Geología General (GL-31A) Otoño 2008 El clima del planeta Tierra

UNA MIRADA AL VECINDARIO… Vecindad en el sistema planetario no significa igualdad de condiciones ambientales en la superficie…. Comparar por ejemplo la Tierra y la Luna

Tema 1: La atmósfera terrestre y sus roles

El sol como fuente de energía… Para la Tierra, la constante solar es del orden de 1400 W/m2 Tierra Valores comparativos de la constante solar, respecto de la Tierra: Mercurio: 6.7 Venus: 1.9 Tierra: 1.0 Marte: 0.43 Jupiter: 0.04 Saturno: 0.01 Urano: 0.003 Neptuno: 0.001 Plutón: 0.0006

La atmósfera es una capa gaseosa extremadamente delgada. El 90% de su masa se encuentra por debajo de 16 kilómetros sobre el nivel del mar… 6400 km

Composición: NITROGENO (N2) 78.08% OXIGENO (O2) 20.95% ARGON (Ar): 0.93 Mas otros gases en una densidad muy baja (anhídrido carbónico, ozono, vapor de agua, etc.) Estructura térmica: Promedio en superficie: 15°C Descenso (6.5°C/km) hasta unos 15 km (troposfera) Ascenso hasta unos 50 km (estratósfera) Descenso hasta unos 90 km (mesósfera) Ascenso a partir de este nivel (termosfera)

[p(z) – (p(z) + dp)] dx dy = r g dx dy dz Masa de la atmósfera: 5.14 1018 kg Como referencia la masa de los océanos es unas 270 veces mayor. Balance hidrostático: En promedio, en cada punto existe un balance entre la fuerza gravitacional y la fuerza vertical hacia arriba, asociada al gradiente vertical de presión [p(z) – (p(z) + dp)] dx dy = r g dx dy dz dp = - r g dz Si se integra entre la superficie hasta el tope de la atmósfera, se concluye que la presión superficial equivale al peso de la columna de aire, por unidad de área. Esto es del orden de 1 tonelada por metro cuadrado, a nivel del mar. p(z)+dp Volumen = dx dy dz Densidad = r Fuerza gravitacional = g r dxdydz p (z)

El agua es un elemento clave en el sistema climático (ciclo hidrológico, evaporación, transferencia de energía entre la Tierra y la atmósfera, nubosidad, efecto invernadero, precipitación) Así se distribuye: Océanos 97 % Campos de hielos y glaciares 2.2 % Contenido en el suelo 0.71 % Lagos y ríos 0.013 % Atmósfera 0.0009 %

OCEANOS Cubren 71% de la superficie del planeta Profundidad media: 3730 m Gran capacidad para almacenar y liberar calor en escalas de tiempo desde pocos meses a siglos. Componentes clave en el ciclo hidrológico, y en los ciclos de algunos componentes de la atmósfera La temperatura disminuye con la profundidad, hasta valores cercanos a 0°C Existe una capa superficial (algunos cientos de metros), bien mezclada por efecto del viento y del oleaje resultante. El límite inferior de esta capa se denomina termoclina.

Contenido de sal como factor dinámico del movimientos de masas de agua. Variaciones espaciales de salinidad (varía en el intervalo 33 – 38 g/kg) constituye un factor significativo en el control del movimiento de los océanos. Esto debido a los cambios asociados de densidad del agua. En general la salinidad es relativamente baja en la superficie del océano (aporte de agua dulce por precipitación) La salinidad es relativamente alta en las regiones subtropicales, donde la evaporación excede a la precipitación.

CRIOSFERA (hielos) Cerca del 2% del total del agua se encuentra en forma de hielo, el que a su vez acumula como el 80% del agua dulce. Relevante para el clima global, por el alto índice de reflexión de la radiación solar La mayor parte de la criosfera se concentra en la Antártica (89%) y en Groenlandia (8.6%) En forma permanente, la criosfera cubre un 11% de los continentes, y un 7% de los oceanos. Continentes Abarcan 30% del total de la superficie global, repartidos en forma desigual entre ambos Hemisferios. Fricción sobre la atmósfera (topografía) Alteración significativa de la superficie, por causas antropogénicas

Consideraciones de energía: La fuente casi exclusiva de energía para la atmósfera, proviene de la radiación solar 23.5 S = 1367 W/m2 Cuando se promedia sobre toda la superficie de la Tierra, la energía disponible es S/4 S/4 = 342 W/m2

Distribución espectral de la radiación solar y la radiación terrestre Radiación infrarroja Indice de absorción en la atmósfera

ENERGIA MEDIA EN EL TOPE DE LA ATMOSFERA

Acción de la atmósfera sobre la radiación solar ● Absorción (rango ultravioleta e infrarrojo) ● Dispersión (scattering). Parte de la radiación cambia de dirección Dispersión molecular proporcional a l-4 explica el color azul del cielo. ● Reflexión directa y difusa en el tope de las nubes. En casos especiales contribuye a aumentar la radiación solar en superficie por encima de la que se observa en un día despejado. Radiación solar en la superficie ● Radiación global = Rad. Directa + Rad. Difusa ● Un porcentaje (albedo) de la radiación global se refleja y el resto se absorbe.

Flujo de radiación solar 1 2 3 4 5 1: radiación solar en el tope de la atmósfera 2: una parte menor se absorbe y otra se dispersa (color azul del cielo) 3: reflexión en la superficie 4: energía absorbida en el suelo 5: energía reflejada y dispersada al espacio

FLUJOS DE RADIACION INFRARROJA 1 2 3 4 5 1: Emitido por la superficie, proporciona la la cuarta potencia de la temperatura (°K) 2: Absorbido por la atmosfera 3: Transmitido hacia el espacio exterior 4: Emitido por la atmosfera hacia la superficie 5: Emitido por la atmosfera hacia el espacio

TIERRA: Balance neto: +29 Balance radiativo global TIERRA: Balance neto: +29 Atmósfera: absorbe: 131 emite: 160 Balance neto : -29

Balance radiativo planetario NULO LE H LE : Calor latente de evaporacion H: Calor sensible

Distribución latitudinal de la energía radiativa Radiación solar neta absorbida Radiación infrarroja neta emitida

Balance radiativo planetario: contraste meridional Transporte no radiativo de energía, realizado por la atmósfera y los océanos Máximo transporte ocurre aproximadamente a 30° S y 30° N F = 5.000.000.000.000.000 Watts

Transporte meridional de energía