METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA
Valentín Vásquez
Oaxaca, México
valeitvo@yahoo.com.mx
Introducción
Todo
lo que existe en el universo es materia que se mueve producto de las
contradicciones internas. En el universo físico es la atracción vs la repulsión
la que mueve a la materia. Es precisamente la atracción de la materia dispersa
en una porción finita del universo –Vía Láctea- la que dio origen al sistema
solar, estructurado en una estrella central -Sol- alrededor de la cual se
mueven en órbitas elípticas su “familia” de planetas, entre los que se encuentra la Tierra. Pero la atracción, tuvo
su contra-parte: la repulsión –calor- que se produjo cuando la materia rebaso un
límite en su movimiento de contracción,
a partir del cual dejó de ser materia comprimida de gas y polvo, para
convertirse en su núcleo central en una estrella, cuya elevada temperatura, generó reacciones
termonucleares para la fusión los núcleos de hidrógeno, para formar helio y liberación de energía solar –calor- que equilibró a la fuerza de
atracción.
La fuerza de atracción -gravedad- provocó el
impacto frecuente de materiales de distinto tamaño, durante la formación de los
planetas, produjo los movimientos de rotación y traslación de los planetas
alrededor del Sol. Una vez formados los planetas los impactos fueron
ocasionales, pero fue precisamente, uno de esos impactos casuales de un
asteroide del tamaño de Marte, el que dio origen a la Luna, como lo probaron la
analogía de las rocas de nuestro satélite y la de la Tierra (Hazen, 2015).
Además, fue ese impacto sucedido en los primeros cincuenta millones de años de
haberse formado la Tierra, el que dio como resultado la inclinación del eje
terrestre en un ángulo de 23.5° respecto a la eclíptica, responsable de las
estaciones del año.
Como
la atmósfera es parte integral de la Tierra como totalidad, por consiguiente,
existe desde su formación hace aproximadamente unos 4500 millones de años. La
atmósfera primitiva seguramente fue “barrida” por el viento solar, el cual
desplazó a los elementos químicos más ligeros –hidrógeno y helio- a una
distancia mayor para formar a los planetas exteriores –Júpiter, Saturno, Urano
y Neptuno-, quedando los materiales sólidos más densos cercanos al Sol, para
formar a los planteas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
La
intensa actividad volcánica en nuestro joven planeta dio origen a una atmósfera
primitiva de naturaleza reductora, cuyos componentes principales fueron el
metano, el amoniaco, el bióxido de carbono y el vapor de agua. Con el posterior
enfriamiento de la Tierra, el vapor de agua se condensó para formar las nubes y las posteriores precipitaciones, cuyos escurrimientos se acumularon en las depresiones para dar como resultado a los océanos, cruciales para el clima, al ser los principales aportadores de humedad a la atmósfera, ya que los hidrometeoros en los que participa el agua, son los más importantes para la biósfera en general y para la especie humana en particular.
Una vez
aparecida la Tierra con su atmósfera, hidrosfera y los continentes de roca granítica, que se elevaron por encima de los basaltos oceánicos para formar el relieve, generando así, el escenario espacial -distribución de océanos y continentes- por los que se mueve la atmósfera -aire- con el aporte de energía procedente del Sol, para generar el tiempo meteorológico y el clima.
Dado que el escenario espacial -distribución de océanos y continentes- en el que se mueve la atmósfera es relativamente estable, así como la radiación que llega del Sol también es relativamente constante, por consiguiente, a largo plazo, las condiciones meteorológicas cambiantes, tienden a ser relativamente estables, para dar origen al clima, al cual se adaptan los seres vivos.
Dado que el escenario espacial -distribución de océanos y continentes- en el que se mueve la atmósfera es relativamente estable, así como la radiación que llega del Sol también es relativamente constante, por consiguiente, a largo plazo, las condiciones meteorológicas cambiantes, tienden a ser relativamente estables, para dar origen al clima, al cual se adaptan los seres vivos.
1. Marco de referencia teórico
El
marco de referencia teórico que orienta el presente escrito son las leyes
universales de la dialéctica descubiertas y expuestas por Hegel en su Ciencia
de la lógica entre 1812 y 1816.
La
ley del tránsito recíproco de la cantidad y la cualidad, la expone en la
primera parte de su obra: en la doctrina del ser. Este en su movimiento se da
una existencia como ser finito. El ser finito está constituido por la unidad
contradictoria de la cantidad y la cualidad. Esta es idéntica al ser, por
consiguiente, en su movimiento cuantitativo se conserva hasta cierto límite,
que si se rebasa, se transforma en una nueva cualidad. El rango en el que se
mueve la vieja cualidad, se conoce como medida, de tal forma que la cualidad
mientras se mueva en los límites que definen a la cualidad, permanece, pero si
se rebasa, se produce un salto –cambio brusco-, a través del cual la vieja
cualidad es relevada por una nueva cualidad. Así pues, la ley del tránsito recíproco
de la cualidad y la cantidad, establece que todos los objetos, se mueven, es
decir, son procesos, que cambian gradualmente, hasta que se produce un cambio
repentino, con el aparece una nueva cualidad. En suma el movimiento es la
unidad de la cantidad y la cualidad, de la continuidad, discontinuidad, de la
evolución y la revolución, etc. Se aplica, cuando se analiza cualquier objeto
de estudio en su movimiento y tiene carácter universal.
La
ley de la contradicción, la expone en la segunda parte de su lógica, en la
doctrina de la esencia, que resulta de la negación de la doctrina del ser, al
rebasarse la medida. La ley de la contradicción es la más importante, ya que
establece que todos los objetos del universo, son la unidad de aspectos o
tendencias contradictorias, cuya interacción produce el movimiento de la
materia, es decir, la contradicción constituye la “fuerza” motriz que mueve a
la materia. Al igual que la ley del tránsito recíproco de la cantidad y la
cualidad, la ley de la contradicción tiene naturaleza universal, por
consiguiente, opera en la naturaleza, la sociedad y el pensamiento. En suma, la
ley de la contradicción, es el “alma” de la dialéctica.
La
ley de la negación de la negación –naturaleza cíclica-, la expone en la tercera
parte de su obra: doctrina del concepto. En esta parte, se supera, a través de
la segunda negación, la esencia, para ser relevada, por una nueva cualidad: el
concepto. Este constituye la “célula” del pensamiento y representa un salto
–cambio cualitativo- al pasar de la esencia a la esfera del pensamiento –el
concepto-, con lo que se retorna al punto de partida, el ser abstracto, del
cual parte el análisis de Hegel, después de la doble negación. La ley de la
negación, es el resultado de la negación recíproca del ser y la esencia.
Las
tres leyes de la dialéctica descubiertas y expuestas por Hegel en su Ciencia
de la lógica, aunque solo las considera en la esfera del pensamiento y este tiene un contenido dado por el universo material; en este sentido, tienen carácter general, ya que operan en la
naturaleza, la sociedad y el pensamiento.
Las
tres leyes descubiertas por Hegel y expuestas en su Ciencia de la lógica, se
presentan en la imagen siguiente.
Imagen 1. Naturaleza contradictoria y cíclica del pensamiento dialéctico y su expresión matemática: (-) (-) = (+)
Las
tres leyes universales descubiertas por Hegel, no agotan el marco de
referencia; también, el espacio y el tiempo, son conceptos generales inherentes
a todos los procesos materiales y la atmósfera como tal no es una excepción.
El
tiempo es una forma de existencia de la materia y tiene que ver con el existir de los objetos unos después de otros -o fases de un mismo proceso después de otras-. En este sentido el tiempo implica sucesión y/o duración de los procesos materiales. Además, también puede concebirse como espacio en movimiento.
El
espacio es otra forma de existir de la materia y consiste en la existencia de unos objetos al lado de otros. En este sentido un mapa no es más que la representación espacial de una porción de la superficie terrestre o de la Tierra como totalidad -Mapamundi- y en el caso de climas expresa la existencia de unos climas al lado de otros. Como el espacio es la contra-parte del tiempo, puede concebirse como tiempo en un momento de reposo reposo.
La atmósfera como todo objeto material tiene una dimensión temporal que es objeto de estudio de la Meteorología y la dimensión espacial es objeto de estudio de la climatología. Es decir, ambas ciencias tienen como objeto de estudio la atmósfera y se complementan recíprocamente.
La atmósfera como todo objeto material tiene una dimensión temporal que es objeto de estudio de la Meteorología y la dimensión espacial es objeto de estudio de la climatología. Es decir, ambas ciencias tienen como objeto de estudio la atmósfera y se complementan recíprocamente.
2. Meteorología
2.1. Meteoros: objeto de estudio de la Meteorología
2.1. Meteoros: objeto de estudio de la Meteorología
La Meteorología en su desarrollo histórico como ciencia, inicia en la Grecia antigua, antes de Cristo con Aristóteles. Su objeto de estudio son los meteoros, que en la etimología griega, hace referencia a todo fenómeno físico que acontece en el aire o atmósfera.
En la siguiente imagen, se presenta el objeto de estudio de la Meteorología.
Imagen 2. Meteoros objeto de estudio de la Meteorología
En la imagen anterior, se observa que el objeto de estudio de la Meteorología es muy amplio. Tiene que ver con meteoros: acuosos -hidrometeoros-, sólidos -litometeoros-, luminosos -fotometeoros- y eléctricos -electrometeoros-.
La atmósfera se encuentra en permanente movimiento y la Meteorología como cualquier ciencia, busca la inmovilidad o constancia en la variabilidad de los fenómenos atmosféricos. Lo que permanece en reposo relativo en la variabilidad temporal de las condiciones atmosféricas, es la hora o momento en que se registran las variables atmosféricas. Por consiguiente, en la definición del tiempo atmosférico, tiene que estar implícito, el momento u hora, como rasgo genérico del que se deriva la verdad –lógica-. En este sentido, el tiempo atmosférico, que constituye el objeto de estudio de la Meteorología, se define como el estado momentáneo de la atmósfera.
La atmósfera se encuentra en permanente movimiento y la Meteorología como cualquier ciencia, busca la inmovilidad o constancia en la variabilidad de los fenómenos atmosféricos. Lo que permanece en reposo relativo en la variabilidad temporal de las condiciones atmosféricas, es la hora o momento en que se registran las variables atmosféricas. Por consiguiente, en la definición del tiempo atmosférico, tiene que estar implícito, el momento u hora, como rasgo genérico del que se deriva la verdad –lógica-. En este sentido, el tiempo atmosférico, que constituye el objeto de estudio de la Meteorología, se define como el estado momentáneo de la atmósfera.
2.2. Naturaleza de la atmósfera
La esencia es la contra-parte de la apariencia y está oculta detrás de la sensibilidad, por consiguiente, se requiere el concurso del pensamiento abstracto para descubrirla y con mayor razón en el caso de la atmósfera, ya que por su naturaleza física es invisible. Su condición de insensibilidad a la vista, indujo a Aristóteles a concebir a la atmósfera, como un espacio "vacío" en el que estaba contenida la materia; sin embargo, la atmósfera también es de naturaleza material, como lo confirmaron los descubrimientos de los gases que constituyen su contenido en la segunda mitad del siglo XVIII, especialmente por químicos de Francia e Inglaterra. Fue necesaria la aplicación de la química al estudio de la atmósfera –aire- para desmentir la apariencia percibida por el sentido común.
Así pues, el rasgo genérico y esencial que caracteriza a la atmósfera es su naturaleza gaseosa. La mezcla de gases que la constituyen han cambiado desde la aparición de la Tierra hace 4500 millones de años hasta la atmósfera actual, contenido que ha sido moldeado por la biósfera, particularmente con la aportación de oxígeno producto de la fotosíntesis, así como el bióxido de carbono que resulta de la respiración de los organismos vivos, aunque inicialmente fue aportado por una intensa actividad volcánica de la Tierra primitiva y posteriormente se convirtió en materia prima de la fotosíntesis, junto con el agua aportada por el suelo.
En la siguiente imagen se presentan los componentes gaseosos de la atmósfera actual.
Imagen 3. Contenido (gases) de la atmósfera
En la imagen precedente, se aprecia que el nitrógeno y el oxigeno, son los gases más abundantes en la atmósfera ya que entre ambos suman el 99%; contrastando con el 1% de los otros gases atmosféricos. Dentro de ese 1%, el argón representa el 0.93%, pero dada su elevada estabilidad química, por tratarse de un gas noble no desempeña una función importante en el aire; el bióxido de carbono con su 0.033%, a pesar de su insignificancia cuantitativa, es muy importante desde el punto de vista cualitativo -clima-, puesto que se trata del principal gas invernadero que retiene la energía que la superficie terrestre emite para calentar a la atmósfera. Hasta aquí se trata de una atmósfera seca, no obstante, el aire nunca se encuentra totalmente seco, siempre tiene cierta cantidad de humedad -vapor de agua-, que tiende a 0% en los polos y 4% en los trópicos. También se trata de un gas invernadero, que contribuye al calentamiento de la atmósfera, pero su función es más importante, desde el punto de vista climático, al participar en el desarrollo de los hidrometeoros que son cruciales para la vida de los organismos vivos, al aportar agua para que pueda producirse el metabolismo, que mueve y conserva a la materia viva.
2.3. Estructura del contenido (gases) de la
atmósfera
En el universo lo único que existe es materia que se mueve como resultado de las contradicciones. Pero la materia en su movimiento genera su forma o estructura. La materia no está dispuesta al azar, siempre tiene una forma o estructura que le corresponde.
