¿Cuáles serían los efectos de una isla tropical cálida y soleada ubicada en aguas polares?

Entonces, supongamos que existe una isla (aproximadamente del mismo tamaño que la isla grande de Hawái) que está bien ubicada en el círculo polar ártico (o antártico), pero mágicamente tiene un clima de selva tropical (temperaturas cálidas, mucha lluvia y luz solar brillante incluso cuando el resto del hemisferio está experimentando la noche polar).

El clima se mantiene por medios mágicos, y ha existido de esta manera desde antes de la evolución de los humanos modernos, como mínimo. Puede haber existido de esta manera por mucho más tiempo. Al menos parte de la magia funciona manteniendo un sol artificial sobre la isla (mucho más pequeño que el real, ubicado dentro de la atmósfera superior. El sol artificial no proporciona luz ni calor significativos fuera de las inmediaciones de la isla).

Este sol artificial brilla solo en la isla y el agua dentro de una distancia arbitraria. Digamos que esta distancia es de cinco millas, solo por el bien del argumento.

¿Qué efectos climáticos tendría esto en la isla (fuera del clima tropical artificial), la región local y el mundo en su conjunto? Estoy buscando efectos meteorológicos, climáticos y biológicos en particular, pero cualquier otro efecto notable que me gustaría escuchar.

Es mágico: la ciencia en realidad no se aplica, por lo que el efecto es el que creas que es.
@Zeiss Ikon Estoy interesado en la forma en que esta magia podría interactuar con el clima del mundo real y la física del tiempo, y cómo la vida podría responder a esas condiciones.
Votó -1, porque no hay una etiqueta de Magic. Cualquier respuesta habrá que tener en cuenta, el calor en la isla es indeterminado y de origen desconocido. Por ejemplo, una isla en la región polar podría ser cálida debido a la actividad mágica "vulcánica". Pero en ese caso, el calor vendría de abajo, lo que no ayuda a la vida vegetal y produce una isla que no parece tropical. Cuando hubiera algún tipo de luz solar artificial, tendrías que explicar por qué ese sol solo afecta a la isla y no a sus alrededores. ¡Un escenario muy artificial (mágico, construido), que necesita una etiqueta mágica!
¿Existe algún tipo de campo de fuerza que sea impermeable a los vientos y las corrientes oceánicas? Además, ¿hasta qué punto más allá de la costa afecta la salida del sol? Y finalmente, ¿cuánto calor y luz están pensando que no es "significativo"? ¿Cuánta agua podría calentar razonablemente si la isla se encuentra en medio de, por ejemplo, la corriente antártica?
@Goodies He agregado la etiqueta mágica
@elemtilas No hay campo de fuerza. Más bien, este sol artificial brilla solo en la isla y el agua dentro de una distancia arbitraria. Digamos que la distancia es de cinco millas.
Cambiaré mi voto, ok
lluvia. mucha, mucha, mucha lluvia. Célula de convección masiva permanente sobre la isla, arrojando toneladas de agua. También algunos vientos a medida que el aire entra, y algunas inundaciones a medida que la lluvia desaparece.
¿Qué sucede con el agua que rodea la isla? ¿Es mágicamente cálido para las 5 millas? ¿Calienta mágicamente el agua de mar que se mueve en el área? ¿Qué pasa con el agua que se mueve fuera del área? ¿El agua que sale retiene el calor o se elimina mágicamente de nuevo? Lo más probable es que haya una corriente que pase por la isla y que grandes cantidades de agua entren y salgan del área. En otras palabras, ¿la energía térmica se retiene mágicamente en el área afectada o se disipa en el entorno circundante?
@Makyen Supongamos por el momento que el único efecto mágico es el sol artificial. Si hay una corriente fuerte, cualquier calor en esa agua sale de la isla.

Respuestas (2)

Resultado

Huracán permanente , un orden de magnitud más poderoso que los comunes.

Y puedes olvidarte del "ojo del huracán": eso sucede cuando el huracán acumula energía sobre grandes extensiones de agua cálida del océano.
Para este, es el centro de la cosa donde se bombea la energía a la columna de aire: obtendrá un torbellino de calor permanente (digamos a 293K), ascendiendo en el centro, alimentado en la base por un aire frío (a 253K ) corriendo desde todos lados y sujeto a la "fuerza" de Coriolis
(si recuerdas, la fuerza del efecto de Coriolis es más fuerte en los polos, va con el s i norte ( yo a t i t tu d mi ) ).
Una especie de tornado de fuego , no tan caliente como uno sobre un incendio forestal, pero bastante fuerte con la cantidad de energía entrante (sobre una superficie pequeña) que tiene que disipar.

