Las temperaturas de la atmósfera. El cambio climatico es un engaño.

 

La temperatura es la representación del movimiento de los átomos o moléculas de una sustancia. Una mayor temperatura representa más velocidad de los átomos.

Para una misma sustancia una mayor temperatura representa una mayor energía cinética.

Si comparamos dos sustancias a una misma temperatura la energía cinética de las partículas de cada sustancias será diferente.

La energía cinética de cada sustancia es el calor que tiene, y es susceptible de transferirse a cualquier sustancia mas fría, o dicho de otra manera que se comparte la energía cinética con el que menos tenga.

La energía no solo es energía por el movimiento, hay energía que se irradia y energía que se adquiere por desplazarse las partículas, energía potencial. En los 3 casos la energía esta en continuo movimiento por lo que está transferencia/aceptación de energía se la llama Termodinámica.

Cuando la transferencia/aceptación de energía se realiza por choques entre partículas, es la conducción de la energía. Es lento en gases y por esa razón se consideran aislantes.

Las partículas de un gas cuando aumentan de temperatura aumentan su velocidad aumentando el volumen que ocupan, con lo que disminuyen su densidad y ascienden. Eso si, siempre que estén rodeados de gas mas frío.

Pero la conducción de calor se da simultáneamente con la convección por lo que existe una difusión horizontal del calor por conducción, y otra vertical por la convección. La forma que resulta del movimiento del calor es forma de hongo.

La otra forma de transmitirse la energía es la radiación/ absorción. La energía mayoritariamente proviene del Sol y ha tardado en llegar 8 min. 20 s. Tardó 10.000 años en poder salir del Sol desde que se produjo por una reacción de fusión nuclear.

El Sol es un astro muy denso y la luz no encuentra huecos por los que salir, y se pasa 10.000 años dando choques a la velocidad de la luz.

Pero como la energía no se crea ni se destruye, y solamente se transforma o se refleja, la energía que llega como ondas electromagnética se puede transformar en otras ondas o reflejarse. Pero nunca se van a destruir, perder o aislar de ninguna manera y continuarán moviéndose a la velocidad de la luz.

La energía que llega del Sol en la atmósfera no se destruye, solo puede transformarse o reflejarse.

La transformación de una onda electromagnética se realiza cuando choca con los electrones de átomos absorbiendo la energía de la onda, emitiendo otras ondas de menor energía. Estas emisiones se realizan en direcciones aleatorias y quedan retenidas por la densidad de la atmósfera.

Esta retención de ondas es retener su energía, y como consecuencia se calienta. Pero como la densidad de la atmósfera disminuye con la altura, baja también la capacidad de retener la energía, y se irradia las ondas al exterior. Como consecuencia cuanto mas se sube menor temperatura.

La convección y la conducción contribuyen a que se ponga aire mas caliente a mayor altura, con lo que irradiará mas energía hacia el espacio exterior, enfriándose.

Y como el aire es un fluido toda corriente lleva asociado su opuesta, si hay una corriente que asciende hay otra que desciende, que ocupa el hueco que dejo la primera.

Es evidente que lo mismo que ascienda descenderá, y que el proceso de perdida de calor será mas intensa cuanto mayor sea la temperatura de lo que asciende. Por lo tanto a mas temperatura mas calor pierde y mas bajará su temperatura. Pero como llegará a las capas bajas de la atmósfera estas se enfriarán disminuyendo la convección y conducción.

Las nubes tienen además un efecto autorregulador al reflejar luz incidente al espacio exterior. El color blanco de las nubes hacen que reflejen la luz hacia el espacio exterior, disminuyendo la energía que entra en la atmósfera y por tanto la temperatura.

La conclusión es que un calentamiento o enfriamiento en la atmósfera no tiene que producir una variación de las temperaturas en la atmósfera, y que está dependerá de la mayor o menor cantidad de energía que llegue del sol. Porque el planeta es un sistema autorregulado que tiende al equilibrio, marcando el punto de equilibrio la energía que procede del Sol.

Villanueva de la Serena, a 28 de Marzo de 2023.

Las nubes en la atmósfera.

 

Las nubes las vemos cuando el vapor se hace sólido o líquido. Por tanto cuando aparece una nube se ha formado agua sólida (hielo) o agua en el aire, y cuando desaparece una nube se ha transformado en vapor y/o precipitación.

Para comprender las apariciones o desapariciones de nubes el agua tiene una particularidad, el llamado Punto Triple.

El Punto Triple, para una sustancia, es la mínima temperatura en la que puede estar líquida, por debajo de esa temperatura estará sólida. Para el caso del agua el Punto Triple se alcanza a los 0ºC y no puede estar líquida por debajo de 0ºC. Por debajo estará en forma de vapor y/o sólida, y pasará de sólido a gas o al contrario directamente (sublimación o sublimación regresiva).

El paso de un estado a otro se produce adquiriendo calor o perdiéndolo. Son cantidades grandes de energía, en el caso del agua mas 600 calorías por gramo de hielo o vapor transformado. El paso a gas, la sublimación, requiere mucha energía, y da calor la sublimación regresiva. 1 caloría eleva o baja la temperatura de un gramo de agua 1ºC, 600 calorias por gramo es una cantidad muy grande.

El agua líquida pasa a gas a partir de temperaturas superiores a 0ºC pero requiere mucha energía, requiere alrededor de 550 calorías por gramo de agua evaporada. Hay una cantidad máxima de agua en forma de gas que puede haber en el aire, y cuando se supera la cantidad el agua condensa en forma de rocío. Esta cantidad de vapor de agua depende de la temperatura y para saber si se ha llegado a la condensación se habla de Temperatura de Rocio como la temperatura a la que comienza a condensar el agua presente en el aire.

