Interacción océano-atmósfera

 Interacción océano-atmósfera
J. Rubén González Cárdenas
Las distintas capas de la atmósfera se definen por la variación vertical
de la temperatura; en ellas se considera que ésta se mantiene estable,
sin variaciones significativas. Sin embargo, las alturas de las capas con
respecto a la superficie terrestre no se mantienen siempre constantes
sino que varían en el tiempo y espacio por lo que sus distancias se dan
en medidas promedio.
En la troposfera, la capa más baja, la temperatura disminuye con la
altura. En cambio, en la estratosfera, que llega hasta un límite superior
de 50 km, la temperatura va en aumento. En la siguiente capa, la
mesosfera, que llega hasta los 90 km, la temperatura va en descenso y
en la que le sigue, la termosfera, que llega hasta los 160 km, la
temperatura asciende de nueva cuenta con la altura.
En esta capa destaca una región llamada ionosfera que se extiende por
varias capas superiores, desde una altura de casi 80 km sobre la
superficie terrestre hasta 640 km o más, rica en ozono y que impide la
entrada de los rayos ultravioleta en las capas inferiores de la atmósfera.
Por encima de la termosfera están la exosfera y la magnetosfera, que
ocupan una región entre los 100 y los 65,000 kilómetros, que es donde
empieza la capa de mezcla entre la atmósfera terrestre y la del Sol. A
los intervalos entre las capas en los que cambia la tendencia de la
temperatura, se les denomina pausas debido a que el nombre de la
capa se conserva. Debemos decir que estas clasificaciones son
completamente arbitrarias tomadas en función de mediciones de
temperatura in situ este es el parámetro mas adecuado para diferenciar
las capas debido a que no presenta cambios críticos; por ello la
caracterización de cada capa no se hace en términos de kilómetros de
altura sino en grados de temperatura. Aunque la temperatura se asume
como estable, la localización exacta de cada capa variará
irremediablemente (aunque definitivamente no de forma significativa)
dependiendo entre otras cosas de la densidad de la atmósfera en el
lugar geográfico de la medición, y de la temperatura emitida por la
Tierra en forma de calor latente hacia al espacio. Aun así la distribución
de las capas según la temperatura sí es constante.
La capa donde se concentran casi todos los fenómenos meteorológicos
que influyen en nuestra vida diaria es la troposfera, por su cercanía a la
superficie terrestre. Ésta llega hasta un límite superior o tropopausa
situado a 9 km de altura en los polos y a 18 km en el ecuador. En ella
existe una relativa abundancia de agua y se producen los movimientos
verticales y horizontales de las masas de aire que dan origen a los
vientos. Es la zona de las nubes y donde se originan fenómenos
climáticos como lluvias, vientos o cambios de temperatura, por lo que es
la capa de más interés para la ecología.
Cuando la radiación solar hace contacto con la Tierra, se encuentra en la
región corta del espectro electromagnético; es decir, tiene una longitud
de onda corta y, por lo tanto, una fracción de esta radiación es reflejada
y/o absorbida primeramente por los aerosoles presentes en las capas
altas de la atmósfera. El término aerosol o partícula se utiliza a veces
indistintamente, ya que los aerosoles atmosféricos se definen como
dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire. La propiedad de
los aerosoles que más afecta a los procesos de dispersión radiactiva
atmosférica es su composición química; la cual varía mucho de unas
partículas a otras, dependiendo fundamentalmente de su origen: tanto
si provienen de fuentes naturales o de fuentes antropogénicas, como si
son aerosoles primarios (emitidos directamente a la atmósfera) o
secundarios (formados en ésta a través de procesos fisicoquímicos). Las
partículas de polvo procedentes del suelo contienen, principalmente,
compuestos de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de la
combustión del carbón, petróleo y madera contiene muchos compuestos
orgánicos. Las nubes
absorben una cantidad muy importante de
radiación solar debido a su alto contenido de vapor de agua entre otros
compuestos. La absorción y dispersión de radiación solar se debe a que
los gases de estas capas absorben cierta energía (de manera selectiva
dentro del espectro; en algunas longitudes de onda la absorción de
energía solar es mayor que en otras) según su composición. Por
ejemplo, el nitrógeno, el elemento más abundante de la atmósfera,
absorbe muy poca energía solar con longitud de onda de entre 0.2 y 2
micrómetros; por otro lado, el oxígeno y el ozono absorben eficazmente
la radiación ultravioleta (cuya longitud de onda es menor de 0.29
micrómetros). El vapor de agua presente en las capas media y baja de
la atmósfera terrestre absorbe también una parte significativa de la
energía solar.
Únicamente cerca del 25 por ciento de la radiación producida por el Sol
penetra directamente en la superficie terrestre sin ningún tipo de
interferencia de la atmósfera. Esta energía es absorbida por la corteza
terrestre y por los océanos; y otra parte es reflejada de nuevo al espacio
en forma de calor latente (energía de onda larga). Este fenómeno da
lugar al ciclo hidrológico mediante el que se forma y condensa la
humedad en la troposfera, dando lugar a las nubes y, por ende, a las
precipitaciones.
