La Atmósfera Terrestre

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra. La densidad del aire disminuye rápidamente con la altura. Puesto que la densidad del aire disminuye gradualmente, el límite superior de la atmósfera no está claramente definido, y suele considerarse que es la zona en la que la concentración de gases se iguala a la del espacio interplanetario.

Composición de la Atmósfera

Se distinguen una serie de capas concéntricas con distintas propiedades:

• La Homosfera

Se extiende hasta los 80 km de altura y en ella se concentra más del 99% de la masa atmosférica total. Su composición es homogénea, formada por una mezcla de gases que se denomina aire. Está formado por nitrógeno molecular (78,08%), oxígeno molecular (20,95%) y argón (0,93%), con cantidades menores y más variables encontramos el vapor de agua, el CO2 y el ozono. Además, hay cantidades pequeñas y muy variables de finas partículas llamadas aerosoles, que pueden encontrarse en estado sólido, formadas por polvo atmosférico y cristales de hielo, o en estado líquido, formando gotas compuestas por H2O y otros compuestos disueltos en ella como el ácido carbónico.

• La Heterosfera

Se extiende por encima de la homosfera hasta el difuso límite superior de la atmósfera y su composición va variando de acuerdo con la masa molecular de los gases constituyentes. Se pueden distinguir capas de N2 molecular, O2 atómico, helio e hidrógeno atómico.

Presión Atmosférica

Se debe al peso de la columna de aire sobre un determinado punto. Dado que el aire es un gas y, por tanto, altamente compresible, la presión en el aire disminuye exponencialmente con la altura, no linealmente como ocurre en el agua.

Además de con la altura, la presión atmosférica varía con la latitud y las condiciones meteorológicas, siendo estas diferencias de presión la causa primaria de los movimientos del aire.

Estructura Vertical de la Atmósfera

La temperatura en la atmósfera varía en altura, pero no de manera uniforme. Así, se establece una estructura en capas según las variaciones de temperatura.

• Troposfera

Su radio varía con la latitud. En esta fina capa está la mayor parte de la masa de la atmósfera, un 80%, y es donde se encuentra casi toda el agua atmosférica. El aire es el lugar en el que ocurren casi la totalidad de los fenómenos meteorológicos. La temperatura disminuye rápidamente con la altura, desde la temperatura superficial hasta la tropopausa. Se considera que el gradiente positivo corresponde a una disminución de la temperatura en altura.

• Estratosfera

Esta capa se encuentra entre la tropopausa y los 50 o 60 km de altura (estratopausa). El GVT es negativo, resultado de un aumento inicial suave de la temperatura y luego más rápido hasta alcanzar poco menos de 0º, por lo que hay poca mezcla vertical del aire. Esto da lugar a una estructura estratificada que le da el nombre a esta capa. En latitudes altas se forman a veces nubes muy tenues de cristales de hielo. Esta zona se suele denominar capa de ozono u ozonosfera.

• Mesosfera

Es la última capa de la homosfera, entre la estratopausa y los 80-90 km de altura (mesopausa). El GVT es negativo, porque la temperatura disminuye hasta los -70 ºC.

• Termosfera

Llamada así porque la temperatura de los gases aumenta hasta los 1000 ºC, si bien la cantidad de gases es mínima y, por tanto, también la cantidad de calor. Está formada por iones y electrones sueltos, por lo que se conoce como ionosfera.

• Exosfera

Algunos autores definen una última capa desde los 600 km hasta el difuso límite superior de la atmósfera, formada principalmente por hidrógeno atómico.

Intercambio de Energía en la Atmósfera

La atmósfera intercambia energía mediante tres mecanismos:

• Radiación: Absorción y Emisión

Todos los cuerpos emiten energía en forma de radiación electromagnética. El espectro de longitudes de onda de esta emisión térmica depende únicamente de la temperatura. El Sol emite sobre todo luz y la Tierra infrarrojo lejano. Cuando una sustancia absorbe radiación de una determinada longitud de onda, se excita, emitiéndola con una longitud de onda mayor, o sufre un aumento de temperatura, incrementando el movimiento vibratorio de sus partículas, por lo que aumenta su emisión térmica. La radiación más energética es casi totalmente absorbida en las capas altas, lo que explica la elevada temperatura que caracteriza a la termosfera.

