ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE
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en cambio, es un contaminante producido cuando ...
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Clase 1 estructura y composición de la atmósfera terrestre

  1. 1. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE Atmósfera es una mezcla de varios gases que rodea la Tierra contando con un campo gravitatorio suficiente para impedir que escapen. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón. El estudio de muestras indica que hasta los 88 km por encima del nivel del mar la composición de la atmósfera es sustancialmente la misma que al nivel del suelo. El movimiento continuo ocasionado por las corrientes atmosféricas contrarresta la tendencia de los gases más pesados a permanecer por debajo de los más ligeros. El contenido en vapor de agua del aire varía considerablemente en función de la temperatura y de la humedad relativa. Con un 100% de humedad relativa, máxima cantidad de vapor de agua admisible a una determinada temperatura, la cantidad de vapor de agua varía de 190 partes por millón (ppm) a -40 °C hasta 42.000 ppm a 30 °C. Otros elementos que en ocasiones constituyen parte de la atmósfera en cantidades minúsculas son el amoníaco, el sulfuro de hidrógeno y óxidos, como los de azufre y nitrógeno cerca de los volcanes, arrastrados por la lluvia o la nieve. La actual mezcla de gases se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas. Los gases que emiten los volcanes actuales están formados por una mezcla de vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de
  2. 2. azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno. Si ésta era la masa gaseosa presente en la atmósfera primitiva, han tenido que desarrollarse una serie de procesos para dar lugar a la atmósfera actual. Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos. También se produjeron reacciones químicas. Parte del dióxido de carbono debió reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos de los cuales se disolverían en los nuevos océanos. Más tarde, cuando evolucionó en ellos la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, los organismos marinos recién aparecidos empezaron a producir oxígeno. Se cree que casi todo el oxígeno que en la actualidad se encuentra libre en el aire procede de la combinación fotosintética de dióxido de carbono y agua. Hace unos 570 millones de años, el contenido en oxígeno de la atmósfera y los océanos aumentó lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina. Más tarde, hace unos 400 millones de años, la atmósfera contenía el oxígeno suficiente para permitir la evolución de animales terrestres capaces de respirar aire. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE La atmósfera se divide en varias capas. En la capa inferior, la troposfera, es la capa más densa y donde todos vivimos. Es la sede de la vida orgánica. Está compuesta, principalmente por nitrógeno y oxígeno. La temperatura suele bajar 5,5 °C por cada 1.000 metros. Es la capa en la que se forman la mayor parte de las nubes. La troposfera se extiende hasta unos 16 km en las regiones tropicales (con una temperatura de -79 °C) y hasta unos 9,7 km en latitudes templadas (con una temperatura de unos -51 °C). A continuación está la estratosfera. Entre la troposfera y la estratosfera existe una frontera denominada tropopausa. En ella se forman, a grandes altura, las veloces circulaciones atmosféricas, las cuales pueden ser consideradas auténticos ríos
  3. 3. de aire. A este fenómeno se le llama corrientes de chorro. En la estratosfera se encuentra la capa de ozono, la cual ejerce una acción protectora absorbiendo los rayos ultravioleta emitidos por el sol. En la parte inferior de la estratosfera la temperatura es prácticamente constante, o bien aumenta ligeramente con la altitud, especialmente en las regiones tropicales. Dentro de la capa de ozono, aumenta más rápidamente, con lo que, en los límites superiores de la estratosfera, casi a 50 km sobre el nivel del mar, es casi igual a la temperatura en la superficie terrestre. Por encima de la estratosfera y antes de la mesosfera se encuentra la estratopausa, la mayor parte del ozono de la atmósfera se sitúa en torno a 22 Km por encima de la superficie de la tierra, en la región próxima a la estratopausa, en la parte superior de la estratosfera. Los movimientos de aire en esta región son casi en su totalidad horizontales, siguiendo a los vientos de la estratosfera. El estrato llamado mesosfera, que va desde los 50 a los 80 km, se caracteriza por un marcado descenso de la temperatura al ir aumentando la altura. Gracias a las investigaciones sobre la propagación y la reflexión de las ondas de radio, sabemos que a partir de los 80 km, la radiación ultravioleta, los rayos X y la lluvia de electrones procedente del Sol ionizan varias capas de la atmósfera, con lo que se convierten en conductoras de electricidad. Estas capas reflejan de vuelta a la Tierra ciertas frecuencias de ondas de radio. Debido a la concentración relativamente elevada de iones en la atmósfera por encima de los 80 km, esta capa, que se extiende hasta los 640 km, recibe el nombre de ionosfera. También se la conoce como termosfera, a causa de las altas temperaturas (en torno a los 400 km se alcanzan unos 1.200 °C). La troposfera y la mayor parte de la estratosfera pueden explorarse mediante globos sonda preparados para medir la presión y la temperatura del aire y equipados con radiotransmisores que envían la información a estaciones terrestres. Se ha explorado la atmósfera más allá de los 400 km de altitud con
  4. 4. ayuda de satélites que transmiten a tierra las lecturas realizadas por los instrumentos meteorológicos. El estudio de la forma y el espectro de la aurora ofrece información hasta altitudes de 800 kilómetros. La región que hay más allá de la ionosfera recibe el nombre de exosfera, esta no se considera parte de la atmósfera como tal, por estar cerca de 500 Km fuera de la tierra y su límite superior se confunde gradualmente con el espacio interplanetario el cual se extiende hasta los 10.000 km, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. En ésta última zona los escasos átomos de hidrógeno, oxígeno y helio están tan separados que podrán avanzar varios kilómetros y nunca chocar unos con otros. Sin embargo, posee mucho polvo cósmico que cae sobre la Tierra, y que en consecuencia, aumenta su peso aproximadamente en 10 mil ó 20 mil toneladas. TEMPERATURA EN LA ATMÓSFERA A través del examen de las medidas recolectadas por la radiosonda y naves aéreas (y después por cohetes), los científicos se dieron cuenta que la atmósfera no era uniforme. Mucha gente ya se había dado cuenta que la temperatura disminuía con la altura. Si alguna vez usted ha escalado una alta montaña, sabrá que debe llevar una chaqueta para ponerse en la cima aunque haga calor en la base. Sin embargo no sería hasta el inicio de los años 1900 que las radiosondas revelaron una capa, aproximadamente 18 km. sobre la superficie, donde la temperatura cambiaba abruptamente y empezaba a disminuir con la altura. El descubrimiento de este cambio produjo la división de la atmósfera en capas basadas en sus propiedades termales.
