TEMA 2. LA ATMÓSFERA Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º de Bachillerato. INTRODUCCIÓN • ¿Qué es la atmósfera? Es una envoltura gaseosa que rodea la Tierra y uno de sus subsistemas. • Presenta una estructura en capas en función de su variación de temperatura en la vertical. • En la troposfera ocurren la mayor parte de los fenómenos meteorológicos. • Atmósfera inicial o protoatmósfera Atmósfera reductora (N2, CO2, H2, CH4) Aparición de la vida Fotosíntesis Atmósfera oxidante rica en O2 y O3 (Hace 2500 millones de años). • La atmósfera es dinámica desplazamiento de las masas de aire debido a un calentamiento desigual de la superficie terrestre La dinámica es fundamental para el re-establecimiento del equilibrio térmico del planeta y para la interacción de la atmósfera con los otros subsistemas. • Contaminación atmosférica En los últimos años se ha incrementado de forma preocupante los niveles de contaminantes en la atmósfera (desarrollo industrial y actividades humanas) Necesidad de tomar una serie de medidas a escala local, regional y global con la finalidad de recuperar la calidad de aire perdida. PRINCIPALES FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA • Aportar determinados compuestos que son imprescindibles para el desarrollo de la vida (CO2 para la fotosíntesis de las plantas; O2 para la respiración animal) y para la obtención de energía de algunos seres vivos (por ejemplo O2 para la realización del metabolismo oxidativo). • Proteger al planeta de las agresiones del espacio exterior (radiaciones solares, meteoritos de pequeño tamaño que se desintegran antes de llegar a la superficie terrestre, etc.). • Es esencial para que se cierre el Ciclo Hidrológico (Ciclo del Agua) y para mantener el equilibrio térmico del planeta. LA COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA Lavoisier y Scheelf demostraron en 1774 que el aire no era un elemento simple, sino una mezcla de 1/5 parte de O2 y 4/5 partes de N2. Actualmente se sabe que la composición química de la atmósfera es la siguiente: CAPA ALTITUD SUBCAPA CARACTERÍSTICAS GENERALES Capa Homogénea HETEROSFERA HOMOSFERA Composición química: 90 Km Hasta 200 Km Capa de N2 Hasta 1000 Km Capa de atómico Hasta 3500 Km Capa de He Hasta Km Capa de H2 10.000 Elementos mayoritarios: N2 (72%), O2 (23%), Ar (1,2%), Vapor de H2O (0-2,5%) y CO2 (0,035%). Elementos traza: Ne, He, CH4, O3, etc. Compuesto mayoritariamente por N2 O Compuesto mayoritariamente por O atómico Compuesto mayoritariamente por He Compuesto mayoritariamente por H2 LA ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA La división de la atmósfera se realiza en función de los cambios de la temperatura en su zonación vertical. Se divide en cinco capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera o termosfera y exosfera. ALTITUD ESTRATOSFERA TROPOSFERA CAPA 10-18 km CARACTERÍSTICAS GENERALES Capa en contacto con la superficie terrestre. Su temperatura disminuye con la altitud, con un gradiente de -0,67 ºC cada 100 m de altitud, pudiendo alcanzar los -70 ºC en las zonas más altas. Contiene el 80% de los gases atmosféricos (principalmente N2, O2, Ar, H2O y CO2). Existen flujos de aire verticales y horizontales. Tiene lugar los fenómenos meteorológicos. Su límite superior se llama Tropopausa. Su temperatura aumenta con la altitud, pudiendo alcanzar temperaturas de 10-20 ºC. Hasta 50 km No existen flujos de aire. Presencia de la Capa de Ozono (Ozonosfera): Entre 15-30 km de altura. La Ozonosfera actúa de filtro protector ya que absorbe la radiación ultravioleta, que es muy perjudicial para el desarrollo de la vida animal y vegetal. El grosor de la Capa de Ozono es variable y depende de: la latitud, de la estación del año e incluso se han observado variaciones diarias El límite superior de la estratosfera se llama Estratopausa. CAPA MESOSFERA ALTITUD Hasta 80 km CARACTERÍSTICAS GENERALES Disminuye la temperatura con la altitud, pudiendo llegar a -140 ºC. Su límite superior se llama Mesopausa. Los gases están ionizados debido a la radiación ultravioleta TERMOSFERA O IONOSFERA La temperatura aumenta con la altura, pudiendo alcanzar los 1000 ºC, ya Hasta 800 Km que los gases ionizados absorben la radiación UV. El límite superior se denomina Termopausa. EXOSFERA Por encima de la Termopausa hasta una altura aproximada de 10.000 km, Hasta 10.000 en donde la atmósfera ya es tan tenue que se confunde con el espacio km exterior. La estructura física y la composición química de la atmósfera han dado lugar a unas condiciones térmicas especiales que permiten la vida en la Tierra. Estas condiciones se deben al efecto invernadero que tiene lugar en los primeros 12 kilómetros de la atmósfera por la presencia de los gases de efecto invernadero (GEI´s). Estos gases permiten que la temperatura media de la superficie sea de unos 15ºC (Otras fuentes hablan de 13ºC). Figura. Esquema de la estructura básica de la atmósfera, con sus capas y las altitudes a las que se encuentran. BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR • La atmósfera retiene y regula la cantidad de radiación solar que recibe la superficie terrestre. • Esta acción protectora permite que la temperatura del planeta sean las adecuadas para el desarrollo de las formas de vida que conocemos. • No toda la radiación procedente del Sol es absorbida por la Tierra, el 30% aproximadamente se refleja Albedo. Factores que influyen en el albedo: nubes, polvo atmosférico, moléculas de los gases, hielo, nieve y suelo desprotegido de vegetación. • La radiación que llega a la superficie de la Tierra la calienta, y este calor es irradiado en forma de radiación infrarroja (IR). • La radiación IR es absorbida por la atmósfera (debido a la presencia de vapor de agua y CO2, fundamentalmente), lo que provoca un aumento de la temperatura. • Las nubes reflejan parte de esta energía (radiación IR), devolviéndola de nuevo a la superficie terrestre Efecto Invernadero. • Todo ello