LA INCIDENCIA DE LOS RAYOS SOLARES SOBRE LA TIERRA DETERMINA REGIONES CLIMÁTICAS.

Las regiones climáticas (Fría, Templada y cálida) son el resultado de la incidencia de los rayos proyectados por el sol sobre la tierra y la inclinación del eje terrestre. En una mitad del movimiento de traslación, el sol está cercano al hemisferio norte y en la otra, el sol está cercano al hemisferio sur. Es el invierno y el verano. Luego el otoño y la primavera son el producto del enfriamiento o calentamiento de la tierra, hacia el invierno o verano respectivamente.  

A PLENO SOL

Quizá los fenómenos climáticos más evidentes y periódicos que percibimos son los cambios de estación; éstos se deben a la manera como se orienta la Tierra respecto al Sol durante el año, lo cual se muestra en la figura III.1.

Imagine el lector un plano que contenga el ecuador terrestre, al cual llamamos ecuatorial, por otro lado, la Tierra describe un movimiento de traslación alrededor del Sol en una trayectoria que se denomina órbita y tiene forma de elipse; al plano que la contiene se le designa como eclíptica. El plano ecuatorial y la eclíptica forman entre sí un ángulo de 23.5°, esta inclinación se conoce como oblicuidad y es la misma todo el tiempo y hacia el mismo lado; o sea, respecto de las estrellas, el eje de rotación de la Tierra (que va de polo a polo, perpendicular al ecuador) siempre está en la misma dirección y su extremo norte apunta a la Estrella Polar. 

 

Figura III.1. Posiciones de la tierra en su órbita y sus orientaciones respecto del Sol en los solsticios y equinoccios.

La oblicuidad es la causa de las estaciones y ahora veremos por qué. Durante la mitad de su movimiento de traslación la Tierra lleva su parte norte inclinada hacia adentro de la órbita y su lado sur hacia afuera, mientras que en la otra mitad del año el norte está hacia afuera y el sur hacia adentro como se ve en la figura III.1.

Ahora imagine usted que está leyendo exactamente debajo de un foco; cuando el libro esté horizontal será cuando más luz reciba, al inclinarlo habrá menos luz sobre él e irá disminuyendo conforme lo vaya empinando; si coloca el libro completamente vertical el foco no alumbrará nada, pues la luz llega por uno de sus bordes (véase la figura III.2).

Análogamente, el Sol alumbra (y calienta) más a la Tierra cuanto más arriba aparezca sobre el horizonte (p. ej. a mediodía o en verano). 

 

Figura III.2. Rayos de luz inciden sobre una superficie que tiene diversas orientaciones: en la posición a la superficie es perpendicular a los rayos y recibe la máxima iluminación, la cual disminuye conforme se pasa a las orientaciones b, c y d; la superficie está en e es paralela a los rayos y estos no la iluminan nada. 

Aparte del ecuador (cuya latitud es cero) hay otros cuatro círculos notables paralelos a él, que son: el trópico de Cáncer, cuya latitud es de 23.5°N,, el de Capricornio a 23.5°S, y los dos círculos polares, el Ártico, a 66.5°N (o sea, 90°-23.5°) y el Antártico, a 66.5°S. Nótese que 23.5° es el valor de la oblicuidad, y 90° es la latitud de los polos.

El 21 de diciembre es el día en que el polo sur (S) está más inclinado hacia el Sol; a mediodía los rayos solares llegan, verticales al trópico de Capricornio y horizontales al Círculo Artico; además, todo el casquete polar limitado por el Círculo Antártico da hacia el Sol las 24 horas del día y el casquete polar del norte no lo ve en ningún momento (véanse las figuras III.1 y III.3).

El 21 de junio sucede lo contrario: es cuando el polo norte (N) está más ladeado hacia el Sol; a mediodía sus rayos caen verticales sobre el trópico de Cáncer y horizontales sobre el Círculo Antártico; el casquete polar del norte recibe luz del Sol las 24 horas, mientras que el del sur se mantiene de noche.