La radiación ultravioleta, de longitud de onda intermedia, se absorbe en gran parte por el ozono estratosférico, por lo que la capa de ozono también tiene una elevada temperatura. La atmósfera tiene un efecto protector sin el cual no podría desarrollarse la vida en la superficie terrestre.

La radiación infrarroja, de onda larga, también es absorbida en parte por los gases atmosféricos, así como por gases contaminantes artificiales como los CFC. Esta radiación proviene fundamentalmente de la emisión térmica de la Tierra.

Efecto Invernadero

Dado que el CO2, el CH4 y el H2O absorben la radiación infrarroja lejana que procede principalmente de la emisión térmica de la superficie terrestre y de la propia atmósfera, estos gases provocan que la atmósfera alcance una temperatura mayor de la que tendría si no estuvieran. Esto se denomina efecto invernadero. Existe una clara correlación entre la concentración de gases de invernadero y la temperatura terrestre. El aumento actual de la concentración de estos gases, debido a las emisiones antropogénicas, está provocando un calentamiento del planeta.

Humedad Atmosférica

Se expresa de diferentes formas:

•Humedad absoluta: es la cntidad de agua presente en el aire. depende directamnte de la presion, aumentando proporciopnalmente a esta.Cuando el aire no admite mas vapor de agua disuelto se dice que esta saturado. Humedad de saturacion: es la humedad absoluta maxima del aire para una determinada Tª. depende inversamente de la Tª.•Humedad relativa: es el cociente entre la h.absoluta y la h. de saturacion y expresado en porcentaje. La Tª a la qe la h. relativa llega al 100% se llama punto de rocio.•Humedad especifica: es la proporcion de vapor de agua en una masa de aire. La h. especifica de saturacion es la humedad especifica maxima del aire para una detrminada Tª. 

