Tema 8: Dinámica de las masas fluidas

DINÁMICA DE LAS MASAS FLUIDAS

TEMA 8

CAPAS FLUIDAS

Atmósfera e Hidrosfera

Ambas son muy importantes en el

funcionamiento de la máquina climática

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

ATMÓSFERA

Nitrógeno: 78,1 %

Oxígeno: 20,9 %

Argón: 0,93 %

Dióxido de carbono: 0,038 %

Otros gases: 0,032 %

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

Exosfera Ionosfera Mesosfera Estratosfera Troposfera

Troposfera

Estratosfera

Mesosfera e Ionosfera

Auroras polares

Las auroras se forman por la interacción del viento solar (flujo de partículas cargadas: e- y H+) con la magnetosfera y la ionosfera.

El viento solar viaja a través del espacio a unos 400 km/s, y llega a la Tierra en 4 o 5 días.

Auroras polares

Estos partículas electrizadas son captadas y canalizadas por las líneas del campo magnético terrestre hacia los círculos polares. El campo magnético actúa también como escudo protector, desviando la mayoría de las partículas cargadas.

Estos e- y H+ ionizan los átomos de la ionosfera: iones de oxígeno y nitrógeno, originados por los rayos ultravioleta procedentes del Sol.

Los átomos excitados, no pueden quedarse en este estado y se desexcitan, emitiendo luz verde/amarilla los de oxígeno, azul los de nitrógeno y roja los de He.

El color del arco auroral depende de los átomos ionizados y de la altitud (entre 80 y 1 000 km de altura)

Auroras polares

RADIACIONES SOLARES

BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR

El balance energético de la Tierra permanece equilibrado:

Energía que entra - Energía que sale = 0 A lo largo de la historia de la Tierra, las variaciones

importantes de dicho balance han supuesto cambios climáticos, como por ejemplo las glaciaciones.

BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR

Esta ilustración explica el proceso que sigue la energía solar desde que entra en la atmósfera hasta que la abandona.

ACTIVIDAD 3

Sobre la atmosfera: ◦ Absorbida ◦ Reflejada ◦ Total

Sobre la superficie terrestre: ◦ Absorbida ◦ Reflejada ◦ Total

25% 25%

50%

45% 5%

50%

Balance total radiación incidente: 100%

a) Radiación de onda corta incidente

Onda larga: ◦ Atmosfera ◦ Suelo ◦ Total

ACTIVIDAD 3

Onda corta (Albedo planetario): ◦ Atmosfera ◦ Suelo ◦ Total

25% 5%

30%

66% 4%

70%

Balance total radiación saliente:

¿Se encuentran en equilibrio las entradas y salidas?

100%

b) Radiación emitida por la Tierra al espacio

ACTIVIDAD 3

Radiación recibida: ◦ Onda corta ◦ Onda larga ◦ Total

Radiación emitida: ◦ Onda larga ◦ Total

45% 88%

133%

104%

104%

Balance total (entradas - salidas):


133 - 104 = 29%

c) Balance de la superficie terrestre (suelo)

ACTIVIDAD 3

Radiación recibida: ◦ Onda corta ◦ Onda larga Total

Radiación emitida: ◦ Onda corta ◦ Onda corta (al suelo) Total

25% 100%

125%

66%

154%

El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA si se encuentra en equilibrio.

125 - 154 = - 29%

88%

d) Balance de la atmosfera

Balance total (entradas - salidas):


ACTIVIDAD 3

Las salidas del sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA son: 30% albedo + 66% radiación de onda larga atmosférica + 4% radiación de onda larga terrestre.

El sistema SUPERFICIE-ATMÓSFERA respecto al espacio está en equilibrio.

La atmósfera actúa como un manto que da calor a la tierra y mantiene el equilibrio entre la cantidad de radiación solar absorbida y el calor que se refleja de nuevo hacia el espacio.

El equilibrio entre la energía solar que recibe y la que emite tiene como consecuencia la estabilidad térmica de la Tierra.