Los días 21 de marzo y 22 de septiembre ninguno de los hemisferios tiene preferencia hacia el Sol; a mediodía los rayos llegan verticales sobre el ecuador y se van inclinando conforme la latitud aumenta, hasta ser horizontales en los polos. En estos dos momentos,

llamados equinoccios, la radiación se reparte simétricamente en ambos hemisferios.

De esto se desprende que las estaciones están invertidas (o recorridas seis meses) en los hemisferios, de modo que el 21 de diciembre es el solsticio de invierno en el HN y el de verano en el HS; el 21 de junio comienza el verano en el HN y el invierno en el HS. El equinoccio de primavera en el HN es el de otoño en el HS y viceversa.

De aquí resulta también que en el mero polo cada año hay una sola noche de seis meses y un solo día la otra mitad del año, alternándose entre ambos polos; los equinoccios marcan el amanecer y el anochecer de estas largas jornadas polares.

LA CARRERA DEL SOL

Viendo las cosas desde la Tierra, los rayos del Sol llegan verticales a mediodía en distintos lugares según la época del año, o sea que el Sol "viaja" de N a S entre junio y diciembre, y de regreso durante la otra mitad del año; los puntos extremos de este viaje son los trópicos. Por consiguiente, cualquier lugar del planeta cuya latitud sea menor que 23.5° tiene el Sol exactamente vertical dos veces al año, momentos en los que no hacemos sombra al mediodía; más allá de los trópicos (o sea, al N del de Cáncer y al S del de Capricornio) el Sol nunca se halla verticalmente (véase la figura III.3). 

 

Figura III.3. Incidencia de los rayos del sol (que estaría a la derecha) sobre la Tierra. Se muestran las direcciones sobre el ecuador, trópicos, círculos polares y polos, en los solsticios y equinoccios. Las direcciones ilustradas son perpendiculares y tangentes al horizonte . 

Para un lugar determinado de la Tierra (p. ej., la ciudad de México) podemos analizar lacarrera del Sol en la bóveda celeste (véase la figura III.4); todos los días sale por el este y se mete por el oeste, y los puntos extremos de su viaje diurno se desplazan en el horizonte según transcurre el año: en invierno hacia el S y en verano hacia el N. Simultáneamente, entre más al S está el Sol, su trayecto es más corto, en total asciende

poco y recibimos sus rayos menos horas; conforme nos acercamos al verano el Sol se levanta cada vez más (y aumentan las horas de luz) hasta alcanzar a mediodía el cenit o cúspide de la bóveda celeste el 16 de mayo; continúa su trayecto y llega a su extremo N el 21 de junio; de ahí emprende el regreso, pasando de nuevo por la vertical el 26 de julio. De hecho esto se aplica igualmente para cualquier otro sitio de la Tierra ubicado en la misma latitud de nuestra ciudad, p. ej. Bombay (India) e Hilo (Hawai).

 

Figura III.4. Trayectoria diurna o carrera del sol sobre la ciudad de México, para los solsticios, equinoccios y días en que pasa por el cenit. 

LO AZUL DEL CIELO

Usted lector, habrá visto fotografías tomadas por los astronautas en la Luna y habrá notado que de día el cielo es negro (excepto las porciones ocupadas por el Sol, la Tierra, etc.); además, el paisaje lunar presenta otro contraste: donde da el Sol es muy brillante (amarillo claro) y en la sombra es completamente oscuro (negro). También se dan enormes diferencias de temperatura entre sol y sombra, entre día y noche.

