Las caracteristicas fisioquímicas y fenómenos de la estructura atmosférica.

Estructura de la atmósfera
La composición, concentración de gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera está determinada por la altura y el lugar. Los elementos que se encuentran en mayor cantidad en la atmósfera son: nitrógeno (78%), oxígeno (20.9%), bióxido de carbono (0.03%), argón (0.094%), gases raros (neón, helio, criptón, xenón, radón) (0.002%) e hidrógeno (0.00005%). El nitrógeno es esencial en los compuestos solubles y químicamente reactivos para que las plantas formen proteínas. El oxígeno es indispensable para el desarrollo de la vida, en tanto que el bióxido de carbono es consumido por las plantas para que produzcan oxígeno y carbohidratos.

Capas de atmosféra
La capa exterior de la Tierra es gaseosa, de composición y densidad muy distintas de las capas sólidas y líquidas que tiene debajo. Pero es la zona en la que se desarrolla la vida y, además, tiene una importancia trascendental en los procesos de erosión que son los que han formado el paisaje actual. Los cambios que se producen en la atmósfera contribuyen decisivamente en los procesos de formación y sustento de los seres vivos y determinan el clima.

Composición del aire

Los gases fundamentales que forman la atmósfera son: Nitrógeno (78.084%), Oxígeno (20.946%), Argón (0.934%) y Dióxido de Carbono (0.033%). Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos. También hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos y sal marina. Muchas veces estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de nieblas muy contaminantes.

Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas. El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.

La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporción de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace más variable.

Formación de la atmósfera
La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno. Para lograr la transformación han tenido que desarrollarse una serie de procesos. 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 la vida primitiva capaz de realizar la fotosíntesis, empezó a producir oxígeno. 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.
La atmósfera de la tierra tiene un total de 7 capas. La capa más baja se llama tropósfera. La tropósfera es la capa donde llueve, nieva, y hace viento. Existe una atmósfera inferior y una atmósfera superior. Un cohete viaja a través de las 7 capas de la atmósfera. Luego el cohete entra al espacio exterior.

La atmósfera se divide en diversas capas:
La troposfera llega hasta un límite superior (tropopausa) situado a 9 Km de altura en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua. Es la zona de las nubes y los fenómenos climáticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, y la capa de más interés para la ecología. La temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70ºC en su límite superior.

La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite superior (estratopausa), a 50 km de altitud. La temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/h, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez. Por ejemplo, esto es lo que ocurre con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmósfera, entre los 30 y los 50 kilómetros, se encuentra el ozono, importante porque absorbe las dañinas radiaciones de onda corta.

La mesosfera, que se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene sólo cerca del 0,1% de la masa total del aire. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. Las disminuciones de la temperatura combinada con la baja densidad del aire en la mesosfera determinan la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes. La mesosfera es la región donde las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar la estructura de los vientos de fondo, y no sólo el freno aerodinámico.

La ionosfera se extiende desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más. A estas distancias, el aire está enrarecido en extremo. Cuando las partículas de la atmósfera experimentan una ionización por radiación ultravioleta, tienden a permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones que se producen entre los iones. La ionosfera tiene una gran influencia sobre la propagación de las señales de radio. Una parte de la energía radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este último efecto permite la recepción de señales de radio a distancias mucho mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre.

La región que hay más allá de la ionosfera recibe el nombre de exosfera y se extiende hasta los 9.600 km, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. Más allá se extiende la magnetosfera, espacio situado alrededor de la Tierra en el cual, el campo magnético del planeta domina sobre el campo magnético del medio interplanetario.

Altura (m)

Presión (mb)

Densidad

Temperatura (ºC)

0

1013

1,226

15

1.000

898,6

1,112

8,5

2.000

794,8

1,007

2

3.000

700,9

0,910

-4,5

4.000

616,2

0,820

-11

5.000

540

0,736

-17,5

10.000

264,1

0,413

-50

15.000

120,3

0,194

-56,5

Dinamica de la troposfera.

