Locos por la Geología

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En las dos últimas semanas me he referido a numerosas mitologías y su visión acerca de la forma de la Tierra.

Ya es hora de que veamos cuál es la forma que el planeta de verdad ostenta. Y de eso nos ocuparemos ahora.

¿Es la Tierra esférica?

Pese a las mitologías imperantes, y que les he contado un par de semanas atrás, hubo ya en el S III a.C., quien reconoció la forma «esférica» (así, entre comillas, pronto verán por qué) de la Tierra y hasta llegó a definir la medida aproximada de su circunferencia. Ese sabio se llamó Eratóstenes, y tendrá sus propios posts muy pronto. (Por lo menos uno sobre su vida y obra, y otro específicamente sobre su histórica medición).

No obstante, pasarían muchos siglos para que ese conocimiento se difundiera y aceptara universalmente.

Pero… el propio Eratóstenes reconoció que al sumar nuevas mediciones, había entre ellas discordancias que le llevaron a poner en duda que la esfera terrestre fuera del todo perfecta, por lo cual por algún tiempo se empleó el término esferoide, más que el de esfera, aceptando así algunas irregularidades y desviaciones del cuerpo teórico.

En el S XVII, Sir Isaac Newton comprobó de manera fehaciente esa sospecha a través de una deducción relativamente sencilla.

Él observó que un reloj de péndulo -en buen funcionamiento- que se ponía en hora en París, se iba retrasando progresivamente al moverse hacia el sur.

Debido a que el periodo del péndulo depende de la fuerza de la Gravedad, y ésta a su vez varía con la distancia al centro de la Tierra, él llegó a la conclusión de que esa distancia crecía al acercarse al ecuador.

¿Qué es el elipsoide de rotación?

Para explicar sus observaciones, Newton asumió que la Tierra tenía la forma de un elipsoide de rotación, es decir un esferoide ensanchado en la zona ecuatorial, de resultas de la fuerza centrífuga ejercida durante la rotación.

Entre 1730 y 1740, numerosas expediciones de la Academia Francesa de las Ciencias recorrieron el mundo midiendo la longitud de diversos arcos de meridiano, con lo que la teoría del elipsoide se robusteció, pues daba mejor cuenta de los resultados obtenidos que una esfera o esferoide con menos achatamiento polar.

Hoy en día, el elipsoide de rotación se define como la forma teórica que tomaría la Tierra si manteniendo su actual masa y movimientos, sus materiales fueran redistribuidos en capas concéntricas, la más externa de las cuales fuera un océano continuo de 2400 metros de profundidad. El elipsoide resultante tiene un diámetro ecuatorial de 12.757 km y un diámetro polar de 2.714 aproximadamente.

Este cuerpo, si bien no existe, es la imagen idealizada que se utiliza para la mayoría de los cálculos geodésicos que no requieren una absoluta precisión. Para casi todos los fines, esa abstracción es conveniente ya que simplifica muchísimo los cálculos, sin apartarse en exceso de la realidad.

¿Cómo es la verdadera forma de la Tierra?

A partir del momento en que pudo contarse con imágenes obtenidas por los satélites, naves y sondas espaciales, se supo que la forma de la Tierra es absolutamente sui generis, es decir, no asimilable a cuerpos preexistentes, de modo tal, que se acuñó el término «geoide» para designarla.

¿Cómo se la determina?

El concepto de geoide se materializa como la superficie de la Tierra al nivel del mar, y al nivel al que llegaría el mar en las zonas continentales, si éstas estuvieran atravesadas por túneles hipotéticos que unieran los océanos entre sí. Es lo que se ve azul en la figura.

Por cierto esta forma, también implica suavizar irregularidades locales, y sólo se usa en cálculos astronómicos y astronáuticos que requieren la mayor exactitud posible, ya que incluyen la aplicación de armónicos esféricos de alta complejidad.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post es de esta página, no conozco al autor.

Otra vez voy a comenzar con un tema que nos ocupará muchas veces, y también nuevamente lo hago a instancias de mis explotadores intelectuales, Dayana y Pulpo, que me ordenan de manera inapelable qué temas debo tratar.

Y la verdad es que nunca se equivocaron, porque son los temas que ellos me instaron a tratar, los que significaron los posts más visitados.

Por esa razón, ya el lunes pasado les anuncié (a ustedes, no a ellos) que vendría un post para explicar la generación del petróleo, y éste es ese post.

¿Qué es el petróleo?

Ya en el post de la semana pasada expliqué algunas cosas, pero hoy vamos a avanzar un poquito más.

Comencemos por la etimología. la palabra petróleo procede de dos vocablos latinos: petros= piedra y oleum= aceite, por lo cual se la usó para designar inicialmente a los combustibles líquidos que se alojaban en las rocas, y que se creía que eran aceites por ella segregados.