Ciertamente, eso se debe a que en la Luna no hay atmósfera como la que posee la Tierra, donde hace disminuir los contrates; pero ¿por qué la atmósfera atenúa la oscuridad de la sombra? Pues porque los gases que forman el aire y las partículas suspendidas en él, principalmente bruma (también llamada calina) y polvo, reflejan en todas direcciones la luz solar que incide en ellas; esta reflexión desorganizada se llama dispersión, y es distinta de la producida por un espejo, denominada reflexión especular, en la cual los rayos rebotados van en direcciones ordenadas (figura III.5). Esta característica de la atmósfera (llamada también difusión o esparcimiento) permite a la luz "doblar esquinas" y también nos permite ver un haz de luz cuando la fuente que lo origina está oculta; así, en el cine vemos sobre nuestras cabezas los rayos que van de la cabina de proyección a la pantalla. El mismo efecto es el que nos permite ver los haces del Sol que se filtran por los huecos de una nube que lo cubre; por cierto que esos rayos parecen abrirse hacia nosotros, pero realmente son paralelos; los vemos así por la misma razón que cuando caminamos por una vía de tren recta parece que los rieles se juntan a lo lejos, ésta es la ilusión óptica de perspectiva (figura III.6). 

 

Figura III.5. Una superficie plana y pulida (izquierda) refleja ordenadamente la luz, una superficie rugosa (derecha) lo hace desordenadamente y las moléculas de un gas (abajo) dispersan la luz. 

 

Figura III.6. Por efecto de perspectiva, rectas paralelas, como los rieles de una vía, parecen abrirse hacia nosotros cuando las vemos de frente. 

Sin embargo, la dispersión atmosférica no es pareja para los diferentes colores de luz; los rayos azules (con menor longitud de onda) sufren más dispersión que los demás, por eso el cielo es azul.

Por lo tanto, a la superficie nos llega la radiación solar de dos maneras: directa y difusa; la primera proviene (con cielo raso) del pedacito de la bóveda celeste ocupado por el disco solar, y la segunda de las demás direcciones. La radiación difusa proviene del Sol en última instancia, pero nos llega luego de múltiples rebotes en el aire, y en otras partículas y objetos; cuando está nublado (aunque sea parcialmente, pero con una nube que tapa al Sol) sólo recibimos la difusa, nada de directa. La dispersión de los rayos solares aumenta según la humedad del aire; cuando hay bruma, además de la luz azul se dispersa la de otros colores, dando un cielo blanquecino; por la misma razón, el Sol, que en realidad es blanco, lo vemos amarillento o rojizo, pues el componente azul de su luz se desperdigó por la atmósfera y la directa nos llega sin ese color. Este efecto se acrecienta en la aurora y al ocaso, cuando los rayos atraviesan más atmósfera para llegar a nosotros (figura III.7); asimismo, la contaminación del aire produce crepúsculos espectaculares, una gracia entre tantas adversidades del smog. Durante los años siguientes a la erupción del Krakatoa en 1883 se observaron magníficos amaneceres y atardeceres en gran parte del mundo; ¿la causa?, las cenizas volcánicas suspendidas en la estratosfera.

 

Figura III.7. Tanto en la aurora como al ocaso, los rayos del Sol atraviesan más atmósfera que al mediodía. 

INVIERNO QUEMANTE

En la mayor parte de nuestro país (el extremo noroeste no, porque tiene climamediterráneo) el invierno es seco; en consecuencia, el cielo es muy azul y la atmósfera transparente; por eso en invierno el contraste térmico entre Sol y sombra es fuerte, la gente dice "No halla uno para dónde hacerse, el Sol quema y en la sombra hace frío". La situación se acerca a la que priva en la Luna: sombra muy oscura y Sol hiriente; esto se debe a que la atmósfera deja pasar casi intactos los rayos solares directos, sin que alcancen a calentarla y la ínfima dispersión impide que los rayos lleguen a la sombra; por ambas razones en ésta hace frío. Además, a eso de que el Sol "queme" contribuye el que en invierno está muy tendido y sus rayos, en vez de caernos verticalmente, nos llegan de frente a la cara y al cuerpo, y una mayor cantidad de ellos incide sobre nuestra piel y ropa que en las demás épocas.

