Unidad 2. Atmósfera y clima 0. Índice

1. Origen y composición de la protoatmósfera2. Estructura y composición de la atmósfera actual3. Funciones de la atmósfera4. Dinámica de la atmósfera

4.1. Presión atmosférica4.2. Circulación atmosférica global4.3. Humedad atmosférica4.4. Nubosidad y precipitación

5. El clima5.1. El clima en latitudes medias5.2. Los dominios climáticos de España5.3. Situaciones climáticas especiales

6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra6.1. El origen de los ciclos glaciares

Unidad 2. Atmósfera y clima 1. Origen y composición de la protoatmósfera

Origen

Se formó hace 4 600 millones de años.

Se gestó a partir de los gases liberados por las rocas que formaban el planeta.

La mayor parte de estos gases se perdió en el espacio.

Composición de la protoatmósfera

No era tan reductora como la atmósfera actual.

Contenía vapor de agua, CO2 y N2, junto con pequeñas cantidades de H2 y CO.

Hace 2 500 - 2 000 m. a., la actividad de los organismos fotosintetizadores provocó

un enriquecimiento en O2.

Hace 600 m. a., la acumulación de oxígeno dio lugar a la formación de la capa de ozono.

La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra.

Formación La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Comenzó a formarse hace unos 4600 millones de años con el nacimiento de la Tierra. La mayor parte de la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero nuevos gases y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta.

La atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono(CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono pero con ausencia de oxígeno. Era una atmósfera ligeramente reductora hasta que la actividad fotosintética de los seres vivos introdujo oxígeno y ozono (a partir de hace unos 2 500 o 2000 millones de años) y hace unos 1000 millones de años la atmósfera llegó a tener una composición similar a la actual.

También ahora los seres vivos siguen desempeñando un papel fundamental en el funcionamiento de la atmósfera. Las plantas y otros organismos fotosintéticos toman CO2 del aire y devuelven O2, mientras que la respiración de los animales y la quema de bosques o combustibles realiza el efecto contrario: retira O2 y devuelve CO2 a la atmósfera.

0,000 000 02SO2

0,000 000 06NO

0,000 000 1NO2

0,000 000 6NH3

0,000 002O3

0,000 008Xe

0,000 01CO

0,000 02N2O

0,000 05H2

0,000 10Kr

0,000 15CH4

0,000 52He

0,001 84Ne

0,037CO2

0,93Ar

2102

78N2

COMPOSICIÓN DEL AIRE(% EN VOLUMEN)

Estructura de la atmósfera

Unidad 2. Atmósfera y clima 2. Estructura y composición de la atmósfera actual

Component gases of the lower atmosphere. Values show percentage by volume for dry air. Nitrogen and oxygen form 99 percent of our air, with other

gases, principally argon and carbon dioxide, accounting for the final 1 percent.

The Composition of the Earth's Atmosphere

Ozone in the Upper Atmosphere

The composition of the Earth's atmosphere generally focuses upon the gases of the lowest layer, the troposphere. However, gases higher in the atmosphere also play a role in the Earth's

environment. Ozone is especially important because of its role in absorbing ultra-violet radiation, and so reducing the amount that reaches the ground surface. Declining ozone concentrations may lead to more cases of skin cancers, the reduction of crop yields,

and the death of some forms of aquatic life.

Component gases of the lower atmosphere. Values show percentage by volume for dry air. Nitrogen and oxygen form 99 percent of our air, with other

gases, principally argon and carbon dioxide, accounting for the final 1 percent.

The Composition of the Earth's Atmosphere

Ozone in the Upper Atmosphere

The composition of the Earth's atmosphere generally focuses upon the gases of the lowest layer, the troposphere. However, gases higher in the atmosphere also play a role in the Earth's

environment. Ozone is especially important because of its role in absorbing ultra-violet radiation, and so reducing the amount that reaches the ground surface. Declining ozone concentrations may lead to more cases of skin cancers, the reduction of crop yields,

and the death of some forms of aquatic life.

Unidad 2. Atmósfera y clima 2. Estructura y composición de la atmósfera actual

La heterosfera

10 000Hidrógeno atómico (H)

3 500Helio (He)

1 000Oxígeno atómico (O)

200Nitrógeno molecular (N2)

Límite superior (km)Gas principal

CAPASDE LA HETEROSFERA

La magnetosfera

El campo magnético externo de la Tierra se extiende más allá de la atmósfera.

