Atmosfera
Introducción
La atmósfera está compuesta de gases cuya composición se mantiene
relativamente estable. Sin embargo el calentamiento y la rotación de nuestro
planeta contribuyen a la naturaleza
, y el
consiguiente cambio en fuerzas, presión y temperatura creando zonas climáticas,
patrones climáticos, y tormentas en nuestro planeta.
Las actividades humanas están alterando el balance dinámico en la atmosfera,
provocando temperaturas elevadas en la superficie y los patrones de
precipitación a cambiantes. La atmosfera es un sistema critico que ayuda a
regular el clima terrestre y distribuir el calor alrededor del globo terráqueo. En
esta unidad descubriremos los proceso fundamentales que causan la circulación
atmosférica y crea zonas climáticas y patrones del tiempo. Aprenderemos como
el ciclo del carbono ayuda a regular el clima.
Introducción
Veremos como y porque fluctúa el clima, aprenderemos las características básicas de la
atmosfera y algunos conceptos físicos que nos ayudaran a entender el clima.
Enfocaremos en tres temas:
y estudiaremos la influencia de lo anterior en la distribución de presión y temperaturas
sobre la tierra, creando las zonas climáticas, los patrones climáticos, y sobre todo,
creando las condiciones adecuadas para la vida.
Introducción
La atmosfera es un sistema complejo en el cual las reacciones físicas y químicas
ocurren constantemente. El sistema climático terrestre mantiene un balance o
equilibrio dinámico entre la
que
abandona la atmosfera. Los niveles de oxigeno en la atmosfera son regulados por un
balance dinámico en el ciclo natural del carbono entre los procesos que emiten
oxigeno, fotosíntesis y otros que consumen oxigeno como la respiración.
Preguntas principales

¿Cuáles son las
existencia de la vida en nuestro planeta?

que permiten la
¿Cómo la atmosfera forma el

¿Qué puede causar el
influencia tienen los seres humanos?
?
y qué
CONCEPTOS ERRÓNEOS ACERCA DE LA
ATMOSFERA TERRESTRE
•
Un concepto erróneo es que las plantas generan mayor cantidad del oxígeno de la
atmosfera. En realidad, investigaciones indican que cerca del 75% del oxígeno del
planeta proviene del océano.
•
Falsamente se cree que la luz directa del sol calienta la atmosfera. En realidad es
un conjunto de las tres fuerzas de transferencia de calor, Radiación, Convección y
Conducción. La atmosfera es calentada de la superficie terrestre hacia arriba,
aunque la energía proviene desde el sol.
•
Otro concepto erróneo es que los gases de invernadero constituyen una porción
importante de la atmosfera. Los mayores constituyentes de la atmosfera con el
nitrógeno y el oxígeno.
La estructura de la atmosfera:
Composición
La estructura de la atmosfera:
Estructura
Al nivel del mar, la presión atmosférica
promedio es de
,
correspondiente a una masa de
10000kg (10 Ton) por metro cuadrado o
un peso de
(14,7
pondios por pulgada cuadrada) para
una columna de aire desde la superficie
hasta el techo de la atmosfera.
• Corrientes de aire crecientes
• Disminuye alrededor de 6.5°C por cada km de altitud.
• Eleva la temperatura de la superficie terrestre por el
aumento de la cantidad de calor irradiado desde la
atmósfera hacia el suelo
En la cima de la troposfera esta la tropopausa,
una capa de aire frio (alrededor de -60°C) la
cual forma el techo de la troposfera y crea
“Trampa fría” que causa que el vapor de agua
atmosférico se condense.
• Se extiende hacia arriba de la tropopausa a 50 km
• Aumento con la altitud debido a la absorción de la luz solar por el
ozono estratosférico
• Cerca del 90% de el ozono de la atmosfera se encuentra en la
estratosfera.
• Contiene solo una pequeña cantidad de el vapor de agua debido a
la “Trampa fria” y la tropopausa
Las temperaturas cada vez caen de nuevo con el
incremento de la altitud, aproximadamente -93ºC en una
altitud de 85 km. Sobre este nivel, en la termósfera, las
temperaturas de nuevo se calientan con la altitud,
aumentando cada vez mas hasta los 1700ºC.