La materia en movimiento constituye el contenido y éste en su desenvolvimiento genera su propia estructura o forma. No existe contenido sin forma, ni forma sin contenido. En el caso particular de la atmósfera, su contenido consiste en los gases que la componen y la forma, la estructura u organización de los mismos en capas que envuelven a la superficie terrestre.
La estructura –forma- en la que se organizan los gases atmosféricos se muestran en la siguiente imagen.
Imagen 4. Estructura vertical de la atmósfera
De las cuatro capas que constituyen la estructura vertical de la atmósfera, la más importante desde el punto de vista meteorológico es la troposfera, debido a a que en ella se concentra el 80% de los gases y prácticamente todo el vapor de agua, responsable de todos los hidrometeoros -principalmente nubes y precipitación- y se localiza en la parte inferior y coexiste e interacciona con la litosfera y la biósfera.
Para cuantificar las principales variables atmosféricas (meteorológicas) existen estaciones convencionales en las que observadores diariamente las miden. Sin embargo, la revolución tecnológica en las tecnologías de la información y la comunicación, ha permitido que gradualmente las estaciones convencionales sean relevadas por estaciones automáticas que registran las variables meteorológicas.
Una estación automática se muestra en la siguiente imagen, la cual está equipada con los principales instrumentos meteorológicos que miden las principales variables atmosféricas (temperatura, dirección y velocidad del viento, precipitación y radiación solar), accionada con energía solar.
Una estación automática se muestra en la siguiente imagen, la cual está equipada con los principales instrumentos meteorológicos que miden las principales variables atmosféricas (temperatura, dirección y velocidad del viento, precipitación y radiación solar), accionada con energía solar.
Imagen 5. Estación meteorológica automática
Las variables atmosféricas medidas en las estaciones meteorológicas son fundamentales para el pronóstico del tiempo.
3. Energía que mueve a la atmósfera
3.1. Radiación solar
Comprender la esencia de la radiación solar es de trascendental importancia, ya que es la fuente de energía de muchos procesos físicos, químicos y biológicos. Del conocimiento científico de su naturaleza depende la explicación de los procesos en los que participa. La concepción de su naturaleza está condicionada por el contexto histórico de sus autores. Así, a fines del siglo XVII y principios del siglo XVIII, cuando la Mecánica era la ciencia más desarrollada, la doctrina que predominó fue la de la naturaleza mecánico-corpuscular formulada por Newton, a tal grado que desplazó durante un siglo a la teoría ondulatoria expuesta por primera vez por Huygens a fines del siglo XVII. Pero el conocimiento científico se mueve gradualmente y a saltos y es así como en 1865, se produce un salto revolucionario con la formulación de la teoría electromagnética de Maxwell, la cual negó a la teoría corpuscular de Newton. El conocimiento siguió moviéndose y es a principios del siglo XX, cuando se da otro salto en el desarrollo del conocimiento acerca de la naturaleza de la luz, con la Mecánica cuántica de Plank y el efecto fotoeléctrico de Einstein, descubrimientos que probaron la naturaleza corpuscular de la luz, con lo que se retorno al punto de partida, pero a un nivel muy superior, ya que la negación no es absoluta, implica la conservación de lo positivo de cada doctrina.
Ante las evidencias experimentales y teóricas, es hasta 1924, cuando De Broglie acepta la naturaleza dual de la luz: onda y partícula.
Aplicando las leyes generales descritas en el marco de referencia teórico, resulta que tanto la teoría corpuscular como la teoría ondulatoria son ciertas, ya que ambas contribuyen al conocimiento de la verdad como lo testimonia el aporte de dichas teorías al conocimiento de la naturaleza de la luz. Pero si se recurre a la ley de la contradicción, resulta que la luz es de naturaleza contradictoria; es decir, es onda y es partícula a la vez. Específicamente, se trata de micro-partículas llamadas fotones que tienen un movimiento ondulatorio con una velocidad de 300,000 kilómetros por segundo. La enorme velocidad con que se mueven los fotones, es natural y lógica, ya que en realidad se trata de “micro-proyectiles” nucleares emitidos o “disparados” por el Sol por la explosión de “bombas” termonucleares de hidrógeno en su interior.
Es evidente, pues, que el conocimiento de las leyes generales del movimiento de la materia y del pensamiento, permiten entender racionalmente los problemas de las ciencias particulares, ya que lo general está parcialmente inmerso en lo particular, por esta razón, constituye su fundamento teórico y nos evita movernos a "ciegas" en el complejo mundo de la ciencia.
Es evidente que el desconocimiento de las leyes generales del movimiento de la materia y del pensamiento induce a polémicas estériles que frenan el desarrollo del conocimiento, como fue el caso de la naturaleza de la radiación solar.
En la imagen que sigue, se describe la fusión nuclear en el interior del Sol, proceso que da origen a la materia –helio- y la energía solar que incide en la Tierra para mover a la atmósfera, para generar el tiempo y el clima.
Imagen 6. Naturaleza nuclear del origen de la radiación solar
En la imagen mostrada arriba, se lee que en el interior del Sol, cada segundo se fusionan 564 millones de toneladas de núcleos de hidrógeno, para formar 560 millones de toneladas de helio y 4 millones de energía solar que se transfiere a la Tierra, para mover a la atmósfera y así generar el tiempo y el clima.
La fusión nuclear se los protones de hidrógeno -de carga positiva- en el núcleo del Sol, es posible por la temperatura de 15 millones de °C, lo que significa que los núcleos de hidrógeno se mueven a enormes velocidades, de tal forma que superan las fuerzas de repulsión y se fusionan, para producir materia y energía. Así pues, son las fuerzas de atracción y repulsión las que mueven al Sol, para generar helio y energía que llega a la Tierra en forma de calor.
3.2. Calor y temperatura
La fusión nuclear se los protones de hidrógeno -de carga positiva- en el núcleo del Sol, es posible por la temperatura de 15 millones de °C, lo que significa que los núcleos de hidrógeno se mueven a enormes velocidades, de tal forma que superan las fuerzas de repulsión y se fusionan, para producir materia y energía. Así pues, son las fuerzas de atracción y repulsión las que mueven al Sol, para generar helio y energía que llega a la Tierra en forma de calor.
3.2. Calor y temperatura
Según la Termodinámica, la radiación es calor, forma de energía que se caracteriza por su transmisión o transferencia de un objeto material de mayor temperatura a otro de menor temperatura. En este sentido, el Sol con una temperatura superficial de alrededor de 6000°C, transfiere calor a la Tierra con una temperatura promedio de 15°C.
La atmósfera es la primera capa de gases con la que interacciona el calor procedente del Sol, tal como se muestra en la siguiente imagen.
Imagen 7. Transferencia del calor del Sol a la Tierra
En la imagen anterior, se muestra que que la energía en forma de calor proveniente del Sol, está compuesta por toda un complejo de radiaciones que constituyen el espectro electromagnético y pueden clasificarse en tres categorías: onda corta, onda larga y luz visible. Las radiaciones de onda corta -rayos X y radiaciones ultravioletas- se consumen en las capas altas de la atmósfera -desde la estratosfera hasta la termósfera- en procesos foto-químicos de ionización y disociación de los gases atmosféricos y, finalmente a la superficie terrestre solo llega la radiación visible. Así pues, la atmósfera funciona como un "filtro" que retiene las radiaciones de onda corta y solo permite el paso de la luz visible e infrarroja que es la que calienta a la superficie terrestre.
Como la energía es materia en movimiento, por consiguiente, la radiación solar es un flujo de micro-partículas –fotones- que se mueven a gran velocidad -300,000 km/seg- y al impactar con la superficie terrestre –principalmente litosfera y la hidrosfera-, transfieren por contacto –conducción- calor a la atmósfera y ésta, transmite por convección en su interior el calor, desde una porción más caliente a otra más fría.
Como la energía es materia en movimiento, por consiguiente, la radiación solar es un flujo de micro-partículas –fotones- que se mueven a gran velocidad -300,000 km/seg- y al impactar con la superficie terrestre –principalmente litosfera y la hidrosfera-, transfieren por contacto –conducción- calor a la atmósfera y ésta, transmite por convección en su interior el calor, desde una porción más caliente a otra más fría.
Los principales procesos, a través de los cuales se transmite el calor en el sistema Sol- Tierra (superficie)-Atmósfera, se presenta en la imagen siguiente.
Imagen 8. Formas de transmisión del calor en el sistema: Sol-Tierra
En la imagen presentada arriba, se aprecia que del Sol el calor se mueve directamente a la superficie terrestre -hidrosfera y continentes- y al al interaccionar con ella la calienta, cuyo calor lo transmite por contacto -conducción-. La energía calorífica en el interior de la atmósfera, por diferencias de temperatura entre la parte inferior -caliente- se transfiere por convección a la parte superior de la troposfera -fría-. En síntesis, el calor se transmite del Sol a la superficie terrestre y de ésta al aire para moverlo, a través de tres procesos físicos: radiación, conducción y convección.
La radiación aportada por el Sol como calor se transforma en temperatura y por las diferencias térmicas verticales del aire, se produce el desplazamiento mecánico de la atmósfera en sentido vertical –ascenso y descenso- y en sentido horizontal genera los vientos, que se mueven de las zonas de alta a baja presión.
Tanto el calor, como la temperatura y el movimiento mecánico de la atmósfera, son formas de energía particulares o singulares, cuyos rasgos comunes deben considerarse en la definición de la energía en general, ya que la verdad de lo singular está en lo general o universal que se repite en los objetos singulares, en este sentido las formas singulares de energía asociadas al movimiento de la atmósfera.
El rasgo genérico de las tres formas de energía analizadas, consiste en la capacidad de movimiento de la atmósfera y como ésta es materia, por consiguiente, se debe definir la energía, como capacidad de movimiento de la materia.
Como en todo el universo físico, la contradicción que mueve a la atmósfera para generar el tiempo meteorológico y el clima, es la atracción y la repulsión. Específicamente se trata del calor –repulsión- y el frío –contracción-. El calor como fuente primaria de energía aportada por el Sol, calienta la superficie terrestre y por conducción –contacto- se transfiere a la atmósfera y se transforma en temperatura, es decir, en energía interna de la atmósfera que calienta la parte inferior de la troposfera y por convección se mueve a la parte superior fría de la troposfera, como resultado de las diferencias de temperatura del aire en la capa más baja de la atmósfera, de mayor temperatura, a la capa superior de la troposfera de menor temperatura. En suma, el calor se transforma en temperatura y la temperatura en calor, para mover verticalmente a la atmósfera y distribuir la energía proveniente del Sol en el aire.
La cantidad e intensidad de la radiación -calor- que incide en la superficie terrestre está condicionada por la geometría esférica de la Tierra y por la inclinación del eje terrestre respecto al plano de la eclíptica, como se muestra en la imagen siguiente
Imagen 9. Incidencia de la radiación solar en la superficie terrestre
En la imagen anterior, se observa que la inclinación del eje terrestre y la forma esférica -geometría- de la Tierra, condicionan la intensidad y la cantidad de calor que el Sol transfiere a la superficie terrestre. Así, es la región entre los trópicos la que recibe mayor cantidad de radiación, debido a su incidencia directa o perpendicular al concentrarse en una menor área, en comparación con las regiones más alejadas en las que la radiación solar se distribuye en áreas mayores, tanto en el polo norte como en el polo sur. De esta forma, se generan tres zonas térmicas en cada hemisferio: templada, fría y la cálida intertropical que es común a ambos hemisferios.
3.3. Movimiento teórico de la atmósfera
El movimiento teórico de la atmósfera se presenta idealmente, cuando se hace abstracción de la rotación terrestre y del relieve. En este sentido, se produce un movimiento teórico del aire, desde las regiones tropicales más calientes al recibir mayor cantidad de radiación del Sol, hacia las regiones polares más frías al recibir menor radiación aportada por el Sol. Así pues, es la convección la que mueve a la atmósfera de las zonas tropicales a las zonas polares, debido a las diferencias de temperatura, distribuye la energía procedente del Sol en la atmósfera, para generar los movimientos verticales y horizontales del aire.
El movimiento teórico –ideal- de la atmósfera se observa en la siguiente imagen.
Imagen 10. Movimiento teórico -ideal- de la atmósfera
En el movimiento teórico -ideal- se hace abstracción de la rotación de la Tierra y del relieve, por consiguiente, en la imagen mostrada arriba, se observa que en las regiones tropicales que reciben mayor cantidad de energía solar, calientan al aire de la troposfera y por su menor densidad se elevan y se enfrían en la parte superior de la troposfera, con lo que el aire se vuelve denso -pesado- por lo que derrama horizontalmente hasta los polos, en los que se vuelve más pesado por las menores temperaturas y desciende nuevamente y retorna al Ecuador donde se originó. Es evidente, que en realidad se trata de una gran celda de convección, en la que el calor se mueve cíclicamente por las diferencias de temperatura, tanto en sentido vertical, como latitudinal -horizontal-. De esta forma, por el proceso de convección térmica, el calor se distribuye de las zonas tropicales a las zonas polares.
3.4. Movimiento real de la atmósfera
3.4. Movimiento real de la atmósfera
Sin embargo, la Tierra realmente se mueve mecánicamente. Thompson y O´ Brien (1984) explican que la Tierra en sus movimientos mecánicos de traslación y rotación, se mueve a más de 110,0000 y 1670 km/hora respectivamente. El movimiento de traslación determina la geometría de la órbita terrestre alrededor del Sol y el movimiento de rotación conjuntamente con el ángulo de inclinación del eje terrestre determina las estaciones del año. Ambos tipos de movimiento, condicionan la cantidad de energía solar que la Tierra recibe y así determinan la naturaleza del movimiento del aire y con ello el tiempo y clima.