La relación entre la atmósfera y el océano tiene lugar
en la troposfera. Como vimos, la superficie de la Tierra absorbe y refleja
el calor producido por la radiación solar calentando la atmósfera. Ambos
fenómenos, la absorción y la reflexión de calor, influyen en las
condiciones del clima, pues regulan la cantidad de gases y de vapor de
agua en la atmósfera.
Se puede considerar que la atmósfera y los océanos tienen el mismo
origen, pues poseen casi el mismo tipo de constituyentes químicos; sin
embargo, la superficie del océano es muy versátil e inestable y de una
enorme complejidad.
Fig.1 Balance energético terrestre.
Existe un intercambio constante en la frontera aire-mar de compuestos
químicos suspendidos, de energía sobre todo calorífica y de impulsos
(momentum) representados por los vientos. Este intercambio tiene un
interés particular si se toman en cuenta las variadas sustancias que
fluyen a través de la superficie oceánica y de la atmósfera y la influencia
que estas sustancias tienen sobre los fenómenos que suceden en ambos
medios. Por ejemplo, el vapor de agua, los gases como el oxígeno y
bióxido de carbono, y los diferentes tipos de sales involucrados en este
intercambio básicos para los sistemas biológicos del océano.
La energía producida por el intercambio de calor entre el océano y la
atmósfera, constituye un verdadero motor térmico. Dicho intercambio es
responsable de que existan diferentes temperaturas en los polos y en el
ecuador que provocan la circulación de las masas de aire en la
atmósfera y de las aguas en los océanos. Gracias a este calentamiento
diferencial la temperatura se mantiene más o menos constante en las
diferentes regiones de la Tierra.
En la dinámica total del calor de la Tierra intervienen: la zona de
interacción mar-aire, la energía solar proveniente del espacio que
atraviesa la atmósfera y es absorbida por el océano, los océanos que
calientan la atmósfera que los cubre, y luego la atmósfera que
transporta la energía a las regiones polares, donde puede ser emitida al
espacio en forma de radiación de onda larga. En conjunto, la Tierra gana
y pierde calor por los cambios en las radiaciones solares conocidas como
flujo solar o insolación. El balance térmico de la Tierra depende de la
energía que le llega del Sol y de la que ella devuelve al espacio. En las
latitudes bajas, el ingreso de la energía proveniente de Sol es mayor
que la emisión de energía al espacio por radiación; en latitudes altas, en
cambio, el ingreso de energía proveniente del Sol es menor que la
emisión al espacio.
Otro intercambio en la capa límite mar-aire es el que protagoniza la
presencia de los vientos sobre la superficie oceánica, a este fenómeno
se le asocia el término físico de momentum, pues existe en él cierto
transporte de masa e intercambio de energía mecánica. Estos se
producen por la acción del calor procedente del Sol y por las diferencias
de presión en la superficie de la Tierra, factores que hacen que el aire
produzca viento al moverse y que su acción turbulenta provoque que los
gases atmosféricos se mezclen, creando el aire que respiramos. El
viento fluye en una dirección que va del lugar de mayor presión
atmosférica al de menor presión. En la dirección de los vientos
interviene el movimiento de rotación de la Tierra, y la velocidad de éstos
se modifica por su rozamiento con la superficie de los continentes y los
océanos. La velocidad del viento provoca también que aumente
rápidamente la evaporación en la superficie oceánica ocasionando un
aumento en la energía calorífica de la parte media de la atmósfera. El
aumento de esta energía da lugar a las tormentas. A medida que éstas
avanzan, se incrementa la evaporación y enormes masas errantes de
aire con abundante vapor de agua van cambiando a su paso el clima de
las áreas por las que pasan, dando lugar, entre otras cosas, a grandes
precipitaciones.
Otro tipo de intercambio de energía entre la atmósfera y el océano es la
presión (rozamiento o estrés) que ejercen los vientos sobre la superficie
del agua y que podemos interpretar como el arrastre que hace el viento
sobre la superficie marina; tiene dos componentes: vertical y horizontal.
Ambas juegan un papel importante y su resultado principal son las olas
y las corrientes marinas. La energía mecánica que resulta de estas
presiones puede levantar enormes olas y ocasionar grandes corrientes
oceánicas, lo que produce importantes cambios en el clima de las zonas
costeras y los continentes.
En conclusión, la interacción océano atmósfera es fundamental para el
entendimiento del clima terrestre y de sus efectos y consecuencias para
todos nosotros. Se trata, pues, de un ciclo que es puesto en
funcionamiento por el Sol y que ocasiona intercambios y balances de
energía a lo largo de todo el globo que determinan la configuración del
clima, el mantenimiento de la temperatura terrestre actual, la
circulación del aire y la formación de los fenómenos asociados con ella
(huracanes, tornados, nortes ).
REFERENCIAS:
http://www.atmosphere.mpg.de
http://www.cambioclimaticoglobal.com
http://www.nsidc.org/arcticmet
http://www.comet.ucar.edu
Introduction to dynamic atmospherics. Holton .1996
physical oceanology. Robert Stewart. 2004
Introduction to