¿Qué es la atmósfera terrestre?
La atmósfera terrestre (en adelante, atmósfera) es la capa de gas que envuelve a la Tierra y que se mantiene unida al planeta por la fuerza de la gravedad.
Está formada muy mayoritariamente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), pero también por vapor de agua, gases nobles como el helio y argón, y gases de efecto invernadero (CO2 y ozono, por ejemplo). También contiene nubes (de agua líquida o sólida) y aerosoles (partículas líquidas o sólidas en suspensión).
Se extiende hasta los 800 o 1000 kilómetros de altura y está dividida en cinco capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera.
Es imprescindible para la vida tal y como la conocemos y además en ella tienen lugar todos los fenómenos meteorológicos.
Capas de la atmósfera
Como hemos dicho, en la atmósfera se pueden distinguir cinco capas concéntricas sucesivas en función de la altura, cada una con su composición, densidad y función. No existe una altura límite estricta para cada capa, sino que los cambios en las condiciones y composición es lo que va determinando el cambio de capa.
El aire pesa y, por tanto, hay más cantidad de aire en las capas bajas de la atmósfera debido a que el aire de arriba empuja al de debajo, siendo además más denso en superficie. Es decir, la densidad del aire va disminuyendo con la altura. Es por ello que alrededor del 75% de la masa total de la atmósfera se encuentra en los 11 primeros kilómetros desde la superficie.
Convencionalmente, se considera que el límite superior de la atmósfera, en la exosfera, es difuso, pero supera los 1000km. Sin embargo, por encima de los primeros 30 kilómetros apenas tiene el 1% de su masa total. La línea que delimita el final de la atmósfera terrestre y el comienzo del espacio exterior en aeronáutica, a unos 100km, se denomina línea de Karman.
A continuación, vamos a detallar cada una de las 5 capas que componen la atmósfera:
Es la capa más superficial, que se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura variable entre 8-16 km más o menos. En ella es donde se desarrolla la vida en el planeta, ya que mas allá las condiciones no permiten el desarrollo de la vida.
La troposfera se calienta desde abajo por efecto de la radiación infrarroja emitida desde la superficie. Por ello, la temperatura disminuye con la altura dentro de la troposfera. No obstante, en los primeros metros o incluso kilómetros, la temperatura puede aumentar con la altitud. Esto se conoce como inversión térmica, y se da en determinadas condiciones de gran estabilidad atmosférica. De igual forma, la presión también disminuye con la altitud.
En esta capa se producen importantes movimientos horizontales y verticales de masas de aire que dan lugar a los distintos fenómenos meteorológicos.
El límite superior de la troposfera es la tropopausa, la cual la separa de la estratosfera. En ella, la temperatura alcanza unos valores mínimos muy estables (en torno a 57 grados bajo cero). Actúa como capa térmica, ya que impide que el vapor de agua ascienda más, quedando atrapado en la troposfera.
La altura a la que se encuentra la tropopausa es máxima en el ecuador (unos 17 kilómetros) y mínima en los polos (menos de 10 kilómetros).
Se extiende desde la tropopausa hasta unos 50 kilómetros de altura. En ella, el comportamiento de la temperatura es inverso al de la troposfera, es decir, aumenta con la altitud. Esto es debido a que el efecto predominante en este caso es la mayor absorción de radiación solar conforme aumenta la altura.
Los gases se encuentran separados formando capas o estratos en función de su peso. La capa más importante es la capa de ozono (situada entre los 30 y 40 kilómetros), que protege a la Tierra de la radiación ultravioleta procedente del Sol, absorbiéndola.
En la estratosfera apenas existe movimiento vertical del aire, pero sí fuertes corrientes horizontales que provocan que cualquier sustancia que llegue a la estratosfera sea difundida por todo el planeta. Un ejemplo de ello son los compuestos de cloro y flúor (CFCs), que destruyen la capa de ozono.
El límite superior de la estratosfera es la estratropausa. Es una capa con temperatura estable sobre los 0 grados y donde terminan las altas concentraciones de ozono.
Se extiende desde la estratopausa hasta más o menos los 80 kilómetros. Es la capa más fina de la atmósfera, conteniendo apenas el 0,1% de la masa total de aire atmosférico.
El comportamiento de la temperatura es similar al de la troposfera, es decir, disminuye con la altura. Ésta alcanza los 80 grados bajo cero en su parte más alta.