El movimiento real de la atmósfera, condicionado principalmente por la rotación terrestre se presenta en la imagen siguiente.
Imagen 11. Movimiento real de la Tierra y de la atmósfera (aire)
En la imagen precedente, se aprecia que el aire procedente de los polos, por el efecto de la rotación terrestre y por provenir de regiones en las que se mueve a menor velocidad que en las regiones cercanas al Ecuador, se retrasa y se desvía a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda el hemisferio sur. En contraste, las masas de aire que se mueven del Ecuador a los polos, al dirigirse de una de región en la que se mueven a mayor velocidad a una zona de menor velocidad, se adelantan y se desvían hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. En suma, la rotación terrestre y la diferencia de velocidades de los polos y el Ecuador generan la fuerza inercia de aceleración -Coriolis- que altera radicalmente el movimiento teórico -ideal- de la atmósfera, tal como se observa y se explica en la anterior imagen.
Los movimientos horizontales de las masas de aire dan origen a los principales vientos de la Tierra, los cuales se muestran en la imagen que se presenta a continuación.
Imagen 14. Circulación general de la atmósfera -aire-
En la imagen anterior, es evidente que los vientos planetarios son movimientos horizontales de la atmósfera y se dirigen de las altas a las bajas presiones atmosféricas. Se clasifican en tres categorías: Alisios, del Oeste y Polares del Este. Los vientos Alisios son los que se mueven de las zonas de alta presión localizadas aproximadamente en los trópicos -Cáncer y Capricornio- a las zonas de baja presión ubicadas en el Ecuador. Los vientos del Oeste, son los que se desplazan de las zonas de alta presión descritas hacia las zonas de baja presión ubicadas más o menos a los 40° latitudes norte y sur de ambos polos. Finalmente, los vientos del Polares del Este son los que se mueven de las zonas de alta presión polares, a las zonas de baja presión mencionadas en los vientos del Oeste.
La circulación general de la atmósfera descrita, si bien considera la rotación terrestre, hace abstracción de la distribución espacial de océanos y continentes con su relieve, por consiguiente, al considerarlos en el análisis, las bandas continuas de altas y bajas presiones se transforman en centros aislados -celdas- de altas y bajas presiones que dan origen a los vientos antes descritos. Además, la ubicación espacial de las celdas de alta y baja presión no es fija, varía en correspondencia con la estación del año.
Así, para el invierno -enero- la distribución geográfica de los centros de alta y baja presión que dan origen a los vientos mencionados, se muestran en la siguiente imagen.
La circulación general de la atmósfera descrita, si bien considera la rotación terrestre, hace abstracción de la distribución espacial de océanos y continentes con su relieve, por consiguiente, al considerarlos en el análisis, las bandas continuas de altas y bajas presiones se transforman en centros aislados -celdas- de altas y bajas presiones que dan origen a los vientos antes descritos. Además, la ubicación espacial de las celdas de alta y baja presión no es fija, varía en correspondencia con la estación del año.
Así, para el invierno -enero- la distribución geográfica de los centros de alta y baja presión que dan origen a los vientos mencionados, se muestran en la siguiente imagen.
Imagen 13. Circulación de la atmósfera en invierno en el hemisferio norte
Es evidente en la imagen anterior, que las zonas continuas de altas (high) y bajas (low) presiones se han transformado en celdas dispersas en los océanos y continentes. En la imagen descrita se observa que en enero hay un leve desplazamiento de la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) de baja presión hacia el sur del Ecuador, a la que se dirigen los vientos Alisios procedentes de las altas presiones sub-tropicales. Algo similar sucede con los otros vientos -del Oeste y Polares del Este- idealizados, ya que también son alteradas las altas y bajas presiones que los originan. Es oportuno indicar que, en general las celdas de alta presión se localizan en las regiones frías y las celdas de baja presión se ubican en la zonas de mayor temperatura -cálidas-.
Para el verano -julio- cuando se recibe mas calor del Sol el el hemisferio norte, el patrón general de los vientos planetarios se altera, como se muestra en la imagen siguiente.
Imagen 14. Circulación de la atmósfera en verano en el hemisferio norte
Para el verano -julio- cuando se recibe mayor radiación en el hemisferio norte, según se muestra en la imagen anterior, la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) de baja presión se desplaza significativamente hacia el norte, a tal grado que se desplaza hasta Asia, contrastando con el invierno -enero- cuando en Asia se forma un centro de alta presión.
Para el caso de México se observa que se forma un centro de alta presión en las Bermudas, de donde surgen los vientos Alisios que se dirigen hacia la ITCZ de baja presión y en su trayectoria interacciona con el sureste de México. Al igual que en el invierno, en el verano, el patrón de vientos planetarios se modifica por la distribución de océanos y continentes -con su relieve- y por la mayor cantidad de energía solar que recibe el hemisferio norte.
Para el caso de México se observa que se forma un centro de alta presión en las Bermudas, de donde surgen los vientos Alisios que se dirigen hacia la ITCZ de baja presión y en su trayectoria interacciona con el sureste de México. Al igual que en el invierno, en el verano, el patrón de vientos planetarios se modifica por la distribución de océanos y continentes -con su relieve- y por la mayor cantidad de energía solar que recibe el hemisferio norte.
4. Hidrometeorología
Como se mencionó anteriormente, los meteoros son el objeto de estudio de la Meteorología. Sin embargo, de todos los meteoros, los hidrometeoros, en los que participa la humedad atmosférica, tienen como escenario la troposfera -capa inferior de la atmósfera- y son esenciales en la ocurrencia del tiempo y del clima.
4.1. Naturaleza cíclica del movimiento
del agua
En
el universo, todos los procesos son cíclicos. El agua no es la excepción. Su
movimiento cíclico, consiste en la sucesión temporal necesaria de procesos
físicos en un espacio. En su dimensión espacial –planeta-,
el agua coexiste en diferentes regiones del Mundo, en sus tres estados físicos
–sólido, líquido y gaseoso- dependiendo de las condiciones térmicas. Si la
temperatura se mueve en un rango mayor de 0 a 100°C, el agua se presenta en
estado líquido –como es el caso de los océanos-; si la temperatura es mayor de
100°c el agua adquiere el estado gaseoso –como es el caso de la atmósfera-; y,
si la temperatura desciende por debajo de 0°C el agua se transforma en hielo
–como es el de los glaciares-. En su dimensión temporal, el agua apareció junto
con la Tierra hace 4500 millones de años, pero dado que la temperatura del
joven planeta era muy elevada –mayor de 1000°C-, el agua solo existía en la
atmósfera –aire- en estado gaseoso, es decir como vapor de agua. La temperatura
gradualmente se redujo –enfriamiento- hasta un valor en el que la atmósfera ya
no tuvo la capacidad de almacenar más vapor de agua, dando origen a la
condensación del agua en estado gaseoso, proceso físico que dio origen a las
nubes y con éstas a lluvias torrenciales, cuya agua líquida se acumuló en las
enormes cuencas que dieron origen a los
océanos. Estos, por acción de la energía solar, producen la evaporación del
agua líquida para convertirla en vapor que se mueve a la atmósfera, con lo que
se cierra el ciclo del agua, al retornar a su punto de partida.
Con la aparición de la
vida hace 3500 millones de años, en la que los océanos desempeñaron un papel
fundamental, conjuntamente con la litosfera continental, la
atmósfera primitiva, compuesta principalmente por vapor de agua, amoniaco y
metano; a través de la radiación solar, generó reacciones químicas, lo que
produjo compuestos orgánicos –aminoácidos y otros-, que al combinarse con las
sales minerales provenientes de las rocas continentales y/o fuentes hidrotermales y su depositación en los océanos, dieron origen a los diversos
compuestos orgánicos esenciales para la vida, destacando inicialmente los
fosfolípidos que en su interacción contradictoria (repulsión vs atracción) con el agua de los océanos, dio como
resultado la formación de la membrana, con lo que apareció la célula primitiva
y con ésta la vida. Con la vida aparece otro proceso del ciclo hidrológico: la
transpiración, que junto con la evaporación física contribuye al aporte de agua
en estado gaseoso a la atmósfera. Así pues, con la vida aparece otro proceso
biológico del ciclo hidrológico.
La importancia del ciclo
del agua para la vida es fundamental, de lo contrario el agua ya se hubiera
agotado y la vida ya se hubiera extinguido.
El ciclo hidrológico es el
movimiento periódico repetitivo del agua que se desarrolla en la Tierra
como espacio físico geográfico. Así el movimiento del agua se desarrolla
temporal y espacialmente. En el tiempo se desenvuelve como una sucesión de los tres estados físicos del agua -gas, líquido y sólido-; en el espacio –Tierra- el agua coexiste e interacciona con la
atmósfera, la superficie terrestre y la biósfera.
En la siguiente imagen, se
muestra el ciclo del agua.
Imagen 15. Movimiento cíclico del agua y su expresión matemática: (-)(-) = (+)
Los
procesos del movimiento cíclico de agua se describen a continuación:
a).
Condensación y nubosidad. La condensación es un proceso físico que consiste en
la conversión del agua en estado gaseoso contenido en la atmósfera de la Tierra primitiva al estado liquido y/sólido,
dependiendo de las condiciones térmicas. Si la temperatura del aire desciende a
0°C el vapor de agua se transforma en agua en estado sólido –hielo-. Si la
temperatura del aire disminuye sin llegar a 0°C y se produce la saturación de
humedad de la atmósfera, el excedente de vapor de agua que rebasa la capacidad
de saturación del aire se convierte en agua en estado líquido. Así pues, para
que se produzca la condensación se requiere enfriamiento. Este puede ocurrir
por la dinámica de la atmósfera a escala planetaria y por la influencia de los
factores del clima, entre los que destacan el relieve estrechamente asociado a
la cuenca hidrográfica. El resultado del proceso de condensación, es la
formación de las nubes. Estas son aglomeraciones de agua en estado líquido y/o
sólido de naturaleza coloidal –micro-partículas-, que dada su pequeñez flotan
en la atmósfera.
b). Precipitación. Sin las nubes no hay precipitación. La formación de las nubes es una condición necesaria para que ocurra la precipitación, pero no suficiente, pues muchas veces hay presencia de nubes y no se presenta la precipitación, debido a la influencia de otros factores. Para que ocurra la precipitación es necesario que las gotas de agua en estado sólido y/o líquido, que dada su naturaleza coloidal están en constante movimiento produciendo choques entre las mismas, a tal grado que se fusionan para formar partículas más grandes, hasta llegar el momento en que alcanzan una magnitud que permite que la fuerza de gravedad de la superficie terrestre las haga precipitar de las nubes a la superficie terrestre. Con la precipitación se cierra el movimiento cíclico del agua.
c). Infiltración y escurrimiento. En su movimiento el agua precipitada se transforma en infiltración y escurrimiento. La infiltración consiste en la velocidad con que penetra el agua en el suelo y se almacena en los poros del mismo. Una vez que son cubiertas las necesidades de infiltración del suelo, el excedente de humedad se convierte en escurrimiento. Este es el movimiento del agua en la red de drenaje de la cuenca y se concentra en una corriente principal, que finalmente sale de la cuenca -espacio físico geográfico-.
d). Evapotranspiración. Este es un proceso biofísico que consiste en la transformación del agua almacenada en los cuerpos de agua al estado gaseoso y de la transpiración biológica producida por los organismos vivos. La humedad convertida en vapor en este proceso es aportada básicamente por el proceso de infiltración que temporalmente antecede a la evapotranspiración. El agua en estado gaseoso que se produce en el proceso de evapotranspiración se mueve a la atmósfera, con lo que se retorna al punto de partida: la atmósfera en la que inicialmente se encontraba todo el agua en estado gaseoso en la atmósfera de la Tierra primitiva.
La energía que mueve al ciclo hidrológico es la procedente del Sol en forma de calor -expansión-. En realidad se trata de una infinidad de "proyectiles" -fotones- producidos por las explosiones nucleares en el interior de nuestra estrella más cercana, que desde su formación hace aproximadamente unos 4500 millones de años, está quemando cada segundo 564 millones de toneladas de hidrógeno que al fusionarse produce 560 millones de helio y 4 millones de energía que nos envía en forma de luz. Esta es de naturaleza corpuscular y ondulatoria. Se trata de micro-partículas (fotones) que se mueven ondulatoriamente. La primera barrera que encuentran a su paso es la atmósfera. Esta es una mezcla de gases que es retenida alrededor de la superficie terrestre por la fuerza de gravedad y sirve de filtro a la radiación solar. En su parte superior se quedan las radiaciones más potentes, principalmente los rayos gamma y los rayos x, el resto de radiaciones, especialmente las ultravioleta se consumen en la mesosfera y la estratosfera.
Finalmente, solamente llega a la biósfera, la radiación visible –del azul al rojo- que al interaccionar –golpear- con el agua líquida, principalmente de los océanos y cuerpos de agua de las cuencas continentales, les transfiere energía –capacidad de movimiento- a las moléculas de agua para liberarlas a la atmósfera en estado gaseoso, con lo que se inicia el movimiento cíclico del agua. Así pues, el Sol es el motor que proporciona la energía para mover el ciclo hidrológico. Específicamente se trata del calor -repulsión- que interacciona con los océanos y cuerpos de agua continentales –principalmente lagos- para liberar a las moléculas de agua en estado gaseosos a la atmósfera. Esta en su movimiento se enfría –contracción- para producir las nubes por la condensación del vapor y con ello las nubes, que posteriormente generan precipitaciones en forma líquida y/o sólida, que finalmente se depositan en las cuencas oceánicas y continentales para cerrar el ciclo del agua. En este sentido, es la contradicción repulsión vs contracción la que mueve al agua en su movimiento cíclico.
