El aire

La atmósfera terrestre está formada por una mezcla de gases conocida como aire. Sin esta envoltura gaseosa, la vida en la Tierra nunca habría podido alcanzar el grado de desarrollo que presenta hoy en día. El aire aporta el oxígeno necesario para la respiración de los animales y de los seres humanos, además del dióxido de carbono a partir del cual las plantas realizan el proceso de fotosíntesis.

Además de sus componentes específicos, caracterizan al aire diversas propiedades físicas, como la presión, el peso, la temperatura y la humedad, que se encuentran relacionadas entre sí. El conjunto de los gases que componen el aire ejerce una fuerza sobre la superficie del planeta, conocida como presión atmosférica. Ésta es variable y depende de factores como la temperatura y la altura. El peso sumado de las moléculas de los diferentes gases que lo constituyen es el peso del aire.

En cuanto a la temperatura, la principal fuente de calentamiento del aire es el Sol. Dicho calentamiento varía en un grado muy notable entre unas zonas geográficas y otras, así como a lo largo del día y del año. Por humedad, finalmente, se entiende el contenido de vapor de agua en cierto volumen de aire, existiendo varios modos de expresarlo.

Las variaciones de la presión atmosférica son el motivo de que se produzcan desplazamientos del aire. Cuando tales desplazamientos tienen lugar en vertical reciben la denominación de corrientes atmosféricas. Si, por el contrario, se producen en horizontal, son conocidos como viento.

Existen muy diversos tipos de viento, si bien la forma más habitual de clasificarlos atiende a su área de acción y al periodo de tiempo durante el cual actúan. Basándose en este criterio, los vientos pueden dividirse en planetarios, entre los que destacan los alisios y los contraalisios, y locales, como el fohen, las brisas y los monzones.

La composición del aire

El aire es la mezcla de gases transparente, inodora, incolora e insípida que rodea la Tierra. Se trata del material del que la atmósfera terrestre se encuentra formada. El 99 % de su composición está constituido por nitrógeno y oxígeno. De estos dos gases, el nitrógeno, que se halla presente en un porcentaje mayor, es un gas estable y resulta inerte para los seres vivos.

El oxígeno, presente en un 21 %, es el que cuenta con una verdadera importancia. Este gas resulta fundamental para la respiración de los seres vivos. Es, por tanto, indispensable para la vida. No obstante, el oxígeno también depende de los seres vivos. Una de sus fuentes de producción es el proceso de fotosíntesis que realizan los vegetales, los cuales toman de la atmósfera luz solar, agua y dióxido de carbono, y vierten en ella oxígeno a modo de desecho.

El 1 % restante de la composición del aire está integrado por otros gases, agua –en estado sólido, líquido y gaseoso– y partículas sólidas en suspensión, que pueden ser de tierra, polvo, agentes contaminantes, polen, etc. Entre los gases que forman parte de este 1 %, los gases nobles ocupan una proporción bastante constante, con independencia de las condiciones geográficas.

Por el contrario, otros gases, como el dióxido de carbono, el hidrógeno o ciertos hidrocarburos, aparecen en mayor cantidad sobre los núcleos urbanos e industriales, puesto que es en estos lugares donde se producen. El dióxido de carbono, o CO2, es un gas resultante de la respiración de animales y seres humanos, y el que a su vez emplean las plantas para realizar la fotosíntesis.

En el aire cumple la función de regulador de la temperatura atmosférica. Sin embargo, cuando aparece en grandes cantidades, debido por ejemplo al uso indiscriminado de combustibles fósiles, es el causante del efecto invernadero, cuya principal consecuencia es un aumento de la temperatura en el nivel de la atmósfera más próximo a la superficie terrestre.

Otro gas presente en el aire y que desempeña un importante papel es el ozono (O3). La mayor parte del ozono se encuentra en la zona superior de la estratosfera, en una capa conocida como ozonosfera o, más popularmente, capa de ozono. El O3 se encarga de reducir la radiación ultravioleta presente en los rayos solares, que si llegara con toda su intensidad a la superficie de la Tierra resultaría perjudicial para los seres vivos.

