Es curioso y, a veces, inesperado, pero todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica) proceden de la energía del Sol. Incluso también aquellas fuentes no renovables. Esta afirmación merece una serie de aclaraciones:
La Tierra recibe 1'74 x 1014 kW de energía solar por hora. Entre un 1% y un 2% de esta energía se convierte en energía del viento, es decir, aproximadamente 3'6x1012 kW por hora.
Entonces, ¿de dónde procede la energía del viento? Del Sol.
El viento es generado, entre otras causas, por variaciones de presión y temperatura como resultado del calentamiento no uniforme que reciben las distintas partes de la superficie terrestre. Véase el siguiente diagrama:
Como se puede observar, la luz del Sol no se distribuye de la misma manera cuando llega a la superficie. Considérese que se emite la misma cantidad de energía lumínica hacia dos puntos de la Tierra situados a diferentes latitudes. El primero de ellos se encuentra más cercano a uno de los polos, en este caso, el Polo Norte y el segundo punto está directamente sobre el ecuador terrestre.
La energía procedente del Sol se distribuirá de distintas maneras dependiendo de la posición de estos. En el Polo Norte, la luz incidirá sobre una mayor superficie ya que el ángulo entre los rayos del Sol (considerados rectos) y el plano tangente al punto de la Tierra considerado es menor de 90º (o mayor, depende de por dónde se mire). Por su parte, cuando la luz incide en el ecuador, los rayos del Sol y el plano tangente al punto de la Tierra son ortogonales (forman 90º). Como consecuencia, la luz en el Polo Norte se expande por más superficie y la luz en el ecuador está más concentrada en una zona. En otras palabras, el ecuador recibe más energía que los polos y, por lo tanto, se calentará más. A decir, verdad, debido a la inclinación del eje de rotación terrestre, el ecuador no será exactamente el lugar que más energía reciba. Pero se puede aproximar.
Esto enlaza con el siguiente factor, la convección.
Tal y como se puede observar en la fotografía de la derecha, la convección es es una de las tres formas de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. En concreto, la convección es la que permite transportar el calor entre las distintas zonas de agua de la cazuela. En las zonas superiores, las temperaturas son más bajas, mientras que en las inferiores, son más altas. Para compensar estas diferencias de tempertaura, buscando el equilibrio térmico, el agua a distintas tempertauras se mueve para intentar lograrlo.
Esto es extrapolable al viento, mostrado en la segunda fotografía (es conveniente seguir la explicación con el dibujo en mente). Al incidir la energía de la luz sobre el aire más próximo a la superficie terrestre, este se calienta, aumenta su volumen, pierde densidad y asciende. Como consecuencia, deja un hueco, que es ocupado por una masa de aire que se encuentra en las proximidades. En otra zona cercana a esta, hay una masa de aire con cierta altura. Se acaba enfriando por ello, disminye su volumen, aumenta su densidad y desciende. También deja un espacio libre. Es cuando la masa de aire que había ascendido anteriormente se desplaza para ocuparlo. De esta manera, se cierra un ciclo conocido como celda de convección en constante movimiento. El desplazamiento del aire es el viento.
Las celdas de convección pueden ser de distintos tamaños y no están restringidas a pequeñas zonas. Considerando que los polos esán a menor temperatura porque son calentados menos debido a la desigualdad de incidencia de la luz, también se formarán corrientes de convección en zonas entre el norte y el ecuador, o entre este y el sur. A la izquierda se ve un modelo de Tierra hipotético, que no rota sobre sí misma.
El aire caliente es menos denso que el aire frío, como se ha explicado. Por lo tanto, ascenderá hasta que alcance los 10 km aproximadamente. Entonces, se moverá hacia el norte y el sur hasta llegar al Polo Norte y al Polo Sur, respectivamente. Acto seguido, descendería y retornaría al ecuador. No obstante, la Tierra sí rota, y esto tendrá un efecto en el movimiento del aire, es decir, en el viento:
El efecto Coriolis es una fuerza "ficticia". Es decir, no es una fuerza en sí como lo podría ser la gravitatoria, por ejemplo. Es una fuerza aparente que no es causada por un cuerpo, sino por la rotación de este. Se puede imaginar la existencia de una plataforma con la capcidad de rotar. Hay dos personas quietas sobre ella que juegan a lanzarse una pelota. Como es lógico, la pelota no se desviará de la misma trayectoria (esta se da en el momento del lanzamiento), siempre y cuando ninguna de las dos se equivoque en el pase. Ahora, cambian las circunstancias. Una de las personas tira la pelota. Entonces, mientras está en el aire la bola y sin moverse nadie ni un ápice, gira la plataforma durante un tiempo mínimo. Cuando se para la pelota sigue en el aire pero, en vez de caer en las manos del receptor, acabará en el suelo de la plataforma. Este fenómeno es lo que se conoce como efecto Coriolis.
Este principio es universal y, por lo tanto, se podría explicar también con el lanzamiento de un misil en la Tierra desde una zona ecuatorial, por ejemplo. Se pretende enviarlo desde las Islas Galápagos hasta la Península de Yucatán (México), que se encuentra en la misma longitud. Cuando el misil está en el aire, la Tierra rota. Como consecuencia, el misil no llegará a Yucatán, sino que acabará más hacia el oeste. Esto se puede observar, más o menos en las fotografías inferiores de la izquierda. Pues bien, lo mismo ocurrirá con el viento. El aire tiene masa, por muy pequeña que sea esta, y las masas de aire se moverán dependiendo de la rotación de la Tierra.
Se puede concluir que el conjunto de los tres efectos mencionados, relacionados entre sí, dan lugar a un movimiento de los vientos parecido al que se muestra en las dos imágenes superiores de la derecha. En concreto, en la inferior, en rojo y azul se encuentran señaladas las distintas células de convección (desde el ecuador hacia los polos: células de Hadley, células de Ferrel y células polares), mientras que las flechas verdes indican los movimientos del viento a causa del efecto Coriolis.
Hay que considerar que los vientos mencionados son aquellos que se encuentran a alturas considerables dentro de la troposfera. Hay corrientes de convección más pequeñas y más cercanas a la superficie.
Otra serie de factores que no se han tenido en cuenta en esta explicación son la posibilidad de que los vientos giren alrededor de un centro como conscuencia de una aceleración centrípeta (huracanes, tornados, etc.) o la fricción del movimiento.
Fuentes de información:
- https://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo#Origen_del_petr%C3%B3leo- https://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n#Formaci%C3%B3n- https://es.wikipedia.org/wiki/Viento#Causas_generales- https://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n- https://en.wikipedia.org/wiki/Convection_cell- https://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica- https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coriolis