa las precipitaciones pueden ser: •
- De convección: producidas por calentamiento y ascenso de masas de aire.
- Orográficas: las montañas obligan a ascender la masa de aire, se expande y enfría, produciendo lluvia.
- De frente: si una masa de aire frío entra en contacto con una masa cálida, esta última asciende sobre la fría, se expande, se enfría y se produce la lluvia.
6 °C 16 °C
Aire caliente y seco
Aire templado y húmedo
2000 m
1000 m
0 m
ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.
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Tipos de lluviaTipos de lluvia
ELEMENTOS DEL CLIMA: HUMEDAD.
Se define humedad como el contenido de vapor de agua en el aire.•
El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad del aire.•
• Cuando se calienta, el aire sube. A medida que asciende, va enfriándose y el vapor de agua se condensa en pequeñas gotas o cristales de hielo.
• Las nubes son aire cargado de finas gotas de agua.
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y VIENTOS.
El viento es el movimiento de las masas de aire con respecto a la superficie terrestre.
•
DIRECCIÓN DE LOS VIENTOS
En los lugares que asciende el aire, disminuye la presión originando un centro de bajas presiones o borrascas (B). Hay inestabilidad y se suelen producir precipitaciones.
•
La veleta es el instrumento que indica la dirección del viento.
•
El anemómetro es el instru-mento utilizado para medir la velocidad del viento expresada en nudos o en m/s.
•
1 nudo = 0,5 m/s
En los lugares que desciende el aire, aumenta la presión formando un anticiclón (A)•Hay estabilidad atmosférica y se suele hacer buen tiempo.
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climas peninsularesFernando M. Toribio Román
Centros de Acción atmosféricaCentros de Acción atmosférica
climas peninsularesFernando M. Toribio Román
FrentesFrentes
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Frente fríoFrente frío
climas peninsularesFernando M. Toribio Román
Frente cálidoFrente cálido
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Cliclones y anticiclonesCliclones y anticiclones
LOS VIENTOS
¿Por qué se mueve el aire?
Airecaliente • El aire se calienta en contacto con
la superficie terrestre y sube.
• Alejado de la superficie, el aire se enfría y baja.
Airefrío
• El Sol es el responsable del movimiento del aire atmosférico, (de la suave brisa marina y de los vientos huracanados).
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LOS VIENTOS LOCALES
SENTIDO DE LAS BRISAS
Brisa diurna
En la superficie terrestre, las masas de aire se desplazan desde las zonas de altas presiones hacia las de bajas presiones.
•
Los vientos son movimientos de masas de aire entre diferentes puntos como consecuencia de las diferencias de presión.
•
Los movimientos de aire más característicos son las brisas, cuyo origen se debe a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra.
•
Tierra (cada vez más
caliente)
Brisa nocturna
Tierra (cada vez
más fría)
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LOS ELEMENTOS DEL TIEMPO
La temperatura del aire
La presión atmosférica
La humedad del aire
El tipo y la intensidad de las precipitaciones
El estado del cielo
El viento, su intensidad y dirección
El higrómetro
El anemómetro y la veleta
El termómetro
La observación
El barómetro
El pluviómetro
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE LOS ELEMENTOS DELCLIMA
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La belleza del cielo no es más que el resultado de la interacción de la LUZ del Sol con la atmósfera.
•Si dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre en un abanico de colores (se dispersa) por refracción y como resultado de esta dispersión vemos una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo y rojo.
•Los rayos violetas y azules, una vez desviados (difusión), chocan con partículas de aire y varían su trayectoria, y así sucesivamente: realizan, pues, una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el suelo terrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venir directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo, como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos son poco desviados y van casi directamente en línea recta desde el Sol hasta nuestros ojos.
•Cuando existe una cantidad anormalmente elevada de aerosoles (polvo atmosférico), la luz del amanecer y del atardecer es especialmente roja.
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O.L.
O.C.
