DINÁMICA DE LAS MASAS FLUÍDAS

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1 DINÁMICA DE LAS MASAS FLUÍDAS
TEMA 7: DINÁMICA DE LAS MASAS FLUÍDAS

2 1. INTRODUCCIÓN CICLO DEL AGUA
Llamamos capas fluidas a la atmósfera y la hidrosfera pues ambas están constituidas por fluidos (aire y agua). Ambas constituyen la máquina del clima que es un sistema dinámico que funciona con energía solar. Podríamos decir que el ciclo del agua constituye la interacción más importante dentro de la máquina climática. CICLO DEL AGUA -Efecto mariposa y la Dificultad de predecir El clima

3 FUNCIONAMIENTO MÁQUINA DEL CLIMA
GRADIENTE Diferencia entre dos puntos en valores de parámetros atmosféricos ( temperatura, humedad, presión), tanto vertical como horizontalmente. El gradiente genera un movimiento de circulación de fluidos para tratar de igualar los valores.( por efecto del viento o de las corrientes oceánicas) COMPORTAMIENTO DE LA ATMÓSFERA Y LA HIDROSFERA. El aire es menos denso que el agua ( 773 menos veces) El aire es más compresible. El aire tiene más movilidad. El agua almacena más el calor. El agua conduce más el calor Gradiente térmico establece un bucle de retroalimentación positivo. El contraste termico aumenta el transporte y el transporte disminuye el contraste térmico.

4 MOVIMIENTOS VERTICALES
Dependen de la temperatura que condiciona la densidad. A mayor temperatura menor densidad. El aire es mal conductor del calor, no se calienta por radiación solar directa. Se calienta por debajo debido irradiación del suelo, calentado previamente por el Sol. El aire de la superficie caliente y menos denso sube y se va enfriando. El aire frío en altura y más denso desciende y se calienta. El agua es mejor conductor del calor. Se calienta la parte superior y es menos densa. El fondo permanece frio y por tanto es más denso. Por tanto en principio no hay movimientos verticales, a no ser que debido al clima el agua superficial se enfríe y descienda.

5 MOVIMIENTOS HORIZONTALES
Se producen tanto en el aire (vientos) como en el agua (corrientes) Se deben a la distinta insolación, mayor en el ecuador y menor en los polos. El calor se transporta del ecuador a los polos amortiguando las diferencias de temperatura. La presencia de masas continentales dificulta el transporte del calor y desvía vientos y corrientes.

6 2. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
COMPONENTES - MEZCLA DE GASES. N2 ( 78%). Es un gas inerte y poco reactivo. O2 ( 21%). Es muy activo y reacciona con otros elementos. Ar (0,9%). Gas noble, inerte. CO2 (0,035%). Interviene en la fotosíntesis y el efecto invernadero. Otros gases como gases nobles, metano gases de azufre e hidrógeno en cantidades pequeñas(ppm), unos reactivos y otros nada reactivos. - PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. Polvo levantado del suelo. Partículas salinas de origen marino. Humos y cenizas de volcanes y combustiones. Agua. Microorganismos, polen, esporas..

7 CAPAS ATMÓSFERA SEGÚN COMPOSICIÓN
- HOMOSFERA.. Hasta los 80 Km de altura y presenta una composición de gases uniforme en cualquier punto. Se dan unas pequeñas variaciones: Vapor de agua ( mayor proporción a ras del suelo) y ozono (mayor proporción a los 30 Km). - HETEROSFERA.. Por encima de los 80 Km Los gases se colocan en capas por pesos. En la parte mas baja el nitrógeno, por encima el oxígeno, el helio y el hidrógeno

8 3. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA
ENERGÍA PROCEDENTE DEL SOL El Sol es una estrella que desprende energía electromagnética de diferentes longitudes de onda - Radiación visible (42%) - Radiación anterior a la visible ( 9%). De onda corta. Sobre todo ultravioleta, rayos gamma y X. - Radiación superior a la visible (51%). De onda larga. Sobre todo infrarroja.