COMO BOCA DE LOBO

Cualquier objeto, por el solo hecho de tener una temperatura mayor al cero absoluto,emite radiación; pero la tercera ley de la termodinámica establece que el cero absoluto es inalcanzable, entonces todo cuerpo radia, cualesquiera que sean su fase (sólido, líquido, gas o plasma), su composición química y su temperatura. La temperatura absoluta se mide en grados Kelvin (°K) y se obtiene sumando 273° a la temperatura Celsius, que se mide en grados centígrados (°C); por lo tanto, el cero absoluto equivale a -273°C.

A la radiación que emite un cuerpo por estar caliente se le llama térmica y depende de la temperatura en dos formas: por un lado, la cantidad de radiación aumenta enormemente al calentar el cuerpo y, por otro, la longitud de onda predominante de esa radiación disminuye conforme la temperatura aumenta.

La radiación térmica está hecha de ondas electromagnéticas (identificadas también comofotones), que cuando son visibles las denominamos luz, que está a su vez constituida por diferentes colores, formados del rojo al violeta, según su longitud de onda, de mayor a menor. Cuando todos los colores se presentan juntos la luz es blanca, y su ausencia total da negro. La radiación con longitud de onda mayor que el rojo es invisible (para el ojo humano) y se llama infrarroja; conforme la longitud de onda sigue creciendo aparecen las microondas y las de T.V. y radio. Si la longitud de onda es menor que la del violeta tampoco es visible y se llama ultravioleta; más allá quedan los rayos X y los g. Toda esta radiación constituye el espectro electromagnético.

Al emitir radiación, los cuerpos lo hacen en varias localidades del espectro; los gases emiten fotones cuyas longitudes de onda están salteadas en el espectro electromagnético (propiamente llamadas líneas), los líquidos lo hacen por zonas espectrales (bandas) y los sólidos en todas las longitudes de onda (continuo), o sea en el espectro completo; en la emisión de los sólidos hay una longitud de onda predominante, en cuya vecindad se emite la mayor parte de su radiación total.

Otra variable que caracteriza a la radiación electromagnética (como a cualquier otra onda) es su frecuencia, que es inversamente proporcional a la longitud de onda; así, una longitud doble significa la mitad de la frecuencia. En consecuencia, la radiación ultravioleta tiene mayor frecuencia que la visible y la infrarroja, menor. Por cierto que la energía de un fotón es proporcional a su frecuencia, lo cual va contra la sensación psicológica que asocia el rojo al calor y el azul al frío, pues un fotón azul es más energético que uno rojo; de hecho, una flama azul es realmente más caliente que una roja.

Llamamos región visible del espectro electromagnético a la que capta el ojo humano; algunos animales ven en otros intervalos de frecuencias, que pueden incluir el infrarrojo, y esto contribuye a que puedan ver en la oscuridad. Análogamente, una película fotográfica no tiene por qué tener la misma sensibilidad espectral que nuestros ojos; artificiosamente se elabora una que trata de captar todos los colores de la manera más parecida a como los ve el hombre; para ciertos fines científicos y técnicos se usa película infrarroja, sensible a esa región espectral.

Hemos llamado radiación térmica a la emitida por los cuerpos por el solo hecho de estar a más de 0°K; pero este concepto tiene además otra

connotación un poco diferente: es uno de los tres mecanismos físicos de transmisión del calor. Los otros dos son laconducción y la convección, por las cuales el calor se transporta a través de un medio material; además, en la convección el material se desplaza, pero eso sólo se da en los fluidos (líquidos y gases).

Sin embargo, en meteorología la convección (transporte de calor acarreado por el aire) se separa en dos partes: advección, referida al movimiento horizontal, y convección, que es la transferencia vertical de calor por movimientos ascendentes y descendentes del aire. De modo que la convección atmosférica es sólo el componente vertical de la convección física. También en oceanografía se habla de advección: el transporte de calor por corrientes marinas.

