El clima de la Tierra

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El clima de la Tierra




El clima de la Tierra es principalmente el resultado de tres factores: la energía solar, el efecto invernadero y las circulaciones atmosférica y oceánica. La distribución geográfica y estacional de la energía solar depende de la redondez de la Tierra, de la inclinación de su eje y de su órbita alrededor del Sol. Este fenómeno se manifiesta a través de las diferentes áreas climáticas que condicionan la distribución de la vida sobre la Tierra.

1 - Sol y el efecto invernadero

El Sol es la estrella central del sistema solar y está constituido por 8 planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. En la “superficie” del Sol hace mucho calor, aproximadamente 6000°C.
Ni tan cerca, ni tan alejada del Sol, la Tierra es el único planeta del sistema solar que alberga abundante vida, gracias a una temperatura media de superficie de 15°C que permite la presencia de agua líquida.
La energía solar y la presencia de una atmósfera son los dos elementos que condicionan esta temperatura. Como los cristales de un invernadero, ciertos gases que están presentes naturalmente en la atmósfera, en particular el vapor de agua y el dióxido de carbono, obstaculizan la evacuación del calor de origen solar y permiten alcanzar esta suave temperatura de 15°C.
Se trata del fenómeno del efecto invernadero natural. Sin este efecto invernadero, la temperatura de la superficie terrestre sería de -18°C y la vida, si fuese posible, sería muy diferente.
El Sol emite una radiación compuesta por algunos rayos ultravioletas, y, sobre todo, por luz visible e infrarroja próxima. El 30% de esta radiación es directamente reflejado por las nubes, la atmósfera y la superficie terrestre.
Del 70% restante, el 20% es absorbido por gases que están presentes naturalmente en la atmósfera y el 50% por los océanos y el suelo. En definitiva, solamente el 50% de la radiación solar inicial alcanza la superficie de la Tierra.
Esta absorción de la radiación solar calienta la atmósfera y sobre todo la superficie terrestre. A su vez, la atmósfera y la superficie terrestre evacúan esta energía, convertida en calor, en dirección del espacio. Esta evacuación de calor se manifiesta a través de una radiación infrarroja media.
El 10% de esta radiación infrarroja terrestre se escapa directamente hacia el espacio, mientras que el 90% restante es captado por los gases de efecto invernadero que naturalmente están presentes en la atmósfera.
Esos gases de efecto invernadero, principalmente vapor de agua y dióxido de carbono, tras captar el calor de origen solar y el que sube de la superficie terrestre, reemiten esta energía en forma de radiación infrarroja. Los dos tercios de esta radiación regresan al suelo que es calentado, en primer lugar, por el Sol y luego, por dicha radiación.  El tercio restante se escapa hacia el espacio.
Esta explicación simplificada del efecto invernadero no toma en cuenta, por ejemplo, el fenómeno de evaporación del agua líquida en la superficie terrestre que origina la formación de las nubes. Esta evaporación contribuye al calentamiento de la atmósfera, y, además, desempeña un papel esencial en el ciclo del agua.
Es este intercambio constante entre la superficie terrestre y los gases de efecto invernadero el que permite a la Tierra mantener una temperatura media de 15°C. El efecto invernadero natural de nuestra atmósfera es entonces un fenómeno benéfico sin el cual la vida, tal como la conocemos, no hubiera sido posible.
En la actualidad, cuando hablamos del efecto invernadero, asociándolo a una noción de peligro, nos referimos a la intensificación del efecto invernadero natural. Ésta es el resultado del aumento de los gases de efecto invernadero y proviene de las actividades humanas, en particular de la combustión de los carburantes fósiles. Se piensa que esta intensificación del efecto invernadero explica gran parte del calentamiento planetario observado durante los últimos 50 años. Actualmente se procura estimar con más exactitud lo que podrá ocurrir de aquí a fines del siglo 21.