La relación no se encuentra en equilibrio si se consideran por separado la superficie terrestre o la atmósfera, pero si en el sistema superficie-atmósfera.

PAPEL REGULADOR ATMÓSFERA

La transmisión del calor entre el suelo y la atmósfera se produce de varias formas: ◦ Calor sensible: Radiación infrarroja de onda larga Conducción directa Movimientos de convección

◦ Calor latente: Es la energía térmica acumulada en el vapor de agua. Se libera asociado a la evaporación y aumenta la

temperatura del aire.

Transmisión de calor

Transmisión de calor

FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA

FUNCIÓN PROTECTORA: ◦ Filtra las radiaciones solares nocivas. ◦ Impide la caída de material cósmico, ya que la mayoría de

meteoritos que son atrapados por el campo gravitatorio terrestre se subliman por rozamiento durante su descenso.

FUNCIÓN REGULADORA:

◦ Evita grandes contrastes térmicos gracias al efecto invernadero. ◦ Redistribuye la radiación solar

Contiene el O2 y CO2 necesarios respectivamente para la

respiración de la mayoría de los seres vivos y fotosíntesis de las plantas.

Interviene en el ciclo del agua, y en los procesos de geodinámica externa.

FUNCIONES DE LA ATMOSFERA

MOVIMIENTOS DE LAS MASAS DE AIRE

Los movimientos horizontales y verticales de las masas de aires se deben a la existencia de gradientes: ◦ Gradientes de humedad. ◦ Gradientes de presión. ◦ Gradientes de temperatura.

HUMEDAD ATMOSFÉRICA

El aire húmedo (aire + H2O) es menos denso que el aire seco. ◦ Humedad absoluta. Cantidad de vapor de agua en un

volumen determinado de aire (g/m3). La cantidad de vapor de agua que hay en el aire depende de la temperatura. ◦ Humedad relativa. Cantidad en % que hay en 1 m3 en

relación con la máxima que podría contener a la Tª en la que se encuentra.

CURVA DE SATURACIÓN DE UNA MASA DE AIRE

Al elevarse el aire y enfriarse el vapor de H2O, este se condensa.

Curva de saturación

El aire frío no puede contener mucho agua aunque esté saturado.

Esta es la razón por la que en los

lugares fríos de la Tierra (Ártico y Antártida) las precipitaciones son escasas

GRADIENTE DE PRESIÓN

La presión ejercida por la atmósfera es 760 mm Hg =1 atm = 1013,3 mb.

Esta presión varía dependiendo de humedad y

la temperatura del aire.

Los mapas del tiempo trazan isobaras, líneas que unen puntos geográficos con igual presión.

Los anticiclones se forman cuando una masa de aire frió (más denso ) desciende hasta contactar con el suelo. En esta zona hay “mucho aire” y crea una zona de alta presión.

Anticiclones

Una borrasca se forma cuando una masa de aire poco denso (cálido y húmedo) se eleva, creándose un vacío con menos presión.

Borrascas

Anticiclones y borrascas

GRADIENTES DE TEMPERATURA

Gradiente vertical térmico. Gradiente adiabático seco (GAS).

Gradiente adiabático húmedo (GAH).

GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA

Gradiente vertical de Tª: variación vertical de Tª en condiciones estáticas o de reposo de una masa de aire (0,65ºC/100m como media) . El gradiente real puede variar según las condiciones de un lugar concreto.

Inversión térmica: cuando la Tª aumenta con la altura en vez de disminuir, GVT negativo.

El aire superficial caliente tiende a elevarse formando

corrientes térmicas ascendentes. Pueden darse también movimientos horizontales.

Inversión térmica

Ocurre sobretodo en situaciones de tiempo frio y estable. Dificulta la mezcla de aire.

GVT

Inversiones térmicas

GRADIENTES ADIABÁTICOS

Son las variaciones de temperatura que experimenta una masa de aire al cambiar de altura.

Únicamente dependen de la

temperatura y de la humedad inicial, pues son resultado directo de las leyes físicas.