Como ya les dije en el post que los mandé a leer, la potencia calorífica de un combustible depende de su contenido en C e H, y precisamente el petróleo es un hidrocarburo, vale decir que su fórmula química es esencialmente resultante de una mezcla de CH y algunos otros elementos, que suelen aparecer como impurezas. Cuando las impurezas son compuestos de azufre (S), el petróleo suele tener un fuerte y desagradable olor. También el oxígeno (O), el nitrógeno (N) y el fósforo (P) son elementos comúnmente presentes en el petróleo.

A veces los petróleos pueden llegar a contener agua salada que dificulta su explotación y debe ser eliminada antes de cualquier otro tratamiento.

¿Hay un solo tipo de petróleo?

No, ciertamente no, y otra vez los criterios para su clasificación pueden ser varios y diferentes.

En este caso, voy a elegir una división basada en la relación entre C e H presentes en su composición, lo que determina un cierto número de series naturales, de las cuales las más importantes son:

• la parafénica, de fórmula general CnH2n+2, y que se manifiesta con petróleos generalmente claros, con tonos amarillentos a verdosos.
• la nafténica, de fórmula general CnH2n, cuyo residuo de destilación es asfáltico, y se manifiesta con petróleos de colores algo más oscuros que los de base parafénica.
• la serie del acetileno, con fórmula general CnH2n-2,
• la del benceno, que incluye petróleos aromáticos con fórmula CnH2n-6.

¿Cuál es la materia prima para la formación del petróleo?

Como ya he adelantado un par de veces, la materia prima para la formación del petróleo es de carácter orgánico, pero esto no se conoció desde siempre, ya que originalmente se le atribuyó un origen puramente químico, en el interior de la corteza, o en zonas volcánicas. En laboratorio, esto se «demostraba» generando acetileno a partir de la combinación de agua y carburo de calcio.

Debió pasar mucho tiempo hasta que se reconociera que eran los restos de antiguos organismos, los responsables de la generación de estos hidrocarburos. Y esto generó nuevas confusiones, que ya aclaré en el post de la semana pasada.

Pero vale la pena mencionar cómo se descartó la teoría química, a partir de las siguientes pruebas:

• Algunos de los compuestos del petróleo tienen la propiedad de alterar la dirección de vibración de los rayos luminosos. Esta actividad óptica es característica de ciertas sustancias producidas por plantas y animales, pero nunca compartida por los hidrocarburos generados por reacciones químicas en laboratorio.
• Algunos constituyentes nitrogenados del petróleo incluyen trazas de un grupo de compuestos llamadas «porfirinas» que se forman a partir de la clorofila o de las correspondientes sustancias de origen animal.
• Salvo casos muy excepcionales, no se puede establecer relación alguna entre los yacimientos petrolíferos y zonas volcánicas o de rocas ígneas dominantes.

¿Cómo se produce el paso de la materia orgánica al combustible?

Un muy buen esquema aparece en la imagen que ilustra el post, y que paso a relatarles.

A pesar de que por lo general el público imagina que los hidrocarburos se formaron a partir de los restos de grandes animales, que luego se acumularon a cierta profundidad en grandes lagos o bolsones, poco hay de cierto en todo ello, aunque tampoco se aleja tan extremadamente de lo que realmente ocurrió.

En efecto, los hidrocarburos se formaron a partir de restos de seres que alguna vez estuvieron vivos. Pero no necesariamente se trataba de dinosaurios o animales de ese porte.

Lo que plantea en cambio la «teoría orgánica» hoy vigente, implica que el petróleo y el gas se generaron en ambientes
acuáticos, a partir de material orgánico, mayoritariamente compuesto por microorganismos como el plancton.

Ese tipo de material orgánico oceánico es, y también lo fue en el pasado, mucho más abundante que todas las otras formas de vida. Por esa razón, los restos generados al morir los mencionados microorganismos, se acumulaban en el lecho de estuarios, mares y lagos, al mismo tiempo que otros materiales inorgánicos.

A lo largo de miles a millones de años, las capas de estos restos que ocupaban las posiciones más bajas se iban hundiendo por el peso de nuevos sedimentos acumulados sobre ellas, con lo cual los residuos orgánicos resultaban sometidos a condiciones de elevada presión y temperatura, en un ambiente reductor, es decir, sin oxígeno.

En ese ambiente, sólo pueden medrar determinadas bacterias, pero la materia orgánica no es devorada por animales más complejos, con lo cual la acumulación continúa mientras comienzan a producirse algunos cambios resultantes de la presión y temperatura en aumento, y de la incrementada extracción de oxígeno por parte de las propias bacterias.

Esto ocurre a lo largo de millones de años, y la materia depositada comienza a sufrir numerosas modificaciones físicas y químicas.

En primer lugar se va generando un material parafinoso, conocido como «querógeno», que aún hoy se encuentra en pleno proceso de formación en algunos sitios de depositación más reciente, como pueden demostrarlo los fangos colectados en el Mar Negro, en los que hasta un 25 % de los compuestos presentes todavía se reconocen como materia orgánica, y dentro de esa fracción hasta un 10% se presenta como restos de base parafínica.

