Dinamica de la atmosfera

Estructura de la atmósfera:

: Atmósfera terrestre.La atmósfera es la capa gaseosa que rodea a la Tierra envolviendo tanto a la parte sólida (litosfera) como líquida (hidrosfera) de nuestro planeta en razón a su menor densidad. Está compuesta por una mezcla de gases que forma el aire, cuyos principales componentes son el nitrógeno (78 %), el oxígeno (21 %) y otros gases que, en conjunto, sólo llegan a formar el 1 % restante. Entre estos gases más escasos tienen una gran importancia el vapor de agua (que entra a formar parte importante del ciclo hidrológico) y el CO₂, dióxido de carbono que apenas llega a formar el 0,03 % del volumen total de la atmósfera, aunque constituye la "materia prima" con 

La atmósfera está dividida en varias capas concéntricas que son, a partir de la superficie terrestre hacia arriba, la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera o ionosferay la exosfera. Se denomina tropopausa a la discontinuidad existente entre la troposfera y la estratosfera, una franja caracterizada por un cambio bastante brusco en lo que a características físicas se refiere. La tropopausa alcanza una mayor altura de la zona ecuatorial (casi 20 km) y una mínima en las zonas polares (5-8 km) y esta diferencia se debe al abultamiento ecuatorial de la atmósfera producido por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación terrestre, el cual tiene como contrapartida un achatamiento polar por la misma razón, es decir, por la menor fuerza centrífuga (y la mayor fuerza centrípeta por su menor distancia al centro de la Tierra) existente en las zonas polares. Como corolario obvio, la altura de la troposfera disminuye desde el ecuador hasta los polos, es decir, en función inversa de la latitud (mayor latitud, menor espesor y viceversa).

Bombín de inflar montado en el cuadro de una bicicleta montañera. Dentro del tubo de color gris, se desplaza un émbolo movido con la palanca o asa de color negro, que comprime el aire a una presión superior a la que tiene la rueda, con lo que se realiza el inflado de la misma. Al comprimir el aire, este se calienta considerablemente, algo que se puede notar directamente con la mano que sostiene el bombín. Este fenómeno es buena prueba de que el aire actúa como si fuera un solo gas ya que el fenómeno del calentamiento del aire en el interior se produciría aún en el caso de que la proporción del anhídrido carbónico fuese insignificante.

Casi la totalidad del aire (un 97 %) se encuentra a menos de 30 km de altura, encontrándose más del 75 % en la troposfera. El aire forma en la troposfera una mezcla de gases bastante homogénea a una temperatura y presión determinadas, hasta el punto de que su comportamiento es el equivalente al que tendría si estuviera compuesto por un solo gas.

Siendo el aire una mezcla compresible de gases, la mayor parte del mismo se encuentra a pocos kilómetros de altura, formando lo que se llama la capa geográfica de la atmósfera, donde se producen casi todos los fenómenos atmosféricos de relevancia para los seres humanos. Más arriba de esta capa geográfica, aún encontrándonos en la troposfera, la proporción de gases se vuelve muy tenue, por lo que llega a hacerse irrespirable. La densidad del aire es una de las limitaciones más series de la adaptabilidad del hombre en la superficie terrestre: así, el hábitat permanente del hombre localizado a mayor altura viene a estar en los Andes peruanos, a unos 5000 msnm, como señala Eugene Schreider³ y ello es consistente con lo que se ha señalado con respecto al espesor de la atmósfera según la latitud ya que a esa altura de 5 km sería impensable la vida en las zonas templadas y, más aún, en las polares. En otras palabras, como el espesor de la atmósfera es mucho mayor en la zona intertropical, resulta habitable a mayor altura que en las zonas templadas y polares. Sin embargo, hay que aclarar que esa población que habita en los Andes peruanos, bolivianos, ecuatorianos y colombianos a alturas considerables ha tenido que sufrir a lo largo de siglos y hasta miles de años, una adaptación al medio sumamente dura, hasta el punto de que su anatomía ha venido sufriendo profundos cambios morfológicos: las personas a esta altura tienen que tener unos pulmones mucho más grandes (para facilitar la respiración), un corazón con mayor capacidad (para aumentar su eficiencia en cuanto al bombeo de sangre) y otras modificaciones orgánicas, mientras que las que siempre han vivido a mucha menor altura pueden sufrir ciertas enfermedades (soroche o mal de montaña) cuando ascienden a esa altura.