Existen dos regiones con una intensa radiactividad: los cinturones de radiación de Van Allen.

En estos cinturones, los protones y electrones procedentes del Sol chocan con los gases en la ionosfera y empiezan a brillar. Esto provoca el fenómeno de las auroras.

Balance de la radiación solar

Sol

cielo despejado

Unidad 2. Atmósfera y clima 3. Funciones de la atmósfera

La atmósfera actúa como filtro protector de las radiaciones y como factor regulador del clima en la Tierra.

dispersión y reflexión difusa (10 %)

absorción por el ozono (2 %)

absorción por el vapor de agua (8 %)

llega al suelo el 80 %

cielo cubierto

reflexión en las nubes(30 % a 60 %)

absorción en las nubes(5 % a 20 %)

llega al suelodel 45 % al 0 %

100 %

Espectro electromagnético solar

Flujos verticales medios de energía en el sistema terrestre (atmósfera y superficie), en watios por metro cuadrado. Los más importantes son los 342 W/m2 de energía solar que entran por el tope de la atmósfera y los 390 W/m2 que salen del suelo en ondas infrarrojas (más o menos). Tanto en superficie como en el tope de la atmósfera el balance entre lo entrante y lo saliente es nulo (suma y lo verás).

La parte del efecto invernadero causado por el aumento de CO2 debido a las emisiones antrópicas supone en la actualidad un incremento radiativo de 1,4 W/m2, que se añaden a los 324 W/m2 de radiación infrarroja absorbida por el suelo.

Albedo

The albedo of a surface describes the proportion of radiation that is reflected away from that surface. The average albedo of the

Earth is around 0.3 or 30%, which means that 30% of incoming solar radiation is reflected

away and back into space without contributing to the heating of the planet's

system. This measure is also an average, and different surfaces on the Earth have different albedos. Ice and snow generally have a high

albedo of anywhere between 40% for old snow to 95% for new, fresh snow. Desert surfaces

generally have albedos between 20% and 45%. Vegetated surfaces generally have a much

lower albedo. Deciduous forests in leaf may have albedos of around 20%.

Global Net Radiation

Fate of incoming solar radiation. Losses of incoming solar energy are much lower

with clear skies (left) than with cloud cover (right).

Diagram of the global energy balance. Values are percentage units based on total insolation as 100. The

left figure shows the fate of incoming solar radiation. The right figure shows longwave energy flows occurring

between the surface and atmosphere and space. Also shown are the transfers of latent heat, sensible heat, and direct solar absorption that balance the budget for Earth

and atmosphere.

Earth's Energy Balance

Annual surface net radiation from pole to pole. Where net radiation is positive,

incoming solar radiation exceeds outgoing longwave radiation. There is an energy surplus, and energy moves poleward as latent heat and sensible heat. Where net radiation is negative, there is an energy deficit. Latent and sensible heat are lost in the form of

outgoing longwave radiation.

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.1. Presión atmosférica

Movimientos horizontales del aire

Se deben a la diferencia de presión atmosférica entre zonas de la misma altura, como consecuencia del calentamiento desigual de la Tierra.

Movimientos verticales del aire

Se originan por las diferencias de temperaturaentre capas de aire anexas.

Movimientos horizontales del aire.

© Sam Meteo.

anticiclón borrasca

Movimientos verticales del aire.

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.2. Circulación atmosférica global

Diferencia de insolación sobre la Tierra

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.2. Circulación atmosférica global

Circulación atmosférica teórica Desviación de Coriolis

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.2. Circulación atmosférica global

Circulación general del aire en la troposfera

Distribución latitudinalde zonas de alta y baja presión

Zonas subtropicales

de alta presión (30º de latitud).Zonas circumpolares

de baja presión (60º de latitud).Zonas polares frías de alta presión.

Frente polar

Es la zona de choque entre los levantes polares fríos y los ponientes templados. Constituye un área de gran inestabilidad atmosférica (borrascas).

Zona de calma ecuatorial o zona de

convergencia intertropical (ZCIT)

Es la zona de choque entre los alisios del norte y los del sur.

Esta distribución hace que existauna alternancia latitudinalde los vientos desde las zonas polares al ecuador.

Zonas ecuatoriales cálidas de baja presión.