El carácter cíclico del movimiento del agua en la naturaleza, se debe a la doble negación por la que pasa en su movimiento cíclico: la primera negación se produce cuando los cuerpos de agua líquida –principalmente océanos y lagos-, así como el agua contenida en los organismos vivos, por el proceso biofísico conocido como evapotranspiración se convierte en agua en estado gaseoso que se libera a la atmósfera; la segunda negación se produce por la transformación del vapor de agua al estado líquido y/o sólido, como resultado del proceso de condensación, cuando la atmósfera se enfría para formar las nubes –agua en estado líquido y/sólido-; con las nubes se genera la precipitación que se almacena en los cuerpos de agua –océanos y lagos fundamentalmente- y en los organismos vivos –principalmente plantas y animales; así se retorna al punto de partida con lo que se cierra el ciclo hidrológico. La importancia de la naturaleza cíclica del movimiento del agua radica en su renovación permanente, en sus tres estados físicos- líquido, sólido y gaseoso- con lo que hace posible la vida, de lo contrario ya se hubiera agotado y con ello la vida se hubiera extinguido en la faz de la Tierra. En la imagen del ciclo del agua, también se observa la expresión matemática de la naturaleza cíclica del agua: (-) (-) = (+).
La naturaleza unidireccional del movimiento cíclico del agua implica su irreversibilidad, aspecto de trascendental importancia, que permite explicar la secuencia temporal de los procesos del ciclo hidrológico. Los procesos descritos no coexisten simultáneamente en la cuenca como escenario espacial, más bien se suceden temporalmente.
4.2. Dinámica del aire húmedo
El movimiento mecánico del aire húmedo en la Tierra está condicionado por las diferencias de presión atmosférica, las cuales están determinadas por las diferencias de calentamiento y por la dinámica física de las masas atmosféricas.
La mecánica del movimiento del aire húmedo, se presenta en la imagen que se describe a continuación.
Imagen 16. Movimiento mecánico del aire húmedo
En la imagen arriba mostrada, se observa que las regiones intertropicales cercanas al Ecuador, localizadas entre los trópicos de Cáncer y de Capricornio -entre las latitudes 23.5° norte y sur- son las que reciben mayor cantidad de radiación -calor- aportada por el Sol, contrastando con las zonas más alejadas del Ecuador, especialmente con los polos que reciben menor cantidad de calor. Así, en las regiones situadas entre los trópicos, las masas de aire son ascendentes -baja presión- debido a las altas temperaturas y al elevarse se enfrían, generando la condensación del vapor de agua, lo que da origen a las nubes y, en consecuencia precipitaciones, por consiguiente, se trata de regiones tropicales con clima cálido húmedo. Pero el ascenso del aire no puede ser infinito, ya que al enfriarse se vuelve más denso -pesado-, por lo que derrama horizontalmente a ambos lados de los hemisferios norte y sur, a una la latitud de 30° y como las mas de aire al descender se calientan -zonas de alta presión-, consecuentemente no se favorece la formación de nubes, en consecuencia de trata de regiones secas en las que se ubican las fajas de los desiertos. En este punto, un ramal de los vientos retorna al Ecuador como vientos Alisios. Otro ramal se mueve al norte -vientos del Oeste- en interacciona con los vientos polares del Este, lo que provoca que las masas de aire asciendan -baja presión-, proceso que produce enfriamiento, condensación y nubes. Así, en estas latitudes norte y sur (40-50°) se presenta un clima templado y húmedo. En forma similar a lo que ocurre en el Ecuador, el aire al elevarse se enfría y se mueve horizontalmente como viento del Oeste y desciende en el Polo -alta presión-, dando origen a un clima frío y seco. En realidad, se trata de una región polar desértica. En síntesis, las zonas de baja presión están asociadas a climas húmedos y las regiones de alta presión están relacionadas con climas secos.
4.3. Precipitación
De los hidrometeoros que tienen su escenario en la atmósfera, la precipitación es el más importante y consiste en la caída del agua en estado liquido y/sólido de las nubes a la superficie terrestre.
La naturaleza de la precipitación como hidrometeoro principal se muestra en la imagen siguiente.
Imagen 17. Naturaleza de la precipitación como hidrometeoro
En
la imagen anterior, se observa que la precipitación sólida está representada
por nieve, agua nieve y granizo. La precipitación en forma líquida puede darse
en forma de lluvia y llovizna que están en función del tamaño de las gotas de
agua que precipitan a la superficie terrestre. En este sentido, se puede generalizar definiendo a la precipitación como un hidrometeoro, que consiste en la caída de agua en estado líquido y/sólido de las nubes a la superficie terrestre.
4.4. Tipos de lluvia
Los tipos de lluvia más importantes por su aporte de humedad son: convectiva, orográfica, frontal y ciclónica.
Las lluvias de naturaleza orográfica, convectiva y frontal, se presentan en la imagen que a continuación se muestra.
Imagen 18. Lluvias: orográfica, convectiva y frontal
En la imagen antecedente, se observan y se describen tres tipos de lluvia. El rasgo genérico que las caracteriza es que, los tres tipos requieren necesariamente descenso de la temperatura -enfriamiento- de la atmósfera, hasta cierto valor -punto de rocío- para que el vapor de agua contenido en el aire se condense -paso del estado gaseoso al líquido y/o sólido- y se formen las nubes. Estas, al ser resultado del proceso de condensación son de naturaleza líquida y/sólida en estado coloidal -muy pequeñas- por lo que flotan en el aire, pero dado su incesante movimiento se fusionan para formas gotas cada vez más grandes hasta, alcanzar un tamaño en el que no es posible su suspensión en el aire y precipitan por la acción de la gravedad terrestre. La diferencia particular de cada tipo de lluvia se describe en la imagen descrita, sin embargo, en la orográfica el enfriamiento se produce por la interacción del aire en movimiento con las montañas las que obligan al aire a elevarse; en la convectiva el enfriamiento se produce por el ascenso de masas de aire cálido al volverse menos denso y se eleva; y, finalmente la frontal, se genera por el enfriamiento por la interacción de masas de aire frío y cálido, choque que obliga al aire cálido más ligero -cálido- a elevarse y enfriarse. En los tres casos, el enfriamiento se produce por el ascenso de las masas de aire por diferentes mecanismos.
Las lluvias orográficas son características de las regiones montañosas, particularmente de las laderas orientadas a los océanos de donde provienen los vientos cargados de humedad, que al elevarse se forma una zona de baja presión, asociada a un clima templado y húmedo. El aire al rebasar la barrera montañosa, necesariamente tiene que bajar y en su descenso se comprime y se calienta originando una zona de alta presión asociada a una ladera y valles inter-montanos con clima cálido y seco. Algo similar ocurre con las lluvias de tipo frontal y convectivo en las que en las áreas de ascenso se forman zonas de baja presión en las se producen las lluvias y en las porciones en las que las masas de aire descienden, se generan zonas aledañas de altas presiones asociadas a la ausencia de lluvias. La lluvia de tipo convectivo es característica de primavera y verano al inicio del temporal de lluvias y las lluvias de tipo frontal, son típicas del invierno, cuando interaccionan frentes fríos vs frentes cálidos.
Otro hidrometeoro muy importante, es el ciclón -huracán o tifón- por su significativo aporte de humedad y puede ser de naturaleza tropical y extra-tropical. El ciclón tropical se forma en las regiones cercanas al ecuador donde la energía es elevada -principalmente verano y otoño- por su posición geográfica y en los océanos tropicales, en los que la humedad es muy abundante.
Una de las condiciones fundamentales para la formación de los ciclones es la presencia de la fuerza de Coriolis, la cual le da el giro rotatorio y como su valor es nulo en el Ecuador terrestre, por consiguiente, los ciclones tropicales se forman en latitudes ligeramente superiores de los 0° de latitud.
En la imagen siguiente se muestra la naturaleza de la fuerza de Coriolis y su importancia en el movimiento de la atmósfera y, particularmente de los ciclones.
La importancia de los ciclones en general y de los tropicales en lo particular es el aporte de cantidades de agua considerables y en muchas regiones del mundo que no son favorecidas por las lluvias de tipo orográfico y convectivo, son de crucial importancia.
La naturaleza de los ciclones tropicales se presenta en la imagen siguiente.
Una de las condiciones fundamentales para la formación de los ciclones es la presencia de la fuerza de Coriolis, la cual le da el giro rotatorio y como su valor es nulo en el Ecuador terrestre, por consiguiente, los ciclones tropicales se forman en latitudes ligeramente superiores de los 0° de latitud.
En la imagen siguiente se muestra la naturaleza de la fuerza de Coriolis y su importancia en el movimiento de la atmósfera y, particularmente de los ciclones.
Imagen 19. Naturaleza de la fuerza de Coriolis
La importancia de los ciclones en general y de los tropicales en lo particular es el aporte de cantidades de agua considerables y en muchas regiones del mundo que no son favorecidas por las lluvias de tipo orográfico y convectivo, son de crucial importancia.
La naturaleza de los ciclones tropicales se presenta en la imagen siguiente.
Imagen 20. Condiciones para la formación de ciclón tropical
En la imagen anterior, se confirma lo descrito más arriba acerca de la naturaleza de los ciclones tropicales, los cuales requieren elevada temperatura y humedad oceánicas en las que se forman, condiciones que se presentan en verano y otoño, cuando se presenta la temporada de ciclones, tanto del Océano Pacífico, como del Océano Atlántico. A la precipitación que aporta el ciclón tropical, se le conoce como lluvia de tipo ciclónica y se genera, debido al sobre-calentamiento de los océanos tropicales, que transmiten su calor por contacto -conducción- al aire adyacente y éste asciende -baja presión- en remolino para enfriarse en la porción superior de la troposfera y así condensarse para formar un extenso sistema nuboso con sus correspondientes lluvias de tipo ciclónico.
Como se trata de un remolino giratorio, en su centro se forma uno "ojo" en el que las masas de aire son descendentes -alta presión- y se distingue por la ausencia de nubes y lluvia. Así pues, el ciclón tropical, se puede definir como la unidad contradictoria de baja y alta presión. Los ciclones tropicales son importantes como hidrometeoros por su aporte de humedad en las partes continentales, particularmente los valles inter-montanos, en los que no llega la influencia de la lluvia de tipo orográfico.
Además de los ciclones tropicales, existen los extra-tropicales que se forman en regiones de latitudes medias -entre 40 y 50 ° latitudes norte y sur- por el choque de masas de aire frío y cálido de grandes extensiones. La interacción de ambas masas de aire -frentes- de diferente temperatura, genera movimientos ascendentes circulares de las masas de aire -bajas presiones- asociadas a la formación de nubes y lluvias, y un "ojo" en el que las masas de aire descienden -alta- presión y están asociadas a la ausencia de nubes y lluvias. Al igual que los ciclones tropicales, los ciclones extra-tropicales son la unidad contradictoria de alta y baja presión.
El desarrollo y la estructura de los ciclones extra-tropicales se muestra en la imagen siguiente.
Como se trata de un remolino giratorio, en su centro se forma uno "ojo" en el que las masas de aire son descendentes -alta presión- y se distingue por la ausencia de nubes y lluvia. Así pues, el ciclón tropical, se puede definir como la unidad contradictoria de baja y alta presión. Los ciclones tropicales son importantes como hidrometeoros por su aporte de humedad en las partes continentales, particularmente los valles inter-montanos, en los que no llega la influencia de la lluvia de tipo orográfico.
Además de los ciclones tropicales, existen los extra-tropicales que se forman en regiones de latitudes medias -entre 40 y 50 ° latitudes norte y sur- por el choque de masas de aire frío y cálido de grandes extensiones. La interacción de ambas masas de aire -frentes- de diferente temperatura, genera movimientos ascendentes circulares de las masas de aire -bajas presiones- asociadas a la formación de nubes y lluvias, y un "ojo" en el que las masas de aire descienden -alta- presión y están asociadas a la ausencia de nubes y lluvias. Al igual que los ciclones tropicales, los ciclones extra-tropicales son la unidad contradictoria de alta y baja presión.
El desarrollo y la estructura de los ciclones extra-tropicales se muestra en la imagen siguiente.
Imagen 21. Desarrollo de ciclón extra-tropical
En la imagen anterior, está explicado el proceso de desarrollo de un ciclón extra-tropical, desde su origen hasta su fin.
Ambos tipos de ciclones se mueven cíclicamente en un período de no mas de una semana. El ciclón tropical inicia como depresión tropical -moderada inestabilidad- que es negada por el ciclón propiamente -velocidad giratoria mayor de 120 km/hora- y éste es negado por la depresión tropical, cuando se ha desplazado hasta latitudes alejadas del Ecuador, en las que ya no existe la energía suficiente para alimentar al ciclón de humedad. En el caso del ciclón extra-tropical, inicia como frente polar que al interaccionar con el frente cálido, se niega para dar origen al ciclón, en seguida el ciclón es ocluido -aislado- y se debilita y comienza a restaurar el frente polar para retornar a su punto de partida. En ambos casos, la naturaleza cíclica, es resultado de la noble negación descrita y en términos matemáticos, no es más la expresión de las leyes de los signos, sintetizadas en: (-) (-) = (+).