  5. 5. En los 12-18 km. más bajos de la atmósfera, llamados la troposfera, es donde ocurre todo el clima: se forman las nubes y la precipitación cae, el viento sopla, la humedad varía de lugar a lugar, y la atmósfera interactúa con la superficie de la tierra que está debajo. Dentro de la troposfera, la temperatura disminuye con la altura a un ratio de aproximadamente 6.5° C por kilómetro. A 8,856 m. de altura, el Monte Everest sólo alcanza la mitad de la troposfera. Si asumimos que la temperatura a nivel del mar sea de 26°C, esto significa que la temperatura en la cima del Everest sería de aproximadamente 31°C. En realidad, la temperatura en la cima del Everest tiene una media de -36°C, mientras que la temperatura en Nueva Delhi (en la cercana India), a una elevación de 233m, tiene una media de aproximadamente 28° C. En el borde superior de la troposfera, la temperatura del aire alcanza más o menos -100° C y después empieza a aumentar con la altura. Esta capa de temperatura en aumento es llamada estratosfera. La causa del cambio de temperatura es una capa de ozono concentrado. La capacidad del ozono de absorber la radiación ultravioleta (UV) proveniente del sol, fue descubierta en 1881, pero la existencia de la capa de ozono a una altura de 20-50 km. no fue postulada hasta los años 1920. Al absorber los rayos UV, la capa de ozono calienta el aire del alrededor y nos protege en la superficie de las radiaciones de onda corta dañinas que pueden causar cáncer de piel. Es importante reconocer la diferencia entre la capa de ozono en la estratosfera y el ozono presente en mínimas cantidades, rastros, en la troposfera. El ozono estratosférico se produce cuando la energía del sol rompe moléculas de gas de O2 en átomos de O. Después, estos átomos de O se unen con otras moléculas de O2 para formar el O3, ozono. Este proceso fue descrito primero en 1930 por Sydney Chapman, un geofísico que sintetizó
  6. 6. muchos de los hechos conocidos de la capa de ozono. El ozono troposférico, en cambio, es un contaminante producido cuando las emisiones de combustible de fósiles interactúan con la luz solar. Arriba de la estratosfera, la temperatura empieza a decaer de nuevo en la siguiente capa de la atmósfera llamada mesosfera, tal como se ve en la figura anterior. Esta temperatura disminuye como resultado del rápido descenso de la densidad del aire a esta altura. Finalmente, en las partes lejanas de la atmósfera de la tierra, la radiación intensa no filtrada del sol provoca que las moléculas como el O2 y N2 se rompan en iones. La descarga de energía de estas reacciones provocan, en realidad, que la temperatura aumente otra vez en la termosfera, la capa más lejana. La termosfera se extiende hasta más o menos 500 km. sobre la superficie de la tierra, todavía a algunos cientos de kilómetros debajo de la altura de la mayoría de los satélites en órbita.
  7. 7. muchos de los hechos conocidos de la capa de ozono. El ozono troposférico, en cambio, es un contaminante producido cuando las emisiones de combustible de fósiles interactúan con la luz solar. Arriba de la estratosfera, la temperatura empieza a decaer de nuevo en la siguiente capa de la atmósfera llamada mesosfera, tal como se ve en la figura anterior. Esta temperatura disminuye como resultado del rápido descenso de la densidad del aire a esta altura. Finalmente, en las partes lejanas de la atmósfera de la tierra, la radiación intensa no filtrada del sol provoca que las moléculas como el O2 y N2 se rompan en iones. La descarga de energía de estas reacciones provocan, en realidad, que la temperatura aumente otra vez en la termosfera, la capa más lejana. La termosfera se extiende hasta más o menos 500 km. sobre la superficie de la tierra, todavía a algunos cientos de kilómetros debajo de la altura de la mayoría de los satélites en órbita.

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