hace que la temperatura media de la atmósfera sea de unos 13-15ºC Figura. Balance de la radiación en el sistema climático terrestre. Es importante tener en cuenta que NO toda la Tierra recibe la misma cantidad de radiación, y por lo tanto NO se calienta por igual. Así: • El ecuador se calienta más que los polos, debido a la incidencia perpendicular de la radiación en el ecuador y muy oblicua en los polos. • Las zonas de menor altitud se calientan más, debido a que reciben mayor cantidad de radiación. • Debido a este calentamiento desigual, se establece un mecanismo para la redistribución de este calor, y por tanto re-establecer el equilibrio térmico. Este mecanismo es la CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA. • El aire más caliente y húmedo del ecuador (debido a la incidencia perpendicular de los rayos solares) se eleva y circula hacia los polos por las capas altas de la troposfera. • Al mismo tiempo, masas de aire frío y más densas, circulan por las capas bajas (por superficie) desde los polos hacia el ecuador. Sin embargo, debido al efecto Coriolis (causado por la rotación oeste-este del planeta), se producen varias circulaciones parciales para re-establecer este equilibrio térmico. Estas circulaciones parciales son: • Célula de Hadley (0º-30º latitud). Es la más energética. • Célula Polar (60-90º latitud). • Célula de Ferrel. Situada entre las dos Figura. Circulación General de la Atmósfera anteriores. FUERZA DE CORIOLIS. EFECTO CORIOLIS. Gaspard-Gustave Coriolis • Fuerza de Coriolis. Esta fuerza fue explicada por Coriolis en 1835 y es una consecuencia del movimiento de rotación terrestre y de su giro en sentido antihorario (de oeste a este). • La fuerza de Coriolis no tiene un valor constante, sino que es máxima en los polos y disminuye progresivamente hasta alcanzar el ecuador, donde se anula. • La circunferencia correspondiente al ecuador terrestre es mucho más grande que la formada por cada uno de los paralelos terrestres, cuya longitud va disminuyendo a medida que nos acercamos a los polos. Sin embargo todas ellas dan una vuelta completa con cada movimiento de rotación (cada 24 horas), por lo que las más pequeñas tienen que girar a menor velocidad que las más grandes. • Debido a este efecto, si consideramos un móvil que sale del ecuador y se dirige hacia el polo norte, a medida que va avanzando en latitud, se va encontrando con un suelo que cada vez gira más despacio, por lo que tiende a adelantarse en rotación; como consecuencia, se desvía hacia la derecha de su trayectoria inicial. • Si el móvil parte del polo norte y se dirige hacia el ecuador, se encontraría con un suelo que cada vez gira más deprisa, por lo que iría quedando rezagado respecto a la velocidad de rotación de cada punto, desviándose también a su derecha. • Si se utiliza este razonamiento para un móvil situado en el hemisferio sur, la desviación en este caso sería hacia la izquierda. LA DINÁMICA ATMOSFÉRICA La atmósfera no es un fluido estático, sino que presenta una dinámica vertical y horizontal que produce una serie de corrientes y fenómenos atmosféricos, los cuales son fundamentales para: • La conservación y desarrollo de la vida en el planeta. • La distribución de los climas en la Tierra • La dispersión de los contaminantes. DINÁMICA VERTICAL Los movimientos verticales se llaman movimientos de convección. Estos movimientos son debidos a variaciones de: temperatura, humedad o presión atmosférica. Convección Térmica. • Son originados por contraste de temperatura. • El aire en contacto con la superficie, más caliente y menos denso, tiende a elevarse formando corrientes térmicas ascendentes. • El aire superior (situado en capas más altas de la troposfera), más frío y denso, tiende a descender. Convección por Humedad. Se origina por presencia de vapor de agua en el aire, lo que hace que el aire húmedo sea menos denso que el aire seco, de tal forma que el aire húmedo asciende y el seco desciende. La cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera se puede medir de dos maneras: Humedad Absoluta: Es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado y se expresa en g/m3. Esta cantidad no es un dato significativo, porque la cantidad de vapor de agua que cabe en el aire depende de la temperatura. El aire frío puede contener muy poca humedad, mientras que el caliente puede admitir mucha. Humedad Relativa: Es la cantidad en tanto por ciento de vapor de agua que hay en 1 m3 de aire en relación con la máxima que podría contener a la temperatura en la que se encuentra. Por ejemplo, si decimos que la H.R. es del 25%, lo que queremos expresar es que a esa determinada temperatura el aire sólo contiene ¼ del vapor de agua que podría contener. Cuando la H.R. llega al 100% se alcanza el Punto de Rocío, temperatura a la cual el vapor de agua comienza a condensarse y a hacerse visible (nubes). A la altura donde se empiezan a formar las nubes se llama Nivel de Condensación. Convección debida a la Presión Atmosférica. Estos movimientos pueden ser: ANTICICLONES o BORRASCAS (también denominadas Ciclones). Hay un anticiclón cuando nos encontramos en una zona de alta presión, y por tanto, una masa de aire frío desciende en la vertical hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto se acumula mucho aire y el viento tiende a salir desde el interior hacia el exterior (con giro horario en el hemisferio norte). Hay una borrasca cuando existen bajas presiones y una masa de aire poco denso (cálido y/o húmedo) asciende desde el suelo hasta determinada altura creando un vacío en la zona que está en contacto con el suelo. Es cuando el aire frío de los alrededores se mueve originando un viento que sopla desde el exterior hasta el centro de la borrasca (con giro antihorario en el hemisferio norte). GRADIENTES VERTICALES Se llama gradiente vertical a la diferencia de la temperatura entre dos puntos situados a una diferencia de altitud de 100 metros. Gradiente Vertical de