La atmósfera

Introducción. Cuando nos planteamos buscar vida en algún otro planeta o satélite, una de las características más importantes es saber si tiene o no tiene atmósfera. El motivo es que si no hay atmósfera la temperatura de su superficie puede variar más de cien grados entre el día y la noche, como pasa en la Luna, y esto es incompatible con la vida. Por lo tanto, es gracias a la atmósfera que nuestro planeta es un lugar habitable.

A veces se dice que es gracias a que la atmósfera contiene oxígeno que hay seres vivos en la Tierra. En realidad es justamente al contrario. Ha sido gracias a los seres vivos, concretamente a las cianobacterias, que hace 3500 millones de años empezaron a realizar la fotosíntesis, que hay oxígeno en nuestra atmósfera.

Actualmente estamos poniendo en peligro esta capa (calentamiento del planeta, debilitamiento de la capa de ozono, lluvias ácidas, etc.) y hace falta evitarlo porque estamos poniendo en peligro la supervivencia de las futuras generaciones. Además, muchas formas de vida terrestre podrían seguir existiendo con una atmósfera muy diferente a la actual pero nosotros no. A continuación encontrarás mucha información sobre esta capa.

1. La atmósfera terrestre. Es la capa gaseosa que recubre nuestro planeta. Está formada por una mezcla de gases denominada aire. Según la composición del aire se distinguen las siguientes dos capas:

• Homosfera. Es la capa que presenta una composición del aire constante. Llega hasta los 80 km de altura. Su composición es:

78,1% de Nitrógeno (N2) 20,9% de Oxígeno (O2) 0,93% de Argón (A) 0,035% de Dióxido de carbono (CO2) 0,035% de neón, helio y otros gases

• Heterosfera. Es la capa que no presenta una composición constante del aire. Se encuentra sobre la homosfera.

2. Los gases de la atmósfera y los problemas medioambientales

• Nitrógeno. Es un gas que a temperatura ambiente no reacciona con otras sustancias por el que no puede ser aprovechado por las plantas ni los animales. Sólo algunos pocos microorganismos lo pueden captar. Evita que el oxígeno presente una concentración excesiva para la vida y que éste favorezca en exceso los incendios.

• Oxígeno. Es el gas que permite la respiración de animales y plantas, es decir es el gas que reacciona con las moléculas procedentes de los alimentos generando energía vital y CO2. A partir del oxígeno (O2) se forma el ozono (O3) que protege los organismos de las mutaciones cancerígenas que provocan los rayos ultravioletas. Algunos gases como los clorofluorocarbonos (CFC) utilizados en aerosoles, frigoríficos y acondicionadores de aire destruyen el ozono, por lo cual se adelgaza la capa de ozono. Este adelgazamiento se conoce vulgarmente con el nombre de: "agujero de la capa de ozono".

• Argón, neón y helio. Son gases que no reaccionan con otras sustancias (son gases nobles) por lo cual no influyen en la vida de los organismos.

• Dióxido de carbono. Es el gas que captan las plantas para producir la materia orgánica mediante la fotosíntesis. También es el gas que desprenden animales y plantas al respirar y el que se produce en incendios y combustiones. Este gas permite la entrada de las radiaciones solares pero no la salida del calor que desprenden las rocas y el agua calentada. Este fenómeno, denominado efecto invernadero, es natural y bueno ya que ayuda a mantener estable la temperatura ambiental del planeta. Lamentablemente, el excesivo aumento del CO2 producido por la combustión del petróleo y del carbón, debido a dicho efecto, está provocando el calentamiento excesivo del planeta y se está produciendo un cambio climático.

3. Estructura de la atmósfera. En la atmósfera se pueden diferenciar cinco capas en función de su composición en gases y de su temperatura. Se recomienda estudiarlas empezando por la capa inferior, la troposfera, que es en la que vivimos, y continuar en orden ascendente.

5. Exosfera. Es la capa más externa de la atmósfera. Empieza a partir de los 500 km de altura. Presenta pocas moléculas de aire y muy separadas, por lo cual es muy difícil saber dónde acaba (aproximadamente debe llegar a los 2000 km).

4. Termosfera o ionosfera. Empieza a los 80 km y llega hasta los 500 km. A medida que se asciende la temperatura pasa de unos -80 ºC a más de 1000 ºC, de aquí el nombre de termosfera. Contiene partículas cargadas de electricidad (iones), de aquí el nombre de ionosfera. Refleja las ondas de radio y en ella se producen las auroras boreales que se observan desde las zonas polares.

3. Mesosfera. Empieza a los 50 km y llega hasta los 80 km. Es una capa sin ozono ni vapor de agua. En ella los meteoritos llegan a ponerse incandescentes y se producen las estrellas fugaces. La temperatura desciende de unos 80 ºC a los 50 km hasta unos -80 ºC a los 80 km.

2. Estratosfera. Empieza a los 13 km y llega hasta los 50 km. En ella predominan los movimientos horizontales del aire, de aquí su nombre. Contiene la capa de ozono que absorbe las radiaciones UV. Esta reacción desprende energía y ello provoca un aumento de la temperatura de unos -60 ºC a los 13 km hasta casi los 80 ºC a los 50 km.

