Atmósfera terrestre  

  

Composición En la atmósfera terrestre se pueden distinguir dos regiones con distinta composición, la homosfera y la heterosfera.  Homosfera La homosfera ocupa los 100 km inferiores y tiene una composición constante y uniforme.  

Composición de la atmósfera terrestre (aire seco, porcentajes por volumen)1 

ppmv: partes por millón por volumen 

Gas  Volumen 

nitrógeno (N2)  780,840 ppmv (78.084%) 

oxígeno (O2)  209,460 ppmv (20.946%) 

argón (Ar)  9,340 ppmv (0.9340%) 

dióxido de carbono (CO2)  387 ppmv (0.0387%) 

neón (Ne)  18.18 ppmv (0.001818%) 

helio (He)  5.24 ppmv (0.000524%) 

metano (CH4)  1.79 ppmv (0.000179%) 

  HeteLa heestra100‐4400‐11.1003.500[editArtícLa vala de

La dif

puesLa ley

aplicPretedism

ComopresiHg laEn un

dondpresihechgrave  

kriptó

hidróg

óxido 

xenón

ozono

dióxid

yodo 

monó

amon

Exclui

agua (

erosfera eterosfera se atificada, es d400 km ‐ capa1.100 km ‐ ca0‐3.500 km ‐ 0‐10.000 km ‐ar]Variación dulo principal:ariación con lansidad atmos

ferencia de p

 se supone lay de la densid

 

ada a la supeendemos subinuirá la pres

o la densidadión disminuyea presión dismna atmósfera

de M es la maiones P y P0 y o de que la teedad es tan s

ón (Kr) 

geno (H2) 

nitroso (N2O

n (Xe) 

o (O3) 

do de nitróge

(I) 

óxido de carbo

iaco (NH3) 

ido por ser ai

(vapor) (H2O)

extiende desecir, formadaa de nitrógenapa de oxígencapa de helio‐ capa de hidde la presión  Atmósfera. a altura de la sférica es lo q

presión entre 

 a densidad codad suponien

erficie de la Tiir una montasión a medida

d del mercurioe 1 mm de Hgminuye 4 hPa  isoterma la p

 asa molecularT es la tempeemperatura vuave que no 

) 

no (NO2) 

ono (CO) 

ire en seco 

) 

sde los 100 kma por diversasno molecular o atómico o rógeno con la altura

presión atmoque se conoce

dos capas sep

nstante. do el aire com

erra resulta uña no excesiva que ascende

o es: g cuando nos cada 33,3 m presión varía 

r, g la aceleraceratura absolvaríe sí limita afecta. 

1.14 ppm

0.55 ppm

0.3 ppmv

0.09 ppm

0.0 to 0.0

0.02 ppm

0.01 ppm

0.1 ppmv

trazas 

~0.40% a

m hasta el líms capas con co

 

osférica con ee como Ley ba

paradas por u

mo un gas ide

una densidad vamente alta emos 

elevamos 11es decir 1 hPcon la altura 

ción de la graluta media enla validez de 

mv (0.000114%

mv (0.000055%

v (0.00003%)

mv (9x10−6%)

07 ppmv (0% 

mv (2x10−6%)

mv (1x10−6%)

v 

a nivel atmosf

mite superior domposición d

el conocimienarométrica. 

un   es: 

eal 

del aire (para que la 

 es 11.100 v1100 mm es da cada 8 m desiguiendo la 

avedad, h‐h0 entre los dos nla fórmula. P

%) 

%) 

to 7x10−6%)

férico, en sup

de la atmósfediferente. 

