Fenómenos atmosféricos
Contenido
La dinámica atmosférica integra el 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 de acuerdo a su movimiento de traslación y, sobre todo, al movimiento de rotación terrestre, y los cambios que origina en su seno, que son:.
Todos los procesos meteorológicos y bioquímicos de la atmósfera (y de los océanos) tienen un origen común: el calentamiento de nuestro planeta debido a los rayos solares. También algunos procesos geológicos internos pueden intervenir de alguna manera en el calentamiento o enfriamiento de la atmósfera, pero sus efectos son casi insignificantes a escala global, aunque localmente pueden tener cierta relevancia. Este calentamiento se realiza siempre hacia arriba, es decir, a partir de la superficie terrestre y, sobre todo, a partir de la superficie acuática. La razón está en la compresibilidad del aire: el aire se comprime debido a su propio peso y, por ende, la mayor presión se obtiene en la superficie de nuestro planeta. Una masa de aire comprimido puede calentarse en mucho mayor grado que una que se encuentre a menor presión, como se ha indicado en la imagen que explica el inflado de las ruedas de una bicicleta. El valor de este calentamiento se obtiene midiendo la temperatura atmosférica. Así pues, este calentamiento es, en su mayor parte, indirecto, porque gran parte de la radiación solar atraviesa el aire sin calentarlo hasta llegar a las capas inferiores en contacto con la superficie terrestre las cuales se calientan debido al calor reflejado por la superficie terrestre y, especialmente, marina. Dicho en otros términos, los rayos solares atraviesan casi toda la atmósfera sin calentarla significativamente, debido al fenómeno llamado diatermancia, que implica que el aire casi no absorbe el calor de los rayos solares incidentes, es decir, los procedentes directamente del Sol. Pero la superficie terrestre y oceánica reenvían hacia la atmósfera una radiación infrarroja, lo que se conoce como calor oscuro (rayos infrarrojos o rayos de calor, que son invisibles por el ojo humano). Los rayos infrarrojos sí calientan el aire por ser de onda larga y este proceso resulta favorecido por la mayor presión de la atmósfera al nivel de la superficie terrestre: como ya se ha visto, el aire comprimido puede atrapar mayor energía calórica que el aire a menor presión.
Diatermancia
Se denomina diatermancia a la propiedad del aire de ser atravesado por los rayos solares casi sin calentarse por la radiación solar. No hay que confundir este término con el de diatermia, que es el tratamiento médico de diversas afecciones con el empleo de radiaciones de calor (infrarrojas) por medios eléctricos o electromagnéticos. En idioma inglés, se emplea el término diathermancy con el mismo significado que aquí se desarrolla y diathermanous (diatérmano) a aquellos cuerpos que son transparentes a las radiaciones térmicas, es decir, que se dejan atravesar directamente por los rayos solares (espectro visible) sin calentarse de manera perceptible.
Sin embargo, la capa superficial del aire, en contacto con la superficie tanto sólida como líquida de nuestro planeta, que es la de mayor densidad porque soporta el mayor peso de la atmósfera, absorbe gran cantidad del calor reflejado por dicha superficie terrestre, por lo que en este caso, deja de ser diatérmano, por lo menos, a una corta distancia del suelo hacia arriba. Lo que sucede es que el calor reflejado por la superficie terrestre está formado por rayos infrarrojos (lo cual se denomina calor oscuro porque los rayos infrarrojos no pueden verse) y su longitud de onda es muy grande (bastante mayor que los rayos visibles de luz roja) y estos sí logran calentar el aire, el cual se eleva automáticamente, con lo que se enfría rápidamente hasta alcanzar, a cierta altura, la misma temperatura que el aire circundante, con lo que su movimiento de ascenso cesa también automáticamente. El proceso se invierte durante gran parte de la noche y del día, cuando el aire a cierta altura disminuye su temperatura debido a la irradiación nocturna y desciende en consecuencia. Esto significa que el calentamiento de la atmósfera por los rayos solares siempre trae un desfase considerable de unas 12 horas en la zona ecuatorial hasta de varios días en las zonas templadas y polares. Dicho desfase o retraso es el que determina los fenómenos de subsidencia y de convección que marcan, a su vez, los días de lluvia o de tiempo seco.
Efecto invernadero
Debido a que toda la atmósfera actúa como si fuera un solo gas, no existen unos gases con efecto invernadero y otros que no lo tengan. Así, el efecto invernadero es la forma como toda la atmósfera, en especial en los primeros km de altura a partir de la superficie terrestre, protegen a nuestro planeta del bombardeo producido por los aerolitos (las llamadas estrellas fugaces muestran la incandescencia de los mismos debido a la fricción con el aire de la atmósfera) y por los rayos ultravioleta, absorbidos en su mayor parte en las capas altas de la atmósfera. El efecto protector de la atmósfera es similar al del techo transparente de un invernadero, que deja pasar la luz, pero no otros efectos nocivos para las plantas, cuyo crecimiento (agua, luz y nutrientes) siempre está controlado para poder tener resultados óptimos. Y como vemos en las plantas epífitas en los cables de la luz (foto tomada a unos 15 km al oeste de San Juan de los Morros en Venezuela), algunos vegetales sólo necesitan para crecer y sobrevivir lluvia y aire: la lluvia y el agua que forma las nubes absorben el dióxido de carbono del aire para formar ácido carbónico y agua, desechando parte del oxígeno que pasa a ser la fuente de vida para los hombres y los animales.
