La atmósfera terrestre es una capa de gas de unos 10 000 Km de altitud que rodea y protege el planeta tierra.
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra y que permanece atrapada a la misma por la fuerza gravitacional. Es extremadamente delgada en comparación a la dimensión del planeta, cuyo radio aproximado es de 6 400 km. Así, un poco más de 90 % de la masa de la atmósfera, se concentra en los primeros 20 km sobre la superficie.
La atmósfera actúa como escudo y se encarga de proteger la vida sobre la Tierra. Gran parte de la radiación solar ultravioleta es absorbida por la capa de ozono en la atmósfera. Además, la densidad del aire y de los gases que componen la atmósfera terrestre, actúa como escudo contra los meteoritos. Estos se desintegran en polvo a causa de la fricción que sufren al hacer contacto con el aire.
Durante el transcurso de los años, la vida en el planeta ha transformado, una y otra vez, la composición de la atmósfera. Por ejemplo, la considerable cantidad de oxígeno libre en la composición de la atmósfera es posible gracias a las formas de vida. Las plantas convierten el dióxido de carbono en oxígeno. Este oxígeno es a su vez respirable por las demás formas de vida, tales como los animales y seres humanos en general.
Gases que componen la atmósfera terrestre
Cerca de la superficie terrestre la atmósfera seca, es decir, que no contiene vapor de agua, está compuesta en 99 por ciento de su volumen por nitrógeno y oxígeno. De este 99 por ciento, el 78,1 por ciento de la composición corresponde a nitrógeno y el 20,9 a oxígeno. El 1 por ciento restante se reparte entre un conjunto de otros gases. Entre estos podemos destacar el argón (A) con una concentración de 0,93 % y el anhídrido carbónico o dióxido de carbono (CO2) con 0,033 % siendo los de mayor concentración. Por otro lado, tenemos otros como el neón (Ne) y el helio (He) con concentraciones aún menores. También están presentes en este 1 %, partículas de polvo, sal, polen, etcétera.
Aparte de estos gases, que mantienen una concentración más o menos constante en los primeros 80 km sobre la superficie, la atmósfera terrestre contiene también una concentración variable (entre 1 y 4 % del volumen total) de vapor de agua (H2O). Este se incorpora a la atmósfera mediante el proceso de evaporación desde la superficie, y es “removido” en ella, mediante el proceso de condensación en las nubes, y su posterior precipitación en forma líquida en forma de lluvia, o sólida como nieve o granizo.
Variación de la presión en la atmósfera terrestre
Por otro lado, con la altitud también varía la presión atmosférica. A esta variación, aplicando los conocimientos obtenidos en magnetismo o de la densidad atmosférica, es lo que se conoce como ley barométrica.
Para calcular la variación de la presión en una atmósfera isoterma, es decir de temperatura constante, a diferentes alturas h, utilizamos la fórmula
Donde M es la masa molecular, g la constante de la aceleración de la gravedad y h-h0 la variación de la altura. T representa la temperatura media absoluta entre los niveles de altura, R es la constante universal de los gases, y p y p0 las presiones iniciales y finales.
El hecho de que al aumentar la altitud la temperatura varíe, limita la validez de la fórmula. Por otro lado, como la variación de la aceleración de la gravedad es mínima, esta no influye de ninguna manera.
Aplicación practica
Supongamos que queréis escalar una montaña. Supongamos además que esta no es excesivamente alta para que la densidad molecular del aire se mantenga constante. ¿Cómo disminuirá la presión a medida que realizamos el ascenso? Para medir el cambio de presión podéis utilizar un barómetro, instrumento dedicado a estos menesteres. No obstante, teóricamente se puede predecir el cambio de presión.
La densidad molecular del mercurio es de 13,6 gramos por centímetro cúbico. Es decir, el mercurio es 11 100 veces más denso que el aire. Esto significa que la presión disminuye 1 mm de mercurio un cada vez que nos elevamos por encima de los 11 100 mm, es decir 11,1 m.
Ahora bien, 4 hectopascales (hPa) son equivalentes a 3 mm de mercurio y la presión disminuye 4 hPa cada 33.3 metros, podemos concluir que la presión disminuye 1 hPa cada 8 metros de ascenso.