nto que se tie

densidad sea

veces mayor qdecir 11,1 m. Ae ascenso. ley: 

es la diferenciveles, y R la Por el contrar

perficie: 1%‐4

era (unos 10.0

ene del magne

. a constante) y

que la densidAhora bien co

cia de alturas constante deio, la variació

4% 

000 km); está

etismo o de 

y queremos s

ad del aire reomo 4 hPa so

entre los nivee los gases peón de la acele

á 

aber como 

esulta que la on 3 mm de 

eles con rfectos. El ración de la 

 EscalLa es

un fa

pone

Para En fu

y aná

 Capa

 CapaLa tedepeLas drespe TropSus pSu eslos 6 Su teatmóde inLa latinterla fueEn laLa cafenó 

la de altura scala de altura

actor e=2,718

er en la Ley ba

 la atmósfera

unción de la e

álogamente p

as de la atm

as de la atmósmperatura deendiendo de ldivisiones entectivamente t

osfera principales caspesor alcanzkm en las zo

emperatura dósfera de la Tnversión térmtitud del lugatropical por lerza centrípet troposfera sapa inferior demenos geogr

a es la altura 

8182. Es decir 

arométrica 

 de la Tierra lescala de altur

 para la densid

 

ósfera terre

sfera y las zone la atmósfera capa atmosre una capa ytropopausa, e

racterísticas sa desde la sunas polares yisminuye conierra. A mediica que siempr determina ea fuerza centta (achatamieuceden los fee la troposferáficos, tanto 

a la que hay 

la disminució

 

a escala de aras H la presió

dad: 

estre y la tem

nas intermedra terrestre vasférica considy otra se denoestratopausa

son: perficie terrey los 18 o 20 kn la altitud. Lada que se subpre se deben el mayor o mtrífuga del moento polar). enómenos qura se denominen el campo 

que elevarse 

ón de presión

resulta: 

lturas H es deón puede exp

mperatura 

 

ias entre las maría con la alterada: troposominan , mesopausa

estre (tanto tekm en la zonaa troposfera ebe, disminuyea causas locaenor espesorovimiento de 

e componen na la capa geode la geograf

en una atmó

n es 

e 8,42 km. presarse: 

mismas. titud. La relacsfera, estrato

y termopaus

errestre como intertropicales la capa infee la temperatales o regionar de la troposrotación terr

lo que llamamográfica, quefía física como

ósfera para qu

ción entre la aosfera, mesos

a. 

o acuática o ml, por las razoerior (más prótura en la tropalmente detefera, siendo mrestre, y much

mos tiempo me es donde se o en el campo

ue la presión 

 

altitud y la tesfera y termo

marina) hastaones indicadaóxima a la supposfera, salvoerminadas. mucho mayoho menor en 

meteorológicproducen la o de la geogr

atmosférica d

Para calcular

mperatura essfera. 

a una altitud vs más adelanperficie terreo algunos cas

r en la zona las zonas pol

co. mayor propoafía humana.

disminuya en

la basta con 

s distinta 

variable entrete. stre) de la os 

lares por 

orción de . 

