Atmosfera

Atmósfera terrestre

La característica composición del aire permite que las longitudes 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 la luna ligeramente distorsionada por el aire.

La atmósfera terrestre es la parte gaseosa de la Tierra, siendo por esto la capa más externa y menos densa 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 de aire. El 75% de masa atmosférica se encuentra en los primeros 11 km de altura, desde la superficie del mar. Los principales elementos que la componen son el oxígeno (21%) y el nitrógeno (78%).

La atmósfera y la hidrosfera constituyen el sistema de capas fluidas superficiales del planeta, cuyos movimientos dinámicos están estrechamente relacionados. Las corrientes de aire reducen drásticamente las diferencias de temperatura entre el día y la noche, 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 la vida sobre la Tierra absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta en la capa de ozono. Además, actúa como escudo protector contra los meteoritos, los cuales se desintegran en polvo a causa de la fricción que sufren al hacer contacto con el aire.

Durante millones de años, la vida ha transformado una y otra vez la composición de la atmósfera. Por ejemplo; su considerable cantidad de oxígeno libre es posible gracias a las formas de vida -como son las plantas- que convierten el dióxido de carbono en oxígeno, el cual es respirable -a su vez- por las demás formas de vida, tales como los seres humanos y los animales en general.

Composición

En la atmósfera terrestre se pueden distinguir dos regiones con distinta composición, la homosfera y la heterosfera.

Homosfera

La homosfera ocupa los 100 km inferiores y tiene una composición constante y uniforme.

Composición de la atmósfera terrestre (aire seco, porcentajes por volumen)1

ppmv: partes por millón por volumen

Gas Volumen

nitrógeno (N2)

780.840 ppmv (78,084%)

oxígeno (O2)

209.460 ppmv (20,946%)

argón (Ar)

9.340 ppmv (0,9340%)

dióxido de carbono (CO2)

387 ppmv (0,0387%)

neón (Ne)

18,18 ppmv (0,001818%)

helio (He)

5,24 ppmv (0,000524%)

metano (CH4)

1,79 ppmv (0,000179%)

kriptón (Kr)

1,14 ppmv (0.000114%)

hidrógeno (H2)

0,55 ppmv (0,000055%)

óxido nitroso (N2O)

0,3 ppmv (0,00003%)

xenón (Xe)

0,09 ppmv (9x10−6%)

ozono (O3)

0,0 - 0,07 ppmv (0% a 7x10−6%)

dióxido de nitrógeno (NO2)

0,02 ppmv (2x10−6%)

yodo (I)

0,01 ppmv (1x10−6%)

monóxido de carbono (CO)

0,1 ppmv

amoniaco (NH3)

trazas

Excluido por ser aire en seco

agua (vapor) (H2O)

~0,40% a nivel atmosférico, en superficie: 1%-4%

Heterosfera

La heterosfera 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.

• 80-400 km - capa de nitrógeno molecular

• 400-1.100 km - capa de oxígeno atómico

• 1.100-3.500 km - capa de helio

• 3.500-10.000 km - capa de hidrógeno

Variación de la presión con la altura

Artículo principal: Atmósfera

La variación con la altura de la presión atmosférica con el conocimiento que se tiene del magnetismo o de la densidad atmosférica es lo que se conoce como Ley barométrica.

La diferencia de presión entre dos capas separadas por un es:

pues se supone la densidad constante.

La ley 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 como 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 11100 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:

donde M es la masa molecular, g la aceleración de la gravedad, h-h0 es la diferencia de alturas entre los niveles con presiones P y P0 y T es la temperatura absoluta media entre los dos niveles, y R la constante de los gases perfectos. 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 suave que no afecta.

Escala de altura

La escala de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmósfera para que la presión atmosférica disminuya en un factor e=2,718182. Es decir la disminución de presión es Para calcularla basta con poner en la Ley barométrica resulta:

Para la atmósfera de la Tierra la escala de alturas H es de 8,42 km.

En función de la escala de alturas H la presión puede expresarse:

y análogamente para la densidad:

Capas de la atmósfera terrestre y la temperatura

La temperatura de la atmósfera terrestre varía con la altitud. La relación entre la altitud y la temperatura es distinta dependiendo de la capa atmosférica considerada: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera.

Las divisiones entre una capa y otra se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa.

Troposfera

Sus principales características son:

• Su espesor alcanza desde la superficie terrestre (tanto terrestre como acuática o marina) hasta una altitud variable entre los 6 km en las zonas polares y los 18 o 20 km en la zona intertropical. Esto es debido, en los polos, a la fuerza centrípeta que causa el movimiento de rotación terrestre, mientras que en la zona intertropical se debe a la fuerza centrífuga que causa dicha rotación.

• A medida que se sube, disminuye la temperatura en la troposfera, salvo algunos casos de inversión térmica que siempre se deben a causas locales o regionalmente determinadas.

• En la troposfera suceden los fenómenos

...