Aun cuando algunos detalles de la formación del petróleo no están del todo esclarecidos, se especula que además de la presión, temperatura y acción bacteriana, otros agentes intervinientes serían: adición de hidrógeno de fuentes profundas, presencia de catalizadores, y hasta muy probablemente alguna injerencia de la radiactividad.

A este proceso se lo conoce como «catagénesis» y como se produce en depósitos en los que también hay materia mineral inerte, se va generando una roca en cuyos poros quedan retenidos los hidrocarburos que se van formando.

Cada una de estas rocas se conoce como «roca generadora» o «roca madre», y suele ubicarse a grandes profundidades, del orden de los miles de metros.

¿En cuánto tiempo sucede esto, y de qué antigüedad son los yacimientos petrolíferos?

El proceso, lo repito, dura desde cientos de miles a millones de años, y hoy mismo se sigue produciendo, tal como señalé más arriba, aunque sus resultados finales seguramente no se harán efectivos antes de muchos miles de años.

Existen yacimientos de muy diversas edades, comprendidas desde el Paleozoico hasta los más recientes, pero el hecho de que no se conozcan yacimientos importantes anteriores a la eclosión de la vida que señala el nacimiento de la Era Paleozoica, es una prueba más de su origen orgánico.

¿Qué pasa después de la formación del petróleo?

El petróleo que está encerrado en los poros de la roca madre se encuentra sometido a altísimas presiones, por lo cual, cuando la permeabilidad del material hospedante lo permite, y a favor de su estado generalmente líquido, el hidrocarburo tiende a ascender, o al menos a migrar, para aliviar esa presión confinante.

Los movimientos migratorios del petróleo se realizan por uno o más de los siguientes mecanismos:

• Compresión por compactación. Esto sucede porque al continuar la acumulación de sedimentos sobreyacentes, los poros disminuyen de tamaño y tienden a expulsar los líquidos que contienen, hacia materiales de poros más grandes. Este movimiento no es exclusivamente ascendente, sino que se produce en todas las direcciones posibles.
• Capilaridad. Fenómeno que ocurre cuando materiales que contienen petróleo están en contacto con materiales que contienen agua, situación muy corriente en los fondos marinos. Debido a que el agua tiene mayor tensión superficial, se mueve hacia los poros menores, de los que desaloja al petróleo. Este mecanismo se conjuga muy bien con el anterior.
• Flotación. Allí donde hay poros grandes, pueden coexistir petróleo y agua en un mismo reservorio, migrando el petróleo hacia arriba por su menor densidad.
• Corrientes de aguas subterráneas. Si se da la situación anterior, no solamente se estratifican el agua, petróleo y hasta gas, en capas desde abajo hacia arriba, sino que los hidrocarburos pueden moverse «montados» en las corrientes.
• Gravedad. Si no hay agua en el sistema, el petróleo alojado en poros lo suficientemente grandes, tiende a deslizarse hacia abajo por efectos de la gravitación.

Esta migración no es eterna ni infinita, sino que ocurre mientras existan rocas permeables que permitan la movilización de los fluidos a su través. El movimiento termina en donde se produce lo que se llama una «trampa» que pone en contacto la roca permeable que permite la llegada del hidrocarburo, con un material impermeable que lo retiene allí, generando su acumulación rentable. Esas trampas son las que constituyen los yacimientos.

Por eso es que convencionalmente se buscaban esa clase de contactos, hoy se explotan también los yacimientos no convencionales, pero eso ya es tema para otro post.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post es del libro que sirvió de base para este post:

El abecé de los hidrocarburos en reservorios no convencionales de Ernesto López Anadón … [et.al.]. – 1a ed. – Buenos Aires : Instituto Argentino del Petróleo y del Gas, 2013.

En las fotos de abajo, tomadas por Guillermo y Dayana en su último viaje a EEUU, pueden ver muestras de crudo de la Wiess Energy Hall del Museo de Ciencias Naturales de Houston. Allí hay varios tubos con material de distintos lugares del mundo, en los que se pueden ver las diferencias entre ellos. Moviendo la manivela de la derecha se puede hacer caer el crudo para poder apreciar la viscosidad y el color más nítidamente.

Crudo de Oriente medio

Crudo del condado de Crockett Texas, EEUU

Crudo del oeste de Texas, EEUU

Crudo de Venezuela

Un poco en preparación del post que vendrá después, hoy quiero explicar un par de puntos.

¿Qué es la combustión?

La palabra combustión deriva del vocablo latino combustio que significa acción y efecto de quemarse enteramente. Procede del verbo comburere  que es a su vez el resultado de reunir el prefijo con que es abarcativo e implica global, total o completo, y el verbo urere que quiere decir quemar.

