El agua en la atm sfera
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El agua en la atm sfera

El agua en la atmsfera


El agua en la atm sfera

  • Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sus tres fases: slida, lquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la aparicin de la Humanidad. El agua de la Tierra - que constituye la hidrsfera - se distribuye en tres reservorios principales: los ocanos, los continentes y la atmsfera, entre los cuales existe una circulacin continua - el ciclo del agua o ciclo hidrolgico. El movimiento del agua en el ciclo hidrolgico es mantenido por la energa radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.


El agua en la atm sfera

  • El ciclo hidrolgico se define como la secuencia de fenmenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmsfera y regresa en sus fases lquida y slida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmsfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporacin directa, a la transpiracin por las plantas y animales y por sublimacin (paso directo del agua slida a vapor de agua).


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  • La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrolgico, por el fenmeno de sublimacin es insignificante en relacin a las cantidades movidas por evaporacin y por transpiracin, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiracin.

  • El vapor de agua es transportado por la circulacin atmosfrica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada da lugar a la formacin de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitacin.

  • La precipitacin puede ocurrir en la fase lquida (lluvia) o en la fase slida (nieve o granizo). El agua precipitada en la fase slida se presenta con una estructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo.

  • La precipitacin incluye tambin incluye el agua que pasa de la atmsfera a la superficie terrestre por condensacin del vapor de agua (roco) o por congelacin del vapor (helada) y por intercepcin de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar).


El agua en la atm sfera

  • El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmsfera por evaporacin; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrenta superficial, que se concentra en surcos y va a originar las lneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmsfera por evapotranspiracin o profundizarse hasta alcanzar las capas freticas.


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  • La energa solar es la fuente de energa trmica necesaria para el paso del agua desde las fases lquida y slida a la fase de vapor, y tambin es el origen de las circulaciones atmosfricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.

  • La fuerza de gravedad da lugar a la precipitacin y al escurrimiento. El ciclo hidrolgico es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosin y al transporte y deposicin de sedimentos por va hidrulica. Condiciona la cobertura vegetal y, de una forma ms general, la vida en la Tierra.

  • El ciclo hidrolgico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantesco sistema de destilacin, extendido por todo el Planeta. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiacin solar provoca la evaporacin continua del agua de los ocanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por la circulacin general de la atmsfera, a otras regiones. Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitacin. El regreso a las regiones de origen resulta de la accin combinada del escurrimiento proveniente de los ros y de las corrientes marinas.


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  • El agua que es almacenada por largos perodos de tiempo en el hielo, la nieve o los glaciares, tambin forma parte del ciclo del agua. La mayor parte de la masa de hielo de la Tierra, alrededor del 90 por ciento, se encuentra en la Antrtida, mientras que el 10 por ciento restante se encuentra en Groenlandia. La capa de hielo de Groenlandia es una interesante parte del ciclo del agua. La capa ha aumentado su tamao a lo largo del tiempo, alrededor de 2.5 millones de kilmetros cbicos (600,000 millas cbicas), debido que cae ms nieve de la que se derrite. La capa de hielo presenta un grosor promedio de 1,500 metros (14,000 pies), pero puede tener hasta 4,300 metros de grosor (14,000 pies). El hielo es tan pesado, que la tierra que esta por debajo ha sido presionada hasta adquirir una forma curva. A escala global, el clima esta cambiando continuamente, generalmente no lo hace lo suficientemente rpido como para que lo notemos. Hubo perodos clidos, hace alrededor de 100 millones de aos. Tambin hubieron muchos perodos fros, como durante la ltima Edad de Hielo, alrededor de 20,000 aos atrs. En este perodo Canad, la mayor parte del norte de Asia y Europa y, algunas regiones de E.E.U.U., se encontraban cubiertas por glaciares.


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  • Los glaciares cubren un 10-11 por ciento de toda la superficie de la Tierra.

  • Si en el da de hoy, todos los glaciares se derritieran, el nivel del mar subira alrededor de 70 metros (230 pies). Fuente: Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo

  • Durante la ltima edad de hielo el nivel del mar se encontraba alrededor de 122 metros (400 pies) ms abajo del nivel a que est hoy da, y los glaciares cubran casi un tercio de la superficie terrestre.

  • Durante el ultimo perodo clido, 125,000 aos atrs, los mares estaban alrededor de 5.5 metros (18 pies) ms arriba del nivel a que estn hoy da. Alrededor de tres millones de aos atrs, los mares podran haber estado 50.3 (165 pies) metros ms arriba.


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Transpiracin: Proceso mediante el cual el vapor de agua se escapa de las plantas y entra a la atmsfera

  • La transpiracin es el proceso por el cual el agua es llevada desde las races hasta pequeos poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua y se libera a la atmsfera. La transpiracin, es esencialmente la evaporacin del agua desde las hojas de las plantas. Se estima que alrededor de un 10% de la humedad de la atmsfera proviene de la transpiracin de las plantas.

