Composición y estructura de la atmósfera

MARTES, 20 DE SEPTIEMBRE DE 2011

Composición y estructura de la atmósfera

La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Se originó en los primeros momentos de la Tierra, cuando esta sufría el llamado bombardeo meteorítico hace unos 4.500 m.a.
En los impactos meteoríticos se alcanzaban altas temperaturas que favorecían el desprendimiento de gases; después las emanaciones volcánicas también aportaron más componentes a la atmósfera.
El componente mayoritario de la atmósfera es un gas inerte, el nitrógeno, con un 78% del total. El segundo en importancia es el oxígeno (21%), un gas muy activo que reacciona fácilmente con otros elementos y los oxida. Con la larga historia de la Tierra, ha habido tiempo suficiente para que se perdiera todo el oxígeno en reacciones de oxidación; sin embargo sus niveles se mantienen constantes ya que es continuamente producido por los vegetales en la fotosíntesis. El siguiente gas es al argón (0,93%), un gas noble, inerte, procedente de la desintegración del potasio y liberado a la atmósfera a través de los volcanes.
La cantidad de vapor de agua es pequeña y depende de la temperatura del aire ya que el aire caliente admite mayor proporción de vapor de agua. En los orígenes de la Tierra el vapor de agua tuvo que ser muy abundante, pero el cese del bombardeo meteorítico y la consiguiente bajada de temperaturas provocaron la condensación del vapor de agua, la formación de nubes y las primeras lluvias sobre la superficie sólida del planeta. Las continuas lluvias dieron lugar a los mares quedando la atmósfera muy empobrecida en agua con respecto a sus orígenes.
Los restantes componentes del aire están presentes en cantidades muy reducidas, por lo que
se miden en partes por millón (ppm). Por su importancia destaca, entre estos últimos, el dióxido de carbono (CO2), que representa en la actualidad unas 340 ppm del aire seco.
La composicición del aire es bastante homogénea por debajo de 90-100 km por lo que esta zona se denomina homosfera; por encima se encuentra la heterosfera en la cual se producen reacciones químicas que alteran la composición del aire. Sin embargo, homosfera y heterosfera son términos poco utilizados. Lo habitual es dividir la atmósfera en capas concéntricas haciendo coincidir los límites entre capas con cambios de temperatura. De abajo arriba se distinguen cuatro capas: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera (algunos autores añaden una quinta capa o exosfera).
a) Troposfera.
La troposfera es la primera capa, abarca desde la superficie terrestre hasta unos 12 km (límite conocido como tropopausa). En ella se produce una disminución paulatina de la temperatura, desde unos 15ºC en la superficie hasta –70ºC en la tropopausa; la disminución tiene un valor medio de 0,65ºC cada 100 metros y se denomina gradiente vertical de temperatura.
En esta capa se concentran el 80% de los gases atmosféricos. La mayor concentración de estos gases junto a la superficie hace que la presión atmosférica descienda bruscamente en esta capa, desde unos 1013 milibares (mb) en su parte baja hasta unos 200 mb en su parte superior.
La troposfera es responsable del efecto invernadero originado por la presencia de ciertos gases que absorben la radiación infrarroja procedente del sol y de la propia Tierra. Esta capa se caracteriza también por la gran movilidad del aire lo que origina los fenómenos meteorológicos que conocemos: formación de vientos, nubes, precipitaciones…
b) Estratosfera.
La estratosfera abarca desde la tropopausa hasta la estratopausa, a unos 50 km de altitud. A diferencia de la capa anterior, la temperatura de la estratosfera aumenta con la altitud hasta alcanzar unos 10ºC; este aumento de temperatura se debe a la absorción de radiaciones ultravioleta por las moléculas de ozono.
El ozono es una molécula triatómica de oxígeno (O3) que es especialmente abundante entre 15 y 30 km de altitud, en una región llamada ozonosfera o capa de ozono. La importancia del ozono radica en su capacidad para absorber los rayos ultravioleta e impedir que lleguen a la superficie terrestre ya que son perjudiciales para la mayoría de las formas de vida.
c) Mesosfera.
La mesosfera se caracteriza por una fuerte disminución de la temperatura, que alcanza los – 80ºC. Acaba a una altitud de 80 km (mesopausa).
d) Termosfera o ionosfera.
Consideraremos la termosfera como la última capa de la atmósfera aunque algunos autores añaden una quinta capa o exosfera. La palabra termosfera hace alusión a que en ella la temperatura vuelve a aumentar con la altitud alcanzando 1000ºC a 800 km de altura. Este calor se debe a la absorción de radiaciones de onda corta (rayos X y rayos gamma) por parte de las moléculas de nitrógeno y oxígeno.
También se denomina ionosfera porque las moléculas están ionizadas: las radiaciones de onda corta arrancan electrones y las moléculas se transforman en iones de carga positiva. El rozamiento de estas moléculas ionizadas con los electrones procedentes del sol origina
espectaculares manifestaciones de luz y color, sobre todo en zonas polares (auroras boreales). Otra particularidad de la ionosfera es que en ella rebotan algunas ondas de radio haciendo posibles las comunicaciones.
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