8.2: Vientos y el Efecto Coriolis
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El calentamiento diferencial de la superficie terrestre da como resultado que las regiones ecuatoriales reciban más calor que los polos (sección 8.1). A medida que el aire se calienta en el ecuador se vuelve menos denso y se eleva, mientras que en los polos el aire frío es más denso y se hunde. Si la Tierra no giraba, el aire cálido que se elevaba en el ecuador llegaría a la atmósfera superior y comenzaría a moverse horizontalmente hacia los polos. A medida que el aire llegaba a los polos se enfriaba y se hundía, y se movería sobre la superficie de la Tierra de regreso hacia el ecuador. Esto daría como resultado una gran celda de convección atmosférica en cada hemisferio (Figura\(\PageIndex{1}\)), con el aire elevándose en el ecuador y hundiéndose en los polos, y el movimiento del aire sobre la superficie de la Tierra creando los vientos. En esta Tierra no giratoria, los vientos predominantes soplarían así desde los polos hacia el ecuador en ambos hemisferios (Figura\(\PageIndex{1}\)).
La situación de no rotación en la Figura\(\PageIndex{1}\) es, por supuesto, solo hipotética, y en realidad la rotación de la Tierra hace que esta circulación atmosférica sea un poco más compleja. Los caminos de los vientos en una Tierra giratoria son desviados por el Efecto Coriolis. El Efecto Coriolis es el resultado de que diferentes latitudes en la Tierra rotan a diferentes velocidades. Esto se debe a que cada punto de la Tierra debe hacer una rotación completa en 24 horas, pero algunos puntos deben viajar más lejos, y por lo tanto más rápido, para completar la rotación en la misma cantidad de tiempo. En 24 horas un punto en el ecuador deberá completar una distancia de rotación igual a la circunferencia de la Tierra, que es de unos 40,000 km. Un punto justo en los postes no cubre distancia en ese tiempo; simplemente gira en círculo. Por lo que la velocidad de rotación en el ecuador es de unos 1600 km/hr, mientras que en los polos la velocidad es de 0 km/hr. Latitudes intermedias giran a velocidades intermedias; aproximadamente 1400 km/hr a 30 o y 800 km/hr a 60 o. A medida que los objetos se mueven sobre la superficie de la Tierra se encuentran con regiones de velocidad variable, lo que hace que su camino sea desviado por el Efecto Coriolis.
Para explicar el Efecto Coriolis, imagina un cañón posicionado en el ecuador y orientado hacia el norte. A pesar de que el cañón parece estacionario para alguien en la Tierra, de hecho se está moviendo hacia el este a unos 1600 km/hr debido a la rotación de la Tierra. Cuando el cañón dispara el proyectil viaja hacia el norte hacia su objetivo; pero también continúa moviéndose hacia el este a 1600 km/hr, la velocidad que tuvo mientras aún estaba en el cañón. A medida que el proyectil se mueve sobre latitudes más altas, su impulso lo lleva hacia el este más rápido que la velocidad a la que gira el suelo debajo de él. Por ejemplo, a 30 o latitud el proyectil se mueve hacia el este a 1600 km/hr mientras que el suelo se mueve hacia el este a solo 1400 km/hr. Por lo tanto, el proyectil se “adelanta” a su objetivo, y aterrizará al este de su destino previsto. Desde el punto de vista del cañón, la trayectoria del proyectil parece haber sido desviada hacia la derecha (flecha roja, Figura\(\PageIndex{2}\)). De igual manera, un cañón ubicado a 60 o y orientado hacia el ecuador se desplazará hacia el este a 800 km/hr. Cuando su proyectil sea disparado hacia el ecuador, el proyectil se moverá hacia el este a 800 km/hr, pero a medida que se acerque al ecuador se moverá sobre tierra que viaja hacia el este más rápido que el proyectil. Por lo que el proyectil se pone “detrás” de su objetivo, y aterrizará al oeste de su destino. Pero desde el punto de vista del cañón que mira hacia el ecuador, el camino del proyectil aún parece haber sido desviado hacia la derecha (flecha verde, Figura\(\PageIndex{2}\)). Por lo tanto, en el hemisferio norte, la aparente desviación de Coriolis siempre estará a la derecha.
En el Hemisferio Sur la situación se invierte (Figura\(\PageIndex{2}\)). Los objetos que se mueven hacia el ecuador desde el polo sur se mueven de baja velocidad a alta velocidad, por lo que se dejan atrás y su trayectoria se desvía hacia la izquierda. El movimiento desde el ecuador hacia el polo sur también conduce a la desviación hacia la izquierda. En el hemisferio sur, la desviación de Coriolis está siempre a la izquierda desde el punto de origen.
La magnitud de la deflexión de Coriolis está relacionada con la diferencia en la velocidad de rotación entre los puntos inicial y final. Entre los polos y 60 o latitud, la diferencia en la velocidad de rotación es de 800 km/hr. Entre el ecuador y 30 o latitud, la diferencia es de sólo 200 km/hr (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por lo tanto, la fuerza del Efecto Coriolis es más fuerte cerca de los polos, y más débil en el ecuador.