  • La transpiracin de las plantas es un procesos que no se ve---debido a que el agua se evapora de la superficie de la hoja, tu no ves las hojas "transpirando". Durante la estacin de crecimiento, una hoja transpirar una cantidad de agua mucho mayor a su propio peso. Un acre plantado con maz, produce cerca de 11,400 - 15,100 litros (3,000- 4,000 galones) de agua por da, y un roble grande puede transpirar alrededor de 151,000 litros (40,000 galones) por ao.


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  • La cantidad de agua que transpiran las plantas vara segn la regin geogrfica y a travs del tiempo. Hay varios factores que determinan las tasas de transpiracin:

  • Temperatura: La tasa de transpiracin aumenta a medida que aumenta la temperatura, especialmente durante la estacin de crecimiento, cuando el aire est ms clido.

  • Humedad relativa: A medida que aumenta la humedad del aire que rodea a la planta, la tasa de transpiracin disminuye. Es ms fcil para el agua evaporarse hacia el aire seco que hacia el aire saturado.

  • El viento y el movimiento del aire: El aumento en el movimiento del aire que rodea a la planta, provocar una mayor transpiracin

  • Tipos de plantas: Las distintas plantas, presentan distintas tasas de transpiracin. Algunas de las plantas que crecen en las zonas ridas, como los cactus, conservan la tan preciada agua transpirando menos.


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  • Si bien la atmsfera no es un importante almacenador de agua, es una va rpida que el agua utiliza para moverse por el globo terrqueo. Siempre hay agua en la atmsfera. Las nubes son la forma ms visible del agua en la atmsfera, pero incluso el aire limpio contiene agua...partculas de agua que son muy pequeas como para ser visibles. El volumen de agua en la atmsfera en cualquier momento es alrededor de 12,900 kilmetros cbicos (3,100 millas cbicas). Si toda el agua de la atmsfera cayera como lluvia al mismo tiempo, cubrira la superficie terrestre con una capa de agua de 2.5 cm de espesor, alrededor de 1 pulgada


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  • La distribucin de las precipitaciones y de los fenmenos de evaporacin en la superficie del globo terrestre no es uniforme. No obstante, pueden sealarse algunas tendencias generales: en las zonas subtropicales y polares, los fenmenos de evaporacin son ms importantes que las precipitaciones. Por contra, las precipitaciones dominan en los dos tipos de zonas llamados cinturones de precipitaciones: se trata por una parte de las regiones ecuatoriales que corresponden a la zona de convergencia intertropical (ZCIT) y de otra las latitudes medias, a nivel de las perturbaciones asociadas al frente polar. As pues, lo que alimenta encontinuo estos cinturones- de precipitaciones es el vapor de agua procedente de la evaporacin de los ocanos subtropicales.


La tasa de precipitaci n varia geogr ficamente y a lo largo del tiempo

La tasa de precipitacin varia geogrficamente y a lo largo del tiempo

  • La cantidad de precipitacin vara a lo largo del mundo, de los pases, incluso dentro de una misma ciudad. Por ejemplo, en Chiapas, las tormentas de verano pueden producir una pulgada o ms de lluvia en una calle, y dejar otras reas no muy lejanas secas. La cantidad de lluvia que cae en el estado de Tabasco durante un mes, es ms de lo que cae en La Paz, Nevada, a lo largo de un ao. El record mundial promedio de lluvia anual, pertenece a Mt.Waialeale, Hawai, donde el promedio es 1,140 cm (450 pulgadas) por ao. Como algo excepcional se registro en este lugar, 1,630 cm. de lluvia durante un perodo de 12 meses, lo que corresponde a casi 5 cm. por da !!. En contraste a esa precipitacin excesiva, tenemos Arica, Chile, donde no llovi en 14 aos.


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  • La cantidad gobal de agua del sistema climtico puede ser modificada por distintos procesos. As, los volcanes y las fuentes calientes aportan agua al sistema. En la alta atmsfera, las reacciones de fotodisociacin provocadas por la radiacin solar destruyen el vapor de agua. Pero se trata de fenmenos despreciables y cabe suponer que la cantidad total de agua del sistema climtico es constante.


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  • Teniendo en cuenta todos los procesos de aporte y eliminacin de agua en una regin dada, es posible establecer un balance de la distribucin espacial y temporal de las aguas. La expresin final de este balance es extremadamente simple en la medida en que quepa considerar que a largo plazo y para regiones extensas el contenido de las reservas superficiales y subterrneas es constante. La cantidad total de agua que permanece en una determinada regin terrestre vara poco. Esto significa que la eliminacin del agua de una regin por evaporacin y por corrientes de agua se encuentra casi exactamente compensada por el aporte debido a las precipitaciones.