n 

e 

 Estratosfera Su nombre obedece a que está dispuesta en capas más o menos horizontales (o estratos). Se extiende entre los 9 o 18 km hasta los 50 km de altitud. La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra. A medida que se sube, la temperatura en la estratosfera aumenta. Este aumento de la temperatura se debe a que los rayos ultravioleta transforman 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) lo que implica también que la temperatura se eleve a unos ‐3° C o más. Sin embargo, se trata de una atmósfera muy enrarecida, muy tenue.  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, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 40 km de altitud, reúne el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97% al 99% de la radiación ultravioleta de alta frecuencia.  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.  Ionosfera En la termosfera o ionosfera (de 69/90 a los 600/800 km), la temperatura aumenta con la altitud, de ahí su nombre. La termosfera es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. Se encuentra arriba de la mesosfera. A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia con la mayor o menor radiación solar tanto durante el día como a lo largo del año. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1.500° C e incluso más altas. La termosfera de la Tierra también incluye la región llamada ionosfera. En ella se encuentra el 0.1% de los gases.  Exosfera La última capa de la atmósfera de la Tierra es la exosfera (600/800 ‐ 2.000/10.000 km). Esta es el área donde los átomos se escapan hacia el espacio. Como su nombre indica, es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. Su límite superior se localiza a altitudes que alcanzan los 960 e incluso 1000 km., y está relativamente indefinida. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.  Regiones atmosféricas Ozonosfera: región de la atmósfera donde se concentra la mayor parte del ozono. Está situada en la estratosfera, entre los 15 y 32 km, aproximadamente. Esta capa nos protege de laradiación ultravioleta del Sol. Ionosfera: región ionizada por el bombardeo producido por la radiación solar. Se corresponde aproximadamente con toda la termosfera. Magnetosfera: Región exterior a la Tierra donde el campo magnético, generado por el núcleo terrestre, actúa como protector de los vientos solares. Capas de airglow: Son capas situadas cerca de la mesopausa, que se caracterizan por la luminiscencia (incluso nocturna) causada por la reestructuración de átomos en forma de moléculas que habían sido ionizadas por la luz solar durante el día, o por rayos cósmicos. Las principales capas son la del OH, a unos 85 km, y la de O2, situada a unos 95 km de altura, ambas con un grosor aproximado de unos 10 km.  Dinámica de la atmósfera Se llama dinámica de la atmósfera o dinámica atmosférica a una parte de la Termodinámica que estudia las leyes físicas y los flujos de energía involucrados en los procesos atmosféricos. Estos procesos presentan una gran complejidad por la enorme gama de interacciones posible tanto en el mismo seno de la atmósfera como con las otras partes (sólida y líquida) de nuestro planeta. La termodinámica establece tres leyes, además de lo que se conoce como principio cero de la termodinámica. Estas tres leyes rigen en todo el mundo físico‐natural y constituyen la base científica de los procesos que constituyen el campo de 

la dinámica de la atmósfera. Así pues, la dinámica atmosférica involucra a todos los movimientos que se presentan en el seno de la atmósfera terrestre y estudia también las causas de dichos movimientos, los efectos de los mismos y, en general todos los flujos de energía térmica, eléctrica, físico‐química, y de otros tipos que ocurren en la capa de aire que rodea a la Tierra.  Fricción atmosférica La atmósfera es un escudo protector contra los impactos de enorme energía que provocarían aún pequeños objetos espaciales al colisionar a altísima velocidad la superficie del planeta. Sin atmósfera, la velocidad de colisión de estos objetos sería la suma de su propia velocidad inercial espacial (medida desde nuestro planeta) más la aceleración provocada por la gravitación terrestre. La energía cinética de los meteoritos se transforma en calor por la fricción de los mismos en el aire y desde la superficie vemos un meteoro, meteorito o también estrella fugaz. La fricción es la manifestación macroscópica de una transferencia de energía cinética, o su transformación en otro tipo de energía, por la que un cuerpo "pierde" movimiento cediéndoselo a otro ya sea transfiriéndole parte de su propio movimiento o transformándose en movimientos moleculares (calor, vibración sonora, etc.)  Velocidad constante en caída libre Un cuerpo en caída libre dentro de la atmósfera puede tener velocidad decreciente, dado que la atracción gravitacional produce un movimiento uniformemente acelerado solamente en el vacío. Si un cuerpo comienza a caer atravesando la atmósfera, se va acelerando hasta que su peso es igual a la fuerza de fricción que se produce por el desplazamiento dentro del aire. En ese momento deja de acelerar, y su velocidad comienza a decrecer a medida que la atmósfera aumenta su densidad, provocando una fuerza de fricción mayor. Puede desacelerar la velocidad de caída no sólo por la densidad de la atmósfera sino también por la variación del área de sección atravesada, lo que aumenta la fricción. Los acróbatas aéreos de caída libre pueden variar su velocidad de caída acelerando o desacelerando: si se desplazan de cabeza aceleran hasta equilibrar su peso, y si abren los brazos y piernas desaceleran.  Ciclos biogeoquímicos La atmósfera tiene una gran importancia en los ciclos biogeoquímicos. La composición actual de la atmósfera es debida a la actividad de la biosfera (fotosíntesis), controla el clima y el ambiente en el que vivimos y engloba dos de los tres elementos esenciales (nitrógeno y carbono); aparte del oxígeno. Se encuentra bien mezclada, es decir, refleja cambios globales. La actividad del hombre está modificando su composición, como el aumento del dióxido de carbono o el metano, causando el efecto invernadero o el óxido de nitrógeno, causando la lluvia ácida.  Filtro de las radiaciones solares Las radiaciones solares nocivas, como la ultravioleta, son absorbidas casi en un 90% por la capa de ozono de la estratosfera. La actividad mutágena de dicha radiación es muy elevada, originadodímeros de timina que inducen la aparición de melanoma en la piel. Sin ese filtro, la vida fuera de la protección del agua no sería posible.2  Efecto invernadero Gracias a la atmósfera, la Tierra no tiene grandes contrastes térmicos; debido al efecto invernadero natural, que está producido por todos los componentes gaseosos del aire, que absorben gran parte de la radiación infrarroja re‐emitida por la superficie terrestre; este calor queda retenido en la atmósfera en vez de perderse en el espacio gracias a dos características físicas del aire: su compresibilidad, que comprime el aire en contacto con la superficie terrestre por el propio peso de la atmósfera lo que, a su vez, determina la mayor absorción de calor del aire sometido a mayor presión y la diatermancia, que significa que la atmósfera deja pasar a la radiación solar casi sin calentarse (la absorción directa de calor procedente de los rayos solares es muy escasa), mientras que absorbe gran cantidad del calor oscuro (3 ) reenviado por la superficie terrestre y, sobre todo, acuática de nuestro planeta. Este efecto invernadero tiene un papel clave en las suaves temperaturas medias del planeta. Así, teniendo en cuenta la constante solar (calorías que llegan a la superficie de la Tierra por centímetro cuadrado y por minuto), la temperatura media del planeta sería de ‐27 °C, incompatible con la vida tal y como la conocemos; en cambio, su valor real es de unos 15 °C debido precisamente al efecto invernadero.2  