GRADIENTE ADIABÁTICO SECO

GAS: (1ºC/100m) Al ascender una masa de aire la presión

disminuye y el gas se expande con una disminución de Tª según la ley de los gases perfectos. Lo hace sin intercambiar calor con el exterior: cambio adiabático.

Se llama seco por que el agua que lleva el aire está en forma de vapor.

Es un gradiente dinámico ya que afecta una masa de aire que se encuentra realizando un movimiento vertical por estar en desequilibrio con el aire que le rodea.

GRADIENTE ADIABÁTICO HÚMEDO

GAH: Cuando una masa de aire ascendente alcanza el punto de rocío, el vapor de agua que contenía se condensa formando una nube. En la condensación se libera el calor latente por lo que el GAH es menor que 1ºC/100m. La masa seguirá ascendiendo pero con un gradiente rebajado. Su valor depende de la cantidad de vapor de agua

inicial, cuanta más agua menor GAH y las nubes pueden llegar a mucha altura (p. ej. Trópico GAHmínimo=0,3 ºC/100m)

INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA

Borrasca: Movimiento ascendente de aire que varia conforme G.A.S.

Ascenso: G.V.T.>G.A.S. (Aire exterior más frío)

Vientos convergentes

Posibilidad de lluvia si el aire ascendente es húmedo.

CONDICIONES DE INESTABILIDAD

ESTABILIDAD ATMOSFÉRICA

Anticiclón: descenso de aire frío y denso.

Vientos divergentes secos : NO precipitaciones

0<GVT<GAS=1 : Estabilidad atmosférica sin movimientos verticales.

GVT<0 : Inversión térmica, niebla.

CONDICIONES DE ESTABILIDAD

1. Hr= (12,5*100)/16=78%

2. 15 ºC

3. GAS=1ºC/100 m -> 20ºC -> 15ºC hasta los 600m

Desde los 600m hasta 1600m se aplica GAH= 0,5ºC/100 m

A 1600 m la T.aire = 15 – (1000* 0,5) = 10ºC

CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA

La radiación solar es máxima en el ecuador, las diferencias de temperatura que de ello derivan quedan amortiguadas por el transporte de calor que hacen la masas fluidas de la Tierra.

Este hecho fue propuesto por Hadley en el siglo XVIII


El aire transporta calor en forma de calor sensible (corrientes de convección) y de calor latente.


La circulación del aire se ha mostrado más compleja de lo propuesto por hadley.

Existen 3 células convectivas: ◦ La de Hadley ◦ La de Ferrer ◦ La polar


Célula de Hadley. Muy energética por los rayos solares, al llegar a los 30º desciende formando anticiclones y desiertos.

Célula Polar. El aire frío procedente de los polos se calienta y eleva a latitud 60º creando borrascas que afectan a nuestro país en invierno.

Célula de Ferrel. Por la acción indirecta de los vientos que soplan desde los anticiclones tropicales hasta las borrascas polares.

EFECTO DE CORIOLIS

El aire circula entre los anticiclones y las borrascas en diferente sentido en superficie y en altura, esta circulación se desvía debido al efecto Coriolis girando: Borrasca – Antihorario y Anticiclón - Horario

Aire templado

Aire tropical

Aire templado

Aire polar

Aire polar

Como consecuencia de la inclinación del eje de rotación de La Tierra, a lo largo de las estaciones, las células convectivas se desplazan en dirección N-S produciendo las breves estaciones lluviosas en las zonas subtropicales, la llegada de aire polar en las zonas templadas, etc..

CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMOSFERA

Lluvias de convección

Precipitaciones ligada a un frente ciclónico

Precipitaciones ligada a un frente ciclónico

ANOMALÍAS CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA

Influencia de las masas continentales: debido a la distribución de tierra y continentes el flujo es mucho más complejo.

