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Altitud

La altitud es una medida vertical entre un dato de referencia y un objeto.

La altitud es una medida de distancia, generalmente en dirección vertical o "hacia 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 utiliza comúnmente para referirse a la altura sobre el nivel del mar de un lugar, en geografía se prefiere a menudo el término elevación para este uso.

En aviación, la altitud se mide normalmente en relación con el nivel medio del mar o sobre el nivel del suelo para garantizar la seguridad de las operaciones de navegación y vuelo. En geometría y estudios geográficos, la altitud ayuda a crear mapas topográficos precisos y a comprender la elevación del terreno. En el caso de las caminatas y los deportes de gran altitud, conocer la altitud y adaptarse a ella es vital para el rendimiento y la seguridad. Las altitudes más altas implican niveles reducidos de oxígeno, lo que puede provocar mal de altura si no se toman las medidas de aclimatación adecuadas.

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

En la aviación

Un Boeing 737-800 genérico volando a 32.000 pies de altura. Debajo hay un montón de nubes. Por encima hay un cielo azul intenso y agradable.
Un Boeing 737-800 navegando en la estratosfera , donde los aviones de pasajeros normalmente navegan para evitar las turbulencias desenfrenadas en la troposfera . La capa azul es la capa de ozono , que se difumina más hacia la mesosfera . El ozono calienta la estratosfera, lo que hace que las condiciones sean estables. La estratosfera también es el límite de altitud de 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 distancias verticales

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

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). Por lo tanto, cuando el altímetro lee el nivel de vuelo específico del país en la configuración 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 un nivel de vuelo, el altímetro siempre se configura a 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 con una cara frontal que 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 forma más sencilla como varias formas de medir la altitud:

En órbitas satelitales

Regiones de órbita terrestre baja (cian) y media (amarillo) a escala. La línea discontinua negra es la órbita geoestacionaria. La línea discontinua verde es la órbita de 20.230 km utilizada por los satélites GPS .
Órbita transatmosférica (TAO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo superiores a 100 km (62 mi) y un perigeo que intersecta con la atmósfera definida . [4]
Órbita terrestre baja (LEO)
Órbitas geocéntricas cuya altitud oscila entre los 160 km (100 mi) y los 2000 km (1200 mi) sobre el nivel medio del mar . A 160 km, una revolución dura aproximadamente 90 minutos y la velocidad orbital circular es de 8 km/s (26 000 ft/s).
Órbita terrestre media (MEO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo que oscilan entre los 2.000 km (1.200 mi) y la de la órbita geosincrónica a 35.786 km (22.236 mi).
Órbita geoestacionaria (GEO)
Órbita circular geocéntrica con una altitud de 35.786 km (22.236 mi). El período de la órbita es igual a un día sideral , coincidiendo con el período de rotación de la Tierra. La velocidad es de aproximadamente 3 km/s (9.800 ft/s).
Órbita terrestre alta (HEO)
Órbitas geocéntricas con altitudes en el apogeo superiores a las 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 mi). [5]

En estudios atmosféricos

Capas atmosféricas

La atmósfera de la Tierra se divide en varias regiones de altitud. Estas regiones comienzan y terminan a distintas alturas según la estación 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 mi) 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 a gran altura sobre el nivel medio del mar se denominan gran altitud . A veces se define gran altitud como el punto de inicio a los 2400 metros (8000 pies) sobre el nivel del mar. [8] [9] [10]

A gran altitud, la presión atmosférica es menor que a nivel del mar. Esto se debe a dos efectos físicos en pugna: 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. A su vez, 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 disminuiría exponencialmente con la altura. [12]

Sin embargo, cuando el aire está caliente, tiende a expandirse, lo que reduce su densidad. Por lo tanto, el aire caliente tiende a elevarse y transferir calor hacia arriba. Este es el proceso de convección . La convección llega al equilibrio cuando una parcela de aire a una altitud dada tiene la misma densidad que sus alrededores. El aire es un mal conductor del calor, por lo que una parcela de aire se elevará y caerá sin intercambiar calor. Esto se conoce como un proceso adiabático , que tiene una curva característica de 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 disminución 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 se eleva y se enfría, finalmente 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 el gradiente térmico de gradiente térmico adiabático seco a gradiente térmico adiabático húmedo (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 un gradiente térmico de 6,49 °C por kilómetro (3,56 °F por 1000 pies). [14] El gradiente térmico 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 de la Tierra experimenta una convección notable; en la estratosfera , hay poca convección vertical. [15]

Efectos sobre los organismos

Humanos

La medicina reconoce que las altitudes superiores a los 1.500 metros (4.900 pies) comienzan a afectar a los humanos, [16] y no hay registro de humanos que vivan en altitudes extremas superiores a los 5.500-6.000 metros (18.000-19.700 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 causar enfermedades graves como el mal de altura , el edema pulmonar de gran altitud y el edema cerebral de gran altitud . [10] Cuanto mayor sea la altitud, más probables son los efectos graves. [10] El cuerpo humano puede adaptarse a la gran altitud respirando más rápido, teniendo una frecuencia cardíaca más alta y ajustando su 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]

La tasa de mortalidad general es significativamente menor para los residentes permanentes en altitudes más altas. [22] Además, existe una relación dosis-respuesta entre el aumento de la altitud y la disminución de la prevalencia de la obesidad en los Estados Unidos. [23] Además, la hipótesis reciente sugiere que la altitud elevada podría tener un efecto protector contra la enfermedad de Alzheimer a través de la acción de la eritropoyetina, una hormona liberada por los riñones en respuesta a la hipoxia. [24] Sin embargo, las personas que viven a mayores altitudes tienen una tasa de suicidio estadísticamente significativamente mayor. [25] La causa del aumento del riesgo de suicidio se desconoce hasta el momento. [25]

Atletas

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

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

Otros organismos

La disminución de la disponibilidad de oxígeno y de la temperatura dificultan la vida a gran altitud. 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 absorción y el suministro de oxígeno a los tejidos, lo que puede utilizarse para mantener el metabolismo. Las estrategias que utilizan los animales para adaptarse a las grandes altitudes dependen de su morfología y filogenia . Por ejemplo, los pequeños mamíferos se enfrentan al desafío de mantener el calor corporal en temperaturas frías, debido a su pequeña relación entre el volumen y la superficie. Como el oxígeno se utiliza como fuente de producción de calor metabólico, la hipoxia hipobárica a grandes altitudes es problemática.

También hay una tendencia general a tamaños corporales más pequeños y una menor riqueza de especies en altitudes elevadas, probablemente debido a presiones parciales de oxígeno más bajas. [30] Estos factores pueden reducir 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 grandes altitudes. [32] Las aves prosperan debido a características fisiológicas que son ventajosas para el vuelo a gran altitud.

Véase también

Referencias

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