Fluctuaciones de la duración del día - Day length fluctuations
La duración del día ( LOD ), que ha aumentado a lo largo de la historia de la Tierra debido a los efectos de las mareas , también está sujeta a fluctuaciones en una escala de tiempo más corta. Las mediciones exactas del tiempo por los relojes atómicos y el rango de láser satelital han revelado que el LOD está sujeto a una serie de cambios diferentes. Estas sutiles variaciones tienen períodos que van desde unas pocas semanas hasta algunos años. Se atribuyen a las interacciones entre la atmósfera dinámica y la Tierra misma. El Servicio Internacional de Sistemas de Referencia y Rotación de la Tierra supervisa los cambios.
Introducción
En ausencia de pares externos, el momento angular total de la Tierra como un sistema completo debe ser constante. Los pares internos se deben a los movimientos relativos y la redistribución masiva del núcleo, el manto, la corteza, los océanos, la atmósfera y la criosfera de la Tierra . Para mantener constante el momento angular total , un cambio del momento angular en una región debe equilibrarse necesariamente con cambios en el momento angular en las otras regiones.
Los movimientos de la corteza (como la deriva continental ) o el derretimiento del casquete polar son eventos seculares lentos. Se ha estimado que el tiempo de acoplamiento característico entre el núcleo y el manto es del orden de diez años, y se cree que las llamadas 'fluctuaciones decenales' de la tasa de rotación de la Tierra son el resultado de fluctuaciones dentro del núcleo, transferidas al manto. La duración del día (LOD) varía significativamente incluso para escalas de tiempo desde unos pocos años hasta semanas (Figura), y las fluctuaciones observadas en el LOD, después de eliminar los efectos de los pares externos, son una consecuencia directa de la acción de los pares internos. . Estas fluctuaciones a corto plazo son muy probablemente generadas por la interacción entre la Tierra sólida y la atmósfera.
Observaciones
Cualquier cambio del componente axial del momento angular atmosférico (AAM) debe ir acompañado de un cambio correspondiente del momento angular de la corteza y el manto de la Tierra (debido a la ley de conservación del momento angular). Debido a que el momento de inercia del sistema manto-corteza está solo ligeramente influenciado por la carga de presión atmosférica, esto requiere principalmente un cambio en la velocidad angular de la Tierra sólida; es decir , un cambio de LOD. Actualmente, el LOD se puede medir con una alta precisión en tiempos de integración de solo unas pocas horas, y los modelos de circulación general de la atmósfera permiten una determinación de alta precisión de los cambios en AAM en el modelo. Una comparación entre AAM y LOD muestra que están altamente correlacionados. En particular, se reconoce un período anual de LOD con una amplitud de 0,34 milisegundos, que se maximiza el 3 de febrero, y un período semestral con una amplitud de 0,29 milisegundos, que se maximiza el 8 de mayo, así como fluctuaciones de 10 días del orden de 0,1 milisegundos. También se han observado fluctuaciones entre estaciones que reflejan eventos de El Niño y oscilaciones cuasi bienales. Ahora hay un acuerdo general en que la mayoría de los cambios en LOD en escalas de tiempo de semanas a algunos años están motivados por cambios en AAM.
Intercambio de momento angular
Un medio de intercambio de momento angular entre la atmósfera y las partes no gaseosas de la tierra es la evaporación y la precipitación. El ciclo del agua mueve cantidades masivas de agua entre los océanos y la atmósfera. A medida que aumenta la masa de agua (vapor), su rotación debe ralentizarse debido a la conservación del momento angular. Igualmente, cuando cae en forma de lluvia, su velocidad de rotación aumentará para conservar el momento angular. Cualquier transferencia global neta de masa de agua de los océanos a la atmósfera o lo contrario implica un cambio en la velocidad de rotación de la Tierra sólido / líquido que se reflejará en LOD.
La evidencia observacional muestra que no hay un retraso de tiempo significativo entre el cambio de AAM y su correspondiente cambio de LOD durante períodos superiores a aproximadamente 10 días. Esto implica un fuerte acoplamiento entre la atmósfera y la Tierra sólida debido a la fricción superficial con una constante de tiempo de aproximadamente 7 días, el tiempo de inactividad de la capa de Ekman . Este tiempo de descenso es el tiempo característico para la transferencia del momento angular axial atmosférico a la superficie de la Tierra y viceversa.
El componente zonal del viento en el suelo, que es más eficaz para la transferencia del momento angular axial entre la Tierra y la atmósfera, es el componente que describe la rotación rígida de la atmósfera. El viento zonal de este componente tiene la amplitud u en el ecuador con respecto al suelo, donde u > 0 indica superrotación y u <0 indica rotación retrógrada con respecto a la Tierra sólida. Todos los demás términos de viento simplemente redistribuyen el AAM con la latitud, un efecto que se cancela cuando se promedia en todo el mundo.
La fricción superficial permite que la atmósfera 'recoja' el momento angular de la Tierra en el caso de rotación retrógrada o lo libere a la Tierra en el caso de superrotación . Haciendo un promedio de escalas de tiempo más largas, no se produce ningún intercambio de AAM con la Tierra sólida. La tierra y la atmósfera están desacopladas. Esto implica que la componente de viento zonal a nivel del suelo responsable de la rotación rígida debe ser cero en promedio. De hecho, la estructura meridional observada del viento zonal medio climático en el suelo muestra vientos del oeste (del oeste) en latitudes medias más allá de aproximadamente ± 30 o de latitud y vientos del este (del este) en latitudes bajas (los vientos alisios) también. tan cerca de los polos ( vientos dominantes ). La atmósfera toma el momento angular de la Tierra en latitudes bajas y altas y transfiere la misma cantidad a la Tierra en latitudes medias.
Cualquier fluctuación a corto plazo de la componente de viento zonal de rotación rígida se acompaña de un cambio correspondiente en el LOD. Para estimar el orden de magnitud de ese efecto, se puede considerar que la atmósfera total gira rígidamente con velocidad u (en m / s) sin fricción superficial. Entonces este valor está relacionado con el cambio correspondiente de la duración del día Δ τ (en milisegundos) como
La componente anual del cambio de la duración del día de Δ τ ≈ 0.34 ms corresponde entonces a una superrotación de u ≈ 0.9 m / s, y la componente semestral de Δ τ ≈ 0.29 ms a u ≈ 0.8 m / s.
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Lambeck, Kurt (2005). La rotación variable de la tierra: causas y consecuencias geofísicas (Impreso digitalmente 1ª ed. Pbk.). Cambridge: Cambridge University Press . ISBN 9780521673303.