Introducción
El aire es una sustancia material tangible y como resultado tiene masa. Cualquier objeto con masa está influenciado por la fuerza universal conocida como gravedad. La Ley de Gravitación Universal de Newton establece: dos objetos cualesquiera separados en el espacio se atraen mutuamente con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. En la Tierra, la gravedad también puede expresarse como una fuerza de aceleración de unos 9,8 metros por segundo y por segundo. Como resultado de esta fuerza, la velocidad de cualquier objeto que caiga hacia la superficie de la Tierra se acelera (primer segundo – 9,8 metros por segundo, segundo segundo – 19,6 metros por segundo, tercer segundo – 29,4 metros por segundo, y así sucesivamente) hasta que se alcanza la velocidad terminal.
La gravedad moldea e influye en todos los procesos atmosféricos. Hace que la densidad y la presión del aire disminuyan exponencialmente a medida que uno se aleja de la superficie de la Tierra. La figura 7d-1 que aparece a continuación modela el cambio medio de la presión atmosférica con la altura sobre la superficie de la Tierra. En este gráfico, la presión del aire en la superficie se ilustra como aproximadamente 1013 milibares (mb) o 1 kilogramo por centímetro cuadrado de superficie.
Figura 7d-1: Cambio de la presión atmosférica media con la altura.
Medición de la presión atmosférica
Cualquier instrumento que mida la presión del aire se llama barómetro. La primera medición de la presión atmosférica comenzó con un sencillo experimento realizado por Evangelista Torricelli en 1643. En su experimento, Torricelli sumergió un tubo, sellado en un extremo, en un recipiente de mercurio (véase la figura 7d-2). La presión atmosférica obligó a subir el mercurio al tubo hasta un nivel considerablemente superior al del mercurio del recipiente. Torricelli determinó a partir de este experimento que la presión de la atmósfera es de aproximadamente 30 pulgadas o 76 centímetros (un centímetro de mercurio equivale a 13,3 milibares). También observó que la altura del mercurio variaba con los cambios en las condiciones meteorológicas exteriores.
Barómetro de Torricelli
Figura 7d-2: Diagrama que muestra la construcción del barómetro de Torricelli.
El tipo de barómetro más común utilizado en los hogares es el barómetro aneroide (Figura 7d-3). Dentro de este instrumento hay una pequeña cápsula metálica flexible llamada célula aneroide. En la construcción del dispositivo, se crea un vacío dentro de la cápsula de modo que los pequeños cambios en la presión del aire exterior hacen que la cápsula se expanda o se contraiga. El tamaño de la célula aneroide se calibra y cualquier cambio en su volumen se transmite mediante muelles y palancas a un brazo indicador que señala la presión atmosférica correspondiente.
Figura 7d-3: Barómetro aneroide.
Para fines climatológicos y meteorológicos, se dice que la presión estándar a nivel del mar es de 76,0 cm o 29,92 pulgadas o 1013,2 milibares. Los científicos suelen utilizar el kilopascal (kPa) como unidad preferida para medir la presión. 1 kilopascal equivale a 10 milibares. Otra unidad de fuerza utilizada a veces por los científicos para medir la presión atmosférica es el newton. Un milibar equivale a 100 newtons por metro cuadrado (N/m2).
Presión atmosférica en la superficie de la Tierra
La figura 7d-4 describe la presión media mensual a nivel del mar para la superficie de la Tierra. Esta animación indica que la presión atmosférica en la superficie varía tanto espacial como temporalmente. Durante los meses de invierno (diciembre a febrero), se desarrollan zonas de alta presión sobre Asia central (alta siberiana), frente a la costa de California (alta hawaiana), América del Norte central (alta canadiense), sobre España y el noroeste de África que se extienden hacia el Atlántico Norte subtropical (alta de las Azores), y sobre los océanos del hemisferio sur en los subtrópicos. Las áreas de baja presión se producen justo al sur de las Islas Aleutianas (Baja de las Aleutianas), en el extremo sur de Groenlandia (Baja de Islandia), y en las latitudes de 50 a 80° Sur.
Durante los meses de verano (de junio a agosto), desaparecen varios sistemas de presión invernal dominantes. Desaparecen la Alta de Siberia sobre Asia central y los sistemas de bajas presiones dominantes cerca de las Islas Aleutianas y en el extremo sur de Groenlandia. Las Altas de Hawai y de las Azores se intensifican y se expanden hacia el norte en sus cuencas oceánicas relativas. Los sistemas de alta presión sobre los océanos subtropicales del hemisferio sur también se intensifican y se expanden hacia el norte. Se desarrollan nuevas zonas de altas presiones dominantes sobre Australia y la Antártida (Alta Polar del Sur). Se forman regiones de bajas presiones sobre Asia central y el suroeste de Asia (Baja Asiática). Estos sistemas de presión son los responsables de las lluvias monzónicas de verano en Asia.
Volveremos a examinar este gráfico en el tema 7p cuando se trate la circulación global.
Figura 7d-4: Promedio mensual de la presión a nivel del mar y vientos dominantes para la superficie de la Tierra, 1959-1997. Los valores de la presión atmosférica están ajustados por la elevación y se describen en relación con el nivel del mar. El control deslizante de la parte inferior de la imagen permite cambiar la hora del mes. 05/07/2009 10:08Sombreado del color. Los tonos azules indican una presión inferior a la media mundial, mientras que los tonos amarillos y naranjas son superiores a las mediciones medias. (Fuente: Climate Lab Section of the Environmental Change Research Group, Department of Geography, University of Oregon – Global Climate Animations).
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