Dinámica atmosférica

Introducción

La atmósfera es la capa de gas que rodea a un cuerpo celeste que tenga la suficiente masa como para atraer ese gas. Los gases son atraídos por la gravedad del cuerpo, y se mantienen en ella si la gravedad es suficiente y la temperatura de la atmósfera es baja. Algunos planetas están formados principalmente por gases, con lo que tienen atmósferas muy profundas.

Atmósfera terrestre

La atmósfera rodea al planeta Tierra y nos protege impidiendo la entrada de radiaciones peligrosas del sol. La atmósfera es una mezcla de gases que se vuelve cada vez más tenue hasta alcanzar el espacio.

El aire en la atmósfera es esencial para la vida ya que nos permite respirar. Muchos estudios se han realizado recientemente sobre la atmósfera en relación con el llamado “efecto invernadero”.

La atmósfera se divide en cinco capas dependiendo de cómo la temperatura cambia con la altura. La mayoría de los fenómenos del tiempo ocurre en la primera capa.

Las cinco capas de la atmósfera

– La troposfera es donde ocurre el tiempo. Respiramos el aire de la troposfera.
– Muchos aeroplanos vuelan en la estratosfera porque es muy estable. La capa de ozono se encuentra aquí.
– Muchos fragmentos de rocas del espacio se queman en la mesosfera.
– La termosfera es muy delgada. Los trasbordadores espaciales vuelan en esta capa.
– El límite superior de la atmósfera es la exosfera.

Composición

La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón.

El estudio de muestras indica que hasta los 88 km por encima del nivel del mar la composición de la atmósfera es sustancialmente la misma que al nivel del suelo. El movimiento continuo ocasionado por las corrientes atmosféricas contrarresta la tendencia de los gases más pesados a permanecer por debajo de los más ligeros.

El contenido en vapor de agua del aire varía considerablemente en función de la temperatura y de la humedad relativa. Con un 100% de humedad relativa, máxima cantidad de vapor de agua admisible a una determinada temperatura, la cantidad de vapor de agua varía de 190 partes por millón (ppm) a -40 °C hasta 42.000 ppm a 30 °C. Otros elementos que en ocasiones constituyen parte de la atmósfera en cantidades minúsculas son el amoníaco, el sulfuro de hidrógeno y óxidos, como los de azufre y nitrógeno cerca de los volcanes, arrastrados por la lluvia o la nieve.

Densidad y presión

La densidad del aire seco al nivel del mar representa aproximadamente un 1/800 de la densidad del agua. A mayor altitud desciende con rapidez, siendo proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura. La presión se mide mediante un barómetro y su valor, expresado en torrs, está relacionado con la altura a la que la presión atmosférica mantiene una columna de mercurio; 1 torr equivale a 1 mm de mercurio.

La presión atmosférica normal a nivel del mar es de 760 torrs, o sea, 760 mm de mercurio. En torno a los 5,6 km es de 380 torrs; la mitad de todo el aire presente en la atmósfera se encuentra por debajo de este nivel. La presión disminuye más o menos a la mitad por cada 5,6 km de ascensión. A una altitud de 80 km la presión es de 0,007 torr.

Efecto de las actividades humanas

Las actividades humanas están variando la composición global de la atmósfera terrestre. Uno de los principales impactos, debido fundamentalmente al uso de combustibles fósiles, ha sido el incremento de la concentración de dióxido de carbono que puede afectar al clima planetario a través del proceso conocido como efecto invernadero.

La emisión de dióxido de azufre y de óxidos de nitrógeno emitidos a la atmósfera por las industrias y los vehículos origina la lluvia ácida, de efectos dañinos sobre el medio ambiente.

Hay similar preocupación por el brusco aumento del contenido de metano en la atmósfera. Su concentración ha aumentado un 11% desde 1978. Más o menos el 80% del gas es producido por descomposición en arrozales, pantanos, intestinos de los animales herbívoros, y por las termitas tropicales.

Añadido al efecto invernadero, el metano reduce el volumen atmosférico de iones hidroxilo, alterando así la capacidad de la atmósfera para autodepurarse de contaminantes.

Dinámica atmosférica

Llamaremos dinámica atmosférica al conjunto de procesos físicos o meteorológicos que se producen en el seno de la atmósfera terrestre. Aunque la Tierra no es el único planeta con atmósfera haremos referencia aquí solamente a los procesos atmosféricos terrestres.

El motor de todos los procesos atmosféricos terrestres se deriva de la radiación solar recibida por nuestro planeta y los cambios que origina en su seno son:
Calentamiento y enfriamiento del aire (aumento y descenso de la temperatura), siguiendo un ciclo que puede ser diario, estacional o anual, debido a las consecuencias de los movimientos (de rotación y de traslación) de nuestro planeta.

Variaciones espaciales y temporales de la presión atmosférica. Este proceso está íntimamente relacionado con el anterior: el calentamiento de aire provoca la disminución de su densidad (porque se expande) y, por ende, la disminución de su presión.

Los vientos, que se producen para compensar las diferencias de presión atmosférica señaladas en el punto anterior. La ley general en este caso es que los vientos se desplazan desde los lugares donde tienen mayor presión a los que tienen menor presión.

La humedad, que es la mayor o menor cantidad de vapor de agua que tiene la atmósfera en un lugar y momento determinados.

Las precipitaciones, que forman parte importantísima en el ciclo hidrológico y que, en definitiva, hacen posible la vida en la Tierra, al permitir que con la evaporación, la condensación y las lluvias se abastezca la provisión de las aguas continentales (aguas superficiales o subterráneas de continentes e islas en los ríos, lagos, etc.).