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es una pieza fundamental en el estudio de la economia solidaria...

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TEMA 1. EL SISTEMA CLIMÁTICO DE LA TIERRA

Objetivo: Entender qué es el sistema climático, cuáles son sus componentes, cómo interaccionan entre ellos y qué factores hacen que el funcionamiento del sistema climático como un todo sea un problema complejo. Conceptos de tiempo y clima. Un sistema es una entidad compuesta por diversos componentes interconectados entre sí y que en conjunto funcionan como un todo. El estado de un sistema es el conjunto de atributos físicos que caracterizan al sistema en un tiempo particular. Tipos de sistemas: • Sistemas abiertos: son aquellos en los que se permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno. • Sistemas cerrados: son aquellos en los que se permite el intercambio de energía pero no de materia con el entorno. • Sistemas aislados: son aquellos en los que no se permite el intercambio ni de materia ni de energía con el entorno. • Sistemas adiabáticos: no permiten el intercambio de materia ni el de energía en forma de calor con el entorno, pero si permiten el intercambio de energía en forma de trabajo. El sistema climático se define como una entidad compuesta por cinco componentes interactuantes entre sí (atmósfera, hidrosfera, criosfera, litosfera y biosfera) que, en conjunto, funcionan complejamente como un todo. (Ver Ilustración 1)

Ilustración 1 Componentes del Sistema Climático

El sistema climático en general se asume como un sistema cerrado, pues permite la existencia de un flujo de energía con el espacio, pero no un intercambio de materia (Peixoto and Oort, 1992) La naturaleza de cada uno de los componentes del sistema climático es muy diferente en cuanto a su composición, propiedades físicas, estructura y comportamiento, pero aun así, todos ellos están interconectados entre sí a través de flujos de masa, energía y momento. De este modo, cada uno de los componentes del sistema climático representa un “subsistema” abierto que puede interaccionar con el resto de agentes externos (con el resto de componentes del sistema climático) a través del intercambio de energía, materia y momento.

Componentes del sistema climático. ATMOSFERA La atmósfera es una fina envoltura gaseosa que rodea la Tierra. A pesar de que su espesor es muy pequeño en comparación con el radio del planeta (si la Tierra fuese una pelota de playa, su atmósfera vendría a ser una capa con un espesor igual al grosor de un papel), es el componente principal del sistema climático. La atmósfera terrestre presenta varias funciones: por un lado actúa como un escudo protector de los rayos ultravioletas del sol y, por otro lado, como una especie de manta que “atrapa el calor” manteniendo la superficie de la Tierra en condiciones habitables. El 99% de su masa se encuentra en los primeros 30km de altura. Su composición química,

detallada en la Tabla 1.1, es determinante en la transferencia de energía radiactiva, y por lo tanto, en el balance de energía global del planeta. Observando la Tabla 1.1, el 99% del aire seco lo constituyen el Nitrógeno (78%) y el Oxígeno (21%). Los siguientes componentes más abundantes son el Argón (0.93%), Neón (0.0018%) y Helio (0.0005%). Mientras que las proporciones de todos estos gases permanecen aproximadamente constante a lo largo del tiempo, existen otros componentes minoritarios (vapor de agua, dióxido de carbono, metano, ozono, dióxido de nitrógeno, CFCs) cuyas concentraciones son variables tanto espacial como temporalmente. En el caso del agua, su concentración varía entre el 0 - 4% y, junto con el dióxido de carbono, suponen los dos gases efecto invernadero más importantes del sistema climático.

HIDROSFERA La hidrosfera está formada por toda el agua líquida que se encuentra en la Tierra, incluyendo los océanos, lagos, ríos, mares y aguas subterráneas. De todos los componentes que constituyen la hidrosfera, el más importante para el clima son los océanos. Dicha importancia nace de la conjunción de dos factores: (1) 2/3 de la superficie del planeta está representada por los océanos, lo cual quiere decir que hay una gran cantidad de masa acuosa, y (2) el alto calor específico que caracteriza al agua (para incrementar un grado la temperatura de un kg de agua, el océano tienen que absorber una gran cantidad de energía). Estos dos factores convierten a los océanos en un gran reservorio de energía que actúa regulando la temperatura del planeta. A su vez, el océano representa un importante sumidero de CO2. Por otro lado, al tener mayor densidad que la atmósfera, los movimientos en el océano son más lentos y los tiempos de respuesta ante un forzamiento dado son mayores. Los movimientos en el océano se generan por arrastre del viento, o por desigualdades en densidad y temperatura entre diferentes latitudes. Las corrientes oceánicas transportan parte del calor ganado en latitudes bajas hacia las medias y las altas. El tiempo de respuesta de los océanos varía desde semanas a meses para la capa más superficial del océano, y desde siglos o milenios para capas más profundas. Los parámetros físicos que caracterizan al océano son la temperatura, salinidad y densidad. • Salinidad

