Dinámica Atmosférica e Hidrosfera: Clima, Ciclo del Agua y Fenómenos Naturales

Dinámica Atmosférica

Movimientos de las Masas de Aire

Movimientos Verticales

Causados por variaciones de temperatura o presión. Generan inestabilidad (aire cálido asciende, provoca bajas presiones, nubes y lluvias) o estabilidad (aire frío desciende, altas presiones, tiempo estable).

Tipos de Gradientes Verticales

• GVT: Gradiente Vertical de Temperatura. En la troposfera, la temperatura disminuye a razón de 0,65 °C/100 m de altura hasta llegar a la tropopausa. Este gradiente se debe al calor irradiado desde la superficie terrestre y puede variar según las condiciones del clima y los vientos.
• GAS: Gradiente Adiabático Seco. En masas de aire que no están en equilibrio térmico con su entorno. Cuando ascienden o descienden sin ceder ni absorber calor, la temperatura cambia 1 °C/100 m. Al ascender, la masa de aire se expande por la baja presión, provocando una disminución de la temperatura. Al descender, el aire se comprime, aumentando la temperatura.
• GAH: Gradiente Adiabático Húmedo. Al alcanzar el punto de rocío, la masa de aire se satura de vapor de agua y se condensa. La variación de temperatura es de entre 0,3 y 0,6 °C/100 m.

Inestabilidad Atmosférica

Se produce cuando una masa de aire cálido y poco denso asciende, creando un vacío que genera bajas presiones en la superficie. Estas zonas, llamadas depresiones, borrascas o ciclones, están asociadas a tiempo desapacible, ya que el aire ascendente se enfría, condensa el vapor de agua y forma nubes que pueden provocar precipitaciones.

Estabilidad Atmosférica

Ocurre cuando una masa de aire frío y denso desciende, aumentando la presión atmosférica en la superficie y generando altas presiones. Estas zonas, conocidas como anticiclones, se asocian a tiempo estable, ya que el aire desciende, se calienta y provoca la evaporación del agua, lo que hace desaparecer las nubes.

Clases de Brisas

• Brisa de Tierra

  • Viento: Ocurre durante la noche.
  • Causa: La superficie terrestre se enfría más rápido que el mar.
  • Características: Generalmente más débil que la brisa de mar.

• Brisa de Mar

  • Viento: Sopla del mar hacia la costa.
  • Intensidad: Máxima al inicio de la tarde, disminuye al anochecer.
  • Causa: Diferente calentamiento entre tierra y mar; el aire caliente asciende y se crea un vacío que es llenado por aire fresco del mar.

Movimientos Horizontales (Viento)

Producidos por diferencias de presión (P) y temperatura (T). Las dinámicas de las masas de aire originan fenómenos meteorológicos como tormentas, viento, nubes o precipitaciones.

El viento es el movimiento horizontal del aire, generado por las diferencias de presión y temperatura entre dos puntos de la atmósfera. Cuando un anticiclón y una borrasca están cerca, el viento sopla desde el área de alta presión hacia la de baja presión, creando una célula de circulación. Cuanto mayor sea la diferencia de presión, más fuerte será el viento. La trayectoria del viento puede desviarse debido a la fuerza de Coriolis y el rozamiento con el relieve. La fuerza de Coriolis, derivada de la rotación terrestre, desvía los vientos: hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, sin desviación en el ecuador.

El Clima y los Cambios Climáticos

El Clima

Es el conjunto de condiciones meteorológicas características de un lugar determinado.

Factores que Determinan el Clima

• Radiación solar incidente
• Latitud
• Distribución de continentes y océanos
• Corrientes oceánicas
• Composición química del aire
• Circulación de los vientos
• Presencia de hielo
• Relieve
• Vegetación
• Transparencia del aire

Climograma

Climograma: gráficos que resumen las características climáticas de una zona.

Cambios Climáticos

A lo largo de la historia de la Tierra, los cambios climáticos han influido en la biodiversidad y han quedado registrados en las rocas. Algunos cambios están vinculados con la formación de supercontinentes.

Etapas Climáticas Principales

• Eón Arcaico (4000-2500 ma)
• Eón Proterozoico (2500-538 ma)
• Era Paleozoica (538-251 ma)
• Era Mesozoica (251-66 ma)
• Era Cenozoica (66 ma - hoy): Periodo Cuaternario y Holoceno (actualidad).

