Sin la convección atmosférica, ¡la Tierra sería un verdadero horno!

Sin embargo, en el origen de fenómenos meteorológicos a menudo temidos, como tormentas eléctricas o ciclones tropicales, la convección atmosférica juega un papel importante en la regulación del clima global. Como veremos en este artículo, sin él, el paisaje terrestre estaría más cerca de un horno que del ambiente agradablemente templado que conocemos.

A menudo se explica que sin el efecto invernadero natural debido al vapor de agua, CO2etc. la temperatura media de la Tierra no sería de 15 ° C, como es actualmente, sino que rondaría los -18 ° C. Sin embargo, esta es una temperatura calculada todas las cosas son iguales de lo contrario. Sin embargo, al reducir el efecto invernadero a nada, la faz del globo rápidamente se volvería muy diferente y todas las demás cosas no permanecerían iguales. Además, la temperatura planetaria de hecho se hundiría a un nivel mucho más bajo, pero cuyo valor sigue siendo difícil de estimar con precisión.

El efecto moderador de la convección atmosférica.

Un segundo punto que conviene mencionar se refiere a la diferencia entre las dos cifras. El efecto invernadero, se explica a menudo, nos calienta alrededor de 30 grados al bajar la temperatura global de -18 ° C a alrededor de 15 ° C. Sin embargo, al decir esto, olvidamos la gran influencia de la convección atmosférica. Sin este último, el clima en la superficie del globo sería, de hecho, inhabitable para la gran mayoría de las especies. la temperatura media global puede alcanzar fácilmente los 40 ° C. Por tanto, el efecto invernadero no se calienta en unos treinta grados, sino en unos cincuenta. Este intenso calentamiento está afortunadamente moderado por los movimientos verticales de la atmósfera.

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Tormentas eléctricas sobre Brasil, capturadas desde el espacio por un astronauta. Créditos: Wikimedia Commons.

Así, simples consideraciones radiativas nos llevan a la conclusión de que el efecto invernadero permitiría que la temperatura de la superficie fuera mucho más cálida que la que observamos y que la temperatura en el aire fuera mucho más fría. Si todo fuera estático, el perfil térmico vertical estaría marcado por una disminución muy rápida. Sin embargo, la atmósfera es un fluido, por lo tanto, capaz de moverse. En consecuencia, a partir de una cierta tasa de descenso vertical, se establecen circulaciones convectivas.

En condiciones de referencia, este valor umbral es – 9,8 ° C por kilómetro. Siempre que aparece un gradiente más alto, el aire comienza a moverse. para rechazar el calor en altura y reducir el frío a la superficie. El retorno al valor límite es tan rápido y eficiente que es difícil observar gradientes verticales más pronunciados. Y cuando ocurren, en su mayoría se concentran en una capa muy delgada en contacto directo con el suelo en los calurosos días de verano. Para describir esta inestabilidad y el recuerdo asociado, hablamos de convección seca.

Un modo de convección húmeda aún más eficiente

En la Tierra, la presencia de agua en sus tres fases acentúa los procesos de convección. Cuando el aire sube, el vapor de agua que contiene puede condensarse en gotas y cristales de hielo. Al hacerlo, se libera calor latente y permite que el aire permanezca anormalmente caliente durante más tiempo. En estas condiciones, la atmósfera es más fácilmente inestable y los movimientos se establecen a partir de un gradiente vertical más bajo, del orden de – 6,5 ° C por kilómetro. El calor adicional liberado en altitud y el enfriamiento adicional asociado en la superficie dictan decadencia térmica vertical más lenta que el que se encuentra en una atmósfera seca.

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Perfil térmico vertical de la atmósfera como parte del equilibrio radiativo (azul) y radiativo-convectivo (seco: rojo, húmedo: púrpura). El caso húmedo (convección tormentosa) es el que más reajusta el perfil térmico vertical. Créditos: P. Tremblin y col. 2019.

A medida que la condensación del agua ocurre a cierta distancia del suelo, nuestra atmósfera organiza un gradiente térmico vertical seco durante la primera milla, respondiendo al mecanismo de convección seca. Más allá de eso, prevalece un gradiente térmico vertical húmedo, que responde al mecanismo de convección húmeda (tormentas, chubascos, etc.). Este razonamiento de primer orden describe muy bien la estructura del mundo tropical como la de la estación cálida. Para la estación fría, en particular en latitudes extratropicales, los mecanismos adicionales participan en la regulación del gradiente vertical. Estos incluyen depresiones baroclínicas y otras ondas atmosféricas de Rossby.

En resumen, La atmósfera terrestre juega un doble papel modulador.. Nos protege del gran frío por su efecto invernadero, pero también del calor excesivo que resultaría directamente de este último. La temperatura relativamente agradable de nuestro planeta es, por tanto, la expresión de un equilibrio fino, pero complejo, que llamamos equilibrio radiativo-convectivo. Piénselo la próxima vez que se encuentre en un aguacero o una tormenta: ¡es malo para bien!

Fuentes: Convección atmosférica, Kerry A. Emanuel / Atmosphere-Ocean Dynamics, Adrian Gill / Nuevo clima en la Tierra: comprender, predecir, reaccionar, Hervé Le Treut.