9 ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA. CAPAS
TROPOSFERA. Hasta unos 12 km de altitud como media pero varia con la latitud (9 a 16) y con las estaciones ( + elvevada en verano) Forma el 75% de la masa total de la atmósfera y casi todo el vapor de agua y partículas en suspensión. Los primeros 500 m forman la capa sucia (sal, polvo, contaminantes) que dan un color rojo al cielo. En la troposfera se originan los fenómenos atmosféricos y el efecto invernadero. El aire se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. La temperatura desciende con la altitud ,unos 6,5ºC cada km ( 0,65/100m) y se denomina gradiente térmico vertical GVT El límite superior es la tropopausa, que no es constante ni en el espacio ni en el tiempo. En verano es más alta, ya que el aire caliente es menos denso y ocupa más volumen que el frio.

10 Alcanza hasta los 50-60 Km desde la superficie, hasta la estratopausa.
ESTRATOSFERA. Alcanza hasta los Km desde la superficie, hasta la estratopausa. Contiene la capa de ozono, con máximas concentraciones entre 15 y 35 Km. La temperatura aumenta con la altura, pudiendo alcanzar entre 0º y 4º, subiendo suavemente al principio y a los 30 km el ascenso es rápido, debido a la capa de ozono que atrapa a la radiación U V. Las corrientes de aire son sólo horizontales, no verticales debido a la disposición en estratos o capas superpuestas. Hablar aquí de la capa de Ozono

11 MESOSFERA. Hasta los 80 km de altura. La temperatura va descendiendo hasta alcanzar valores por debajo de -100º, ya que no hay nada que atrape radiación solar. Las partículas que contiene provoca la desviación de meteoritos = estrellas fugaces. TERMOSFERA O IONOSFERA. Alcanza hasta unos 600 km. Los gases se encuentran en capas (heterosfera) y absorben los rayos X y gamma, que hace que aumente la temperatura con la altitud ( hasta los 1000ºC) La densidad del aire se aproxima a la del vacio. La interacción de partículas procedentes del sol con los átomos ionizados de esta capa(ionosfera) provoca las auroras . Su color depende de las partículas con las que chocan y de la presión a la que se produzcan estos choques. EXOSFERA Hasta los 800 km. Bajísimas densidades, similar al espacio exterior, formada sobre todo por O,H,He. Hay tan poco aire que no se puede atrapar la luz solar y por ello tiene un color negro similar al del espacio.

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14 Formación de auroras boreales y australes

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16 BALANCE ENERGÉTICO La energía solar que llega a la atmósfera se reparte de la siguiente forma. - Entre un 28% y 30% es reflejada por las nubes, gases y partículas en suspensión; suelo y superficie helada y nevada: Esta radiación reflejada se denomina albedo. - Entre el 19% y 21% es absorbido por las nubes, vapor de agua, partículas del aire y la capa de ozono. - Entre el 47% y 51% es absorbido por la superficie terrestre y oceanos, que parte se libera de nuevo , en forma de radiación infrarroja y parte se pierde en calor.

17 FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
FUNCIÓN PROTECTORA En la termosfera se absorben las radiaciones de onda corta y alta energía( rayos X y rayos gamma). En la estratosfera , la capa de ozono, se absorbe la radiación UV . FUNCIÓN REGULADORA El albedo, que supone un 30% de la energía que manda el Sol, produce un enfriamiento de la Tierra. Parte de la energía emitida por la atmósfera es absorbida por los gases de efecto invernadero , provocando el calentamiento El equilibrio entre el albedo y el efecto invernadero natural ha permitido mantener una temperatura en la Tierra de 15º, Si no hubiera atmósfera la temperatura de la superficie sería -18ºC.