Efectivamente, el calor del Sol llega a la Tierra por el mecanismo de transferencia llamadoradiación, pues el espacio intermedio está casi vacío, ocupado sólo por un plasma de muy baja densidad. Aun en casos en que hay materia de por medio, la transmisión radiactiva del calor puede prevalecer; así sucede con las fogatas y las chimeneas. Dése cuenta, lector, que, si estamos de frente a ellas, en la cara se siente mucho más calor que en la nuca, y que incluso llega a sentirse frío por atrás; este ardor facial se bloquea fácilmente con cualquier barrera opaca —hasta un papel—. Por la misma razón los pollos deben estar girando para un buen rostizado.

Aunque la radiación térmica abarca todas las longitudes de onda, sólo un intervalo de espectro electromagnético produce sensación de calor y, a veces, se reserva para ese intervalo la denominación radiación térmica; ésta va del infrarrojo al ultravioleta, pasando por el visible. Por eso un foco (bombilla de filamento) calienta, además de alumbrar; uno de 100 watts produce tanto calor como el cuerpo de una persona adulta.

Ahora bien, la habilidad de una determinada superficie para absorber radiación es igual que su capacidad para emitirla; ambas dependen del color (albedo), rugosidad y otras características de dicha superficie, y de la longitud de onda de la radiación. Se le dicecuerpo negro (CN) al que absorbe (y emite) toda la radiación que incide en él, pero no debe confundirse este concepto con el de hoyo negro, introducido por la teoría de la relatividad general. Estrictamente, el CN es una abstracción teórica, pero hay objetos cotidianos que se le aproximan, principalmente una cavidad oscura, una "boca de lobo" según el dicho popular. Se puede confeccionar fácilmente un CN con una caja cerrada hecha de material (p. ej. cartón) de color negro, a la cual se le perfora un agujerito en una de sus caras; ese hoyo es realmente un CN y al compararlo con la pared circundante (de color negro) se puede comprender la negrura a que se refiere el concepto físico. Un agujero así se traga cualquier radiación que le llegue; claro que de él también sale radiación (en esto difiere del hoyo

negro cosmológico), pero ésta de ninguna manera es reflejo de la que entró, sino que es (luego de muchos rebotes) la emitida por sus paredes interiores; o sea que los fotones que salen son distintos de los que entraron, los cuales fueron absorbidos (también al cabo de algunos rebotes) por las paredes y las calentaron.

Por carecer de humedad en el suelo y en el aire, un desierto se parece a la Luna en tanto que hay poca dispersión de la luz por la atmósfera y escasa inercia térmica; por esto último, un desierto es extremoso: ardiente al mediodía y gélido en la noche. Por otro lado, y asemejando al CN, un objeto de color oscuro absorbe y emite radiación más eficientemente que uno claro. Juntos, ambos mecanismos dan lugar al siguiente récord: algunas rocas oscuras del Sahara experimentan cambios de temperatura, entre el día y la noche, de hasta 80°C.

LO BLANCO Y LO NEGRO

En el capítulo I dijimos que en el clima hay dos tipos de radiación: solar y terrestre; la primera es primordialmente de onda corta o alta frecuencia y la segunda de onda larga o baja frecuencia. En el espectro electromagnético son prácticamente ajenas; la solar se ubica principalmente en la parte visible del espectro, con algo de ultravioleta y menos de infrarrojo; mientras que la terrestre es exclusivamente infrarroja. La superficie del Sol (llamada fotosfera) emite como un CN a unos 6 000°K, por lo que su pico de emisión está en el color amarillo. En cambio, la temperatura en que se emite la radiación terrestre es como veinte veces menor y, por lo tanto, la longitud de onda de su pico es veinte veces más larga.