Temperatura (GVT). • Representa la variación vertical en la temperatura del aire en condiciones estáticas o de reposo que suele ser de 0,65ºC/100 m. Esto quiere decir que, por cada 100 metros de ascenso en la troposfera la temperatura disminuye 0,65ºC (esta sería la cantidad que habría que ir restando a medida que se va ascendiendo). • El valor de GVT es muy variable y depende de factores como: altitud, latitud, estación del año, etc. Inversión Térmica: Es una situación anómala en donde la temperatura aumenta con la altitud (en vez de disminuir). En una zona de inversión térmica los valores de GVT son negativos. Las inversiones térmicas impiden los desplazamientos verticales de aire. Se sabe: • la tropopausa representa una inversión térmica permanente. • Existen también inversiones térmicas ocasionales, como las de invierno, en las que el suelo enfría a la atmósfera en contacto resultando ésta más fría que la superior. Gradiente Adiabático Seco (GAS). • El valor de este gradiente es constante y es de 1ºC/100m, denominándose “seco” por llevar el agua en forma de vapor. • Este gradiente es dinámico, ya que afecta a una masa de aire que se encuentra realizando un movimiento vertical por estar en desequilibrio (diferente temperatura y/o cantidad de vapor de agua) con el aire que le rodea. • Estas masas de aire ascienden o descienden hasta alcanzar el equilibrio, es decir, hasta que el valor de GAS y GVT se igualen. En el momento en el que la temperatura de ambas masas de aire (GAS y GVT) se igualan, entonces el movimiento vertical cesa. Gradiente Adiabático Húmedo (GAH). • En el momento en el que la masa ascendente de la que hablamos en el gradiente adiabático seco alcanza el punto de rocío, se condensa el vapor de agua que contenía y se forma la nube. • En la condensación se libera el calor latente que permitió su evaporación. Esto hace que los valores de GAH sean siempre menores que los de GAS, tomando valores entre los 0,3 y 0,6ºC cada 100m. • En las zonas tropicales los valores de GAH se aproximan a 0,3ºC, mientras que en latitudes más altas se aproximan a 0,6ºC. Como consecuencia de esto, las nubes en las zonas ecuatoriales y tropicales alcanzan mucha altura (pudiendo alcanzar la tropopausa), sin embargo en latitudes medias-altas las nubes se forman a menor altura, fundamentalmente en invierno. CONDICIONES DE ESTABILIDAD O INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA EN FUNCIÓN DE LOS GRADIENTES VERTICALES En función de los valores de GVT y GAS se pueden determinar qué tipo de movimientos se producen en la vertical: movimientos ascendentes o descendentes. GVT > GAS: Se produce un ascenso de las masas de aire, generándose una situación de inestabilidad atmosférica que darán lugar a borrascas. Las condiciones de inestabilidad atmosférica son propicias para la eliminación de la contaminación, ya que el aire ascendente provoca la elevación y dispersión de la misma. Figura. a)Representación gráfica de la inestabilidad atmosférica; b) Mapa del tiempo correspondiente a dicha inestabilidad y formación de un viento convergente. CONDICIONES DE ESTABILIDAD O INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA EN FUNCIÓN DE LOS GRADIENTES VERTICALES GVT >0 y GVT < GAS: Se produce un descenso de las masas de aire, generándose una situación de estabilidad atmosférica o subsidencia, que dan lugar a una situación anticiclónica. GVT < 0 : Se da una situación de inversión térmica, situación anómala donde la temperatura se incrementa con la altitud. Una situación de subsidencia (anticiclónica) o de inversión térmica dificulta la dispersión de los contaminantes y aumentan la inmisión de los mismos. Figura. Condiciones de estabilidad atmosférica. En c) por encima de “P” se detiene la ascensión. OTRO EJEMPLO DE INVERSIÓN TÉRMICA INFORMACIÓN SOBRE LOS MAPAS METEOROLÓGICOS. • La presión atmosférica media al nivel del mar en condiciones normales es de 1013,3 milibares (1 atmósfera). • Las líneas que unen puntos que se encuentran a igual presión se conocen como isobaras. • Las isobaras aportan información y permiten localizar zonas de estabilidad atmosférica (anticiclón) o de inestabilidad atmosférica (borrasca). Así: Si las isobaras aumentan su valor, desde el centro (núcleo) hacia el exterior, entonces nos encontramos ante una situación de borrasca. Si las isobaras disminuyen su valor, desde el centro hacia el exterior, entonces nos encontramos en una situación anticiclónica. INFORMACIÓN SOBRE LOS MAPAS METEOROLÓGICOS. Figura. Simbología utilizada en los mapas meteorológicos. Mapa meteorológico. DINÁMICA HORIZONTAL • Cuando existen dos puntos a diferente presión atmosférica, las masas de aire se desplazan desde las zonas de altas presiones (anticiclones) hacia las zonas de bajas presiones (borrascas), generándose corrientes horizontales que reciben el nombre de viento. • Estos vientos superficiales no son rectilíneos sino que se mueven en espiral a causa de la Fuerza de Coriolis. (Recordemos que en el hemisferio norte las masas de aire se desplazan hacia la derecha, mientras que en el hemisferio sur se desplazan hacia la izquierda). • También se pueden generar corrientes horizontales debido a contrastes de temperatura. Esto ocurre en zonas costeras y las corrientes se conocen como brisas marinas. En este caso, durante el día existe un desplazamiento de las masas de aire tierra adentro, y durante la noche el desplazamiento es mar adentro. CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA • Los movimientos de las masas de aire se deben al calentamiento desigual de la superficie terrestre debido a las distintas inclinaciones con las que inciden los rayos solares en la superficie. • Se establece un desplazamiento de aire caliente desde el ecuador hacia los polos, por las zonas altas de la atmósfera; y una corriente de aire frío desde los polos al ecuador, por las capas bajas. Se produce así la Circulación General de la Atmósfera que permite restablecer el