A su vez, con la fotosíntesis se van logrando moléculas cada vez más complejas hasta llegar a la glucosa, que vendría a ser el inicio de toda la biomasa que existe en nuestro planeta, de acuerdo con la fórmula siguiente:.
según la cual las plantas, a través de la fotosíntesis, pueden transformar el ácido carbónico de la atmósfera en glucosa, más oxígeno libre.
La fotosíntesis es lo que explica el hecho de que la larga era azoica (sin vida) terminó con la aparición de las primeras plantas y, mucho después, aparecieron los animales, cuando las plantas fueron regenerando la formación del oxígeno libre mediante ese proceso de fotosíntesis.
El efecto invernadero es pues, un efecto producido por todos los gases que forman el aire y no solo por el dióxido de carbono y el vapor de agua. Precisamente, la mejor prueba de que todos los gases que forman la atmósfera producen el efecto invernadero es la escasez (porcentualmente hablando) del dióxido de carbono y del vapor de agua. Y la escasez de dióxido de carbono se explica, a su vez, por ser el gas que las plantas utilizan para vivir y alimentarse. Lo mismo podemos decir del vapor de agua y de la propia agua que forman las nubes.
Temperatura atmosférica
Como ya se ha dicho, la radiación solar es el motor inicial de todos los procesos atmosféricos. Pero como esta radiación no es uniforme ni en el espacio ni en el tiempo, se originan áreas que se calientan o enfrían más que otras y estas diferencias se traducen en diferencias en el calentamiento desigual de la atmósfera terrestre, que tienen una importancia fundamental en el estudio de la geografía y en las condiciones de habitabilidad para las plantas, animales y seres humanos. Las diferencias de calentamiento del aire se conocen con la medición de la temperatura atmosférica.
Presión atmosférica
El calentamiento indirecto del aire hace que aumente de volumen y, por lo tanto, que disminuya su densidad. Esta densidad a un nivel determinado se conoce como la presión atmosférica, valor medido con el barómetro de mercurio o aneroide, aparato desarrollado en base al experimento inicial de Torricelli. Con este aparato se mide el peso de una columna de aire en un lugar determinado, al compararlo con el peso que debería tener en condiciones normales. En resumen, el calentamiento indirecto del aire por la insolación genera una presión atmosférica determinada (a mayor temperatura, menor presión atmosférica) porque el aire se dilata, asciende y, por lo tanto pesa menos, es decir, disminuye su presión. Las diferencias en la presión atmosférica determinan la producción de los vientos que van de las zonas de mayor presión a las de menor presión.
Vientos
Se denominan vientos a los movimientos del aire en el seno de la atmósfera. Los vientos siempre tienen dos componentes, uno horizontal y otro vertical y ambos componentes se compensan entre sí, a distintas escalas, casi de manera perfecta.
El calentamiento solar de la atmósfera no es uniforme, por lo que existen zonas más frías y por lo tanto, de mayor presión (anticiclones) y zonas más cálidas donde la presión es menor (ciclones o depresiones). Como el aire en los ciclones o depresiones tiende a subir, el vacío que dejan es reemplazado por aire procedente de las zonas de alta presión o anticiclones, originándose así los vientos, que constituyen uno de los procesos fundamentales de la dinámica atmosférica, al ser responsables de una enorme transferencia de energía en el seno de la atmósfera.
Humedad
La humedad del aire es la cantidad de vapor de agua que se encuentra presente en la atmósfera terrestre. El vapor procede de la evaporación del agua en los mares y océanos, en los ríos, los lagos, y de la transpiración de los seres vivos, en especial, de los vegetales. Puede ser absoluta (gramos por metro cúbico, por ejemplo) y relativa (que es el porcentaje del valor máximo de humedad o punto de saturación que el aire tiene en un momento dado). Así, una humedad del 25 %, por ejemplo, sería una humedad muy escasa, mientras que una humedad cercana al 100 % estaría saturada y podría comenzar a producirse una rápida condensación "Condensación (física)"), y por lo tanto, a formar lluvias y otras formas de precipitación, dependiendo de la temperatura. Ello significa que la misma humedad absoluta corresponderá a una humedad relativa más baja si la temperatura del aire es elevada, y una humedad relativa más alta si la temperatura es baja.
Precipitaciones
Las lluvias, lo mismo que sucede con los vientos, constituyen procesos termodinámicos de la atmósfera que forman una parte muy importante del ciclo hidrológico en la naturaleza. Los procesos involucrados en el ciclo hidrológico son:.
En resumen, las lluvias dan origen a un reparto más equitativo (temporal y espacialmente) del calor previamente recibido por la superficie terrestre a partir de la radiación solar.