5. Climatología
Ambos tipos de ciclones se mueven cíclicamente en un período de no mas de una semana. El ciclón tropical inicia como depresión tropical -moderada inestabilidad- que es negada por el ciclón propiamente -velocidad giratoria mayor de 120 km/hora- y éste es negado por la depresión tropical, cuando se ha desplazado hasta latitudes alejadas del Ecuador, en las que ya no existe la energía suficiente para alimentar al ciclón de humedad. En el caso del ciclón extra-tropical, inicia como frente polar que al interaccionar con el frente cálido, se niega para dar origen al ciclón, en seguida el ciclón es ocluido -aislado- y se debilita y comienza a restaurar el frente polar para retornar a su punto de partida. En ambos casos, la naturaleza cíclica, es resultado de la noble negación descrita y en términos matemáticos, no es más la expresión de las leyes de los signos, sintetizadas en: (-) (-) = (+).
5. Climatología
5.1. Marco de referencia físico-geográfico
El escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera para generar el tiempo y el clima, es la distribución actual de océanos y continentes, que se caracteriza por ser relativamente estable en millones de años. Además, están los factores astronómicos -geometría de la órbita terrestre por la que se traslada alrededor del Sol e inclinación del eje terrestre-, que permanecen relativamente estables en miles de años.
Ambos factores: distribución espacial de océanos y continentes y factores astronómicos, por su relativa estabilidad, son los que condicionan la estabilidad de la atmósfera para generar a largo plazo el clima, al cual se adaptan las especies vivas.
El escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera, se presenta en la imagen siguiente.
Imagen 22. Distribución espacial de océanos y continentes
En la imagen 22 se observa la coexistencia simultánea de continentes y océanos -espacio- en el que por millones de años se ha movido el aire para producir el tiempo y el clima. Además, se presenta el relieve continental, principalmente montañas que también por millones de años, han contribuido a la regularidad de las condiciones atmosféricas para generar el clima de la Tierra.
Las condiciones astronómicas que por miles de años han contribuido a la regularidad de las condiciones atmosféricas, para dar origen al clima, se presentan en la imagen 3.
Imagen 23. Causas astronómicas que condicionan al clima
Las condiciones astronómicas que permanecen relativamente estables en miles de años, contribuyen a la estabilidad de la atmósfera, para generar el clima son: la órbita elíptica por la que se mueve la Tierra alrededor del Sol y la inclinación del eje terrestre. Específicamente, el primer factor se conserva relativamente estable durante aproximadamente 100,000 años y el segundo tiene una inclinación de 23.5° y se mantiene por un tiempo de 41,000 años. La temporalidad de estos dos factores, junto con la duración de la distribución espacial de océanos y continentes -junto con su relieve-, son los causantes de la estabilidad relativa del movimiento de la atmósfera, para generar a corto plazo el tiempo y a largo plazo el clima.
Al igual que la definición del tiempo meteorológico, la definición del clima tiene que involucrar los rasgos genéricos de la atmósfera. Si el tiempo meteorológico hace referencia a la variabilidad temporal de la atmósfera, el clima tiene que hacer referencia a la estabilidad atmosférica a largo plazo, que se expresa como el estado más frecuente de la atmósfera. Además, los datos meteorológicos, por naturaleza son variables y casuales, ya que pueden suceder así y de otra forma y al tratarse de casualidades, están sujetos a la probabilidad de su ocurrencia.
Al aplicar la estadística a los datos meteorológicos se obtienen los promedios de las variables atmosféricas. En este sentido, el clima puede ser definido, como el estado promedio de la atmósfera.
Los climas coexisten espacialmente y por esto se representan en mapas. Estos, representan espacialmente la coexistencia simultánea de un conjunto de objetos materiales. En el caso del clima, un mapa representa, la coexistencia de los climas de una región, de un país o del Mundo.
5.3. Climatología
La Climatología tiene como objeto de estudio al clima. A diferencia de la Meteorología que es una ciencia de naturaleza física, la Climatología es una ciencia de naturaleza geográfico-espacial y estadística, es decir, la Climatología varía de una región a otra y el tiempo meteorológico, objeto de estudio de la Meteorología, varía de un momento a otro.
5.4. Climas del Mundo y de México
5.4.1. Climas del mundo
Existen muchas clasificaciones climáticas; sin embargo, una de las más utilizadas en el Mundo, fue desarrollada por un científico Alemán. Time-Life (1997) explica que en 1900 el climatólogo Wladimir Köppen, clasificó los climas del mundo en cinco tipos, con base en la temperatura, la lluvia y la evaporación de la atmósfera; así como a la latitud, principal factor que condiciona la cantidad de radiación que incide sobre la Tierra.
La clasificación de climas de Köppen se
presenta en el cuadro 1.
Cuadro 1. Clasificación climática de Köppen
Tipo
|
Cualidad
|
Cantidad
|
A
|
Climas lluviosos tropicales (espacio entre
trópicos a 23.5° latitudes Norte y Sur).
|
Temperatura promedio del mes más frío superior a
18°C.
|
B
|
Climas secos (espacio definido por las zonas de
alta presión a los 30° latitudes Norte y Sur.
|
Evaporación (E) excede a la precipitación (P).
Siempre se presenta déficit hídrico (P<E).
|
C
|
Climas templados y húmedos (espacio definido por
zonas de baja presión a 60° latitudes Norte y Sur.
|
Temperatura media del mes más frío menor de 18°C
y superior a -3°C.
|
D
|
Climas boreales o de nieve y bosque (espacio
definido por: 90° <latitudes <60° Norte y Sur).
|
Temperatura media del mes más frío menor de 18° y
superior a -3° y la del mes más cálido superior a 10°C.
|
E
|
Climas polares o de nieve (espacio determinado
por latitudes de 90°C Norte y Sur).
|
Temperatura media del mes más cálido inferior a
0°C.
|
La distribución espacial de los climas
del mundo, según la clasificación climática de Köppen, se presenta en la
siguiente imagen.
Imagen 24. Mapa de climas del Mundo según clasificación de Köppen
Los principales tipos de clima del Mundo condicionados principalmente por la latitud, se muestran en la imagen anterior. Los climas tropicales lluviosos -A- en sus diferentes variantes se ubican geográficamente entre los trópicos -Cáncer y Capricornio- y se caracterizan por las elevadas temperaturas y lluvias medias todo el año, debido a la presencia de bajas presiones por las elevadas temperaturas. Los climas áridos -B- en sus variantes estepario -BS- y desértico -BW- se ubican en las latitudes 30° norte y sur, en las que las masas de aire procedentes del Ecuador descienden -altas presiones- y en ellas se localizan las fajas de los desiertos en ambos hemisferios terrestres. Los climas templados -húmedos- se localizan a latitudes más elevadas -50-60°- latitudes norte y sur en las que se presentan bajas presiones -ascenso del aire- por el choque de frentes fríos y cálidos. Los climas polares que se ubican entre los polos en los que el aire frío y pesado desciende -altas presiones-, por consiguiente, el clima es seco y frío, es decir, se trata de desiertos congelados. Finalmente, aunque la clasificación de Köppen no considera al factor relieve, en la imagen también se observa el clima de altura, asociada a la presencia de las montañas más importantes de la Tierra.
5.4.2. Climas de México
5.4.2. Climas de México
Por su ubicación geográfica -entre los 14 y 32 º latitud norte- y en correspondencia con la clasificación climática de Köppen, México debería presentar dos tipos de clima: el tropical -cálido- húmedo y seco - BS (árido) y BW (desértico)-; sin embargo, dado su relieve accidentado en el que sobresalen grandes cadenas montañosas, también se presentan climas templados (Cw y Cf) en las regiones montañosas y los Eb (fríos o polares), que aunque el país no se ubica en latitudes polares, por su relieve este clima se presenta principalmente en las cimas de los volcanes ubicados en el Eje Neovolcánico: desde Colima hasta Veracruz, cuyas alturas son de alrededor de 5000 metros, cuya altura condiciona la existencia de nieve permanente; es decir, que de los cinco climas del Mundo de Koppen, en México solo se presentan los cuatro mencionados, según la clasificación climática de Enriqueta Garcia (1988).
Los principales climas de México se presentan en la siguiente imagen.
Imagen 25. Principales climas de México
El clima por definición es el estado más habitual de las condiciones atmosféricas en su dimensión temporal, pero en la imagen anterior se observa que México tiene una gran variabilidad espacial de climas, derivados de la complejidad del relieve terrestre y su posición geográfica respecto al Ecuador de la Tierra.
Los climas dominantes son:
a). Clima tropical (cálido) -húmedo (A):
Aw: clima tropical con lluvias todo el verano. Se localiza en la región sureste del país en la que influye la ubicación geográfica -cercanía al Ecuador-. Además, este clima se ubica desde la costa de Nayarit, costa de Guerrero y Oaxaca hasta el Istmo de Tehuantepec y Planicie Costera del Golfo.
b). Clima seco (B). Su rasgo distintivo consiste en el que la evaporación es mayor que la lluvia. Los dos tipos, son los siguientes:
Bw: Clima desértico. Es el clima más extendido en el país, ya que según Castañeda comprende el 67% del territorio nacional, ubicándose principalmente en la región centro-norte, en lo que es la Altiplanicie Mexicana y la Llanura Costera del Pacífico, región en la que la posición geográfica y la Altiplanicie Mexicana ubicada entre las Sierras Madres Occidental y Oriental, han sido fundamentales para este clima.
Bs: Clima estepario. Se encuentra en Valles inter-montanos, como la Depresión del Balsas y Valles Centrales de Oaxaca, valles en los que las sierras que los delimitan favorecen la ocurrencia de lluvias en las laderas de las montañas orientadas hacia las costas, en las que se presentan lluvias de tipo orográfico; contrastando con las "faldas" de las sierras localizadas el interior en las los vientos secos descienden, por lo que presentan climas este tipo de clima.
c). Climas templados (C):
Cs: Clima templado con lluvias en verano. Este tipo de clima se presenta en una pequeña porción de la República Mexicana en la Baja California Norte -Mexicali y Tijuana, debido al desplazamiento hacia el sur durante el invierno de los centros de alta presión, lo que causa que los vientos húmedos se dirijan del Océano Pacífico al territorio mexicano. Este clima es el que se conoce como como clima mediterráneo y es característico en los países aledaños al Mar Mediterráneo.
Cw: Clima templado con lluvias en verano. Este tipo de clima es típico de las regiones montañosas, por consiguiente, se localiza en las partes de altura media de las montañas orientadas hacia las costas, sobre todo en la región sur y sureste de México.
Cf: Clima templado con lluvias todo el año. Se ubica en las partes más altas de las sierras de México, principalmente la Sierra Madre Occidental y Sierra Madre Oriental.
d). Eb: Clima polar de alta montaña. Si bien México por su ubicación geográfica no debería tener clima polar, pero dado su relieve tan intrincado, este tipo de clima se presenta en los sitios más elevados -alrededor de los 5 kilómetros-, particularmente en las cimas de los volcanes situados en el Eje Neo volcánico.
5.4.3. Climas de Oaxaca
Por su posición geográfica, el Estado de Oaxaca debería tener un clima tropical o cálido húmedo; no obstante, presenta una gran variabilidad de climas debido al complejo relieve que presenta, tal como se observa en la imagen que se muestra en seguida.
Durante primavera y verano cuando el polo norte está orientado hacia el Sol la Tierra se calienta más intensamente, generando que los centros de alta y baja presión se desplacen más al norte, por consiguiente, los vientos Alisios que se producen pasan sobre la corriente oceánica cálida del Golfo de México que la provee de vapor de agua en gran cantidad y al dirigirse al territorio oaxaqueño, una vez que ha rebasado la Llanura Costera del Golfo interaccionan con la región del Papaloapan y los Chimalapas, se elevan ligeramente lo que provoca enfriamiento del aire, proceso que la condensación del vapor de agua para formar las nubes y consecuentes precipitaciones abundantes en las regiones descritas; prosiguen su movimiento y alcanzan las sierras Mazateca y Norte en las que se producen precipitaciones significativas. Las lluvias que se producen en las regiones mencionadas son orográficas, es decir están condicionadas principalmente por la orografía -sierras-. Además, se producen lluvias de tipo convectivo, lluvias de naturaleza frontal debido a la interacción de masas de aire fríos y cálidos principalmente durante el invierno, así como lluvias ciclónicas aportadas por los ciclones procedentes del Océano Atlántico, que en su trayectoria pasan por el Golfo de México y llegan a territorio oaxaqueño.
Los climas principales de Oaxaca se presentan en la siguiente imagen.
Imagen 26. Climas de Oaxaca
Durante
primavera y verano cuando el polo norte está orientado hacia el Sol la
Tierra se calienta más intensamente, generando que los centros de alta y
baja presión se desplacen más al norte, por consiguiente, los vientos
Alisios que se producen pasan sobre la corriente oceánica cálida del
Golfo de México que la provee de vapor de agua en gran cantidad y al
dirigirse al territorio oaxaqueño, una vez que ha rebasado la Llanura
Costera del Golfo interaccionan con la región del Papaloapan y los
Chimalapas, se elevan ligeramente lo que provoca enfriamiento del aire,
proceso que la condensación del vapor de agua para formar las nubes y
consecuentes precipitaciones abundantes en las regiones descritas;
prosiguen su movimiento y alcanzan las sierras Mazateca y Norte en las
que se producen precipitaciones significativas. Las lluvias que se
producen en las regiones mencionadas son orográficas, es decir están
condicionadas principalmente por la orografía -sierras-. Además, se
producen lluvias de tipo convectivo, lluvias de naturaleza frontal
debido a la interacción de masas de aire fríos y cálidos principalmente
durante el invierno, así como lluvias ciclónicas aportadas por los
ciclones procedentes del Océano Atlántico, que en su trayectoria pasan
por el Golfo de México y llegan a territorio oaxaqueño. Por lo
anterior, los climas que se presentan en las regiones mencionadas, son
húmedos y son los siguientes:
Aw: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias en verano.