Varios elementos del sistema climático se comportan aproximadamente como CN para la radiación de onda larga; tal sucede con el océano, las nubes y el continente; sin embargo, su albedo, que generalmente se refiere a la radiación de onda corta, no es cero. Por su parte, la atmósfera tiene un comportamiento espectral diferente: selectivo, según la longitud de onda. Comencemos por la radiación solar: la atmósfera es transparente a la luz visible y deja pasar bien las microondas y las ondas cortas de radio, pero el vapor de agua absorbe el infrarrojo y la ionosfera refleja (hacia el espacio exterior) las ondas de radio mayores; el ozono estratosférico absorbe casi todo el ultravioleta, el cual ioniza los átomos; los componentes espectrales de menor longitud de onda (rayos X y g) son también absorbidos por moléculas y átomos atmosféricos. Sin embargo, los rayos g, de origen cósmico y muy alta energía, sí penetran hasta la superficie. En cuanto a la radiación terrestre, la atmósfera es muy opaca (funciona casi como CN); pero tiene una "ventana" o intervalo de transparencia en onda larga, por cierto centrado en la longitud de onda correspondiente al pico de emisión de un CN a temperaturas terrestres. Esta selectividad espectral de la atmósfera es,

por un lado, la causa del efecto invernadero y, por otro, determinante de la observación astronómica, la cual dispone sólo de dos ventanas atmosféricas, para las que fueron diseñados los telescopios ópticos y los radiotelescopios, mientras que la astronomía de rayos X, por ejemplo, depende de detectores montados en cohetes y satélites que funcionan fuera de la atmósfera.

Definamos formalmente el espectro: es la distribución de la intensidad de radiación en función de la longitud de onda; es decir, un espectro describe cuánta energía se emite (o absorbe) en cada longitud de onda. La radiación terrestre tiene la configuración característica del espectro de un CN a temperaturas propias de la Tierra, del orden de cientos de grados Kelvin. Esta radiación es infrarroja, por ende invisible, de modo que unCN a temperatura ambiente es realmente de color negro. Pero no es así a temperaturas mayores. La radiación del CN (tanto en cantidad emitida como en longitud de onda predominante) depende de la temperatura, y sólo de ella. Para temperaturas de hasta algunos cientos de grados Kelvin la radiación del CN es invisible; al calentarlo más, comienza a notarse a la vista en un tono rojizo oscuro; a temperaturas mayores va tomándose rojo, amarillo... blanco. Al mismo tiempo que disminuye su longitud de onda, la cantidad de radiación emitida crece enormemente conforme la temperatura del cuerpo aumenta; esto se ilustra comúnmente con el hierro candente.

Un CN a 6 000°K tiene un espectro de emisión casi centrado en el visible; en consecuencia, la luz resultante es blanca. La superficie del Sol está a esa temperatura y se comporta como CN; entonces, la luz que emite es blanca. Por lo tanto, a temperaturas de miles de grados Kelvin un CN no es de color negro, sino blanco.

Las nubes y la superficie de la Tierra, que se portan como CN para la radiación de onda larga, no actúan como tales para la de onda corta; tienen albedo mayor que cero; p. ej., las nubes son muy blancas y reflejan buena parte de la radiación solar. Pero no hay que confundir: tanto el Sol como las nubes tienen apariencia blanca, pero de naturaleza muy distinta; el Sol emite radiación blanca, las nubes reflejan la radiación blanca que viene del Sol y ellas mismas están a unos 260°K; a esta temperatura emiten radiación, pero ésta de ningún modo es blanca, sino infrarroja (invisible).

EL GRAN INVERNADERO

Hemos dicho que la atmósfera (sin nubes) es casi transparente a la radiación de onda corta y muy opaca a la de onda larga; en consecuencia, la radiación que proviene del Sol llega casi intacta a la superficie de la Tierra (océano y continente), pero gran parte de la emitida por la superficie queda atrapada en la atmósfera. Los componentes del aire responsables de esta opacidad atmosférica son principalmente el vapor

de agua y el bióxido de carbono o anhídrido carbónico (C02). El primero forma parte del aire en una fracción que disminuye rápidamente con la altura (de hecho, fuera de la troposfera está ausente) y el segundo constituye una fracción constante en todos los niveles; pero como el aire mismo se atenúa conforme uno sube en la vertical, entonces el C02 también decrece con la altura (aunque más despacio que el vapor de agua).