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Color del Sol
Atmósfera
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El Sol y la Tierra emiten energía: el Sol de onda cortaSol de onda corta (Tª = 6.000ºK) y la Tierra de onda largaTierra de onda larga (Tª = 288ºK = 15ºC).
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Actividad reguladora y protectora de la atmósfera.
El balance de radiación solar.
La Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo (unos 15ºC), por lo que existe un balance de radiación nulo entre la cantidad de radiación solar entrante y la radiación terrestre saliente, si no se calentaría y enfriaría continuamente.
De la radiación total proveniente del sol:
- un 30% es reflejada (albedo) por las nubes (17%), superficie terrestre (5%) y por la dispersión hacia el espacio por gases, polvo,…(8%)
• el 25% es absorbida por la atmósfera por el ozono estratosférico y por el vapor de agua (4%), por el agua líquida (19%). La radiación absorbida por la atmósfera (recibida tanto de la radiación solar como desde la superficie terrestre) es devuelta al espacio en forma de radiación de onda larga.
- un 45% es absorbida por la superficie (océanos > continentes), este calor saldrá de la superficie lenta y gradualmente hacia la atmósfera en forma de calor latente asociado a la evaporación, a la emisión de onda larga (radiación infrarroja), y a la convección y conducción térmica.
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Directa
Difusa
Absorbida
Reflejada por las nubes
Reflejada por la Tierra
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Hielo y nieve, máxima reflexión
Océanos, absorciónFernando M. Toribio Román
Luz visibleUltravioleta Infrarrojo
Nubes
Nubes
Albedo
Calentamiento Radiación terrestre
Absorción (E. invernadero)
Albedo
Pérdida al espacio
Absorc. y contrarrad.
(E. invern.)
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Toda la energía absorbida por la superficie terrestre se libera mediante la emisión de radiación térmica de onda larga y mediante procesos convectivos (calor latentecalor latente y calorcalor sensiblesensible).
Calor latenteCalor latente: calor absorbido o liberado en los cambios de estado sin variar la temperatura
Calor sensibleCalor sensible: es el que aumenta la temperatura de los cuerpos y que puede ser medido con un termómetro
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Latente Latente (25%)(25%)
Sensible Sensible (7%)(7%)
CONVECCIÓN
O. L. O. L. (18%)(18%)
Contrarradiación Contrarradiación (96%)(96%)
114 %114 %Fernando M. Toribio Román
Circulación general del aire: la circulación general de la atmósfera redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias de temperatura entre el ecuador y las latitudes más altas; participa en el balance de calor con los grandes sistemas de vientos, huracanes y ciclones que transportan calor desde las zonas tropicales hacia los polos y frío desde zonas polares hacia el ecuador.
Curiosidad: las ¾ partes de la superficie de la Tierra están cubierta de agua, el agua absorbe muy bien la radiación solar y mediante las corrientes marinas cálidas (desde el ecuador hacia las altas latitudes) y frías (desde los polos hacia las latitudes más bajas) regulan el clima de manera mucho más eficaz que la atmósfera. Tanto el transporte oceánico como atmosférico están regulados por un bucle de realimentación negativa. Pág. 191 del libro.
Transporte oceánico y atmosférico
Contraste térmico __
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ANGULO DE INCIDENCIA DE LA RADIACION SOLAR
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Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas
NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA
Fernando M. Toribio Román
Fernando M. Toribio Román
Debido al giro de la Tierra (efecto coriolis), al rozamiento con la superficie y a la distribución de tierra y continentes el flujo es mucho más complejo.
A
0º
30º
60º
B B B
B B
A A A
B
Alisios del NE
Ponientes
Levantes polares
C. Polar
C. H
adley
C. Ferrell
Fernando M. Toribio Román
Fernando M. Toribio Román
Fernando M. Toribio Román
Fernando M. Toribio Román
Jet stream
Jet subtropical
Frente polar
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http://es.youtube.com/watch?v=wizw0tMCpkwFernando M. Toribio Román
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