equilibrio térmico. • Debido al efecto Coriolis el transporte de las masas de aire se efectúa en tres células: Célula de Hadley: Es la más energética de las tres. Se produce la elevación del aire cálido, Borrascas Ecuatoriales. En los 30º de latitud aprox. descienden las masas de aire generándose los Anticiclones Subtropicales. A España afecta el Anticiclón de las Azores; Cuando estos anticiclones se asientan en continente se forman los grandes desiertos del planeta. Ejemplo: El Sahara. La célula se cierra con los Vientos Alisios. En el ecuador convergen los vientos que proceden del hemisferio norte y los vientos que proceden del hemisferio sur originándose la ZCIT: Zona de Convergencia Intertropical. CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA Célula Polar: Parte de los Anticiclones Polares, con vientos en superficie, los Vientos Levante Polar, hasta los 60º aprox., donde las masas de aire ascienden formando las Borrascas Subpolares (Frente Polar). El Frente Polar afecta a nuestro país en determinadas épocas del año, fundamentalmente en invierno. Célula de Ferrel: Situada entre las dos anteriores y se forma por la acción de los Vientos del Oeste o Westlies que soplan desde los anticiclones desérticos hasta las zonas de las borrascas subpolares. Figura. En la figura se puede apreciar las borrascas subpolares y ecuatoriales, así como zonas desprovistas de vegetación correspondientes a los anticiclones subtropicales continentales que constituyen los mayores desiertos del planeta. Es importante tener en cuenta que, tanto la ZCIT como todos los cinturones de borrascas y anticiclones representados no son estáticos, sino que varían su posición a lo largo del año. Así, en el hemisferio norte durante el verano, todos ellos se desplazan hacia el polo norte, y en el invierno se desplazan hacia el polo sur. EL CHORRO POLAR • Debido al Efecto Coriolis, las masas de aire que se encuentran a la altura de la tropopausa en latitudes próximas a los polos, alcanzan unas velocidades muy elevadas formando un anillo de fuertes vientos. • Esta corriente de aire se queda situada entre la tropopausa tropical, que está más elevada, y la tropopausa polar que está a menor altura. • A esta corriente se le conoce como Corriente de Chorro o Chorro Polar. FRENTE POLAR • El Frente Polar está formado por una serie de frentes: cálidos, fríos y ocluidos, que rodean la Tierra. • Se trata de una zona imaginaria que separa dos masas de aire de distinta temperatura: fría al norte y cálida al sur. • Es en el frente polar donde convergen los Vientos de Levante Polar y los Vientos del Oeste. • El clima en latitudes medias (que corresponde a nuestro país), va a depender de la latitud ocupada por las borrascas subpolares y los anticiclones subtropicales, lo que depende a su vez de la posición que ocupen el chorro y el frente polar. VÓRTICE CIRCUMPOLAR • Es un conjunto de borrascas ondulatorias que, en su conjunto, constituyen el frente polar. • En función de la latitud sobre la que se asienta dicho vórtice, lo que se conoce como Índice Zonal, se pueden encontrar distintas situaciones: Verano • Es un círculo cerrado situado en las proximidades del Polo Norte. • Esto se debe a que tanto la ZCIT como los anticiclones subtropicales se desplazan hacia el norte durante la estación cálida. • Las borrascas subpolares junto con el chorro polar se sitúan hacia el Polo Norte debido a que los westerlies del SO soplan más hacia el norte. • Las lluvias se producirán e el norte de los países nórdicos y sobre Islandia. VÓRTICE CIRCUMPOLAR SITUACIÓN B: • La ZCIT, los anticiclones subtropicales y las borrascas subpolares se desplazan hacia el sur, pudiendo llegar a alcanzar los 30º de latitud norte durante el invierno. • En esas ocasiones, su giro no es tan circular, sino que serpentea, produciendo unas ondulaciones hacia arriba y hacia abajo, denominadas Ondas de Rossby. • Las ondulaciones hacia abajo dan lugar a las borrascas; las que son hacia arriba, anticiclones. • Las ondas de Rossby se dirigen hacia abajo si los vientos fríos polares de levante (soplan del NE) soplan más fuerte que los cálidos westerlies (del SO), por lo que se forma un frente frío entre ambos tipos de viento. • Por lo contrario, si los westerlies soplan con más intensidad, se forma un frente cálido y una ondulación hacia el norte. VÓRTICE CIRCUMPOLAR SITUACIÓN C: • Si la situación B se mantiene, los meandros se suelen ir dilatando más y más hasta que se rompen; En estas situaciones las borrascas subpolares pasan al sur, originando lluvias, mientras que los anticiclones subtropicales pasan al norte llevando calor. • Anticiclones de bloqueo: En algunas ocasiones, la dilatación de los meandros (Situación C) permanece sin que se rompan los meandros, y se originan los anticiclones de bloqueo. Estos anticiclones permanecen inmóviles durante un tiempo impidiendo la entrada de lluvias, lo que ocasiona intensas sequías en los lugares que se asientan. Además desvían las borrascas hacia otras regiones donde producen precipitaciones torrenciales e inundaciones. EL CLIMA Y SU DISTRIBUCIÓN La atmósfera presenta en cada momento unas condiciones de presión atmosférica, temperatura, humedad, precipitaciones, viento, etc., cuyo conjunto se denomina tiempo atmosférico, el cual se manifiesta por los fenómenos meteorológicos. El clima está definido por las condiciones atmosféricas que caracterizan a una región. Para definir el clima de un lugar hay que tener en cuenta los valores medios del tiempo atmosférico recogidos durante un largo periodo de tiempo (varios años). El clima es un fenómeno en el que intervienen factores como: altitud, latitud, orografía, incidencia de los vientos, continentalidad, etc. Para simplificar el estudio del clima, se asume que los principales factores que afectan a la climatología son: • Temperatura. Que depende al mismo tiempo de: latitud, altitud y continentalidad. • Precipitaciones. Pueden ser: convectivas, orográficas o