Debido a la rotación de la Tierra y el Efecto Coriolis, en lugar de una sola célula de convección atmosférica en cada hemisferio, hay tres células principales por hemisferio. El aire cálido que se eleva en el ecuador se enfría a medida que se mueve a través de la atmósfera superior y desciende alrededor de los 30 o de latitud. Las celdas de convección creadas por el aire ascendente en el ecuador y el aire que se hunde a 30 o se denominan celdas de Hadley, de las cuales hay una en cada hemisferio. El aire frío que desciende por los polos se mueve sobre la superficie de la Tierra hacia el ecuador, y a unos 60 o latitud comienza a elevarse, creando una Célula Polar entre 60 o y 90 o. Entre 30 o y 60 o yacen las Celdas Ferrel, compuestas por aire hundido a 30 o y aire ascendente a 60 o (Figura\(\PageIndex{3}\)). Con tres celdas de convección en cada hemisferio que giran en direcciones alternas, los vientos superficiales ya no siempre soplan desde los polos hacia el ecuador como en la Tierra no giratoria en la Figura\(\PageIndex{1}\). En cambio, los vientos superficiales en ambos hemisferios soplan hacia el ecuador entre 90 o y 60 o latitud, y entre 0 o y 30 o latitud. Entre 30 o y 60 o latitud, los vientos superficiales soplan hacia los polos (Figura\(\PageIndex{3}\)).
Los vientos superficiales creados por las celdas de convección atmosférica también están influenciados por el Efecto Coriolis a medida que cambian latitudes. El Efecto Coriolis desvía la trayectoria de los vientos hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Añadiendo esta deflexión conduce al patrón de vientos predominantes ilustrado en la Figura\(\PageIndex{4}\). Entre el ecuador y 30 o latitud están los vientos alisios; los vientos alisios del noreste en el hemisferio norte y los vientos alisios sureste en el hemisferio sur (nótese que los vientos se nombran en función de la dirección desde la que se originan, no hacia dónde van). Los vientos del oeste son los vientos dominantes entre 30 o y 60 o en ambos hemisferios, y los esteres polares se encuentran entre 60 o y los polos.
Entre estas bandas de viento se encuentran regiones de alta y baja presión. Las zonas de alta presión ocurren donde el aire desciende, mientras que las zonas de baja presión indican aire ascendente. A lo largo del ecuador el aire ascendente crea una región de baja presión llamada la caída, o la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) (zona de convergencia porque aquí es donde convergen los vientos alisios). A los 30 o de latitud hay zonas de alta presión de aire descendente conocidas como latitudes de caballos, o las altas subtropicales. Finalmente, a 60 o se encuentra otra región de baja presión llamada el frente polar. Cabe señalar que estas zonas de alta y baja presión no están fijas en su lugar; su latitud fluctúa dependiendo de la temporada, y estas fluctuaciones tienen implicaciones importantes para los climas regionales.
¿Fracaso? ¿Latitudes de caballos? Vientos alisios?
Estos pueden parecer algunos nombres impares para estos fenómenos atmosféricos, pero muchos de ellos se remontan a tradiciones y tradiciones marítimas.
El estancamiento se refiere a regiones de baja presión alrededor del ecuador. En estas zonas, el aire está subiendo en lugar de moverse horizontalmente, por lo que estas regiones suelen encontrarse con vientos muy ligeros. La falta de viento podía dejar a los veleros calados por días o semanas a la vez, lo que no era bueno para la moral de la tripulación del barco.
Al igual que la crisis las latitudes de caballos también son zonas con vientos ligeros, esta vez debido al aire descendente, que podría dejar barcos calmados. Una explicación para el término “latitudes de caballos” es que cuando estos barcos quedaron varados corrían el riesgo de quedarse sin comida o agua. Para conservar estos recursos, los marineros tirarían por la borda sus caballos muertos o moribundos, de ahí las “latitudes de caballos”. Otra explicación es que muchos marineros recibieron parte de su paga antes de un viaje, y muchas veces la gastaban antes de partir. Esto significó que pasarían la primera parte del viaje trabajando sin sueldo y endeudados, periodo llamado el tiempo del “caballo muerto”, que podría durar algunos meses. Cuando empezaron a ganar su paga una vez más, tuvieron una ceremonia de “caballo muerto” y arrojaron un caballo simulado por la borda. El momento de esta ceremonia coincidió a menudo con llegar a las latitudes de caballos, lo que llevó a la asociación de la ceremonia con la ubicación. Una tercera explicación es que un barco fue referido como “cabalgado” cuando los vientos eran débiles y el barco en cambio tuvo que depender de las corrientes oceánicas para moverlos. Esto podría ser una ocurrencia común en las zonas de alta presión alrededor de los 30 o de latitud, por lo que se les denominó latitudes de caballos.
El término vientos alisios puede haber derivado originalmente de los términos para “pista” o “camino”, pero el término puede haberse vuelto más común durante la exploración y comercialización del Nuevo Mundo en Europa. Los marineros que navegan desde Europa hacia el Nuevo Mundo podrían navegar hacia el sur hasta llegar a los vientos alisios, que luego impulsarían sus barcos a través del Atlántico hasta el Caribe. Para regresar a Europa, los barcos podían navegar hacia el noreste hasta entrar en los occidentales, lo que luego los llevaría de regreso a Europa.