Am: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias intensas en verano.
Af : Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias distribuidas todo el año.
Cw: Clima templado con lluvias en verano (húmedo) característico de zonas montañosas.
Una vez que los vientos superan las barreras montañosas -Sierra Mazateca y Sierra Norte- descienden, se calientan y además son vientos secos, por consiguiente, prácticamente no aportan humedad en las regiones: Sierra Cuicateca -Teotitlán y Cuicatlán- y la Mixteca baja -Coixtlahuaca, Huajuapan y Nochixtlán-. Las escasas lluvias que ocurren estas regiones son de naturaleza ciclónica, principalmente de los provenientes del Océano Atlántico que dada su considerable extensión -600 a 700 kilómetros de diámetro- alcanzan a las zonas que se describen. En este sentido son regiones cuyo clima característico es seco estepario -Bs- en el que la evaporación supera a la lluvia.
Por el lado del Océano Pacífico los vientos que se dirigen a la parte del territorio oaxaqueño, interaccionan primero con la Región de la Costa en la que ascienden levemente y se enfrían, con lo que el vapor de agua se condensa para formar las nubes, las cuales descargan su humedad en forma de lluvias de tipo orográfico, es decir lluvias condicionadas por el relieve. El viento prosigue su desplazamiento y al interaccionar con la vertiente de la Sierra Madre del Sur -desde el Istmo hasta Putla-, así como la Mixteca Alta -Tlaxiaco- regiones orientadas hacia el Océano Pacífico en las que se eleva, se produce un mayor enfriamiento y la consecuente condensación para generar las nubes y las consiguientes precipitaciones abundantes de naturaleza orográfica. Aunada a las lluvias de tipo orográfico, también las regiones descritas reciben aportes considerables de humedad derivadas de los ciclones que se forman en el Océano Pacífico y por su considerable diámetro -600 a 800 kilómetros- su nubosidad y lluvias alcanzan las zonas que se describen. Así pues, la Región Costa y la parte de la Sierra Madre del Sur orientada hacia el Océano Pacífico, son las que reciben las mayores cantidades de humedad. Los climas se caracterizan en general por ser húmedos y son los siguientes:
Aw: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias en verano en la Región Costa.
Cw: Clima templado -frío- húmedo con lluvias en verano característico de la parte de la Sierra Madre del Sur orientada al Océano Pacífico -desde el Istmo hasta Putla- así como la Mixteca Alta -Tlaxiaco-.
Una vez que los vientos rebasan la Sierra Madre del Sur, descienden y se calientan; además, se trata de vientos secos que se desplazan por la Región de los Valles Centrales de Oaxaca aportando muy poca humedad por el mecanismo orográfico. La fuente principal de humedad de la Región de los Valles Centrales de Oaxaca, es la aportada por los ciclones tropicales, principalmente los procedentes del Océano Pacífico y esporádicamente de los formados en el Océano Atlántico, que dado su diámetro de 600-700 kilómetros, su nubosidad y sus lluvias asociadas llegan la región de Valles Centrales. Son las lluvias de tipo ciclónico las que aportan el 80% de humedad en la región y el otro 20% las proveen las lluvias de tipo convectivo. En estas condiciones el clima típico de los Valles Centrales de Oaxaca es seco estepario -Bs-, cuya característica cuantitativa principal es que la lluvia es menor que la evaporación.
En síntesis en las regiones en las que los climas son cálido-húmedos (Aw, Am y Af) y templado-húmedos (Cw), existen disponibilidades de humedad aceptables, como son las regiones del Papaloapan, Sierra Norte, Mixteca Alta -Tlaxiaco-, Sierra Mazateca de la Región de la Cañada -Huatla-, Sierra Madre del Sur en su vertiente orientada hacia el Océano Pacífico y la Región de la Costa y el Istmo. En las regiones en las que el clima principal es del tipo seco estepario -Bs- como son los Valles Centrales de Oaxaca, Mixteca Baja -Coixtlahuaca, Huajuapan y Nochixtlán- y Sierra Cuicateca de la Región de la Cañada -Cuicatlán y Teotitlán-, las disponibilidades de agua son escasas.
En suma, Oaxaca presenta una gran diversidad de climas debido a su posición geográfica tropical y a su intrincado relieve.
Aw: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias en verano.
Am: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias intensas en verano.
Af : Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias distribuidas todo el año.
Cw: Clima templado con lluvias en verano (húmedo) característico de zonas montañosas.
Una vez que los vientos superan las barreras montañosas -Sierra Mazateca y Sierra Norte- descienden, se calientan y además son vientos secos, por consiguiente, prácticamente no aportan humedad en las regiones: Sierra Cuicateca -Teotitlán y Cuicatlán- y la Mixteca baja -Coixtlahuaca, Huajuapan y Nochixtlán-. Las escasas lluvias que ocurren estas regiones son de naturaleza ciclónica, principalmente de los provenientes del Océano Atlántico que dada su considerable extensión -600 a 700 kilómetros de diámetro- alcanzan a las zonas que se describen. En este sentido son regiones cuyo clima característico es seco estepario -Bs- en el que la evaporación supera a la lluvia.
Por el lado del Océano Pacífico los vientos que se dirigen a la parte del territorio oaxaqueño, interaccionan primero con la Región de la Costa en la que ascienden levemente y se enfrían, con lo que el vapor de agua se condensa para formar las nubes, las cuales descargan su humedad en forma de lluvias de tipo orográfico, es decir lluvias condicionadas por el relieve. El viento prosigue su desplazamiento y al interaccionar con la vertiente de la Sierra Madre del Sur -desde el Istmo hasta Putla-, así como la Mixteca Alta -Tlaxiaco- regiones orientadas hacia el Océano Pacífico en las que se eleva, se produce un mayor enfriamiento y la consecuente condensación para generar las nubes y las consiguientes precipitaciones abundantes de naturaleza orográfica. Aunada a las lluvias de tipo orográfico, también las regiones descritas reciben aportes considerables de humedad derivadas de los ciclones que se forman en el Océano Pacífico y por su considerable diámetro -600 a 800 kilómetros- su nubosidad y lluvias alcanzan las zonas que se describen. Así pues, la Región Costa y la parte de la Sierra Madre del Sur orientada hacia el Océano Pacífico, son las que reciben las mayores cantidades de humedad. Los climas se caracterizan en general por ser húmedos y son los siguientes:
Aw: Clima tropical -cálido- húmedo con lluvias en verano en la Región Costa.
Cw: Clima templado -frío- húmedo con lluvias en verano característico de la parte de la Sierra Madre del Sur orientada al Océano Pacífico -desde el Istmo hasta Putla- así como la Mixteca Alta -Tlaxiaco-.
Una vez que los vientos rebasan la Sierra Madre del Sur, descienden y se calientan; además, se trata de vientos secos que se desplazan por la Región de los Valles Centrales de Oaxaca aportando muy poca humedad por el mecanismo orográfico. La fuente principal de humedad de la Región de los Valles Centrales de Oaxaca, es la aportada por los ciclones tropicales, principalmente los procedentes del Océano Pacífico y esporádicamente de los formados en el Océano Atlántico, que dado su diámetro de 600-700 kilómetros, su nubosidad y sus lluvias asociadas llegan la región de Valles Centrales. Son las lluvias de tipo ciclónico las que aportan el 80% de humedad en la región y el otro 20% las proveen las lluvias de tipo convectivo. En estas condiciones el clima típico de los Valles Centrales de Oaxaca es seco estepario -Bs-, cuya característica cuantitativa principal es que la lluvia es menor que la evaporación.
En síntesis en las regiones en las que los climas son cálido-húmedos (Aw, Am y Af) y templado-húmedos (Cw), existen disponibilidades de humedad aceptables, como son las regiones del Papaloapan, Sierra Norte, Mixteca Alta -Tlaxiaco-, Sierra Mazateca de la Región de la Cañada -Huatla-, Sierra Madre del Sur en su vertiente orientada hacia el Océano Pacífico y la Región de la Costa y el Istmo. En las regiones en las que el clima principal es del tipo seco estepario -Bs- como son los Valles Centrales de Oaxaca, Mixteca Baja -Coixtlahuaca, Huajuapan y Nochixtlán- y Sierra Cuicateca de la Región de la Cañada -Cuicatlán y Teotitlán-, las disponibilidades de agua son escasas.
En suma, Oaxaca presenta una gran diversidad de climas debido a su posición geográfica tropical y a su intrincado relieve.
La disponibilidad de agua en el Estado de Oaxaca está condicionada por el clima.
En
las regiones: Costa, Istmo, Sierra Norte, Papaloapan, Mixteca Alta
-Tlaxiaco- y Sierra Mazateca -Huautla de Jiménez- de la región de la
Cañada, en las que los climas principales son cálido-húmedos y
templado-húmedos:
Aw: Cálido-húmedo con lluvias en verano
Am: Cálido-húmedo con lluvias intensas en verano
Af: Cálido-húmedo con lluvias todo el año
Cw: Templado húmedo con lluvias en verano
Hay disponibilidad de agua ya que las lluvias exceden las necesidades de evaporación.
En
las regiones: Valles Centrales de Oaxaca, Mixteca baja -Huajuapan,
Coixtlahuaca y Nochixtlán- y Sierra Cuicateca -Cuicatlán y Teotitlán- en
la Región de la Cañada, el clima que domina es el seco estepario -BS-
que se caracteriza por que la evaporación es menor que la precipitación;
por consiguiente, hay escasas disponibilidades de agua. El problema de
la baja disponibilidad de agua se acentúa en Valles Centrales de Oaxaca,
región en la que se concentra mayor densidad de población en la que se
localiza la ciudad de Oaxaca, capital del Estado.
6. Historia del clima
Hasta aquí se ha hecho abstracción del movimiento del clima y se ha considerado como la condición relativamente estable de la atmósfera, pero a escala geológica, el clima ha cambiado cualitativamente, es decir se ha variado, por consiguiente, tiene su historia. En este sentido, es evidente que las condiciones atmosféricas son relativamente estables, pero a escala del tiempo geológico ha cambiado y, por consiguiente los climas han cambiado de forma natural.
La historia del clima se presenta en la siguiente imagen.
Imagen 27. Historia del clima de la Tierra desde su origen hasta el presente
En la imagen anterior, es evidente que el clima ha cambiado cuantitativa y cualitativamente en el prolongado tiempo geológico de la Tierra, desde su origen hace 4,500 millones de años hasta el presente, ya que se han presentado climas cálidos cuando la temperatura ha superado a la media global, contrastando con los climas fríos que han ocurrido cuando la temperatura ha sido inferior a la media global. En la Tierra primitiva, cuya atmósfera estaba compuesta principalmente de metano, amoníaco y vapor de agua, todos gases invernadero; en consecuencia, el clima dominante durante los eones Hadeico (4500 - 3800 millones de años) y Arqueozoico (3800-2500 millones de años) fue el cálido. La primera glaciación global que se observa, ocurrió hace unos 2200 millones de años en el inicio del eón Proterozoico cuando la temperatura descendió por abajo de la media global del planeta. Después de un nuevo calentamiento y en el mismo eón pero al final hace unos 700 millones de años se presentó otro enfriamiento conocido como Tierra "bola de nieve", que marcó el comienzo de la vida compleja en nuestro planeta. En seguida aconteció otro período de calentamiento en la Era Paleozoica y al final de la misma Era, ocurrió otro enfriamiento global durante el Pérmico. Posteriormente durante la Era Mesozoica (245-65 millones de años) y parte de la Era Cenozoica (65-23 millones de años), la temperatura se elevó por arriba de la media global, generando un clima caluroso y desde el Mioceno (23- hasta la actualidad) se aprecia una tendencia general al enfriamiento, intercalado por períodos cálidos como el Holoceno en el que estamos actualmente. En síntesis, durante la prolongada historia de la Tierra el clima ha variado de cálido a frío pasando por el templado, es decir, también el clima se ha movido cíclicamente como todos los procesos del universo. Los cambios de clima son de naturaleza cualitativa, que ocurren como resultado de cambios graduales -principalmente aumentos o disminuciones de la temperatura- que se acumulan y son interrumpidos bruscamente para dar a nuevos climas. Y con los cambios de clima están asociadas las extinciones y apariciones de las especies vivas, siendo una de tantas la especie humana que apareció hace unos dos millones de años en el Pleistoceno en el Este de África, asociada a un intenso enfriamiento (glaciación) que produjo el relevo de los bosques por las sabanas -extensas llanuras con árboles y arbustos dispersos- en un grupo de los homínidos evolucionó en Australopitecos, que dadas las nuevas condiciones ambientales tuvieron que caminar erectos con dos extremidades (pies) y que posteriormente los que sobrevivieron a los animales depredadores dieron origen al hombre primitivo (Homo habilis).
Las causas de los cambios cualitativos del clima se describen en seguida.
