1. Introducción a las Capas Fluidas

Llamamos capas fluidas a la atmósfera y la hidrosfera. Son los dos subsistemas fundamentales de la maquinaria climática terrestre, cuya principal interacción es el ciclo del agua. Este sistema es sumamente complejo y debe estudiarse a partir de modelos basados en la existencia de un gradiente.

El gradiente es la diferencia existente entre dos puntos en alguno de los parámetros atmosféricos (temperatura, humedad o presión), ya sea en sentido vertical u horizontal, en el interior de la atmósfera o de la hidrosfera. Este gradiente origina siempre un movimiento de circulación del fluido para atenuar las diferencias entre ambos puntos:

• En la atmósfera: el viento.
• En la hidrosfera: las corrientes marinas.

A mayor gradiente, mayor velocidad del viento o de las corrientes. El comportamiento de ambas es distinto debido a su densidad, compresibilidad, movilidad y capacidad de almacenar o conducir calor.

Movimientos verticales

Dependen de la temperatura, que afecta a la densidad (esta aumenta al disminuir la temperatura):

• Aire: Es mal conductor del calor, por lo que se calienta más por la radiación de la superficie terrestre que por la solar. El aire caliente tiende a subir y el frío a descender.
• Agua: Conduce mejor el calor, calentándose en superficie y permaneciendo fría en el fondo. Al ser más densa por debajo, no son posibles movimientos verticales salvo en lugares con aguas superficiales muy frías.

Movimientos horizontales

El movimiento del viento y de las corrientes se debe a las diferencias de temperatura horizontales causadas por el desigual calentamiento de la superficie terrestre según la insolación. La presencia de masas continentales condiciona este flujo, desviando tanto vientos como corrientes.

2. Composición de la atmósfera

La atmósfera primitiva se formó por la salida de gases durante el enfriamiento del planeta, junto con polvo y gases volcánicos. Posteriormente, la aparición de la fotosíntesis aportó oxígeno y redujo los niveles de dióxido de carbono.

• Mayoritarios: Nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %), argón (0,93 %), dióxido de carbono (0,03 %), otros (0,14 %).
• Minoritarios (en ppm): Monóxido de carbono, metano, hidrocarburos, NOx, amoniaco, SOx, ozono y gases nobles (helio, neón, criptón, xenón, óxido nitroso).
• Variables: Vapor de agua y contaminantes.

3. Estructura y función de la atmósfera

3.a La atmósfera como filtro protector

Las capas de la atmósfera actúan como filtro, permitiendo principalmente el paso de la luz visible. Las radiaciones de onda corta (gamma, X y UV) son filtradas en las capas altas. Las capas se clasifican en:

• Homosfera: Hasta los 80 km de altura, contiene la mayoría de los gases.
• Heterosfera: A partir de los 80 km, dividida en cuatro capas según la masa atómica de los gases (nitrógeno molecular, oxígeno atómico, helio e hidrógeno).

Estructura por capas:

• Troposfera: Termina en la tropopausa (9-16 km). Contiene el 80 % de los gases. La temperatura disminuye con la altura (GVT: 0,65ºC/100m). Aquí ocurren los fenómenos meteorológicos y el efecto invernadero.
• Estratosfera: Termina en la estratopausa (50-60 km). Contiene la capa de ozono (15-30 km), que retiene el 90 % de las radiaciones UV mediante un equilibrio dinámico de formación y destrucción.
• Mesosfera: Termina en la mesopausa (80 km). La temperatura disminuye hasta -80ºC.
• Ionosfera o termosfera: Hasta los 600 km. La temperatura aumenta hasta los 1000ºC por la ionización de gases. Permite las comunicaciones por radio y genera auroras polares.
• Exosfera: Hasta los 800 km (o 10.000 km). Densidad muy baja, similar al espacio exterior.

4. Dinámica atmosférica

4.a Movimientos en la atmósfera

Se producen por convección térmica (gradientes de temperatura) o por humedad (el vapor de agua hace al aire menos denso). La humedad se mide mediante:

• Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua en un volumen determinado (g/m³).
• Humedad relativa: Porcentaje de vapor de agua en relación con la capacidad máxima a esa temperatura.

4.b Gradientes verticales

• GVT (Gradiente Vertical de Temperatura): 0,65ºC/100m.
• GAS (Gradiente Adiabático Seco): 1ºC/100m.
• GAH (Gradiente Adiabático Saturado): 0,3 – 0,6ºC/100m (libera calor latente).

5. Dinámica de las masas fluidas a escala global

5.a Dinámica atmosférica y Efecto Coriolis

El Efecto Coriolis es consecuencia de la rotación terrestre. Desvía los vientos hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur. Esto organiza la circulación general en tres células: Hadley, Polar y Ferrel.

5.b Dinámica de la hidrosfera

Los océanos regulan el clima gracias a su elevado calor específico. Las corrientes oceánicas transportan calor de forma eficaz. Destacan:

• Corrientes superficiales: Condicionadas por los vientos dominantes y el efecto Coriolis.
• Corrientes profundas: Circulación termohalina basada en la densidad (temperatura y salinidad).
• El fenómeno de El Niño: Alteración climática causada por el calentamiento superficial de las aguas del Pacífico oriental, afectando los patrones de lluvia y temperatura a nivel global.