Otra semana más, redacción de cosmología. Esta semana no tiene mucho que ver con la cosmología.

Variación de la presión en la atmósfera

La atmósfera terrestre, pese a su aparente sencillez, es un sistema complejo, cuyas características en un punto y momento determinado depende de gran cantidad de factores interrelacionados entre sí (temperatura, composición, densidad, etc.). Uno de estos factores es que vamos a estudiar en este documento: la presión.

¿Pero que es la presión atmosférica? La presión atmosférica es resultado directo del peso total del la columna de aire sobre el punto en el cual se efectúa la medida de la presión. La unidad utilizada para la presión atmosférica se denomina hectopascal (hPa) o milibar (mb) y corresponde a una fuerza de 100 Newton por metro cuadrado.

Como podemos intuir, la presión no es constante; sino que varía en función de diversos parámetros como localización, la altura y el tiempo.

Dado que la atmósfera está compuesta por gases, estos son comprimidos por la gravedad terrestre: cuanto más cerca estemos de la superficie terrestre, mayor será la densidad de la atmósfera. Esto implica que la presión atmosférica no es una función directa de la altura (como en sucede con los líquidos), sino que varía según una exponencial decreciente, de forma que la presión disminuye en un factor 2 cada 5,6 km, aproximadamente. Esto supone que la mayor parte de la presión atmosférica que percibimos y medimos en la superficie terrestres está producida por los primeros kilómetros de la columna de aire que tenemos encima y un porcentaje casi nulo al peso del aire de las capas más externas de la atmósfera.

Los siguientes datos nos proporcionan una idea de cómo se reparte la masa de la atmósfera según la altitud:

▪ El 50% de la masa atmosférica está por debajo de los 5,6 km.
▪ El 90% de la masa atmosférica está por debajo de los 16 km.
▪ El 99.99997% de la masa atmosférica está por debajo de los 100 km.

Sin embargo, las cifras en los párrafos anteriores sólo son orientativas; si queremos conocer de forma exacta la presión a una determinada altura tenemos que hacer unas cuantas cuentas, hasta obtener la siguiente fórmula conocida como ley bariométrica:

Ley Barométrica

Ley Barométrica

Donde P1 es la presión al nivel del mar, h1 es la altura al nivel del mar, M es la densidad molecular del aire (~28), g es la aceleración de la gravedad, R es la constante de los gases perfectos y T es la temperatura medida en grados Kelvin.

Una vez resuelta la ecuación, podemos representar gráficamente la variación de la presión como en función de la altura:

Evolución de la presión atmósferica en función de la altura.

Evolución de la presión atmósferica en función de la altura. Crédito Wikipedia.

Presión atmosférica y meteorología

Además de la variación vertical de la presión, hay diferencias de presión horizontales, es decir entre puntos de igual altura. En la troposfera este fenómeno es especialmente interesante dada su crucial importancia en el tiempo y el clima.

Entre unas zonas de la troposfera y otras se producen cambios de presión, las denominadas zonas de altas presiones, cuando la presión reducida al nivel del mar y a 0ºC, es mayor de 1.013 milibares o zonas de bajas presiones si el valor es menor que ese número. El aire se desplaza de las áreas de más presión a las de menos formándose de esta forma los vientos.

Cuando el aire está frío desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticiclón térmico. Cuando el aire está caliente asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad. Se forma, entonces un ciclón, o borrasca térmica. Sin embargo, también es cierto que el aire frío y el cálido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma, entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente. Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura descienden en convergencia dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico. Como podemos ver, se trantan de ciclos convectivos. Es el mecanismo convectivo. En un frente podemos diferenciar varios tipos de nubes dependiendo de su altura: irisadas, cirros, cirrocúmulos y cirroestratos (altas); altoestratos y altocúmulos (medias); nimboestratos, cúmulosestrato, cúmulos y estratos (bajas). Cuando se acerca un frente comenzamos a ver las nubes más altas, hasta que llegan las bajas. Además, tenemos las nubes de desarrollo vertical que forman las tormentas: cúmulos y cumulonimbos. Las nubes medias pueden dar lloviznas débiles y las bajas lluvias y nieblas húmedas. Las lluvias que más lluvias dan son los nimboestratos.

Las disparidades de presión generan desplazamientos de las masas de aire en forma de vientos, tanto más fuertes cuanto mayores sean las diferencias de presión contiguas. La dirección de los vientos es siempre de las altas a las bajas presiones, y en general de oeste a este, debido a la rotación de la Tierra.

Las diferencias de presión pueden ser regionales, pero también locales que generan brisas térmicas. Los vientos locales generados por las brisas térmicas se deben a la existencia de dos medios diferenciados con temperaturas notablemente contrastadas, como la tierra y el mar o las cumbre y los valles de las montañas. Las brisas marinas se caracterizan porque la tierra, durante el día se comporta como zona cálida y el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío del mar, y por lo tanto en superficie el aire circula del mar a la tierra. Por la noche la zona más cálida es el mar, es aquí donde el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío de la tierra, y por lo tanto en superficie el aire circula de la tierra al mar. Lo mismo ocurre en las montañas. Durante el día la cima se comporta como zona cálida y el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío del valle, y por lo tanto en superficie el aire circula del valle a la cima. Por la noche la zona más cálida es el valle, es aquí donde el aire asciende «dejando sitio» al aire más frío de la cima, y por lo tanto en superficie el aire circula de la cima al valle.