GEOGRAFIA FISICA GENERAL
ESTADOS FISICOS DEL AGUA Y CALOR
El agua se presenta en la naturaleza en tres estados físicos: solido, líquido y
gaseoso
Condensación: paso de gas a líquido
Sublimacíon: Paso de gaseoso a sólido directamente, y viceversa
Evaporación: paso de líquido a gas
Congelación: paso de líquido a sólido
Fusión: paso de sólido a líquido.
El calor latente es la energía requerida
por una cantidad de sustancia para
cambiar de fase, de sólido a líquido
(calor de fusión) o de líquido a gaseoso
(calor de vaporización). Se debe tener
en cuenta que esta energía en forma de
calor se invierte para el cambio de fase
y no para un aumento de la
temperatura.
Agua:
de fusión: 334 kJ/kg (79,7 kcal/kg) a 0 °C;
Calor latente de vaporización
Al evaporarse el agua el calor sensible que se mide con un termómetro, pasa a una forma
oculta en el vapor de agua. Este cambio conlleva una disminución de la temperatura del
líquido que lo contiene. Una de las ventajas del elevado calor de vaporización del agua es
que permite a determinados organismos disminuir su temperatura corporal. Esta
refrigeración se debe a que, para evaporarse, el agua de la piel (el sudor) absorbe energía
en forma de calor del cuerpo, lo que hace disminuir la temperatura superficial. Otro buen
ejemplo del calor latente de vaporización del agua es cuando se riega el suelo: el agua se
evapora y absorbe energía, por lo que el ambiente se refresca.
Calor latente de fusión
Calor absorbido en el paso de sólido a líquido. Cuando se aplica calor a un trozo de hielo,
va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a
partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará
hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del
hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde
ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.
HUMEDAD
Cantidad de agua presente en el aire
Punto de saturación: cantidad de humedad que puede contener una porción de aire
Humedad relativa: cantidad de agua en relación con la proporción máxima que puede tener un
volumen de aire a una temperatura determinada. Se expresa en tanto por ciento.
Humedad específica: masa de vapor de agua expresada en gramos que se contiene en un kilogramo
de aire
El aire frío y seco de la regiones árticas tiene 0,2 g/kg, y el aire cálido y húmedo ecuatorial tiene 18
g/kg de aire. Es la cantidad de agua que puede aportar una masa de aire.
Condensación y proceso adiabático: el aire ascendente experimenta un descenso en la temperatura
aun cuando no pierde energía calorífica al exterior. La temperatura desciende por la disminución de
la presión atmosférica, lo que permite al aire ascendente expandirse. Al aumentar el volumen las
moléculas del gas están en forma difusa y su movimiento no es rápido. El proceso es totalmente
reversible
Gradiente adiabático seco: gradiente de descenso de la temperatura de un porción de aire. Es de
10ºC cada 1.000 m. de ascenso vertical. Se aplica si no existe condensación.
Si la temperatura en altura coincide con la temperatura de punto de rocío, con lo que la Proción de
aire llega a su punto de saturación. Si sube más alto el vapor de agua se condensará en gotitas que
formarán la nube.
Cuando el vapor de agua se condensa, el calor en forma latente se transforma en calor sensible
que se añade al asistente contenido en la porción del aire. Este calor latente liberado compensa la
disminución de temperatura por enfriamiento adiabático, con lo que el gradiente adiabático se ve
muy reducido de 3 a 6ºC cada 1.000 m. y se le denomina gradiente adiabático húmedo
LAS NUBES
Una nube es una masa densa de partículas de agua o hielo de un diámetro de 20 a 50 micras.
CLASIFICACION (
http://www.imn.ac.cr/educacion/atlas_nubes.html
)
En cuanto a su aspecto, las nubes se clasifican en:
Estratiformes
Desarrolladas horizontalmente, de poco espesor vertical y se extienden como un manto uniforme en el cielo, cubriendo una gran área; la lluvia es de carácter leve o continuo.
Cumuliformes
Desarrolladas verticalmente en grandes extensiones; surgen aisladas; por lo general la lluvia es de fuerte intensidad, pero de carácter local. Pueden ser líquidas (constituidas por gotitas de agua), sólidas (constituidas por cristales de hielo) o mixtas (constituidas por gotitas de agua y cristales de hielo).
