CTM Marta García

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TEMAS 3 Y 4. LA ATMÓSFERA: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA, FUNCIÓN PROTECTORA Y REGULADORA.

La Atmósfera es la capa gaseosa que, a modo de envoltura protectora, rodea a la Tierra. Puesto que la densidad del aire disminuye gradualmente, el límite superior de la atmósfera no está claramente definido, pudiendo encontrarse gas sujeto a gravedad a unos 10.000 km de altura. Aún así, el 75% de la atmósfera se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria.

1) COMPOSICIÓN.

La atmósfera está formada por una mezcla de gases que denominamos aire, y una serie de partículas sólidas y líquidas en suspensión, denominadas aerosoles.

Tomando como criterio la composición química, podemos dividir la atmósfera en dos capas, homosfera y heterosfera.

a) La homosfera se extiende desde el nivel del mar hasta unos 100 km de altitud. Tiene una composición química muy uniforme, gracias a las turbulencias que en ella se producen: 78% N2, 21% O2, 0’934% Ar, 0’035% CO2, 0,003% de otros gases (Ne, He, H2, CH4, O3,…). Las escasas variaciones que presenta la homosfera con la altura están relacionadas con el vapor de agua y el ozono: - El vapor de agua está casi ausente por encima de los 10 o 12 km. - El ozono se encuentra concentrado principalmente entre los 15 y los 35 km.

b) La heterosfera se extiende desde los 100 km hasta el límite superior de la atmósfera (en algunos casos unos 10.000 km). Debido a que no presenta circulación vertical, está estratificada, es decir, formada por diversas capas con composición diferente, con predominio de un determinado gas. Las capas se ordenan desde dentro hacia fuera según el peso de los componentes principales.

2) ESTRUCTURA. a) Troposfera: Es la capa atmosférica más baja, y la de mayor importancia medioambiental,

pues en ella tienen lugar prácticamente todos los fenómenos meteorológicos. Su altura varía estacionalmente (más alta en verano que en invierno, al expandirse los gases por el calor), y latitudinalmente (16 km en el ecuador, 12 km en latitudes medias y 9 km en los Polos). Contiene cerca del 80% de la masa de la atmósfera, y en ella la presión desciende con la altura. Igualmente, la temperatura de la troposfera es máxima en su parte inferior (unos 15ºC de media) y a partir de ahí comienza a descender a razón de unos 0,65 ºC/100 m, lo que se denomina gradiente vertical de temperatura (GVT), hasta alcanzar los -70ºC en su parte final (tropopausa).

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La atmósfera se calienta principalmente por una transferencia de calor desde la superficie, y por tanto, en la troposfera, conforme estamos más alejados de la superficie del suelo, menos temperatura habrá

b) Estratosfera: se extiende desde la tropopausa hasta los 50 Km de altura. En ella no existen apenas movimientos verticales del aire, sino movimientos horizontales, debido a su disposición en estratos superpuestos. Contiene la mayor parte de del ozono atmosférico, detectándose las máximas concentraciones entre los 15 y 35 km (Capa de Ozono). Este gas absorbe especialmente la radiación ultravioleta, por lo cual la temperatura de esta capa aumenta con la altitud progresivamente desde los -60ºC hasta los 20ºC en su límite superior (estratopausa).

c) Mesosfera: no difiere en su composición de las otras capas, aunque no tiene ni ozono ni vapor de agua. La temperatura desciende con la altitud, hasta llegar a unos -100C en su límite superior, a unos 80 Km de altura (mesopausa). EN esta capa es donde los fragmentos de meteoritos procedentes del espacio se vuelven incandescentes por el rozamiento con el aire, produciendo una estela luminosa conocida como estrella fugaz.

d) Termosfera o Ionosfera: se compone principalmente de N2 y oxígeno atómico, que absorben los rayos X y los rayos gamma procedentes del Sol, cediendo un electrón, por lo que quedan cargados positivamente y los electrones desprendidos originan una corriente eléctrica que se mueve por toda la capa ionizada. En ella la temperatura aumenta hasta los 1.000ºC, debido a la absorción de esas radiaciones. La termosfera finaliza en la termopausa, situada a unos 500 km de altura. Las interacciones de las partículas subatómicas procedentes del Sol (viento solar) con los átomos ionizados de la termosfera dan lugar a fenómenos luminosos conocidos como auroras boreales, que suceden en las cercanías de los polos magnéticos.

Podríamos considerar también la Exosfera: se extiende hasta el final de la atmósfera a unos 10.000 km. Se encuentra por encima de la ionosfera, y su límite estaría marcado por la densidad atmosférica muy baja, similar a la del espacio exterior. Es una zona muy tenue y está formada por átomos de oxígeno, hidrógeno y helio, predominando el hidrógeno.

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3) FUNCIÓN PROTECTORA DE LA ATMÓSFERA.

Nuestra estrella, el Sol, emite continuamente un flujo de materia en forma de átomos, iones y partículas subatómicas, y un flujo de energía en forma de ondas electromagnéticas.

