Dinámica de las masas fluidas · geográficas distintas por desigual insolación. Origen y...
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Dinámica de las masas fluidas Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º Bachillerato Cristina Martín Romera
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Dinámica de las masas fluidasCiencias de la Tierra y Medioambientales
2º Bachillerato
Cristina Martín Romera
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
Interacciones entre ambos sistemas
El ciclo del agua
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.
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, estabaformada por un núcleo incandescente rodeado de una nube degas 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, N2, CO2, H2O y NH4.
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.
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 O2
Composición de la atmósfera
Componentes minoritarios: Reactivos y no reactivos (gases nobles)
Componentes
mayoritarios
Composición de la atmósferaVapor de agua (H2O):
-Procede de la evaporación de las aguas marinas y
continentales y de la transpiración de las plantas.
Ozono (O3):
- La cantidad de ozono que hay en la atmósfera es
pequeña y se concentra en una capa situada a 25 km
de altura.
Nitrógeno (N2):
-Elemento químico gaseoso a
temperatura ambiente.
-Símbolo N
-En la atmósfera se encuentra en
estado libre en moléculas del tipo N2.
Es mayoritario con un 78%.
-Es un gas poco reactivo o inerte.
Oxigeno (O2):
-Elemento quimico gaseoso a Tª ambiente.
-Símbolo O.
-Se encuentra en moléculas del tipo O2.
-Es un gas muy reactivo que es imprescindible para
que respiren los seres vivos.
-Se produce durante la fotosíntesis de las plantas.
Dióxido de carbono (CO2):
-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.
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)
Estructura de la atmósfera
Se concentra el 80% de los gases
que posibilitan la vida. Disminuye
la temperatura. GV. Efecto
invernadero. Capa del clima. Capa
sucia.
Se encuentra la capa de ozono.
Solo se dan MH no MV. Se
forman las nubes
estratosféricas.
Se inflaman los meteoritos dando
lugar a las estrellas fugaces.
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.
Muy baja densidad
atmosférica. No se capta la luz
del sol y se oscurece
La capa de ozono http://www.mma.es/secciones/calidad_contaminacion/atmosfera/ozono/pdf/20_faq_s
p.pdf
O2 + UV ----> O + O (1)
Formación del ozono
O + O2 -------------------> O3 (2)
O3 + UV ----> O + O2 (3)
Destrucción del ozono
O + O3 ------------------> O2 + O2 (4)
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.
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.
Dinámica atmosférica Se debe a la convección. Esta puede ser:
a) Convección térmica. El aire más caliente y menos denso tiende a elevarseformando corrientes térmicas ascendentes, y el frío y más denso tiende adescender.
Más caliente Menos denso
Más frío Más denso
a) Convección por humedad: la presencia de vapor de agua hace al aire menosdenso, ya que contiene una menor proporción de los otros componentesatmosféricos de mayor peso molecular. La humedad podemos medirla de dosmaneras:
Más húmedo Menos denso
Más seco Más denso
Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua en gramos que hay en unmetro cúbico de aire g/cm3. Depende de la temperatura.
Humedad relativa: Es la cantidad en tanto por cien de vapor de agua quehay en un metro cúbico de aire en relación con la máxima que podría contener aesa temperatura.
Curva de saturación
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 37
Series1
Sobre la curva de
saturación la humedad
relativa es del 100%
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.
Vapor
Líquido
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.
Movimientos verticales debidos a la
presión atmosféricaAnticiclón: 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.
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.
Vientos
http://www.youtube.com/results?search_qu
ery=la+atmosfera&aq=f
http://www.youtube.com/watch?v=X5nQH7
3cdPo&feature=related
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.
Gradientes verticalesB. 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.
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
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.
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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.
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)
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.http://www.bioygeo.info/Animaciones/Coriolis
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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.
Circulación general de la atmósfera
Desiertos
Aire
tropical
Aire
templado
Aire
polar
B A B AABA
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.
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.
Dinámica de la hidrosfera
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.
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 deCO2
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 .
Fenómeno el Niño.
Fenómeno La Niña
