El agua en la atmósfera
• Se pudiera admitir que la cantidad total de agua
que existe en la Tierra, en sus tres fases: sólida,
líquida y gaseosa, se ha mantenido constante
desde la aparición de la Humanidad. El agua de la
Tierra - que constituye la hidrósfera - se
distribuye en tres reservorios principales: los
océanos, los continentes y la atmósfera, entre los
cuales existe una circulación continua - el ciclo
del agua o ciclo hidrológico. El movimiento del
agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la
energía radiante del sol y por la fuerza de la
gravedad.
• El ciclo hidrológico se define como la secuencia
de fenómenos por medio de los cuales el agua
pasa de la superficie terrestre, en la fase de
vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases
líquida y sólida. La transferencia de agua desde la
superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en
forma de vapor de agua, se debe a la
evaporación directa, a la transpiración por las
plantas y animales y por sublimación (paso
directo del agua sólida a vapor de agua).
• La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico,
por el fenómeno de sublimación es insignificante en
relación a las cantidades movidas por evaporación y por
transpiración, cuyo proceso conjunto se denomina
evapotranspiración.
• El vapor de agua es transportado por la circulación
atmosférica y se condensa luego de haber recorrido
distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua
condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y,
posteriormente, a precipitación.
• La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en
la fase sólida (nieve o granizo). El agua precipitada en la
fase sólida se presenta con una estructura cristalina, en el
caso de la nieve, y con estructura granular, regular en
capas, en el caso del granizo.
• La precipitación incluye también incluye el agua que pasa
de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación
del vapor de agua (rocío) o por congelación del vapor
(helada) y por intercepción de las gotas de agua de las
nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar).
• El agua que precipita en tierra puede tener varios
destinos. Una parte es devuelta directamente a la
atmósfera por evaporación; otra parte escurre
por la superficie del terreno, escorrentía
superficial, que se concentra en surcos y va a
originar las líneas de agua. El agua restante se
infiltra, esto es penetra en el interior del suelo;
esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera
por evapotranspiración o profundizarse hasta
alcanzar las capas freáticas.
• La energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el
paso del agua desde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y
también es el origen de las circulaciones atmosféricas que
transportan el vapor de agua y mueven las nubes.
• La fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al
escurrimiento. El ciclo hidrológico es un agente modelador de la
corteza terrestre debido a la erosión y al transporte y deposición
de sedimentos por vía hidráulica. Condiciona la cobertura vegetal
y, de una forma más general, la vida en la Tierra.
• El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala planetaria,
como un gigantesco sistema de destilación, extendido por todo el
Planeta. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la
radiación solar provoca la evaporación continua del agua de los
océanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por
la circulación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante
la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al
enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación. El
regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada
del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes
marinas.
• El agua que es almacenada por largos períodos de tiempo en el
hielo, la nieve o los glaciares, también forma parte del ciclo del
agua. La mayor parte de la masa de hielo de la Tierra,
alrededor del 90 por ciento, se encuentra en la Antártida,
mientras que el 10 por ciento restante se encuentra en
Groenlandia. La capa de hielo de Groenlandia es una
interesante parte del ciclo del agua. La capa ha aumentado su
tamaño a lo largo del tiempo, alrededor de 2.5 millones de
kilómetros cúbicos (600,000 millas cúbicas), debido que cae
más nieve de la que se derrite. La capa de hielo presenta un
grosor promedio de 1,500 metros (14,000 pies), pero puede
tener hasta 4,300 metros de grosor (14,000 pies). El hielo es
tan pesado, que la tierra que esta por debajo ha sido
presionada hasta adquirir una forma curva. A escala global, el
clima esta cambiando continuamente, generalmente no lo
hace lo suficientemente rápido como para que lo notemos.
Hubo períodos cálidos, hace alrededor de 100 millones de
años. También hubieron muchos períodos fríos, como durante
la última Edad de Hielo, alrededor de 20,000 años atrás. En
este período Canadá, la mayor parte del norte de Asia y Europa
y, algunas regiones de E.E.U.U., se encontraban cubiertas por
glaciares.