Y significa esencialmente un proceso de oxidación química rápida, con gran desprendimiento de calor. A su vez, la oxidación es una combinación con oxígeno, lo cual explica por qué se sofocan las llamas cuando hay déficit de oxígeno.

¿Qué es un combustible?

Es una sustancia capaz de generar y sostener un proceso de combustión por un tiempo prolongado. Lo que diferencia las sustancias inflamables de las combustibles, es que en el caso de las primeras, las llamas se desprenden de forma inmediata, tanto es así que la derivación etimológica de inflamable es precisamente desde la palabra flama, que significa llama.

En el caso de los combustibles, las llamas tardan un poco más en generarse. Sin embargo, conviene señalar que algunos combustibles son también inflamables. Así, por ejemplo, la nafta es combustible e inflamable, y el carbón en cambio es combustible, pero tarda en arder, y si no lo creen, pregúntenle al asador de turno.

¿Cómo se mide el valor de un combustible?

Para la valoración de un combustible se ha generado el concepto de potencia calorífica, con el que se designa el número de kilocalorías que desprende la combustión de un kilogramo de la sustancia de la que se trate.

Ya antes en otros posts les he explicado qué se entiende por caloría, y obviamente la kilocaloría es su múltiplo, es decir corresponde a mil calorías.

Entre los elementos de la tabla periódica, dos que habitualmente componen las sustancias combustibles son el carbono puro (C) y el hidrógeno (H).

La potencia calorífica del C es de aproximadamente 8.160 kcal, mientras que la del H es de 34.190; de allí que la eficiencia de un combustible será mayor cuanto más crezca su contenido en H. Pero claro, también aumentarán algunos de los riesgos de su uso.

¿Qué tipos de combustibles hay?

Como toda vez que presento una clasificación, les recuerdo una vez más, que no se trata de datos absolutos, sino que pueden existir tantas divisiones como criterios diferentes se apliquen, y cada una de ellas es válida en su correspondiente contexto. Les recomiendo profundizar sobre esto en el post específico.

En este caso, les presento una división muy clásica, aunque les advierto que hay otras más modernas. La razón de haberla preferido es que la considero la más clara para quienes no son especialistas.

La primera separación posible entre los combustibles es en dos grandes grupos: orgánicos y minerales. Son ejemplos del primer grupo, el carbón de leña, y el alcohol.

Pero nosotros, los geólogos, nos ocupamos de los combustibles minerales, aunque ellos también, en última instancia han sido generados por la materia orgánica, tal como veremos en un próximo post.

Dentro de los combustibles minerales, el estado físico que presentan permite su división en tres nuevas categorías: sólidos, como los carbones propiamente dichos y algunas sustancias de la familia del petróleo, como la brea; los líquidos, que son básicamente los petróleos; y los gaseosos, con el gas natural normalmente asociado a los petróleos líquidos.

En el caso de los dos últimos grupos- líquidos y gaseosos- su alto contenido en H, del orden del 10 al 50%, los hace más eficientes que los sólidos, que normalmente sólo contienen alrededor de un 5%.

¿Qué son los combustibles fósiles, y por qué se los llama así?

Pese a que el término puede generar alguna confusión, si se lo analiza etimológicamente todo queda muy claro.

Ya cuando les expliqué qué son los fósiles, les dije que esa palabra procede del latín fossare, que quiere decir cavar, de tal modo que en realidad no significa otra cosa que el hecho de que la gran mayoría de los combustibles minerales se encuentran enterrados, y debe perforarse el terreno para acceder a ellos.

Es así que cuando se habla de combustibles fósiles, no se alude de ninguna manera a los restos de organismos del pasado geológico que se han conservado de maneras diversas, pero que permiten reconocer en mayor o menor medida su forma original.

Muy por el contrario, si bien los restos orgánicos son la materia prima tanto de lo que luego serán carbones y petróleos, como de los fósiles s.s., la formación de unos implica la destrucción de los otros.

En otras palabras, un conjunto de restos orgánicos puede:

a) preservar total o parcialmente sus formas, conduciendo a la generación de restos fósiles; o bien

b) entregar sus componentes químicos, destruyéndose así sus formas orgánicas primigenias, para dar lugar a la formación de combustibles, que sólo se llaman fósiles porque están normalmente bajo la superficie terrestre.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post es de aquí.

El lunes pasado subí la primera parte de este post, de modo que deberían ir a leer esa introducción antes de comenzar la lectura de éste de hoy.

En ese momento, las preguntas que respondí fueron las siguientes:

¿Cuáles son los elementos fundamentales del clima?

¿Qué es la radiación solar?

¿Qué es la constante solar?

¿Qué puede decirse de la temperatura?

¿Qué se entiende por temperatura equivalente y por sensación térmica?

¿Qué es la humedad atmosférica?

¿Qué son las precipitaciones y de qué tipo hay?

Hoy seguiremos desde este punto

¿Qué es la presión atmosférica?