La radiación solare
El Sol existe desde hace varios miles de millones de años. Los rayos solares llegan permanentemente a la Tierra  y calientan la superficie de nuestro planeta. Sin este aporte de energía, la Tierra sería glacial. ¿En qué consiste esta radiación solar indispensable para nuestro planeta?
La energía solar llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética de la cual forma parte la luz visible. Una radiación electromagnética se descompone en ondas de radio, milimétricas, infrarrojas, luz visible, ultravioletas, rayos X y rayos gamma. Un cuerpo frío como la Tierra, emite principalmente ondas de radio, milimétricas e infrarrojas.
Un cuerpo caliente como el Sol emite en todo el espectro. Nos envía un flujo de energía dominado por la parte visible del espectro. Una parte de esa radiación es absorbida por la atmósfera. Las radiaciones ultravioletas y X son principalmente absorbidas por encima de los 100 km de altitud, mientras que las radiaciones visibles e infrarrojas son, en parte, reflejadas por la atmósfera y las nubes.
La superficie de la Tierra, que no es muy caliente, 15°C de media, reemite una parte de la energía solar que puede ser absorbida por la atmósfera (gases de efecto invernadero) y las nubes.
La energía solar, recibida por la Tierra no es constante en el tiempo. El ciclo solar, cuya periodicidad es de 11 años, se observa desde hace siglos por la variación del número de manchas en la superficie del Sol. Sin embargo, el flujo de energía emitido por el Sol solo varía de una milésima durante dicho ciclo.

El ozono
El ozono es un gas cuya molécula está compuesta por 3 átomos de oxígeno. Es muy reactivo y su abundancia en el aire resulta de un equilibrio entre los procesos de formación y de destrucción.
El ozono se encuentra principalmente en 2 regiones atmosféricas y desempeña un papel tanto benéfico como tóxico para los organismos vivos. La primera región es la estratosfera situada por encima de los 10 km de altitud  y que se extiende hasta aproximadamente los 50 km. A la presión atmosférica de la superficie terrestre, esta capa tendría un espesor de aproximadamente 3 mm. Durante la primavera, en las zonas polares, el ozono se destruye parcialmente. Este fenómeno se debe principalmente a las condiciones meteorológicas particulares de estas regiones en invierno y a la presencia de átomos de cloro y bromo en la estratosfera. Estos átomos provienen de las emisiones antrópicas de clorofluorocarbonos (CFC) y halones. Su destrucción por encima del continente antártico, en septiembre-octubre, está particularmente marcada y origina el famoso “agujero de ozono”. Aunque este fenómeno es más reducido en el hemisferio Norte, también se observa regularmente. La destrucción de ozono que también ocurre, en menor grado, en las regiones de latitud media, generó una disminución regular de la capa de ozono en los últimos decenios. El papel benéfico del ozono estratosférico resulta de su  capacidad para absorber los rayos solares en cierta gama del ultravioleta, los UVB, por lo que protege las células vivas de la superficie de la Tierra de la acción destructora de dichos rayos. El ozono es el único compuesto atmosférico, presente en cantidad suficiente, capaz de absorber en esta gama de longitud de onda.
Este fenómeno de destrucción empezó a manifestarse a finales de los años 70. Tras el protocolo de Montreal firmado para poner fin a las emisiones de CFC y de halones, la destrucción de la capa de ozono se detuvo a finales de los años 90, pero la recuperación total de esta capa necesitará varios decenios.
La segunda región donde se encuentra ozono, de manera más o menos homogénea, es la troposfera situada entre la superficie terrestre y los 10-16 km de altitud. La abundancia de ozono en esta zona es diez veces menor que en la estratosfera. Aunque se trata de la misma molécula, el ozono troposférico es un contaminante. Actúa como un oxidante potente, lo que lo convierte en un gas tóxico cuando alcanza concentraciones demasiado altas. Los gases de escape de los vehículos, por ejemplo, compuestos por contaminantes que tras sufrir reacciones químicas forman ozono, son, en parte, responsables del aumento de la concentración del ozono en la troposfera. Cuando su cantidad supera cierto umbral, se habla del famoso pico de ozono, y se difunden mensajes de alarma para reducir la velocidad de circulación de los automóviles en las grandes aglomeraciones.

Los gases de efecto invernadero
El vapor de agua es el principal gas de efecto invernadero (GEI). Dicho gas contribuye en un 50% al efecto invernadero natural. Otro GEI natural importante es el dióxido de carbono que contribuye en un 25% a este fenómeno. Sin embargo, el dióxido de carbono solo representa un 0,03% de las moléculas que componen el aire. Otros gases como el metano, óxido nitroso u ozono, participan  también en el efecto invernadero, pero en menor medida.
Las actividades humanas emiten cantidades significativas de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Estos gases de origen antrópico son, muy probablemente, responsables de las tendencias climáticas observadas desde 1975. Los principales GEI son:

