UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE

CARRERA DE INGENIERIA

CURSO ECOLOGIA.

LA ATMOSFERA.

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la tierra, la cual se estima que tiene un grosor

aproximado de 80 a 100 km o más. Esta capa está compuesta por los siguientes elementos y combinaciones

químicas que reaccionan entre sí:

Elemento/Combinación química En % por unidad de volumen

Nitrógeno 78.08

Oxígeno 20.95

Argón 0.93

Anhídrido carbónico 0.03

Neón 1.82 x 10-3

Helio 5.24 x 10-4

Criptón 1.14 x 10-4

Xenón 8.7 x 10-6

Metano 1.5 x 10-4

Oxido Nitroso 5.0 x 10-5

Ozono 10-5 - 10-6

Hidrógeno 5.0 x 10-5

Radón 6.0 x 10-18

En resumen se puede indicar que a nivel del mar, la atmósfera está compuesta por el 78% de

Nitrógeno, 21% de Oxígeno y un 1% de mezcla de gases.

1. Distribución térmica de la atmósfera.

La temperatura en la atmósfera es variable, la cual es determinada por la altura, de donde se tiene la

siguiente diferenciación por regiones, con temperaturas uniformes:

Región principal Altura media (km.) Capa de transición

Troposfera 0 - 13

Tropopausa

Estratosfera 13 - 25

Estratopausa

Mesosfera 25 - 80

Mesopausa

Termosfera 80 - 800

Termopausa

Exosfera + 800

1.1 Troposfera.

De estas capas la de mayor importancia es la troposfera, debido a que en la misma se encuentra la

mayor cantidad de vapor de agua, que da lugar a la aparición de los fenómenos meteorológicos, los que junto

con los movimientos de las masas de aire, dan origen a los meteoros, lo que quiere decir “fenómeno”. Dentro

de los meteoros se tienen:

Aéreos vientos Acuoso lluvia, nieve, granizo

Luminoso arco iris Eléctrico rayo, la aurora boreal

Aerolito origen desconocido

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En esta zona se da lo que se conoce como “Gradiente vertical de temperatura” (gradiente térmico), el

cual tiene un valor de 6.5 a.C., siendo éste representativo en una atmósfera ideal.

2. División de la atmósfera desde el punto de vista físico-químico.

Tomando como base la electroconductividad eléctrica la alta atmósfera se divide en dos capas, la

ozonósfera y la ionosfera.

2.1 La ozonósfera.

Se localiza a los 12 y los 28 Km de altitud, existiendo una cantidad apreciable de ozono, con un valor

máximo que aparece a los 20 Km de altitud, llegando a veces a aparecer hasta en la superficie de la tierra.

El ozono es un gas formado por tres átomos de oxígeno (O3), teniendo una densidad superior a la del

nitrógeno y el oxígeno, debido a ello se cree que existe un mecanismo de constante producción y destrucción

de dicho gas a expensas del oxígeno molecular, mediante una reacción química cuya energía la proporciona la

radiación solar.

O2 + energía = O + O

Esta reacción da como resultado la transformación del oxígeno molecular en oxígeno atómico,

resultando:

O2 + O = O3

La energía es proporcionada específicamente por la radiación ultravioleta, que es absorbida por las

altas capas de la atmósfera. Por lo tanto, el ozono es una pantalla protectora contra los efectos nocivos de esta

radiación. La concentración del ozono varía, con la altitud y la época del año, situándose el máximo hacia los

70° de latitud y el mínimo en el ecuador.

2.2 Ionosfera.

La ionosfera es parte de la atmósfera terrestre que contiene una cantidad apreciable de electrones

libres que afectan notablemente a la propagación de las ondas electromagnéticas de radiofrecuencia. La

formación de electrones libres en la alta atmósfera se debe fundamentalmente a la luz ultravioleta emitida por el

sol y al bombardeo por partículas, lo que la hace variar notablemente entre el día y la noche.

ELEMENTOS METEREOLOGICOS.

1. La Temperatura:

Se define como la sensación de frío o calor, que perciben los sentidos del ser humano, para su cuantificación se

utilizan principalmente las propiedades físicas del mercurio o alcohol etílico. Para nuestro estudio la temperatura

del aire es la que nos interesa, por lo cual los termómetros no deben estar expuestos a los rayos salares.