6.1. Causas físico-geográficas
El supuesto establecido en el marco de referencia para el estudio del tiempo atmosférico -objeto de estudio de la Meteorología- y el clima -objeto de estudio de la Climatología- fue que el escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera, es relativamente estable en largos períodos de tiempo -millones de años-, así como la energía que el Sol aporta para mover a la atmósfera, es relativamente estable -miles de años- y está condicionada por factores astronómicos -inclinación del eje terrestre y forma geométrica de la órbita de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol-. Ambas condiciones -físico geográficas y astronómicas-, por su relativa estabilidad han permitido que la variabilidad del tiempo atmosférico se regularice como clima en largos períodos de tiempo. Sin embargo, a escala geológica, la Tierra tiene una edad de por lo menos 4500 millones de años, tiempo suficiente para que el escenario espacial -distribución de océanos y continentes- en el se mueve el aire se modifique y en consecuencia también el clima cambie cualitativamente, es decir, como resultado de la interacción de las placas tectónicas en que se encuentra fragmentada la litosfera, cuya interacción, genera la formación de nuevos continentes y océanos, así como volcanes y montañas, entre otros, procesos geológicos que han alterado totalmente el escenario físico-geográfico en el se mueve la atmósfera, para producir el tiempo y el clima.
Erickson (1992) explica que la posición de los continentes ha influido en el clima. Cuando gran parte de la superficie terrestre se agrupo en las regiones ecuatoriales, el clima era cálido, pero cuando las tierras migraron hacia las regiones polares, el mundo se cubrió de hielo. Al desaparecer la tierra de los trópicos y ser sustituida por los océanos se produjo un enfriamiento neto, pues en los trópicos absorbe más calor del Sol que los océanos. Cuando la Antártida se desplazó hacia el Polo Sur y el Océano Ártico fue rodeado por tierra firme, las corrientes oceánicas cálidas un pudieron llegar hasta los polos. Este bloqueo provocó la formación de hielo en ambos polos. Desde entonces, las glaciaciones han aparecido y desaparecido regularmente. Cunado Pangea se unió en un gran continente hace unos 230 millones de años, nuestro planeta tenía una gran diversidad de vida animal y vegetal en la tierra y en el mar. Las grandes masas continentales cercanas a los trópicos permitieron que una mayor cantidad de calor del Sol fuera absorbido por la Tierra, lo que contribuyó a un aumento global de la temperatura. Los océanos que se encontraban a mayores latitudes reflejaban menos luz solar que la tierra y absorbían más calor, lo que ayudaba a moderar el clima. Como no existían masas continentales en las regiones polares que interfiriesen con las cálidas corrientes oceánicas, los dos polos permanecían libres de hielo durante todo el año y las temperaturas no variaban mucho entre las altas latitudes y los trópicos. Cuando se separó Pangea, el clima en la Tierra, sobre todo en el período Cretácico, fue extremadamente cálido; las temperaturas globales medias debieron ser entre 4°C y 12°C superiores a las actuales. Cuando los continentes migraron hacia los polos, a finales del Cretácico, interrumpieron el transporte de calor oceánico hacia los polos introduciendo tierra firme, que tiene más capacidad de reflexión es más fácil de calentar, en sustitución del agua, con una capacidad mayor de absorber y conservar el calor. A medida que el enfriamiento progresaba, la tierra acumuló más hielo y nieve, lo que originó una superficie más reflectante, lo cual bajó la temperatura aún más.
La distribución espacial de océanos y continentes, condicionada por la tectónica de placas se presenta en la imagen siguiente.
6.1. Causas físico-geográficas
El supuesto establecido en el marco de referencia para el estudio del tiempo atmosférico -objeto de estudio de la Meteorología- y el clima -objeto de estudio de la Climatología- fue que el escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera, es relativamente estable en largos períodos de tiempo -millones de años-, así como la energía que el Sol aporta para mover a la atmósfera, es relativamente estable -miles de años- y está condicionada por factores astronómicos -inclinación del eje terrestre y forma geométrica de la órbita de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol-. Ambas condiciones -físico geográficas y astronómicas-, por su relativa estabilidad han permitido que la variabilidad del tiempo atmosférico se regularice como clima en largos períodos de tiempo. Sin embargo, a escala geológica, la Tierra tiene una edad de por lo menos 4500 millones de años, tiempo suficiente para que el escenario espacial -distribución de océanos y continentes- en el se mueve el aire se modifique y en consecuencia también el clima cambie cualitativamente, es decir, como resultado de la interacción de las placas tectónicas en que se encuentra fragmentada la litosfera, cuya interacción, genera la formación de nuevos continentes y océanos, así como volcanes y montañas, entre otros, procesos geológicos que han alterado totalmente el escenario físico-geográfico en el se mueve la atmósfera, para producir el tiempo y el clima.
Erickson (1992) explica que la posición de los continentes ha influido en el clima. Cuando gran parte de la superficie terrestre se agrupo en las regiones ecuatoriales, el clima era cálido, pero cuando las tierras migraron hacia las regiones polares, el mundo se cubrió de hielo. Al desaparecer la tierra de los trópicos y ser sustituida por los océanos se produjo un enfriamiento neto, pues en los trópicos absorbe más calor del Sol que los océanos. Cuando la Antártida se desplazó hacia el Polo Sur y el Océano Ártico fue rodeado por tierra firme, las corrientes oceánicas cálidas un pudieron llegar hasta los polos. Este bloqueo provocó la formación de hielo en ambos polos. Desde entonces, las glaciaciones han aparecido y desaparecido regularmente. Cunado Pangea se unió en un gran continente hace unos 230 millones de años, nuestro planeta tenía una gran diversidad de vida animal y vegetal en la tierra y en el mar. Las grandes masas continentales cercanas a los trópicos permitieron que una mayor cantidad de calor del Sol fuera absorbido por la Tierra, lo que contribuyó a un aumento global de la temperatura. Los océanos que se encontraban a mayores latitudes reflejaban menos luz solar que la tierra y absorbían más calor, lo que ayudaba a moderar el clima. Como no existían masas continentales en las regiones polares que interfiriesen con las cálidas corrientes oceánicas, los dos polos permanecían libres de hielo durante todo el año y las temperaturas no variaban mucho entre las altas latitudes y los trópicos. Cuando se separó Pangea, el clima en la Tierra, sobre todo en el período Cretácico, fue extremadamente cálido; las temperaturas globales medias debieron ser entre 4°C y 12°C superiores a las actuales. Cuando los continentes migraron hacia los polos, a finales del Cretácico, interrumpieron el transporte de calor oceánico hacia los polos introduciendo tierra firme, que tiene más capacidad de reflexión es más fácil de calentar, en sustitución del agua, con una capacidad mayor de absorber y conservar el calor. A medida que el enfriamiento progresaba, la tierra acumuló más hielo y nieve, lo que originó una superficie más reflectante, lo cual bajó la temperatura aún más.
La distribución espacial de océanos y continentes, condicionada por la tectónica de placas se presenta en la imagen siguiente.
Imagen 28. Movimiento cíclico de océanos y continentes
En la imagen anterior, se observa que hace 225 millones de años los continentes se encontraban fusionados en un mega continente llamado Pangea, con su correspondiente macro océano, y desde entonces inició su fragmentación, para dar origen a la actual distribución de océanos y continentes. Como la Tierra es finita, en 250 millones de años los continentes en su movimiento cíclico nuevamente llegarán a fusionarse, para forma una vez más un nuevo Pangea, en coexistencia con otro mega océano. La nueva distribución espacial de continentes y océanos, implicará cambios cualitativos de clima, puesto que el escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera que genera el tiempo y el clima, será totalmente diferente. Como el movimiento de océanos y continentes, es de naturaleza cíclica, con una periodicidad de 500 años, lo que significa que en la historia geológica de la Tierra, han sido comunes los cambios de clima, condicionados por la tectónica de placas.
6.2. Causas astronómicas
Además, de las causas físico-geográficas, las condiciones astronómicas que condicionan, la cantidad de energía aportada por el Sol para mover a la atmósfera, también han cambiado cualitativamente el clima en períodos más cortos de tiempo -miles de años-. Particularmente, la inclinación del eje terrestre cambia en ciclos de 41,000 años de 21 a 24°. Actualmente es de 23.5°. Acorde, con la variación de la inclinación del eje terrestre, también varia la cantidad de radiación que incide en la Tierra y con ello se modifica el clima cualitativamente. La órbita geométrica que la Tierra recorre alrededor del Sol, también condiciona la cantidad de energía procedente del Sol. Actualmente es elíptica, pero a cambia a circular cada 100,000 años. No es lo mismo una órbita circular en la que la Tierra recibe del Sol energía relativamente constante en toda su trayectoria a su alrededor, ya que en cualquier punto de su movimiento de traslación está a la misma distancia; en cambio, cuando se trata de una órbita elíptica, hay posiciones en los que está más cerca del Sol -perihelio- y otros en está más lejos -afelio- y en correspondencia con esas posiciones espaciales, también el calor que recibe del Sol varía e implica cambios cualitativos en el clima. La precesión que tiene una periodicidad de 23,000 años e implica que actualmente el invierno en el hemisferio norte ocurra en el perihelio, cuando la Tierra está más cerca del Sol, lo que condiciona el que el invierno sea menos frío, pero llegará el tiempo en que el invierno acaecerá cuando la Tierra esté más lejos del Sol -afelio- y el invierno será muy frío. Al parecer, es probable que los cambios astronómicos descritos, junto con cambios tectónicos, sean los causantes de cambios cualitativos del clima que se han alternado entre calurosos y fríos en la prolongada historia geológica de la Tierra.
Erickson (1992) escribe que la última glaciación inició hace unos 100000 años y tuvo su máximo apogeo hace 18000 años, retirándose hace unos 10000 años. Después de 90000 años de acumulación gradual del hielo y nieve hasta cubrir un espesor de tres kilómetros en parte de América del Norte y Europa, todo desapareció en unos miles de años hasta casi no dejar rastro. La rápida desglaciación podría haberse llevado a cabo por diferentes causas, pero la principal del final de la última glaciación podría haber sido los cambios en la órbita de la Tierra y en la inclinación del eje terrestre; la Tierra se acercaba más al Sol a finales de julio, en vez de enero, siendo así el rango anual de las distancias entre el Sol y la Tierra mayor. El efecto conjunto se tradujo en un 7% de más energía solar sobre el Hemisferio Norte durante el verano y un 7% menor durante el invierno, acentuando en contraste entre las estaciones. Dado que el actual período interglacial ha existido durante aproximadamente entre 8000 a 10000 años, es de suponer que esté a punto de terminar. Aunque el último período interglacial podría haber sido más caliente que éste, el clima cálido no pareció detener el comienzo de la glaciación. Incluso la gran cantidad de dióxido de carbono que está siendo emitido a la atmósfera, por la quema de combustibles fósiles parecen ser impotentes para detener las capas de hielo; llegarán nuevas glaciaciones que se retirarán de la misma forma en que lo han estado haciendo durante los dos últimos millones de años.
En lo referente a las causas astronómicas que condicionan la cantidad de radiación aportada por el Sol, y, su periodicidad en miles de años, se observan en la siguiente imagen.
Imagen 29. Causas astronómicas en los cambios cualitativos del clima
La Tierra en su órbita elíptica que recorre en su movimiento de traslación alrededor del Sol, hay un momento de su desplazamiento en el que está más cerca del Sol -Perihelio- y otro en el que está más lejos -Afelio-. Lo anterior, se muestra en la imagen siguiente.
En la imagen anterior es evidente, que actualmente en el polo norte el invierno se presenta durante el perihelio y el verano en el afelio, condicionando que el invierno no sea tan riguroso y el verano no sea tan caluroso. En contraste, en el polo sur, el verano ocurre en el perihelio, cuando la Tierra está más cerca del Sol, por consiguiente es un verano relativamente caluroso y el invierno acontece en el afelio, cuando la Tierra está más lejos del Sol, en consecuencia el invierno es más frío. Como este proceso astronómico, tiene un período de 23,000 años y como es de naturaleza cíclica; por consiguiente, este patrón de comportamiento astronómico retornará a su punto de partida una vez concluido el ciclo. En este sentido, Arzuaga y Martínez (2010) afirman que, la posición espacial de los equinoccios y solsticios que se presentan y que marcan el inicio de las estaciones del año, cambian lentamente. Actualmente, el invierno en el hemisferio norte comienza cuando la Tierra está en el perihelio; por eso los inviernos son moderadamente fríos. Dentro de 11,000 años antes de que concluya el ciclo, el invierno se producirá cuando la Tierra en el afelio, por consiguiente el invierno será muy frío. Así pues, la variación cíclica de este movimiento astronómico de la Tierra repercute periódicamente en cambios cualitativos del clima.
La naturaleza de las tres causas astronómicas que cambian de calidad al clima, se describen en la imagen. Al parecer son estas condiciones astronómicas, las causantes de las últimas glaciaciones, con sus correspondientes períodos interglaciales cálidos, como el Holoceno en el que estamos tal vez concluyendo, pues se cree que tiene una temporalidad de unos 10,000 años y comenzó hace también unos 10,000 años.
Imagen 30. Posición de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol
La naturaleza de las tres causas astronómicas que cambian de calidad al clima, se describen en la imagen. Al parecer son estas condiciones astronómicas, las causantes de las últimas glaciaciones, con sus correspondientes períodos interglaciales cálidos, como el Holoceno en el que estamos tal vez concluyendo, pues se cree que tiene una temporalidad de unos 10,000 años y comenzó hace también unos 10,000 años.