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  • La intensidad de los movimientos del vapor de agua es mxima encima del mar, lo cual se traduce en una transferencia neta de vapor de agua a los continentes. Pese al predominio de una componente zonal (movimiento de este a oeste), se puede constatar que los movimientos de sur a norte juegan un papel primordial en el balance de la distribucin de agua en la tierra. Esta no uniformidad de los flujos de vapor de agua alrededor de la tierra muestra claramente que las precipitaciones que se producen en una determinada regin tienen su origen en el agua evaporada en otra distinta.


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  • El mapa de la distribucin del contenido en agua de la atmsfera -o cantidad de agua precipitable en la atmsfera (W)- revela inmediatamente, con algunas excepciones, una disminucin continua de W en funcin de la latitud, del ecuador a los polos: la cantidad de agua precipitable llega a ser de 50 kg/m2 en las regiones ecuatoriales y apenas si rebasa 5 kg/m2 en las zonas subpolares y polares.


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  • No obstante, la simetra de esta distribucin alrededor de la Tierra no es perfectamente zonal (es decir, no se descompone en bandas paralelas al ecuador): para un determinado valor de la latitud, se observa una variacin del valor de W en funcin de la longitud. Las diferencias respecto de esta simetra zonal resultan de la influencia de la fisiografa del globo. Es en el hemisferio sur, ocupado en mayor proporcin por los ocanos, donde estas diferencias son menores. Se constata tambin que la cantidad de agua precipitable suele ser superior por encima del mar. Por encimade los continentes, adems, la cantidad de agua precipitable depende de la topografa.


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  • Por encima de las regiones desrticas, la cantidad de agua precipitable es netamente inferior a la correspondiente media zonal. Este efecto es particularmente notable en las porciones orientales de los anticiclones semipermanentes de las zonas subtropicales. La influencia de los relieves elevados se traduce tambin en una disminucin de la cantidad de agua precipitable, a veces inferior a 10 kg/m2 por encima de las Montaas Rocosas, de la cadena del Himalaya, de las altiplanicies de Etiopa y de la cordillera de los Andes. En este ltimo macizo montaoso se constata adems una deformacin importante de la zona correspondiente a 20 kg/m2 hacia las latitudes ms bajas.


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  • El contenido en agua de la atmsfera no vara solo en funcin de la latitud y la longitud; depende tambin de la altitud. El decrecimiento del grado de humedad en funcin de la altura sigue prcticamente una ley exponencial. Ms del 50% del vapor de agua atmosfrico est confinado dentro de fina envoltura que corresponde a 1500 metros de altitud (es decir, a una presin de 850 milibar) y ms del 90% del agua precipitable se encuentra a unas altitudes inferiores 5600 metros (a una presin inferior a 500 milibar). Las variaciones estacionales de la cantidad de agua en funcinde la altitud transcurren paralelamente a las correspondientes variaciones de temperatura y por lo tanto son ms pronunciadas en el hemisferio norte que en el hemisferio sur.


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  • A partir de los mapas de distribucin global de la cantidad de agua precipitable en la atmsfera se puede trazar el perfil de las medias zonales en funcin de la latitud. Se obtiene as una curva en forma de campana cuyo mximo est situado en la vertical del ecuador para la media anual. Mediante un simple clculo de integracin, esta curva permite tambin evaluar el contenido global en agua de la atmsfera, es del orden de 13.1 x 1035 Kg, el equivalente a una capa de agua uniforme de 2.5 m de espesor que cubra toda la tierra. Las diferencias estacionales de este contenido son mas pronunciadas en el hemisferio norte, donde la diferencia entre los valores invernales y estivales es del orden de 3 x 1015 kg, por solo 1.8 x 1015 kg en el hemisferio sur.


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  • En la estacin junio-julio-agosto el flujo de vapor de agua hacia el hemisferio norte es de 18.8 x 108 kg/s y en diciembre-enero-febrero, de 13.6 x 108 kg/s hacia el hemisferio sur. El balance anual de estas variaciones es un aporte neto de vapor de agua hacia el hemisferio norte, que se traduce en un exceso anual de 39 mm de las precipitaciones respecto de la evaporacin. En este hemisferio, el exceso de las precipitaciones sobre la evaporacin es igual a 58 mm de junio a agosto, mientras que de diciembre a febrero la evaporacin supera en 42 mm a las precipitaciones.


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  • Admitiendo que el valor medio de la tasa de precipitacin anual en la Tierra sea igual a un metro, es posible calcular el tiempo de permanencia del agua en la atmsfera. El valor obtenido, 0.025 aos, unos nueve das, significa que el contenido envapor de agua de la atmsfera se renueva unas 40 veces al ao


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  • En las latitudes medias, el transporte de vapor de agua segn la componente meridional se efecta hacia los polos en los dos hemisferios y las variaciones estacionales son pequeas. Este transporte deriva principalmente de las bajas presiones asociadas al frente polar y de torbellinos estacionarios tales como las depresiones subpolares y los anticiclones subtropicales y sus pulsaciones.


