¿Qué es la presión atmosférica?
Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido, este último ejerce una fuerza por unidad de área sobre el primero, que resulta siempre perpendicular a su superficie. Esta fuerza se conoce como «presión».
Como el aire es un fluido, ejerce presión sobre todo lo que está inmerso en él (incluido nosotros). Llamamos «presión atmosférica» a fuerza por unidad de área que la atmósfera ejerce sobre un punto específico, por efecto del peso que tiene la columna de aire por encima de dicho punto (desde un determinado nivel hasta el límite superior). Por este motivo, queda claro que la presión atmosférica disminuye con la altura, ya que, mientras nos elevamos, la columna de aire por encima se reduce y, por ende, se vuelve más liviana.
Por otra parte, la densidad del aire también disminuye a medida que aumenta la altitud, dado que la gravedad tiende a desplazar las moléculas de gas hacia los niveles inferiores. Esto contribuye al decaimiento de la presión con la altura, por lo que resulta complicado hacer un cálculo exacto para un punto determinado. Además, hay que tener presente que la temperatura afecta directamente a la densidad del aire, y ésta varía de manera contínua, temporal y espacialmente.
Entonces, la presión también varía horizontalmente, en un mismo nivel, y esto ocurre gracias a las variaciones de temperatura y densidad en las masas de aire. Vale recordar que el aire frío es más denso (pesado) que el aire cálido.
¿En qué unidades se mide?
En meteorología, las unidades más comunes suelen ser el milibar (mbar) y el hectopascal (hPa). Otras que también se utilizan son las atmósferas (atm) y los milímetros de mercurio (mmHg), que representan la altura que alcanza la columna de mercurio en un barómetro clásico.
Suele tomarse como valor estándar la presión atmosférica que se mide a nivel del mar. Esta ronda comúnmente los 1013 hPa (1013 mbar, 1 atm o 760 mmHg) y disminuye, en promedio, 1 hPa por cada 8 metros de altura.
¿Cómo se mide?
Para obtener la presión atmosférica, se usan instrumentos de medición conocidos como «barómetros». Los más primitivos se construyeron a mediados del siglo XVII, pero desde entonces se modificaron bastante, aunque la base de su funcionamiento sigue siendo el experimento del físico Evangelista Torricelli.
El barómetro original es el de mercurio, y fue creado por Torricelli en 1643 a raíz de un experimento. Este consistió en sumergir el extremo abierto de un tubo de 800 mm de altura lleno de mercurio en una cubeta que también contenía mercurio. El resultado fue que el líquido del tubo descendió hasta los 760 mm de altura.
En palabras sencillas, Torricelli observó la altura que alcanza el mercurio en el tubo cuando la presión que la atmósfera ejerce sobre éste se encuentra equilibrada con la que ejerce sobre el líquido de la cubeta.
El físico experimentó con mercurio por ser el líquido más denso conocido, y porque no se evapora fácilmente con las temperaturas habituales. Como ejemplo, si se reemplazara el mercurio por agua, la columna sería 10 veces más alta.
Por lo tanto, queda claro que este tipo de barómetro mide la presión atmosférica gracias la altura que alcanza la columna de mercurio, y toma de referencia que 760 mm corresponden a una presión de 1 atm o 1013 hPa. Sin embargo, el barómetro de mercurio se usa cada vez menos en la actualidad, debido a que es una sustancia tóxica. Estos se sustituyen mayormente con barómetros aneroides, que miden la presión en función de la deformación de una cápsula expuesta al peso de la atmósfera, y la expresan con el movimiento de una aguja. Ahora bien, cuando esta aguja se reemplaza por una plumilla con tinta, se puede hacer registro de cómo varía la presión. El instrumento que funciona de esta manera se denomina «barógrafo», y se utiliza para expresar los cambios de presión en papel milimetrado.
Como la medición de la presión se ve condicionada por la altitud, se realiza una conversión de los datos que permita compararlos con otras mediciones a nivel del mar, por medio de una calibración especial del barómetro. Esto permite analizar los cambios de la variable sin que nos importe la altura a la que nos encontremos.
Por otra parte, también existen sensores que miden la presión atmosférica y nos indican el valor de la variable convertida a “altitud cero”. Estos suelen encontrarse en estaciones meteorológicas, y son de gran utilidad para analizar el comportamiento de la presión a través del tiempo.
Variaciones con la altura
Como regla general, la presión atmosférica disminuye con la altura. Pero este decaimiento no es constante, ya que el aire es un fluido muy compresible.
El aire más cercano a la superficie contiene una mayor cantidad de moléculas por unidad de volumen, es decir, es más denso. Por este motivo, la cantidad de aire no disminuye de manera constante con la altitud. En niveles inferiores, la presión disminuye mucho más rápido con la altura que en niveles superiores, y si queremos experimentar el mismo cambio de presión a una mayor altitud, deberemos ascender una distancia bastante mayor.
Aún así, los cambios de presión con la altura también dependen de otros factores como la humedad y la latitud. Esta última condiciona significativamente el espesor de la atmósfera, que es máximo sobre el ecuador y mínimo en los polos.
Variaciones diarias
Similar a las mareas del océano, la atmósfera se comporta como un fluido y muestra variaciones periódicas en la presión, lo que se conoce como «marea barométrica». El forzante principal de este comportamiento es la radiación solar, que provoca cambios en la temperatura y, por lo tanto, en la densidad. Estas variaciones son más pronunciadas en los trópicos, donde la presión puede cambiar hasta 3 hPa, y son menos notables en las regiones polares, donde el cambio es de alrededor de 0,3 hPa. Esto se debe a que la radiación solar que llega a los trópicos es mayor que en las regiones polares.