  • el dióxido de carbono (CO2) que proviene, en mayor parte, de la combustión de las energías fósiles (petróleo, carbón, gas natural) utilizada para los transportes y la calefacción y, en menor medida, de la deforestación;
  • el metano (CH4), abundante en las zonas húmedas naturales o antrópicas tales como los arrozales, proviene también de la digestión de los rumiantes, de las descargas y de las pérdidas durante la extracción, el transporte y el uso del gas natural;
  • el óxido nitroso (N2O) que forma parte de la composición de los abonos;
  • los organohalógenos, entre los cuales se encuentran los famosos CFC, que no existen, en general, en el estado natural. La industria los utilizó durante mucho tiempo para fabricar ciertos productos, o como gases refrigerantes o propulsores.
El tiempo que permanece un gas en la atmósfera se denomina “período de vida”. El vapor de agua  permanece solo algunos días en la atmósfera pero la mayoría de los gases de efecto invernadero permanece mucho más tiempo: de un decenio, en el caso del metano, a miles de años, en el caso de algunos organohalógenos.

El albedo
El albedo es una magnitud física que permite conocer la cantidad de luz solar incidente reflejada por una superficie. En cuanto al clima, esta variable es importante porque expresa la porción de radiación solar devuelta por la atmósfera y la superficie terrestre hacia el espacio y que, por consiguiente, no sirve para calentar el planeta.
El albedo es una magnitud sin dimensión. Se puede expresar su valor de dos maneras: por un porcentaje entre 0 y 100% que corresponde al porcentaje de luz reflejada con respecto a la cantidad recibida, o por una cifra entre 0 y 1, que es la fracción de luz reflejada.
Así, una superficie totalmente blanca refleja toda la luz y su albedo es de 100%.
A la inversa, una superficie totalmente negra no refleja ninguna luz por lo que absorbe integralmente la radiación solar que recibe y su albedo es de 0%.
Por ejemplo, el albedo de los océanos está comprendido entre 5 y 10%, el de la arena entre 25 y 40%, el del hielo es de aproximadamente un 60%; el de la nieve espesa y fresca puede alcanzar un 90%. Los continentes, cuyo albedo es más elevado que el de los océanos, aparecen más claros en las fotos satelitales que los océanos, que, por su parte, aparecen negros. Independientemente del tipo de superficie, el albedo medio terrestre es de un 30%.
El deshielo de la banquisa o las variaciones de la ocupación de los suelos, como en el caso de la deforestación masiva, modifican el albedo, lo que altera los intercambios de energía en el planeta y, por consiguiente, influye en el clima. Cambios en la cobertura nubosa modifican el albedo del planeta y la transmisión de la radiación infrarroja, y, por lo tanto, causan modificaciones del efecto invernadero, y también de los intercambios de calor y de agua en el planeta.

El ciclo del agua
Los mares y océanos, las aguas continentales superficiales y subterráneas, la atmósfera y la biosfera son las cuatro reservas de agua de la hidrósfera. El intercambio de agua entre estos cuatro compartimentos es permanente y es lo que se conoce como ‘ciclo externo del agua’. El motor de este ciclo es el sol cuya energía térmica reflejada activa y mantiene constantemente las masas de agua en movimiento.
En el ciclo hidrológico, el agua se encuentra bajo tres formas diferentes: el agua líquida (estado líquido) en los ríos, océanos y nubes; el vapor de agua (estado gaseoso) en la atmósfera y el hielo (estado sólido) en los casquetes polares, los glaciares y la banquisa.
La cantidad de agua presente en la Tierra, unos 1400 miles de millones de kilómetros cúbicos, que no ha variado desde hace miles de millones de años, se transforma tomando diferentes estados físicos y se desplaza permanentemente.
La circulación del agua comprende varias etapas:

  1. la evapotranspiración: el agua se evapora tanto de la superficie de los océanos como de los continentes por medio de la evaporación de los suelos y de la transpiración de la vegetación, y pasa, de esta manera, del estado líquido al estado gaseoso;
  2. la condensación: el agua evaporada se condensa pasando, inversamente, del estado gaseoso al estado líquido en la atmósfera, y forma las nubes;
  3. las precipitaciones: el agua de las nubes vuelve a caer sobre la superficie terrestre en  forma de gotas de lluvia o de copos de nieve (dependiendo de la temperatura del aire);
  4. la infiltración y la escorrentía: el agua meteórica se infiltra directamente en el subsuelo hasta las napas subterráneas o bien escurre en los ríos hasta los océanos.  

