La característica composición del aire permite que laslongitudes de onda azules sean más visibles que las de otros colores, lo cual da un color azulado a la atmósfera terrestre desde el espacio. En el trasfondo se puede apreciar laLuna ligeramentedistorsionada por el aire.
Laatmósfera terrestre es la partegaseosa de laTierra, siendo por esto la capa más externa y menosdensa del planeta. Está constituida por varios gases que varían en cantidad según la presión a diversas alturas. Esta mezcla de gases que forma la atmósfera recibe genéricamente el nombre deaire. El 75 % demasa atmosférica se encuentra en los primeros 11 km de altura, desde la superficie del mar. Los principales gases que la componen son: eloxígeno (21 %) y elnitrógeno (78 %), seguidos delargón, eldióxido de carbono y elvapor de agua.
Laatmósfera y lahidrosfera constituyen elsistema de capasfluidassuperficiales del planeta, cuyosmovimientos dinámicos están estrechamente relacionados. Las corrientes de aire reducen drásticamente las diferencias detemperatura entre eldía y lanoche, distribuyendo el calor por toda la superficie del planeta. Este sistema cerrado evita que las noches sean gélidas o que los días sean extremadamente calientes.
La atmósfera protege lavida sobre la Tierra, absorbiendo gran parte de laradiación solarultravioleta en lacapa de ozono. Además, actúa como escudo protector contra losmeteoritos, los cuales se desintegran en polvo a causa de lafricción que sufren al hacer contacto con el aire.
Comprende la atmósfera terrestre de un vistazo.
Durante millones de años, lavida ha transformado, una y otra vez, la composición de la atmósfera. Por ejemplo; su considerable cantidad deoxígeno libre es posible gracias a las formas de vida —como son lasplantas— que convierten el dióxido de carbono en oxígeno, el cual es a su vez respirable por las demás formas de vida, tales como losseres humanos y losanimales en general.
Laheterosfera se extiende desde los 80 km hasta el límite superior de la atmósfera (unos 10 000 km); está estratificada, es decir, formada por diversas capas con composición diferente.
La variación con la altura de lapresión atmosférica con el conocimiento que se tiene del magnetismo o de ladensidad atmosférica es lo que se conoce comoley barométrica. La diferencia de presión entre dos capas separadas por un es:
pues se supone la densidad constante. Laley de la densidad suponiendo el aire como un gas ideal
aplicada a la superficie de la Tierra resulta una densidad del aire.
Pretendemos subir una montaña no excesivamente alta (para que la densidad sea constante) y queremos saber cómo disminuirá la presión a medida que ascendemos.
Como la densidad del mercurio es: es 11 100 veces mayor que la densidad del aire resulta que la presión disminuye 1 mm de Hg cuando nos elevamos 11 100 mm es decir 11,1 m. Ahora bien como 4 hPa son 3 mm de Hg la presión disminuye 4 hPa cada 33,3 m, es decir 1 hPa cada 8 m de ascenso.
En una atmósfera isoterma la presión varía con la altura siguiendo la ley:
El hecho de que la temperatura varíe sí limita la validez de la fórmula. Por el contrario, la variación de la aceleración de la gravedad es tan mínima que no afecta.
La altura de escala es la altura a la que hay que elevarse en unaatmósfera para que lapresión atmosférica disminuya en unfactore = 2,718182. Es decir la disminución de presión es 1-1/e = 0,632 (= 63,2 %). Para calcularla basta con poner en la Ley barométrica resulta:
Para laatmósfera de la Tierra la escala de alturas H es de unos 7,6 km, considerando una temperatura media de la atmósfera de unos 260 K. En función de la escala de alturas H la presión puede expresarse:
Su espesor alcanza desde lasuperficie terrestre (tanto continental como oceánica) hasta una altitud variable entre los 6 km en las zonas polares y los 18 o 20 km en la zona intertropical.