Producción

Hawái tiene una superficie de 28.311 km² = 28.311e9m². Está situado en la latitud 19.8968° N - en promedio por año recibe ( ley del coseno de Lambert ) el 94% del flujo total de energía de una superficie con la radiación solar en incidencia normal.

La constante solar en la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera en un día soleado es de 1025 W/m² .

La potencia total que recibe tu isla es 28.311 mi 9 metro 2 ⋅ 1025 W / metro 2 ⋅ 0.94 = 2.73 mi 13 W = 27.2 T W

Primer punto de perspectiva: el poder total que recibe la isla es:

  • sobre una bomba de Hiroshima que explora cada 2,4 segundos (y que la energía se disipa en toda el área de la isla)
  • aproximadamente 12 veces la energía eléctrica promedio generada en la Tierra en 2008 (que es 2311.4GW = 2.3114TW )

Consumo

Digamos que la isla es todo verde y exuberante en un momento (no será por mucho tiempo, lo prometo). Parte de la energía se destinará a la fotosíntesis, digamos alrededor del 5% (sí, las plantas tienen una eficiencia terrible en el uso de la energía ; por suerte, podemos mantenernos más calientes)

Parte de la energía se destinará a hacer la lluvia. Oh, espera, la misma energía que se usa para evaporar el agua se libera cuando el agua se condensa y cae como lluvia. Así que no, aunque puede haber algunas fluctuaciones, en promedio no hay un consumo real, solo olvídate de que lo consideré.

Parte de la energía escapará al vacío del espacio en forma de radiación. Eso es nuevamente un poco 6/117 = 5.1% (mire "El balance de radiación en la superficie de la Tierra" y observe que "Solo 6 de estas 117 unidades se emiten al espacio más allá de la atmósfera de la Tierra").
en realidad, ese es un buen diagrama

Digamos que parte de ella es utilizada por los habitantes - espera, a menos que usen la energía para crear combustible (eerrr... sustancias ricas en energía, que exportarán como tales, como un sumidero de energía), esa parte de la la energía que están "usando" en realidad se transforma de nuevo en calor. No dados.

Entonces, en resumen. 10% de la energía perdida en cualquier otra forma excepto calentar el aire. Lo que significa que el 90 % (= 24,48 TW) restante de los 27,7 TW calentará el aire sobre la isla. Va a ser una térmica bastante impresionante , los parapentistas deberían estar encantados, ¿no? Bueno, ¿no es así?

¡Excepto... que la diferencia de temperatura entre la isla y el resto del mar helado alrededor y ese montón de aire frío que querrá calentarse sobre tu hermosa isla! Y eso significa un gran problema

Segundo punto de perspectiva

La potencia desarrollada por los vientos huracanados es de apenas 1,5 terravatios . ¡Y tienes 16 veces más para disipar en un área miles de veces más pequeña que la que abarca un huracán!

Entonces, si bien el viento es solo una pequeña parte de la producción total de energía de un huracán, aún genera grandes cantidades de energía: alrededor de 1,5 teravatios, o poco más de una cuarta parte de la capacidad de generación eléctrica total actual del mundo de 5,25 teravatios.

¿Qué sucede cuando un volcán submarino arroja de 1 a 2 TW en el océano: megaplumas que dispersan cenizas en áreas de 10 a 150 km3?

En pocas palabras, solo olvídate de la magia, la naturaleza es mucho más de lo que tu magia puede imaginar.