El largo viaje del agua vuelve a comenzar con la evapotranspiración, etc.
En promedio, sobre el conjunto de los continentes, el 65% de las precipitaciones anuales que llega al suelo se evapora y el 35% restante escurre y se infiltra.
Durante este ciclo continuo, el agua queda almacenada en algunas « reservas ». Así, solo permanece una o dos semanas en la atmósfera y en los cursos de agua, unos miles de años en los océanos y en los glaciares y puede almacenarse hasta más de un millón de años en los casquetes polares, como en la Antártida.
El ciclo del agua participa en la transferencia de calor entre la superficie terrestre y la atmósfera. Efectivamente, durante la evaporación, el pasaje de un estado líquido en que las moléculas de agua están vinculadas entre sí, a un estado gaseoso, en el que las moléculas son independientes unas de otras, necesita un aporte de energía para romper las uniones que mantienen las moléculas entre sí en la fase líquida. Dicha energía proviene del proceso de evaporación del agua líquida, por lo que se produce un enfriamiento de la superficie (océanos, suelos y vegetación). A la inversa, al condensarse el vapor de agua en la atmósfera, se restituye al aire ambiente la misma cantidad de energía.  La evaporación y condensación conducen a una transferencia de calor desde la superficie del planeta hacia la atmósfera. A continuación, el aire recalentado es transportado por la circulación atmosférica.

2 - Movimientos e inclinación

En un lugar dado, la temperatura media medida en la superficie terrestre no es constante a lo largo del año. Dicho fenómeno se conoce como la alternancia de las estaciones. En las zonas templadas, en un año, se suceden cuatro estaciones.
Este fenómeno puede explicarse por tres razones: la revolución de la Tierra alrededor del Sol, la redondez de la Tierra y la inclinación del eje de rotación diaria de la Tierra, es decir el eje de los polos con respecto al plano de su órbita alrededor del Sol.
La Tierra gira alrededor del Sol en una órbita elipsoidal contenida en un plano, el plano de la Eclíptica. La excentricidad de esta órbita es tan pequeña que nuestro planeta se desplaza prácticamente sobre un círculo. La Tierra da la vuelta completa alrededor del Sol en un año.
Teniendo en cuenta la redondez de la Tierra, en el Ecuador los rayos llegan perpendiculares  a la superficie terrestre y, cuanto más nos acercamos a los polos, más oblicuos llegan estos rayos.
Así, para una misma cantidad de energía solar que llega al suelo, la superficie calentada será más pequeña en el Ecuador que en los polos. La cantidad de energía recibida por unidad de superficie, a nivel del suelo, será entonces mayor en el Ecuador que en los polos.
Por otra parte, cuanto más nos acercamos a los polos, mayor es la distancia que los rayos solares deben recorrer en la atmósfera, donde pierden parte de su energía.
En consecuencia, la cantidad de energía recibida es, por ejemplo, dos veces mayor en el Ecuador que a los 60° de latitud.
Pero la revolución alrededor del Sol y la redondez de la Tierra no explican el fenómeno de las estaciones. Este solo se debe al hecho de que el eje de los polos no es perpendicular al plano de la Eclíptica, o, dicho de otra forma, que el plano ecuatorial de la Tierra no se superpone con el plano de la Eclíptica. Dichos planos forman un ángulo llamado oblicuidad, que es de 23°5.
Si este ángulo fuera nulo, para una misma latitud, la de París por ejemplo, se constataría que, en diciembre y en junio, la cantidad de energía solar recibida sería la misma. No habría, pues, diferencia de temperatura entre invierno y verano.
En la realidad, se constata que, en diciembre, los rayos del Sol llegan muy inclinados a esta latitud. La cantidad de energía solar recibida es reducida. Es el invierno.
En cambio, en junio, a la misma latitud, los rayos del Sol llegan mucho más perpendiculares. La cantidad de energía recibida es alta. Es el verano.
Fuera de las zonas templadas, no existe esta alternancia regular de cuatro estaciones bien marcadas. Entre los dos trópicos, por ejemplo, la posición del Sol es casi siempre perpendicular por lo que la diferencia de temperatura entre verano e invierno no es demasiado marcada. Entonces, a menudo hay solo dos “estaciones”, en el sentido climático, una estación de lluvias y una estación seca.