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19 4. DINÁMICA ATMOSFÉRICA CONVECCIÓN TÉRMICA
- Son movimientos verticales del aire debido a la temperatura. - El aire superficial caliente y menos denso, tiende a elevarse, formando convecciones térmicas ascendentes . El aire de las partes altas frio y denso, tiende a descender

20 CONVECCIÓN POR HUMEDAD
La presencia de vapor de agua en el aire, le hace ser menos denso. Hay más moléculas de agua de peso molecular menor (18), que ocupan el lugar de otras como la de N2,O2 y CO2 ( pesos 28,32,44) Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua en un volumen de aire en g/cm3 Humedad relativa: Cantidad de vapor de agua en % que hay en un metro cúbico de aire, en relación con la que podría contener a la temperatura en la que se encuentra. Si una masa de aire asciende, se va enfriando y se alcanza el punto de rocío, el vapor se condensa y se forma una nube. Punto de rocío: Se produce cuando el aire no puede contener más vapor y está saturado y este se condensa formando las nubes. Núcleos de condensación o higroscópicos: Son partículas de ( polvo, humo. NOx, ClNa..) que sirven para que se forme la gota de agua y llueva. Humedad absoluta, no es muy significativa pues en función de la temperatura el aire puede alberga más o menos agua. ( Ver curva de saturación y punto de rocío)

21 PRESIÓN ATMOSFÉRICA Es la presión que ejerce una columna de aire sobre la superficie. Las capas bajas de la atmósfera soportan el peso de las superiores, por tanto la presión atmosférica es menor al ascender. En las capas bajas , al ser el aire muy compresible y haber mayor p.atmosférica, también es mayor la densidad. Zonas de bajas presiones o borrascas: La temperatura calienta el aire, que asciende, se enfría y el vapor de agua se condensa en nubes y se da un tiempo inestable con precipitaciones. Zonas de altas presiones o anticiclones: El aire frio y denso desciende hacia la superficie. Este se va secando por calentamiento y el agua se evapora, Se asocia a tiempo seco y soleado. Hablar de Isobaras que unen puntos de la misma presión. Presion a nuvel del mar : 1 ATM=760mmHg= 1013 mbares

22 MOVIMIENTOS VERTICALES DEL AIRE.
GRADIENTE TERMICO VERTICAL (GTV) Variación de la temperatura del aire en condiciones estáticas y de reposo La temperatura del aire desciende 6,5ºC/1Km o 0,65 / 100m Este puede variar con la latitud, época del año

23 INVERSIÓN TERMICA. A veces se dan perturbaciones en el GTV y la temperatura aumenta con la altitud. Las inversiones térmicas impiden los movimientos verticales de aire y se puede presentar a cualquier altura.

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25 GRADIENTE ADIABÁTICO SECO (GAS)
Variación de la temperatura del aire que asciende verticalmente sin producirse intercambio. La temperatura desciende 1ºC cada 100m. La tº del aire que asciende (GAS) es distinta que la del aire de esa zona (GTV). Asciende hasta alcanzar el equilibrio, en el que la temperatura de los dos se iguala y el movimiento vertical cesa.( Ejemplo del ascensor) Cuando el ascenso del aire continua y desciende la temperatura, se produce la condensación del vapor de agua y tenemos el gradiente adiabático húmedo

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27 5. DINÁMICA DE MASAS FLUIDAS
DINÁMICA ATMOSFÉRICA. - MOVIMIENTOS DEL AIRE. El aire que desciende en un anticiclón provoca vientos superficiales desde el centro del anticiclón hacia fuera. El aire ascendente en una borrasca provoca vientos superficiales hacia el centro. En las zonas de convergencia hay contacto entre masas de aire, produciéndose frentes que originan mal tiempo. En las zonas de divergencia no hay contacto de masas de aire y origina buen tiempo.

28 - EFECTO CORIOLIS. Es la fuerza ejercida por el movimiento de rotación terrestre que hace que los vientos no se muevan rectilíneos y lo hagan en espiral. No tiene un valor constante si no que es máxima en los polos y nula en el ecuador. En el hemisferio norte un viento que se mueva hacia el norte se desvía hacia la derecha o este y si se dirige del ecuador hacia el polo sur se desvía hacia la izquierda u oeste.

29 Los vientos circulan desde los anticiclones a las borrascas siguiendo el gradiente de preión. Sin embargo al ser desviados por la fuerza de Coriolis, el resultado es un giro en sentido horario en torno a los anticiclones y antihorario a las borrascas. Esto en el hemisferio norte.