Gradientes de Tª: La tª  en la troposfera disminuye con la altura siendo el GVT de 6.5 ªC/km como media. En algunas condiciones el GVT puede ser negativo y a esto se le conoce como inversion termica, es decir, qe hay aire calido x encima de aire frio.Los gradiantes adiabaticos son las variaciones de la Tª qe experimenta una masa de aire al cambiar la atura. • Gradiente adiabatico seco: Cuando una masa de aire asciende, al disminuir la presion, se expande y disminuye la Tª segun la ley de los gases perfectos, produciendose un enfriamiento adiabatico, es decir, sin intercambio de calor con el entorno. El GAS es valido cuando el aire no esta saturado. •Gradiente adiabatico humedo: Cuando una mas de aire alcanza el punto de rocio al enfriarse, el agua se condensa formando gotitas o cristales de hielo, por lo que a partir de este punto será una nube. Estabilidad e inestabilidad atm: Se considera que hay estabilidad atmosferica cuando el ascenso del aire es nulo o muy limitado. La estabilidad o inestabilidad depende de su gradiente vertical de tª y en menor medida de la humedad qe contenga.•Cuando el GVT es menor qe el GAS y el GAH: el aire es siempre estable. una masa de aire qe ascienda igualra su densidad cn la del aire circundante y x tanto se frenara pronto ese ascenso.•Cuando el GVT es mayor qe el GAS y el GAH: el aire sera siempre insetable. una masa qe ascienda alcanzara pronto el punto de rocio, y seguira ascendiendo y condensando agua hasta leggar a una zona en la qe el aire circundante tnga igual densidad.•Cuando el GVT esta entre el GAS y el GAH:  la inestabilidad vendra condicionada x la humedad de ese aire: cuanto mayor sea la humedad mayor sera la inestabilidad. Efecto Coriolis: Como la Tierra es aproximadamente esferica y esta en rotacion, un objeto qe se mueva en linea recta con respecto a la superficie terrestre en cualquier lugar, excepto en el Ecuador, sufre una desviacion, de modo qe la trayectoria se curva si se toma la superficie como punto de referencia. Esta fuerza de coriolis es maxima en los polo y nula en el ecuador. este efcto es una consecuencia del principio de conservacion del movimiento. Dado q la Tierra gira de oeste a este , un mov hacia el ecuador produce un desvio hacia el oeste, y un mov hacia el polo, un desvio hacia el este. cualquier objeto qe se mueva respecto a la superficie terrestre se curvan hacia la derecha en el hemisferionorte y hacia la izda en el hemisferio sur. Los cinturones climaticos de la Tierra:Los cinturones de celdas convectivas determinan la situacion predominante de los vientos y presiones atmosfericas. – Zona de convergencia intertropical. -Zona de los vientos alisios. – cinturon subtropical de altas presiones. – zona templada de vientos del oeste. – zona subpolar de vientos del este. -zona polar. Presion atmosferica en la superficie: • borrascas y anticiclones: las zonas de baja presion respecto al aire circundante se llaman borrascas o depresiones. en ellas el aire caliente asciende por lo que se producen nubes y a menudo precipitaciones. el viento en superficie gira en sentido antihorario en el hemis norte y horario en el sur. Las zonas de altas presiones se llaman anticiclones. en ellas el aire frio desciende lo qe produce el aumento de la presion  y provoca estabilidad. los vientos giran en el sentido horario en el hemis norte y antihorario en el sur. el viento se mueve de los anticiclones a las borrascas de forma casi paralela a las isobaras por el efecto coriolis. Isobaras: sol lineas qe unen puntos de iwal presion. •fenomenos especiales de bajas presiones: – Tormentas: son borrascas locales producidas en situaciones de inestabilidad atmosferica, cuando el fuerte calentaminto  de la superficie  terrestre provoca una rapida elevacion del aire. en estas corrientes convectivas se forman nubes de desarrollo vertical o cumulonimbos qe pueden ocasionar intensas precipitaciones. Las tormentas tb pueden desencadenarse x el ascenso  del aire al ser empujado x el choque cn frentes frios o con cadenas montañosas siempre en condiciones de inestabilidad atmosferica. –Huracanes: Son grandes borrascas tropicales tb llamadas ciclones tropicales y tifones. se generan en la zona de los vientos alisios de manera bastante caotica, pero fundamentalmnte hacia el final del verano. ocasionan fuertes vientos y precipitaciones de gran intensidad. . Tornados: Son depresiones pequeñas y de poca duracion pero muy intensas, qe se generan en grndes trmentas en las zonas templadas muy especialmente en la zona central de EE.UU. las variaciones de presion al paso de un tornado son extremas y los vientos de gran intensidad x lo qe son fenomenos muy destructivos. Circulacion termohalina: el flujo de las corrientes superficiales se compensa con corrientes profundas y en su conjunto dan lugar a un sistema de transporte qe abarca todos los oceanos, conocido como circulacion termohalina o cinta transportadora oceanica. los mov verticales asociados vienen dados x las diferencias de densidad del agua qe se producen al variar su salinidad y su Tª. el aumento de la salinidad provoca qe el agua se hunda y esto ocurre sobretodo en zonas tropicales, debido a la intensa evaporacion y en zonas polares cuando al congelarse el agua de la superficie las sales quedan excluidas del hielo. El fenomeno del niño: Los vientos alisios qe soplan del este bajan de la cordillera de los Andes muy secos, qe alejan de las costas agua superficial calida, lo qe provoca el afloramiento de agua profunda fria y rica en nutrientes. algunos años estos vientos se debilitan y el agua caliente ecuatorial baña las costas lo qe produce la desaparicion de la riqueza pesquera, la muerte de millones de aves y fuertes lluvias e inundaciones. llamaron a este fenomeno ” El niño” porque ocurre en Navidad. A la situacion opuesta a EL niño, cuando las aguas costeras son mas frias de lo comun, y se le a dado el nombre de La niña y produce fenomenos inversos, como el aumento de la Tª e intensas lluvias en el pacifico oriental. el niño afecta a todo el pacifico. explicar y predecir la formacion de EL niño y sus consecuencias es uno de los grandes retos de los modelos climaticos. •Situacion normal: el agua fria aflora en las costas suramericanas, dnd la termoclina llega a la superficie y el agua calida se situa hacia el oeste. •El niño: el agua calida se desplaza hacia el este, impidiendo el afloramiento y provocando precipitaciones, debidas a la mayor evaporacion. •La niña: el desplazamiento del agua calida hacia el oeste es maximo lo qe produce fuertes lluvias en australia y asia y sequias en suramerica.