Variaciones en un mismo nivel
La topografía y la circulación atmosférica son factores clave en la variabilidad de la presión atmosférica, por lo que esta no es igual en todos los lugares que se encuentran a una misma altitud.
Por la propia dinámica de la atmósfera, hay regiones en las que se concentra una mayor cantidad de aire y existe un predominio de las altas presiones, mientras que en otras áreas la concentración es menor, y dominan las bajas presiones.
Estabilidad e inestabilidad atmosférica
Las variaciones de temperatura y densidad tienen una influencia determinante en el comportamiento de la presión atmosférica. Estas pueden propiciar entornos estables o inestables.
Cuando el aire es obligado a descender, se produce un aumento de la presión atmosférica cerca de la superficie. Esto conduce a la formación de un «anticiclón» y a la estabilidad atmosférica.
Las condiciones anticiclónicas se caracterizan por presentar vientos muy leves o nulos, con cielo despejado y subsidencia de aire. Además, los anticiclones inducen una circulación de aire en sentido horario para el hemisferio norte, y en sentido antihorario para el hemisferio sur.
Los sistemas anticiclónicos pueden durar bastante y generar un estancamiento de aire en las zonas más llanas o de valle. Esto puede provocar problemas de contaminación en las ciudades (sobre todo en invierno), y favorecer situaciones de inversión térmica donde el aire frío queda retenido en las zonas más deprimidas.
En contraparte, cuando el aire se calienta y asciende, provoca una disminución de la presión atmosférica cerca de la superficie, y genera inestabilidad atmosférica. De esta manera, tiene lugar la formación de un centro de baja presión o «ciclón», que induce una rotación del viento en sentido antihorario para el hemisferio norte, y en sentido horario para el hemisferio sur. Los centros o sistemas de baja presión se caracterizan por generar condiciones de mal tiempo, con precipitaciones y vientos que pueden ser intensos.
Presión atmosférica y previsión meteorológica
Los movimientos de masas de aire son impulsados por las diferencias de presión en la atmósfera, ya que todo fluido tiende a desplazarse desde las altas presiones hacia las bajas bajas presiones, buscando el equilibrio. Por este motivo, realizar un seguimiento de los cambios de presión atmosférica es un factor fundamental para poder hacer pronósticos del tiempo.
Medir la presión sistemáticamente nos deja conocer la tendencia general a corto plazo de esta variable, pero también nos permite elaborar mapas de presión atmosférica a mayor escala, con líneas que unen puntos de igual presión o «isobaras». Estos mapas, a veces llamados “mapas de isobaras”, se utilizan para seguir el desplazamiento de los centros de baja y alta presión, y estimar la dirección y velocidad del viento, dado que este se mueve por diferencias de presión (entre otras fuerzas).
Cuanto más apretadas estén las isobaras, mayor será el gradiente de presión y la velocidad del viento. En cambio, si las isobaras están muy separadas entre sí, más débil será el viento, y más variable la dirección.
Hay que tener presente que las masas de aire de distinta temperatura no se mezclan inmediatamente, ya que tienen diferente densidad. Cuando una masa de aire frío se encuentra con una masa de aire cálido, esta última (más liviana) se ve forzada a ascender por encima de la primera, lo que provoca un descenso de la presión atmosférica y una zona o franja de inestabilidad, conocida como «zona frontal» o «frente».
Hablamos de «frente frío» cuando la masa de aire frío empuja a la masa de aire cálido hasta desplazarla. Como el aire frío es más denso, “levanta” el aire cálido como una “cuña” y se mete por debajo. Los frentes fríos se desplazan a gran velocidad y provocan malas condiciones del tiempo, con intensos vientos, lluvias que pueden ser fuertes o incluso tormentas. Además, con el paso del frente frío se produce un descenso abrupto de la temperatura.
Por el contrario, hablamos de «frente cálido” cuando la masa de aire cálido empuja y reemplaza a masa de aire frío. Este tipo de frentes se mueven más lento, ya que el aire frío ofrece una mayor resistencia a ser desplazado. El paso de un frente cálido genera un aumento de la temperatura y de la humedad. Además, puede estar acompañado de lluvias débiles a moderadas y vientos no tan intensos.
¿Cómo afecta la presión atmosférica a nuestro organismo?
Los cambios en la presión atmosférica no suelen ser perceptibles por los seres humanos. No obstante, hay situaciones muy específicas donde podemos experimentar ciertos efectos.
El ejemplo más sencillo es el taponamiento de los oídos que sentimos durante el despegue o el aterrizaje de un avión. También nos puede ocurrir al avanzar por un paso de montaña, debido a que en las zonas más altas encontramos menor presión. En ambos casos, lo que vivenciamos se debe a una descompensación entre la presión del aire en el oído y la presión atmosférica.
Por otra parte, también hay gente que sufre leves dolores de cabeza cuando se producen cambios bruscos en las condiciones del tiempo, debido a la caída repentina de la presión atmosférica.
Sin embargo, los efectos más agudos son experimentados por montañeros y alpinistas en la alta montaña, donde la baja presión y la falta de oxígeno se combinan para provocar el llamado “mal de altura”, con síntomas como cefalea, problemas gastrointestinales, fatiga acusada y vértigo.