frontales. • Presión atmosférica. Que puede generar condiciones anticiclónicas o ciclónicas (borrascas). Wladimir Köppen fue el primero en clasificar los climas (1918) teniendo en cuenta únicamente las precipitaciones y las temperaturas CLIMOGRAMAS • Para representar el clima de un determinado lugar se realizan representaciones gráficas llamadas climogramas. • Los climogramas toman como referencia valores medios de temperatura y precipitación. • Los climogramas nos aportan información sobre: temperatura media en ese clima, la oscilación térmica anual, períodos de aridez (curva de la temperatura muy por encima de las precipitaciones) o la distribución de las precipitaciones a lo largo del año. Climograma continental. de clima mediterráneo con degradación Este climograma muestra un clima con un alto contraste térmico anual, con temperaturas muy altas en el verano y muy bajas en el invierno. Además se puede observar que las precipitaciones se mantienen estables a lo largo de todo el año excepto en los meses de verano que aparece un periodo de seca. PRINCIPALES CLIMAS EN LA TIERRA TIPOS DE PRECIPITACIONES PRECIPITACIÓN POR CONVECCIÓN. • En lugares de gran calentamiento del suelo, el aire que está en contacto con el suelo se calienta y asciende verticalmente. • A medida que asciende, el aire se enfría y baja su punto de saturación, por lo que parte del vapor de agua se condensa formando nubes. Estas grandes nubes de desarrollo vertical se llaman cumulonimbo. • Esta condensación forma gotas de agua, que cada vez adquieren mayor tamaño y caen en forma de precipitación. • En ocasiones las temperaturas en las zonas altas del cumulonimbo son tan bajas que el agua se solidifica pudiendo ser las precipitaciones en forma de granito. • El calor también es la causa de la formación de las nubes de componente vertical responsables de las tormentas de verano en latitudes medias. TIPOS DE PRECIPITACIONES PRECIPITACIÓN POR ASCENSO OROGRÁFICO. • Cuando una masa de aire húmedo que se desplaza en la horizontal se encuentra con una elevación montañosa, se verá obligada a ascender. • Al subir en altitud y descender la temperatura, las masas de aire pueden alcanzar su punto de saturación y formar nubes, que pueden descargar el agua dando lugar al fenómeno conocido como precipitación horizontal. Estas nubes formadas a poca altura se conocen como estratos. Ejemplo: Picos de Europa. • La masa de aire a medida que asciende hacia la cima irá perdiendo prácticamente toda la humedad que transportaba (debido a las precipitaciones). Descenderá por el otro lado como un viento cálido y seco, secando el terreno. • Así, se observa un lado de la montaña verde y rico de vegetación (a barlovento); y un lado ligeramente desertizado al otro lado (sotavento). Este efecto se conoce como Efecto Foehn o Sombra de lluvias. TIPOS DE PRECIPITACIONES PRECIPITACIÓN FRONTAL. Es habitual en los boletines meteorológicos la siguiente frase: “Un frente se acerca a la Península; penetrará por Galicia y posteriormente se desplazará hacia el este dejando lluvias…” • Un frente es una zona de contacto entre dos masas de aire, una caliente y otra fría. • Las dos masas de aire se comportan como sistemas aislados, por lo que no se mezclan sino que chocan. • En la zona de contacto entre ellas, es decir, en el frente, debido a las diferencias de temperatura se forman lluvias o vientos. • Los frentes dan lugar a un tipo de borrascas frontales (móviles) generadoras de lluvias. Existen tres tipos de frentes: fríos, cálidos y ocluidos. TIPOS DE PRECIPITACIONES: PRECIPITACIÓN FRONTAL FRENTE FRÍO. • Cuando una masa de aire frío se desplaza hasta encontrarse con una masa de aire cálido. • La primera, en movimiento y más densa, se introduce por debajo de la segunda que, como consecuencia de este empuje, asciende. • Así, el aire caliente y húmedo se condensa formando cumulonimbos y causa precipitaciones de gran intensidad. TIPOS DE PRECIPITACIONES: PRECIPITACIÓN FRONTAL FRENTE CÁLIDO. • Cuando una masa de aire cálido se desplaza hasta encontrarse con una de aire frío. La primera, en movimiento y menos densa, asciende por encima de la segunda de una manera menos brusca que en el caso anterior, de modo que la condensación del agua se hace de un modo más paulatino. • Esto origina nubes horizontales conocidas como nimboestratos (formadas a menor altura) y altoestratos (formadas en zonas intermedias). Estas nubes adoptan producir lluvias o nieves (dependiendo de la temperatura) de larga duración aunque de poca intensidad. • En la zona superior se forman nubes alargadas conocidas como cirros, que pueden indicar bonanza en caso de permanecer quietas y disgregadas; o bien anunciar la llegada de un frente si se encuentran en movimiento y su número aumenta. TIPOS DE PRECIPITACIONES: PRECIPITACIÓN FRONTAL FRENTE OCLUIDO. • Aparece por la superposición de dos frentes diferentes, uno frío y otro cálido. • Uno de ellos, generalmente el cálido, acaba por perder el contacto con el suelo (oclusión), dejando al otro, generalmente el frío, en contacto con la superficie. • La oclusión de frentes da lugar a precipitaciones de los dos tipos. EL CLIMA EN ESPAÑA Península Ibérica: Situada aprox. entre 35-45º latitud norte. Se encuentra en la zona templada. Presenta varios tipos de clima en función de la zona geográfica peninsular. Clima Oceánico: • En Galicia y la cornisa cantábrica. • Temperaturas suaves y precipitaciones que superan los 800 mm anuales. • Precipitaciones más abundantes en invierno, aunque están repartidas a lo largo de todo el año. EL CLIMA EN ESPAÑA Clima Mediterráneo: Abarca la mayor parte de la península. Las precipitaciones son irregulares (inferiores a 800 mm) y las temperaturas variables. Se distingue: • Clima Mediterráneo Típico: Veranos cálidos e inviernos suaves. Abarca: costas mediterráneas y suratlánticas, islas Baleares y Ceuta y Melilla. • Zonas de Interior: clima mediterráneo continentalizado ya que no hay influencia marina. Los