The Global Radiation Balance

The global radiation balance. Shortwave radiation from the Sun is transmitted through space, where it is intercepted by the Earth. The absorbed radiation is then ultimately emitted as longwave radiation

to outer space.

A Geographer's System of Latitude Zones

World latitude zones. These zones are based on the seasonal patterns of insolation observed over the globe.

El vapor que se encuentra en la atmósfera procede de la evaporación del agua de los océanos, de los ríos y lagos y de los suelos húmedos. Que se evapore más o menos depende de la temperatura y del nivel de saturación del aire, pues un aire cuya humedad relativa es baja puede admitir mucho vapor de agua procedente de la evaporación, mientras que un aire próximo a la saturación ya no admitirá vapor de agua por muy elevada que sea la temperatura.

El concepto de evapotranspiración es especialmente interesante en ecología pues se refiere al conjunto del vapor de agua enviado a la atmósfera en una superficie, y es la suma del que se evapora directamente desde el suelo y el que las plantas y otros seres

vivos emiten a la atmósfera en su transpiración.

DINÁMICA ATMOSFÉRICA

Humedad de saturación del vapor de agua en el aire

Temperatura ºC Saturación g · m-3

- 20 0.89

-10 2.16

0 4.85

10 9.40

20 17.30

30 30.37

40 51.17

Humedad absoluta.- Es la cantidad de vapor de agua por metro cúbico que contiene el aire que estemos analizando.

Humedad relativa.- Es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido realmente en el aire estudiado (humedad absoluta) y el que podría llegar a contener si estuviera saturado (humedad de saturación). Se expresa en un porcentaje. Así, por ejemplo, una humedad relativa normal junto al mar puede ser del 90% lo que significa que el aire contiene el 90% del vapor de agua que puede admitir, mientras un valor normal en una zona seca puede ser de 30%.

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.3. Humedad atmosférica

Humedad absoluta

Es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de aire. Se expresa en g/m3.

Humedad relativa

Es la cantidad de vapor de agua que hay en un volumen determinado de aire en relación con la máxima posible, según la temperatura.

cantidad total de vapor de aguahumedad relativa = x 100 cantidad máxima de vapor de agua

Curva de saturación del aire

The maximum specific humidity of a mass of air increases sharply with rising temperature.

Relative humidity changes with temperature because the capacity of warm air to hold water

vapor is greater than that of cold air. In this example, the amount of water vapor stays the

same, and only the capacity changes.

Humidity

Air Pressure Changes With Altitude

Atmospheric pressure decreases with increasing altitude above the

Earth's surface.

Wind

Isobars and a pressure gradient. High pressure is centered at Wichita, and low pressure is centered at

Columbus.

The Coriolis Effect

Coriolis effect direction and strength. The Coriolis effect acts to deflect the paths of winds or ocean currents to the right in the northern

hemisphere and to the left in the southern hemisphere as viewed

from the starting point.=

Surface Winds on an Ideal Earth

Global surface winds on an ideal Earth. This schematic

diagram of global surface winds and pressures shows

the features of an ideal Earth, without the

disrupting effect of oceans and continents and the

variation of the seasons. Surface winds are shown

on the disk of the Earth, while the cross section at

the right shows winds aloft.

Cyclones and Anticyclones

Air motion in cyclones and anticyclones.

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.4. Nubosidad y precipitación

Gradientes atmosféricos y precipitaciones

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.4. Nubosidad y precipitación

Origen de las precipitaciones (I)

Por convección

Condiciones atmosféricas

cúmulos

cumulonimbos

Por la orografía

Efecto foehn

estabilidad atmosférica

(GAS > GVT)

inversión térmica

(GVT < 0)

inestabilidad atmosférica

(GAS < GVT)

Unidad 2. Atmósfera y clima 4. Dinámica de la atmósfera / 4.4. Nubosidad y precipitación

Ocurre en la ZCIT, donde chocan los alisios del norte con los del sur.

Origen de las precipitaciones (II)

Por un sistema de frentes Por convergencia

El tipo de nube es un buen indicador del tiempo meteorológico.