La salinidad representa el contenido de sales minerales disueltas en agua. Se puede medir en PSU (practical salinity units), en partes por mil (ppt), partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb). El valor promedio de la salinidad de los océanos es de 35ppt. Los factores de los que depende la salinidad son la evaporación, la precipitación y la formación de hielo marino, el deshielo y/o la escorrentía de agua dulce. Mientras que la evaporación y la formación de hielo marino incrementan la salinidad, las precipitaciones, la escorrentía de agua dulce y el deshielo tienden a disminuirla. En general, aquellas regiones del planeta en las que la evaporación es mayor que la precipitación, la superficie del océano es más salina que aquellas en las que la precipitación excede a la evaporación. Mientras que el primero de los casos (evaporación > precipitación) es lo que tiene lugar en los trópicos (alrededor de los 20ºN, 20ºS aproximadamente), el segundo de ellos (precipitación > evaporación) tiene lugar fundamentalmente en el ecuador y latitudes altas. • Temperatura La distribución de la temperatura sobre la superficie del océano se puede ver en Ilustración 2 que muestra el valor medio de la temperatura. Se puede ver que las temperaturas alcanzan sus valores máximos cerca del ecuador y que su magnitud disminuye gradualmente conforme nos acercamos a los polos. Esta distribución de temperaturas está relacionada con la cantidad de radiación solar que incide en la superficie de la tierra en función de la latitud (mayor latitud, menor radiación solar). Así mismo, se puede apreciar que no existe una simetría zonal en las temperaturas de la superficie. Como veremos en el tema de circulación general de la atmósfera (tema 6), esto se encuentra relacionado con los vientos en superficie.

Ilustración 2 Distribución de temperaturas de la superficie del océano

Por otro lado, la temperatura del océano generalmente decrece con la profundidad. En superficie las temperaturas son muy próximas a las del aire, pero su magnitud disminuye conforme aumenta la profundidad hasta alcanzar valores cercanos al punto de congelación en el océano profundo.

• Densidad La densidad del agua del mar depende de la temperatura, salinidad y de la presión. Su dependencia con la salinidad (temperatura) es tal que un aumento del contenido de sales conlleva un incremento (disminución) de la densidad. La dependencia con la presión es bastante menor que en el caso de los gases, pero aun así, un incremento de la presión estaría asociado con un incremento de la densidad. Finalmente, la atmósfera y los océanos están fuertemente acoplados a través de intercambios de energía, materia y momento en la interfaz atmósfera-océano. Por poner unos ejemplos: el intercambio de masa océano atmósfera se produce a través de la evaporación de agua. Ese vapor de agua posteriormente consensará en la atmósfera liberando energía en forma de calor latente (flujo de energía océano atmósfera), el cual representa parte de la energía necesaria para el desarrollo del ciclo hidrológico. Por el contrario, la precipitación del agua representa un flujo de materia atmósfera océano. El estrés que ejercen los vientos sobre la superficie de océano dirigiendo las corrientes más superficiales del mismo representa una transferencia de momento de la atmósfera

océano.

LITOSFERA La litosfera está formada por los continentes (cuya orografía influye en los movimientos atmosféricos) y el fondo marino (cuya topografía afecta a los movimientos oceánicos). Excluyendo la capa más superficial, en la que la temperatura y el contenido de agua pueden variar en respuesta a fenómenos atmosféricos y oceánicos, los tiempos de respuesta de la litosfera son los más largos de todas las componentes del sistema climático, por lo que generalmente se les considera invariantes. Su interacción con la atmósfera es notable, pues intercambia con ella masa, momento angular, calor sensible y da lugar a la disipación de energía cinética. Ejemplos de interacción atmósfera litosfera: • La transferencia de masa ocurre en forma de vapor de agua, lluvia, nieve y, en menor grado, en forma de partículas y polvo. Los volcanes arrojan materia y energía desde la