¿Qué pasa con el ojo del huracán? Si este huracán es permanente y está en su lugar, ¿no estaría el ojo relativamente tranquilo?
@ Globin347 Ese ojo de huracán normal proviene de la energía térmica bombeada en la tormenta desde la gran superficie de agua caliente en el océano; la energía se encuentra principalmente en la periferia del ojo del huracán. Lo que tienes aquí es más una chimenea de tiro con el fuego en el centro; ese centro es donde las cosas se volverán locas, empujando el aire caliente hacia la parte superior y succionando el aire grumoso desde abajo. En ese centro, tendrás un tornado .
¿Todas esas nubes de tormenta impedirían que la luz del sol llegara al suelo?
@ Globin347 ocasionalmente puede suceder, pero la energía sigue llegando (si no, la superficie se congelará rápidamente), los vapores de agua son bastante buenos para absorber el calor, por lo que se disiparán bastante rápido. No sé el clima donde vives, pero piensa en la niebla de la mañana que "sube" tan pronto como la temperatura salta uno o dos grados. Además, ¿cuánta agua hay en tu isla?
"Solo 6 de estas 117 unidades se emiten al espacio más allá de la atmósfera de la Tierra": debe haber alguna letra pequeña en alguna parte porque estoy absolutamente seguro de que casi toda la energía finalmente debe volver a irradiarse al espacio más allá de la atmósfera de la Tierra; de lo contrario, después de un tiempo geológico muy corto, la energía acumulada pondrá la superficie de la Tierra en equilibrio térmico con la superficie del Sol. (Solo "sobre" todo porque una pequeña cantidad de energía puede almacenarse en depósitos a largo plazo, como vetas de carbón o depósitos de petróleo).
@AlexP: se dispersó en altura con el aire ascendente y se disipó durante la noche. Esta segunda cosa es algo que el "paraíso tropical de Papá Noel" no puede permitirse debido al abrupto gradiente con las temperaturas circundantes. El bajo albedo de una superficie terrestre lo transforma en un transformador de luz a calor muy cercano al 100% eficiente: el 71% de la superficie del agua es agradable para toda la Tierra, pero no se especificó en el OP. La evaporación del agua es un buen factor de enfriamiento, pero la isla es tierra, ¿cuánta agua puedes poner encima hasta que ya no sea una isla?
En el solsticio de verano en el polo sur, tenemos una radiación solar de 450 W/m^2 medida por el radiómetro LI-200SZ. Eso es aproximadamente la mitad de lo que calculas. ¿Por qué no vemos tornados más pequeños que el que describes sobre el polo sur debido a esto?
Todas estas comparaciones con Hiroshima, etc. me parecen un poco tontas, dado que cualquier isla tropical normal recibe y disipa exactamente la misma cantidad de energía y no vemos superhuracanes constantes sobre ellas. Tienes razón en que hay mucho aire frío alrededor, pero la humedad es generalmente muy baja en el círculo polar ártico, por lo que soy escéptico de que provoque un huracán como tal, aunque estoy de acuerdo en que el clima estaría constantemente ventoso y sería muy extraño. .
@DJKlomp, ¿tal vez porque en el Polo Sur no tienes una insolación directa con los niveles de Hawái de un gran sol artificial que cuelga justo encima de una pequeña isla como lo solicitó el OP? ¿Quizás también porque el Polo Sur tiene un albedo que una isla terrestre no puede igualar?
Anexo a mi comentario anterior: la principal fuente de energía de un huracán no es directamente la insolación sino la liberación de calor latente de la condensación. Esto libera la energía que se reunió en un área muy grande cuando el agua se evaporó. La situación aquí sería bastante diferente, porque el sol mágico solo brilla en unas pocas millas cuadradas de agua, por lo que no tendrías esa fuente de energía y podría no ser tan enérgica como crees. (Pero, de nuevo, podría ser, uno tendría que hacer algunos cálculos para estar seguro).
Dejando a un lado a @Nathaniel Hiroshima, en una isla tropical honesta, tienes montones de agua alrededor para transportar el calor y tienes la noche durante la cual ese 6% IR al espacio continúa sin la adición continua de energía solo para defenderse del aire helado. a solo dos pasos de la temperatura tropical que deseas mantener.
Supongo que una cosa que podemos decir es que el clima no va a ser cálido, a menos que el sol artificial sea mucho más fuerte que el real. Tan pronto como el aire esté unos grados más alto que el aire circundante, comenzará a elevarse y atraerá más aire del invierno ártico de los alrededores. Por lo tanto, el aire en la isla estará constantemente unos grados más alto que el aire que la rodea, pero es muy probable que aún esté bajo cero durante gran parte del año.
@Nathaniel re addendum: ese calor aún fue causado por la insolación que calentó cantidades masivas de agua hasta que no pudo contener más. Y los tornados apropiados también ocurren en tierra firme .
Sí, pero aquí solo estamos hablando de unas pocas millas cuadradas: el aire no absorberá mucha humedad antes de que se eleve y se reemplace con aire nuevo, seco y frío.
@Nathaniel sí, y esa insolación de 1kW/m2 necesita llegar a alguna parte, ya que el aire es bastante transparente. Con la falta de agua, solo puede calentar el suelo que calienta el aire. Sin ningún sumidero (excepto el 6% de IR que va al espacio), tendrá vientos que disiparán más de 20 TW o más de energía todo el tiempo. Simplemente no puedo adivinar el punto de equilibrio dinámico para la temperatura, pueden ser vientos helados de 500 km/h o tal vez vientos templados de 10 °C a 300 km/h.
La misma insolación de 1kW/m^2 tiene que llegar a algún lugar en cualquier día normal de invierno soleado en cualquier otro lugar de la Tierra; no hace falta necesariamente un clima extremo para hacerlo. (Lo que no quiere decir que no pueda conducir a condiciones climáticas extremas o que no lo haría en esta situación, solo que no es obvio). La energía que debe disiparse está en forma de calor a cualquier temperatura a la que se encuentre el suelo. , y es esa temperatura la que determina la fuerza del sistema. Supongo que la entrada constante de aire helado lo mantendrá relativamente bajo, pero estoy de acuerdo en que el equilibrio dinámico es difícil de predecir.
"La misma insolación de 1kW/m^2 tiene que llegar a algún lugar en cualquier día normal de invierno soleado en otra parte de la Tierra; no hace falta necesariamente un clima extremo para hacerlo". El cálculo de la parte de atrás de la servilleta que hice fue posible porque el sistema estaba tan restringido que simplemente no podía evolucionar de otra manera. Si se relajan algunas restricciones, el sistema se vuelve demasiado caótico para obtener una respuesta adecuada en WB
"El ojo del huracán" requiere una aclaración, creo. Es un hecho matemático que cualquier masa de aire arremolinada siempre tendrá al menos un punto estacionario en su interior. Podría (y tendría) tener viento hacia arriba o hacia abajo, pero aún habrá un punto óptimo donde el viento esté al menos estacionario horizontalmente, ¿verdad?
@ user22917 pragmáticamente, no ayuda mucho si el punto óptimo tiene 30 m de diámetro y vaga caóticamente por el mapa.