1. Troposfera. Llega hasta los 13 km. Contiene el 80% de los gases y casi todo el vapor de agua. En ella cada 100 m más de altura la temperatura desciende 0,65 ºC llegando a -60 ºC a los 13 km. Predominan los movimientos verticales de aire, como las denominadas corrientes de convección. En ella se producen las precipitaciones (lluvias y nevadas).

4. Origen de la atmósfera. Cuando hace 4500 millones de años se formó la Tierra su atmósfera estaba muy caliente y contenía nitrógeno, dióxido de carbono, metano, amoníaco y mucho vapor de agua. Cuando después se enfrió, se produjeron intensas lluvias y se formaron los océanos. Hace 2500 millones de años las cianobacterias, al hacer la fotosíntesis con desprendimiento de oxígeno, empezaron a enriquecer la atmósfera en oxígeno y, desde hace 2000 millones de años, la atmósfera ya se pareció mucho a la actual.

5 . La formación de las nubes. Las nubes son masas formadas por gotas microscópicas de agua o por cristales microscópicos de hielo que se encuentran en suspensión en el aire. Si las gotas se unen y llegan a tener el tamaño necesario para caer, se produce una precipitación de agua denominada llovizna, lluvia o aguacero según su intensidad. Si los que se unen son cristales de hielo, se produce una precipitación de sólidos, como pasa en las nevadas (caen masas esponjosas formadas por cristales microscópicos de hielo, los denominados "copos de nieve") y en las granizadas (caen granos de hielo, el llamado "granizo").

Las nubes se forman cuando una masa de aire húmedo, es decir con mucho vapor de agua (gas), se enfría hasta que se produce su condensación en agua (líquido) o en hielo (sólido). Esto puede pasar porque:

1. Este aire asciende hasta zonas de la atmósfera dónde la temperatura es más baja, originándose nubes altas,

2. Este aire entre en contacto con el suelo que se ha enfriado por la noche, originándose así las nubes bajas (niebla) y si se condensan sobre una superficie el rocío,

3. Este aire se mezcle con una masa de aire frío que llega de otro lugar

En el siguiente dibujo se puede observar el primero y el segundo caso. 

6. Dinámica de la atmósfera. El factor que determina los movimientos de la atmósfera terrestre es la energía solar. Los rayos solares atraviesan el aire sin prácticamente calentarlo, pero sí calientan el suelo y los mares. Son estos los que desprenden el calor absorbido y los que calientan el aire que está en contacto con ellos. Cuando el aire se calienta se dilata, es decir sus moléculas se separan. Esto hace que tenga menor densidad, es decir que en un mismo volumen ahora haya menos moléculas y, por lo tanto, que este volumen pese menos. Por esto, este aire caliente se eleva sobre

el aire frío. Otra característica del aire caliente es que admite dentro de él mucho más vapor de agua que el aire frío. En resumen, el aire caliente tiene tendencia a subir y, si está sobre una zona con agua, es muy húmedo. En cambio el aire frío tiene tendencia a bajar y no puede contener tanta humedad como el aire caliente.

Cuando una zona se calienta, el aire caliente se eleva y su lugar es ocupado por los aires más fríos y densos de las zonas próximas. A medida que el aire caliente sube se enfría y tiende a dirigirse al lugar que antes ocupaba el aire frío. Estas corrientes de aire denominadas corrientes de convección forman un ciclo cerrado que se denomina célula de convección.

Un ejemplo de corriente de convección se da en los lugares costeros. En ellos de día se produce un viento que va del mar a la montaña, debido a que la montaña se calienta más rápidamente que el mar, el aire que tiene encima se calienta y se eleva y es sustituido por aire frío proviniendo del mar (brisa marina). En cambio, por la noche se produce un viento que va de la montaña al mar (brisa terrestre), debido a que la montaña se enfría más rápidamente que el mar, el aire que tiene encima se enfría y se dirige al mar a ocupar el lugar del aire que hay sobre el mar, que cómo todavía está caliente sube hacia arriba.

 

7. Borrascas y anticiclones. El aire pesa y, por lo tanto, ejerce una presión sobre la superficie del planeta. Se denomina presión atmosférica al peso por unidad de superficie que ejerce la atmósfera. En las células de convección, las zonas con aire caliente son zonas de presión atmosférica baja puesto que al ser el aire caliente poco denso (contiene pocas moléculas por unidad de volumen) ejerce poca presión. En cambio, las zonas con aire frío son zonas de presión atmosférica alta puesto que, al ser el aire frío más denso (contiene muchas moléculas por unidad de volumen) ejerce más presión. Las zonas de baja presión se denominan ciclones o borrascas y las zonas de alta presión se denominan anticiclones.

Cuando se comunican dos zonas que están a diferente presión, el aire se mueve desde la zona dónde hay más presión (anticiclones) hacia dónde hay menos presión (borrascas). Esto es el que origina los vientos (masas de aire en movimiento). Como cuando llega aire de fuera se pueden producir precipitaciones, las zonas de borrasca son zonas de tiempo inestable y, en cambio, las zonas de anticiclón, son zonas de tiempo estable.

Las corrientes de convección no sólo se establecen en nivel de zonas pequeñas sino también a nivel de todo el planeta. En la Tierra se puede diferenciar la célula convectiva polar y la célula convectiva ecuatorial. Esto explica la dinámica global de la atmósfera y muchas de las características de los diferentes climas.