Las radiaciones electromagnéticas constituyen un tipo de energía transmisible que presenta una doble naturaleza: corpuscular y ondulatoria (se comporta a la vez como partículas en movimiento y como ondas).

El espectro electromagnético es el conjunto de las diferentes ondas electromagnéticas procedentes del Sol, que se diferencian entre sí por su longitud y a la vez por la cantidad de energía que portan:

- Las ondas de radio y de televisión. - Las microondas. - La radiación infrarroja (calor). - Los rayos ultravioleta. - Los rayos X. - Los rayos gamma. - La radiación visible.

Toda la energía que llega a la Tierra alcanza en primer lugar la atmósfera, donde sus distintos componentes absorberán y reflejarán selectivamente las diferentes radiaciones; así, esta envoltura hará de filtro eficaz de muchas de estas ondas electromagnéticas, que por sus características son muy perjudiciales para la mayor parte de los seres vivos.

Esta función protectora de la atmósfera es ejercida por la ionosfera y la ozonosfera:

a) En la ionosfera, las radiaciones electromagnéticas de onda más corta, esto es, rayos X y rayos gamma son absorbidos por el H2 y el N2 presentes en ella, que debido al choque se ionizan. Estos iones, altamente inestables, vuelven a su estado fundamental tras captar los electrones que perdieron y lo hacen desprendiendo la energía sobrante en forma de calor (energía infrarroja). Este desprendimiento de energía provoca el incremento en la temperatura de esta capa.

b) En la estratosfera se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico, una molécula triatómica formada por oxígeno (O3), gaseosa y de olor picante, que actúa absorbiendo la radiación UV en una serie de reacciones:

1º Fotólisis del oxígeno: O2 + UV O + O

2º Formación del ozono: O + O2 O3 + calor

3º Destrucción del ozono:

a) Fotólisis del ozono: O3 + UV O2 + O

b) Posible reacción con el oxígeno atómico: O + O3 O2 + O2

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En condiciones normales, estas reacciones están en equilibrio dinámico, y además de retener el 90% de los rayos UV de los llamados tipo B, producen un incremento en la temperatura de la estratosfera, debido a la liberación de calor. Como puede observarse, la capa de ozono NO está ahí para frenar los rayos UV sino que los rayos UV producen el ozono (y lo destruyen) a partir de las moléculas de oxígeno en forma biatómica de la atmósfera. Si la atmósfera no tuviera oxígeno, no habría protección frente a las radiaciones ultravioletas, al no existir capa de ozono.

Aunque no es una capa de la atmósfera, la magnetosfera (el campo magnético terrestre), impide la entrada de las partículas eléctricamente cargadas, procedentes del Sol y que constituyen el llamado viento solar. Las zonas de los polos, donde el campo magnético se debilita (hasta hacerse nulo en los polos magnéticos) están desprotegidas y las partículas cargadas llegan a la ionosfera donde son detenidas y producen los efectos luminosos que llamamos auroras polares. La llegada hasta la superficie del viento solar tendría efectos más perniciosos aun para los seres vivos que los rayos ultravioleta y las radiaciones ionizantes.

Por último, cabe destacar que la atmósfera impide la caída de meteoritos a la superficie terrestre, ya que el rozamiento con el aire los hace explotar o vaporizar antes de que impacten en el suelo.

4) FUNCIÓN REGULADORA DE LA ATMÓSFERA:

Además de su función protectora, la atmósfera tiene un papel importantísimo como reguladora del clima, mediante el efecto invernadero, el albedo y la circulación atmosférica global:

1. El albedo es una energía devuelta al espacio exterior. Su incremento, ligado a la presencia de polvo en suspensión o nubes en la atmósfera (o bien de nieve o hielo), llevaría a un enfriamiento progresivo de la Tierra.

2. La radiación electromagnética emitida por los océanos y los continentes es absorbida en parte por los gases invernadero de la atmósfera (dióxido de carbono, metano y vapor de agua fundamentalmente), lo que, junto con el calor latente y el calor sensible desprendidos, provocan su calentamiento, y la reirradiación de esta energía de nuevo hacia la superficie (efecto invernadero). Esto da lugar a que la temperatura en superficie sea mayor que la que existiría en ausencia de envoltura gaseosa.

El efecto invernadero tiene una gran importancia biológica. Si no hubiese atmósfera, y por tanto no hubiese gases con capacidad de absorción de radiaciones de onda larga rodeando la superficie sólida y líquida del planeta, la temperatura media en la superficie sería de unos -18 °C, en lugar de los 15 °C actuales. VER EXPLICACIÓN DEL EFECTO INVERNADERO EN EL TEMA 1 (MODELO DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE).

3. La atmósfera produce un transporte de energía térmica, desde las zonas más cálidas del planeta hacia los Polos. Además, compensa los desequilibrios térmicos entre las zonas bajas y altas de la troposfera mediante la convección y la formación de nubes.