El aire es una sustancia elástica, lo que determina su tendencia a expandirse en todas las direcciones del espacio, lo cual es posible hasta el límite de acción de la gravedad terrestre. Por ese motivo, ejerce una cierta presión, que sobre la superficie terrestre depende básicamente de su peso total, y convencionalmente se mide en las siguientes condiciones: al nivel del mar, a 40° de latitud y a 0°C. Ese valor equivale al peso de una columna de mercurio de 760 mm de altura y define la unidad de medida conocida como atmósfera, bario o bar.

Por simples razones de conveniencia, se generó la unidad Torricelli o torr (en homenaje a quien por primera vez midió la presión atmosférica), que equivale a 1mm Hg, por lo que 1 atmósfera es igual a 760 torr, y 1 torr es 1/760 atmósferas, o bares.

Todavía se trata de medidas incómodas, razón por la cual hoy la presión atmosférica se mide en hectopascales, según las siguientes equivalencias:

1 Hectopascal= 1 milibar, la milésima parte de una atmósfera, y 0,760 mm de mercurio o torrs.

La presión atmosférica depende de los restantes elementos meteorológicos, de la altitud, y de la latitud.

Esto último se debe a la forma particular de la Tierra que se puede considerar como abultada en el ecuador terrestre, y por ello son en esa latitud, menores las presiones atmosféricas.

Todos esos factores determinan la existencia de gradientes de presión tanto verticales como horizontales. Se entiende como gradiente vertical la cantidad de metros que hay que ascender o descender para que la presión cambie en 1 torr.

La cantidad de metros que hay que desplazarse horizontalmente para ese cambio de 1 torr se conoce, en cambio como gradiente horizontal.

Esas variaciones son las que generan los vientos locales y la circulación atmosférica global, ya que el aire tiende a moverse en la dirección que más favorece la igualación de las presiones.

¿Qué es el viento?

Aclaremos primero que el viento forma parte en realidad de la circulación atmosférica de la que hablaremos en seguida, pero vale la pena adelantar algunos conceptos previos, y aplicables sobre todo a situaciones locales.

Se define como viento a una masa de aire en movimiento, como resultado de las diferencias de presión entre dos puntos, es decir que se relaciona directamente con el gradiente horizontal de presión, creciendo su velocidad con el aumento del gradiente. Es obvio que el aire se mueve desde las zonas de mayor presión hacia las de menor. El viento toma el nombre del punto cardinal desde el cual procede, de modo que si hablamos de viento sur, sabemos que sopla de sur a norte. No obstante, la dirección siempre adquiere una desviación que depende de la Fuerza de Coriolis que hemos mencionado ya antes, pero que será motivo específico de otro post más adelante.

La velocidad, que como dijimos depende esencialmente del gradiente, se ve modificada por factores como el relieve, entre otros, y se mide con el anemómetro.

Según las velocidades alcanzadas, el viento va adquiriendo distintos nombres, señalados en la escala de Beaufort. Por cierto se trata de velocidades promedio a lo largo del tiempo de duración del fenómeno, sin embargo existen normalmente aumentos repentinos que cuando ocurren durante un tiempo muy acotado reciben el nombre de ráfagas.

En la Figura 1 se ve una de las versiones de la Escala Beaufort, y digo una de las versiones, porque hay modificaciones en las que se incluye un grado 12, correspondiente a huracanes, con velocidades superiores a las marcadas en la tabla, y cuyos efectos se consideran «catastróficos». No obstante, cabe señalar que existe una escala separada para los tornados que es la de Fujita.

La Figura 2 corresponde a la simbología normalizada para cada grado de la escala.

¿Qué se entiende por circulación atmosférica?

Como ya he dicho más arriba, el viento y numerosos fenómenos locales son obviamente parte de la circulación atmosférica, pero en general se tiende a privilegiar dentro de este último concepto, a los movimientos habituales y de gran compromiso regional, tales como los vientos alisios, por mencionar algunos. Por esta razón, se trata de un tema muy importante y extenso, que profundizaremos en otros posts.

Aqui sólo me referiré a las generalidades de los procesos que rigen esa gran circulación planetaria y que involucran esencialmente al calor y la presión.

Así pues, los procesos que determinan la circulación son:

Advección: es la transferencia horizontal de calor en las partes bajas de la atmósfera, con ejemplos típicos en las corrientes cálidas que se mueven desde el ecuador hacia las áreas circundantes y más frías. Esas trayectorias se ven modificadas por el efecto de Coriolis, que como ya dije, describiremos en detalle en otros posts.

Convección: Es el ciclo esencialmente vertical, en el que el aire se calienta más cuanto más próximo se encuentra a la superficie terrestre, porque el calor específico  de las rocas y sedimentos es relativamente bajo. Esa mayor temperatura dilata el aire, con lo que su densidad disminuye y tiende a ascender, llegando a zonas más frías, en que se contrae y desciende otra vez, lo cual genera un ciclo cerrado, que puede ser modificado por agentes externos.

