Capítulo 4. La Atmósfera: Una capa invisible

Atmósfera

Es una burbuja que envuelve a la Tierra y que contiene una mezcla de gases, partículas y aerosoles. La atmósfera da a la Tierra la capacidad de sostener vida. También proteje a los seres vivos, al funcionar como un filtro de rayos cósmicos y radiación ultravioleta.  Aunque con características únicas y diferentes concentraciones, la atmósfera terrestre contiene gases similares a los gases en las atmóferas de otros planetas del Sistema Solar. El aire que respiramos contiene Nitrógeno, Oxígeno, H2O, Dióxido de carbono. En comparación, las atmósfera de Venus y Marte estan dominadas por dióxido de carbono (CO 2). La presión atmosférica es el peso de la columna de gases por unidad de área. La presión atmosférica en Venus es 90 veces mayor a la de la Tierra. La atmósfera planetaria es más densa cerca de la superficie, donde la proporción de los gases que componen la atmófera es mas o menos uniforme debido a la agitación; 99% de la masa de la atmósfera terrestre está en los primeros 25 km.
 
Planeta
Color
Espesor
Consituyentes
Tormentas
Vientos
Venus
blanco con línes oscuras
gruesa
CO2 (96%), N2(3.5%)
?
Probable
Tierra
azul-blanco
delgada
N2(78%), O2(21%), Ar, CO 2


Marte
rojo
delgada
CO2
Sí (polvo)
Intensos
Júpiter
amarillo, cafe, rojo
gruesa
H2, He, H2S, CH4
Ciclónicas
Intensos
Saturno
amarillo, azul, verde
gruesa
H2

Intensos
Titan (Luna)
rojo
gruesa
N2, Ar, CH4
No
Ligeros
Urano
azul-verde
gruesa
H2 (87%), He (13%), CH4
?
?
Neptuno
azul
gruesa
H2, He, CH4



¿Cómo obtuvieron los planetas su atmófera?

Son varios los factores, incluyendo la nébula que dió origen al Sistema Solar. Hidrógeno y Helio son importantes, por ejemplo, en los planetas joviales. El tamaño del planeta también es importante. Para los planetas interiores, procesos geológicos, como volcanismo, ó procesos biológicos (en el caso de la Tierra), tuvieron un impacto profundo en la evolución de la atmófera. La presencia de importantes cantidades de CO2 en la atmófera de Venus y Marte es, por ejemplo, buena indicación de que no ha habido fotosíntesis en estos planetas. Algunos científicos piensan que la presencia de agua en la atmósfera de la Tierra y posiblemente la Luna y Marte se debe al bombardeo de cometas. Los cometas, después de todo, están hechos de hielo y polvo. Aún hoy en día, miles de micro-cometas impactan la atmósfera terrestre.

El Aire

atmosfera La mezcla de gases que hacen el aire es uniforme debido a la eficiente circulación y turbulencia de la atmósfera. Esto reduce el impacto de la contaminación por gases producidos por el hombre, aunque no en todos los casos. Los gases más abundantes son Nitrógeno  (78% del volumen) y Oxígeno  (21% del volumen); no hay evidencia de que la proporción de estos gases haya cambiado de manera significativa en el pasado geológico reciente. Además de N y O, existen trazas de otros gases, incluyendo gases nobles (argon, neon, helium, krypton and xenon), gases de invernadero y ozono.



El efecto de invernadero
greenhouse

Los gases de invernadero (dióxido de carbono, vapor de agua, metano y óxido de nitrógeno juegan un papel muy importante al regular la temperatura de la atmósfera. Estos gases retienen la energía que la Tierra emite al ser calentada por el sol. Sin estos gases, la temperatura en la superficie sería unos 30°C más fría. El calentamiento de la atmósfera por estos gases se llama el efecto de invernadero.
La longitud de onda de la radiación proveniente del sol es dfferente de la longitud de onda de la radiación emitida por la Tierra.




Aerosoles


Aunque representan 0.001 partes por millón de la masa de la atmósfera, los aerosoles afectan la cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra, por lo que puede influir el clima. Los aerosoles son partículas de 0.001 a 10 micras que incluyen pollen, polvo, ceniza, bacteria, cristales de sal, y productos orgánicos volátiles.
capas
 
Las capas de la atmósfera

El clima y sus sistemas asociados(tormentas, frentes, etc.) incluyendo las nubes y la precipitación se desarrollan en la capa mas inferior de la atmósfera, la tropósfera (0 a ~12 km), en la tropósfera la temperatura disminuye con la altitud. Por encima de la tropósfera está la estratósfera (12a ~ 50 km). La estratósfera contiene una alta densidad de ozono entre ~20 y 30 km (la capa de ozono). En la estratósfera la temperatura aumenta con la altitud. Por encima de la estratósfera está  la mesósfera. Por encima de los 80 km, la atmósfera es muy poco densa. Las capas que describen la parte mas externa de la atmósfera son la termósfera, la ionósfera, y la magnetósfera.