El aire de la troposfera se calienta a partir delcalor emitido por la superficie terrestre. La temperatura es máxima en la superficie terrestre, alrededor de 15 °C de media, y a partir de ahí comienza a descender con la altura según ungradiente térmico vertical (GTV) de 6,5 °C de descenso cadakm que se asciende en altura (la temperatura baja 0,65 °C cada 100 m de altura) hasta llegar a -70 °C a los 12 km de altura.[2]
Una excepción al gradiente térmico es lainversión térmica que se debe a causas locales o regionalmente determinadas.
En la troposfera suceden los fenómenos que componen lo que llamamostiempo meteorológico.
Su nombre obedece a que está dispuesta en capas más o menos horizontales (o estratos).Se extiende entre los 9 o 18 km hasta los 50 km de altitud. La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra. A medida que se sube, la temperatura en la estratosfera aumenta. Este aumento de la temperatura se debe a que los rayos ultravioleta transforman al oxígeno en ozono, proceso que involucra calor: al ionizarse el aire, se convierte en un buen conductor de la electricidad y, por ende, del calor. Es por ello que a cierta altura existe una relativa abundancia de ozono (ozonosfera) lo que implica también que la temperatura se eleve a unos –3 °C o más. Sin embargo, se trata de una capa muy enrarecida, muy tenue.
Se denomina capa de ozono, u ozonosfera, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 40 km de altitud, reúne el 90 % del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97 % al 99 % de la radiación ultravioleta de alta frecuencia.
Es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. Se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene solo el 0.1 % de la masa total del aire. Es la zona más fría de la atmósfera, pudiendo alcanzar los –80 °C. Es importante por laionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La baja densidad del aire en la mesosfera determina la formación deturbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.
En latermosfera (de 69/90 a los 600/800 km), la temperatura aumenta con la altitud, de ahí su nombre. Coincide prácticamente con la región llamada ionosfera. Es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. Se encuentra encima de la mesosfera. A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia con la mayor o menor radiación solar tanto durante el día como a lo largo del año. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1500 °C e incluso más altas. En ella se encuentra el 0.1 % de los gases.En esta capa, se encuentra laLínea de Kármán, que es el límite entre atmósfera y espacio exterior, a efectos de aviación y astronáutica.
La última capa de la atmósfera de la Tierra es la exosfera (600/800-2000/10 000 km).Está compuesta principalmente porhidrógeno yhelio y las partículas van disminuyendo hasta desaparecer. En razón de la bajaatracción gravitatoria algunas pueden llegar a escapar al espacio interplanetario.Como su nombre indica, es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. Su límite superior está en altitudes que alcanzan los 1000 e incluso 10000 km, siendo relativamente indefinida. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario. Su temperatura diurna alcanza hasta los 1.500 °C y la nocturna a 0 °C.
Es la región de la atmósfera donde se concentra la mayor parte delozono. Está situada en laestratosfera, entre los 15 y 32 km, aproximadamente. Esta capa protege a la Tierra de laradiación ultravioleta del Sol.
Es la regiónionizada por el bombardeo producido por la radiación solar. La ionización de esta capa produce la reflexión de lasondas deradio emitidas desde la superficie terrestre, lo que permite su recepción a grandes distancias. Se corresponde aproximadamente con latermosfera.
Son capas situadas cerca de lamesopausa, que se caracterizan por laluminiscencia, incluso nocturna, causada por la reestructuración de átomos en forma de moléculas que habían sido ionizadas por laluz solar durante el día, o por rayos cósmicos. Las principales capas son la del OH, a unos 85 km, y la de O2, situada a unos 95 km de altura, ambas con un grosor aproximado de unos 10 km.
Se llama dinámica de la atmósfera o dinámica atmosférica a una parte de la Termodinámica que estudia las leyes físicas y los flujos de energía involucrados en los procesos atmosféricos. Estos procesos presentan una gran complejidad por la enorme gama de interacciones posible tanto en el mismo seno de la atmósfera como con las otras partes (sólida y líquida) de nuestro planeta.