Aumento del Efecto Invernadero

Algunos gases de la atmósfera, como el dióxido de carbono (CO2), metano, CFCs, vapor de agua, ozono y óxidos de nitrógeno, permiten que la radiación solar pase (visible y ultravioleta), pero retienen la radiación infrarroja (calor) que emite la superficie terrestre. Esto provoca el aumento de la temperatura global, conocido como efecto invernadero.

Aumento del CO2

En los últimos 100 años, la temperatura ha aumentado más de 0,5 ºC, en gran parte debido a un incremento del CO2 en más del 30%. La concentración de CO2 ha pasado de 280 ppm a 366,7 ppm desde la Revolución Industrial, principalmente debido a la quema de combustibles fósiles (70%) y la deforestación (25%). El metano también ha aumentado, principalmente por actividades humanas, como la ganadería, los arrozales y la quema de biomasa.

Efectos Previsibles del Calentamiento Global

• Aumento de temperaturas
• Reducción de glaciares y disminución del albedo
• Alteraciones en las precipitaciones y climas
• Aumento de incendios y subida del nivel del mar
• Mayores inundaciones y sequías

Métodos para Mitigar el Calentamiento Global

• Reducir emisiones de gases de efecto invernadero
• Frenar deforestación y desertización
• Promover el ahorro energético y el uso de energías renovables
• Impulsar tecnologías menos contaminantes
• Reforestar y detener la producción de CFCs

Consecuencias

Generar tensión internacional por recursos de agua y alimentos, y provocar una proliferación de refugiados debido a las condiciones climáticas extremas.

Inversiones Térmicas

En la troposfera, la temperatura generalmente disminuye con la altura (gradiente vertical de temperatura, GVT = 0,65 ºC/100 m), con el aire caliente y menos denso ascendiendo, y el aire frío y denso descendiendo. Sin embargo, en algunas zonas, la temperatura aumenta con la altura, lo que impide el ascenso del aire frío en la parte baja. Este fenómeno se llama inversión térmica, y tiene efectos negativos, especialmente durante episodios de contaminación atmosférica, ya que la capa de aire frío en la base no puede ascender, atrapando los contaminantes.

Causas y Condiciones

• Las inversiones térmicas ocurren comúnmente en invierno, cuando las noches largas enfrían la superficie terrestre, enfriando el aire cercano y creando una capa más cálida encima.
• Se favorece en ausencia de nubes y viento, ya que las nubes actúan como pantalla, conservando el calor.
• También se pueden formar por el movimiento de una masa de aire caliente a una fría o por el choque de dos masas de aire con diferentes características.

Impactos

• Impide la dispersión de contaminantes, que permanecen atrapados en la capa inferior de la atmósfera.
• Los anticiclones favorecen las inversiones térmicas al generar cielos despejados, lo que puede agravar la situación si se forma niebla.
• La niebla, al reaccionar con los contaminantes, puede generar sustancias más dañinas como ácidos, y el frío intensifica la niebla, reduciendo la visibilidad y retrasando la ruptura de la inversión térmica por la radiación solar.

Lluvia Ácida

Definición de Lluvia Ácida

• Acidez Natural

  La lluvia tiene un pH de 5,6 debido a la disolución natural de CO2 atmosférico, formando ácido carbónico (H2CO3).

• Lluvia Ácida (pH < 5.6)

  Se considera lluvia ácida cuando el pH es inferior a 5-5,6, causada principalmente por la oxidación de SO2 y NO2, formando ácidos sulfúrico (H2SO4) y nítrico (HNO3).

• Principales Causas

  La quema de combustibles fósiles, especialmente carbón, que contiene mucho azufre, es el principal causante de la lluvia ácida.

• Contaminación Transfronteriza

  Los contaminantes pueden ser transportados a largas distancias, afectando zonas alejadas de los focos emisores, como los contaminantes de Gran Bretaña y Alemania que afectan a los países escandinavos.

Formas de Deposición

• Deposición Seca: Los contaminantes como SO2 y NO2 se depositan cerca de los focos emisores.
• Deposición Húmeda: Los compuestos sufren oxidación formando ácidos que se disuelven en el agua atmosférica, precipitando en forma de lluvia, nieve, granizo, nieblas o rocíos.

Efectos de la Lluvia Ácida

• Acidificación de Aguas: Afecta principalmente a lagos y lagunas, facilitando la disolución de metales tóxicos como Al3+, Pb2+, y Zn2+, que afectan a los ecosistemas acuáticos y las cadenas tróficas.
• Acidificación de Suelos: Modifica el equilibrio iónico del suelo, causando pérdida de minerales esenciales para las plantas y aumentando metales tóxicos.
• Destrucción de Vegetación: A través de la contaminación del suelo o el ataque directo de gotas ácidas en las hojas.
• Corrosión de Materiales: La lluvia ácida deteriora metales y materiales de construcción, especialmente las rocas calizas, transformándolas en yeso debido al ataque del ácido sulfúrico.

