LA ATMOSFERA. CAPAS DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE

LA ATMOSFERA

Compilado por: Mauricio Mesa Caro.

La atmósfera terrestre es la parte gaseosa de la Tierra. 

 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.  Los gases que componen el aire son retenidos en la atmósfera por la atracción de la gravedad, por esa misma razón, su mayor concentración se encuentra en la parte baja de la atmósfera llamada troposfera. A medida que se aleja de la superficie esta atracción disminuye la distancia entre las moléculas es mayor  (y los choques entre ellas menos frecuentes) a una altura de 500 km aproximadamente las partículas escapan hacia el espacio exterior.

Es la envoltura de aire que rodea al globo terráqueo. Es una capa relativamente delgada, el 99 % de los gases están contenidos en una capa de 29km (18millas).[pic 1]

Fig. 1 Capas de la tierra. Tomado de: http://www.meted.ucar.edu/fire/s290/unit4/navmenu.htm

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 Y almacena y distribuir la energía calorífica.

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 a su vez respirable por las demás formas de vida, tales como los seres humanos y los animales en general.

CAPAS DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE

Se distinguen 4 (ó 5 si se incluye la exosfera) capas. Ellas son: Troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. Entre la troposfera y la estratosfera, se considera una capa intermedia llamada tropopausa y lo mismo entre estratosfera y la mesosfera llamada estratopausa. En la troposfera la temperatura por lo regular disminuye, en la estratosfera es constante cerca de la base y aumenta hacia el tope, en la mesosfera disminuye y en termosfera vuelve a aumentar.

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Figura 2. Capas de la atmósfera terrestre

Troposfera

La troposfera es la parte más densa, es decir; contiene la mayor masa del aire (a unos 5km de altitud ya la masa de la atmósfera se reduce a la mitad). La troposfera se calienta por la base debido a la absorción de la radiación solar por la superficie terrestre y remisión a la atmósfera en forma de calor. Estas dos particularidades explican, porqué la temperatura generalmente cae con la altura en esta capa. La altura de la troposfera es mayor sobre latitudes tropicales que sobre polares debido a que en el trópico se absorbe mayor cantidad de radiación solar. Además, es más profunda en verano debido a que alberga más calor que durante el invierno.

Sus principales características son:

• Su espesor alcanza desde la superficie terrestre (tanto terrestre como acuática o marina) hasta una altitud variable entre los 8 km en las zonas polares y los 18 km en la zona intertropical en presencia de tormentas y nubes de gran desarrollo vertical.
• 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.

La temperatura cae con la altura en la troposfera a una tasa o gradiente de temperatura de aproximadamente 6.5 grados centígrados cada 1 km. (0,65°C/100m). la troposfera termina allí donde comienza una inversión de temperatura, tal como se muestra en la Fig. 1.9.En la troposfera suceden los fenómenos que componen lo que llamamos tiempo meteorológico.

• La capa inferior de la troposfera es donde se producen la mayor proporción de fenómenos meteorológicos
• La temperatura mínima que se alcanza al final de la troposfera es de -50 °C aprox.

El nivel más bajo del la troposfera se conoce como la capa límite planetaria CLP. Este nivel de la atmósfera está en contacto con la superficie y experiementa los efectos de la fricción (por esta razón tambien se le conoce como nivel de fricción). Este es el nivel a través del cual; calor, y humedad son intercambiados entre la atmósfera y la superficie.

El movimiento en la capa límite es turbulento. Debido a que siente el efecto de la superficie, la CLP experiementa fuertes cambios en temperatura, viento y extensión de la capa. El espesor de esta capa es de unos 800 -1500 m en latitudes medias pero puede alcanzar hasta 3000-4000m en el trópico, bajo condiciones de fuerte inestabilidad atmosférica. Al final de la CLP, o sea donde comienza la atmósfera libre, se observa una inversión de temperatura, es decir; la temperatura aumenta (en lugar de decrecer) con la altura (ver Fig. 3).

En la troposfera se desarrollan movimientos verticales, la convección atmosférica  (en estos casos se dice que la atmósfera es inestable) las nubes, la lluvia, el granizo, la niebla, etc. En ella también ocurren los fenómenos que determinan el estado del tiempo tales como, frentes, ciclones huracanes, tornados, etc. En la parte superior de la troposfera se presentan las CORRIENTES EN CHORRO.

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Fig. 3. Perfil de la temperatura en la troposfera y CLP, tomado de un sondeo en la Isla Santa Helena. El el cuadro arriba a la derecha, se destaca la inversión de la temperatura al final de la CLP

Estratosfera

Su nombre obedece a que está dispuesta en capas más o menos horizontales (o estratos). Se extiende entre los 8 o 18 km hasta los 50 km o 55 km de altitud. La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra.. En los primeros km y hasta unos 30-35 km la temperatura es más o menos constante, a partir de ahí, aumenta. Este aumento se debe a la absorción de la radiación solar ultravioleta por el ozono, donde se transforma al oxígeno en ozono, proceso que involucra calor: al ionizarse el aire, se convierte en un buen conductor de la electricidad y, por ende, del calor. Es por ello que a cierta altura existe una relativa abundancia de ozono (ozonosfera).

Ozonosfera: Se denomina capa de ozono, u ozonosfera, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, reúne el 90 % del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97 % al 99 % de la radiación ultravioleta de alta frecuencia. El máximo de ozono se presenta a unos 35 km y no coincide con la altura del máximo aumento de la temperatura en la estratosfera, tal como se puede observar en la Fig. 4.

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Fig. 4. Máximos en  los perfiles del Ozono y la temperatura. Tomado de:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364682609000935

En la estratosfera hay poca o nula convección y no se forman nubes excepto nacaradas (Fig.5)

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Figura 5. Nubes nacaradas. Fuente: http://www.astroyciencia.com/2015/02/04/nubes-nacaradas-luminiscentes/

La estratosfera es muy seca, sin embargo estas nubes están compuestas de cristales de hielo transportados hasta allí, por fuertes ondas de viento que oscilan entre la tropopausa y la estratosfera. El color iridiscente de estas nubes se debe a fenómenos de difracción e interferencia cuando el sol se coloca en un ángulo justo debajo del horizonte. La estratosfera es muy estable por lo que es preferida para la aeronavegabilidad.

Mesosfera

Es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. Se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene solo el 0,1 % de la masa total del aire. Es la zona más fría de la atmósfera, pudiendo alcanzar los −80 °C. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella.  La baja densidad del aire en la mesosfera determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.

Desde allí hasta la superficie terrestre la composición del aire, con excepción del vapor de agua y del ozono es  más o menos constante por eso a la capa desde la superficie de la tierra hasta la mesosfera también se le conoce con el nombre de homosfera. En la mesosfera se pueden presentar nubes noctilucentes. En esta capa se fragmenta gran parte de los meteoritos que ingresan a la atmósfera terrestre.

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