La energía solar
La energía solar proviene de la fusión nuclear que se produce en el núcleo solar, en donde las temperaturas superan los 10 millones de grados Celsius. Esta energía se propaga primero hacia la « superficie » del Sol donde las temperaturas aún son de 6000°C, luego en el sistema solar en forma de radiación electromagnética.
La energía solar es la principal fuente de energía que calienta la superficie terrestre. Cada día, el Sol nos envía una cantidad considerable de energía: en un año, la humanidad entera consume menos del 3% de lo que el Sol nos envía diariamente.
En comparación, la energía geotérmica, es decir aquella que proviene del calor interno de la Tierra, representa menos del milésimo de la energía solar. Las otras fuentes de energía, como la radiación cósmica y la luz estelar, solo representan un millonésimo de la energía solar.
En promedio, en la superficie terrestre (incluyendo día y noche, invierno y verano, trópicos y polos), el Sol envía 342 Vatios por metro cuadrado a nivel de la alta atmósfera. Un 30% de esta energía se devuelve, reflejado, al espacio.
La variación de la irradiancia solar fue medida de manera precisa por satélites artificiales desde 1978. Esta variación es muy baja (0,1%) y afecta sobre todo la radiación ultravioleta solar que se absorbe principalmente en altitud, en la estratosfera.
Las variaciones de las diferentes cantidades de energía solar que llega en verano a las zonas polares, debidas a los ciclos de 19 000 a 400 000 años de pequeños cambios del eje de rotación y de la órbita terrestre, parecen regir las alternancias entre los períodos glaciares e interglaciares.


La posición de la Tierra
La posición de la Tierra con respecto al Sol cambia permanentemente, en función de tres parámetros:
- la excentricidad de la órbita terrestre varía entre 0,005 y 0,05 en el transcurso de un período de 100 000 años. Actualmente es de aproximadamente 0,016.
- la inclinación de la Tierra varía entre 22° y 25° con respecto al plano de la Eclíptica, en el transcurso de un período de 41 000 años. Actualmente, la inclinación de la Tierra es de aproximadamente 23,5°.
- la precesión de los equinoccios genera un movimiento del eje de rotación de la Tierra en un cono de revolución en el transcurso de un período de 21 000 años.
La variación de estos parámetros orbitales modifica constantemente la posición y la exposición de la Tierra al Sol. Estas variaciones son pequeñas pero bastan para modificar la cantidad de energía solar que llega a la Tierra. Estos cambios generaron la teoría astronómica de Milankovitch que permite explicar los grandes cambios climáticos que se observan desde hace dos millones de años en nuestro planeta.
Las pequeñas variaciones orbitales acarrean grandes ciclos climáticos de 100 000 años. Se observa una serie de largos períodos glaciares, seguidos por períodos interglaciares más cortos (de 10 000 a 20 000 años) y más calientes. La diferencia de temperatura media entre estos períodos es del orden de 5°C en el planeta.
El período interglaciar en el que vivimos empezó hace 11 000 años y podría durar  decenas de miles de años más.

Las estaciones
Las variaciones estacionales del clima son el resultado de la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol y de la inclinación del eje de rotación diaria de nuestro planeta con respecto a su plano orbital (plano de la Eclíptica).
A lo largo del año, en función de la posición de la Tierra en su órbita, los diferentes puntos de la superficie de la Tierra no reciben la misma cantidad de radiación solar. Cuanto más perpendiculares llegan los rayos al suelo, más calor hace; cuanto más oblicuos, menos calor.
En un año ocurren:
- dos equinoccios: uno alrededor del 20 o 21 de marzo y el otro hacia el 22 o 23 de septiembre. En el equinoccio, los rayos del Sol llegan verticales con respecto a un punto del Ecuador. La duración del día es igual a la de la noche, por lo que toma el nombre de equi-noccio.
- dos solsticios: uno alrededor del 20 o 21 de junio y el otro hacia el 21 o 22 de diciembre. En el solsticio, el ángulo entre el plano ecuatorial terrestre y la dirección de los rayos es máximo.
En el hemisferio Norte, el solsticio de junio corresponde al solsticio de verano. En este caso, la iluminación del Sol es máxima. En el hemisferio Sur, el solsticio de junio corresponde al solsticio de invierno.
En las zonas de clima templado, en las latitudes medias, las estaciones astronómicas corresponden a cuatro fases de evolución del clima a lo largo del año: invierno, primavera, verano y otoño. En las zonas tropicales, se habla también de estaciones, pero en el sentido de estación seca y de estación de lluvias. Las estaciones y los fenómenos climáticos asociados están invertidos en los dos hemisferios.

