Geografia unibertsala»Geografia

Airearen egonkortasuna eta ezegonkortasuna

Airea oreka hidrostatikoan dago (jariakarien oreka aztertzen duen mekanikaren partea da hidrostatika), bi indarren arteko orekan, alegia: indar horietako bat grabitatearena da, airea lur azalera erakartzen duena; beste indarra garaieraren ondorioz presioa galtzetik datorrena da, airea gorantz daramana; azken hori presioaren gradientearen indarra da, eguratsaren eta presioaren artean aldeak daudenean azaltzen dena.

Troposferak, edo hobeto esanda, troposferako geruza batek estratifikazio egonkorra izaten du, eta orduan esaten da egurats egonkortasuna dagoela, baldin eta maila jakin batean dagoen aire zatiki batek jatorrizko kokalekura itzultzeko joera badu, gora edo behera mugitzen denean.

Kasu horretan nekez egingo du aireak mugimendu bertikalak.

Alderantziz gertatzen denean, hau da, goraka edo beheraka bereizitako aire zatikiak hasierako noranzkoan mugitzeko joera baldin badu, jatorrizko puntutik urruntzen dela, estratifikazioa ezegonkorra izaten da (alegia, egurats ezegonkortasuna dago).

Kasu horretan aireak errazago egingo du mugimendu bertikalik.

Hirugarren kasu bat ere bada, estratifikazio neutroa deitzen zaiona.

Kasu horretan, abiapuntutik bertikalean bereiztu den aire zatikia iritsi den tokian bertan geratzen da, abiapuntura itzuli gabe, eta mugitzen jarraitu gabe; era horretan, airearen mugimendu bertikalak ez dira ez eragozten ez errazten.

Edozein sistemaren oreka hiru motatakoa izan daiteke, egonkorra, ezegonkorra eta neutroa, hartara zer joera duen kanpoko eragile batek bere jatorrizko egongunetik aldentzen duenean: lehengora itzuli, urrundu, edo egongune berrian orekan egon. Modu berean, eguratsean ere hiru oreka mota horiek ikusten dira, aire zati bat gorantz edo beherantz mugitzera behartzen denean.

Egonkortasuna aireak mugimenduaren aurkako joera izatea, eta, mugimendu hori eragin duen indarra amaiturik, jatorrizko egongunera itzultzea da; airea jatorrizko puntutik urruntzen baldin bada, berriz, ezegonkortasuna esaten zaio; eta egurats neutroa dela esaten da mugitu den aire horrek puntu berrian oreka lortzen baldin badu.Nolanahi dela ere, aire puska bat edo masa bat mugiarazteko, kanpoko indar bat behar izaten da, aire hori bere lekutik aldenaraziko duena. Bultzada hori lau mekanismo hauetako batek eragin dezake: Orografiak, fronteek, konbergentzia horizontalek, eta konbekzioek.? Igoera orografikoa haizearen bidean mendilerro bat dagoenean gertatzen da; haizeak gora egin behar du haizaldetik (haizea datorren aldeko mendi magaletik), eta behera egiten du haizebetik (haizea datorren aldetik babesturiko magaletik).

Prozesu honek Föehn efektua sortzen du,eta horren ondorioz gertatzen dira euri orografikoak.

? Fronte igoera bi aire masa desberdinek elkar ukitzen dutenean gertatzen da; bereizketa gertatzen den gainaldean (frontea esaten zaio), aire hotza, dentsoagoa, aire beroaren azpian sartzen da, eta gorantz bultzatzen du.

? Presio gutxiko guneen aldera aireak egiten duen konbergentzia horizontalak ondorio bera izaten du, airea ezin baita toki batean pilatu, eta, hortaz, gorantz mugitzen baita. Alderantzizko prozesuaren eraginez, presio handietan aireak behera egiten du, eta dibergentzia gertatzen da.

? Konbekzioa aireak lur azal oso beroa ukitzen duenean gertatzen da. Tenperaturak gora egiten duenean airea hedatu egiten da, ingurua baino arinagoa bihurtzen da, eta gora egiten du.

