1. Introducción

   
   

Llamamos capas fluidas a la atmósfera y a la hidrosfera, porque ambas están constituidas por fluidos, aire y agua.
Estas dos capas son los dos subsistemas terrestres más importantes para el funcionamiento del sistema climático. Ambas constituyen la máquina climática.

El agua pasa de la hidrosfera a la atmósfera por evaporación. Cuando se enfría, se condesa y forman las nubes. Con la precipitación el agua vuelve a la tierra en forma de líquido o sólida. A partir de ahí puede seguir dos caminos: la escorrentía superficial (desplazamiento sobre la superficie terrestre hacia las zonas más bajas); la retenida (cantidad varía en función del suelo, clima y acción de los seres vivos), y la de infiltración (atravesando las capas más permeables del terreno da lugar la escorrentía subterránea). El agua incorporada a la biosfera vuelve a la atmósfera por transpiración y, junto con la evaporación (superficie terrestre), se incluye en el concepto de evapotranspiración.

Llamamos gradiente a la diferencia existente entre dos puntos en alguno de los parámetros atmosféricos (Temperatura, humedad o presión).

La existencia de un gradiente en los valores de estos parámetros provocará un movimiento de circulación del fluido, para así amortiguar las diferencias entre ambos extremos.

En la atmósfera, el transporte lo realizan los vientos y en la hidrosfera las corrientes oceánicas. El comportamiento de estas dos capas es distinto debido a las diferencias entre la densidad, compresibilidad, movilidad y la capacidad para almacenar y conducir el calor.

Los desplazamientos de las masas fluidas pueden ser:

• Movimientos verticales: los movimientos verticales arriba y debajo de ambos fluidos dependen de la temperatura a la que se encuentren. El sentido en el que empiezan estos movimientos depende de la capacidad para conducir el calor. El aire es muy mal conductor. Por eso el aire frío tiende a subir y el caliente a bajar. El agua es mejor conductora, calentándose la parte superficial de la hidrosfera, estando el agua fría en el fondo.
• Movimientos horizontales: el desplazamiento de los vientos o corrientes oceánicas se debe al contraste térmico horizontal generada por la desigual insolación de la superficie terrestre. Debido a esto, las diferencias térmicas se amortiguarán entre los polos y el ecuador. La `presencia de las masas continentales dificulta este transporte.

2. La atmósfera: composición , estructura y función

• Componentes mayoritarios: N2, O2, Ar, CO2
• Componentes minoritarios: se miden en partes por millón debido a que sus proporciones son muy pequeñas. Son reactivos (CO, CH4, NO,…) y no reactivos (He, Ne, Kr, Xe,…).
• Componentes variables: vapor de agua, cuyo papel es muy importante en la regulación del clima

4. 2. Estructura y función de la atmósfera

Funciones de la atmósfera:

• Actúa como filtro protector:
• Función reguladora: es su principal función. La cantidad de radiación incidente sobre la Tierra, depende de la estructura física y de la composición de la atmósfera, que dan lugar a condiciones para que haya vida.
• CAPASTroposfera: capa inferior de la atmósfera y termina en la tropopausa. Su altitud varía con la latitud y con las estaciones. Carácterísticas: Hace posible la vida, la presión atmosférica es mayor en las capas bajas, la temperatura disminuye con la altura, es la capa del efecto invernadero y es la capa del clima.
• Estratosfera: desde la tropopausa hasta la estratopausa (50-60km altitud). El aire es más tenue y no existen movimientos verticales, solo horizontales. No hay nubes, salvo en zonas polares (nubes estratosféricas polares. Es importante el destacar que la capa de ozono se encuentra en esta capa, entre los 15 y 30 km.
• Mesosfera: se extiende hasta la mesopausa (hacia kilómetro 80). Densidad de aire muy reducida (suficiente para la formación de estrellas fugaces).
• Ionosfera o termosfera: hacia el kilómetro 600. Temperatura hasta los 1000 ºC, debido a que absorbe las radiaciones solares de onda más corta. Esto da lugar al campo magnético terrestre.

En ocasiones, sobre las zonas polares se forman auroras boreales (norte) y auroras australes (sur).

• Exosfera: última capa (km 800) y su límite viene marcado por una bajísima densidad atmosférica. No capta la luz solar.

5. Dinámica atmósfera vertical

Los movimientos verticales que tienen lugar en la troposfera se denominan convecciones y se deben a variaciones de temperatura, humedad o presión atmosférica.

1. Convección térmica

Movimientos originados por el contraste de temperatura del aire en la parte inferior en contacto con el suelo, que tiende a elevarse formando corrientes térmicas de ascendentes, y el superior, que tiende a descender.

2. Convección por humedad

Se origina por la presencia de vapor de agua en el aire, que lo hace menos denso que el aire seco, ya que contiene menor proporción de N2, O2 y CO2. Se puede medir de dos maneras:

• Humedad absoluta: es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de aire y se expresa en g/m^3.
• Humedad relativa: cantidad en tanto por ciento de vapor de agua en 1m^3 de aire en relación con la máxima que podría contener a la temperatura en la que se encuentra.

Punto de rocío: temperatura a la que se debe enfriar una masa de aire para que se condense el vapor de agua que contiene y se genere, de acuerdo con la temperatura, escarcha, neblina o rocío.