• Los glaciares cubren un 10-11 por ciento de toda la
superficie de la Tierra.
• Si en el día de hoy, todos los glaciares se derritieran, el
nivel del mar subiría alrededor de 70 metros (230 pies).
Fuente: Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo
• Durante la última edad de hielo el nivel del mar se
encontraba alrededor de 122 metros (400 pies) más
abajo del nivel a que está hoy día, y los glaciares
cubrían casi un tercio de la superficie terrestre.
• Durante el ultimo período cálido, 125,000 años atrás,
los mares estaban alrededor de 5.5 metros (18 pies)
más arriba del nivel a que están hoy día. Alrededor de
tres millones de años atrás, los mares podrían haber
estado 50.3 (165 pies) metros más arriba.
Transpiración: Proceso mediante el
cual el vapor de agua se escapa de las
plantas y entra a la atmósfera
• La transpiración es el proceso por el cual el agua es llevada desde
las raíces hasta pequeños poros que se encuentran en la cara
inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua y se
libera a la atmósfera. La transpiración, es esencialmente la
evaporación del agua desde las hojas de las plantas. Se estima que
alrededor de un 10% de la humedad de la atmósfera proviene de la
transpiración de las plantas.
• La transpiración de las plantas es un procesos que no se ve---debido
a que el agua se evapora de la superficie de la hoja, tu no ves las
hojas "transpirando". Durante la estación de crecimiento, una hoja
transpirará una cantidad de agua mucho mayor a su propio peso.
Un acre plantado con maíz, produce cerca de 11,400 - 15,100 litros
(3,000- 4,000 galones) de agua por día, y un roble grande puede
transpirar alrededor de 151,000 litros (40,000 galones) por año.
• La cantidad de agua que transpiran las plantas varía según
la región geográfica y a través del tiempo. Hay varios
factores que determinan las tasas de transpiración:
• Temperatura: La tasa de transpiración aumenta a medida
que aumenta la temperatura, especialmente durante la
estación de crecimiento, cuando el aire está más cálido.
• Humedad relativa: A medida que aumenta la humedad del
aire que rodea a la planta, la tasa de transpiración
disminuye. Es más fácil para el agua evaporarse hacia el
aire seco que hacia el aire saturado.
• El viento y el movimiento del aire: El aumento en el
movimiento del aire que rodea a la planta, provocará una
mayor transpiración
• Tipos de plantas: Las distintas plantas, presentan distintas
tasas de transpiración. Algunas de las plantas que crecen en
las zonas áridas, como los cactus, conservan la tan preciada
agua transpirando menos.
• Si bien la atmósfera no es un importante almacenador
de agua, es una vía rápida que el agua utiliza para
moverse por el globo terráqueo. Siempre hay agua en
la atmósfera. Las nubes son la forma más visible del
agua en la atmósfera, pero incluso el aire limpio
contiene agua...partículas de agua que son muy
pequeñas como para ser visibles. El volumen de agua
en la atmósfera en cualquier momento es alrededor de
12,900 kilómetros cúbicos (3,100 millas cúbicas). Si
toda el agua de la atmósfera cayera como lluvia al
mismo tiempo, cubriría la superficie terrestre con una
capa de agua de 2.5 cm de espesor, alrededor de 1
pulgada
• La distribución de las precipitaciones y de los
fenómenos de evaporación en la superficie del globo
terrestre no es uniforme. No obstante, pueden
señalarse algunas tendencias generales: en las zonas
subtropicales y polares, los fenómenos de evaporación
son más importantes que las precipitaciones. Por
contra, las precipitaciones dominan en los dos tipos de
zonas llamados cinturones de precipitaciones: se trata
por una parte de las regiones ecuatoriales que
corresponden a la zona de convergencia intertropical
(ZCIT) y de otra las latitudes medias, a nivel de las
perturbaciones asociadas al frente polar. Así pues, lo
que alimenta en continuo estos cinturones- de
precipitaciones es el vapor de agua procedente de la
evaporación de los océanos subtropicales.