EL balance irradiado y el efecto
invernadero
El Sol es mucho más caliente que la Tierra, por lo que emite radiación a
longitudes de onda más cortas.
EL balance irradiado y el efecto
invernadero
Energía recibida del Sol equilibra la energía que la Tierra pierde hacia el espacio,
manteniendo una temperatura promedio estable.
Principales gases de invernadero
El CO2 es el gas de efecto invernadero antropogénicas más importante, pero
también otros gases contribuyen significativamente al cambio climático. Otros
contaminantes, como las partículas finas, también afectan la cantidad de
radiación solar que se absorbe en la atmósfera terrestre.
Principales gases de invernadero
Algunos entre los que se incluyen vapor de agua, ozono, dióxido de carbono, metano
y oxido nitroso, son naturales en la atmosfera. Otros son de síntesis química emitidos
como resultado de la actividad humana.
El mas significativo de los GHGs afectado directamente
por la actividad humana. Es el producto de la oxidación de carbono en materia
orgánica, también a través de la combustión de combustibles a base de carbono.
•
Fuentes naturales: Erupciones volcánicas, respiración de materia orgánica
en ecosistemas, incendios naturales, y el intercambio de CO2 con el océano.
•
Fuentes antropogénicas: Combustión de combustibles fósiles y
deforestación y el uso cambiante de la tierra (urbanismo y agricultura) que
almacenan materia orgánica.
se produce por la descomposición anaeróbica de la materia
orgánica en los vertederos, los pantanos y los campos de arroz, la fermentación
entérica en los tractos digestivos de animales rumiantes como vacas, cabras y ovejas,
la gestión del estiércol, el tratamiento de aguas residuales, la quema de combustibles
fósiles, y las fugas de transporte de gas natural y los sistemas de distribución y las
minas abandonadas de carbón.
Principales gases de invernadero
se producen por el uso de fertilizantes, la gestión de los
residuos animales, la combustión de combustibles fósiles, y las actividades industriales.
son productos químicos
sintéticos que se utilizan en una variedad de procesos de producción industriales tales
como la fabricación de semiconductores. Los PFC se produce también como
subproducto de la fundición de aluminio. Ambos grupos de productos químicos están
encontrando creciente uso como sustitutos de los clorofluorocarbonos que agotan la
capa de ozono (CFC), que están siendo eliminadas en virtud del Protocolo de Montreal
de 1987 relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono. HFC y PFC sustituyen el
CFC en aplicaciones tales como refrigeración y de soplado de espuma para aislamiento.
Temperatura y presión uniforme
Cuando la humedad relativa alcanza el 100%, el aire ha alcanzado la presión de
saturación y no puede absorber cualquier vapor más de agua. Como el aire se
calienta, la cantidad de vapor de agua que puede contener aumenta
exponencialmente. Por consiguiente, las concentraciones de vapor de agua
atmosférico son las más altas en regiones cálidas y disminuye hacia los polos.
Movimiento vertical en la atmosfera:
Significativo vapor de agua atmosférico, 1988-1999
Debido a que la Tierra es más caliente cerca del ecuador, los niveles de vapor de
agua atmosférico son más altas en las regiones tropicales.
Movimiento vertical en la atmosfera
6
Cuando la inestabilidad condicional existe, las parcelas de aire son estables si
están secas e inestable si están saturados. Inestabilidad condicional puede
ayudar a generar tormentas provocando que las parcelas de aire húmedo a
elevarse y formar nubes altas.
Movimiento vertical en la atmosfera
Una porción de aire seco (alguien cuya humedad relativa es inferior al 100%) se enfría
en un 9,8 ° C por cada mil metros que se levanta, una disminución constante llamada
gradiente
Sin embargo, si el paquete se enfría lo suficiente para que la
humedad relativa alcanza el 100%, el agua comienza a condensar y formar gotas de las
nubes.
Este proceso de
libera calor latente en el paquete, por lo que el
paquete se enfría a una velocidad inferior cuando se mueve hacia arriba, llamada tasa
.
Las condiciones atmosféricas puede ser estable o inestable, dependiendo de la rapidez
con la temperatura del medio ambiente disminuye con la altitud.
Si la temperatura atmosférica disminuye con la altura más rápido que el gradiente
seco adiabático (es decir, en más de 9,8 ° C por kilómetro), es inestable. El aumento de
las masas de aire estará más caliente y menos denso que el aire circundante, por lo
que la flotabilidad y experimentar seguirá aumentando y forman nubes que pueden
generar tormentas.