 Evolución La composición de la atmósfera terrestre no permanece estacionaria, sino que varía con el paso del tiempo por diversas causas. Además, los elementos ligeros están continuamente escapándose de la gravedad terrestre; de hecho, en la actualidad se fugan unos tres kilogramos de hidrógeno y 50 gramos de helio cada segundo, cifras que en tiempos geológicos (millones de años) resultan decisivas, aunque compensan, al menos en gran parte, la materia recibida del sol en forma de energía.4 Se pueden establecer diferentes etapas evolutivas de la atmósfera según su composición:  Origen Su origen se produce por: Pérdida de la capa de gases de la nebulosa original (H y He). Aumento de la masa de la Tierra lo que generó un aumento de la Gravedad. Enfriamiento de la Tierra. Formación de la atmósfera primitiva. Desgasificación de la corteza terrestre. Formación de una capa de gases: atmósfera primitiva. Esta atmósfera, tiene una composición parecida a las emisiones volcánicas actuales, donde dominarían el N2, CO2, HCl y SO2. Algunos gases y el H2O de procedencia externa (Cometas).  Etapa prebiótica Antes de la vida, la atmósfera sufrió unos cambios: Condensación del vapor de agua: formación de los océanos y disolución de gases en ellos (CO2, HCl y SO2). Principal gas de la atmósfera: Nitrógeno (N2). No había oxígeno (O2).  Etapa microbiológica Etapa con la aparición de las primeras bacterias anaeróbicas (que usan H y H2S) y fotosintéticas (Bacterias del azufre y cianobacterias): Comienza la producción de O2 del océano. El O2 producido se utiliza para oxidar las sustancias reducidas del océano. Prueba de ello son la deposición de las formaciones de hierro en bandas: Fe+3 + O2 → Fe2O3 Una vez oxidado las sustancias, empieza la producción de O2 para la atmósfera. El O2 liberado se gasta para oxidar sustancias reducidas de la corteza terrestre. Prueba de ello son la formación de capas rojas de origen continental.  Etapa biológica Etapa con la aparición de organismos eucariotas con fotosíntesis más eficiente: Aumento del O2 en la atmósfera hasta la concentración actual (21%). Formación de la capa de O3 (protección de la radiación ultravioleta del Sol), permitiendo la colonización de las tierras emergidas.