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Altitud

La altitud es una medida de distancia, generalmente en dirección vertical o "arriba", entre un dato de referencia y un punto u objeto. La definición exacta y el dato de referencia varían según el contexto (por ejemplo, aviación, geometría, estudio geográfico, deporte o presión atmosférica). Aunque el término altitud se usa comúnmente para referirse a la altura sobre el nivel del mar de un lugar, en geografía el término elevación a menudo se prefiere para este uso.

Las mediciones de distancia vertical en la dirección "hacia abajo" se denominan comúnmente profundidad .

En la aviación

Un Boeing 737-800 genérico navegando a 32.000 pies. Debajo hay un montón de nubes. Encima hay un cielo azul intenso y ambiental.
Un Boeing 737-800 navegando en la estratosfera , donde los aviones de pasajeros normalmente navegan para evitar las turbulencias rampantes en la troposfera . La capa azul es la capa de ozono , que se desvanece más hacia la mesosfera . El ozono calienta la estratosfera, estableciendo las condiciones. La estratosfera es también el límite de altitud para los aviones a reacción y los globos meteorológicos , ya que la densidad del aire allí es aproximadamente 1 ⁄ 1000 de la de la troposfera. [1]
Comparación de distancia vertical

El término altitud puede tener varios significados y siempre se califica agregando explícitamente un modificador (por ejemplo, "altitud verdadera"), o implícitamente a través del contexto de la comunicación. Las partes que intercambian información sobre altitud deben tener claro qué definición se utiliza.

La altitud de la aviación se mide utilizando el nivel medio del mar (MSL) o el nivel del suelo local (sobre el nivel del suelo, o AGL) como dato de referencia.

La altitud de presión dividida por 100 pies (30 m) es el nivel de vuelo y se utiliza por encima de la altitud de transición (18 000 pies (5500 m) en los EE. UU., pero puede ser tan baja como 3000 pies (910 m) en otras jurisdicciones). Entonces, cuando el altímetro lee el nivel de vuelo específico del país en el ajuste de presión estándar, se dice que la aeronave está en "Nivel de vuelo XXX/100" (donde XXX es la altitud de transición). Cuando se vuela a nivel de vuelo, el altímetro siempre está configurado a la presión estándar (29,92  inHg o 1013,25  hPa ).

En la cabina de vuelo, el instrumento definitivo para medir la altitud es el altímetro de presión , que es un barómetro aneroide cuya cara frontal indica la distancia (pies o metros) en lugar de la presión atmosférica .

Existen varios tipos de altitud en la aviación:

Estos tipos de altitud se pueden explicar de manera más simple como varias formas de medir la altitud:

En órbitas de satélites

Regiones de órbita terrestre baja (cian) y media (amarilla) a escala. La línea discontinua negra es la órbita geosincrónica. La línea discontinua verde corresponde a la órbita de 20.230 km utilizada por los satélites GPS .
Órbita transatmosférica (TAO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en apogeo superiores a 100 km (62 millas) y perigeo que intersecta con la atmósfera definida . [4]
Órbita terrestre baja (LEO)
Órbitas geocéntricas que varían en altitud desde 160 km (100 millas) a 2000 km (1200 millas) sobre el nivel medio del mar . A 160 km, una revolución tarda aproximadamente 90 minutos y la velocidad orbital circular es de 8 km/s (26.000 pies/s).
Órbita terrestre media (MEO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en apogeo que oscilan entre 2.000 km (1.200 millas) y la de la órbita geosincrónica a 35.786 km (22.236 millas).
Órbita geosincrónica (GEO)
Órbita circular geocéntrica con una altitud de 35.786 km (22.236 mi). El periodo de la órbita equivale a un día sidéreo , coincidiendo con el periodo de rotación de la Tierra. La velocidad es de aproximadamente 3 km/s (9.800 pies/s).
Órbita terrestre alta (HEO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en apogeo superiores a la de la órbita geosincrónica. Un caso especial de órbita terrestre alta es la órbita altamente elíptica , donde la altitud en el perigeo es inferior a 2000 km (1200 millas). [5]

En estudios atmosféricos

Capas atmosféricas

La atmósfera terrestre se divide en varias regiones altitudinales. Estas regiones comienzan y terminan a diferentes alturas según la temporada y la distancia a los polos. Las altitudes que se indican a continuación son promedios: [6]

La línea de Kármán , a una altitud de 100 kilómetros (62 millas) sobre el nivel del mar , define por convención la demarcación entre la atmósfera y el espacio . [7] La ​​termosfera y la exosfera (junto con las partes superiores de la mesosfera) son regiones de la atmósfera que se definen convencionalmente como espacio.