Si bien estos dos procesos son inicialmente térmicos, generan también cambios de presión, y por cierto no actúan de manera aislada, sino que se modifican entre sí, formando un sistema mucho más complejo que lo que les acabo de esquematizar.

Para complicar aún más el panorama, existen los procesos adiabáticos,que implican cambios en el volumen y temperatura del aire, pero sin aportes ni pérdidas significativas de calor. Un ejemplo clarificador ocurre cuando se opera con el inflador de una bicicleta, que caliente el aire en la cámara por compresión, aunque no haya ninguna fuente de calor cercana.

Los fenómenos adiabáticos se relacionan estrechamente con la convección. Cuando el aire desciende, ya dijimos que se comprime, y esa compresión es la que genera calor, sin ninguna fuente externa. El proceso inverso también ocurre

En otras palabras, al comprimirse el aire en zonas bajas, se calienta, mientras que en las zonas altas, donde está más enrarecido, se dilata perdiendo temperatura. En estas situaciones, no hay calor entrante ni saliente, sino que es la energía del trabajo realizado para contraer o dilatar el aire, la que hace variar la temperatura.

¿Qué es la tensión de vapor?

Ya hemos dicho en algún otro momento que los vapores y los gases son elásticos, vale decir que tienden a ocupar el mayor volumen posible, ejerciendo por ende en el sistema que los contiene, una presión también llamada fuerza elástica o tensión.

Esa tensión, cuando se refiere al estado meteorológico, es altamente dependiente de la temperatura del aire, su presión y la circulación.

A su vez, incide notablemente en el proceso de evaporación y de condensación, con lo cual se modifica el ciclo del agua en la naturaleza.

¿Qué es el punto de rocío?

El punto de rocío es el nombre que se asigna a la temperatura en la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire.

Pese a su nombre, el resultado de esa condensación puede ser no solamente rocío sino también niebla, neblina, o inclusive, en temperaturas suficientemente bajas, escarcha.

En la primera parte de este post, que subí la semana pasada, les expliqué los conceptos de humedad absoluta y humedad relativa; pues bien, cuando el aire se satura, es decir que la humedad relativa es igual al 100 %, es cuando se llega al punto de rocío.

La saturación se produce según dos procesos inversos: o bien aumenta la humedad relativa, sin cambiar la temperatura; o bien desciende la temperatura, manteniéndose la misma humedad absoluta del aire, con lo que el porcentaje de la relativa aumenta, porque a menor temperatura, la capacidad de contener humedad es menor. También pueden conjugarse ambas cosas.

Este punto de rocío es de importancia vital, porque existen zonas donde no se producen precipitaciones significativas durante varios años consecutivos, pero la condensación en forma de rocío alcanza para sustentar la vida vegetal, y por ende la de la fauna que de ella depende. Un ejemplo típico es la Puna de Atacama.

¿Cuáles son los principales factores que modifican localmente las condiciones climáticas?

Debo aclarar que aquí sólo mencionaremos los factores que inciden en las variaciones regionales del clima terrestre.

Sobre los factores que generan variaciones y cambios climáticos a nivel del planeta completo, como unidad indivisible, vendrán más adelante otros posts, aunque algo les he venido ya adelantando, pongamos por caso, cuando les hablé de los movimientos planetarios terrestres.

Pero tampoco hablaremos ahora de los factores que inciden muy localmente en cada uno de los elementos mencionados, sino de los que modifican las condiciones climáticas de regiones extensas, y ellos son:

• Altitud, por los efectos que ya mencioné y que se ejercen sobre la distribución de la radiación solar, primariamente.
• Posición respecto a barreras orográficas, como cordilleras y cadenas montañosas que alteran la circulación atmosférica, y que fundalmentamente determinan diferencias en la carga de humedad a uno y otro lado de ellas. Es un ejemplo típico la sombra pluvial, como se denomina a la pendiente oriental de los Andes, donde se generan condiciones de aridez porque la humedad de los vientos procedentes del océano Pacífico se descarga en la vertiente occidental.
• Proximidad o lejanía respecto a las grandes masas de agua, que son moderadoras de los extremos climáticos, por las características térmicas del agua misma, según lo expliqué hace ya tiempo en un post.
• Cubierta vegetal, que es modificadora del clima y a su vez dependiente de él, lo que crea relaciones muy complejas en el sistema.
• Características del material que constituye la superficie del terreno, las cuales inciden sobre el valor del albedo, que he definido antes.
• Grado y características de la urbanización.

Por cierto, todo lo dicho es una síntesis muuuuuyyyyyy apretada, de modo que volveremos una y otra vez sobre estos temas, cada vez con mayor profundidad.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post la he tomado de Imágenes Google, que me direccionó a este sitio.

Las otras dos figuras son también de Google, pero he perdido la pista de su origen.

