Equilibrio térmico de la Tierra

Transcripción

1 Física aplicada a procesos naturales Tema I.- Balance de Energía: Primer principio de la Termodinámica. Lección 2. Equilibrio térmico de la Tierra

2 Principio de conservación de la energía: 1 er P pio de la termodinámica. i La energía intercambiada por un sistema con el medio exterior, hace aumentar o disminuir la energía interna del mismo. U Q W Si no hay cambio de fase, el aumento o perdida de calor se apreciará por la variación ió de la temperatura del sistema. U U C ( T 1 ) 2 T Si hay cambio de fase el sistema intercambiará energía sin modificar su temperatura. 2

3 Balance de Energía en el suelo. Sistema: suelo de la Tierra. Entorno: la capa de aire en contacto con el suelo (capa límite atmosférica. Biosfera). 3

4 Flujo de calor latente (H L ). Flujo de calor sensible (H). Flujo radiativo. Radiación neta (R N ). Flujo de calor en el suelo (H G ). Capa de nieve variable. 4

5 Balance de radiación. Radiación de onda corta (directa y difusa). Rdi Radiación ió de onda larga. Albedo. 5

6 Radiación global y Balance de radiación. terrestre. 6

7 Balance de energía en la superficie i terrestre. Variabilidad climática. Efectos observados. Factores desencadenantes. Modelo simplificado. Tierra-entorno. entorno. Balance de radiación. Emisión de onda larga. Absorción de onda corta. Efecto invernadero. 7

8 Variabilidad climática: Efectos observados. Efectos observados mediante medidas científicas desde Aumento de 0.5 5ºC de la temperatura media de la atmósfera. 2.- Glaciares en retroceso. 3.- Aumento del nivel de los Océanos. 4.- Reducción de la capa de hielo Polar Reducción del espesor del permafrost. 8

9 Variabilidad climática: Efectos observados. 9

10 Variabilidad climática: Efectos observados. 10

11 Variabilidad climática: Efectos observados. 11

12 Factores Antrópicos: Variabilidad climática: Factores desencadenantes. - Emisión de gases invernadero. - Calentamiento directo por máquinas de combustión. - Deforestación. Desequilibrio en el balance hídrico. Factores Naturales: - Erupciones volcánicas. - Actividad Solar. - Cataclismos. 12

13 Variabilidad climática: Factores desencadenantes. 13

14 Balance de radiación. Absorción de onda corta. Modelo simplificado: Tierra-entorno. 14

15 La Tierra vista por el instrumento VIRTIS de Rosetta a km de distancia. Visión visible. 15

16 Modelo simplificado: Tierra-entorno. Potencia de radiación solar que llega a la tierra: 2 S R T Potencia de radiación solar reflejada por la tierra: R 2 T rs R R T - radio de la tierra. S- Constante Solar, 1353 W/m 2. r- reflectividad atmosférica. Bl Balance de radiación ió de onda corta: 2 P a ( 1 r ) S RT 16

17 Balance de radiación. Modelo simplificado: Emisión de onda larga. Tierra-entorno. entorno Tomamos una temperatura media de la superficie de la tierra de 13 ºC y una temperatura media de su atmósfera de -22º C. La tierra se comporta como un cuerpo gris de emisividad media aproximada de 0.6. Potencia radiada en el rango infrarrojo (onda larga) por la tierra: P R RT T st 17

18 La Tierra vista por el instrumento VIRTIS de Rosetta a km de distancia. Visión infrarroja. 18

19 Modelo simplificado. Balance de radiación. Al estar la tierra en equilibrio térmico, se tienen que equilibrar los flujos de energía entrante y saliente. Así la variación de energía interna del sistema es nula. PR P a ( 1 r ) S RT 4 RT T st (1 r 4 ) S 4 T st Ritmo de ganancia o pérdida de energía 237 W/m 2 19

20 Modelo simplificado. Otras fuente de energía. Fuente Contribución Contribución (W/m 2 ) (%) RadioIsótopos Combustión (era industrial) Fenómenos disipativos (mareas) Contribución insignificante en el balance de energía! 20

21 Modelo simplificado. Temperatura de equilibrio. (1 r ) S T st La temperatura de equilibrio i aumenta si: r, <<disminuye o si << disminuye. La reflectividad, r, y la emisividad,, son funciones directas de los gases que componen la atmósfera, una variación de esta composición afectaría a sus valores y a la temperatura de equilibrio del planeta. 21

22 Efecto invernadero I. Gases más abundantes en la atmósfera. C Q O 2 CO 2 Consumo energético medio por persona y año: 3500 Kg. de carbón, 2000 m 3 de gas natural y 4000 l de petróleo. EEUU consume el 33% del total con sólo un 5% de la población mundial. 22

23 Efecto invernadero II. Gases menos abundantes en la atmósfera. CH 4 - su concentración se duplicará en 250 años por descomposición orgánica. Al fundirse el permafrost se libera metano retenido. NO - - Abonos nitrogenados, fuego y desertización. CFC- Disolventes, sprays, circuitos de refrigeración. 23

24 Efecto invernadero: evolución de la concentración de CO 2 en la atmósfera. Medidas realizadas a partir de muestras de aire atrapadas en hielo glaciar en la Antártida. Desde 1750 hasta 1990 se produjo un aumento del 25% en concentración de CO 2 atmosférico. 24

25 Registros de variabilidad d climática. 25

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27 Fenómenos catastróficos asociados a la variabilidad d climática. Fragmentación de la plataforma de hielo Larsen, año

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