Como consecuencia de los procesos físicos, principalmente la tectónica de placas, que no solo altera la distribución de océanos y continentes en los que se mueve la atmósfera, sino también al estar asociada a actividad volcánica, aporta bióxido de carbono y vapor de agua que tienen un poderoso efecto invernadero y pueden cambiar al clima.
La tectónica de placas y los factores astronómicos que condicionan la cantidad de radiación que incide sobre la Tierra, han sido las principales causas de los cambios climáticos que han acontecido en la prolongada historia geológica de la Tierra, como se observa en la imagen siguiente.
6.3. Causas biológicas
La atmósfera es una mezcla de gases y constituye el actor central en la la existencia del clima. No obstante, el contenido gaseoso de la atmósfera no ha sido el mismo en la historia geológica de la Tierra y en consecuencia el clima ha variado en correspondencia con los componentes gaseosos. La atmósfera primitiva era diferente a la actual y su rasgo distintivo era la ausencia de oxígeno, como se muestra en la imagen que sigue.
Imagen 31. Atmósfera de la Tierra primitiva
Una vez aparecida la atmósfera primitiva, la química hizo su trabajo. En este sentido se expresa Asimov (1968), quien explica que la Tierra primitiva en ausencia de oxígeno y por consiguiente de ozono, era "bañada" por radiaciones ultravioleta que interaccionaban con la molécula de vapor de agua de la atmósfera, para disociarla en átomos de oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno por tratarse de un elemento químico ligero se movió más allá de la capa exterior del aire y el oxígeno por ser más pesado, permaneció en la atmósfera, que por un lado se combinó con el metano, para formar bióxido de carbono y agua; y, por el otro reaccionó con el amoniaco para producir nitrógeno y agua. Las reacciones químicas descritas, son las siguientes:
a) CH4 + 2 O2 ----> CO2 + 2 H2O
b) 2 NH3 + 1/2 O2 ---> N2 + 3 H2O
Así se generó una atmósfera secundaria, cuyos componentes gaseosos más importantes fueron: nitrógeno, bióxido de carbono y agua. El clima siguió siendo cálido, a pesar de la desaparición química de potentes gases invernadero -metano y amoniaco-, ya que el vapor de agua y el bióxido de carbono se encontraban en grandes concentraciones en la atmósfera y también son gases invernadero, aunque de menor intensidad que el metano y el amoniaco.
Una vez que la Tierra con su atmósfera secundaria, gradualmente se enfrió hasta un límite, en el que se rebasó la medida, de tal forma que el vapor de agua se condensó y produjo las nubes y posteriormente lluvias torrenciales, para formar los océanos, que conjuntamente con los minerales provenientes de las rocas continentales y/o fuentes hidrotermales, se combinaron con los compuestos orgánicos simples formados en la atmósfera y precipitados a los océanos por la lluvia, conjuntamente produjeron la sopa primitiva que en su movimiento cuantitativo y cualitativo dio origen a la vida primitiva en un ambiente anaeróbico -ausencia de oxígeno- hace 3500 millones de años. Tuvieron que pasar otros 1000 millones de años, para que se produjera otro cambio cualitativo -producción de oxígeno- después de un prolongado cambio gradual en la vida primitiva, hasta que las cianobacterias recurrieron a la atmósfera para aprovechar el bióxido de carbono que al combinarse con el agua aportada por el océano y, por medio del aporte de energía proveniente del Sol, se produjo la fotosíntesis, proceso biológico, que por un lado produjo los carbohidratos para el metabolismo de las cianobacterias y la liberación de oxígeno a la atmósfera, como se observa en la imagen siguiente.
Imagen 32. Origen biológico -fotosíntesis- del oxígeno del aire
En forma similar se expresa Erickson (1992) al escribir que con el desarrollo de las primeras plantas microscópicas el dióxido de carbono por el proceso de fotosíntesis fue sustituido por el oxígeno. La pérdida de este importante gas de efecto invernadero provocó que el clima se enfriara, lo que originó la primera glaciación conocida hace aproximadamente 2200 millones de años. Otro episodio glacial, que ocurrió hace aproximadamente 260 millones de años, pudo haberse desencadenado por la expansión de los bosques en la superficie de la Tierra a medida que la adaptación permitió a las plantas vivir y reproducirse fuera de los océanos. La Tierra se enfrió a medida que las plantas absorbían el dióxido de carbono atmosférico convirtiendo el carbono en materia orgánica, que fue entonces enterrada en los sedimentos. Este enterramiento del dióxido de carbono podría haber sido el causante del comienzo de otras dos épocas glaciales: una hace 700 millones de años, que quizá la mayor glaciación de todas, y la más reciente, que empezó aproximadamente hace unos dos millones de años.
6.4. Causas humanas
La especie humana, si bien es parte de la biósfera, se trata de una especie biológica muy singular. Su esencia consiste en el trabajo -que también es base de su conciencia-, entendido como la capacidad para fabricar instrumentos para transformar la naturaleza -principalmente la tierra y sus recursos-, para producir los alimentos que su metabolismo biológico requiere para su desarrollo y conservación.
Desde el hombre primitivo -Homo habilis- hace aproximadamente dos millones de años, hasta hace 10,000 años, la especie humana cubrió sus necesidades alimenticias, a través de una economía de apropiación directa, de los productos vegetales y la caza y pesca de animales salvajes. Los instrumentos -hachas de piedra, hueso, madera; flechas para la caza, etc.- que la especie humana utilizó y dada la escasa población, no tuvieron un impacto significativo en la naturaleza. Pero hace 10,000 años, se produjo una revolución tecno-productiva, con la aparición de la agricultura y la ganadería. Ahora, fueron las plantas silvestres cultivadas y los animales salvajes domesticados, los que sirvieron de fuente de alimentación de la especie humana. La tecnología usada, consistió básicamente en la coa, azadón, arado y animales de tiro, que aunque implicó un progreso tecnológico importante, su impacto también fue poco significativo en la modificación de los recursos naturales. El verdadero cambio tecnológico que alteró radicalmente el medio ambiente en el que se desarrolla la biósfera, fue la Revolución Industrial, iniciada en Inglaterra en la segunda mitad del siglo XVIII, basado en la máquina, particularmente la de vapor, que revolucionó la industria y las comunicaciones y que operaba con la quema de combustibles fósiles -carbón-, combustibles de origen biológico que posteriormente fueron extendiéndose a otras fuentes energéticas, como fueron el gas y el petróleo, sobre-todo en el siglo XIX, cuando la industrialización se produjo con retraso en los países subdesarrollados, entre ellos México.
La quema de combustibles fósiles sigue siendo la principal fuente de energía para la industria, tanto de países desarrollados como de los subdesarrollados y el principal problema medio-ambiental que generan es su aporte de bióxido de carbono a la atmósfera que por su efecto invernadero, produce calentamiento del aire.
Para analizar el impacto del bióxido de carbono en la atmósfera, hay que recurrir al marco de referencia expuesto al inicio del presente trabajo, particularmente a las tres leyes de la dialéctica y en especial a ley del tránsito recíproco de la cantidad y la cualidad. Esta ley se aplica cuando se analiza cualquier objeto en su movimiento y establece que la cualidad de alguna cosa, se mueve cuantitativamente en un rango en el que se conserva su cualidad, pero que si se rebasa ese rango, conocido como medida -unidad contradictoria de la cantidad y la cualidad- se produce una nueva cualidad, que releva bruscamente a la vieja cualidad.
La expresión gráfica de la transformación recíproca de la cantidad y la cualidad, se presenta en la siguiente gráfica.
Gráfica 1. Dialéctica de la cantidad y la cualidad en el análisis del clima
En la gráfica anterior, es evidente que el clima como cualquier objeto material es la unidad contradictoria de la cualidad y la cantidad y su transformación recíproca produce su movimiento. Por lo descrito más arriba y con base en el marco de referencia, para que se produzca un cambio de clima, se requiere que la temperatura aumente 6°C y por el momento, solo se ha incrementado aproximadamente 1°C, que considerando la temperatura promedio global de la Tierra de 15°C, significa que se ha elevado a 16° y según se observa en la gráfica dicho valor está en el rango -medida- en el que se mueve cuantitativamente el clima actual, por consiguiente, lo que está ocurriendo es un calentamiento global, que no altera cualitativamente al clima actual.
En la gráfica siguiente, se presenta el comportamiento de la temperatura en el siglo XX.
Gráfica 2. Incremento de la temperatura durante el siglo XX
7. Conclusiones
La atmósfera es parte de un sistema o totalidad - hidrosfera, litosfera, criósfera y biósfera-, cuya interacción recíproca y conjuntamente con la energía aportada por el Sol, mueven a la atmósfera para generar el tiempo y el clima.
La atmósfera y su clima como todo objeto del universo, es la unidad contradictoria de la cualidad y la cantidad. La cualidad es idéntica al objeto y se mueve cuantitativamente en un rango o medida en el que se conserva sin alterar su cualidad, pero que si se rebasa el límite inferior o superior de la medida, se produce un cambio brusco o "salto", a través del cual la vieja cualidad es relevada por una nueva. En el caso del clima, según los expertos, para que se produzca un cambio climático, la temperatura debe aumentar o disminuir 6°C. Esto es lo que ha sucedido en la historia geológica de la Tierra, por eso la alternancia de climas cálidos y fríos ha sido común y natural. En el caso de la actividad humana, particularmente la quema de combustibles fósiles que liberan bióxido de carbono -gas invernadero- a la atmósfera, hasta el momento solo ha incrementado 1°C insuficiente para superar la medida en la que se mueve el clima actual; por consiguiente, lo que está sucediendo es un calentamiento global -aumento de temperatura-, pero que de ninguna manera se trata de un nuevo clima global. Esto no significa que en el futuro, no pueda ocurrir un cambio climático, sobre todo si se combinan las causas físicas -tectónica de placas-, astronómicas, biológicas y las humanas que pueden producir una sinergia potenciada, cuyo aumento o disminución de temperatura rebase el rango -medida- de 6°C.
El
concepto de tiempo atmosférico, se define como el estado momentáneo de la
atmósfera en un lugar –espacio- determinado y es objeto de estudio de la Meteorología.
El clima es el estado más frecuente de la atmósfera que se repite en un largo período de tiempo.
Si a los datos meteorológicos de naturaleza casual, se les aplica la estadística se obtiene la media que representa la tendencia general en el conjunto de datos meteorológicos casuales. En este sentido, el clima puede ser definido, como el estado promedio de la atmósfera.
El tiempo atmosférico varía de un momento a otro en un espacio determinado y el clima varia de un espacio -región- a otro.
Los climas coexisten uno al lado del otro –espacio-. De la naturaleza espacial de los climas, se deriva su representación cartográfica, ya que un mapa de climas expresa la coexistencia de climas de región determinada.
Los organismos vivos no pueden adaptarse a las condiciones atmosférica cambiantes –tiempo-, porque nunca lograrían su identidad como especies, por consiguiente, tienen que adaptarse a las condiciones más frecuentes de la atmósfera inherentes a largos períodos de tiempo. Es decir, los seres vivos se adaptan al clima.
El clima es relativamente estable en miles de años en correspondencia con la periodicidad de los factores astronómicos y tectónicos, pero a largo plazo cambia el escenario físico-geográfico en el que se mueve la atmósfera, para generar el tiempo y el clima. Por consiguiente, el clima ha variado cualitativamente en la historia geológica de la Tierra y se ha alternado entre cálido y frío.
En correspondencia con los cambios de clima en la historia geológica de la Tierra, se han producido extinciones y apariciones de especies vivas, siendo el último el que se produjo hace dos millones de años -enfriamiento- que condicionó el origen de la especie humana en el Este de África.
El marco de referencia teórico orientó el estudio de la atmósfera para comprender con mayor precisión el tiempo y el clima; además, en el desarrollo del escrito se reafirmaron las tres leyes generales fundamentales (contradicción, cantidad vs cualidad y negación de la negación) de la lógica (pensamiento).
8. Bibliografía
Arsuaga Juan Luis y Martínez Ignacio. La especie elegida. La larga marcha de la evolución humana. 27 edición. Ediciones Planeta Madrid, S.A. Madrid, España.
Asimov Isaac. 1968. Fotosíntesis. Editorial Orbis, S.A. Barcelona España.
Erickson Jon. 1992. La vida en la Tierra. Origen y evolución. Mc Graw Hill/Interamericana de España, S.A. Madrid, España.
García Enriqueta. 1988. Modificaciones al sistema de Clasificación climática de Koppen. Universidad Autónoma de México (UNAM). México, D.F.
Hazen Robert M. 2015. La historia de la Tierra. Los primeros 4500 millones de años. Del polvo estelar al planeta viviente. Editorial Océano. México, D.F.
Lovelock J.E. 1979. Gaia. Una nueva visión de la vida sobre la Tierra. Ediciones Orbis S.A. Barcelona, España.
Hegel. 1812-1816. Ciencia de
la Lógica. Traducción de Mondolfo Rodolfo (1960).
Lovelock J.E. 1979. Gaia. Una nueva visión de la vida sobre la Tierra. Ediciones Orbis S.A. Barcelona, España.
Thompson Philip y O´ Brien Robert. 1984. La atmósfera. Ediciones
Culturales Internacionales. Time-Life. México, D.F.
Time-Life. 1997. El Tempo y el Clima. Ediciones Culturales Internacionales.
México, D.F.