Es más probable que produzcan nubes y las tormentas que una atmósfera estable.
Si la temperatura disminuye más gradualmente con la altura que el gradiente vertical
adiabático seco, pero de forma más pronunciada que el gradiente vertical adiabático
húmedo, el ambiente es condicionalmente inestable. En este caso, las masas de aire
puede elevarse y formar nubes si contienen suficiente vapor de agua para entrar en
calor a medida que expanden (Fig. 6), pero tienen que conseguir un empuje hacia
arriba bastante fuertes para iniciar el proceso de condensación (hasta 4000 metros).
Si la temperatura disminuye con la altitud más lentamente que el gradiente vertical
adiabático húmedo, la atmósfera es estable: masas de aire ascendente se enfriará más y
más densa que la atmósfera circundante y hundirse de vuelta al punto de partida.
Patrones de circulación atmosférica
7
Las brisas marinas son causadas por las diferencias de temperatura entre la
tierra en la superficie y el agua adyacente, lo que causa que el aire fluya en
direcciones opuestas durante el día y por la noche.
Patrones de circulación atmosférica
La circulación atmosférica se configura cuando se mueve masas en la atmósfera.
Este movimiento puede ser
, como cuando el aire caliente se eleva y se hace
flotante. También puede ser
: se crea el viento por aire que se mueve
desde zonas de alta presión, donde el aire está densamente comprimido, para áreas
de baja presión, donde el aire es menos denso, aunque los vientos horizontales
siguen trayectorias curvas debido a la rotación de la tierra.
Fuerzas atmosféricas hacen que el aire se mueve, modificando la diferencia de
presión. En un mapa de tiempo, las diferencias de presión están demarcados por
líneas paralelas llamadas
que muestran en la presión, generalmente en
incrementos de 2 a 4 milibares.
Patrones de circulación atmosférica
Las brisas marinas mostrar cómo los movimientos verticales y horizontales se
combinan para
.
Durante el día, las regiones costeras de la tierra se calientan más que el mar
porque la tierra se calienta más rápidamente que el agua. El Aire sobre la tierra se
calienta y se eleva por lo tanto, aumentando la presión en la atmósfera sobre la
superficie, donde se empieza a enfriar y formar nubes. Entonces fluye en la altura
de la zona de alta presión sobre la tierra a una menor presión sobre el mar. Debido
a que hay
, la presión en
la superficie es mayor en el mar, para que el aire fluye desde el mar a la tierra.
Por la noche, cuando la tierra se enfría más rápidamente que el océano, el ciclo se
invierte (Fig. 7).
Patrones de circulación atmosférica
La fuerza de Coriolis es creado por la
rotación de la Tierra, que desvía las masas
de aire que se desplazan a largas
distancias. Es más fuerte cerca de los polos
y no existen en el ecuador.
El mismo proceso afecta a volumen de aire que se mueve hacia el norte desde el
ecuador hacia el polo:
por lo que su ritmo de espín
aumenta.
La velocidad angular de la parcela es mayor que la velocidad angular de la
superficie de la Tierra en la latitud más alta, por lo que se desvía a la derecha de
su trayectoria original con relación a la superficie del planeta. En el hemisferio
sur, el volumen parece desviarse a la izquierda.
Patrones de circulación atmosférica
La circulación del aire alrededor de las
regiones de alta y baja presión en el
hemisferio norte.
La fuerza de Coriolis hace que los vientos en
los sistemas atmosféricos de baja presión, tales
como huracanes rotación (en sentido anti
horario en el hemisferio norte y en sentido
horario en el hemisferio sur), curvándose en
espirales.
El aire se mueve hacia regiones de baja presión y lejos de las regiones de alta
presión. La fuerza de Coriolis desvía estas masas de aire en direcciones opuestas.
Patrones de circulación atmosférica
El flujo geostrófico
es más común en
la
atmósfera
superior que en la
superficie, donde
la fricción entre el
aire y la tierra
retarda
el
movimiento de los
volúmenes
de
aire.