Prozesu eta gradiente adiabatikoak eguratsean Föehn efektua

Oreka motak aztertzen hasi baino lehen, gradiente adiabatikoa deritzana ulertzea komeni da. Izan ere, aire masa bat igotzen edo jaisten denean gertatzen diren prozesuak aztertuz gero, ulertzen da zergatik den egonkortasuna tenperaturaren gradientearen mendeko. «Puska» izendatuko dugun aire bolumen txiki bat hartzen baldin badugu, gorantz doana, presio gutxiagoko gune batera joango da igoera horretan. Prozesuan zehar handitu egingo da puskaren bolumena, barruan duen presioa inguruko airearen presioaren maila berera heldu arte, zeren igo ahala gero eta presio gutxiago izango baitu, eta gero eta meheagoa izango dagainean duen eguratsa. Airea hedatzeak lana eskatzen du, eta lan hori egiteko energia aire puskatik ateratzen den beroak ematen du.

Bero energia bestelako energia bihurtzen da.

Puska horren tenperaturak behera egiten du, bertatik berorik irteten ez bada ere. Hozte prozesu horri adiabatiko esaten zaio. Alabaina, behera egiten duen masa bat presio handiagoen aldera mugitzen da, konpresioa gertatzen da orduan, eta lana bero bilakatzen.

Beroak airearen tenperatura igoarazten du, eta, horren ondorioz, berotze prozesu horri ere adiabatiko esaten zaio.

Horren guztiaren ondorioz, prozesu fisiko bat adiabatikoa dela esaten da, baldin eta bero trukerik ez badago prozesua gertatzen den sistemaren eta sistema horren kanpoaldearen artean. Termodinamikaren lehenbiziko legearen arabera, ikusi da konpresio adiabatiko orok berotzea dakarrela, eta hedapen adiabatiko orok, berriz, hoztea.Deskribatu berri diren hoztea eta berotzea neurtzeko, bi igoera-jaitsiera adiabatiko mota bereizi behar dira. Alde batetik, lehorrak deritzatenak, gora edo behera doan aireak daukan ur lurrunaren egoera aldatzen ez denean. Beste alde batetik, hezeak edo aseak izenekoak, ur lurrunaren egoera aldatzen denean, zeren ur lurruna, aire puska edo burbuila asetzean, kondentsatu edo sublimatu egiten baita, eta bero latentea kanporatzen du. Lehenbiziko kasuan, hoztea edo berotzea gradu zentigradu bat izaten da, igoerako edo jaitsierako ehun metroko.

Balio hori aire lehorraren gradiente adiabatiko deitzen da, baina hobe da aire lehorraren handitze edo gutxitze adiabatiko esapidea erabiltzea. Bigarren kasuan, aire asearen gradiente edo handitze edo gutxitze adiabatikoa ehun metroko 0,5 gradu zentigradu jaisten da gutxi gorabehera, hor sortzen den kondentsazioak beroa ematen baitu.

Eguratseko oreka motak

Aipatu diren mekanismo baten edo zenbaiten bultzadatik abiatuta, airearen mugimenduaren lastertasuna eta zenbatekoa eguratsean dagoen oreka motaren araberakoa izaten dira. Oreka hori mugitzen ari den aire masaren tenperaturaren eta masa hori mugitzen den giroko aireak duen tenperaturaren arteko aldeak erabakitzen du, tenperaturaren araberakoa izaten baita airearen dentsitatea eta, ondorioz, gora edo behera egitea. Puntu honetan azpimarratu beharra dago dentsitatea tenperaturaren araberakoa dela, presio jakin batean.

Hortaz, eguratsaren oreka mekanikoaren baldintzak, goranzko edo beheranzko aire masaren inguruan tenperaturak garaieraren arabera dituen aldaketen eta aire masa horren beraren tenperatura aldaketaren arteko erlazioak ematen ditu, hau da, gradiente termikoaren eta aire masaren bilakaera adabiatikoaren arteko erlazioak.

Erlazio horretatik hainbat oreka mota sortzen da: ? Aire egonkorra. Eguratsaren gradiente termikoa oso ahula denean, bi gradiente adiabatikoak (lehorra eta hezea) baino txikiagoa, lehen aipatutako mekanismoren baten eraginpean aire zatiki batek gora egin beharra duenean, edonon kokatzen delarik ere, bere ingurua baino hotzagoa eta trinkoagoa izango da, eta hasierako mailara itzuliko da mugimendua eragin duen indarra amaitzen denean. Egoera horretan, etenda geratzen da airearen mugimendu bertikal oro, eta, halakoetan, airea egonkorra dela esaten da.