La atmósfera es calentada fundamentalmente por acción de la tierra, llega a ésta por radiaciones solares de onda

corta (de 2,000 hasta 35,000 Å, aproximadamente) y es reflejada hacia la atmósfera de forma de onda larga

(calor, de 45,000 a 100,000 Å) , la que provoca su calentamiento. Un Å = 1x10-8 cm.

La temperatura diurna, varía en función del espacio y del tiempo. Con respecto al espacio oscila según, la

latitud, altitud, continentalidad, etc. y la variación con respecto al tiempo depende fundamentalmente de la

horizontabilidad de los rayos del sol, o sea de la hora y la estación. La variación diaria de la temperatura

comienza con la salida del sol en donde registra su valor mínimo y alcanza su valor máximo cuando el sol esta en

el cenit aproximadamente de una a tres de la tarde, en días nublados la temperatura máxima es menor y la

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temperatura mínima es más alta, debido a la insolación (pocas horas de sol). La variación anual de la

temperatura esta determinada también por la estación del año, decreciendo desde el ecuador a los polos, por lo

que es una función de la latitud.

Hann, clasificó las curvas de variación anual en 4 tipos:

Ecuatorial, con oscilaciones comprendidas entre 1 °C y 3 °C.

Tropical, con oscilaciones del orden de los 6 °C.

De zona templada superior a 8 °C de oscilación, pudiendo llegar a 39 °C.

Polar con grandes oscilaciones termométricas en general (con oscilaciones mayores registradas de 60 °C en la

Siberia).

1.1 Inversión térmica:

Se conoce como inversión térmica, al fenómeno que se da cuando la temperatura asciende al aumentar la altura,

dándose valores del gradiente negativo.

El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando en las noches despejadas el suelo ha perdido calor por

radiación, las capas de aire cercanas a él se enfrían más rápido que las capas superiores de aire lo cual

provoca que se genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenómeno contrario

al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera disminuye con la altitud). Esto provoca que

la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de aire frío sin poder circular, ya que la presencia

de la capa de aire frío cerca del suelo le da gran estabilidad a la atmósfera porque prácticamente no hay

convección térmica, ni fenómenos de transporte y difusión de gases y esto hace que disminuya la velocidad

de mezclado vertical entre la región que hay entre las 2 capas frías de aire.

El fenómeno climatológico denominado inversión térmica se presenta normalmente en las mañanas frías

sobre los valles de escasa circulación de aire en todos los ecosistemas terrestres. También se presenta este

fenómeno en las cuencas cercanas a las laderas de las montañas en noches frías debido a que el aire frío de

las laderas desplaza al aire caliente de la cuenca provocando el gradiente positivo de temperatura. Cuando

se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversión térmica, se acumulan (aumenta su

concentración) debido a que los fenómenos de transporte y difusión de los contaminantes ocurren

demasiado lentos, provocando graves episodios de contaminación atmosférica de consecuencias graves

para la salud de los seres vivos.

La inversión térmica es un fenómeno peligroso para la vida cuando hay contaminación porque al comprimir

la capa de aire frío a los contaminantes contra el suelo la concentración de los gases tóxicos puede llegar

hasta equivaler a 14 veces más.

Condiciones de inversión térmica de larga duración con contaminantes de bióxido de azufre y partículas de

hollín causaron la muerte de miles de personas en Londres, Inglaterra en 1952 y en el Valle de Ruhr,

Alemania en 1962.

Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo y vuelve a emitir calor lo

cual restablece la circulación normal en la troposfera.

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1.2 Propagación del calor en la atmósfera.

De la radiación solar que llega al límite superior de la atmósfera, el 43% es reflejada al espacio vacío exterior,

siendo absorbida el 57% restante. De este 57%, el 40% es absorbida por la superficie terrestre y el 17% por la

atmósfera.

La atmósfera absorbe y distribuye la energía térmica por varios procedimientos, siendo los más importantes el de

convección (vertical) y advección (horizontal). El primero ocurre por un proceso de corrientes ascendentes de

aire desde las capas bajas de la atmósfera, revistiendo importancia desde el punto de vista meteorológico por la

formación de nubes y la de advección se da por corrientes de vientos horizontales.

1.3 Distribución geográfica de la temperatura.

En una tierra homogénea, la temperatura es función decreciente de la latitud, coincidiendo con los paralelos, tal

distribución se le conoce como zonal. En base a este criterio elemental se ha dividido la tierra en cinco zonas,

una tórrida, dos templadas y dos glaciales.