También puede ocurrir que el ozono aparezca en capas bajas de la atmósfera, en cuyo caso se considera un contaminante. Para que cumpla su función beneficiosa, el ozono debe estar en la estratosfera. Los principales gases de los que se compone el aire se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Principales componentes del aire.

Las masas de aire

Se denomina masa de aire a una porción del aire contenido en la troposfera. Esta porción ha de poseer un volumen de grandes dimensiones y debe extenderse sobre una zona geográfica de miles de kilómetros cuadrados. Además, debe contar con unas características, en cuanto a temperatura y humedad se refiere, que sean diferentes a las del aire que la rodea. Los límites de una masa de aire reciben el nombre de frentes.

Los niveles de humedad, temperatura y presión dentro de una masa de aire dependen de la zona geográfica donde ésta se encuentra ubicada. Para llegar a adquirirlos, el aire tiene que permanecer estacionario durante un periodo de tiempo prolongado sobre un mismo lugar, el cual ha de tener a su vez unas condiciones uniformes. En lo referido a temperatura y contenido de agua, los valores dentro de una masa de aire se mantienen prácticamente constantes en nivel horizontal, mientras que decrecen a medida que aumenta la altura.

Las masas de aire se pueden dividir en dos tipos, según la zona donde se generan: masas frías o polares y masas cálidas o tropicales. Éstas se subdividen a su vez en otras dos clases: secas o continentales y húmedas u oceánicas. Una masa de aire situada sobre un área terrestre y fría pertenecerá al tipo frío y continental, mientras que una masa de aire sobre un área marítima tropical se clasificará como tropical y oceánica. Un tipo particular lo constituyen las masas árticas. Éstas poseen unas características similares a las polares y continentales, pero se diferencian de ellas por sus temperaturas excepcionalmente bajas.

Según la zona de la Tierra donde se generen, las masas de aire pueden ser frías (foto de nubes sobre el casquete polar ártico) o cálidas (imagen de una región oceánica tropical).

Según la zona de la Tierra donde se generen, las masas de aire pueden ser frías (foto de nubes sobre el casquete polar ártico) o cálidas (imagen de una región oceánica tropical).

Las zonas del planeta Tierra donde se forman más habitualmente masas de aire son los polos y las áreas subtropicales. Por el contrario, las masas de aire son mucho menos frecuentes en las latitudes intermedias. En estos lugares es difícil alcanzar unas condiciones estables de temperatura y humedad, puesto que es donde las masas de aire polares y subtropicales entran en contacto, se mezclan y modifican sus características.

Las masas de aire no son totalmente estáticas. Pueden desplazarse, alejándose de la zona donde se han formado. Este desplazamiento suele ir acompañado de una alteración de sus características térmicas, de presión y de humedad. Los cambios, a medida que la masa se traslada de una zona geográfica a otra, vienen provocados por varias causas. La primera de ellas es la entrada en contacto, y posterior mezcla, de la masa con un aire que posea unas características distintas a las suyas.

También puede ocurrir que la masa se enfríe al entrar en zonas atmosféricas de baja temperatura. Por último, las características de la masa de aire pueden verse alteradas debido a desplazamientos verticales de la misma como, por ejemplo, encontrarse con una cordillera.

La presión y el peso del aire

El conjunto de los gases que componen el aire ejerce una presión sobre la Tierra; la forma de expresar dicha presión es la de la altura de la columna de mercurio que la equilibra, cuyo valor al nivel del mar es de 760 mmHg.

La presión atmosférica, que se mide con el barómetro, puede experimentar importantes variaciones. En primer lugar, disminuye de forma clara a medida que aumenta la altura. Este fenómeno se debe a la atracción que la fuerza de la gravedad ejerce sobre los gases atmosféricos y que hace que la mayor parte de éstos se encuentren situados en los niveles más próximos a la superficie terrestre.

