La Atmósfera. Distribución térmica. El agua en la atmósfera
19 octubre 2013 08:23:25
La Meteorología es el estudio científico de la atmósfera de la Tierra, es decir la ciencia que estudia los fenómenos meteorológicos que se desarrollan en la Atmósfera. Con su conocimiento podremos responder a miles de preguntas: ¿por qué hace más calor en el Ecuador y frío en los polos?, ¿cual es el motivo por el cual sentimos más frío a medida que nos elevamos sobre el suelo?, ¿que son las nubes, por qué las hay, a donde van?, ¿qué es el viento y como se produce?, en fin miles de preguntas que nos surgen a cada momento en nuestra vida. Esta ciencia nos responde y ayuda a encontrar las respuestas. Todas las preguntas anteriores se contextualizan en a partir de lo que causa nuestra estrella: El Sol.
- El Sol irradia energía :
- Una parte de esta energía llega al planeta tierra que está rodeado por su atmósfera.
- Una porción pequeña de esta energía es absorbida por la propia atmósfera.
- La mayor parte de ella es absorbida por el suelo, produciendo un calentamiento de este.
Es necesario saber que esta transferencia de energía no se produce en un solo sentido, si así fuese ya no estaríamos para contarlo. La tierra también irradia calor, volviendo a emitir una cantidad de energía similar a la que recibe, estableciendo un equilibrio. Anteriormente comentamos que la tierra recibe la mayor parte de la energía del Sol, se cuantifica en tres veces más que la atmósfera que le rodea, y está más caliente que ella. Pero de esta acción y posterior reacción, hablaremos más adelante. La Ciencia Física Meteorológica puede considerar dividida en tres grandes áreas: Meteorología descriptiva: aquella que estudia las variaciones meteorológicas de presión, temperatura, vientos, humedad... y los equipos y aparatos para medirlas. Meteorología climatológica: profundiza sobre el estudio del clima, es decir a los factores en su aspecto de conjunto estático, (evaporación, precipitación, fenómenos acústicos y eléctricos...). Meteorología dinámica: estudia los fenómenos en función del tiempo y del espacio para conseguir como aplicación práctica la previsión del tiempo.
LA ATMÓSFERA
Es la envoltura gaseosa que rodea al planeta tierra y en donde tienen lugar las transformaciones de la energía solar o donde las diferentes variables meteorológicas intervienen dando origen al tiempo atmosférico. La materia constitutiva de la atmósfera, el aire, es una mezcla de elementos y compuestos químicos que no reaccionan entre sí. Los cuales, además, contienen en suspensión gran variedad de productos sólidos y líquidos en finísimas gotas o partículas, desde materias orgánicas(polen, productos de combustión...) hasta la abundante gama de agentes contaminantes. Está compuesta por nitrógeno (78,08%), oxígeno (20,95%), argón (0,93%), anhídrido carbónico (0,03%) y otras pequeñas proporciones de neón, criptón, helio, metano, xenón, hidrógeno, etc. con cantidades de vapor de agua variables entre un 0 y un 4%. 0.93%1.28%
| COMPONENTE | MASA MOLAR | CONCENTRACIÓN | ESPESOR RELATIVO | |
|---|---|---|---|---|
| MOLECULAR | EN MASA | |||
| Nitrógeno | 28.02 | 78.08% | 75.51% | 6.35 km |
| Oxígeno | 32.00 | 20.95% | 23.14% | 1.68 km |
| Argón | 39.94 | 74 m | ||
| Neón | 20.18 | 18 ppm | 13 ppm | 15 cm |
| Helio | 4.00 | 5 ppm | 0.7 ppm | 4 cm |
| Kriptón | 83.70 | 1 ppm | 2.9 ppm | 8 mm |
| Hidrógeno | 2.02 | 0.5 ppm | 0.03 ppm | 4 mm |
| Dióxido de Carbono | 44.01 | 350 ppm | 533 ppm | 2.8 m |
| Ozono | 48.00 | 0-12 ppm | 0-20 ppm | 0-1 mm |
| Vapor de agua | 18.02 | 0-4 % | 0-2.5 % | 0-300 m |
Partes por millón. Espesor relativo : Espesor que tendría el componente si se concentrara en una sóla capa. *El vapor de agua cuya importancia en el comportamiento de la atmósfera es decisivo, disminuye con la altura, desapareciendo sobre los 15 kilómetros. La atmósfera se mantiene unida a la Tierra debido a la fuerza de la gravedad. Existe una cantidad muy pequeña de ozono (O3), la forma alotrópica del oxígeno, cuyas densidades máximas se encuentran a una altura de unos 32 a 48 kilómetros aproximadamente. La mitad de la atmósfera está comprendida dentro de un radio de 5,6 kilómetros desde la superficie de la Tierra, el 75% dentro de 11 kilómetros, el 90% dentro de 16 kilómetros y el 97% dentro de los 27 kilómetros. Las capas en las que se originan los meteoros se reducen a una altura de pocos kilómetros especialmente debido a que la mitad del vapor de agua está por debajo de 2300 metros. La atmósfera se divide en diversas capas o estratos según sus características térmicas como la troposfera y la estratosfera. Otras capas se determinan por sus propiedades fisicoquímicas (ozonosfera, ionosfera). En la atmósfera las propiedades físicas de los gases dejan de existir a unos 600 kilómetros.
El agua en la atmósfera
La composición del aire seco, determinada por Lavoisier es practicamente invariable:
78% de Nitrógeno, 21% de Oxigeno y un 0.9% de Argón, representan el 99% de los componentes. Los demás gases solo existen en estado residual.
Los Metereólogos se interesa muy poco por el aire seco ya que no se encuentra cási núnca en las capas bajas de la atmósfera,
su mayor preocupación es la mezcla de aire seco/vapor de agua, donde el último desempeña una variable fundamental.
En la atmósfera puede existir en tres estados físicos:
- Gaseoso: Vapor de agua
- Líquido: Gotas de agua (lluvia o rocio)
- Solido: Cristales de hielo en las nubes altas, granizo, nieve o escarcha.
El paso de un estado a otro se lleva a cabo permanantemente, absorviendo o desprendiendo calor (calor latente).
Que ocurre en la atmósfera?:
Los intercambios térmicos en la atmósfera se llevan a cabo principalmente por medio de grandes masas fluidas que se desplazan, unas desde el Ecuador hacia los Polos y otras a la inversa, estos intercambios se hacen por convección. Así tenemos corrientes oceánicas y circulación atmosférica, con contínuas transferencias de calor entre el aire y la superficie terrestre u oceánica. Muy simple y estractadamente:
La superficie oceánica se calienta. el agua se evapora.
El vapor de agua que se forma se mezcla con el aire, siendo la cantidad del primero que puede contener este limitada. Una vez alcanzado este límite (aire saturado), si se sobrepasa, el vapor de agua que sobra se condensa en forma de gotas y aparecen las nubes. Este límite de saturación depende de la temperatura del aire. (Aire caliente puede contener mas vapor que el aire frio.)
Más información en
Por ejemplo en las capas muy bajas a una presión de 1.000 mb(hPa), la atmósfera a 20º C puede contener hasta 15gr devapor de agua por kilo de aire seco, mientra que la atmósfera a 0º contiene 4gr aproximadamente.
Imaginemos ahora una masa de aire como la primera que no está saturada y se enfría por cualquier ciscustancia, enseguida alcanzará la saturación y es entonces cuando aparece la condensación. De aqui por la transferencia de calor se desprenden todos los meteoros conocidos, enfriamiento de masas de aire, precipitaciones .