En base a las isotermas medias anuales, las temperaturas medias anuales se pueden clasificar en: tropicales

(media anual a 20 °C), templada (media anual entre 20 °C y 0 °C) y árticas (media anual menor de 0 °C.). Los

valores de las isoyetas pueden variar por la continentalidad, corrientes marítimas y en menor escala la altitud.

2. La Humedad Atmosférica.

2.1 El vapor de agua en la Atmósfera.

En la atmósfera el agua se presenta en sus tres estados, las nubes altas están constituidas por cristales de hielo

(sólido), las nubes medias y bajas por agua liquida y en forma de vapor. La parte de la metereología que estudia

la humedad o contenido de vapor de agua en la atmósfera se llama Higrometría.

2.2 Cambios Físicos del Agua.

El proceso por el que el agua líquida se convierte en vapor se llama evaporación, el paso de sólido a estado de

vapor se denomina sublimación y el paso de vapor al estado líquido o sólido se llama condensación. La

evaporación absorbe calor del líquido que se evaporiza, mientras que la condensación cede calor. Por lo que el

Calor Latente de evaporación es la cantidad de calor absorbida por la masa unidad de una sustancia, sin

cambio de temperatura al pasar del estado líquido al gaseoso, este se define con precisión hasta una temperatura

de 40 °C con la fórmula:

Hv = 597.3 - 0.56 T Hv = Cal/g T = temperatura en °C.

El calor latente de Sublimación para el agua es la cantidad de calor requerida para convertir un gramo de hielo

en vapor, sin variar la temperatura y sin pasar por el estado líquido intermedio. A 0 °C es aproximadamente 677

cal/g. La condensación directa del vapor en hielo a la misma temperatura libera una misma cantidad de calor

equivalente.

Un volumen determinado de aire no puede absorber vapor de agua indefinidamente, sino cuando llega a contener

una determinada cantidad de ésta, se satura (punto de saturación), si se le agrega más vapor, se condensa y se

deposita en forma líquida. Este máximo de vapor esta en función creciente con la temperatura o sea cuando más

caliente está el aire, tanto más calor puede contar sin llegar a la saturación.

La fuente principal que provee de humedad a la atmósfera son los mares, lagos y ríos por evaporación. La

rapidez de evaporación se ve influenciada activamente por la temperatura ambiente y el viento. Entre los

factores que retardan la evaporación principalmente es la "cantidad previa de humedad del aire".

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2.3 Ciclo del agua en la atmósfera.

El agua de la tierra se transforma en vapor atrmosférico, para luego condensarse en forma de nubes y que luego

se precipita en forma líquida hacia la tierra.

2.4 Tensión de vapor.(e).

Se define como la presión parcial que ejercen cada uno de los gases, las que sumadas dan como resultado la

presión atmosférica. Esta es expresada en mm. de mercurio o milibares.

2.5 Humedad absoluta.

Esta hace referencia a la densidad del vapor de agua y es expresada en g/m3, a través de la fórmula:

ha = 217 e/T e = Tensión de vapor en milibares. T = °K

2.6 Humedad Relativa.

Se entiende como la razón o cociente entre la tensión real o efectiva "e" del vapor de agua y la máxima tensión

de saturación a la misma temperatura, expresada en porcentaje.

= 100 * e/es

2.7 Temperatura del punto de rocío.

Esta temperatura a la cual una masa de aire alcanza su punto de saturación, a una determinada tensión de vapor

(en forma líquida, rocío, empañamiento de cristales en días fríos). Esto implica que esta masa de aire este con

una humedad relativa del 100%.

2.8 Distribución geográfica de la humedad.

La humedad geográfica atmosférica tiende a decrecer al aumentar la altitud, ésta es mayor en los océanos y

menor en los continentes, siendo mayor sobre la vegetación que sobre el suelo árido.

2.9 Variación periódica de la humedad.

Esta tiene sus valores máximos en verano y mínimos en invierno. La humedad relativa sin embargo, varía a la

inversa, así mismo, la humedad relativa se comporta en forma opuesta a la temperatura, teniendo su máximo en

la madrugada y su mínimo en las primeras horas de la tarde.

4. Presión Atmosférica.

Es el peso del aire sobre una determinada sección. Esta sección reaccionará a su vez con una

equivalente sobre cualquier superficie en cualquier dirección. Esta varía con la altura y la tempetura, o

lo que es igual con la densidad del aire. Con respecto a la altura el gradiente de presión, es tanto más

pequeño, cuando mayor es la altura.