Gran altitud y baja presión.

Las regiones de la superficie de la Tierra (o de su atmósfera) que se encuentran muy por encima del nivel medio del mar se denominan gran altitud . A veces se define que la gran altitud comienza a 2.400 metros (8.000 pies) sobre el nivel del mar. [8] [9] [10]

A gran altura, la presión atmosférica es menor que la del nivel del mar. Esto se debe a dos efectos físicos en competencia: la gravedad, que hace que el aire esté lo más cerca posible del suelo; y el contenido de calor del aire, que hace que las moléculas reboten entre sí y se expandan. [11]

Perfil de temperatura

El perfil de temperatura de la atmósfera es el resultado de una interacción entre la radiación y la convección . La luz del sol en el espectro visible llega al suelo y lo calienta. Luego, el suelo calienta el aire en la superficie. Si la radiación fuera la única forma de transferir calor del suelo al espacio, el efecto invernadero de los gases en la atmósfera mantendría el suelo a aproximadamente 333 K (60 °C; 140 °F), y la temperatura decaería exponencialmente con la altura. [12]

Sin embargo, cuando el aire está caliente tiende a expandirse, lo que reduce su densidad. Por tanto, el aire caliente tiende a ascender y transferir calor hacia arriba. Este es el proceso de convección . La convección llega al equilibrio cuando una masa de aire a una altitud determinada tiene la misma densidad que su entorno. El aire es un mal conductor del calor, por lo que una porción de aire subirá y bajará sin intercambiar calor. Esto se conoce como proceso adiabático , que tiene una curva característica presión-temperatura. A medida que la presión disminuye, la temperatura disminuye. La tasa de disminución de la temperatura con la elevación se conoce como tasa de caída adiabática , que es aproximadamente 9,8 °C por kilómetro (o 5,4 °F [3,0 °C] por 1000 pies) de altitud. [12]

La presencia de agua en la atmósfera complica el proceso de convección. El vapor de agua contiene calor latente de vaporización . A medida que el aire asciende y se enfría, eventualmente se satura y no puede retener su cantidad de vapor de agua. El vapor de agua se condensa (formando nubes ) y libera calor, lo que cambia la tasa de caída de la tasa de caída adiabática seca a la tasa de caída adiabática húmeda (5,5 °C por kilómetro o 3 °F [1,7 °C] por 1000 pies). [13] Como promedio, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) define una atmósfera estándar internacional (ISA) con una tasa de caída de temperatura de 6,49 °C por kilómetro (3,56 °F por 1.000 pies). [14] La tasa de caída real puede variar según la altitud y la ubicación.

Finalmente, sólo la troposfera (hasta aproximadamente 11 kilómetros (36.000 pies) de altitud) en la atmósfera terrestre sufre una convección notable; En la estratosfera hay poca convección vertical. [15]

Efectos sobre los organismos

Humanos

La medicina reconoce que las altitudes superiores a 1.500 metros (4.900 pies) comienzan a afectar a los humanos, [16] y no hay registros de seres humanos que vivan en altitudes extremas superiores a 5.500 a 6.000 metros (18.000 a 19.700 pies) durante más de dos años. [17] A medida que aumenta la altitud, la presión atmosférica disminuye, lo que afecta a los humanos al reducir la presión parcial de oxígeno . [18] La falta de oxígeno por encima de los 2.400 metros (8.000 pies) puede provocar enfermedades graves como el mal de altura , el edema pulmonar de las alturas y el edema cerebral de las alturas . [10] Cuanto mayor sea la altitud, más probabilidades hay de que se produzcan efectos graves. [10] El cuerpo humano puede adaptarse a la gran altitud respirando más rápido, teniendo una frecuencia cardíaca más alta y ajustando la química sanguínea. [19] [20] Puede llevar días o semanas adaptarse a la gran altitud. Sin embargo, por encima de los 8.000 metros (26.000 pies), (en la " zona de la muerte "), la aclimatación a la altitud se vuelve imposible. [21]