El movimiento tiende hacia un estado llamado
, donde la fuerza del
gradiente de presión y la fuerza de Coriolis exactamente equilibran entre sí. En este
punto, la porción de aire ya no se mueve desde una presión alta a una zona de baja
presión. En cambio, sigue un curso paralelo a las isobaras. En la Figura 9, la porción
de aire en el flujo geostrófico a punto A3.
Patrones de circulación atmosférica
Este patrón se modifica en altitudes inferiores a
1 km. A medida que
.
Como resultado, los vientos cerca de la tierra
son desviados hacia áreas de baja presión. Los
volúmenes de aire en espiral hacia áreas de
baja presión cerca de la superficie, y luego subir
una vez que lleguen al centro. A medida que el
aire asciende, se enfría, produciendo
.
Patrones de circulación atmosférica
Por el contrario , los volúmenes de aire en
espiral fuera de las zonas de alta presión cerca
de la superficie hacia las zonas de baja presión.
Para mantener el equilibrio barométrico, el
aire desciende de lo alto. En el proceso, el aire
descendente se calentará y su humedad
relativa disminuirá, por lo general la
producción de
.
Hundimiento del aire cerca de los sistemas de alta presión inhibe la formación de
nubes, por lo que los máximos se asocian con tiempo despejado y seco. El
aumento de aire cerca de sistemas de baja presión produce nubes y lluvia.
Patrones de circulación atmosférica
Cada hemisferio tiene una serie de zonas climáticas distintas con los patrones
climáticos característicos.
El ciclo global del carbono
Los ciclos de carbono constantemente entre la tierra, los océanos y la atmósfera,
aunque su tiempo de residencia en varios depósitos puede variar enormemente. Las
flechas negras en esta imagen muestra los flujos naturales y las flechas rojas muestran
las contribuciones antropogénicas.
Los niveles de
son las principales variables que
determinan los patrones del clima de la Tierra. Mediante el aumento de las
a través de
actividades como la quema de combustibles fósiles, los seres humanos están
cambiando el balance radiativo del planeta.
Este proceso está alterando las temperaturas globales y los niveles de humedad, así
que podemos esperar que va a cambiar el clima de la Tierra.
Los niveles atmosféricos de CO 2, El gas de efecto invernadero antropogénico más
importante, están controlados por un
entre
. Estos procesos operan en escalas de
tiempo muy diversas que van desde meses hasta épocas geológicas.
En la actualidad, la intervención humana en el ciclo del carbono es preocupante
este equilibrio natural. Como resultado, las concentraciones atmosféricas de CO2
están aumentando rápidamente y ya son significativamente más altas que las que
tienen niveles existido durante al menos los últimos 650.000 años.
En las últimas décadas, sólo la mitad de las emisiones de CO 2 a la atmósfera por
las actividades humanas ha permanecido en la atmósfera. El resto ha sido
tomada y
.
Los procesos básicos mediante los cuales los sumideros terrestres y oceánicos
(almacenamiento de embalses) ocupan carbono son bien conocidos, pero hay
muchas preguntas acerca de cuántos de estos sumideros antropogénicas de
carbono pueden absorber, y la sensibilidad de estos sumideros son diversos
cambios en el medio ambiente.
Los científicos están trabajando para entender el funcionamiento de los
sumideros naturales de carbono con mayor precisión (Fig. 16).
"Utilizamos la atmósfera como un diagnóstico para tener una idea de
estos
procesos para cuantificar dónde se producen y cuánto tiempo están. Si
podemos tener una comprensión de lo que la Tierra misma está haciendo
con estos exceso de gases, podemos hacer un mejor pronóstico de lo que
el clima futuro cambio podría ser. "
Dr. Pieter Tans
El ciclo global del carbono
El bicarbonato actual es la forma más abundante de CO2. Las tres formas son
importantes para los procesos biológicos llevados a cabo por los organismos
marinos. Las flechas verdes en este diagrama muestra el rango de pH (7,5 a 8,5) que
es probable que se encuentre en los océanos, ahora y en el futuro.
Retroalimentación en la atmosfera
Los cirros permiten que la mayor parte de la luz solar que les llega pase hacia la
superficie de la Tierra, mientras gruesas nubes de cúmulo reflejan gran parte de la luz
solar que incide sobre ellos hacia el espacio. Ambos tipos de bloquean parte de la
radiación de calor de la Tierra, calentando la superficie del planeta.
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Atmosfera(presentación)