Esta nomenclatura está basada en los nombres latinos stratus (allanado o extendido) y cúmulos (cúmulo o montón).
Según la altura de la parte más baja de la nube (base), se clasifican en:
Nubes Altas
Son aquellas que tienen la base a más de 6 km de altura. Están constituidas por cristales de hielo. Nubes Medias
Tienen la base entre 2 y 4 km de altura en los polos, entre 2 y 7 km en latitudes medias, entre 2 y 8 km en el trópico. Están constituidas por cristales y gotas de agua.
Nubes Bajas
Se acostumbra acomodar los distintos géneros de nubes según la altura a la que con mayor
frecuencia se desarrollan sus bases. Así, los géneros de nubes se distribuyen según la altura de sus
bases en:
Nubes bajas: cumulus, stratus, stratocumulus, cumulunimbus.
Nubes medias: altocumulus, altostratus y nimbostratus.
Nubes altas: cirrus, cirrustratus y cirrucumulus
Nubes de desarrollo vertical: cumulunimbus.
NUBES BAJAS: Cumulus (Cu):
nubes aisladas, generalmente densas y de contornos bien delimitados, que se desarrollan verticalmente en
protuberancias, cúpulas o torres, cuya grumosa parte superior se asemeja a menudo a una coliflor o a una palomita de maíz. Las porciones de estas nubes iluminadas por el sol son casi siempre blancas y brillantes; su base, relativamente oscura, es casi siempre horizontal. Son muy frecuentes sobre tierra durante el día y sobre el agua en la noche. Pueden ser de origen orográfico o térmico (convectivas). Presentan precipitaciones en forma de aguaceros.
Stratus (St):
nubes muy bajas, originándose desde alturas cercanas al suelo hasta los 800 metros. Se presentan en capas nubosas por generalmente grises, con bases bastante uniformes. Cuando el sol es visible a través de la capa su contorno se distingue con facilidad. El stratus no produce fenómenos de halo, salvo en algunas ocasiones a muy bajas temperaturas. Aparecen con frecuencia en las mañanas sobre zonas montañosas. Las nieblas y neblinas son stratus que se forman sobre el suelo. La precipitación que produce es de tipo llovizna (garúa).
Stratocumulus (Sc):
banco, manto o capa de nubes grises o blanquecinas, o ambos colores a la vez, que tienen casi siempre partes oscuras, compuestas de losas, rodillos, etc., de aspecto no fibroso, pegados o no. Dentro de esta nube los aviones experimentan cierta turbulencia.
NUBES MEDIAS Altocumulus (Ac):
banco, o manto o capa de nubes blancas o grises, o a la vez blancas y grises, que tienen, generalmente sombras propias, en forma algodonada, compuestas de losetas, guijarros, rodillos, etc., de aspecto, a veces, parcialmente fibroso o difuso, aglomerados o no. Forman el popular "cielo empedrado".
Altostratus (As):
manto o capa nubosa grisácea o azulada, de aspecto estriado, fibroso o uniforme, que cubre total o parcialmente el cielo y que presenta partes suficientemente delgadas para dejar ver el sol, al menos vagamente, como a través de un vidrio deslustrado. Está compuesta de gotitas superenfriadas y cristales de hielo; no forman halos; precipitan en forma leve y continua.
Nimbostratus (Ns):
capa nubosa gris, frecuentemente sombría, cuyo aspecto resulta velado por las precipitaciones más o menos continuas de lluvia o de nieve, las cuales, en la mayoría de los casos, llegan al suelo. El espesor de estas capas es en toda su
extensión suficiente para ocultar completamente el sol. Produce precipitación intermitente y algunas veces intensa. NUBES ALTAS
Cirrus (Ci):
nubes separadas en forma de filamentos blancos y delicados, o de bancos, o de franjas estrechas, blancas del todo o en su mayor parte. Estas nubes tienen un aspecto delicado, sedoso o fibroso y brillantes.
Cirrostratus (Cs):
velo nuboso transparente, fino y blanquecino, de aspecto fibroso (como de cabello) o liso, que cubre total o parcialmente el cielo, dejando pasar la luz del sol y la luna. No precipitan y por lo general producen fenómenos de halo (solar o lunar). Cirrocumulus (Cc):
banco, manto o capa delgada de nubes blancas, sin sombras propias, compuestas de elementos muy pequeños en forma de glóbulos, de ondas, etc., unidos o no, y dispuestos más o menos regularmente; la mayoría de los elementos tienen un diámetro aparente inferior a un grado. Son señales de corrientes en chorro y turbulencia.