Por el contrario, en los niveles más altos la concentración gaseosa es mucho menor. El proceso de disminución de la densidad con la altura no es lineal, no se produce en la misma medida en todas las capas de la atmósfera. En los primeros niveles, la presión desciende con bastante rapidez, hasta que alcanza un valor a partir del cual continúa bajando de un modo mucho más lento.

Los cambios de valor de la presión atmosférica en el nivel horizontal son consecuencia, por una parte, de variaciones de temperatura, y por otra, de los movimientos del aire, es decir, del viento. Los aumentos de temperatura provocan que el aire se expanda y, dado que no está encerrado por ninguna barrera física, disminuya su presión.

A nivel del mar, la presión del aire es siempre constante: 760 mmHg. El barómetro es el instrumento que sirve para medir la presión atmosférica.

A nivel del mar, la presión del aire es siempre constante: 760 mmHg. El barómetro es el instrumento que sirve para medir la presión atmosférica.

Al contrario, los procesos de enfriamiento conllevan la contracción del aire y un aumento de la presión. Por otro lado, los vientos conducen a que se produzcan choques de aire en ciertos lugares donde, en consecuencia, la presión crece. Al mismo tiempo, pueden hacer que una zona se «vacíe» de aire y, por tanto, que la presión en ella disminuya.

Para realizar la representación gráfica de la presión atmosférica se emplean dos tipos de líneas: las isobaras y las isohipsas. Las isobaras unen puntos situados a una misma altura y que cuentan con idéntica presión. Las isohipsas, por su parte, unen puntos que poseen la misma presión pero que se hallan a alturas diferentes. En otras palabras, las isobaras indican la presión en superficie y las isohipsas en altura. Los mapas que representan las isobaras del aire sobre una determinada zona geográfica se denominan mapas meteorológicos de superficie. Los mapas de isohipsas son los mapas de altura.

En los mapas de superficie, como el mapa meteorológico de la figura 3, las isobaras pueden adoptar diversas formas, correspondientes a diferentes fenómenos atmosféricos. Los más habituales son los anticiclones y las borrascas. Los anticiclones son zonas de altas presiones. En su representación gráfica, las isobaras son cerradas y concéntricas entre sí. Los valores de presión son más bajos en las isobaras situadas en la parte exterior del conjunto, mientras que los valores más altos corresponden a las isobaras del centro.

Mapa meteorológico de Europa occidental y central. En él se indican las borrascas (B), el anticiclón (A), las isobaras (líneas amarillas) y los frentes de lluvia (líneas rojas y azules).

Las borrascas, por el contrario, son zonas de bajas presiones. En este caso, las isobaras también aparecen cerradas, pero el sentido de variación de la presión es contrario al de los anticiclones. Las presiones altas se localizan en la periferia y los valores van decreciendo a medida que las isobaras se aproximan al centro.

La presión del aire puede variar, dado que éste se compone de una mezcla de gases. Dichos gases están formados por moléculas que no están unidas entre sí, sino que flotan a una gran distancia unas de otras. Cuando la presión aumenta, la distancia que las separa disminuye y las moléculas tienden a unirse. En el caso contrario, cuando la presión disminuye, las moléculas tienden a alejarse entre sí.

Aunque estas moléculas son muy pequeñas y están separadas, poseen un peso, y el peso sumado de todas ellas da lugar al peso del aire. Al nivel del mar, un volumen de aire de 1.000 litros tiene un peso de 1 kg.

La temperatura y la humedad del aire

El Sol es la fuente de calor de la atmósfera. Sin embargo, no todas las zonas de la atmósfera se calientan de igual modo. A medida que la latitud aumenta, en las zonas próximas a los polos los rayos solares llegan a la Tierra más inclinados, por lo que la cantidad de calor recibida es cada vez menor. En las latitudes más bajas –en las zonas cercanas al ecuador terrestre–, el efecto es el opuesto. Aquí los rayos del sol llegan casi perpendiculares y, en consecuencia, la cantidad de calor es mayor.