Escala temporal y escala espacial de los procesos atmosféricos

Cuando hablamos de escala al referirnos a los distintos patrones y procesos geográficos, nos estamos refiriendo a las dimensiones de dichos procesos bien sea en el tiempo (procesos temporales) como en el espacio terrestre (procesos espaciales o geográficos). En el caso específico de la atmósfera, los procesos temporales se deben a los flujos de energía que se presentan en su seno y a la duración de los mismos. Y la dimensión espacial hace referencia a la extensión y alcances de dichos flujos de energía en el espacio tridimensional de la atmósfera.

El ciclo hidrológico o ciclo del agua en la naturaleza viene a servir de síntesis de la dinámica atmosférica

Existen ciertos patrones que relacionan ambas escalas (tiempo y espacio), generalmente, en forma inversamente proporcional, de acuerdo a las leyes de la termodinámica: un fenómeno atmosférico como puede ser una tormenta suele tener una duración inversamente proporcional al tamaño o dimensión espacial de la misma. Por ejemplo, untornado tendrá una duración mucho más corta (cuestión de minutos) que un huracán (días o semanas), aunque se trate en ambos casos, del mismo proceso.

Fenómenos atmosféricos: La dinámica atmosférica integra el conjunto de procesos físicos o meteorológicos que se producen en el seno de la atmósfera terrestre. Aunque la Tierra no es el único planeta con atmósfera haremos referencia aquí solamente a los procesos atmosféricos terrestres. El motor de todos los procesos atmosféricos terrestres se deriva de laradiación solar recibida por nuestro planeta y los cambios que origina en su seno son:

• Calentamiento y enfriamiento del aire (aumento y descenso de la temperatura), siguiendo un ciclo que puede ser diario, estacional o anual, debido a las consecuencias de los movimientos (de rotación y de traslación) de nuestro planeta.
• Variaciones espaciales y temporales de la presión atmosférica. Este proceso está íntimamente relacionado con el anterior: el calentamiento de aire provoca la disminución de su densidad (porque se expande) y, por ende, la disminución de su presión.
• Los vientos, que se producen para compensar las diferencias de presión atmosférica señaladas en el punto anterior. La ley general en este caso es que los vientos se desplazan desde los lugares donde tienen mayor presión a los que tienen menor presión.
• La humedad, que es la mayor o menor cantidad de vapor de agua que tiene la atmósfera en un lugar y momento determinados.
• Las precipitaciónes, que forman parte importantísima en el ciclo hidrológico y que, en definitiva, hacen posible la vida en la Tierra, al permitir que con la evaporación, la condensación y las lluvias se abastezca la provisión de las aguas continentales (aguas superficiales o subterráneas de continentes e islas en los ríos, lagos, etc.)

Insolación[editar]

Artículo principal: Radiación solar.

Plantas epífitas (Bromelias) en los cables de la luz eléctrica. Estas plantas, como todas las demás (excepto los hongos) viven a expensas de la luz solar (luz visible) así como del dióxido de carbono y agua del aireTodos los procesos meteorológicos y bioquímicos de la atmósfera (y de los océanos) tienen un origen común: el calentamiento de nuestro planeta debido a los rayos solares. También algunos procesos geológicos internos pueden intervenir de alguna manera en el calentamiento o enfriamiento de la atmósfera, pero sus efectos son casi insignificantes a escala global, aunque localmente pueden tener cierta relevancia. Este calentamiento se realiza siempre hacia arriba, es decir, a partir de la superficie terrestre y, sobre todo, a partir de la superficie acuática. La razón está en la compresibilidad del aire: el aire se comprime debido a su propio peso y, por ende, la mayor presión se obtiene en la superficie de nuestro planeta. Una masa de aire comprimido puede calentarse en mucho mayor grado que una que se encuentre a menor presión, como se ha indicado en la imagen que explica el inflado de las ruedas de una bicicleta. El valor de este calentamiento se obtiene midiendo la temperatura atmosférica. Así pues, este calentamiento es, en su mayor parte, indirecto, porque gran parte de la radiación solar atraviesa el aire sin calentarlo hasta llegar a las capas inferiores en contacto con la superficie terrestre las cuales se calientan debido al calor reflejado por la superficie terrestre y, especialmente, marina. Dicho en otros términos, los rayos solares atraviesan casi toda la atmósfera sin calentarla significativamente, debido al fenómeno llamado diatermancia, que implica que el aire casi no absorbe el calor de los rayos solares incidentes, es decir, los procedentes directamente del Sol. Pero la superficie terrestre y oceánica reenvían hacia la atmósfera una radiación infrarroja, lo que se conoce como calor oscuro (rayos infrarrojos o rayos de calor, que son invisibles por el ojo humano). Los rayos infrarrojos sí calientan el aire por ser de onda larga y este proceso resulta favorecido por la mayor presión de la atmósfera al nivel de la superficie terrestre: como ya se ha visto, el aire comprimido puede atrapar mayor energía calórica que el aire a menor presión.