? Aire ezegonkorra. Eguratsaren gradiente termikoa indartsua denean, bi gradiente adiabatikoak baino handiagoa, ondorioak kontrakoak izaten dira, gora egiten duen aire zatikia bere ingurua baino beroagoa eta arinagoa baita, batez ere kondentsazio maila iristen baldin badu. Kasu horretan airea ezegonkorra da, zeren, behin mugitzen hasi denean, eta inguruko airea baino arinagoa denez gero, gora egiteko joera izango baitu, eta gero eta gehiago urrunduko baita jatorrizko mailatik, eta lainoak sortuko ditu. Baldin eta gora egiten duen aire masaren osagai bertikala translazio lastertasuna baino ahulagoa bada, estratu moduko hodeiak sortuko dira; aitzitik, osagai bertikala (hau da, mugimendu bertikalaren lastertasuna) oso nabarmena baldin bada, eratuko diren hodeiak oso handiak izango dira bertikalean.

? Oreka neutroa. Aire zatiki ase baten mugimenduari inguruko eguratsak ez oztoporik ez laguntzarik jartzen ez dioneansortzen da egoera hau; gauza bera gertatzen da airea aserik ez badago. Halakoetan aire zatikia orekan dago edozein kokalekutan, eta oreka hori neutroa dela esaten da.? Baldintzapeko ezegonkortasuna.

Ezegonkortasuna baldintzapekoa dela esaten da, baldin eta aire zatiki bat, hasieran ase gabe zegoena eta jatorrizko mailara itzultzeko joera zuena, garaiera jakin batera iritsi ondoren, hasierako maila horretatik urruntzen hasten bada; izan ere, delako garaiera horretan, kondentsazio maila gainditurik, bilakaera adiabatiko hezearen eraginpean gertatzen baita.

Horietako kasu bat ondorengo grafikoan azaltzen da (ikus irudia). Aire lehorra, egonkorra hasieran, gora egitera beharturik, kondentsazio mailara heltzen da, eta han hozten jarraitzen du, gradiente adiabatiko asearen arabera; gorantz daraman bultzadak bere horretan jarraitzen badu, konbekzio libreko maila deritzanera iritsiko da. Maila horretatik aurrera, ezegonkortu egiten da, inguruko airea baino beroagoa eta dentsitate gutxiagokoa delako, eta gora jarraituko du kanpoko eragileen beharrik gabe.? Konbekziozko ezegonkortasuna.

Osorik gora egitera behartua gertatzen den aire geruza baten behealdearen eta goialdearen arteko gradiente termikoaren igoerak eragindakoa da. Aire geruza bat igotzera beharturik gerta daiteke, esate baterako, hesi orografiko zabal baten aurrean, edo aire hotzezko masa bat aire berozko geruza baten azpian sartzen denean. Gorako bidean, aire bolumen horren behealdea goialdea baino lehenago asetzen baldin bada, bi parteak ez dira aldi berean

Gradiente adiabatikoaren eta pseudoadiabatikoaren arteko aldea

Prozesu adiabatikoa aipatzen denean, soilik presio aldaketaren ondorioz gertatzen den tenperatura aldaketa adierazten da; ase gabeko aireak gora egiten duenean, altitude gehiago dagoenez presio atmosferikoa jaitsi egiten da, eta horrela, presio gehiagoko gune batetik presio gutxiagoko beste gune batera igarotzen da airea; horren ondorioz, hedatu eta hoztu egiten da. Alderantzizkoa gertatzen bada, hau da, ase gabeko aireak behera egiten baldin badu, presio gutxiko gune batetik presio handiagoko beste gune batera igarotzen da, eta konprimitu eta berotu egiten da. Bi kasuetan bete beharreko baldintza airea ase gabea izatea da. Bi kasuetan, gora eta behera doan aireak modu adiabatikoan jokatzen du eta, beraz, gradiente adiabatiko lehorrarekin; gradiente adiabatikoaren balioa 1°C jaisten da airea 100 metro igotzen dueneko eta 1°C igotzen da airea 100 metro jaisten deneko.

Dena den, eguratseko uraren egoera aldatzen baldin bada, prozesu adiabatiko purua aldatu egiten da; hozte adiabatikoaren eraginez airea asetzen bada gora egitean eta kondentsazioa gertatzen bada, energia kanporatu egiten da eta aire hori modu adiabatikoan eboluzionatu izan balu baino gutxiago hoztuko da. Era berean subsidentziaz hondoratzen den airea konprimitu eta berotzen denean, lurruntze prozesua gerta daiteke, beroa kanporatzen da eta airea jaistean modu adiabatikoan eboluzionatu izan balu baino gutxiago berotuko da.