La termodinámica establece tres leyes, además de lo que se conoce como principio cero de la termodinámica. Estas tres leyes rigen en todo el mundo físico-natural y establecen la base científica de los procesos que constituyen el campo de la dinámica de la atmósfera. Así pues, la dinámica atmosférica involucra a todos los movimientos que se presentan en el seno de la atmósfera terrestre y estudia también las causas de dichos movimientos, los efectos de los mismos y, en general todos los flujos de energía térmica, eléctrica, físico-química, y de otros tipos que ocurren en la capa de aire que rodea a la Tierra.
La atmósfera funciona como un escudo protector contra los impactos de enorme energía que pueden provocar los pequeños objetos espaciales al colisionar a altísima velocidad contra la superficie del planeta.
Sin atmósfera, la velocidad de colisión de estos objetos sería la suma de su propia velocidad inercial espacial (medida desde nuestro planeta) más la aceleración provocada por la gravitación terrestre.
La energía cinética de los meteoritos se transforma en calor por la fricción de los mismos en el aire y desde la superficie vemos unmeteoro, meteorito o también estrella fugaz.
La fricción es la manifestación macroscópica de una transferencia de energía cinética, o su transformación en otro tipo de energía, por la que un cuerpo "pierde" movimiento cediéndoselo a otro ya sea transfiriéndole parte de su propio movimiento o transformándose en movimientos moleculares (calor, vibración sonora, etc.)
Un cuerpo encaída libre dentro de la atmósfera puede tener velocidad decreciente, dado que la atracción gravitacional produce un movimiento uniformemente acelerado solamente en el vacío.
Si un cuerpo comienza a caer atravesando la atmósfera, se va acelerando hasta que su peso es igual a la fuerza de fricción que se produce por el desplazamiento dentro del aire. En ese momento deja de acelerar, y su velocidad comienza a decrecer a medida que la atmósfera aumenta su densidad, provocando una fuerza de fricción mayor.
Puede desacelerar la velocidad de caída no solo por la densidad de la atmósfera sino también por la variación del área de sección atravesada, lo que aumenta la fricción. Los acróbatas aéreos de caída libre pueden variar su velocidad de caída acelerando o desacelerando: si se desplazan de cabeza aceleran hasta equilibrar su peso, y si abren los brazos y piernas desaceleran.
La atmósfera tiene una gran importancia en losciclos biogeoquímicos. La composición actual de la atmósfera es debida a la actividad de labiosfera (fotosíntesis), controla el clima y el ambiente en el que vivimos y engloba dos de los tres elementos esenciales (nitrógeno ycarbono); aparte deloxígeno.
Gracias a la atmósfera, la Tierra no tiene grandes contrastes térmicos; debido alefecto invernadero natural, que está producido por todos los componentes gaseosos del aire, que absorben gran parte de laradiación infrarroja reemitida por la superficie terrestre; este calor queda retenido en la atmósfera en vez de perderse en el espacio gracias a dos características físicas del aire: su compresibilidad, que comprime el aire en contacto con la superficie terrestre por el propio peso de la atmósfera lo que, a su vez, determina la mayor absorción de calor del aire sometido a mayor presión y ladiatermancia, que significa que la atmósfera deja pasar a la radiación solar casi sin calentarse (la absorción directa de calor procedente de los rayos solares es muy escasa), mientras que absorbe gran cantidad del calor oscuro ([4]) reenviado por la superficie terrestre y, sobre todo, acuática de nuestro planeta. Este efecto invernadero tiene un papel clave en las suaves temperaturas medias del planeta. Así, teniendo en cuenta laconstante solar (calorías que llegan a la superficie de la Tierra por centímetro cuadrado y por minuto), la temperatura media del planeta sería de -27 °C, incompatible con la vida tal y como la conocemos; en cambio, su valor real es de unos 15 °C debido precisamente al efecto invernadero.[3]
La composición de la atmósfera terrestre no ha sido siempre la misma, sino que ha variado a lo largo de la vida del planeta por diversas causas. Además, los elementos ligeros escapan continuamente de lagravedad terrestre; de hecho, en la actualidad se fugan unos treskilogramos dehidrógeno y 50 gramos dehelio cada segundo, cifras que en tiempos geológicos (millones de años) resultan decisivas, aunque compensan, al menos en gran parte, la materia recibida del sol en forma de energía.[5] Esta compensación también tiende a equilibrarse en el tiempo, de acuerdo a la mayor o menor energía solar recibida, generando un ciclo complejo, diario, estacional y de ciclos más largos (de acuerdo con la mayor o menor actividad solar) y una respuesta equivalente de la atmósfera en el almacenamiento de dicha energía y su posterior liberación en el espacio. Por ejemplo, la formación delozono (O3) en la capa denominada precisamente,ozonosfera, absorbe la mayor parte de laradiación ultravioleta recibida del sol pero cede esa energía al volverse a transformar durante la noche en oxígeno (O2).