Diatermancia[editar]

Artículo principal: Diatermancia.

Se denomina diatermancia a la propiedad del aire atmosférico de ser atravesado por los rayos solares casi sin calentarse por ello (de "dia", a través, y "termancia", calentamiento). No hay que confundir este término con el de diatermia, que es el tratamiento médico de diversas afecciones con el empleo de radiaciones de calor (infrarrojas) por medios eléctricos o electromagnéticos. En idioma inglés, se emplea el término diathermancy con el mismo significado que aquí se desarrolla y diathermanous (diatérmano) a aquellos cuerpos que son transparentes a las radiaciones térmicas, es decir, que se dejan atravesar directamente por los rayos solares (espectro visible) sin calentarse de manera perceptible.

Sin embargo, la capa superficial del aire, en contacto con la superficie tanto sólida como líquida de nuestro planeta, que es la de mayor densidad porque soporta el mayor peso de la atmósfera, absorbe gran cantidad del calor reflejado por dicha superficie terrestre, por lo que en este caso, deja de ser diatérmano, por lo menos, a una corta distancia del suelo hacia arriba. Lo que sucede es que el calor reflejado por la superficie terrestre está formado por rayos infrarrojos (lo cual se denomina calor oscuro porque los rayos infrarrojos no pueden verse) y su longitud de onda es muy grande (bastante mayor que los rayos visibles de luz roja) y estos si logran calentar el aire, el cual se eleva automáticamente, con lo que se enfría rápidamente hasta alcanzar, a cierta altura, la misma temperatura que el aire circundante, con lo que su movimiento de ascenso cesa también automáticamente. El proceso se invierte durante la noche, cuando el aire a cierta altura disminuye su temperatura debido a la irradiación nocturna y desciende en consecuencia.

Fenómenos atmosféricos: La dinámica atmosférica integra el conjunto de procesos físicos o meteorológicos que se producen en el seno de la atmósfera terrestre. Aunque la Tierra no es el único planeta con atmósfera haremos referencia aquí solamente a los procesos atmosféricos terrestres. El motor de todos los procesos atmosféricos terrestres se deriva de la radiación solar recibida por nuestro planeta y los cambios que origina en su seno son:

• Calentamiento y enfriamiento del aire (aumento y descenso de la temperatura), siguiendo un ciclo que puede ser diario, estacional o anual, debido a las consecuencias de los movimientos (de rotación y de traslación) de nuestro planeta.
• Variaciones espaciales y temporales de la presión atmosférica. Este proceso está íntimamente relacionado con el anterior: el calentamiento de aire provoca la disminución de su densidad (porque se expande) y, por ende, la disminución de su presión.
• Los vientos, que se producen para compensar las diferencias de presión atmosférica señaladas en el punto anterior. La ley general en este caso es que los vientos se desplazan desde los lugares donde tienen mayor presión a los que tienen menor presión.
• La humedad, que es la mayor o menor cantidad de vapor de agua que tiene la atmósfera en un lugar y momento determinados.
• Las precipitaciónes, que forman parte importantísima en el ciclo hidrológico y que, en definitiva, hacen posible la vida en la Tierra, al permitir que con la evaporación, la condensación y las lluvias se abastezca la provisión de las aguas continentales (aguas superficiales o subterráneas de continentes e islas en los ríos, lagos, etc.)