Azken bi kasu horietan aireak, azkenean, gradiente pseudoadiabatikoa (adiabatiko hezearen gradientea) hartu du, prozesu adiabatikoan eragina izan baitute uraren egoera aldaketaren ondoriozko tenperatura aldaketek.

Hori dela-eta, ezin esan daiteke tenperatura aldaketak presio aldaketaren ondoriozkoak direla soilik, prozesu adiabatikoan gertatzen den bezala; izan ere, energia latentearen kanporaketak edo energia latente gisa gordeko den bero ebasketak. Beraz, prozesu pseudoadiabatikoak dira, gezurrezko prozesu adiabatikoak.

Gradiente adiabatikoan 1°C/100 metroko balioa iraunkorra den bezala, gradiente pseudoadiabatikoa (edo adiabatiko hezearen gradientea) aldakorra da; uraren egoera aldaketak prozesuan eragina duenez, zenbat energia kanporatzen edo galtzen den, horren araberakoa izango da.

Inbertsio termikoak eta egonkortasuna

Inbertsio termiko bat dagoela esaten da garaierarekin batera eguratseko geruza jakin batean tenperaturak gora egiten duenean.

Horrela, inbertsio termikoak adierazten du ezen, maila jakin batean, uste ez bezala, behealdeko airea goragokoa baino hotzago dagoela. Inbertsio termikoa askotan gertatzen da antizikloi egoeretan, eguratsa lasai dagoenean, zerua garbi eta,gauez, bero irradatzea handia denean; kasu horietan, lur azaletik gertu dagoen airearen tenperatura goragokoa baino apalagoa izan ohi da. Inbertsioa oso eraginkorra izan daiteke, eta, zenbaitetan, 6.000 edo 7.000 metroko goratasunera ere igo behar izaten da lur azaleko tenperatura beretsuak aurkitzeko; halaxe gertatzen da muturreko klima kontinentaletan, tenperaturak oso hotzak direnean.

Horrez gainera, askotan, lainoek indartu egiten dute inbertsio termikoaren efektua.

Lainoak, gehienetan, hozte gogor baten ondorio izaten dira; laino horiek, gainera, eguzkia estaltzen dutenez gero, indartu eta iraunarazi egiten dute inbertsio termikoaren efektua.

Oso kontuan hartzekoa da, bestalde, topografiak zerikusi handia izaten duela inbertsio termikoetan, zeren, aire hotzak, dentsoago izanik, beherantz egiteko joera baitu, eta behereneko lekuetan biltzen baita; hori dela-eta, laborantzako zenbait produktu,zitrikoak, esaterako, mendi magaletan egiten dira, inbertsio termikotik babesteko.

Inbertsio termikoek egonkortasuna areagotzen dute, eta mugimendu bertikalak eragozten dituzte. Bizpahiru inbertsio mota bereizten dira.? Gune garaietako subsidentziaren ondoriozko inbertsioa. Antizikloietako airea beherantz mugitzen denean berotze adiabatikoa eragiten du eguratseko erdialdeko geruzetan, eta berotze adiabatiko horrek inbertsio mota hau sortzen du.

Grafikoan dago adierazita gertaera honen kasu bat: lur azaleko aire ezegonkorrak gora egiten du inbertsioaren mailara heldu arte; maila horretan, inguruko airearen tenperaturaren maila berera heltzen da aire zutabe horren tenperatura, eta zutabea gelditu egiten da. Goranzko airea kondentsazio mailara iritsi izan balitz, orduan ere eten egingo zen hodeien osaketa, hodeien gainaldea bat baitator inbertsioko geruzarekin.

Egoera mota hauek, eguratsaren geruza handi bati eragiten diotenean, airea kutsatzeko arrisku handiak sortzen dituzte, ez baitute hautsak eta industriako keak gora egiten, eta lurraren azaletik gertu pilatzen baitira.? Airearen estratifikazioa lur azaletik gertu. Lur azaletik gertu dagoen airearen tenperaturan eragin handia dute erradiazio balantzaren eguneroko aldaketek, eta, hori dela-eta, gorabehera handiak izaten ditu gradiente termiko bertikalak.

Gauez, lurraren erradiazioa dela-eta, lurraren bero galerak hoztu egiten du ukitzen duen airea, eta inbertsio termikoa eragiten du. Inbertsio termiko horren goiko muga igo egiten da gaueko orduetan. Eguratsak egonkor jarraitzen du, eta tenperatura hoztearekin, askotan, airea ase egiten da, eta lanbroak eta behelainoak sortzen dira, neguan batez ere.