El agua puede estar en forma de gas que será invisible al ojo, pero el agua es una molécula ligera 18 uma y asciende en la atmósfera. Al ascender la temperatura disminuye condensando y haciéndose visible.

El vapor de agua asciende aprovechando las corrientes ascendentes térmicas, que son corrientes convectivas del aire que se calienta en el suelo.

El vapor de agua al subir pierde energía y se forma hielo, la sublimación regresiva que forma la nube, calienta la térmica para que continúe su ascenso. El hielo formado tiende a caer pero esta inmerso en una corriente ascendente, el resultado es que el hielo está atrapado y la nube aparece en el cielo.

La energía que tenia el vapor de agua y la energía de la térmica se pierden por radiación, que al moverse a la velocidad de la luz, acaba perdiéndose en el espacio exterior. En las capas bajas y densas de la atmósfera la radiación va pasando de molécula en molécula en un movimiento caótico que dificulta su salida al espacio exterior. Cuanto mas se sube en la atmósfera esta es mas tenue, y la energía encuentra el camino de forma más fácil al espacio exterior y por tanto se enfría mas cuanto mas alto este.

Como curiosidad la luz del Sol tarda de media 10.000 años en salir, su densidad hace que a un fotón a pesar de moverse a la velocidad de la luz le resulta complicado el encontrar un hueco.

Las nubes tienen además un efecto autorregulador al reflejar luz incidente al espacio exterior. El color blanco de las nubes hacen que reflejen la luz hacia el espacio exterior, disminuyendo la energía que entra en la atmósfera y por tanto la temperatura.

En definitiva el agua es el regulador de la temperatura del planeta porque es el que mayor cantidad de energía moviliza.

Termodinámicamente es el actor principal de la atmósfera, teniendo el resto de gases papeles muy secundarios, incluso el ínclito CO2 que teniendo tan poca presencia en la atmósfera y ocupando las capas mas bajas, lo han hecho el actor principal de un apocalipsis carbónico. Un papel en una obra de ficción científica en una distopía imaginativa.

Un ejemplo del papel que juega el agua en la temperatura de un planeta es Marte. Es probable que tuviese agua pero como la masa molecular es 18 uma y con menos gravedad Marte que la Tierra no la pudo retener. Si ha podido retener el CO2 y ahora es el componente principal de su atmósfera, y la temperatura baja tanto que es posible que solidifique la nieve carbónica, aunque hay algunos que dicen que es hielo.

Villanueva a 25 de Marzo de 2023.

Las fluorescencias en la atmósfera.

 

La fluorescencia es la capacidad de absorber una determinada longitud de onda y emitir después otra con una longitud de onda superior. La longitud de onda que absorbe tiene mas energía que la que se emite.

Hay dos gases en la atmósfera que presentan fluorescencia el oxígeno y el nitrógeno. La del oxigeno es responsable del azul del cielo durante el día; y la del nitrógeno producen las auroras boreales o australes.

La del oxígeno está provocada por la luz ultravioleta que es absorbida produciendo después luz azul. De ahí el color azul del cielo durante el dia, y de noche el cielo es oscuro.

El proceso de absorción de la radiación UV es un poco mas complejo, porque interviene el ozono como un producto intermedio que desaparece en el proceso de la fluorescencia.

El proceso para que el cielo sea azul requiere que llegue luz UV al oxígeno para romper la molécula diatómica de oxígeno. Estos átomos de oxígeno se deben encontrar con una molécula de oxígeno para formar una molécula de 3 átomos, el ozono.

El ozono formado es en realidad el fluorescente, absorbe UV emite luz azul y se descompone. Como lo que emite es menos energética que la que absorbe se calienta en la descomposión.

Como cualquier gas que se caliente asciende, pero cuanto más asciende mas radiación UV formándose mas ozono que se descompone y mas se calienta y asciende.

Asciende el oxígeno pero el ozono es una molécula mas pesada, tiene de masa molecular 48 uma, a diferencia del oxígeno que tiene 32 uma, por lo que no puede llegar tan lejos. Alcanza el oxígeno y el ozono una altura de equilibrio que es la llamada “capa de ozono”, que en realidad es capa de oxígeno donde se produce ozono.

El oxigeno calentado por los UV sube por encima de la troposfera, ascendiendo mas en zonas ecuatoriales que en las polares porque hay mayor incidencia de luz solar. Al haber mas cantidad de “capa de ozono” en los trópicos este se difunde hacia latitudes polares, pero hay poca incidencia de radiación UV.

La “capa de ozono” no se produce en latitudes polares, y el ozono dado su mayor masa molecular se va perdiendo camino de los polos. Así la “capa de ozono” suele estar ausente de ozono en latitudes polares, y sobre todo en zonas con anticiclones polares permanentes. Por eso el agujero de la capa de ozono en el polo Sur suele ser frecuente porque toda la Antártida esta con altas presiones muy estables donde dominan vientos descendentes.

De cualquier manera en los polos donde no llega practicamente radiación UV es irrelevante que haya o no “capa de ozono”.

En cuanto al nitrógeno tiene también fluorescencia que es debida a la descomposición la molécula de nitrógeno. En este proceso nada puede hacer los UV, no tienen energía suficiente, y tienen que ser rayos cósmicos o viento solar. Y dado que son partículas cargadas son desviadas por el campo magnético terrestre dirigiéndolos hacia los polos magnéticos que al coincidir con los geográficos, producen allí las auroras polares.

Estos rayos cósmicos el primer gas que se encuentran es nitrógeno y provocan la fluorescencia amarilla, pero si encuentran oxígeno la fluorescencia es azul y el resultado es una fluorescencia verdosa. 

Villanueva de la Serena, a 20 de Marzo de 2023.