Cambio climático global

Durante los últimos 150-200 años, la actividad del hombre ha modificado la concentración de los gases traza en la atmósfera. Esta contaminación ha aumentado particularmente los gases de invernadero, lo que está causando calentamiento global. Algunos contamienantes, como los CFCs, que son hechos por el hombre, son reponsables del posible adelgazamiento de la capa de ozono.


Meteorología y climatología

El exceso de calor en el ecuador es el motor del clima


A l llegar la energía radiante del sol a la Tierra, las regiones ecuatoriales se calientan más que los polos. Aire caliente y agua provenientes del ecuador viajan hacia los polos para reducir la diferencia de temperatura entre las dos regione s .  calor del sol El constante esfuerzo de la atmósfera para alcanza equilibrio térmico es responsable de los continuos cambios del tiempo en la superficie del planeta.
Mientras el tiempo cambia constantemente, el clima de una región de la Tierra es mas o menos constante. ¿Cómo son el clima y el tiempo distintos?  Es muy sencillo, el tiempo describe las condiciones atmosférica en un instante, en un lugar (temperatura, dirección e intensidad del viento, precipitación, humedad, etc.). El clima es el promedio de las condiciones del tiempo durante un intervalo lo suficientemente largo para ser representativo del rango de variabilidad de las condiciones atmosféricas.

El meteorólogo se preocupa por producir pronóstico a corto, mediano y largo plazo de las condiciones atmosféricas, el climatólogo intenta entender la forma en que funciona la atmósfera, la forma en que interactúa con otras partes del Sistema Tierra, y la forma en que el clima varía en distintas escalas de tiempo.

El Clima

El clima es el principal factor que determina el desarrollo de un ecosistema. El clima también determina el tipo de actividad humana y la distribución de la población.  Una nueva perspectiva en el estudio del clima y el tiempo en el planeta se deriva del espacio. Los satélites, principalmente, se han convertido en las principales herramientas de observación para entender la atmósfera.

Podemos estudiar el clima en un rango de escalas geográficas. En la menor escala, los climas locales puden referirse a áreas de unos pocos kilómetros. Algunos ejemplos incluyen zonas urbanas, zonas costeras, y cañones. En una mayor escala, los climas regionales indican los patrones dentro de regiones de cientos a miles de km 2 , como un país o parte de un continente. Aun a mayor escala,  las zonas climáticas  existen a diferentes latitudes. Las zonas climáticas incluyen la zona tropical, subtropical, desiertos, savanas, zona templada, y polar. Las zonas climáticas revelan patrones variables de temperatura, viento, y precipitación. El clima global, es decir a escala planetaria, es un área que recientemente ha recibido mayor atención. 

Circulación atmosférica

La diferencia de temperaturas entre la región ecuatorial y las regiones polares da origen al patrón de circulación general. La circulación general divide la Tierra en celdas de circulación que definen zonas de presión y cinturones de vientos dominantes. Aunque la transferencia de energía es de norte a sur o su a norte, los vientos dominantes son este-oeste o oeste-este, esto es porque los vientos son desviados por la fuerza de Coriolis debido a la rotación de la Tierra. Los vientos cambian con las estaciones.

hadley

El efecto de la fuerza de Coriolis es el de desviar los vientos hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur.  Por ello el movimiento del aire hacia el ecuador se desvía para formar los vientos del noreste o sureste (los vientos alisios) de las regiones tropicales.
 Aire que viaja hacia los polos forma los vientos del oeste, asociados a un cinturón de sistemas de baja presión y circulación ciclónica a 50 a 60° de latitude norte y sur. En general, donde el arie desciende zonas de alta presión se desarrollan, generalmente a latitudes subtropicales (~ 30°) y cerca de los polos. Estas regiones generalmente marcan las zonas desérticas del planeta. Donde el aire asciende la presión atmosférica es baja, en esta región se desarrllan tormentas y sistemas frontales.