Hidrosfera: Concepto y Características

Concepto de Hidrosfera

La hidrosfera es la capa dinámica de agua que rodea la Tierra. El agua circula continuamente a través de diferentes lugares, cambiando de estado físico en un ciclo conocido como el ciclo hidrológico. Este ciclo es impulsado por la energía del Sol. La hidrosfera regula el clima, participa en la formación del relieve y hace posible la vida. Además, está asociada con riesgos geológicos como inundaciones, deslizamientos de terreno y subsidencias.

La hidrosfera se formó por la condensación y solidificación del vapor de agua presente en la atmósfera primitiva.

Distribución del Agua en la Tierra

El agua cubre casi 3/4 de la superficie de la Tierra.

• 97% es agua salada en océanos y mares.
• 3% es agua dulce, que se encuentra en la atmósfera y sobre los continentes, distribuida en hielo, agua subterránea, lagos, embalses, pantanos, ríos, atmósfera y biosfera.

Características del Agua Oceánica

• Composición Mineral (Salinidad)

  Su salinidad media es de 35 g/L. Y sus sales principales son Cl-, Na+, sulfato o Mg2+. Hay variaciones de salinidad por la evaporación o aporte de aguas dulces. La salinidad de las aguas continentales depende de por dónde fluya el agua.

• Temperatura

  En latitudes más bajas, aguas más cálidas y en latitudes más altas, aguas más frías. Distinguimos la capa superficial de 200 m (12-30º), la de transición y la profunda con temperaturas frías (0-5º) por la termoclina.

• Densidad

  Más sales, más densidad. Más temperatura, menos densidad. Las diferencias de densidad provocan el desplazamiento vertical y horizontal.

• Contenido de Oxígeno Disuelto

  Los gases disueltos se influencian por: más temperatura, menos solubilidad; más salinidad, menos solubilidad; y por la actividad metabólica de seres vivos. El O2 abunda en la superficie por fotosíntesis y respiración y es mínimo a partir de los 400 metros.

Hidrosfera: Ciclo Hidrológico

El Ciclo Hidrológico

El ciclo hidrológico es un proceso continuo en el que el agua circula entre distintos compartimentos de la hidrosfera, con cambios de estado involucrados. Los principales procesos son:

Principales Procesos del Ciclo Hidrológico

• Evaporación: El agua se convierte en vapor debido al calor del Sol.
• Evapotranspiración: El agua es liberada por las plantas hacia la atmósfera.
• Condensación: El vapor de agua se enfría y forma nubes.
• Precipitación: El agua en forma de lluvia, nieve o granizo cae a la Tierra.
• Infiltración: El agua penetra en el suelo.
• Escorrentía: El agua fluye sobre la superficie hacia los océanos o lagos.

El agua de escorrentía y la infiltrada en el suelo (agua subterránea) regresan a los océanos, cerrando el ciclo.

Para que estos procesos ocurran, se necesita la energía del Sol (para la evaporación y evapotranspiración) y la fuerza de gravedad (que impulsa la precipitación, escorrentía e infiltración).

Balance Hídrico

• Los océanos tienen un balance negativo de agua (se evapora más de lo que precipita).
• Los continentes tienen un balance positivo de agua (precipita más de lo que se evapora).

Esta diferencia se compensa con el regreso de agua de los continentes hacia los océanos, manteniendo el equilibrio global del ciclo hidrológico.

Hidrosfera: Movimientos del Agua Oceánica

Las masas de agua en los mares y océanos están en constante movimiento debido a:

• Vientos
• Diferencias de temperatura y salinidad (que causan variaciones de densidad)
• Atracción gravitatoria del Sol y la Luna.

Las Olas

Movimientos ondulatorios en la superficie del agua, principalmente causados por los vientos, aunque también pueden generarse por fenómenos geológicos como terremotos o erupciones submarinas. Se propagan hasta las costas, donde afectan el modelado del relieve costero.

Las Mareas

Ascensos y descensos periódicos del nivel del mar, causados por la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol. Diariamente, hay dos periodos de pleamar (máximo nivel) y dos de bajamar (mínimo nivel).

Las Corrientes Oceánicas

Movimientos horizontales de grandes masas de agua, que pueden ser superficiales o profundas. Son causadas por el movimiento de rotación de la Tierra y las diferencias de densidad entre las masas de agua.