3. Convección por cambios de presión atmosféricas

La presión ejercida por una columna de aire sobre la superficie terrestre se mide con el barómetro y su valor estándar, a nivel del mar y en condiciones normales, es de una atmósfera, que equivale a 760 mm de Mercurio y a 1013,3 milibares.

La presión en un punto geográfico determinado no es siempre la misma, sino que varía en función de la humedad y la temperatura del aire. Por ello, en los mapas del tiempo se trazan una serie de isobaras.

• Borrasca, condición cíclica o inestabilidad atmosférica

  Es una zona de baja presión “B” rodeada de isobaras cuyos valores van aumentando desde el centro hasta el exterior de la misma. Se producen cuando existe una masa de aire poco denso en contacto con la superficie terrestre, lo que hace que se eleve por convección empujada por unas corrientes térmicas ascendentes. Como consecuencia de su elevación, en el lugar que previamente ocupaba la masa se crea un vacío en el que el aire pesa menos. Entonces, el aire frío de los alrededores se mueve originando un opuesto a las agujas de reloj, el norte. Las borrascas o ciclones están asociados a una elevación convectiva de las masas de aire y también a la formación de un viento convergente.

• Anticiclón o condición de estabilidad atmosférica

  Es una zona de alta presión “A” rodeada de una serie de isobaras cuya presión disminuye desde el centro hacia el exterior de la misma. Se produce cuando una masa de aire frío se halla situada a cierta altura, tiende a descender hasta contactar con el suelo. En la zona de contacto se acumula mucho el aire y el viento tiende a salir del centro hacia el exterior.ç

6. Dinámica de las masas fluidas a escala global

La irradiación solar es mucho mayor en el ecuador que en los polos, por lo que, de no existir la atmósfera y la hidrosfera, la diferencia de temperatura entre ambas zonas sería extremadamente grande. La presencia de masas fluidas hace posible el transporte de calor necesario para amortiguar dichas diferencias.

7. 3. Dinámica atmosférica

Por lógica, si un anticiclón y una borrasca se encuentran próximos, el viento superficial sopla desde los anticiclones hasta las borrascas; y por la parte superior, el viento de altura o lo hace en sentido contrario.

1. El efecto Coriolis

El efecto Coriolis consiste en una fuerza que es una consecuencia del movimiento de rotación terrestre y de su giro en sentido antihorario. La fuerza Colioris no tiene un valor constante, sino que es una máxima en los polos y disminuye progresivamente hasta algunos alcanzar el ecuador, donde se anula. Los vientos circulan desde los anticiclones hacia las borrascas en sentido radial, siguiendo el gradiente de presión. Sin embargo, al ser desviados por la fuerza Colioris, el resultado es un giro en sentido horario en torno a los anticiclones y antihorario en torno a las borrascas en el hemisferio norte.

2. Circulación general de la atmósfera

En las zonas ecuatoriales, el calentamiento es intenso, debido a que los rayos solares inciden verticales. El aire caliente por contacto con la superficie terrestre tenderá a ascender, dando lugar al cinturón de borrascas ecuatoriales (B). En las zonas polares, las bajas temperaturas van a provocar el aplastamiento del aire frío contra el suelo y el asentamiento de un anticiclón polar (A) permanente sobre ellas. El transporte de viento se lleva a cabo mediante tres células:

Célula de Hadley:

la más energética de las tres, debido a la incidencia vertical de los rayos solares. En las borrascas ecuatoriales, se produce una elevación del aire cálido hasta alcanzar la tropopausa, donde se dirige hacia ambos lados polos como viento de horizontal en altura. El efecto Colioris produce su desviación. Al llegar a los 30º de latitud N o S, se originan anticiclones subtropicales, que cuando se asientan sobre un continente, originan los mayores desiertos del planeta. El anticiclón subtropical de las Azores es el que más influye sobre el clima de España.

2. Célula polar:

   el viento superficial que parte de los anticiclones polares, el levante polar solo alcanzará, aproximadamente los 60º de latitud, formando el cinturón de borrascas subpolares.

3. Célula de Ferrel:

   situada entre las dos anteriores y se forma por la acción de los vientos superficiales del oeste.

La hidrosfera actúa como regulador térmico, porque, gracias a su elevado calor específico, es capaz de absorber y almacenar por más tiempo una gran cantidad de energía calorífica. Así, los océanos se calientan y enfría más lentamente que los continentes. Los lugares junto al mar tendrán una menor amplitud térmica.

El agua oceánica

Debido a su abundancia, su gran poder calorífico y a las corrientes oceánicas, constituye un mecanismo de transporte de calor muy eficaz. Se clasifican dos tipos según su origen:

• Las corrientes oceánicas superficiales

  Las principales que recorren la zona central de los grandes océanos realizan una trayectoria que está condicionada al giro del viento en torno a los anticiclones.

Este giro lo inician los vientos alisisos que sopla den este a oeste, arrastrando las aguas del océano en ese mismo sentido. A la vez, arrastran las nubes y precipitaciones hacia el oeste. –

Las corrientes oceánicas profundas

La densidad del agua aumenta si está más fría y/o salada, lo que origina una circulación vertical termohalina: el agua fría y/o salina de la superficie tiende a descender, lo que provoca el afloramiento de las aguas del fondo, ocupando su lugar.