De todo este calor que llega al planeta, una parte resulta reflejada hacia el exterior de la atmósfera, saliendo al espacio. Otra es absorbida por los océanos y la corteza terrestre. El resto es absorbido por la atmósfera, lo que hace que aumente su temperatura.

La zona ecuatorial es la más calurosa porque es la región del planeta donde los rayos solares caen de forma más perpendicular a la Tierra.

Al mismo tiempo que existe una variación térmica geográfica, dependiente de la latitud, se produce también una variación térmica temporal, tanto diaria como anual. El grado de insolación cambia a lo largo del día, siendo más intenso durante sus horas centrales y más débil al amanecer y al anochecer. El cambio anual se debe al movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol y a la inclinación de su eje. Ambas circunstancias son el motivo de que a lo largo del año se sucedan diferentes estaciones.

El aire se compone en parte de agua. En su gran mayoría, el agua se encuentra en forma de vapor y concentrada en el nivel más bajo de la atmósfera: la troposfera. Su volumen oscila entre el 0 y el 4 %. El origen de la humedad del aire se encuentra en los océanos, cuya agua se evapora por efecto de la radiación solar y pasa a la atmósfera.

Un fenómeno idéntico se produce, aunque en menor medida, en los ríos, lagos y embalses. La cantidad de humedad que puede contener el aire depende de la temperatura. Se conoce como grado de saturación a la máxima cantidad de agua en forma de vapor que, a una determinada temperatura, puede contener un volumen de aire. Si la humedad supera el grado de saturación, el agua comienza a precipitar.

Existen dos modos de medir la humedad. Por un lado, la humedad absoluta equivale al peso del vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire. Por otra parte, la humedad relativa es el porcentaje de vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire, en relación con el que podría llegar a contener a la temperatura en que se realiza la medición, es decir, en relación con el grado de saturación. Esta medida resulta más útil que la de la humedad absoluta.

Al evaporarse a causa de la radiación solar y pasar a la atmósfera, el agua de los océanos provoca la humedad del aire.

La humedad absoluta crece a medida que lo hace la temperatura, mientras que la humedad relativa varía de forma inversa, siendo más baja cuanto más alta sea la temperatura. Los aparatos empleados para medir la humedad del aire son los higrómetros.

Además de en forma de vapor, el agua está presente en el aire también en estado líquido, como pequeñas gotas, y en estado sólido, en pequeños cristales de hielo. La unión de estas gotas y cristales conduce a la formación de las nubes. Cuando las gotas alcanzan un valor suficientemente grande, en torno a 0,13 mm de diámetro, se produce la lluvia.

El viento

El viento es un desplazamiento del aire, generado como consecuencia de un cambio de presión. A su vez, estos cambios de presión vienen motivados por variaciones de la temperatura. La dirección del viento es principalmente horizontal. Cuando, por el contrario, el aire se desplaza en dirección vertical, este movimiento recibe la denominación de corriente atmosférica.

A la hora de estudiar el viento, interesan de forma particular su rumbo y su velocidad. El rumbo indica de dónde –de qué dirección– procede el viento. Una veleta facilita de forma sencilla esta información. En cuanto a la velocidad, ésta es consecuencia, entre otros factores, del gradiente de presión, de la rotación terrestre y de la fuerza centrífuga del planeta. Los aparatos empleados para medir la velocidad del viento son los anemómetros.

Es importante no confundir la velocidad del viento con su fuerza. La fuerza depende de unos factores diferentes, entre ellos la aceleración que alcanza el viento. En el mar, la fuerza se establece según la escala de Beaufort, que recibe el nombre del marino irlandés del siglo xix que la definió. Tal escala, resumida en la tabla 2, clasifica a los vientos en doce grados diferentes, en función de cuál sea su fuerza.

Tabla 2. Escala de Beaufort.

