Hola RAfa , voy a intentar explicarte algunas de tus preguntas..
3.- La tropopausa en los Polos está más baja que en el Ecuador , porque la Tierra no es una esfera perfecta , sino que está achatada en los polos ... eso hace que las difirentes capas que componen la atmósfera estén a una altura más bajas que el Ecuador .
Te voy a dejar algunas explicaciones que pueden aclarar tus dudas.
La temperatura varía con la altitud según la capa atmosférica, debido a la presión.En la troposfera la temperatura disminuye con la altitud, en la estratosfera la temperatura permanece constante para luego aumentar con la altitud,en la mesosfera disminuye,en la termosfera aumenta con la altitud.
La temperatura disminuye a medida que la altitud aumenta porque la presión del aire también disminuye con la altitud, cuando decrece la presión del aire también lo hace su densidad causando una caída de temperatura.
Los sondeos diarios meteorológicos confirman que, generalmente, a medida que se asciende en la zona de la atmósfera más cercana a la Tierra o troposfera, cuyo espesor medio es de unos 11 km, la temperatura disminuye a un ritmo de unos 0,65 ºC por cada 100 metros de elevación. La causa principal de este fenómeno, conocido como gradiente vertical de temperatura, es la superficie terrestre, que actúa como un foco calorífico, desprendiéndose del calor recibido por la radiación solar y transmitiéndola a la capa de aire más cercana a ella. Así, cuanto más lejos esté una capa de aire de dicha superficie, más fría estará. Sin embargo, en ocasiones se da un aumento de temperatura con la altura, fenómeno que se conoce como inversión térmica.
Según ascendemos, la temperatura disminuye gradualmente (a razón de 6,5ºC cada 1.000m. de altitud) en la TROPOSFERA, donde se producen la mayor parte de los fenómenos meteorológicos y que se extiende desde la superficie terrestre hasta unos 13kms. de altitud de media (en el Ecuador alcanza los 16kms. y en los Polos desciende hasta los 7-8kms.; las estaciones del año, el día y la noche y los cambios de temperatura de la superficie también hacen que varíe su espesor).
Una vez alcanzado el límite superior de la Troposfera la disminución de temperatura cesa y se mantiene constante a -55ºC durante una superficie de transición entre regiones atmosféricas llamada Tropopausa y luego durante toda la Estratosfera, hasta los 25kms.
Y ahora viene lo bueno: la siguiente región por encima de la Estratosfera se denomina Mesosfera, y sí, todavía estamos en la atmósfera terrestre, y la temperatura empieza a ascender hasta llegar a los 50kms. de altitud, donde se alcanzan unos “agradables” 0ºC. Tras esta Capa Caliente, la temperatura vuelve a bajar hasta alcanzar los -80/-110ºC a unos 80kms. de altitud en otra capa de transición llamada Mesopausa.
Por encima de la Mesopausa se encuentra la Termosfera, donde la temperatura empieza a aumentar contínuamente de nuevo hasta el punto de alcanzar los 500ºC a unos 500kms. de altitud (por aqui a Ícaro se le debieron derretir las alas).
Tras la Termopausa, a unos 800kms. de altitud empieza una región sin límite definido llamada Exosfera. Estamos ya en el espacio exterior y las moléculas que forman la atmósfera van disminuyendo gradualmente.
Pero hasta los 70kms. de altitud la composición del aire se mantiene invariable, por lo que la idea de que la temperatura desciende según ascendamos es cierta sólo si puntualizamos que hasta llegar a cierta altitud, que varía alrededor de los 11kms. en la que se alcanzan los -55ºC de temperatura.
1. La clave es la presión atmosférica. Cuando el aire asciende, la presión disminuye (sencillamente porque la columna de aire que va quedando por encima es menor, ya que el peso de la columna de aire es justo la presión atmosférica). Así pues, una burbuja de aire ascendiendo se hincha como un globo, lo que hace (por cuestiones termodinámicas más o menos sencillas que no voy a discutir) que se enfríe. Lo contrario ocurre cuando el aire desciende. Al final, se produce una situación de equilibrio en la que se alcanza un perfil que encaja muy bien con el ideal que describen los procesos adiabáticos (sin intercambio de calor).
Digo más, una vez pasada la tropopausa (el límite de la troposfera, donde se producen los fenómenos atmosféricos y en donde se establece este perfil adiabático), el aire comienza a aumentar su temperatura .
¿Por que en las capas superiores de la atmósfera hace más frío que en las inferiores?
Respondiendo a esta pregunta se suele comentar que los rayos solares calientan poco la atmósfera; la calienta más el calor procedente de la superficie terrestre, gracias a la conducción del calor.
«La Tierra se calienta con los rayos solares que atraviesan el aire sin calentarlo. Cuando inciden sobre la superficie terrestre, le transmiten su calor. A su vez, esta última calienta la capa de aire inmediata a ella. Por consiguiente, las capas superiores de aire están más frías que las inferiores.»
Esta explicación fue publicada en una de las revistas de divulgación científica como respuesta a la pregunta de uno de los lectores: «¿Por qué en las capas superiores de la atmósfera hace mucho frío?»