Capas de la atmósfera terrestre
La atmósfera está dividida en capas, según el comportamiento vertical de la temperaturas en cada una de ellas. La relación entre la altitud y la temperatura es diferente en dependencia de la capa atmosférica considerada. Esta relación es conocida como gradiente térmico atmosférico.
Troposfera
Es la capa más cercana a la superficie, denominada troposfera, que se extiende hasta 12 km como promedio sobre ella (unos 19 km en el Ecuador y unos 9 km sobre los Polos). La temperatura disminuye en esta capa a una tasa promedio de 6,5 grados Celsius por kilómetro. Además, en la troposfera, se concentra el 80 % de toda la masa de la atmósfera, y es donde ocurren los fenómenos meteorológicos más relevantes.
En el límite superior de la troposfera, denominado tropopausa, la temperatura deja de disminuir y alcanza valores cercanos a -55 grados Celsius. Los cambios entre la troposfera y la capa inmediata superior, son denotados por los topes de las nubes Cumulonimbus.
Estratosfera
Por encima de la troposfera se encuentra la estratosfera, que se extiende hasta unos 45 km. Aquí se encuentra la capa de Ozono (O3), también llamada Ozonosfera, la que se localiza aproximadamente entre los 20 y 30 km. La importancia de la capa de Ozono radica en que absorbe las radiaciones ultravioletas de la energía radiante que llega del Sol. En la Estratosfera la temperatura aumenta con la altura, hasta un valor cercano a 0 0C en su límite superior. Este límite superior se denomina estratopausa y se encuentra muy cerca ya de los 50 km de altura.
Mesosfera
Por encima de la Estratosfera la temperatura disminuye con la altura, definiéndose así la capa denominada mesosfera. Esta capa culmina a unos 80 km de altitud donde la temperatura es del orden de 90 grados Celsius. El límite culminante de la mesosfera se denomina mesopausa.
Termosfera
Por encima de la mesosfera se encuentra la termosfera hasta una altitud de entre 600 y 800 kilómetros. Esta capa coincide con la región denominada ionosfera, que se caracteriza por una elevada concentración de iones y electrones libres que favorecen las comunicaciones por medio de las ondas cortas y largas.
Precisamente aquí se originan las auroras boreales, fenómeno luminiscente comúnmente visible en las altas latitudes. Este fenómeno ocurre cuando las partículas cargadas contenida en la radiación solar, chocan con los iones contenidos en la Ionosfera.
En esta capa la temperatura aumenta con la altura, dando lugar al nombre de la capa. Durante el día, la temperatura en esta capa puede llegar hasta 1500 grados Celsius e incluso temperaturas superiores. Además, para efectos de la astronáutica y la aviación, en esta capa se encuentra la Línea de Kármán. Esta línea constituye el límite entre la atmósfera y el espacio exterior.
Exosfera
La última capa de la atmósfera terrestre es la Exosfera, la cual se eleva hasta altitudes de entre 960 y 10 000 km. Esta capa es la más indefinida de todas y constituye la zona de tránsito entre la superficie terrestre y el espacio exterior.
Inversión de temperatura en la atmósfera terrestre
La capa de la atmósfera en la cual la temperatura se incrementa con la altura, recibe el nombre de capa de inversión. La inversión es un fenómeno que se presenta cuando el patrón normal de temperatura en la atmósfera se comporta de forma contraria, es decir, aumenta con la altitud. La presencia de una inversión provoca estabilidad en la atmósfera.
El aire sobre la capa de inversión es más caliente y seco que el aire por debajo de ella. Las inversiones suprimen la convección y limitan la altura de las nubes convectivas. Cuando las inversiones se presentan en los niveles bajos de la atmósfera, con frecuencia tienen asociados fenómenos de nieblas.
Conclusiones
Esta claro que sin la atmósfera la vida en el planeta sería imposible. Cada día el planeta es bombardeado por cientos de meteoros que se desintegran en la atmósfera gracias a la densidad del aire. Por otro lado, la capa de ozono es nuestro escudo protector frente a la radiación ultravioleta, la cual es sumamente perjudicial para la salud humana. Además, en la atmósfera se concentra el oxígeno, gas que nos posibilita respirar y sin el cual la vida no existiría tal y como la conocemos.
