CARACTERISTICAS DE LA ATMOSFERA
Llamamos atmósfera a la masa de aire que rodea a nuestro
planeta en forma envolvente, cubriendo
tanto mar como tierra. De cierto modo,
la atmósfera tiene las mismas características que un océano. A pesar de que no la podemos ver es tan real,
tan material, como el agua de los océanos que cubren las tres cuartas partes de la superficie
del globo. Tiene sus corrientes,
las que reciben el nombre de vientos.
Algunos de ellos soplan con la regularidad de las grandes corrientes de
los mares, otros en cambio son tan variables como el vuelo de una
mariposa. Cerca de la superficie
terrestre estas corrientes se ven retardadas o desviadas por las irregularidades del
terreno. Podemos en contar que
existen caídas de aire que surgen de las
cumbres acantiladas o de los extremos de
edificios en la misma forma que las cascadas de agua caen hacia los
precipicios. También podemos encontrar
el fenómeno contrario, aire que
choque con algún obstáculo puede ser desviado hacia arriba alcanzando hasta
alturas considerables.
Es
importante, tanto para el transporte aéreo como también para la predicción del
tiempo radio comunicaciones, la compresión de diversos fenómenos de la vida
diaria y tener un conocimiento de las
características atmosféricas.
Comprendiendo esta importancia, todas las ramas de las ciencias físicas
están efectuando una investigación
coordinada a fin de explorar los alrededores de la tierra. A pesar de
que existen muchos problemas sin resolver, los avances que se han
efectuado en este terreno en los últimos diez años han sido sobresalientes.
Aire, es la
materia de la cual está formada la atmósfera, es una mezcla mecánica de
diversos gases. Se comporta de acuerdo
con la ley general de los gases, como si
fuera compuesto por uno solo. Es
altamente comprimible y perfectamente elástico.
a pesar de ser muy liviano tiene
un peso definido, el que a presión y temperatura normal es alrededor de
1/770 del peso del agua, o sea 1235 gramos por m3.
Debido a su
peso el aire ejerce una cierta presión sobre todo lo que está en contacto con
él. Al nivel del mar la presión media
es de 1,033 Kg/cm2 . Esta presión es uniformemente ejercida en
todas direcciones. a pesar de que al
nivel del mar la presión total que ejerce sobre el cuerpo humano alcanza
aproximadamente a las 30 toneladas, no la notamos porque está balanceada por
una presión igual desde el interior de nuestro cuerpo. Sin embargo
es igual a la ejercida por una columna
de agua de 10,3 metros de altura o por una columna de mercurio de 760
milímetros.
Tal como la
presión, en cualquier punto de la columna de aire o mercurio, depende del peso
de la columna que hay sobre el punto considerado, así también la presión del
aire depende del peso de la columna de aire que hay sobre ese punto. La presión atmosférica disminuye con la altura , aproximándose
lentamente a cero (no existe un límite definido entre la atmósfera y el vacío,
lo que en realidad se produce es una
fusión gradual). Con una
distribución normal de temperaturas la
presión en la cumbre de una montaña es menor que la existente en el fondo de un
valle adyacente.
Como el aire
del valle está a mayor presión es más denso que el de la cumbre de la
montaña. Un metro cúbico de aire al
nivel del mar peso más de un metro cúbico
de aire a cualquier altura mayor.
Más aún, debido a que es fácil de comprimir, un Kg. de aire al nivel del
mar pasa más que un metro público de aire
a cualquier altura mayor. Más aún, debido a que es fácil de comprimir,
un Kg. de aire al nivel del mar ocupa
mucho menos espacio que un kilo de aire a cualquier altura superior.
Bajo
condiciones normales de temperatura y presión, un Kg. de aire ocupa 0,7 mts3.
COMPOSICION DE LA ATMOSFERA
Como se
estableció anteriormente, el aire es una mezcla mecánica de gases. Al nivel del mar, el aire puro y seco
contiene aproximadamente 21% de oxigeno y 78% de hidrógeno. También
se encuentran pequeñas cantidades
de otros gases tales como bióxido de carbono, hidrógeno, helio, argón,
criptón y neón. Ninguno de estos últimos
tiene alguna relación práctica con el estudio del tiempo.
Existe sin
embargo una componente del aire que a pesar de que se encuentra en cantidades pequeñas y variables, tiene
gran importancia en meteorología; esta
componente es el vapor de agua.
PRINCIPALES COMPONENTES DE ATMÓSFERA
(Porcentaje por
volumen *)
Contenido de
vapor de agua
Nitrógeno Oxigeno Argón
0.0 78.08 20.95 0.93
0.2 77.90 20.90 0.93
0.9 77.40 20.80 0.92
2.6 76.05 20.40 0.91
Excluyendo impureza
ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA
La atmósfera
terrestre consiste de cuatro capas gaseosas concéntricas: troposfera, estratosfera, ionosfera y
exosfera. Estas capas permiten
la transición gradual de las características atmosféricas tal como las conocemos al nivel
del mar, hasta llegar a la exosfera, última
capa atmosférica que gradualmente
se confunde con el espacio interplanetario. El peso de la atmósfera es aproximadamente un millonésimo del peso de
la tierra y una columna de un pie cuadrado que se extienda a través de toda
ella, pesa aproximadamente una
tonelada. De este peso atmosférico,
cerca de las ¾ partes están concentradas en la troposfera, algo menos de ¼ en
la estratosfera, 1/3000 en la ionosfera y 1/100.000.000 en al exosfera.