3 - Atmósfera y océanos

El Sol es el motor principal de los movimientos atmosféricos. Este calienta la superficie de la Tierra que, a su vez, calienta el aire ambiente.
Al entrar en contacto con la superficie terrestre, las masas de aire se calientan y tienden a subir porque el aire caliente es menos denso que el aire frío. Por lo tanto, se produce, a nivel del suelo, una depresión o baja presión. En cuanto a las masas de aire frío, tienden a bajar y a formar anticiclones o altas presiones a nivel del suelo.
Cuando asciende, el aire caliente se enfría y cuando desciende de nuevo hacia el suelo, vuelve a calentarse. Esta circulación cíclica se organiza a escala planetaria según el balance energético.  En el planeta, en promedio, el balance es nulo pero se caracteriza por una acumulación de energía en las bajas latitudes y un déficit en los polos. La circulación se organiza desde las altas presiones polares hacia las bajas presiones ecuatoriales, a nivel del suelo. La vuelta se hace a nivel de la alta atmósfera. En cada hemisferio, se organizan tres células que se disponen en banda según la latitud.
El aire caliente y húmedo que sube del suelo en las regiones ecuatoriales de baja presión se desplaza hacia los polos Norte y Sur a ambos lados del Ecuador, al mismo tiempo que se enfría. Hacia los 30° de latitud, este aire tropical se encuentra con el aire frío polar, desciende de nuevo a la superficie y vuelve al Ecuador en forma de alisios. Esta célula tropical transfiere el calor desde el Ecuador hacia los trópicos. Entre los 30° y 60°, se produce una célula inversa marcada por vientos que soplan del Sur al Norte. Más al Norte, el aire frío y denso se desplaza hacia las latitudes templadas, formando la tercera célula.         
Además, la rotación terrestre afecta este desplazamiento de las masas de aire: los vientos que soplan desde las altas presiones hacia las bajas presiones son desviados hacia la derecha en el hemisferio Norte y hacia la izquierda en el hemisferio Sur. El aire caliente y húmedo que sube del suelo en las regiones ecuatoriales de baja presión es desviado hacia el este durante su desplazamiento hacia el Norte y se transforma hacia los 30° Norte en una potente corriente en chorro, que domina la región de encuentro a nivel del suelo entre el aire tropical y el aire polar. Esta región se caracteriza por un frente térmico inestable que ocasiona perturbaciones atmosféricas, cuya actividad es muy eficaz para la transferencia de calor del Sur al Norte.
La transferencia de energía térmica desde el Ecuador hacia los polos también es asegurada  por el océano donde se establece un sistema de corrientes para equilibrar la desigual distribución de la energía térmica que se recibe en superficie.
La circulación oceánica de superficie se debe principalmente a la acción de los vientos y es afectada, como estos últimos, por la fuerza de Coriolis. Es también sensible a las variaciones del nivel del mar y del campo de presión.
En promedio, los océanos transportan calor desde el Ecuador hacia los polos mediante las principales corrientes del borde oeste, corriente del Golfo y Kuri Shio en el hemisferio Norte, y las corrientes de Brasil y de las Agujas en el hemisferio Sur. Estas aguas se enfrían, se sumergen en las latitudes templadas y regresan hacia el Ecuador en profundidad. Tal es el caso único del Océano Pacífico pero existen importantes particularidades geográficas regionales que modifican este esquema general. El Océano Índico, bloqueado al Norte por la barrera del continente indio, transfiere calor hacia el Sur en todas las latitudes y el Océano Atlántico, abierto sobre el Océano Ártico, transfiere calor hacia el Norte en todas las latitudes.
Este funcionamiento del Océano Atlántico, componente esencial del flujo de la circulación general, está relacionado con su capacidad para formar aguas profundas en la región subártica. En efecto, una parte de las aguas cálidas y saladas del Atlántico sube hacia el Ártico a lo largo de las costas europeas. Dichas aguas se enfrían progresivamente y se vuelven, así, más densas. Cuando se alcanza el punto de congelación, parte de las aguas se convierte en bancos de hielo, volcando su sal en las aguas cercanas, lo que aumenta aun más la densidad. Estas aguas frías y saladas, muy densas, se sumergen por gravedad entre 2000 y 4000 metros de profundidad. Forman entonces una corriente profunda que transporta hacia el Sur las aguas frías que se formaron en el Norte, asegurando un transporte en profundidad en el Atlántico Norte, del mismo orden que el asegurado por las corrientes de superficie.


