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Presión atmosférica


¿Qué es la presión atmosférica?

Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido, éste ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo. Esta fuerza por unidad de superficie se denomina presión.

La atmósfera es un fluido gaseoso que ejerce presión sobre todos los objetos inmersos en ella, incluidos nosotros.

La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie que ejerce la atmósfera en un punto específico como consecuencia de la acción de la fuerza de la gravedad sobre la columna de aire situada por encima de este punto.

En un nivel determinado, la presión atmosférica es igual al peso de la columna de aire existente encima de dicho nivel, hasta el límite superior de la atmósfera. Por tanto, cuanto mayor sea la altitud menor será la presión atmosférica. A mayor altura, menor cantidad de aire queda por encima, que por tanto pesa menos y ejerce menor presión. Además, la menor densidad del aire a medida que se asciende en la atmósfera, hace que su peso disminuya aún más.

Como la densidad del aire disminuye con la altura resulta complicado hacer un cálculo exacto de la presión atmosférica en un punto determinado. Además, hay que tener en cuenta que tanto la temperatura como la presión del aire, que influyen en la densidad, varían continuamente tanto en escala temporal como espacial.

Por tanto existen diferencias en los valores de presión a un mismo nivel (misma altitud), que vienen determinadas por las variaciones en la temperatura y densidad de las masas de aire. El aire frío pesa más que el caliente, y éste es uno de los factores que influyen en las diferencias de presión atmosférica a una misma altura.

¿En qué unidades se mide la presión atmosférica?

Las unidades habituales de medida en meteorología son los milibares (mbar) o hectopascales (hPa). Otras unidades de medida son las atmósferas (atm) y los milímetros de mercurio (mmHg). Tradicionalmente se medía en mmHg, es decir, la altura de la columna de mercurio en equilibrio con la columna de aire atmosférico

Normalmente se toma como referencia la presión atmosférica que existe a nivel del mar. En dicho nivel su valor normal se considera de 1013 hPa (1013 mbar, 1 atm o 760 mmHg), disminuyendo de media en 1 hPa por cada 8 metros de altura.

¿Cómo se mide la presión atmosférica?

Para medir la presión del aire o atmosférica se utilizan unos instrumentos denominados barómetros. Los primeros dispositivos datan de mediados del siglo XVII, y desde entonces estos aparatos han cambiado mucho de forma, aunque su base sigue siendo el experimento del físico y matemático Torricelli.

El original es el barómetro de mercurio, que fue inventado por Torricelli en 1643, a raíz de un experimento en el que sumergió el extremo abierto de un tubo de 800 mm de altura lleno de mercurio en una cubeta también con mercurio, y observó que el líquido del tubo descendía hasta los 760 mm de altura. Esto se produce al equilibrarse las presiones ejercidas por la atmósfera sobre la superficie del mercurio de la cubeta con la columna de mercurio contenido en el tubo.

Se empleaba mercurio por ser el líquido más denso que se conoce y porque apenas se evapora con las temperaturas habituales. Por ejemplo, si se utilizara agua en vez de mercurio, la columna sería unas 10 veces más alta.

Por tanto, este barómetro mide la presión atmosférica en función de la altura que alcanza la columna de mercurio, sabiendo que 760 mm corresponden a 1 atmósfera de presión (1013 hPa). No obstante, este tipo de barómetro se ha vuelto poco frecuente hoy en día debido a la presencia de mercurio, tóxico, y que puede ser peligroso.

En la actualidad se han sustituido por barómetros aneroides, los cuales funcionan con una cápsula que se deforma según la presión atmosférica. Las variaciones son trasladadas a una aguja, que es la que marca la presión atmosférica.

Cuando esta aguja es sustituida por una plumilla con tinta para realizar el registro, nos encontramos con un aparato denominado barógrafo, que transpone las variaciones de presión en papel milimetrado.

Dado que la altitud influye en la presión atmosférica medida, es necesario convertir los datos a nivel del mar para poder compararlos. Por ello es necesario una calibración de los barómetros para indicar la presión que se tendría si el dispositivo de medida estuviera al nivel del mar. Esto permite el análisis de esta variable independientemente de la altitud a la que nos encontremos.