Supongo que estás preguntando, "¿qué pasa cuando se acaba la magia?"

Tu isla se mantiene por medios mágicos. Por lo tanto, los únicos patrones climáticos dentro del límite de la magia son los definidos por la magia. Paraíso. ¡Maravilloso!

Fuera de ese límite mágico tenemos un comportamiento polar estándar. Osos. Días que duran seis meses (más o menos). Frío. Osos. Sellos ocasionales y algunos equipos sobrantes de varias expediciones al polo que se perdieron. Mencioné los osos....

La única pregunta que tiene sentido aquí es, ¿qué sucede en la interfaz entre esos dos mundos? Para obtener una idea, volvamos a la buena gente de Britannica.

Las masas de aire son volúmenes atmosféricos gigantescos con características de temperatura y humedad muy específicas. Cuando dos masas de aire diferentes entran en contacto, no se mezclan. Se empujan unos contra otros a lo largo de una línea llamada frente. Cuando una masa de aire caliente se encuentra con una masa de aire frío, el aire caliente asciende ya que es más ligero. A gran altura se enfría y el vapor de agua que contiene se condensa. Este tipo de frente se denomina frente cálido. Genera nubes nimboestratos, que pueden resultar en lluvia moderada. Por otro lado, cuando una masa de aire frío alcanza a una masa de aire caliente, el aire frío se desliza debajo del aire caliente y lo empuja hacia arriba. A medida que asciende, el aire caliente se enfría rápidamente. Esta configuración, llamada frente frío, da lugar a nubes cumulonimbus, a menudo asociadas con fuertes precipitaciones y tormentas.

A medida que las masas de aire se mueven, empujadas por los vientos, influyen directamente en el clima de las regiones por las que pasan. De esta forma, ayudan a que circule el calor y la humedad en el ambiente.

Este es el problema clásico de un objeto inamovible (tu magia) que se encuentra con una fuerza imparable (el clima polar). ¿Qué obtienes? Tormentas. ¿Qué es probable que obtengas?

Un ciclón ártico permanente .

Entonces, los habitantes de su isla tendrían una hermosa vista hacia arriba. Pero en todas las demás direcciones, sería un poco como estar en el Show de Truman desde adentro.

"los habitantes de su isla tendrían una hermosa vista hacia arriba", es decir, si les encanta la vista de un tornado visto desde abajo.
@AdrianColomitchi Presumiblemente, la misma magia que mantiene el clima también evita que sea destruido por un tornado permanente gigante.
@ nick012000 No estoy muy convencido de que el clima se mantenga realmente, el OP solo especifica la presencia de un "sol". Si observa, en mi respuesta solo hice cálculos basados ​​​​en la potencia proporcionada, pero no hice nada para calcular la temperatura real cerca de la tierra.
@AdrianColomitchi No es mi problema (tampoco el tuyo). Si el OP quiere aclarar o corregir mi suposición, es libre de hacerlo. Si hubiera pensado que ese detalle importaba (no es así, en mi opinión), habría pedido una aclaración sobre la publicación de la pregunta.
Este argumento es mi culpa. Me resulta muy difícil especificar todas las partes de una pregunta. El hecho de que dije "al menos parte de la magia funciona a través de un sol artificial" no ayuda. En cualquier caso, para esta pregunta, quería basarme en "magia dura" en la que hay un número mínimo de efectos mágicos, que se entienden razonablemente bien.
@ Globin347 No te preocupes por eso. Creo que esto es más Adrian tratando de subvertir la competencia por sus respuestas (lo ha hecho en un par de preguntas donde él y yo respondimos) que cualquier debilidad real o imaginaria con su publicación.
¿Cuáles serían los efectos de una isla tropical cálida y soleada ubicada en aguas polares?
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