Cabe decir que el agua puesta a calentar en una cacerola se encuentra en las mismas condiciones: este líquido recibe calor del fondo del utensilio que conduce calor, pero sus capas superiores tienen la misma temperatura que las inferiores. Este hecho se debe al mezclado del líquido calentado por abajo, a la llamada convección. Si la atmósfera fuera líquida, entonces, siendo calentada desde abajo, tendría temperatura igual en cada uno de sus puntos. En la atmósfera gaseosa también hay corrientes provocadas por el calentamiento: el aire frío de las capas superiores desciende desplazando desde abajo el aire templado, pero la temperatura no se iguala. ¿Por qué?
Uno de los libros de texto da la siguiente respuesta que parece bastante verosímil. El aire que sube desde la superficie terrestre, realiza trabajo merced a la energía de su reserva de calor; por ello, cada kilogramo de aire que asciende a 427 m, debe ceder una cantidad equivalente de calor, en este caso, 1 kcal. Si consideramos que el calor específico del aire es de 0,25 kcal/(kg*grad) aproximadamente, cada 100 m de altura su temperatura debe variar en 1 °C. De hecho se observa una variación similar.
A pesar de que esta explicación concuerda con los datos reales, es del todo errónea, pues se basa en una suposición equivocada de que el aire realiza trabajo mientras asciende. En realidad, en este caso dicho fluido realiza tan poco trabajo como un corcho que emerge en el agua. El corcho no se enfría mientras sube a la superficie desde el fondo de un lago ni realiza trabajo, sino que, por el contrario, sobre él mismo se realiza trabajo. De la misma manera el aire sube, siendo desplazado por la corriente fría que realiza trabajo para elevarlo a expensas de la energía de la masa de aire frío que desciende. Además, ¿se enfría, acaso, una bala disparada hacia arriba que realiza trabajo para subir a cierta altura? Ni mucho menos: mientras disminuye su energía cinética, aumenta la energía potencial, de manera que se observa el balance energético sin que la energía mecánica se convierta en térmica.
Ahora queda claro, por qué es errónea otra explicación del hecho de que las capas superiores de la atmósfera tienen temperatura tan baja: las moléculas del flujo de aire ascendente se desaceleran mientras suben, en tanto que la disminución de su velocidad equivale a la disminución de su temperatura. Esta conclusión también es errónea, pero equivocadamente la hicieron suya incluso algunos experimentadores de gran talla, aunque Maxwell en su Theory of Heat prevenía de ella.
«La gravedad decía éste- no influye de ninguna manera en la distribución de temperaturas en la columna de aire.» No debemos hacer caso omiso del hecho de que merced a la gravedad todas las moléculas del gas se desplazan de un modo estrictamente igual, sin alterar la posición de unas respecto a otras: se trata pues, de su traslado paralelo. Por esta razón, el movimiento de una molécula respecto de otras no varía bajo el efecto de la gravedad, lo mismo que al trasladar un recipiente lleno de gas de un lugar a otro. El movimiento térmico de las moléculas no cambia, por ello, tampoco puede cambiar la temperatura del gas.
En realidad, las corrientes ascendentes de aire se enfrían a consecuencia de su expansión adiabática. A1 mezclarse con las capas superiores de la atmósfera, cada vez más enrarecidas, el aire realiza trabajo de expansión a expensas de su reserva de calor. Cuando el gas cambia de estado variando también su presión sin recibir energía desde afuera (y sin cederla al medio exterior), se dice que semejante cambio de estado es adiabático.
En términos cuantitativos, hay que examinar este fenómeno de la manera siguiente. Si junto a la superficie terrestre la temperatura del aire es To y a la altura h es Th, mientras que la presión barométrica es Po y Ph, respectivamente, el descenso de la temperatura a la altura h vendrá dado por la expresión siguiente:
Aquí, k es la razón de la capacidad calorífica del gas a volumen constante con respecto a su capacidad calorífica bajo presión constante; para el aire k = 1,4, por consiguiente, (k -1)/k = 0,29.
Por ejemplo, vamos a calcular el descenso de la temperatura del aire a la misma altura de 5,5 km, donde la presión barométrica es dos veces menor que junto a la superficie terrestre. Para simplificar, vamos a examinar el ascenso de una masa de aire seco. Tenemos, pues, la expresión que sigue:
de donde
Si junto a la superficie terrestre la temperatura es de 17 °C, 0 290 K,entonces
Th = 0,78 * 290 = 226 K.
Esta magnitud equivale a -49 °C, es decir, corresponde a 1°C aproximadamente por cada 100 m de altura.
La presencia del vapor de agua modifica el cálculo que acabamos de exponer: el descenso de temperatura por cada 100 m de altura, igual a 1 grado centígrado para el aire seco, disminuye casi en 0,5 grado si el aire contiene vapor de agua.
Así pues, en el seno de la atmósfera calentada por abajo, la mezcla de masas de aire no puede igualar su temperatura: el aire que asciende, se enfría a consecuencia de la expansión adiabática, mientras que el que desciende, se calienta debido a la compresión adiabática. Por esta razón, las capas superiores de la atmósfera tienen una temperatura menor que las cercanas a la superficie terrestre.
Ahora solo tienes que dijerir el contenido Rafa .
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