Hace algún tiempo les hablé acerca de la diferencia entre tiempo meteorológico y clima, y entre variabilidad climática y cambio climático.

En ese momento les prometí referirme también al cambio climático con algún detalle. Para eso, hay un camino intermedio que debemos recorrer, y acá comenzamos a hacerlo.

Para eso, hablaremos de los elementos que constituyen el clima, y sus correspondientes factores modificadores.

En este punto, es importante recordarles que en todo sistema, los roles son intercambiables, de modo que el mismo elemento puede ser unas veces agente activo y otras, en cambio, factor modificador, de allí que hablar de elementos en su sentido amplio abarcaría también a los factores, mientras que s.s. es un vocablo prácticamente sinónimo de agente. En cualquier caso, es importante atender al contexto para saber qué rol cumple cada elemento en cada situación.

¿Cuáles son los elementos fundamentales del clima?

Los principales elementos que caracterizan las condiciones meteorológicas en un momento dado, y que definen el clima de una región cuando se las analiza estadísticamente a lo largo de tiempos prolongados, son:

• Radiación solar entrante.
• Temperatura.
• Humedad atmosférica.
• Precipitaciones.
• Presión atmosférica.
• Viento.
• Circulación atmosférica general.
• Tensión de vapor.

¿Qué es la radiación solar entrante?

Antes de seguir adelante, les recomiendo repasar los conceptos de calor, temperatura, calorías, etc, en este post, para que lo que sigue sea más fácil de interpretar.

En principio digamos que la radiación solar es la fuente principal del calor superficial en la Tierra, y como ya dije otras veces, es el motor que hace posibles los procesos exógenos.

La energía emitida por el Sol es radiación electromagnética, y puede presentarse con diferentes longitudes de onda, en el abanico que comprende desde 200 hasta 4000 nanometros, lo que permite su clasificación en: radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja.

La radiación ultravioleta, que se conoce también como rayos actínicos, es la de menor longitud de onda (360 nm), implica mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares, llegando a alterar las moléculas de ADN, por lo cual es peligrosa para los organismos vivos. Afortunadamente estas ondas son absorbidas mayoritariamente por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono.

La radiación visible, o rayos lumínicos, corresponden a longitudes de onda entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), y es la responsable de la iluminación natural del planeta.

La radiación infrarroja corresponde a lo que se conoce como rayos caloríficos. Es la de las mayores longitudes de onda y menos energía asociada. No obstante, esa energía es suficiente para aumentar la agitación de las moléculas, y generar el incremento de la temperatura, razón por la cual, son los que en relación con el clima resultan de mayor importancia.

La temperatura superficial terrestre procede pues de esta energía radiante del sol, cuyo monto, si bien está sujeto a variaciones, se mueve siempre dentro de un estrecho entorno, razón por la cual recibe el nombre de «constante solar».

¿Qué es la constante solar?

Se define como tal, a la cantidad de calorías que recibe y absorbe durante un minuto, una superficie oscura de 1 cm2 situada en el límite superior de la atmósfera, cuando los rayos solares inciden verticalmente. Esta constante se mide en langleys, siendo un langley igual a 1 cal gramo/ cm2.

La constante solar adquiere entonces un valor de 2,1 langleys aproximadamente, ya que son 2,1 las calorías implicadas en las condiciones definidas más arriba.

¿Qué puede decirse de la temperatura?

Básicamente es el estado atmosférico que resulta de la radiación entrante, su distribución en el espacio, y por supuesto la pérdida por reflexión hacia el espacio exterior que se conoce como albedo, y no es más que el calor que se pierde para el balance térmico de la Tierra.

Es por eso importante comenzar por explicar cuáles son los factores que afectan la distribución de la radiación solar sobre la superficie terrestre, ya que si bien la energía entrante es la misma para todo el planeta, el calentamiento resultante cambia según la latitud, altitud y pendiente del lugar, fundamentalmente.

Así es que podemos decir que cuanto más alejado está un lugar del ecuador, la temperatura será más baja porque el calor solar se distribuye en espacios cada vez mayores, puesto que los rayos inciden cada vez más oblícuamente.

Esto puede verse claramente en la figura 1, si se compara el espacio en el que se derraman los rayos solares con su ángulo de incidencia. En los espacios en que los rayos caen perpendicularmente a la tierra, como sucede sobre el ecuador, el segmento AB, que representa la superficie a calentar, es obviamente menor que el segmento AC, donde puede verse que hay un ángulo distinto a 90° y corresponde  a las mayores latitudes.

En la figura 2, puede verse además, que con la creciente oblicuidad de los rayos en las distintas zonas, a medida que nos alejamos del ecuador, aumenta también el espesor de atmósfera a atravesar, con el consecuente aumento de calor que se pierde por reflexión y absorción en ella.

La figura 3, representa una situación similar a la de la figura 1, aunque en este caso se comparan las pendientes: en AB, se ve el espacio de distribución del calor para los rayos entrantes en superficies planas, y en CB, en zonas con pendiente.