El viento correspondiente al grado 0 se conoce bajo el nombre de calma y posee una velocidad no superior a 1 km/hora. En el extremo opuesto de la escala, en el grado 12, se encuentra el viento denominado temporal huracanado, cuya velocidad puede superar los 120 km/hora. Se ha definido también una escala terrestre, de tipo similar, que clasifica los vientos en función de su fuerza, pero en este caso sólo en seis grados. El grado 0 corresponde a la calma y el grado 6 al temporal huracanado.

Existen muchos tiempos de viento y también múltiples formas de clasificarlos. Puede atenderse, por ejemplo, a las fuerzas que intervienen en su formación o a la dirección que adoptan con respecto a las isobaras. De entre todas las formas de clasificación, la más utilizada es la que se basa en los criterios de cuándo aparece el viento y qué área del planeta se ve afectada por él.

Los vientos alisios circulan desde los polos hacia el ecuador. En el hemisferio norte se mueven en dirección nordeste, mientras que en el hemisferio sur se desplazan en dirección sudeste.

Vientos planetarios

Reciben la denominación de planetarios los vientos que circulan sobre todo el planeta. Se dividen, principalmente, en dos grupos: los alisios, también llamados vientos del este por soplar desde esta dirección, y los contraalisios, o vientos del oeste. La formación de ambos depende sobre todo de dos factores: la diferente medida en que el Sol calienta los polos y el ecuador terrestres y el efecto Coriolis.

Por su mayor proximidad al Sol, la zona ecuatorial de la Tierra sufre, a lo largo de todo el año, un mayor calentamiento que los polos. Esta circunstancia provoca que el aire ecuatorial se caliente, ascienda y se desplace hacia los polos, donde se enfría. Una vez enfriado, el aire desciende y se desplaza de regreso hacia el ecuador, donde vuelve a calentarse para reanudar el ciclo. Existe, por tanto, una continua circulación de aire que abarca a todo el planeta.

Por otro lado, las direcciones respectivas que adoptan estas corrientes de aire que van desde el ecuador a los polos y desde los polos al ecuador vienen determinadas por el efecto Coriolis, que se halla relacionado con la rotación terrestre. Debido a esta rotación, los puntos que están situados cerca de los polos poseen una velocidad tangencial menor que los que se encuentran en las proximidades del ecuador. Ello se debe a que en el mismo plazo de tiempo, un día, tienen que trazar una circunferencia mucho menor.

Por tanto, si una corriente de aire se desplaza desde los polos hacia el ecuador, pasa durante su recorrido por zonas que se desplazan con una velocidad tangencial superior a la suya, lo que hace que el viento se retrase con respecto a la rotación terrestre, y, en consecuencia, que se desvíe hacia el oeste. Al contrario, las corrientes que se desplazan desde el ecuador hacia los polos poseen una alta velocidad tangencial y esto les permite adelantarse a la rotación y desviarse hacia el Este.

Los vientos que circulan desde los polos hacia el ecuador son los alisios. La dirección desde la que provienen, en virtud del efecto Coriolis, es nordeste en el hemisferio norte y sudeste en el hemisferio sur. Los vientos que, por el contrario, circulan desde el ecuador hacia los polos son los contraalisios, también llamados westerlies. Soplan desde el sudoeste en el hemisferio norte y desde el noroeste en el hemisferio sur.

En la circulación general de los vientos existen tres zonas independientes en cada hemisferio, que reciben el nombre de células: las de circulación tropical, o de Hadley; las de circulación subtropical, o de Ferrell, y las de circulación polar, generadas en las inmediaciones de los polos. La figura 7 muestra cómo se produce la circulación del aire y la forma en que los vientos se desplazan por el planeta.

Por otro lado, si se toma como referencia la distribución de los vientos planetarios se puede dividir el globo terrestre en cinco zonas diferenciadas: dos polares, dos templadas y una intertropical o ecuatorial. Las zonas polares no se ven afectadas ni por los vientos alisios ni por los contraalisios. Las zonas templadas son las ubicadas, en el hemisferio norte, entre el círculo polar ártico y el trópico de Cáncer, y, en el hemisferio sur, entre el círculo polar antártico y el trópico de Capricornio.