contrastes térmicos son más acusados. • Sureste peninsular y zona media del valle del Ebro: clima mediterráneo subdesértico. Se trata de un clima de transición entre el mediterráneo típico y el clima desértico. EL CLIMA EN ESPAÑA Clima de Montaña: • Propio de zonas con altitudes superiores a 1000 metros. Clima de las Islas Canarias: • Localizadas en el límite entre la zona templada y subtropical (reciben influencia de ambas zonas). • Clima subtropical desértico con temperaturas suaves y precipitaciones muy escasas en las zonas más bajas (debido a la influencia del desierto del Sahara y los vientos alisios). • En las zonas más altas, las temperaturas disminuyen y las precipitaciones aumentan debido a la humedad procedente del Atlántico que reciben de los vientos alisios. FENÓMENOS METEOROLÓGICOS HABITUALES EN ESPAÑA Destacaremos dos: la gota fría y los tornados. LA GOTA FRÍA • Situación frecuente en España, principalmente a finales de verano y comienzos de otoño. • Su origen se debe a una entrada de aire frío situado a cierta altura. • Al encontrarse rodeado de aire más cálido y menos denso, va a tender a descender en espiral hasta alcanzar la superficie. • A la vez se origina una borrasca por ascenso convectivo del aire cálido y húmedo, y se forma una nube de rápido desarrollo vertical (cumulonimbo), que dará lugar a fuertes aguaceros e incluso nevadas. • CAUSA: Esto ocurre cuando la masa ascendente contiene mucha humedad, como ocurre a finales de verano, ya que al enfriarse el mar más despacio que la tierra, la evaporación en el Mediterraneo persiste. FENÓMENOS METEOROLÓGICOS HABITUALES EN ESPAÑA Destacaremos dos: la gota fría y los tornados. TORNADOS • Son una columna giratoria de viento y polvo de unos 50 metros de anchura, que se extiende desde el suelo hasta la base de un cumulonimbo. • Se forma un remolino que resulta de un calentamiento excesivo de la superficie terrestre. • El giro suele comenzar cuando el viento de las capas altas sopla con mayor intensidad y en distinto sentido que el de las capas bajas. • Las velocidades del viento, de hasta 500 km/h, hace que los tornados sean uno de los fenómenos climáticos más peligrosos, rápidos y devastadores que existen. • Son típicamente norteamericanos pero pueden aparecer en otros lugares de latitudes templadas, entre ellos España, sobre todo por las costas del sur y del este peninsular. LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Ley 34/2007 de calidad del aire y protección de la atmósfera (Artículo 3). Definición de contaminación atmosférica: “La contaminación atmosférica es la presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que impliquen una molestia grave, riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas, el medio ambiente o los demás bienes de cualquier naturaleza” Definición Sustancia contaminante: “Todo agente ajeno a la composición propia de la atmosfera que, en una proporción determinada, producirá alteraciones en esa composición nocivas para la vida” • ¿Qué son? Son elementos o compuestos químicos. • ¿En qué estado físico se encuentran? En estado sólido, líquido o gaseoso. • ¿Cuál es su origen? Puede ser natural (volcanes) o artificial (actividad industrial) • ¿Cómo actúan estas sustancias? Son capaces de incorporarse a la dinámica atmosférica y permanecer en ella por un tiempo definido o indefinido. • ¿Pueden ser las formas de energías contaminantes? Sí • ¿Cuáles? Las ondas sonaras y las electromagnéticas generadas por algunas actividades humanas. LAS CAUSAS DE LA CONTAMINACIÓN CAUSAS NATURALES. Destacan: actividad volcánica, incendios naturales, actividad de algunos seres vivos, etc. CAUSAS ARTIFICIALES. Se deben a las actividades humanas. Son principalmente: procesos industriales, quema de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) para la generación de energía o el transporte y quema de otras sustancias (como residuos, tabaco, etc.). En relación a este aspecto hay que distinguir dos conceptos importantes: emisión e inmisión. Emisión: Es la medida del caudal volumétrico que una fuente contaminante vierte por unidad de tiempo. Se expresa generalmente en peso (cantidad por segundo, por hora, por día, etc.), en cantidad de contaminante por unidad de volumen de un gas emitido en un proceso industrial, o por cantidad de energía emitida por una fuente de sonido o de ondas radioeléctricas. Inmisión: Es el límite máximo tolerable de contaminantes, en este caso atmosféricos, a los que están expuestos seres humanos, animales, vegetales y materiales. TIPOS DE CONTAMINANTES CONTAMINANTES SUSTANCIAS QUIMICAS CONTAMINANTES PRIMARIOS CONTAMINANTES SECUNDARIOS FORMAS DE ENERGÍA RADIACIONES IONIZANTES RADIACIONES NO IONIZANTES PARTÍCULAS TIPOS DE CONTAMINANTES CONTAMINANTES PRIMARIOS. Son emitidos a la atmósfera de forma directa. TIPOS DE CONTAMINANTES CONTAMINANTES SECUNDARIOS. Se originan a partir de contaminantes primarios por reacciones químicas en la atmósfera.. TIPOS DE CONTAMINANTES FORMAS DE ENERGÍA. Pueden ser radiaciones ionizantes o radiaciones no ionizantes. Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos depende del tipo de radiación y del tiempo de exposición. Los efectos de las radiaciones no ionizantes sobre los seres vivos dependen de la intensidad y del tiempo de exposición. TIPOS DE CONTAMINANTES PARTÍCULAS. Contaminantes que se encuentran en estado sólido o líquido en la atmósfera, con un tamaño superior a 0,1 micras (µm) e inferior a 1000 micras (µm). • ¿En forma de qué se encuentran? Polvo, niebla, aerosoles o humo. • ¿Cuál es su tiempo de residencia? Muy variable. • ¿Cuáles son sus fuentes? Naturales (incencios, emisiones volcánicas, erosión y transporte eólico) o bien Fuentes Antropogénicas (industria, núcleos urbanos, incineraciones controladas). • ¿Son peligrosas? Pueden originar graves molestias si aumentan su concentración, aunque lo normal es que se acaben por depositar produciendo contaminación del suelo o de las aguas. • ¿Algunas partículas son espacialmente peligrosas? Sí • ¿Cuáles? Los metales pesados, principalmente: plomo (Pb), mercurio (Hg) y cadmio (Cd). • ¿Por qué son tan peligrosos los metales pesados? Por su inclusión en las cadenas tróficas que dan lugar al proceso de bioacumulación. TIPOS DE CONTAMINANTES • ¿Por qué se produce la bioacumulación? La bioacumulación se produce cuando una sustancia tóxica es consumida pero no metabolizada. • ¿Qué consecuencias tiene? En una cadena trófica, los consumidores terciarios ingerirán una cantidad de contaminantes muy superior a los consumidores primarios, ya que el contaminante se va acumulando al pasar de eslabón a eslabón dentro de la cadena trófica, pudiendo llegar a producir la muerte por intoxicación de los seres vivos. • ¿Cómo se ingiere la sustancia tóxica? Por vía respiratoria, digestiva, o bien a través de los tejidos. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES: FACTORES Características de las emisiones: Viene determinado por: • Naturaleza del contaminante: si es gas o partícula, puesto que las partículas pueden depositarse con mayor facilidad. • Altura del foco emisor: una mayor altura facilita la dispersión. • Concentración y características físico-químicas de las emisiones: la temperatura de la emisión y la velocidad de salida, dado que a una mayor velocidad existe más posibilidad de atravesar las capas de inversión. Condiciones atmosféricas: De forma general, las situaciones anticiclónicas dificulta la dispersión de los contaminantes, mientras que las situaciones de borrasca las facilita. Entre los factores atmosféricos a tener en cuenta destacan: • Temperatura del aire y sus variaciones con la altura que determinan los movimientos de las masas de aire, y por tanto las condiciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica. • Vientos, que tienen gran importancia en la dispersión de los contaminantes, en función de su dirección, velocidad y turbulencia. • Precipitaciones, que producen un efecto de lavado de la atmósfera arrastrando a los contaminantes al suelo. • Insolación, que favorece las reacciones e incrementa la concentración de contaminantes secundarios. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES: FACTORES Características geográficas y topográficas: Distinguimos: • Zonas costeras: Las brisas marinas durante el día desplazan a los contaminantes tierra adentro y durante la noche hacia el mar. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES: FACTORES Características geográficas y topográficas: Distinguimos: • Situaciones de Inversión Térmica: Las situaciones de inversión térmica dificulta la dispersión de los contaminantes. Estas situaciones tienen lugar en valles fluviales o laderas de montaña. Durante el día, las laderas se calientan y se genera una corriente ascendente de aire caliente, mientras que en el fondo del valle se acumula una masa de aire frío y se origina una situación de inversión térmica que impedirá el movimiento de las masas de aire, y dificultará la dispersión de los contaminantes. Durante la noche, el suelo cede calor a las masas de aire circundante y asciende; en su lugar desciende aire frío al fondo del valle y se acumula, dando lugar a la misma situación (inversión térmica). Las laderas de las montañas son un obstáculo para el movimiento de las masas de aire, favoreciendo la acumulación de contaminantes. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES: FACTORES Características geográficas y topográficas: Distinguimos: • Situaciones de Inversión Térmica: • Algo similar ocurre en los núcleos urbanos, donde se forman las Cúpulas de Contaminantes. • Aparece el efecto denominado Isla de Calor, que hace que la temperatura del interior de la ciudad sea más alta que en su periferia, debido al calor de las combustiones de vehículos, calefacciones, etc. • Esto dificulta la dispersión de los contaminantes, favoreciendo su concentración y originando la cúpula de contaminantes. • Este fenómeno se ve incrementada en situaciones anticiclónicas, y que puede ser eliminada por la llegada de frentes fríos que aportan lluvias y vientos a la ciudad. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES: FACTORES Presecia de masas vegetales: • Disminuye la cantidad de contaminación en el aire al frenar la velocidad del viento, facilitando la deposición de las partículas que quedan retenidas en las horas, de forma mayoritaria. • La vegetación absorbe CO2 para realizar la fotosíntesis, actuando como un sumidero de este compuesto. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN EFECTOS LOCALES Smog Sulfuroso o Húmedo Smog Fotoquímico REGIONALES Lluvia Ácida GLOBALES Agujeros Capa de Ozono Incremento Efecto Invernadero EFECTOS LOCALES DE LA CONTAMINACIÓN: SMOG Los efectos locales más importantes es la formación de nieblas contaminantes conocidos como Smog. Dependiendo de las condiciones de su formación se diferencia: smog sulfuroso o húmedo y el smog fotoquímico. CARACTERÍSTICAS TEMPERATURA SMOG SULFUROSO De -1 ºC a 4 ºC SMOG FOTOQUÍMICO De 24 ºC a 32 ºC HUMEDAD RELATIVA 85% Inferior al 50% SITUACIÓN ATMOSFÉRICA Anticiclónica y niebla Anticiclónica y soleada ÉPOCA DEL AÑO Diciembre-Enero Agosto-Septiembre Contaminantes Primarios Contaminantes Secundarios Alteraciones respiratorias Irritaciones oculares y daños en la vegetación TIPO CONTAMINANTES EFECTOS DE Smog sulfuroso o húmedo Smog fotoquímico EFECTOS REGIONALES DE LA CONTAMINACIÓN: LLUVIA ÁCIDA Las reacciones que desencadenan la formación de lluvia ácida (a partir de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno) son: SO2 + H2O H2SO3 // H2SO3 + 2OH- H2SO4 + H2O NO2 + OH- HNO3 Los efectos de la lluvia ácida se manifiestan principalmente sobre: Los ecosistemas acuáticos como ríos y lagos, cuyo incremento de la acidez provoca una disminución o la desaparición de especies de seres vivos. El suelo, provocando un aumento de su acidez que lleva a cambios en su composición, empeorando su calidad y