La Zona de convergencia inter-tropical (ITCZ)

La ITCZ es la región cerca del ecuador que rodea la Tierra donde los vientos del NE y el SE de ambos hemisferios convergen. El intenso calor produce evaporación de aguas tibias tropicales y produce convección en la atmósfera. El aire tibio húmedo que asciende produce nubosidad y a su tiempo, cuando se enfría lo sificiente, preciptiación. Por ello la ITCZ esta caracterizada por series continuas de tormetas que caen sobre las selvas tropicales.  

itcz

La zona de convergencia intertropical es la banda blanca de nubes cerca del ecuador. La ITCZ varía de posción con las estaciones. Su posción afecta la precipitación de manera estacional. Por ello muchas regiones ecuaoriales se caracterizan por una estación de lluvias y una de secas, mientras que a latitudes más altas, el contraste es mayor entre una estación fría y una caliente.


Masas de aire

Una masa de aire es un paquete de aire que tiene propiedades similares de temperatura y humedad. Las principales regiones fuente de masas de aire son grandes extensiones planas donde el aire esta "estancado" por un lapso lo suficientemente grande para que el aire pueda adquirir las características de la region que cubre. Las masas de aire se describen de acuerdo a la región de origen y al trayecto que han seguido. Los principales tipos de masas de aire son marítima tropical (mT), marítima polar (mP), marítima Arctica (mA), continental polar (cP) y continental tropical (cT). Una masa Marítima tropical air (mT), se origina por ejemplo cerca del Glofo de México y viaja hacia el noreste sobre el Atlántico, o viaja hacia el norte sobre los Estados Unidos. En  Norte America, una masa polar continental polar se origina en las planicies de Canadá.

Las masas de aire marítimas generalmente son húmedas, esta humedad llega a los continentes donde cae como lluvia o nieve. Las masas continentales son generalmente más secas. Una vez en movimiento una masa de aire se modifica. Por ejemplo una masa polar al moverse hacia el sur encuentra tierra caliente que calienta la masa de aire por debajo. La colisión de masas polar y tropical en latitudes medias  produce un tiempo muy variable.

Jet stream- corriente de chorro

El jet-stream es una corriente de aire moviéndose a gran velocidad in los niveles más altos de la tropósfera. La corriente se mjeve de oeste a este debido a la rotación de la Tierra. La corriente es miles de kilómetros de largo, cientos de kilómetros de ancho y unos pocos kilómetros en espesor. Se mueve a velocidades de 80 a 450 km/hr, y generalmente se encuetnra entre 10 y 15 km sobre la superficie. La posción del jet stream denota la posición del contraste de temperatura mas marcado entre las diferentes zonas de latitud. Su posición varía en distintas épocas del año.Hay dos corrientes principales, una subtropical a ~30° y otra polar a ~60° de latitud.

Nubes

Las nubes son agregados visibles de pequeñas gotas de agua y/o cristales de hielo suspendidos en la atmósfera. Las nubes pueden existir en una variedad de formas y tamaños. Alguna nubes estan acompañdas de precipitación. 

Las nubes se forman a partir de corrientes ascendientes de aire. Algunas veces las montañas fuerzan el ascenso del aire, pero lo más comú es que el aire caliente siendo menos denso, asciende sobre el aire frío. En los "frentes", pr ejemplo, una masa de aire caliente se levanta por encima de una masa de aire frío cuando las masas convergen. 

Al sibir el arie, disminuye su temperatura y el contenido de vapor de agua aumenta hasta que suficiente enfriamiento produce condensación. Las nubes requieren de núcleo de partículas para acumularse. Estas partículas pudedn ser aerosoles.  Las nubes se clasifican usando palabras del latin de acuerdo a su aspecto desde la superficie.

Raíz Latina

Traducción

Ejemplo

cumulus
stratus
cirrus
nimbus

heap
capa
rizo del cabello
lluvia

cumulus
altostratus
cirrus
cumulonimbus

Estos nombres se modifican con los prefijos "cirr-" y  "alto-". Cirr- implica elevaciones mayores (~6000 metros); a esas elevaciones las nubes contienen principalmente cristles de hielo. Alto- implica niveles medios (entre 2000 y 6000 metros). Por su baja altitud estas nubes consisten de gotas de agua. Nubes bajas (>2000 m) incluyen stratus y stratocumulus. Las nubes más familiares en el cielo son cumulus. Cuando corrientes vigorosas de aire caliente estan presentes, como durante una tarde cálida de verano, se forman las impresionantes nubes cumulonimbus. Las cimas de estas nubes alcanzan alturas de 12000 metros, descargando enormes cantidades de enrgía por la condensación de vapor de agua dentro de la nube misma. Estas nubes estan por ello asociadas a fuertes tormentas y chubascos, incluyendo granizadas y descargas eléctricas.
      cirrus           cumulus       stratus