NUBES DE DESARROLLO VERTICAL Cumulonimbus (Cb):
nube densa y potente, de considerable dimensión vertical, en forma de montaña o de enormes torres. Una parte de su región superior es generalmente lisa, fibrosa o estriada y casi siempre aplanada, esta parte se extiende
frecuentemente en forma de yunque o de vasto penacho. Son las nubes que originan las
tormentas, tornados, granisos. La base se encuentra entre 700 y 1.500 m, y los topes (la parte superior de la nube) llegan a 24 y 35 km de altura. Están formadas por gotas de agua, cristales de hielo, gotas superenfriadas, focos de nieve y granizo. La turbulencia en los alrededores de estas nubes es muy fuerte, motivo por el cual los aviones deben evitarlas.
NIEBLAS
Nube en contacto con la superficie terrestre o marítima
Niebla de irradiación:
Se produce de noche cuando la temperatura de las capas inferiores inmóviles baja más
del punto de rocío. Esta asociada a la inversión térmica a bajo nivel o terrestre
Niebla de advección
Resulta del movimiento de una capa de aire cálido y húmedo sobre una capa de aire
más frío o sobre una cobertura nivosa. La pérdida de calor por irradiación hacia la
tierra provoca una caída de las temperaturas por debajo del punto de rocío,
iniciándose la condensación.
El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando, en las noches despejadas, el suelo se enfría rápidamente por radiación. El suelo a su vez enfría el aire en contacto con él que se vuelve más frío y pesado que el que está en la capa inmediatamente superior. Al disminuir tanto, la convección térmica como la subsidencia atmosférica, disminuye la velocidad de mezclado vertical entre las dos capas de aire.
Esto ocurre especialmente en invierno, en situaciones anticiclónicas fuertes que impiden el ascenso del aire y
concentran la poca humedad en los valles y cuencas, dando lugar a nieblas persistentes y heladas. Puede también generarse en un frente ocluido, cuando se da una oclusión de frente frío.
TIPOS DE PRECIPITACION
Lluvia
En el ascenso de una masa de aire saturadas las partículas que constituyen las nubes crecen
rápidamente alcanzando dimensiones que oscilan entre 50 y 100 micras de diámetro. Se unen
mediante colisiones adquiriendo mayor tamaño (500 micras) que dará la llovizna. Una mayor
coalescencia aumentará el tamaño de las gotas y dará la lluvia.
Nieve
Se produce en las nubes como consecuencia de un proceso de mezcla de cristales de hielo y
gotas de agua subenfriadas (permanece liquidas por debajo de la temperatura de
congelación). La caída de los cristales forma núcleos que interceptan las cotas de agua. En
cuanto se adhiere la película de agua se congela añadiéndose a la estructura cristalina. Los
cristales cuajan juntos fácilmente dando lugar a los copos de nieve.
Si la temperatura de la capa inferior es por debajo de cero, la nieve alcanza el suelo, de otra
forma se funde y llega en forma de lluvia mezclada con nieve (aguanieve).
Granizo
Está formado por la acumulación de capas de hielo sobre partículas de hielo que se
encuentran suspendidas en las grandes corrientes ascendentes que se forman en el interior de
las nubes de tormenta
GENESIS DE LA PRECIPITACION
Precipitación orográfica
es la producida por el ascenso de una columna de aire húmedo al encontrarse con un
obstáculo orográfico, como una montaña. En su ascenso el aire se enfría hasta alcanzar el
punto de saturación del vapor de agua, y una humedad relativa del 100%, que origina la
lluvia.
Precipitación de frente
Contacto de masas de aire frío y caliente
Precipitación convectiva
suelen producirse en zonas llanas sobre calentadas, donde puede presentarse un ascenso
de aire húmedo y cálido dando origen a nubes del tipo de cumulonimbos con lluvias
intensas. El diámetro del cumulonimbo que produce una lluvia de convección puede
variar notablemente, desde un centenar de metros, hasta unos 1000 km o más en el caso
de un huracán, aunque el término cumulonimbo suele limitarse a casos intermedios.