La tasa de precipitación varia
geográficamente y a lo largo del
tiempo
• La cantidad de precipitación varía a lo largo del mundo, de
los países, incluso dentro de una misma ciudad. Por
ejemplo, en Chiapas, las tormentas de verano pueden
producir una pulgada o más de lluvia en una calle, y dejar
otras áreas no muy lejanas secas. La cantidad de lluvia que
cae en el estado de Tabasco durante un mes, es más de lo
que cae en La Paz, Nevada, a lo largo de un año. El record
mundial promedio de lluvia anual, pertenece a Mt.
Waialeale, Hawai, donde el promedio es 1,140 cm (450
pulgadas) por año. Como algo excepcional se registro en
este lugar, 1,630 cm. de lluvia durante un período de 12
meses, lo que corresponde a casi 5 cm. por día !!. En
contraste a esa precipitación excesiva, tenemos Arica, Chile,
donde no llovió en 14 años.
• La cantidad gobal de agua del sistema
climático puede ser modificada por distintos
procesos. Así, los volcanes y las fuentes
calientes aportan agua al sistema. En la alta
atmósfera, las reacciones de fotodisociación
provocadas por la radiación solar destruyen el
vapor de agua. Pero se trata de fenómenos
despreciables y cabe suponer que la cantidad
total de agua del sistema climático es
constante.
• Teniendo en cuenta todos los procesos de aporte y
eliminación de agua en una región dada, es posible
establecer un balance de la distribución espacial y
temporal de las aguas. La expresión final de este
balance es extremadamente simple en la medida en
que quepa considerar que a largo plazo y para
regiones extensas el contenido de las reservas
superficiales y subterráneas es constante. La
cantidad total de agua que permanece en una
determinada región terrestre varía poco. Esto
significa que la eliminación del agua de una región
por evaporación y por corrientes de agua se
encuentra casi exactamente compensada por el
aporte debido a las precipitaciones.
• La intensidad de los movimientos del vapor de
agua es máxima encima del mar, lo cual se
traduce en una transferencia neta de vapor de
agua a los continentes. Pese al predominio de
una componente zonal (movimiento de este a
oeste), se puede constatar que los movimientos
de sur a norte juegan un papel primordial en el
balance de la distribución de agua en la tierra.
Esta no uniformidad de los flujos de vapor de
agua alrededor de la tierra muestra claramente
que las precipitaciones que se producen en una
determinada región tienen su origen en el agua
evaporada en otra distinta.
• El mapa de la distribución del contenido en
agua de la atmósfera -o cantidad de agua
«precipitable» en la atmósfera (W)- revela
inmediatamente, con algunas excepciones,
una disminución continua de W en función de
la latitud, del ecuador a los polos: la cantidad
de agua precipitable llega a ser de 50 kg/m2
en las regiones ecuatoriales y apenas si rebasa
5 kg/m2 en las zonas subpolares y polares.
• No obstante, la simetría de esta distribución
alrededor de la Tierra no es perfectamente zonal (es
decir, no se descompone en bandas paralelas al
ecuador): para un determinado valor de la latitud,
se observa una variación del valor de W en función
de la longitud. Las diferencias respecto de esta
simetría zonal resultan de la influencia de la
fisiografía del globo. Es en el hemisferio sur,
ocupado en mayor proporción por los océanos,
donde estas diferencias son menores. Se constata
también que la cantidad de agua precipitable suele
ser superior por encima del mar. Por encima de los
continentes, además, la cantidad de agua
precipitable depende de la topografía.