Lección

Descripción del clima en el centro de México.
Identificar los factores que controlan el clima
(Latitud, distribución de continentes y oceanos, morfología del terreno, albedo, insolación, factores astronómicos, factores geológicos, factores biológicos, circulación en los océanos.)
Explicar como operan esos controles del clima
Identificar y comparar diferentes climas en México y en el  Mundo
Identificar las características de climas tropical, de latitudes medias y de regiones polares
Comparar las características de climas tropical, de latitudes medias y de regiones polares
Reconocer los patrones a largo pla del clima
Reconocer que el cambio climático es parte integral del Sistema Tierra
Sintetizar y evaluar información geológica, glaciar y fósil como evidencia de cambio climático

Zonas climáticas

Varios cinturones climáticos se pueden trazar del ecuador a los polos. Los climas tropicales (A) zon áreas de relativametne baja presión atmosférica, vientos ligeros y abundantes lluvias. A 30° del ecuador se encuentran los climas subtropicales. Estas son regiones de alta presión, baja humedad y poca precipitación. En el hemsiferio norte, el cinturón de clima subtropical se centras sobre el Sahara, en Africa. Los climas subtropicales son semiáridos o desérticos. En  Norte América se centra en los desiertos de Chihuahua, Mojave y Sonora. Entre la zona subtropical y la zona ecuatorial soplan los vientos alisios. Estas regiones no son tan húmedas como el ecuador ni tan secas como los desiertos subtropicales. Generalmente, estas zonas estan caracterizadas por Savanas, zonas de pastizales y arbustos que crecen durante la época de lluvias y se secan durante una prolongada temporadas de secas.

En las latitudes medias, 50° to 60° norte o sur, existe un cinturón de baja presión con circulación ciclónica, producto de la convergencia de los vientos del este polares y los vientos subtropicales del oeste. En el hemisferio norte estas depresiones se desarrollan principalmente en el Pacífico norte y en el Atlántico, generando sistemas de tormentas que viajan hacia el este, hacia Estados Unidos y Canadá, ó hacia Europa, Estos son los bajos de Icelandia and las Aleutianas. El clima de estas regiones es templado, con inviernos húmedos y fríos y veranos calurosos. A más altas latitudes existen los climas polares y subpolares.

El Clima de México

La situación intertropical de la mitad sur del país -el trópico de cáncer atraviesa la República Mexicana por el centro- y su proximidad a una y otra de las dos mayores masas de agua del planeta, los Oceanos Pacífico y Atlántico condicionan poderosamente los climas de México. Así, entre junio y noviembre predominan corrientes aéreas atlánticas, mientras que durante el resto del año son las corrientes occidentales y septentrionales las que, con sus lloviznas, olas de frío y vientos del norte, se adueñan de la mayor parte del territorio. (ver   http://webdemexico.com.mx/geografia/geografiamexico )

climas
    1. Cálido húmedo. Lluvias todo el año.
    2. C álido húmedo. Lluvias todo el año, con inviernos menos lluviosos.
    3. C álido subhúmedo. Lluvias en verano.
    4. E stepario. Lluvias en verano.
    5. E stepario. Lluvias poco abundantes en todas las estaciones.
    6. E stepario. Lluvias en invierno.
    7. D esértico. Lluvias en verano.
    8. D esértico. Lluvias poco abundantes en todas las estaciones.
    9. D esértico. Lluvias en invierno.
    10 T emplado húmedo. Lluvias todo el año.
    11 T emplado húmedo. Lluvias en verano.
    12 T emplado subhúmedo. Lluvias en todas las estaciones.
    13 T emplado húmedo. Lluvias en invierno.
Monsún

Monsún significa cambio en la dirección de los vientos con las estaciones. Condiciones de monsún son típicas de Asia, pero también se encuentran en México. Durante el verano, el continente se calienta produciendo una región de baja presión, que fuerza la circulación de masas húmedas de aire desde el mar, hacia el continente. Levantamiento de las masas de aire al acercarse a las regiones montañosas del continente produce abundante precipitación. 

Clasificación del clima, esquema Köeppen

Toma como base dos elementos del clima, la temperatura y la precipitación pluvial. Resulta poco adecuada para estudiar el clima en regiones donde los vientos o algun otro elemento del climas es importante, como la región asiática donde el monsún es controlado por el viento. El papel de la altura no se puede evaluar.