En términos de latitud se encuentran, respectivamente, entre 30 y 60° de latitud norte y sur. En ambas zonas actúan los contraalisios. Por último, la zona intertropical o ecuatorial es el campo donde soplan los vientos alisios.

Vientos periódicos y locales

Estos vientos poseen un carácter intermitente y se manifiestan sólo en ciertas épocas del año y en determinados lugares. Son consecuencia de las características geográficas, así como de los cambios de temperatura relacionados con el paso de las estaciones.

Los monzones son un ejemplo claro de vientos periódicos. Aunque también se dan lugar en otras zonas del mundo, tienen su mayor efecto en el continente asiático. Se deben a grandes variaciones de temperatura sobre las zonas terrestres, parejas a los cambios de estación.

Los diferentes tipos de brisa son vientos locales que actúan sobre áreas geográficas bien definidas. Las brisas costeras, por ejemplo, son el resultado del diferente grado de calentamiento que alcanzan el mar y la tierra. Durante el día, el mar es capaz de absorber grandes cantidades de calor, que se emplea en la evaporación del agua. Sin embargo, las zonas terrestres pueden absorber mucho menos calor.

Circulación del aire: a) el aire caliente se desplaza desde el ecuador hacia los polos y, cuando se enfría, regresa de nuevo de los polos al ecuador; b) las células tropical, subtropical y polar son las tres zonas de circulación general de los vientos.

Este calor no absorbido hace que aumente la temperatura del aire. En consecuencia, el aire que se encuentra sobre la tierra está más caliente que el aire situado sobre el mar y, por tanto, tiende a ascender. Al mismo tiempo, el aire del mar, más fresco y denso, se desplaza para ocupar su lugar. El resultado es la brisa marina, que sopla desde el mar hacia la costa.

Durante las horas nocturnas, el efecto es el contrario. La tierra se enfría con mayor rapidez que el agua del mar, por lo que, en este caso, el aire situado sobre la tierra posee una menor temperatura que el que se encuentra sobre el mar. En consecuencia, el aire marino, más caliente, se eleva, y su lugar lo ocupa el aire de tierra. La brisa resultante sopla desde la costa hacia el mar.

Un fenómeno similar tiene lugar en las zonas montañosas. Las brisas de valle se forman porque durante el día el aire situado sobre las laderas se calienta más que el de los valles, que se desplaza para ocupar el lugar del primero. El efecto se invierte por las noches, soplando entonces las brisas de montaña.

El foehn es un viento cálido y seco que se produce en la cordillera de los Alpes. Este viento local sopla cuando el aire desciende desde la parte alta de las montañas hacia los valles, calentándose y perdiendo humedad durante el trayecto. Su nombre proviene de la palabra latina favonius, que significa tibio.

Cactáceas que emergen sobre el desierto de Sonora. El viento homónimo sopla en este árido paraje de los Estados Unidos.

Según la zona geográfica, este viento adopta denominaciones diferentes: maloja en Suiza, ijuka en Austria y zonda en la zona de los Alpes meridionales. Otros vientos locales ligados a zonas montañosas son el chinuk, en la cordillera estadounidense de las Rocallosas (Rocosas); el samún, en Irán, y el yamo oroshi, en Japón.

Existen numerosos vientos locales en distintas regiones del planeta. El mistral es un viento frío y seco que puede alcanzar velocidades de hasta 100 km/h y que afecta a la zona noroccidental del mar Mediterráneo. El siroco sopla en el sur y sudeste de África, aunque su efecto puede sentirse hasta en las regiones europeas del Mediterráneo. Se trata de un viento muy caliente, que puede, o no, ser portador de humedad. Suele arrastrar grandes cantidades de polvo y arena en suspensión, provenientes en su mayor parte del desierto del Sahara.

El sonora es un viento característico del desierto homónimo de los Estados Unidos. Es muy cálido y arrastra también polvo y arena consigo. El burán tiene su origen en Siberia y se trata de un viento muy frío, causante de fuertes nevadas. Su campo de acción abarca a Rusia y Ucrania.