Lo anterior implica que la radiación de onda larga, que sale de la superficie y se eleva a través de la atmósfera, se va quedando en ella, más en los niveles bajos y menos en los altos. O sea que la atmósfera no se calienta de arriba (por el Sol), sino de abajo (por la radiación terrestre); además, este calentamiento es diferencial: las capas inferiores se calientan más, por estar más cerca de la superficie emisora y por tener mayor concentración de los gases que atrapan esta radiación; las superiores se calientan menos por estar más lejos de la superficie radiante, por recibir atenuada la radiación —absorbida en la capa intermedia— y por tener menor concentración de gases absorbedores.

Una burda analogía de esto es la siguiente. Alguien está durmiendo con cinco cobijas encima; si llamamos primera a la que toca la sábana y quinta a la colcha, tenemos que al meter la mano entre la primera y la segunda sentimos más calor que entre la cuarta y la quinta; es decir, las cobijas se calientan por abajo, el calor cedido por el durmiente va de la primera a la quinta y la temperatura disminuye en ese mismo orden. Este efecto se acentúa si (como pasa en la troposfera), la primera cobija es más gruesa que la segunda, ésta más que la tercera, etc.; de manera que la atmósfera es la cobija de la Tierra y la mantiene en una temperatura confortable, propicia para la vida.

Sin embargo, la atmósfera no está quieta ni estratificada en capas fijas; por convección, el aire superficial asciende; simultáneamente, el hueco dejado se llena con aire que desciende. Este proceso es continuo y suave, pero a veces es violento; ejemplo visible se da en época de aguas, cuando luego del mediodía se forman cúmulo-nimbus (nubes de desarrollo vertical), presagio de aguacero; por eso es más común que llueva de tarde que de mañana, ya que la elevación del aire hasta alturas donde se condensa y precipita es consecuencia del calentamiento del suelo. Claro que muchos otros mecanismos producen lluvia; incluso puede suceder lo opuesto, que llueva en la madrugada, momento de mayor frío, y no hay contradicción, pues en ambos casos se debe a la convección; en el primero (lluvia vespertina), se calienta la atmósfera por abajo, y en el segundo se enfría por arriba-mecanismos equivalentes.

Pensaría uno que esta amalgama de procesos radiacionales y convectivos, además de la advección atmosférica y otros fenómenos, daría por resultado un perfil térmico vertical muy complicado y cambiante,

pero no es así; en la troposfera resulta que la temperatura varía con la altura de un modo muy simple, disminuyendo uniformemente: por cada kilómetro que uno sube la temperatura baja 6.5°C. A esta tasa de decremento (6.5°/km) se le llama gradiente térmico, y es casi igual en todos lados y en todo momento.

No estamos diciendo que la temperatura sea igual siempre y dondequiera, sino que, independientemente de la temperatura registrada en un punto e instante, 1 km encima el aire está 6.5°C más frío, a los 2 km es 13°C más frío, etc.; o sea que la temperatura de toda la troposfera cambia junto con la del aire superficial, según pase el tiempo o nos movamos de un lugar a otro. Esta simplificación es muy aproximada a la realidad, y suponerlo en los modelos atmosféricos da buenos resultados.

El hecho de que la atmósfera deje pasar la radiación solar y bloquee parcialmente la terrestre da lugar al llamado efecto invernadero (normal); pero esta denominación es inexacta, pues el calor atrapado por un invernadero es más bien consecuencia de que el techo impide la circulación vertical del aire entre el interior y el exterior, inhibiendo la convección.