Nombre
Símbolo
Promedio mensual T
Precipit. pluvial
Tipo de Vegetación
Tropical lluvioso
A
>18°C todo el año
Muy abundante
> 500 mm anual
Selvas tropicales, bosques
tropicales y sabanas
Seco
B
Muy variable (18 a 30°C)
Muy escasas e
irregulares (<500mm)
Escasa predominan plantas
herbáceas y cactáceas
Templado húmedo
C
>18°C- mes más caliente y
mes más frío superior a -3°
Variables de un lugar a
otro (>200 mm y nevadas
ocasionales)
Arbustos y matorrales;
bosques mixtos de clima
templado
Frío húmedo
D
<18°, >10°- mes más caliente
y mes más frío inferior a -3°
Variables de un lugar a otro
(de 200mm a 1000mm, una
buena parte como nieve
Bosques de clima frío
(coníferas)
Polar
E
<10°C en mes más caliente
Muy escasa, casi toda en
forma de nieve
Musgo, líquenes. No hay
árboles
Vertical o Montaña
F
Disminuyen con la altura
Varianes de un lugar a otro.
Mayores en las vertienes ori-
entadas hacia vientos dominantes
Distinto tipo de acuerdo a
la altura y vertiente

Además:

f - Húemdo con suficiente precipitación todos los meses del año y no tiene una temporada de secas. Usualmente acompaña la A, C o D.

m - Clima de bosque tropocal a pesar de tener una temporada de secas que es corta. Solo se aplica a climas A.

s - Hay una época de secas en el verano del hemisferio correspondiente.

w Hay una época de secas en el invierno del hemisferio correspondiente


El clima tropical lluvioso presenta tres subtipos en México: Af, Am y Aw
        Af- Ecuatorial: Caracterizado por intensa precipitación durante todo el año (1,500 a 5,000 mm anuales). Se observa en Veracruz,  Tabasco, norte de Chiapas
        Am- Monzónico: Lluvias moderadas en verano y parte de otoño (500 a 1,100 mm anuales). Se observa en Tamaulipas, parte de Nuevo León
        Aw- Tropical de sabana: Lluvias moderadas en verano y parte de otoño (500 a 1,100 mm anuales). Se observa en Yucatán, llanura costera del Pacífico (Oaxaca a Sinaloa)
        BS- Estepario o Semiárido: Escasas lluvias frontales o ciclónicas en primavera y verano (200 a 500 mm anules). Temperaturas extremosas. Se observa en las llanuras de Chihuahua, Zacatecas y Durango.
        BW- Desértico: Lluvias escasas e irregulares de tipo ciclónico (< 200 mm anuales). Península de Baja California, Sonora, llanuras de Coahuila, SLP, Zacatecas, Durango, Chihuahua, Querétaro
        Cf- Marítimo: Templado con lluvias de tipo variado sobre todo en verano y otoño (> 750 mm anuales). Se observa en la Sierra Madre Oriental en su vertiene oriente,en Hidalgo, Puebla, Hidalgo y Oaxaca.
        Cw- Subtropical de altura: Templado con lluvias moderadas de tipo convectivo en verano y parte del otoño (500 a 1000 mm anuales). Se observa en la Mesa Central (Guanajuato, Aguascalientes, SLP, Querétaro, Hidalgo y en las regiones montañosas de Guerrero, Oaxaca y Chiapas a más de 900 msnm.
        Cs- Mediterráneo: Templado con lluvias escasas, sobre todo en invierno (200 a 500 mm anuales). Se oberva solamente en el NW de Baja California.

Otros climas extremos como Cx (tipo alpino) se observa a más de 1000 msnm en Durango, Chihuahua y Zacatecas, en la Sierra Madre Occidental. También, climas tipo E (ETH) se observan en los picos del Eje Neovolcánico.

Cambio climático

Cambio climático describe cambios en los patrones esperado del clima. Se puede definir como la diferencia entre las condiciones climáticas en dos tiempos distintos. El cambio climático toma muchas formas, y ocurre en distintas escalas de tiempo y en distintas escalas geográficas. En tiempo reciente, los científicos se han interesado en cambios asociados a clentamiento global debido al impacto de las actividades humanas en la composición de gases de invenadero en la atmosféra. Est es la llamada intensificación del efecto  de invernadero. 

La evidencia del cambio climático es geomorfológica (restos de formas del relieve creadas bajo climas distintos), sedimentaria (el tipo y composición de los sedimentos que se acumulan en una cuenca es controlado por el clima), y biológica (los  organismos se adaptan a las condiciones climáticas; los fósiles se asocian al ambiente de depósito). Otros registros "proxy" registran de manera indirecta los climas y ambientes.

Los mecanismos que modulan el clima se pueden asociar en 4 grupos:

        Teorías solares
        Teorías atmosféricas
        Teorías terrestres
        Teorías astronómicas

Ligas otras figuras usadas en la clase:

Figura circulación globa (inglés)
Figura ozono- Antárcica
Figura órbita terrestre- afelio-periheli
Figura lapse-rate
Figura sistema del clima