En cuanto a la causa principal por la cual la temperatura desciende con la altitud, es sencillamente la menor densidad del aire atmosférico, que al hacerse más pobre en vapor de agua y dióxido de carbono, pierde parte de su capacidad para absorber el calor, que por ende lo atraviesa, calentando menos que a nivel del mar.

Respecto a otros datos, como modo de medir la temperatura, etc, algo les adelanté en el post que ya deben haber repasado, pero quedan aún algunas cosas que vale la pena conocer, como las siguientes:

¿Qué se entiende por temperatura equivalente y por sensación térmica?

Mucha gente cree que la sensación térmica que escuchamos hoy en los partes meteorológicos es un invento reciente, o un dato totalmente subjetivo, pero se equivocan en ambos casos, como verán en seguida. Vayamos por partes y empecemos por definir la temperatura equivalente, que no es otra cosa que la temperatura efectiva (medida en el termómetro) corregida con el valor del calor latente.

Calor latente es el que queda retenido en el vapor de agua presente en el aire en un momento dado. Para el aire totalmente seco, ese valor adicional es cero, pero aumenta progresivamente según crece el porcentaje de humedad, hasta alcanzar un valor máximo de 30° C cuando se alcanza el 100%. Esto genera la sensación de bochorno que hace tan poco tolerable el calor cuando hay suficiente humedad.

Recuerdo el chiste que circulaba en mi infancia, en que se atribuía a alguna vecina entrada en años, el dicho: «No es nada la calor, lo que mata es l’humedá»…y no se equivocaba.

El concepto de temperatura equivalente fue creado en 1932 por Knoche, y fue recuperado con el nombre de temperatura virtual por Battan en 1964.

De todas maneras, era insuficiente para describir la respuesta del cuerpo humano, por lo cual más adelante se generó el concepto de sensación térmica o calor sensible, en el cual se incluyen tanto la temperatura efectiva como el calor latente, y – lo novedoso- la acción refrigerante del viento.

Así es que temperaturas de hasta 50° bajo cero se resisten mejor en Siberia- donde los vientos son escasos- que 20 bajo cero en zonas australes de vientos permanentes y de alta velocidad.

¿Qué es la humedad atmosférica?

Es el vapor de agua que prácticamente siempre está presente en las capas atmosféricas inferiores.

Cuando lo que se mide es la cantidad de vapor de agua realmente presente en 1 metro cúbico de aire, se habla de humedad absoluta, la cual depende de numerosos factores como la temperatura, la presión y el viento. Existe además, un límite o capacidad para contener vapor de agua que no puede superarse, ya que una vez alcanzado, el vapor de agua comienza a condensarse.

Cuando la humedad absoluta y la capacidad máxima, (que es el punto de saturación inmediatamente seguido por la condensación) se relacionan entre sí en la forma de un porcentaje, se habla de humedad relativa, y es la que escuchamos en los partes meteorológicos que difunden los medios.

Así pues, si escuchamos 50% de humedad relativa, la idea implícita es que la mitad del agua que podría contener un metro cúbico de aire, dadas las condiciones reinantes, está efectivamente presente en él.

¿Qué son las precipitaciones y de qué tipo hay?

Cuando por la razón que sea, el aire húmedo se enfría, o bien se alcanza una saturación, el vapor de agua se condensa en forma de gotas minúsculas que se van reuniendo hasta que su peso es suficiente para provocar la caída, en el fenómeno que se conoce como precipitación.

Las precipitaciones se miden en mm por unidad de superficie, porque su medición se realiza precisamente por la altura de agua alcanzada en el recipiente conocido como pluviómetro.

Las formas generales de precipitación son:

• Rocío: término que se usa en referencia a una condensación en cantidades ínfimas (1 a 2 mm), y que se deposita sobre las superficies frías.
• Lluvias: son precipitaciones en estado líquido, y existen de ellas numerosas clasificaciones según su origen, duración, intensidad, etc., que iremos viendo en otros posts.
• Escarchas, escarchillas, nevadas y granizo son formas sólidas de precipitación, que como es obvio, tienen lugar cuando la temperatura del aire está por debajo del punto de congelamiento, o muy próxima a él. Las escarchas no son otra cosa que películas de rocío congelado sobre la superficie terrestre, mientras que las escarchillas ocurren sobre elementos altos, como ramas, cables, tejados, etc., quedando así parcialemnte suspendidas.

Ya llegados a este punto, podemos tomarnos un recreo hasta el próximo lunes, cuando responderemos a las siguientes preguntas:

¿Qué es la presión atmosférica?

¿Qué es el viento?

¿Qué se entiende por circulación atmosférica?

¿Qué es la tensión de vapor?

¿Qué es el punto de rocío?

¿Cuáles son los principales factores que modifican localmente las condiciones climáticas?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
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