30 CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA.
El aire en contacto con la superficie de la Tierra en el ecuador, se calienta y sube a la troposfera y fluye a los polos. Formando las borrascas ecuatoriales.(Anticiclón Polar) El aire frío de las zonas polares desciende a la superficie y fluye hacia el ecuador. Si la Tierra fuera homogénea e inmóvil, las corrientes formarían un circuito cerrado, dándose dos células convectivas ( una en cada hemisferio). Al ser heterogénea se establecen tres ciclos por hemisferio ( células de Hadley, polares y de Ferrell)

31 Células de Hadley: las más energética de las tres por la incidencia vertical de los rayos solares. En las borrascas ecuatoriales, se produce elevación de aire cálido hasta alcanzar la Tropopausa, donde el aire se dirige hacia los polos como viento horizontal en altura. El e. Coriolis produce su desviación, al alcanzar los 30º (N o S) la desviación es tan grande que la célula se fragmenta, parte del aire seguirá su camino a los polos pero la mayoría descenderá hacia el ecuador formando una zona de anticiclones subtropicales (originando los grandes desiertos del planeta). La célula se cierra por los vientos Aliseos que son vientos sperficiales que soplan del NE en el hemisferio N y del SE en el hemisferio S. Células Polares: El viento de superficie que parte de los anticiclones polares, el levante polar que sopla del NE en el hemisferio N y del SE en el hemisferio S, alcanza aproximadamente los 60º de latitud, donde se eleva de nuevo formando las borrascas subpolares. Célula de Ferrel. Situada entre las dos anteriores y se forma por acción de los vientos superficiales del oeste o wesrerlies ( del SO en el hemisferio norte y del NO en el hemisferio sur) que soplan desde los anticiclones desérticos hacia las zonas de borrascas polares. La explicación de las células explica la circulación de los vientos.

32 - CIRCULACIÓN EN EL HEMISFERIO NORTE

33 CIRCULACIÓN DEL AIRE EN EL HEMISFERIO NORTE.
El aire asciende en el ecuador y se dirige por las capas altas hacia el noreste. Al llegar a la latitud de 30ª parte del aire , una parte del aire desciende a la superficie formando una zona de altas presiones denominada cinturón anticiclónico subtropical, otra parte se queda circulando por la parte alta de la troposfera en sentido del giro de la Tierra. Desde el cinturón anticiclónico subtropical parten vientos superficiales hacia el ecuador desviados hacia el oeste que son los vientos alisios.También parten vientos hacia el norte desviados hacia el este que son los vientos del oeste. Los viento alisios de cada hemisferio convergen en la zona de convergencia intertropical ZCI, que no coincide con el ecuador. Los vientos del oeste al llegar a la zona de latitud 60º ascienden ,formándose una zona de bajas presiones templada. A la zona de 60º llegan vientos superficiales de la zona de altas presiones polares, que ascienden. En esta zona se produce el choque de aire frío y cálido en un frente polar, originándose borrascas subpolares

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35 En las zonas altas de la troposfera se producen las corrientes en chorro o jet streems, que circulan a gran velocidad alrededor de la Tierra de este a oeste. Están causadas por el contraste térmico que se produce en el choque de dos células convectivas. Existe la corriente en chorro polar que circula en latitudes de 60º y la corriente en chorro subtropical que lo hace en latitudes de 30º

36 DINÁMICA DE LA HIDROSFERA
La hidrosfera, actúa principalmente como regulador térmico, debido a las propiedades del agua de almacenar gran cantidad de energía calorífica. Aunque las masas de agua son más lentas que las masas de aire en su desplazamiento, su eficacia en el transporte es mucho mayor. Diferenciamos entre 2 tipos de corrientes: Corrientes superficiales Corrientes profundas