Las características atmosféricas varían con la
hora, latitud y estación del año.
Debido a esto, en la figura 2-3
sólo se pueden representar valore
medios.
LA TROPOSFERA
Cerca de la
mitad de la atmósfera se encuentra bajo una altura de 5.500 metros, la mayoría
del resto está concentrada bajo los 6 ú
8 millas de distancia de la
tierra. Prácticamente todos los
fenómenos meteorológicos se producen
dentro de esta zona. Hay gran movimiento
de vientos y corrientes conectivas, las que a veces acarrean calor y vapor de agua a alturas considerables. La mezcla de aire así efectuada trata de
producir un descenso relativamente rápido de la temperatura con la altura. Esta disminución de temperatura con la altura
es lo que se conoce con el nombre de gradiente.
La gradiente es positiva cuando la temperatura disminuye al aumentar la
altura, es negativa cuando la temperatura disminuye al aumentar la altura, es
negativa cuando (bajo ciertas circunstancias) la temperatura aumenta con un
aumento de la altura, fenómeno que se llama Inversión Térmica.
Se
llama troposfera a esta parte de nuestra atmósfera. La
tropopausa es su límite superior, lugar
donde cesan las corrientes convectivas.
LA ESTRATOSFERA
La
estratosfera se encuentra sobre la tropopausa.
Se caracteriza por la ausencia de corrientes verticales.
El movimiento es
principalmente horizontal y de flujo
estratificado como su nombre lo insinúa.
La base de la estratosfera (tropopausa)
no permanece fija. Varía en
altura con la latitud, la estación del
año y las condiciones locales de tiempo
que existe bajo ella. Se encuentra más
baja sobre los polos que sobre el ecuador, en invierno que en verano y sobre
áreas de alta presión. La figura 2-2
nos señala que la altura media de la base de la estratosfera es de unos 8.500 metros sobre
los polos para ir aumentando regularmente
con la latitud hasta llegar a unos 16.500 metros sobre el ecuador.
El hecho de
que en la estratosfera no hayan nubes es
una gran ventaja para los desplazamientos de aire, ya que encuentran su ruta
libre de las tormentas troposféricas de alturas menores. En la porción superior de la troposfera existe una región de alta
temperatura (llamada a veces ozonósfera)
y producida por la concentración de ozono, gas que absorbe la radiación
ultravioleta solar. En su composición la
estratosfera es similar a la troposfera.
LA IONOSFERA.
Se considera que el límite superior de la estratosfera se
encuentra a una distancia de unas 60 a 70 millas sobre la superficie
terrestre. Conocemos con el nombre de
ionosfera a la zona de unas 500 millas
que se extiende a partir de este punto.
la ionosfera se caracteriza por
sus cargas eléctricas libres.
Algunas de las partículas gaseosas de esta capa son desintegradas en
iones y electrones libres por la absorción de la radiación ultravioleta proveniente del sol, radiación que también produce la disociación de las moléculas de oxigeno y nitrógeno en su
formas atómicas, produciendo temperaturas muy altas.
LA EXOSFERA
Es la capa
exterior de la atmósfera la que conocemos con el nombre de exosfera.
Esta
región ocupada por partículas gaseosas
cuyo movimiento está relativamente libre
de colisiones entre sí. Se considera por lo general que el límite inferior de la exosfera se
encuentra aproximadamente desde esta distancia, hasta los límites exteriores de
la atmósfera terrestre.
VIENTOS Y NUBES
La
circulación atmosférica de los vientos aún no ha sido comprendida por
completo. la existencia de los alisios y
de la circulación atmosférica clásica,
la podemos apreciar en la figura C-2 del
Capítulo 6. Esta forma de circulación
está confinada a la troposfera y es bastante bien comprendida. Existe sin embargo evidencia de que en la estratosfera y en la ionosfera se producen
vientos de gran intensidad. Se conoce
además que la dirección e intensidad de estos vientos varía con la hora y con
la estación y se cree que pertenecen a una disposición mundial de circulación. El estudio de la deriva de las nubes noctilucentes y de los rastros
de los meteoros, ha sido muy útil para medir la velocidad del viento a grandes alturas. Se ha comprobado que existen corrientes
verticales y turbulencias a niveles bastantes altos por la forma ondulatoria de las nubes noctilucentes y por
el resultado obtenido de cálculos teóricos.
Puede que estos vientos constituyan un peligro para los vehículos que vuelen a esas alturas.
La formación
de nubes es probablemente la prueba más común de las características
atmosféricas. A pesar de que la mayoría
de las nubes que normalmente se observan están bajo las 10 milla de altura, hay
dos tipos más extraños, las nubes
nocreosas y las noctilucentes, que alcanzan alturas mucho mayores.
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