• Por encima de las regiones desérticas, la cantidad
de agua precipitable es netamente inferior a la
correspondiente media zonal. Este efecto es
particularmente notable en las porciones orientales
de los anticiclones semipermanentes de las zonas
subtropicales. La influencia de los relieves elevados
se traduce también en una disminución de la
cantidad de agua precipitable, a veces inferior a 10
kg/m2 por encima de las Montañas Rocosas, de la
cadena del Himalaya, de las altiplanicies de Etiopía
y de la cordillera de los Andes. En este último
macizo montañoso se constata además una
deformación importante de la zona correspondiente
a 20 kg/m2 hacia las latitudes más bajas.
• El contenido en agua de la atmósfera no varía solo en
función de la latitud y la longitud; depende también de la
altitud. El decrecimiento del grado de humedad en función
de la altura sigue prácticamente una ley exponencial. Más
del 50% del vapor de agua atmosférico está confinado
dentro de fina envoltura que corresponde a 1500 metros
de altitud (es decir, a una presión de 850 milibar) y más del
90% del agua precipitable se encuentra a unas altitudes
inferiores 5600 metros (a una presión inferior a 500
milibar). Las variaciones estacionales de la cantidad de
agua en función de la altitud transcurren paralelamente a
las correspondientes variaciones de temperatura y por lo
tanto son más pronunciadas en el hemisferio norte que en
el hemisferio sur.
• A partir de los mapas de distribución global de la cantidad
de agua precipitable en la atmósfera se puede trazar el
perfil de las medias zonales en función de la latitud. Se
obtiene así una curva en forma de campana cuyo máximo
está situado en la vertical del ecuador para la media anual.
Mediante un simple cálculo de integración, esta curva
permite también evaluar el contenido global en agua de la
atmósfera, es del orden de 13.1 x 1035 Kg, el equivalente a
una capa de agua uniforme de 2.5 m de espesor que cubra
toda la tierra. Las diferencias estacionales de este
contenido son mas pronunciadas en el hemisferio norte,
donde la diferencia entre los valores invernales y estivales
es del orden de 3 x 1015 kg, por solo 1.8 x 1015 kg en el
hemisferio sur.
• En la estación junio-julio-agosto el flujo de
vapor de agua hacia el hemisferio norte es de
18.8 x 108 kg/s y en diciembre-enero-febrero,
de 13.6 x 108 kg/s hacia el hemisferio sur. El
balance anual de estas variaciones es un
aporte neto de vapor de agua hacia el
hemisferio norte, que se traduce en un exceso
anual de 39 mm de las precipitaciones
respecto de la evaporación. En este
hemisferio, el exceso de las precipitaciones
sobre la evaporación es igual a 58 mm de
junio a agosto, mientras que de diciembre a
febrero la evaporación supera en 42 mm a las
precipitaciones.
• Admitiendo que el valor medio de la tasa de
precipitación anual en la Tierra sea igual a un
metro, es posible calcular el tiempo de
permanencia del agua en la atmósfera. El
valor obtenido, 0.025 años, unos nueve días,
significa que el contenido en vapor de agua de
la atmósfera se renueva unas 40 veces al año
• En las latitudes medias, el transporte de vapor
de agua según la componente meridional se
efectúa hacia los polos en los dos hemisferios
y las variaciones estacionales son pequeñas.
Este transporte deriva principalmente de las
bajas presiones asociadas al frente polar y de
torbellinos estacionarios tales como las
depresiones subpolares y los anticiclones
subtropicales y sus pulsaciones.
• Al nivel del ecuador, la intensidad máxima del
transporte vertical está asociada a las ramas
ascendentes de las células de Hadley. En las
latitudes medias y elevadas, este transporte
está controlado por los sistemas de bajas
presiones cuasiestacionarias y transitorias. Por
contra, las principales zonas en que el
transporte vertical de vapor de agua se
efectúa de arriba abajo son las partes
orientales de los anticiclones subtropicales
situados encima del mar.