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima

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ANIMACIÓN FLASH

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.1. El clima en latitudes medias

El frente polar y las latitudes medias Formación de una borrasca ondulatoria

masa de aire frío

masa de aire cálido

1. frente polar2. desplazamiento del aire cálido3. formación de un frente ocluido4. desaparición gradual de la borrasca

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.1. El clima en latitudes medias

El frente polar y las latitudes medias

Formación de una borrasca ondulatoria

Formación de la gota fría

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.1. El clima en latitudes medias

El frente polar y las latitudes medias

Formación de una borrasca ondulatoria

Formación de la gota fría

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.2. Los principales dominios climáticos de España

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ANIMACIÓN FLASH

METEOROLOGÍA Y CLIMA

World Precipitation

This map uses isohyets - lines drawn through all points having the same annual precipitation. Isohyets are labeled in cm (in.).

World Climate

Climates of the world. Compiled from station data by A.N. Strahler.

ojo del huracánse localiza en el centrode la espiral, dondeel tiempo está en calmay el cielo despejado

los muros de nubes se nutren del vapor de agua del mar,ya que el huracán se forma sobre la superficie

el aire frío exterior desciende por el ojo del huracány reemplaza al aire caliente

el aire caliente se mueve en espiral alrededordel ojo del huracán

el aire fluye desde el centro de la tormenta hacia fuera en el sentido de las agujas del reloj

su altura oscila entre8 000 y 15 000 m

cola

zona peligrosabajo el huracán,las bandas giratorias de lluvia fuerte se mueven alrededor del ojodel huracán y aumentan según se aproximanal núcleo central

los vientos más fuertes se dan en el nivel más bajo, perola zona más destructivaes la que aparece sombreada, pues la actividad del huracán es muy intensa aquí

trayectoria

Aire seco y frío

Aire cálido

Huracanes

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.3. Situaciones climáticas especiales

Hurricanes

Tropical cyclones are known as hurricanes in the

western hemisphere, typhoons in the western

Pacific off the coast of Asia, and cyclones in the

Indian Ocean.

*See movie on hurricanes in the geodiscoveries section of your

text’s website.

Hurricane Gladys from Apollo 7

The Eye of the Hurricane

Anatomy of a hurricane. In this schematic diagram, cumulonimbus (Cb) clouds in

concentric rings rise through dense stratiform clouds. Cirrus clouds (Ci) fringe

out ahead of the storm. Width of diagram represents about 1000 km (about 600 mi).

Redrawn from NOAA, National Weather Service.

Hurricane Mitch, 10.25.98, NOAA.

Unidad 2. Atmósfera y clima 5. El clima / 5.3. Situaciones climáticas especiales

Tornados

Son fenómenos meteorológicos muy destructivos.

El viento gira a partir de una nube de tipo convectivo de gran desarrollo vertical. Puede alcanzar hasta 500 km/h.

Monzones

Monzón de invierno. Es un viento de origen continental que sopla desde el continente, que se enfría en exceso, hacia el mar, lo que provoca una estación seca.

Monzón de verano. Es un viento de origen oceánico, cargado de humedad, que sopla desde el maral continente, dando lugar a la estación de las lluvias.

A tornado is a small but intense cyclonic vortex in which air spirals at

tremendous speed. The dark funnel cloud results from spiraling updrafts

from thunderstorms, although the precise details of why some storms

result in tornadoes and others do not are still unresolved.

Tornadoes

Unidad 2. Atmósfera y clima 6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra

Evolución climática a lo largo de la historia de la Tierra

675 - 600 m. a. Eocámbrica

470 - 410 m. a. Silúrico-Ordovícica

340 - 255 m. a. Permocarbonífera

40 000 añosNeógena

EdadGlaciación

825 - 740 m. a.Infracámbrica I

2 300 m. a.Gondwana

950 - 1 000 m. a.Infracámbrica II

Unidad 2. Atmósfera y clima 6. Grandes cambios climáticos en la historia de la Tierra / 6.1. El origen de los ciclos glaciares

calor almacenado = calor recibido − calor emitido A = G – Ecalor recibido = constante solar (1 – albedo) G = Q (1 – a)

Hipótesis solares(disminución de la energía solar recibida, G)

Fluctuaciones en la producción de energía solar.

Presencia de nubes de polvo.

Aumento de la intensidad del campo magnético.

Hipótesis geológicas

Aumento del calor emitido por la Tierra (E). Disminución de CO2 o de CH4.

Aumento del albedo (a). Distribución continental de los polos geográficos y coincidencia de glaciaciones con orogenias.

Alteraciones orbitales. Se basa en tres factores:

Teoría de las alteraciones orbitales

Variación de la inclinación del eje de rotación de la Tierra. Forma de la órbita terrestre. Precesión.