Por otro lado, las estaciones meteorológicas también pueden medir la presión atmosférica, mediante un sensor de presión que indica la presión convertida a altitud cero. Estas medidas son de gran utilidad, ya que el análisis de las variaciones en la presión con el tiempo permite hacer pronósticos meteorológicos.

Variaciones en la presión atmosférica con la altura

En primer lugar, como ya se ha mencionado, la presión atmosférica varía con la altitud. Como norma general, a mayor altitud, menor presión atmosférica.

El aire más próximo a la superficie terrestre se calienta al estar en contacto con ésta (tanto con el suelo como con la superficie de los mares y océanos). Al calentarse, el aire se eleva porque disminuye su densidad y, por tanto, su presión, y el ascenso continúa hasta que se equilibra la densidad de la columna de aire ascendente con su entorno.

Además, esta disminución con la altura no es constante, ya que el aire es un fluido muy compresible. Las capas de aire más cercanas a la superficie contienen más cantidad de aire por unidad de volumen. Esto quiere decir que el aire superficial es más denso. Por ello, la cantidad de aire no disminuye de manera constante con la altura.

Cerca del nivel del mar, un pequeño ascenso en altura implica un notable descenso de la presión atmosférica, mientras que conforme estemos más altos, es necesario un mayor ascenso para experimentar un descenso similar en la presión.

Sin embargo, las variaciones con la altura dependen también de otros factores como la humedad y la latitud, que modifica sustancialmente el espesor de la atmósfera. Este espesor es máximo en latitudes ecuatoriales y disminuye con la latitud hasta el mínimo que se da en los polos.

Variaciones diarias de la presión atmosférica

Al igual que sucede con las mareas oceánicas, la atmósfera también es un fluido y presenta variaciones diarias de la presión atmosférica. Es lo que se conoce como marea atmosférica o barométrica, donde la presión varía de forma periódica, y que no guarda relación con la marea oceánica.

El componente dominante en la marea barotrópica es el forzamiento radiativo (luz solar).

Los máximos y mínimos de presión ocurren en cada lugar aproximadamente a la misma hora del día, siendo estas variaciones máximas en los trópicos (hasta 3 hPa) y mínimas en las regiones polares (alrededor de 0,3 hPa). Esto se debe a que la radiación solar entrante en los trópicos es mayor.

Variaciones en la presión atmosférica en un mismo nivel

El relieve y el comportamiento de la atmósfera hacen que la presión atmosférica no sea igual en todos los lugares situados a una misma altitud.

Debido a la dinámica atmosférica hay regiones en las que se concentra una mayor cantidad de aire y la presión es mayor (altas presiones), y otras en las que la concentración es menor (bajas presiones).

Estabilidad e inestabilidad atmosférica

Cambios en la temperatura y densidad del aire conllevan cambios en la presión atmosférica, dando lugar a un ambiente estable o inestable. Hablamos aquí de la estabilidad o la inestabilidad atmosférica.

Cuando el aire se ve forzado a descender provoca un aumento de la presión atmosférica. Esto deriva en lo que se conoce como estabilidad atmosférica o anticiclón. Una situación anticiclónica se caracteriza por ser una zona de calma, sin apenas viento, generalmente con cielo despejado, y con el aire descendiendo (fenómeno conocido como subsidencia) lentamente hacia la superficie. El aire gira en sentido horario en el hemisferio norte y antihorario en el hemisferio sur.

Estas situaciones de altas presiones pueden ser muy duraderas, propiciando un estancamiento del aire en las zonas más llanas y de valle que en invierno puede ocasionar problemas de contaminación en las ciudades. Además, es común que las situaciones anticiclónicas vayan de la mano de inversiones térmicas en estas zonas, quedándose el aire frío retenido en las zonas más deprimidas.