• Físicamente, los puntos de divergencia
corresponden a fuentes de vapor de agua para las
regiones vecinas, lo cual traduce un exceso de la
cantidad de agua evaporada con respecto a las
precipitaciones en la superficie terrestre. En
cambio, los puntos de convergencia (es decir, de
divergencia negativa) indican zonas de acumulación
del vapor de agua en la atmósfera, lo cual se
traduce como un exceso de las precipitaciones
respecto de la evaporación. En general, las zonas de
convergencia y de divergencia son más
pronunciadas sobre el mar que sobre los
continentes.
• Las zonas de convergencia predominan en las latitudes
ecuatoriales y entre las latitudes medias y elevadas. La zona
de convergencia ecuatorial está asociada a la ZCIT. El vapor
de agua es transportado hacia las zonas ascendentes por
las ramas inferiores de las células de Hadley, lo cual
corresponde a una elevada tasa de precipitaciones. Entre
las latitudes medias y altas, las zonas de convergencia
corresponden a las depresiones ciclónicas transitorias que
acompañan a los frentes polares. Pero indudablemente
existe una zona de débil divergencia a nivel de los polos,
especialmente en el polo norte.
• Los cinturones de divergencia subtropical
coinciden aproximadamente con las zonas áridas
del globo. Están asociados a una tasa de
evaporación muy importante y a los anticiclones
subtropicales. La presencia de zonas de
divergencia encima de los océanos es
intuitivamente fácil de comprender: la cantidad de
agua evaporable es evidentemente muy
importante en esas regiones donde, además, las
principales corrientes oceánicas asegurarán
siempre el aporte de agua necesaria para el
mantenimiento del equilibrio.
• Los procesos de convergencia y divergencia de los
flujos de vapor de agua en la atmósfera tienen
también una influencia detectable en el grado de
salinidad de las capas superficiales de las aguas
oceánicas. El grado de salinidad, en efecto, es
superior en las zonas de fuerte divergencia, donde
la evaporación es importante; en cambio, en las
regiones ecuatoriales de convergencia,
caracterizadas por un exceso de agua dulce
procedente de las precipitaciones, el agua del mar
está ligeramente «diluida». Esto es lo que ocurre,
en particular, en las regiones ecuatoriales de los
océanos Atlántico, Pacífico e Índico.
El transporte del vapor de agua, que se efectúa en las
regiones inferiores de la troposfera, reino de los fenómenos
meteorológicos, está considerablemente afectado por la
topografía terrestre. Se constata que la ausencia de cadenas montañosas en la costa occidental de Europa favorece
una importante penetración de aire húmedo en este continente hasta las regiones mediterráneas. En Norteamérica,
al contrario, las Montañas Rocosas, paralelas a la costa
oeste, impiden la penetración del aire húmedo pro-cedente
del océano Pacífico. La mayoría de las precipitaciones de
este continente parecen proceder, en todas las estaciones,
de la penetración del vapor de agua evaporado en las aguas
cálidas del golfo de México. La cordillera de los Andes juega
un papel de barrera semejante en Sudamérica, donde la
mayor parte de las precipitaciones proceden de las aguas
de evaporación del océano Atlántico.
• estas dos fases pueden existir en equilibrio. El punto en
que las tres curvas coinciden se llama punto triple y
que para el agua es 0,01°C y 0,006atm. Esta es la única
condición en las cuales estas tres fases (sólida, liquida y
gaseosa)pueden estar en equilibrio entre si. La
temperatura del punto triple es muy próxima al
llamado punto de la congelación. Los diagramas de
fases permiten predecir los cambios en el punto de
fusión y punto de ebullición de una sustancia como
resultado de cambios en la presión externa; También
se puede anticipar las direcciones de las transiciones
de fases provocadas por cambio en la temperatura y
presión.
• Si despreciamos las pérdidas y las ganancias
debidas al vulcanismo y a la subducción, el
balance total es cero. Pero si nos fijamos en
los océanos, se comprueba que este balance
es negativo; se evapora más de lo que
precipita en ellos. Y en los continentes hay un
superávit; precipita más de lo que se evapora.
Estos déficit y superávit se compensan con las
escorrentías, superficial y subterránea, que
vierten agua del continente al mar.
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