Su límite superior es la mesopausa, en la que se producen las reacciones de quimioluminiscencia y aeroluminiscencia. La temperatura es estable y muy baja (unos -80 grados).
Se extiende desde la mesopausa hasta los 600 a 800 kilómetros, siendo la capa más amplia de la atmósfera.
A esta altura ya apenas queda aire, y las partículas que existen en ella son átomos cargados eléctricamente, llamados iones, los cuales colisionan entre sí. Es por ello por lo que a esta capa también se le conoce como ionosfera.
Gracias a ella se produce la propagación de las ondas de radio, por su propiedad de reflejar las ondas electromagnéticas emitidas desde la superficie. Se alcanzan temperaturas de hasta 1500 grados, y su límite superior es la termopausa o ionopausa.
Es la última de las capas, situada por encima de la termopausa y llegando hasta los 9.000 o 10.000 kilómetros (aunque su límite no está muy bien definido). Separa el planeta Tierra del espacio exterior.
En ella los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la capa menos densa y está formada mayoritariamente por hidrógeno. Contiene mucho polvo cósmico, que cae sobre la Tierra y hace aumentar su peso.
Composición de la atmósfera
La atmósfera está formada fundamentalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El primero es un gas químicamente inerte en la atmósfera, permaneciendo en ella sin reaccionar con ningún otro elemento. En cambio, el oxígeno es muy activo y reacciona constantemente mediante procesos de oxidación. Además, es indispensable para la respiración de los seres vivos.
El 1% restante lo componen otros gases, siendo el argón el más abundante. Los componentes restantes se encuentran en proporciones mucho más pequeñas, expresadas en partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb). De estos componentes cabe mencionar, por su influencia en el clima y la vida, el ozono y el dióxido de carbono.
El dióxido de carbono (CO2) es un gas de efecto invernadero, colaborando en el calentamiento al impedir que parte de la radiación terrestre emitida sea devuelta al exterior. Por otro lado, contribuye de forma decisiva en el mantenimiento de la vida al formar parte del proceso de la fotosíntesis. Llega a la atmósfera por la acción de los organismos vivos (respiración) y, en menor medida, por la descomposición orgánica y la quema de combustibles fósiles.
La presencia de ozono en la estratosfera es clave para protegernos de la radiación ultravioleta entrante. No obstante, su presencia en la troposfera es perjudicial, al contribuir a la formación del smog fotoquímico, una neblina contaminante situada sobre las ciudades. Se forma por acción de la radiación ultravioleta sobre el oxígeno.
Además, la atmósfera contiene vapor de agua en su capa inferior (troposfera) en proporciones muy variables. Esta cantidad es máxima (superior al 5%) en las zonas superficiales del ecuador y mínima sobre regiones muy áridas, disminuyendo considerablemente con la altura. Es clave para la formación de las nubes y por ende, de las precipitaciones. Sin embargo, también contribuye al efecto invernadero.
Por último, en la atmósfera también hay partículas en suspensión (aerosoles) como son el humo, polvo, cenizas volcánicas, polen o las sales marinas.
Papel de la atmósfera
La atmósfera es imprescindible para la vida en la Tierra por varias razones.
En primer lugar, actúa como una manta protectora, al atrapar parte de la radiación terrestre emitida, permitiendo unas temperaturas óptimas para la vida (en su ausencia la temperatura media del planeta sería de unos -30°C). Por otro lado, nos protege de la radiación ultravioleta del Sol, absorbiéndola gracias a la capa de ozono.
Actúa como escudo protector ante los meteoritos, los cuales se desintegran en polvo a causa de la fricción que sufren al hacer contacto con la atmósfera.
Por último, es clave en el ciclo hidrológico, ya que al contener vapor de agua permite la formación de nubes y precipitaciones. Además, el vapor de agua queda atrapado en la troposfera, no pudiendo escapar al exterior.
Contaminación atmosférica
Cuando la composición de la atmósfera se ve alterada respecto a sus condiciones normales hablamos de contaminación atmosférica. Esto ocurre cuando existen partículas sólidas o líquidas suspendidas en ella o cuando distintos gases que se encuentran naturalmente en su composición superan ciertos valores umbrales, considerándose entonces contaminantes.
Esta contaminación puede tener un origen natural (erupciones volcánicas o polvo del desierto) o un origen artificial, provocado por la acción humana (transporte, industria, calefacciones…).
Una atmósfera contaminada puede llegar a ser muy perjudicial para el medio ambiente y para la salud humana. De ahí que sea un tema muy vigilado por las autoridades.