4.1 Unidades de presión.

En el sistema “CGS”, es la presión ejercida por la fuerza de una dina sobre un centímetro cuadrado, que

es igual a una baria, unidad que es muy pequeña, por tal razón se le busco un múltiplo, que corresponde

a mil barias, llamado milibar (equivalente a una milésima de bar que corresponde a un millón de barias).

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El valor medio de la presión normal, que también se le llama atmósfera física, es una columna de

mercurio de 760 mm a 0 °C de temperatura, al nivel del mar y a 45° de lalitud.

ATMOSFERA FISICA = 760 mm de Hg. = 1,033 gramos-peso/cm2 = 1,013,212 barias = 1,013.2

milibares

ATMOSFERA TECNICA = 1 Kilo - peso sobre 1 cm2 de superficie.

En base a lo anterior se tienen las siguientes equivalencias:

mb = 0.76 mm = ¾ mm

mm = 1.33 mb = 4/4 mb

Es decir se suma a los mm su tercera parte, resultando milibares y restando a milibares su carta

parte, salen milímetros.

3.2 Mapa isobárico.

Se llama isobara al lugar geométrico de los puntos de igual presión barométrica en un momento dado.

El conjunto de las isobaras define un “Relieve Barométrico”, cuyos puntos singulares más importantes

son:

a) Los centros de altas presiones o anticiclones.

b) Los centros de bajas presiones o depresiones.

La temperatura influye en la forma del relieve isobárico, lo que influye decisivamente en la formación del

relieve isobárico, lo que a su vez se refleja en circulaciones ciclónicas o anticiclónicas de los altos

niveles, que tienen estrecha relación con el tiempo en superficie. El trazo isobárico forma el fondo de

los mapas meteorológicos y en especial de los “mapas sinópticos del tiempo”, con resultados de las

observaciones de la temperatura, humedad, viento, nubosidad, etc.).

3.3 Marea barómetrica.

Son las variaciones regulares de la curva diaria de la presión, en ausencia de perturbaciones. La curva

presenta dos máximos hacia las 10:00 y 22:00 horas y dos mínimas a las 4:00 y 16:00 horas, de no

registrarse estos datos ya se puede predecir perturbaciones atmosféricas. Las causas de la marea

barométrica están en el efecto de resonancia que produce la oscilación térmica diaria en la atmósfera.

Siendo las oscilaciones máximas en los trópicos y mínimas en los polos.

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CIRCULACION GENERAL DE LOS VIENTOS

1. Circulación general de la atmósfera.

Es la distribución media de las corrientes aéreas sobre la tierra a gran escala, prescindiendo de sus

perturbaciones a escala sinóptica y de sus irregularidades de tipo local. Estando determinadas estas

corrientes por principios termodinámicos e hidrodinámicos.

2. Teoría de la circulación general.

Esta se basa en un la suposición de una tierra inmóvil, es este caso por efecto de la temperatura los

vientos se calentarían a nivel del ecuador y por lo tanto empezarían a subir hacia los polos, de donde se

enfriarían y serían más densos, lo que provocaría su descenso por lo que se cerraría un circuito, este

fenómeno no es más que un doble torbellino térmico.

Suponiendo ahora una tierra en rotación, pero igualmente calentada en todos sus puntos, la circulación

teórica sería debida a causas exclusivamente dinámicas y se reduciría a un torbellino cilíndrico dinámico,

cuyas líneas de corrientes irían del oeste al este, siguiendo los paralelos geográficos y cuyo eje de

rotación sería naturalmente el eje de la tierra. Ambos torbellinos iniciando su trayectoria se ven

afectados por la acción desviadora de Coriolisis, debido al giro de la Tierra.

Torbellino térmico Torbellino dinámico

En resumen: la circulación atmosférica de los vientos en una tierra homogénea, se distribuye así:

a) Calmas ecuatoriales, sobre el ecuador, en zonas de bajas presiones térmicas, con fuertes

corrientes.

b) Los alisios, entre el ecuador y 30° latitud, una zona de de vientos permanentes del EN.

c) Anticiclónicas sub-tropicales, hacia los 30° de latitud, una faja de altas presiones.

d) Zona de los ponientes, entre los 30° y 60° de latitud, cinturón de vientos de componente W.

e) Faja depresionaria, hacia los 60° de latitud, donde se forman las borrascas dinámicas

ondulatorias.

f) Entre esta última latitud y el polo norte, un máximo relativo de presión.