Esta capa se encuentra en contacto con la superficie terrestre; sus principales características son:
a) Es la capa con la mayor densidad, ya que en ésta se acumulan tres cuartas partes del aire atmosférico y las dos terceras parte del peso total de la atmósfera.
b) En esta capa la temperatura disminuye con la altura a un promedio de 6ºC/km2.
c) Tiene un espesor de entre 8 y 9 km en las zonas polares y en la zona ecuatorial llega a 16 km. La altura media es de 12 km.
d) Es un estrato en el cual ocurren movimientos convectivos por el calentamiento de las capas bajas del aire.
e) Contiene la mayor cantidad de vapor de agua de la atmósfera.
f) En ésta se producen los fenómenos meteorológicos.
g) Se localiza la “zona de vida”, es decir, la biosfera o ecosfera, desde los 0 m hasta los 4 km de altura.

Importancia de los fenomenos propios de la troposfera

Es la zona más baja de la atmósfera cuya altura llega aproximadamente a los 12 kilómetros sobre la superficie terrestre. En ella se producen todos los fenómenos meteorológicos, como la formación de las nubes, la lluvia y el viento. Contiene la mayor proporción de vapor de agua que permite mantener el calor procedente de la superficie terrestre. Los seres vivos encuentran en ella el aire compuesto por todos los gases que necesitan para vivir. La temperatura varía a razón de 1ºC cada 180 metros a medida que se asciende, hasta llegar a cerca de -56ºC en el límite superior.

La zona de transición entre la troposfera y el siguiente estrato, la estratosfera, se denomina tropopausa. Se caracteriza porque el aire está en calma y la temperatura permanece constante.

Estratosfera
Esta es la segunda capa después de la troposfera y tiene las siguientes características:
a) Es una capa un tanto estable con escaso movimiento vertical o convectivo.
b) No hay fenómenos meteorológicos en esta capa debido a que no hay vapor de agua.
c) Tiene una baja concentración de oxígeno
d) En este estrato se encuentra la capa de ozono, que tiene la propiedad de absorber los rayos ultravioleta, por lo que incrementa la temperatura.
e) Es una zona excelente para la navegación aérea, debido a la buena visibilidad.
Entre la estratosfera y la mesosfera también hay una zona de transición llamada estratopausa.

Mesosfera
Este estrato se ubica entre los 85 y 120 km de altura y sus características son:
a) Tiene muy baja densidad, sin embargo, puede desintegrar a la mayoría de meteoritos que penetran las capas más altas de la atmósfera.
b) Su temperatura es muy baja, pues en la parte más alta llega a -110º C.
c) En esta capa se llevan a cabo numerosas reacciones químicas y transformaciones energéticas, lo cual provoca emisiones luminosas llamadas luminiscencia atmosférica. A partir de la mesosfera la composición química de la atmósfera cambia. A esta zona de transición se le llama mesopausa.

Ionosfera
Esta capa también es llamada termosfera y sus características son:
a) Tiene menor densidad y, por lo tanto, los rayos ultravioleta tienen una mayor influencia, como resultado de que los átomos de oxígeno y de nitrógeno pierden un electrón y se convierten en iones positivos.
b) Su nombre deriva del proceso de ionización de los gases que la componen.
c) La presencia de iones y electrones influye en la propagación de las ondas radioeléctricas, lo que hace posible la recepción de onda corta.
d) En este estrato también se forman las auroras boreales.
e) Se le llama también termosfera por las altas temperaturas –que llegan a ser superiores a 1000 ºC– a consecuencia del impacto de la radiación solar de onda corta.

Exosfera
Después de ionosfera se encuentra la exosfera, la última capa que compone a la atmósfera terrestre y que se encuentra en contacto con el espacio. Sus características más importantes son:
a) Está compuesta principalmente por helio e hidrógeno.
b) El aire está tan enrarecido que una partícula puede recorrer 100 km sin entrar en contacto con otras.
c) Debido a la distancia con la Tierra, algunas partículas escapan al espacio como consecuencia de la débil atracción terrestre.
d) Es aquí donde se encuentra la magnetosfera, que forma una especie de paraguas gigantesco que protege al planeta de las radiaciones del viento solar, filtrando las fulguraciones electromagnéticas.
e) En esta capa también se localizan los satélites artificiales usados para las telecomunicaciones