UNA MALA INVERSIÓN

El gradiente térmico se observa claramente cuando uno viaja de la ciudad de México (D.F.) a Cuernavaca: mientras uno sube, hace más frío, hasta llegar a Tres Marías, luego va haciendo más calor conforme uno baja. Esto ilustra que la temperatura disminuye al aumentar la altura, y aunque esto es lo normal, a veces pasa lo contrario; en lugares muy fríos, como por ejemplo en los polos todo el tiempo y en el D.F. durante las mañanas de invierno, la temperatura del suelo baja tanto que a su vez enfría al aire superficial al grado que éste está más frío que el aire superior; entonces la temperatura aumenta con la altura; es decir, el gradiente térmico se voltea, a esto se le llamainversión térmica (IT).

Bueno, ¿y por qué se enfría el suelo? Porque la superficie siempre está emitiendo radiación, aunque no la reciba del Sol; y lo hace porque tiene calor guardado, pero alirradiar pierde esta reserva y se enfría; además, va a enfriarse más entre menor sea su reserva de calor o entre mayor sea el tiempo que ha estado sin recibir Sol. Esta reserva se abate en las largas noches de invierno y en la enorme noche polar; adicionalmente, en los valles (como el de México), el aire frío de las montañas que los rodean se escurre por las laderas en la noche y refuerza la IT.

Esto último se debe a otro fenómeno físico, que es el causante del peligro contaminante de una IT; como ya se dijo, el aire caliente inferior sube y el frío superior baja; esto es lo normal, pero cuando hay IT el aire frío (pesado) está abajo y allí se queda, y el que está encima es más caliente (ligero) y se bloquea la convección vertical de la atmósfera. En

condiciones normales, la convección dispersa (hacia las alturas) el esmog que se acumula en lugares como el D.F.; sin embargo, en una mañana de IT los contaminantes producidos la víspera no se van, quedan atrapados abajo y a ellos se añaden los que se producen en el nuevo día. De modo que la IT sólo es peligrosa cuando hay contaminación; en los valles rurales también se presenta, pero allí les tiene sin cuidado.

Ahora bien, ¿qué tan peligrosa es la IT en el D.F.? Bueno, pues causa molestias y enfermedades, y puede ser fatal si dura varios días; normalmente en el D.F. dura unas cuantas horas, porque al levantarse el Sol y calentar la superficie, se rompe la IT. Tenemos la ventaja de estar en una latitud baja, lo que significa que —aún en invierno— el Sol se eleva considerablemente y está presente durante varias horas al día; además el cielo invernal es normalmente raso; en ciudades en las que la IT ha sido fatal, el Sol se eleva poco y durante pocas horas del día, o está nublado. Tenemos, sin embargo, una fuerte desventaja: la altitud del D.F. (mucho mayor que la de aquellas ciudades), que hace que nuestra atmósfera sea tenue de por sí, escasa de oxígeno; de manera que el aire puede llegar a ser letal con menos contaminantes que en las otras urbes, lo cual implica que una IT en el D.F. puede causar muertes aunque dure menos. Los episodios trágicos más sonados son los siguientes: uno en el valle de Meusa, Bélgica (1930), y otro en Danora, Pennsylvania (EUA, 1948), con decenas de muertos en cada uno; en Londres, Inglaterra, uno en 1952 y otro en 1956, con miles de decesos. Nuestro país no se salva: en 1950 la toxicidad atmosférica causó más de 20 muertos en Poza Rica, Veracruz.

No hay que confundir la IT con el efecto invernadero (posiblemente la confusión viene de tener ambas expresiones la raíz "inver-"), pues en algunos aspectos son exactamente lo contrario.

INSTRUMENTOS:

Medida para la medida directa:

Pirheliómetro: instrumento que mide la radiación solar directa y cuya superficie

receptora se dispone normalmente a los rayos solares incidentes. Dispone de

un

obturador para medir solamente la radiación procedente del sol y de una región

anular del cielo muy próxima al astro.

Medida de la radiación solar global:

Piranómetro: instrumento necesario para medir la radiación solar procedente

de

un ángulo de 2π esterorradianes en una superficie plana y un intervalo

espectral

comprendido entre 0,3 y 3,0 μm.