Eguna argitzen duenean egoera aldatu egiten da. Eguzkiaren irradek lur azala berotzen dute; beroa lur azaletik gertuen dauden aire geruzetara joaten da, eta inbertsioa desagertzen hasten da; eguerdi artean eta arratsaldeko lehen orduetan, gradiente termikoa superadiabatiko bihurtzen ere da, hau da, tenperaturak berehala egiten du behera aireak gorantz egiten duenean, eta hori dela-eta, aireak ezegonkortasun handia izaten du, eta oso-oso gora igotzen da. Prozesu horri konbekzio termiko esaten zaio, eta, horren ondorioz, Ekuatore inguruko lurralde hezeetan eta lurralde epeletan konbekziozko hodeiak sortzen dira udan. Hodei horiek tropopausaraino ere iristen dira batzuetan, eta prezipitazio indartsuak eragiten dituzte maiz arratsaldeko azken orduetan.

Tenperatura gradienteek kliman duten garrantzia

Tenperatura gradienteek kliman duten ondorio nagusia prezipitazioetan duten eragina da. Hozte mekanismoen artean, hozte adiabatikoa da prezipitazio handiak dakartzan bakarra. Baina airearen hozte adiabatikoa presioaren eta goranzko aire masen barruan gertatzen diren tenperatura beheraldien araberakoa izaten da. Airearen egonkortasunak eragotzi egiten ditu igoera horiek, eta, hortaz, oso zaila izaten da prezipitazioak sortzea. Bestalde, airearen ezegonkortasunak erraztu egiten du goranzko mugimendua, eta, horren ondorioz, prezipitazioak aski ohikoak izaten dira, eta areago airean nahiko ur lurrun badago. Tenperaturaren gradiente normala ez da ez egonkorra ez ezegonkorra; airearen hezetasunaren araberakoa baizik. Egoera horretan aire aseko masak ezegonkorrak izaten dira; egonkorrak dira, berriz, aire masa asegabeak.

Lehenbiziko kasuan erraz izaten dira prezipitazioak, eta bigarrenean, aldiz, nekez.

Prezipitazio bat gerta dadin bi baldintza bete behar izaten dira: aireko ur lurruna eta ezegonkortasuna, aireak goraegin dezan eta modu adiabatikoan hoz dadin. Hezetasunik eza oso faktore garrantzitsua da kontinenteen barrualdeetan; baina kasurik eta tokirik gehienetan, egonkortasuna izaten da faktore garrantzitsuena.

Dena den, tenperatura gradienteek prezipitazioetan duten eragina izan arren garrantzizkoena, badira kontuan hartu beharreko beste eragile batzuk ere.

Egonkortasunak, ur lurrunaren gorako bidea eragotzi ez ezik, beste edozeren gorako bidea ere eragozten du, alegia, eragozten du turbulentziazko konbekzio baten ondorioz goranzko geruzetara doan gauza ororen goraldia. Baldintza normaletan, edo tenperatura gradiente ezegonkorretan, hautsa eta beste gai kutsakorrak gora joaten dira, eta haien kontzentrazioa desegin egiten da; beraz, ez dira arriskutsuak osasunerako, eta ez diete kalterik egiten ez begiei, ez arnas organoei ere. Alderantziz ordea, egoera egonkorra baldin bada, aireak ezin du gora egin, eta gai kutsagarriak ere ezin dira gora igo; lur azaletik gertu biltzen dira «smog» moduan, eta oso kaltegarriak izaten dira giza osasunarentzat.

Tenperatura gradienteak badu beste ondorio bat ere: baldintzatzen du zer lastertasun izan behar duen aire masa jakin batek haren azpiko gainazalaren ezaugarri berberak izateko. Ozeanoaren azal bero samar baten gainean dagoen aire masa lehoreta hotz bat, adibidez, oso laster asetzen da, eta nahikoa berotzen da tenperatura gradiente nagusia ezegonkorra baldin bada. Beste alde batetik, tenperatura gradientea egonkorra denean, ozeanoko hezetasuna eta beroa ia ez zaizkio eransten aireari. Berotzeak ezegonkortasuna sorrarazten laguntzen duenez gero, lur azala berotzearen eragina, goialdeko geruzetan, lur azala hoztearen eragina baino askoz gehiago nabaritzen da, azken hori egonkortasunarekin baitago loturik.