Brisas marinas

Monzones

Monzones

HIDROSFERA

CONSTITUCIÓN HIDROSFERA

CICLO HIDROLÓGICO

Ciclo del agua

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS MARINAS

Composición del agua marina

Temperatura del agua marina

Distribución térmica vertical

No se puede mostrar la imagen en este momento.

a: Mares poco profundos en zonas templadas b: Océanos. Perfiles en profundidad en invierno

Densidad del agua marina

No se puede mostrar la imagen en este momento.

Intensidad de luz

Variación de la intensidad de luz con la profundidad: ◦ Zona fótica ◦ Zona afótica

DINÁMICA HIDROSFERA

El agua debido a su abundancia, poder calorífico y a las corrientes constituye un mecanismo de transporte de calor muy eficaz y de gran importancia sobre el clima terrestre.

Es un regulador térmico debido a su elevado

calor específico, absorbe y almacena más tiempo una gran cantidad de energía calorífica. Los océanos se calientan y enfrían más lentamente que los continentes, lo que se traduce en menor amplitud térmica en las costas.

CORRIENTES OCEÁNICAS SUPERFICIALES

Corrientes superficiales: giro horario en hemisferio norte, debido a los alisios E – O. Corriente del golfo. Corriente del Labrador. Antártica.

Afloramientos

No se puede mostrar la imagen en este momento. Cinta transportadora oceánica: El agua oceánica de todo el planeta se mueve globalmente. Se enfría en Groenlandia se hunde y viaja hasta el antártico donde parte vuelve al Atlántico y parte viaja hasta el Pacífico donde asciende en el Mar de Japón y vuelve superficialmente de nuevo a Groelandia.

Corrientes oceánicas profundas

Corrientes profundas o termohialinas: la capa superficial del agua se enfría y se hunde.

OSCILACIÓN DEL NIÑO

Situación normal: vientos alisios empujan hacia el Oeste el agua del Pacífico. La corriente de Humbold aflora frente a las costa del Perú.


El niño: Periódicamente los alisios no empujan tanto las aguas y no llegan hasta Indonesia. El agua se calienta junto a Perú se forma una borrasca y precipitaciones en esta costa. También se altera el clima global. Este fenómeno tiene consecuencias en el mar y la economía pesquera.

http://www.elmundo.es/elmundo/2002/graficos/ago/s4/elnino.html

http://www.elmundo.es/elmundo/2002/graficos/ago/s4/elnino.html


La Niña sucede cuando se produce un agravamiento de

la situación normal: vientos alisios muy fuertes, producen enfriamiento

SITUACIÓN ACTUAL (CURSO 2011-12)



7 de octubre de 2013


Junio de 2014


AGUAS CONTINENTALES

Acuíferos: Son aquellas

formaciones geológicas capaces de almacenar y transmitir agua

ZONAS DE UN ACUÍFERO

Zona de aireación: aquella donde el agua de precipitación se infiltra.

Zona de saturación.

ACUÍFEROS

La zona de descarga es la zona donde el agua sale del acuífero, como puede ser un manantial o la descarga al mar o a un río.

ACUÍFEROS

Distribución de agua subterránea. La forma del nivel freático suele ser una réplica suavizada de la topografía superficial.

Durante los periodos de sequía el nivel freático desciende, reduciendo el flujo de corriente y secando algunos pozos.

Acuíferos libres y confinados



Acuífero libre: En ellos existe una superficie libre y real del agua encerrada, que está en contacto con el aire y a la presión atmosférica. Entre la superficie del terreno y el nivel freático se encuentra la zona no saturada.

Acuífero confinado: se encuentra entre dos materiales impermeables.


Según la movilidad del agua se puede hablar de: ◦ Acuíferos ◦ Acuitardos: buenos almacenes pero transmisores muy

lentos de agua, por ej. limos. ◦ Acuicludos: buenos almacenes pero nulos transmisores

(el caso de arcillas). ◦ Acuifugos: no almacenan ni transmiten agua (granitos

o cuarcitas no fisuradas). La velocidad del agua dependerá de la porosidad

y percolación de la roca.

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Tema 8: Dinámica de las masas fluidas