Por el contrario, cuando el aire caliente asciende, hace disminuir la presión atmosférica, generando inestabilidad atmosférica. A estas regiones donde se tienen bajas presiones (inferiores a 1012 hPa) se les denomina borrascas. El sentido de giro del aire en las borrascas es el contrario al de los anticiclones, es decir, antihorario en el hemisferio norte y horario en el austral.

La presencia de borrascas es sinónimo de precipitaciones y de vientos más intensos.

La presión atmosférica y la previsión meteorológica

Las diferencias de presión en la atmósfera propician los movimientos de las masas de aire, ya que el aire se mueve de las regiones con altas presiones hacia las de bajas presiones, buscando el equilibrio.

De este modo, los profesionales de la meteorología hacen un seguimiento de las variaciones en la presión atmosférica (entre otras variables) para poder hacer los pronósticos del tiempo.

La medición de la presión, además de proporcionar información sobre la tendencia general a corto plazo, a mayor escala también permite elaborar mapas de presión atmosférica. Se conocen con el nombre de mapas de isobaras, representando líneas de igual presión que en meteorología reciben el nombre de <<isobaras>>. Estos mapas permiten seguir los distintos centros de acción, es decir, las borrascas y los anticiclones.

Las diferencias de presión entre dos puntos, conocidas como gradiente de presión horizontal, son responsables del movimiento del aire en las capas altas de la atmósfera. Por tanto, los mapas de isobaras sirven también para determinar la dirección y la velocidad del viento.

Sabemos que, en el hemisferio norte, el sentido de giro del viento alrededor de las borrascas es antihorario, y horario en los anticiclones. Además, cuanto más apretadas estén las isobaras (mayor gradiente de presión), mayor será la velocidad del viento.

Por el contrario, en situaciones en las que las isobaras están muy separadas entre sí y sin centros definidos de altas o bajas presiones, el viento en superficie será débil y de dirección variable (más allá de los vientos locales que puedan establecerse). Esto se conoce con el nombre de pantano barométrico.

Un aspecto para tener en cuenta es que las masas de aire de distinta temperatura no se mezclan de forma inmediata debido a sus densidades. Cuando una masa de aire frío y otra cálida se encuentran en superficie, el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente, provocando un descenso de la presión atmosférica e inestabilidad. Esta zona de choque es lo que se denomina frente.

Cuando la masa de aire frío reemplaza a una masa de aire caliente hablamos de frente frío. El aire frío, más denso, genera una “cuña” y se mete por debajo del aire cálido. Avanzan rápidamente y provocan fenómenos meteorológicos más adversos, con intensos vientos, lluvias que pueden ser fuertes e incluso tormentas. Con el paso del frente se produce un descenso acusado de la temperatura en superficie.

En el caso opuesto, cuando una masa de aire cálido reemplaza a otra más fría hablamos de frente cálido. Este reemplazo de la masa de aire es más lento, ya que el aire frío al ser más denso ofrece mayor resistencia a ser desplazado de la superficie. Generalmente con el paso del frente se produce un aumento de la temperatura y de la humedad, y va acompañado de lluvias más débiles y vientos menos intensos que en el caso de un frente frío.

¿Cómo afecta la presión atmosférica a nuestro organismo?

Aunque normalmente, en nuestro día a día, los cambios en la presión atmosférica no suelen afectarnos, sí que hay situaciones en las que podemos notar sus efectos.

Un ejemplo común es el taponamiento de los oídos que podemos sufrir en el despegue o aterrizaje de un avión o al circular por puertos de montaña. Esto es debido a la menor presión existente en las zonas más altas, que provoca una descompensación entre la presión del aire en el oído y la del aire en el ambiente.

Igualmente, hay gente que sufre dolores de cabeza (generalmente leves) cuando se producen cambios bruscos en el tiempo, principalmente con la caída de la presión atmosférica.

No obstante, los mayores problemas suelen darse entre los montañeros y alpinistas en la alta montaña, donde la baja presión atmosférica junto con la falta de oxígeno puede ocasionar el conocido como “mal de altura”. Los síntomas más habituales son cefalea, problemas gastrointestinales, fatiga acusada y vértigos. La medida más eficaz ante estos síntomas es descender a altitudes más bajas.