La fuerza de Coriolis

La fuerza de Coriolis o efecto Coriolis produce la desviación de la trayectoria de un objeto en movimiento en la superficie de otro objeto en rotación. Se aplica, en particular, a todo cuerpo en movimiento sobre la superficie de la Tierra, debido a la rotación terrestre alrededor del eje de los polos. Es máxima en los polos y nula en el Ecuador.
Como consecuencia, el efecto Coriolis produce la desviación de un cuerpo en movimiento hacia la derecha en el hemisferio Norte y hacia la izquierda en el hemisferio Sur, considerando la derecha según se mira hacia adelante durante el desplazamiento.
Se aplica en particular a las masas de aire y de agua en movimiento. Actúa en particular sobre el sentido de rotación del viento en las depresiones (sentido anti-horario) y en los anticiclones (sentido horario) en el hemisferio Norte. El efecto Coriolis también tiene influencia sobre el sentido de los alisios.
En el hemisferio Norte, los alisios soplan desde los trópicos hacia el Ecuador, desde el noreste hacia el suroeste; en el hemisferio Sur, soplan desde el sureste hacia el noroeste.

La circulación termohalina
En los trópicos, el agua de superficie de los océanos recibe un aporte significativo de calor que le permite alcanzar temperaturas entre 25 y 30°C. En las regiones polares, las aguas alcanzan la temperatura de congelación del agua de mar, cercana a -2°C.
Una capa de agua llamada capa de mezcla se extiende de decenas a centenas de metros. La capa de mezcla toma una temperatura homogénea, cercana a la del agua de superficie, gracias a la acción del viento y de las olas. Por debajo de esa capa, bajo la termoclina que designa la zona de fuerte variación de temperatura, los intercambios de masa y energía son muy reducidos: así, la mayor parte del océano está compuesta por aguas frías y densas. Dichas aguas provienen de las zonas del océano donde las aguas de superficie ya frías y saladas, y por lo tanto muy densas, se hunden por gravedad, bajo las aguas cálidas y menos saladas hasta la profundidad en la que se encuentran en equilibrio de densidad con las aguas vecinas (a los 2000 m en la región subártica, 4000 m en la antártica, o 1000 m en el Mediterráneo occidental). Así, llenan los fondos oceánicos cuya temperatura, cercana a 0-4°C, varía poco de los polos al Ecuador. Estas regiones conocidas como zonas de convección profunda son poco numerosas y están situadas en las altas latitudes, principalmente en el mar del Labrador, a la altura de Groenlandia, de Noruega y en menor proporción en el mar del Weddell. También se encuentran en el Mediterráneo, donde la sucesión de episodios de viento mistral al final del invierno puede generar agua muy densa.
Se suele esquematizar la lenta mezcla de los océanos como una “cinta transportadora” a escala planetaria. Estas aguas profundas, que nacen principalmente en el Atlántico Norte, fluyen hacia el Atlántico Sur. Hacia los 60°S, estas aguas profundas son transportadas del Oeste hacia el Este por la Corriente Circumpolar Antártica. A continuación, vuelven a subir progresivamente hacia la termoclina y luego se vierten en el Atlántico Sur, el Pacífico y el Océano Índico. El retorno de esa gran circulación en el Atlántico Norte se realiza a través de corrientes cálidas, cercanas a la superficie, cuya circulación está relacionada con la circulación atmosférica. Esta mezcla de aguas profundas provenientes del Océano Ártico y que regresan al Atlántico Norte puede tardar de varias centenas a miles de años.
En el hemisferio Norte, los alisios soplan desde los trópicos hacia el Ecuador, del noreste hacia el suroeste. En el hemisferio Sur, soplan del sureste hacia el noroeste.
La intensidad de esta circulación y los sitios donde se originan las aguas profundas varían según se trate de un período glaciar o interglaciar. En efecto, durante un período glaciar, la presencia de bancos de hielo en las altas latitudes impide la formación de las aguas profundas.