transformándolos en suelos improductivos. La vegetación, siendo los bosques los que más sufren sus efectos con pérdida de color en hojas, caída de las mismas, etc. (muerte de los árboles en general). Los materiales, así la corrosión de metales, deterioro de pinturas y barnices, descomposición de materiales de construcción, sobre todo calizas, mármoles, areniscas, en los que provoca el denominado “mal de la piedra”. EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: AGUJEROS DE LA CAPA DE OZONO • Consiste en la destrucción del ozono estratosférico. • Los responsables de esta destrucción son los compuestos clorofluorcarbonados (CFC´s), especialmente: CFCl3 y CF2 • Estos compuestos (CFC´s) son inertes en la troposfera, sin embargo, cuando llegan a la estratosfera la radiación UV los descompone, formándose radicales cloro (Cl·) que reaccionan con el O3 estratosférico, iniciándose una serie de reacciones en cadena. • La destrucción de la capa de ozono ocurre de la siguiente manera: Fotolisis de los CFC´s: CFCl3 + rad. UV CFCl2 + Cl· Destrucción del Ozono: Cl· + O3 ClO + O2 ClO + O Cl· + O2 O3 + O 2 O2 destrucción del O3) El Cl· vuelve a iniciar la cadena. (Reacción global de EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: AGUJEROS DE LA CAPA DE OZONO Volvamos a las reacciones en cadena de la destrucción de la capa de ozono: Fotolisis de los CFC´s: CFCl3 + rad. UV CFCl2 + Cl· Existe otra reacción: NOx + ClO ClNO3 ; Destrucción del Ozono: Cl· + O3 ClO + O2 Mediante esta reacción, al formarse el nitrato de cloro se protege al ozono de la acción del ClO + O Cl· + O2 O3 + O 2 O2 (Reacción global de cloro. De esta manera los NO2 presentes en la estratosfera desempeñan el destrucción del O3) importantísimo papel de “atrapar” al cloro, El Cl· vuelve a iniciar la cadena. produciendo su inactivación. EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: AGUJEROS DE LA CAPA DE OZONO Efectos de la destrucción de la capa de ozono. Sobre la población. • La disminución del ozono en la estratosfera hace que la población mundial se encuentre hoy más expuesta a la radiación UV (longitud de onda entre 280-320 nm). • Las principales afecciones y enfermedades que pueden sobrevenir son cáncer de piel, cataratas y debilitamiento del sistema inmunológico. • Estudios recientes han demostrado que un 1% de reducción den la capa de ozono acarrea un aumento de casi un 2% de la radiación UV. Este aumento a su vez supone entre un 4-6% de incremento en los casos de carcinomas de piel. Sobre los ecosistemas acuáticos. • La radiación ultravioleta es dañina para el material genético y afecta a los procesos de crecimiento. • En los ecosistemas marinos afecta especialmente al ADN, al crecimiento y a la reproducción de aquellos organismos que se encuentran en la base de la cadena alimenticia. • Más del 50% de la biomasa del mundo se encuentra en los ecosistemas acuáticos, por tanto la disminución en su productividad podría tener graves consecuencias para el planeta. EN LA ACTUALIDAD LA RECUPERACIÓN DE LA CAPA DE OZONO ES LENTA PERO PROGRESIVA EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO Se llama efecto invernadero al fenómeno natural mediante el cual la acción del vapor de agua, dióxido de carbono (CO2)y otros gases, gases de efecto invernadero (GEI´s: metano (CH4), óxido nitroso (N2O), ozono troposférico (O3)), impiden la salida de parte de la radiación infrarroja (IR) emitida por la Tierra. Gracias al efecto invernadero la temperatura media del planeta es de 15ºC. Sin embargo, debido a la utilización intensiva de la quema de combustibles fósiles en las actividades industriales y el transporte, se ha ido incrementando el contenido de GEI´s en la atmósfera, lo que está provocando un progresivo calentamiento de la atmósfera del planeta, que está llevando al calentamiento global y a un cambio climático global de origen antropogénico. A este incremento se le añaden otros problemas como la deforestación, lo que ha reducido la capacidad de retirada del CO2 de la atmósfera. EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO El cambio climático actual y sus consecuencias. • Las emisiones de origen antropogénico (aporte masivo de gases invernadero) son la causa principal del calentamiento global del planeta. • Este fenómeno implica un aumento de las temperaturas de la atmósfera y de los océanos. A diferencia de los cambios climáticos de tiempos pasados, el cambio climático actual se produce de un modo muy rápido. Según informes del Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC): • Las temperaturas se elevarán entre 1 y 3,5 ºC de aquí en 100 años. • Las condiciones climáticas de la franja de latitudes medias del planeta se desplazarán hacia el norte. (España por tanto sufrirá un proceso de desertificación acelerado) • El nivel medio del mar subirá entre 15 y 95 cm. en un siglo. Esto afectará a las zonas costeras, pudiendo producir una sumersión considerable de parte del territorio e incluso la desaparición total de algunas islas coralinas. EFECTOS GLOBALES DE LA CONTAMINACIÓN: INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADERO Lucha contra el cambio climático: reducción y captura del CO2 • Las empresas energéticas y gobiernos están empeñados en buscar tecnologías que reduzcan la emisión de CO2 a la atmósfera. • Líneas de investigación: reducción del CO2 previo a la combustión, reducción del CO2 durante el proceso de combustión y el almacenaje a la salida del proceso industrial. CONVENIOS: Protocolo de Kioto (Convención de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, 1997). Los países firmantes se comprometieron a reducir emisiones de efecto invernadero. EEUU (mayor productor de CO2) no lo suscribió. Cumbre del Clima (13ª Conferencia de Cambio Climático, Bali 2009). En esta conferencia se asentó las bases para un nuevo acuerdo contra el calentamiento global que sustituiría al Protocolo de Kioto. Entró en vigor de 2013. A este acuerdo si se ha sumado EEUU.