Se pueden establecer diferentes etapas evolutivas de la atmósfera según su composición:
La formación de una capa de gases:atmósfera primitiva. Esta atmósfera, tiene una composición parecida a las emisiones volcánicas actuales, donde dominarían elN2,CO2,HCl ySO2.
Algunos gases y elH2O de procedencia externa (cometas).
El O2 producido se utilizó paraoxidar las sustancias reducidas del océano y de la corteza terrestre. Prueba de ello son la deposición de las formaciones de hierro en bandas o capas:
4 Fe3+ + 3 O2 → 2 Fe2O3
Una vez oxidadas las sustancias, empezó la acumulación de O2 en la atmósfera.
Aumento delO2 en la atmósfera hasta la concentración actual (21 %).
Formación de la capa deO3 (protección de la radiaciónultravioleta del Sol), permitiendo la colonización, por parte de los seres vivos, de las tierras emergidas.
Vista del limbo de la atmósfera terrestre. Los colores denotan más o menos las capas de la atmósfera.
Vista del limbo de la atmósfera terrestre. Los colores denotan más o menos las capas de la atmósfera.
Horizonte montañoso de la Tierra, con la troposfera de color naranja que termina abruptamente en la tropopausa, de color azul. Lasnubes noctilucentes-plateadas azules se extienden muy por encima de latroposfera.
Horizonte montañoso de la Tierra, con la troposfera de color naranja que termina abruptamente en la tropopausa, de color azul. Lasnubes noctilucentes-plateadas azules se extienden muy por encima de latroposfera.
La atmósfera de la Tierra iluminada por el Sol en unEclipse observada desde el espacio profundo a bordo delApolo 12 en 1969.
La atmósfera de la Tierra iluminada por el Sol en unEclipse observada desde el espacio profundo a bordo delApolo 12 en 1969.
↑Source for figures: Carbon dioxide,NASA Earth Fact Sheet, (updated 2007.01). Methane,IPCCTAR table 6.1Archivado el 15 de junio de 2007 enWayback Machine., (updated to 1998). The NASA total was 17 ppmv over 100%, and CO2 was increased here by 15 ppmv. To normalize, N2 should be reduced by about 25 ppmv and O2 by about 7 ppmv.
↑abCosta, M.et al.. 2009.Ciències de la Terra i del Medi Ambient. Ed. Castellnou, Barcelona.ISBN 978-84-9804-640-3
↑Se denomina calor oscuro a la energía transmitida por los rayos infrarrojos, banda no visible del espectro solar
↑Catling, David C.; Zahnle, Kevin J. (Julio de 2009). «Pérdidas en las atmósferas planetarias».Investigación y ciencia (Scientific American) (394): 14-22.
↑Strahler, Arthur N. (1992).Geología física. Omega. p. 69.ISBN84-282-0770-4.