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  • Al nivel del ecuador, la intensidad mxima del transporte vertical est asociada a las ramas ascendentes de las clulas de Hadley. En las latitudes medias y elevadas, este transporte est controlado por los sistemas de bajas presiones cuasiestacionarias y transitorias. Por contra, las principales zonas en que el transporte vertical de vapor de agua se efecta de arriba abajo son las partes orientales de los anticiclones subtropicales situados encima del mar.


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  • Fsicamente, los puntos de divergencia corresponden a fuentes de vapor de agua para las regiones vecinas, lo cual traduce un exceso de la cantidad de agua evaporada con respecto a las precipitaciones en la superficie terrestre. En cambio, los puntos de convergencia (es decir, de divergencia negativa) indican zonas de acumulacin del vapor de agua en la atmsfera, lo cual se traduce como un exceso de las precipitaciones respecto de la evaporacin. En general, las zonas de convergencia y de divergencia son ms pronunciadas sobre el mar que sobre los continentes.


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  • Las zonas de convergencia predominan en las latitudes ecuatoriales y entre las latitudes medias y elevadas. La zona de convergencia ecuatorial est asociada a la ZCIT. El vapor de agua es transportado hacia las zonas ascendentes por las ramas inferiores de las clulas de Hadley, lo cual corresponde a unaelevada tasa de precipitaciones. Entre las latitudes medias y altas, las zonas de convergencia corresponden a las depresiones ciclnicas transitorias que acompaan a los frentes polares. Pero indudablemente existe una zona de dbil divergencia a nivel de los polos, especialmente en el polo norte.


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  • Los cinturones de divergencia subtropical coinciden aproximadamente con las zonas ridas delglobo. Estn asociados a una tasa de evaporacin muy importante y a los anticiclones subtropicales. La presencia de zonas de divergencia encima de los ocanos es intuitivamente fcil de comprender: la cantidad de agua evaporable es evidentemente muy importante en esas regiones donde, adems, las principales corrientes ocenicas asegurarn siempre el aporte de agua necesaria para el mantenimiento del equilibrio.


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  • Los procesos de convergencia y divergencia de los flujos de vapor de agua en la atmsfera tienen tambin una influencia detectable en el grado de salinidad de las capas superficiales de las aguas ocenicas. El grado de salinidad, en efecto, es superior en las zonas de fuerte divergencia, donde la evaporacin es importante; en cambio, en las regiones ecuatoriales de convergencia, caracterizadas por un exceso de agua dulce procedente de las precipitaciones, el agua del mar est ligeramente diluida. Esto es lo que ocurre, en particular, en las regiones ecuatoriales de los ocanos Atlntico, Pacfico e ndico.


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El transporte del vapor de agua, que se efecta en las regiones inferiores de la troposfera, reino de los fenmenos meteorolgicos, est considerablemente afectado por la topografa terrestre. Se constata que la ausencia de cade-nas montaosas en la costa occidental de Europa favorece una importante penetracin de aire hmedo en este conti-nente hasta las regiones mediterrneas. En Norteamrica, al contrario, las Montaas Rocosas, paralelas a la costa oeste, impiden la penetracin del aire hmedo pro-cedente del ocano Pacfico. La mayora de las precipitaciones de este continente parecen proceder, en todas las estaciones, de la penetracin del vapor de agua evaporado en las aguas clidas del golfo de Mxico. La cordillera de los Andes juega un papel de barrera semejante en Sudamrica, donde la mayor parte de las precipitaciones proceden de las aguas de evaporacin del ocano Atlntico.


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  • estas dos fases pueden existir en equilibrio. El punto en que las tres curvas coinciden se llamapunto triple y que para el agua es 0,01C y 0,006atm. Esta es la nica condicin en las cuales estas tres fases (slida, liquida y gaseosa)pueden estar en equilibrio entre si. La temperatura del punto triple es muy prxima al llamado punto de la congelacin. Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el punto de fusin y punto de ebullicin de una sustancia como resultado de cambios en la presin externa; Tambin se puede anticipar las direcciones de las transiciones de fases provocadas por cambio en la temperatura y presin.


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  • Si despreciamos las prdidas y las ganancias debidas al vulcanismo y a la subduccin, el balance total es cero. Pero si nos fijamos en los ocanos, se comprueba que este balance es negativo; se evapora ms de lo que precipita en ellos. Y en los continentes hay un supervit; precipita ms de lo que se evapora. Estos dficit y supervit se compensan con las escorrentas, superficial y subterrnea, que vierten agua del continente al mar.


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