• Corrientes Termohalinas (Profundas)

  Se originan por diferencias de densidad causadas por la temperatura y la salinidad. Las aguas frías y salinas son más densas y tienden a hundirse, mientras que las aguas cálidas y menos salinas tienden a ascender. Estas corrientes se desplazan desde latitudes altas, hundiéndose, y ascienden hacia el ecuador al aumentar su temperatura.

• Corrientes Superficiales

  Son causadas por los vientos dominantes, que transfieren su energía al agua por fricción. Su trayectoria se ve desviada por el efecto Coriolis y por la presencia de masas continentales. Estas corrientes, tanto frías como cálidas, tienen un impacto en la regulación del clima.

La Cinta Transportadora Oceánica

Todos los océanos y mares están conectados por corrientes superficiales y profundas, formando un único océano global. Existen dos grandes corrientes oceánicas:

• Corriente superficial: Aguas cálidas y menos densas, que recorren todo el planeta.
• Corriente profunda: Aguas frías y más densas, que también circulan globalmente.

La zona más fría y densa se encuentra en el Atlántico Norte, donde el agua se hunde y comienza a fluir hacia el sur, atravesando el Océano Atlántico y el Índico hasta llegar al Pacífico Norte, donde la corriente asciende. Aquí se genera la corriente de superficie de retorno, que transporta aguas cálidas desde el Golfo de México hacia las costas de Europa, ayudando a templar su clima. Esta cinta transportadora oceánica tiene un impacto significativo sobre el clima global, ya que transporta calor por todo el planeta. Sin embargo, el cambio climático podría poner en riesgo este sistema. El deshielo de los casquetes polares podría verter grandes cantidades de agua menos densa en las zonas donde ocurre el descenso del agua, lo que interrumpiría este proceso. Si se detuviera el descenso de aguas frías, la corriente superficial cálida también se detendría, lo que afectaría gravemente el clima, especialmente en Europa.

El Fenómeno de El Niño y La Niña

En la costa oeste de Sudamérica, los vientos alisios generan una corriente superficial que aleja el agua cálida hacia el oeste, permitiendo el ascenso de aguas frías desde el fondo marino. Este fenómeno favorece el afloramiento de nutrientes, lo que enriquece los caladeros pesqueros. Sin embargo, esta misma acción genera un clima muy árido en la zona. Al otro lado del Pacífico, en Indonesia, los vientos alisios cargados de humedad provocan abundantes precipitaciones.

Cada 3 a 7 años, los vientos alisios se debilitan, y ocurre el fenómeno de El Niño: las aguas cálidas y la nubosidad se desplazan hacia el este, reduciendo el afloramiento de nutrientes en la costa americana. Esto provoca una disminución de la pesca y un aumento de precipitaciones, lo que puede causar inundaciones en la región.

El Niño forma parte de un ciclo que incluye una fase fría, La Niña. En esta fase, los vientos alisios se intensifican, trayendo aguas frías al Sudeste Asiático, lo que causa sequías y una disminución de las precipitaciones.

Hidrosfera: Aguas Continentales

Aguas Dulces: Definición y Distribución

El 3% del agua en el planeta es agua dulce, con una concentración de sales mucho menor que la del agua oceánica (<1 g/l). Se distribuye de la siguiente manera:

Tipos de Aguas Continentales

• Aguas Superficiales

  • Aguas salvajes
  • Torrentes
  • Río
  • Lagos
  • Humedales

• Aguas Subterráneas (Acuíferos)

  Agua que circula por los poros y grietas de los acuíferos, que son sustratos permeables.

• Glaciares

  La mayor reserva de agua dulce del planeta (Antártida y Groenlandia).

Movimiento de Aguas Superficiales (Ríos)

• Cuenca Hidrográfica

  Red de drenaje donde el agua de lluvia y deshielo se recoge y fluye hacia un río principal.

• Factores que Afectan el Movimiento

  • Cauce
  • Caudal
  • Velocidad del agua

Movimiento en los Lagos

• Estratificación Térmica

  Similar a los océanos, los lagos pueden tener capas con diferentes temperaturas.

• Movimientos más comunes

  • Oleaje
  • Corrientes Verticales

Movimiento de Aguas Subterráneas

El agua circula por los poros y grietas de los acuíferos, que son sustratos permeables. Estas aguas pueden alimentar ríos y lagos, volver a la superficie mediante humedales o manantiales, o desembocar lentamente en el mar.