4 - Climas y biomas

Se define el clima de una región por los valores medios y la variación de sus parámetros meteorológicos. La distribución de los seres vivos está determinada principalmente por ciertos parámetros como la temperatura y las precipitaciones, la lluvia, el granizo y la nieve.
Las temperaturas varían en función del sitio, la estación y el momento del día y están comprendidas entre -80°C, en el caso de las regiones polares antárticas de noche, y 60°C en algunas zonas desérticas en verano, al mediodía. En el mapa de distribución de las temperaturas medias anuales de la superficie de los continentes, se pueden distinguir cinco zonas principales: la zona calurosa situada entre los dos trópicos, las dos zonas frías, cercanas a los polos, y las dos zonas templadas, situadas entre los dos polos.            
Las lluvias están regidas esencialmente por la circulación atmosférica. Las regiones desérticas están asociadas a las zonas de movimiento descendente de la atmósfera, cercanas a los trópicos, y con las zonas muy frías, situadas cerca de los polos. Las regiones lluviosas están asociadas a las zonas de movimiento ascendente de la atmósfera cercanas al Ecuador y a las zonas de baja presión, en las latitudes medias. En el Ecuador caen, en promedio, 2 metros de agua por año, 70 centímetros en las regiones semiáridas, en los trópicos, 1 centímetro en los desiertos subtropicales y 1 metro en las latitudes medias.
El mapa de climas representa estas zonas de temperaturas y lluvias distribuidas según la latitud: en rojo la zona ecuatorial, calurosa y húmeda, en amarillo las zonas áridas, en verde las zonas templadas y en azul las zonas frías.
Conocer la disposición de estas grandes áreas climáticas permite comprender mejor la distribución de los seres vivos en biomas.
Un bioma es un conjunto de ecosistemas característico de un área biogeográfica. Se determina en función de la vegetación y de las especies animales que predominan. De manera simplificada, se pueden definir once grandes biomas terrestres.
Los casquetes polares groenlandés y antártico representan el desierto total donde no existe ninguna forma de vida.
La tundra solo existe en las regiones circumpolares. Está compuesta por una flora escasa de brezales, pastos, musgos, líquenes, y una fauna poco diversa pero bien adaptada a las condiciones de vida extremas.
En la taiga, también llamada bosque boreal subártico, la flora está constituida esencialmente por coníferas, adaptadas al frío.  Es la zona boscosa más septentrional del planeta.
El bosque templado o bosque mixto, está compuesto mayormente por árboles de hoja caduca. El tipo de árbol está determinado por la influencia del clima oceánico, continental o mixto. El bosque templado se encuentra en Europa, Asia y Norteamérica. Su fauna es abundante y diversa.           
La pradera, también llamada estepa en Asia, pampa en Argentina o veld en África del Sur, está cubierta por plantas herbáceas anuales.
El maquis está situado en las regiones mediterráneas o en aquellas de clima similar tales como California, Chile, África del Sur o el sur de Australia.  La vegetación está adaptada a este clima caluroso y seco en verano y suave en invierno.
El desierto es una región árida donde la flora y la fauna casi no existen.  Dependiendo de la latitud y la altitud, es muy cálido o muy frío.
La sabana se desarrolla en un clima tropical en el que alternan una estación húmeda y una estación seca, más corta. Está constituida sobre todo por hierbas altas y, en menor medida, por algunos árboles y arbustos.
La selva tropical húmeda, o selva ecuatorial, está situada en la zona intertropical. Se caracteriza por árboles de gran tamaño y por una gran riqueza vegetal y animal.  Hoy en día, la deforestación amenaza a todas las selvas ecuatoriales.
La selva templada húmeda está situada típicamente en zonas templadas con abundantes precipitaciones. Está poblada por coníferas y plantas frondosas. Se encuentra en el noroeste de Norteamérica, sur de Chile, Tasmania y Nueva Zelanda.
La montaña es un conjunto de biomas que no difieren en latitud sino en altitud. Las especies frondosas que se observan en las zonas bajas son reemplazadas luego por coníferas en las mayores altitudes, y finalmente por tundra alpina. Las cimas son desiertos nevados o rocosos.
Estos ambientes diferentes tienen influencia sobre la implantación, las actividades y el ritmo de vida de gran parte de la humanidad. En las zonas desérticas, las mesetas altas, las zonas subárticas, donde se encuentran condiciones de vida particularmente difíciles, las densidades poblacionales son muy bajas. Por el contrario, las zonas templadas favorecen el asentamiento de las poblaciones humanas. Las regiones cercanas al mar también están cada vez más pobladas, aunque están sometidas a altos riesgos climáticos de catástrofes repetidas.

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