litosfera hacia la atmósfera, incrementando la turbiedad del aire. Las partículas y los sulfuros eyectados por los volcanes podrían condensar en la estratosfera y formar aerosoles, los cuales tienen un papel importante en el balance radiactivo del planeta. La lluvia y la nieve representarían una transferencia de masa desde la atmósfera a la litosfera. • La disipación de energía cinética está asociada al efecto de rozamiento con la superficie continental. En de la atmósfera, la fricción es importante dentro de la capa límite (primeros 1500m de altura aproximadamente). • Un ejemplo de transferencia de energía entre la litosfera y la atmósfera es aquella que se da en forma de calor sensible. Al calentarse la superficie continental como consecuencia de la absorción de radiación solar, adquiere una temperatura mayor que la del aire atmosférico en contacto con ella. Como consecuencia, se establece un flujo de calor desde la superficie hacia la atmósfera y, a ese flujo de calor, se le conoce como flujo de calor sensible. También existe una interacción entre la litosfera y la hidrosfera. Esa interacción se lleva a cabo mediante la transferencia de momento a través de torques entre océanos y continentes. Finalmente, la litosfera también es importante a la hora de establecer el balance energético. Las características del suelo influyen mucho al albedo el cual representa el porcentaje de radiación solar reflejada con respecto a la total incidente. La humedad superficial también afecta al balance energético en superficie. Suponiendo dos superficies del mismo material, aquella que se encuentra en condiciones secas alcanza una mayor temperatura que aquella que se encuentra húmeda. Esto es así porque cuando tenemos una superficie húmeda, la radiación solar primero se invierte en evaporar el agua y después en calentarla (es decir, no toda la energía incidente se invierte en calentar la superficie). La humedad superficial también afecta a la conductividad térmica.

Ilustración 3 Albedo en % de las distintas superficies dentro del sistema climático.

CRIOSFERA La criosfera comprende todas las masas de hielo (continental y marino) y nieve situadas sobre la superficie de la Tierra (todo el hielo de Groenlandia, de la Antártida, glaciares continentales, nieve y permafrost). Su influencia directa sobre el sistema climático se debe a la gran reflectividad de la radiación solar incidente (alto albedo), y la baja conductividad térmica. Tanto el hielo como la nieve actúan como aislantes de las superficies continentales y acuosas que se encuentran por debajo de ellas, previniéndolas de la pérdida de calor hacia la atmósfera. Las variaciones de la extensión continental de hielo son lentas como para producir variaciones en el clima a escala estacional e interanual. Dichas variaciones juegan un rol muy importante en los cambios climáticos a escalas de decenas de miles de años, tales como los periodos glaciales e interglaciales que tuvieron lugar durante el Pleistoceno. BIOSFERA

La biosfera está formada por la fauna y la flora continental y oceánica. La flora continental altera la rugosidad superficial, el albedo, la evaporación y la escorrentía. Además, la biosfera influye en el balance de dióxido de carbono en la atmósfera y océanos a través de la fotosíntesis, la respiración animal y todas las emisiones de CO2 asociadas a las actividades del ser humano. De todos los componentes del sistema climático, los procesos atmosféricos desempeñan el papel principal determinando las propiedades fundamentales del clima, tales como la distribución de temperaturas y del agua en la superficie del planeta. Pero aunque la atmósfera sea el componente más importante del sistema climático, el resto de componentes también influyen en el clima. Si no fuera por el gran almacenamiento de calor por parte del océano durante el verano, la variación estacional de la temperatura sobre los continentes en latitudes medias y altas sería mucho mayor que la observada. Si no fuera por la existencia de vegetación, la temperatura diaria máxima en verano sería más elevada. El afloramiento de aguas profundas asociado a los vientos en la zona ecuatorial este del Pacífico hace que las aguas en superficie sean lo suficientemente frías como para que el medio sea habitable para los Pingüinos de las Galapagos aun estando en latitudes ecuatoriales. Definición de Tiempo (Atmosférico) y Clima El tiempo se refiere al estado de la atmósfera en un cierto instante y lugar dado (precipitaciones, nubosidad, vientos, temperatura, humedad). El tiempo se encuentra en continuo cambio presentando una evolución diaria asociada al pasaje de sistemas sinópticos. Sin embargo, por clima se entiende al comportamiento promedio de la atmósfera durante un periodo temporal lo suficientemente prolongado. Cuando se habla de “promedio temporal”, esos promedios pueden oscilar desde meses hasta 10 años (dependiendo de la escala temporal de estudio), aunque en general se toman promedios a lo largo de 30 años. El clima es consecuencia de las complejas interacciones entre los diversos componentes del sistema climático. La descripción de este se lleva a cabo a través del cálculo de promedios de variables como la temperatura, la precipitación, la humedad, cobertura nubosa etc., así como del uso de algunas medidas de variabilidad de estas variables....