MASAS DE AIRE
Las depresiones de las latitudes medias y altas dependen para su desarrollo de la
coincidencia de grandes masas de aire con características físicas diferentes (temperatura y
humedad). Un cuerpo de aire con características de temperatura y humedad uniformes
sobre una extensa región se conoce como masa de aire.
Estas masas de aire tienen límites definidos generando una discontinuidad con otra masa
de aire de características diferentes que se conoce como frente.
Región manantial
Superficies terrestres o marítimas que marcan las características térmicas e
higrométricas de las masas de aire que permanecen sobre ellas
Las masas de aire se clasifican de acuerdo a dos variables o características de la región
manantial:
1. Posición latitudinal que determinan sus características térmicas
TORNADO
es una masa de aire con alta velocidad angular (2-50 r.p.m.); su extremo inferior está en contacto
con la superficie de la Tierra y el superior con una nube cumulonimbus o, excepcionalmente, con
la base de una nube cúmulus. Se trata del fenómeno atmosférico ciclónico de mayor densidad
energética de la Tierra, aunque de poca extensión y de corta duración (desde segundos hasta más
de una hora). La mayoría de los tornados cuentan con vientos que llegan a velocidades de entre
65 y 180 km/h, miden aproximadamente 75 metros de ancho y se trasladan varios kilómetros
antes de desaparecer. Los más extremos pueden tener vientos con velocidades que pueden girar
a 450 km/h o más, medir hasta 2 km de ancho y permanecer tocando el suelo a lo largo de más
de 100 km de recorrido.
FRENTES CALIDOS Y FRIOS
Frente cálido
Se llama frente cálido a la parte frontal de una masa de aire caliente que avanza para reemplazar a una masa de aire frío que retrocede.
Generalmente, con el paso del frente cálido la temperatura y la humedad aumentan, la presión sube y, aunque el viento cambia, no es tan pronunciado como cuando pasa un frente frío. La precipitación en forma de lluvia, nieve o llovizna se encuentra generalmente al inicio de un frente superficial, así como las lluvias convectivas y las tormentas. La neblina es común en el aire frío que antecede a este tipo de frente. A pesar de que casi siempre aclara una vez pasado el frente, algunas veces puede originarse neblina en el aire cálido.
El límite entre dos masas de aire (el aire caliente y aire frío), llamado superficie frontal, es un área con mucha
frecuencia meteorológicamente activa, a la que están asociadas nubes y precipitaciones. La elevación del aire caliente por encima del frente de aire frío no se debe a la diferencia de densidad de las masas de aire presente, sino al empuje de las capas inferiores (convergencia o cizalladura del viento por ejemplo), y/o interacciones con elementos de gran altura cercanos a la tropopausa.
frente frío
es una franja de inestabilidad que ocurre cuando una masa de aire frío se acerca a una masa de aire caliente. El aire frío, siendo más denso, genera una "cuña" y se mete por debajo del aire cálido y menos denso.
Los frentes fríos se mueven rápidamente. Son fuertes y pueden causar perturbaciones atmosféricas tales como
tormentas de truenos, chubascos, tornados, vientos fuertes y cortas tempestades de nieve antes del paso del frente frío, acompañadas de condiciones secas a medida que el frente avanza. Dependiendo de la época del año y de su localización geográfica, los frentes fríos pueden venir en una sucesión de 5 a 7 días.
La velocidad de desplazamiento del frente es tal que el efecto de descenso brusco de temperatura se observa en pocas horas e incluso de pocos minutos en el caso de un simple cumulonimbo.
frente ocluido
se forma donde un frente caliente móvil más lento es seguido por un frente frío con desplazamiento más rápido. El frente frío con forma de cuña, alcanza al frente caliente y lo empuja hacia arriba. Los dos frentes continúan moviéndose uno detrás del otro y la línea entre ellos es la que forma el frente ocluido.
Así como con los frentes inmóviles, se puede dar una gran variedad de condiciones atmosféricas a lo largo de este tipo de frente, pero por lo general, son asociados con los estratos de nubes y la
precipitación ligera. Los frentes ocluidos se forman, generalmente, alrededor de áreas de baja presión y cuando estas están
debilitándose.
Los frentes ocluidos están marcados en los mapas meteorológicos con una línea punteada violeta entre las marcas del frente frío y el frente caliente que señalan la dirección de su desplazamiento.