37 CORRIENTES SUPERFICIALES
Se deben a los vientos superficiales permanentes que transfieren su energía al agua por rozamiento. Las grandes corrientes realizan una trayectoria condicionada por el giro del viento en torno a los anticiclones.(horairo en el H. Norte y antihorario en el H.Sur) Este giro lo inician los vientos Alisios que soplan de Este a Oeste arrastrando en este sentido a las aguas oceánicas. Tamién arrastran las nubes y precipitación hacia el Oeste, originando aridez en el margen continental que abandonan.Cuando alcanzan la costa oeste retornan a su lugar de origen (corrientes de deriva del oeste). Éstos vientos del oeste producen movimientos lentos de agua , formando la deriva del viento del oeste( más importante en el hemisferio austral, al ser los mares más abiertos). Al llegar a las costas orientales del océano se desvian a los polos a lo largo de la costa, formando corrientes frías. C. Humbolt, C Benguela. En el hemisferio norte existen flujos de agua fría hacia el ecuador por los estrechos que unen el ártico con el atlántico y el pacífico. C de Kanchatka, Labrador, Groenlandia.

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39 CORRIENTES PROFUNDAS. Se forman debido a la diferente densidad del agua, causada por las variaciones de temperatura y/o salinidad(circulación termohalina) En latitudes altas (Groenlandia) el agua fría y salada y por tanto más densa se hunde , formando una corriente por el fondo del Atlántico norte al Sur. Al contactar con el agua frías del Antártico asciende.

40 - EL OCÉANO GLOBAL Se genera la denominada “CINTA TRANSPORTADORA OCEANICA” que es una especie de río de agua que recorre la mayoría de océanos del planeta. En su primera trayectoria lo hace como corriente profunda y en la segunda mitad como corriente superficial. El agua fría, salada y densa cercana a Groenlandia se hunde y recorre el fondo del Atlántico hasta llegar al Antártico (corriente profunda). Al contactar con las aguas frías del Antártico asciende. Parte vuelve a hundirse por el enfriamiento superficial recorre el Indico y Pacífico en los que asciende y se calienta de nuevo y recorre superficialmente hasta Groenlandia, arrastrando con ella aguas cálidas, nubes u lluvias.

41 CONSECUENCIA DE LAS CORRIENTES.
-Redistribución del calor desde zonas ecuatoriales hacia latitudes altas. Las corrientes cálidas calientan zonas frías y las corrientes frías templan regiones tropicales. -Afloramientos: En las zonas orientales de los océanos tropicales (costa oeste de los continentes) el agua se separa por los vientos alisios. Este agua cálida es reemplazada por aguas frías profundas, ricas en materia inorgánica. Al llegar a la superficie, se favorece por la energía solar el desarrollo del plancton y el resto de seres vivos. -Transporte y redistribución de sedimentos.

42 EFECTO NIÑO. El término fue utilizado por primera vez por pescadores peruanos, para referirse a una corriente cálida que aparecía por Navidad y provocaba escasa pesca. En inglés se denomina ENSO. ( El Niño Southern Oscilation) En condiciones normales los vientos van de este a oeste, empujando las aguas superficiales calentadas por el sol hacia Indonesia. Esto provoca el afloramiento de aguas frías en las costas sudamericanas. En Indonesia se dan fuertes lluvias y en Sudamerica sequía Cada cierto tiempo (2 a 5 años), por cambios en la presión atmosférica, los vientos alisios se debilitan e invierten su dirección. Esto provoca el cambio de las corrientes y al no desplazarse las aguas cálidas de la superficie hacia el oeste, no se dan afloramientos. Se produce un aumento de temperatura en la costa sudamericana, el plancton muere y no hay pesca. Se producen intensas lluvias e inundaciones en Sudamerica y sequía e incendios en Indonesia

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44 En ocasiones y después de un efecto niño intenso se produce una situación normal muy exagerada y se denomina efecto niña. Los vientos alisios soplan con más intensidad y arrastra hacia Indonesia mayor volumen de agua, aflora más agua fría en las costas sudamericana. Se producen precipitaciones muy grandes en Asia y Australia, aumentando los tifones. Al disminuir la temperatura en las costas americanas, aumenta la aridez y los huracanes

45 http://www.youtube.com/watch?v=nDJUPk6iVRQ (efecto niño y niña)
(niño niña animación) (circulación de vientos)