Existe una tasa de mortalidad general significativamente menor para los residentes permanentes en altitudes más altas. [22] Además, existe una relación dosis-respuesta entre el aumento de la elevación y la disminución de la prevalencia de la obesidad en los Estados Unidos. [23] Además, la hipótesis reciente sugiere que la gran altitud podría proteger contra la enfermedad de Alzheimer a través de la acción de la eritropoyetina, una hormona liberada por el riñón en respuesta a la hipoxia. [24] Sin embargo, las personas que viven en zonas más altas tienen una tasa de suicidio estadísticamente significativa más alta. [25] Hasta el momento se desconoce la causa del aumento del riesgo de suicidio. [25]

Atletas

Para los deportistas, la gran altitud produce dos efectos contradictorios sobre el rendimiento. Para pruebas explosivas (sprints de hasta 400 metros, salto de longitud , triple salto ), la reducción de la presión atmosférica significa una menor resistencia atmosférica, lo que generalmente resulta en un mejor rendimiento deportivo. [26] Para las pruebas de resistencia (carreras de 5.000 metros o más), el efecto predominante es la reducción de oxígeno, que generalmente reduce el rendimiento del atleta a gran altura. Las organizaciones deportivas reconocen los efectos de la altitud en el rendimiento: la Asociación Internacional de Federaciones Atléticas (IAAF), por ejemplo, marca las actuaciones récord logradas a una altitud superior a 1.000 metros (3.300 pies) con la letra "A". [27]

Los atletas también pueden aprovechar la aclimatación a la altitud para aumentar su rendimiento. Los mismos cambios que ayudan al cuerpo a afrontar la gran altitud aumentan el rendimiento al nivel del mar. [28] [29] Estos cambios son la base del entrenamiento en altitud , que forma una parte integral del entrenamiento de los atletas en una serie de deportes de resistencia, incluidos el atletismo, las carreras de distancia, el triatlón, el ciclismo y la natación.

Otros organismos

La menor disponibilidad de oxígeno y la disminución de la temperatura hacen que la vida a gran altura sea un desafío. A pesar de estas condiciones ambientales, muchas especies se han adaptado con éxito a grandes altitudes . Los animales han desarrollado adaptaciones fisiológicas para mejorar la captación y entrega de oxígeno a los tejidos que pueden utilizarse para mantener el metabolismo. Las estrategias que utilizan los animales para adaptarse a la gran altitud dependen de su morfología y filogenia . Por ejemplo, los pequeños mamíferos enfrentan el desafío de mantener el calor corporal en temperaturas frías, debido a su pequeña relación volumen-superficie. Como el oxígeno se utiliza como fuente de producción de calor metabólico, la hipoxia hipobárica en altitudes elevadas es problemática.

También hay una tendencia general a tamaños corporales más pequeños y menor riqueza de especies en altitudes elevadas, probablemente debido a presiones parciales de oxígeno más bajas. [30] Estos factores pueden disminuir la productividad en hábitats de gran altitud, lo que significa que habrá menos energía disponible para el consumo, el crecimiento y la actividad. [31]

Sin embargo, algunas especies, como las aves, prosperan a gran altura. [32] Las aves prosperan debido a características fisiológicas que son ventajosas para el vuelo a gran altitud.

Ver también

Referencias

  1. ^ "La estratosfera: descripción general". ciencia.ucar.edu . Corporación Universitaria de Investigaciones Atmosféricas . Consultado el 6 de febrero de 2021 .
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  4. ^ McDowell, Jonathan (24 de mayo de 1998). "Informe espacial de Jonathan". Órbita transatmosférica (TAO): vuelo orbital con perigeo inferior a 80 km pero superior a cero. Potencialmente utilizado por misiones de aerofreno y vehículos transatmosféricos, también en algunas fases temporales del vuelo orbital (por ejemplo, STS pre OMS-2, algunas fallas cuando no se reinicia el apogeo)
  5. ^ Definiciones de órbitas geocéntricas del Centro de vuelos espaciales Goddard Archivado el 27 de mayo de 2010 en la Wayback Machine.
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