La Atmósfera: Estructura, Composición y Dinámica

• Composición de la atmósfera:

  La atmósfera primitiva se formó por la desgasificación y el enfriamiento que sufrió el planeta. A través de este proceso, hay que añadir las aportaciones de la geosfera de grandes cantidades de polvo y gases a través de los volcanes; las de los seres vivos, que cambiaron drásticamente su composición aportando O₂, N₂ y rebajando el CO₂, y la hidrosfera que aporta vapor de agua, sal marina y compuestos de azufre. La humanidad altera gravemente su composición y sus propiedades con acciones como la quema de combustibles fósiles o la deforestación.

  Los componentes de la troposfera son: N₂ (98%), O₂ (21%), Otros gases (0,93%).

• Estructura y función de la atmósfera:

  El Sol emite una serie de radiaciones electromagnéticas (onda corta, visible y onda larga), pero la mayoría de estas son desviadas por el campo magnético de la Tierra, son desviadas y no alcanzan la superficie. Las diversas capas de la atmósfera hacen de filtro, y solo pueden atravesarlo las radiaciones situadas en el centro del espectro. Las radiaciones de longitud corta tienen una gran energía y poder de penetración, pero todas son filtradas por las capas de la atmósfera, porque si llegaran a penetrar, romperían numerosas moléculas. Sin embargo, las de onda larga no tienen ningún impedimento para su penetración.

Troposfera:

Es la capa inferior de la atmósfera, con un espesor de 9 km en los polos, 12 km en latitudes medias y 16 km en el ecuador. Su límite superior es la tropopausa. Debido a la compresibilidad en esta capa, en ella se concentran el 80% de los gases atmosféricos. La mayor concentración de estos se queda en la superficie, conforme vamos ascendiendo disminuye la presión y la temperatura, unos 65 grados por 100m, y se llama gradiente vertical de temperatura. En esta capa tiene lugar el efecto invernadero, y se denomina capa del clima porque en ella tienen lugar la mayoría de cambios meteorológicos: formación de nubes y de las precipitaciones. Existen movimientos de aire que lo reciclan, facilitando la dispersión de los contaminantes, los cuales se acumulan en la capa sucia (primeros 500m).

Estratosfera:

Se extiende desde la tropopausa hasta la estratopausa, situada a unos 50-60 km de altitud. El aire es tenue y los movimientos de aire son horizontales debido a su disposición en estratos. No existen nubes, salvo en su zona inferior, donde se forman unas de hielo (noctilucientes). También se encuentra la capa de ozono, entre los 15 y 30 km. La temperatura aumenta hasta alcanzar su valor máximo (0 y 4 grados) en la estratopausa.

Mesosfera:

Se extiende hasta la mesopausa, hacia el km 80. La densidad de aire es muy reducida, pero suficiente como para que el roce de las partículas provoque la inflación de los meteoritos, dando lugar a las estrellas fugaces. La temperatura disminuye de nuevo hasta unos -80 grados.

Ionosfera o termosfera:

Se extiende hasta el km 600. La temperatura aumenta hasta los 1000 grados, debido a la absorción de radiaciones solares. La absorción se lleva a cabo por moléculas de nitrógeno y oxígeno, que se transforman en iones de carga positiva liberando electrones. Dan lugar a un campo magnético cargado positivamente en la ionosfera mientras que la superficie terrestre está cargada negativamente, por lo que las cargas van fluyendo. Las tormentas evitan que el condensador terrestre se descargue. Sobre las zonas polares, el roce de los electrones procedentes del sol con los de esta capa, producen manifestaciones de luces y colores: las auroras boreales y australes.

Exosfera:

Se extiende hasta el km 800. Es la última capa y su límite está marcado por una baja densidad atmosférica, similar a la del espacio exterior. El aire es muy tenue y no puede captar la luz solar, y por eso el color del cielo se va oscureciendo.

• La capa de ozono:

  El ozono es una molécula triatómica gaseosa que existe en toda la atmósfera, incluida la troposfera, en la que constituye un contaminante y un problema ambiental generado por el"agujero en la capa de ozon".

• Función reguladora en la atmósfera:

  La cantidad de radiación incidente en la atmósfera depende de la estructura física y de la composición química de la atmósfera, que da lugar a las condiciones térmicas especiales de nuestro planeta, las cuales son aptas para la vida.

• Convección térmica:

  Movimientos originados por el contraste de la temperatura del aire entre la parte superficial (más caliente y menos denso), que tiende a elevarse creando corrientes térmicas ascendentes, mientras que el superior (más frío y denso), tiende a descender.

• Convección por humedad:

  Movimientos originados por la presencia de vapor de agua en el aire, que lo hace menos denso que el aire seco, ya que, al contener más agua, contiene menos proporción de otros componentes.

• Humedad absoluta:

  Cantidad de vapor de agua en un volumen determinado (gramos/m³). El aire frío puede contener muy poca humedad, mientras que el caliente puede adquirir mucha. Cuando el aire no puede adquirir más humedad, está saturado de humedad.

• Humedad relativa:

  Cantidad en tanto por ciento de vapor de agua en 1m³ de aire en relación con la máxima que podría contener a la temperatura a la que se encuentra.

• Borrasca:

  El viento se dirige hacia el interior, la presión es baja, se producen por el ascenso de masa de aire caliente, produce lluvias e inestabilidad, y gira en sentido antihorario en el hemisferio norte. No dispersa contaminantes. Los números aumentan hacia el exterior.

• Anticiclón:

  Los vientos se dirigen hacia el exterior, la presión es alta y la causa por la que se producen es por un descenso de masa de aire frío. No produce lluvias y produce estabilidad, y gira en sentido horario en el hemisferio norte. Dispersa contaminantes. Los números disminuyen hacia el exterior.

• Gradiente vertical de temperatura (GVT):

  Representa la variación vertical de la temperatura del aire en condiciones de reposo, que suele ser de 0.65 grados por 100m.

• Gradiente adiabático seco (GAS):

  El valor es de 1 grado por 100m, denominado seco porque lleva agua en forma de vapor. Es dinámico ya que afecta a una masa de aire que se encuentra realizando un movimiento vertical por estar en equilibrio con el aire que le rodea, y sube para alcanzar el equilibrio.

• Gradiente adiabático húmedo (GAH):

  En el momento en el que la masa ascendente en el GAS alcanza el punto de rocío, se condensa el vapor de agua y se forma una nube. El GAS vale entre 0,3 y 0,6 grados por 100m. La masa de aire seguirá ascendiendo, pero con gradiente rebajado (GAH). Este aumenta progresivamente a medida que pierde humedad, hasta que todo el vapor se haya condensado y recupere el valor del GAS.

• Condiciones de inestabilidad:

  Condiciones atmosféricas que se dan cuando existen movimientos ascendentes (de convección) de una masa de aire cuya temperatura interior varía conforme al gradiente dinámico GAS, en el seno de una masa estática, cuyas variaciones térmicas verticales se corresponden con el GVT. Para que el ascenso sea posible GVT>GAS. Al existir movimientos verticales el aire formará una borrasca en la superficie, que no significa que vaya a llover, pero puede hacerlo si la masa de aire ascendente contiene la suficiente cantidad de agua y se condensa formando nubes que permiten las precipitaciones.

• Condiciones de estabilidad:

  Descende hacia la superficie una masa de aire frío y denso que se encuentra a una determinada altura. Las subsidencias van a generar un anticiclón por el aumento de la presión en esa zona, los vientos partirán hacia el exterior, impidiendo la entrada de precipitaciones: climas secos. Hay dos situaciones de estabilidad: Que el GVT sea positivo y menor que el GAS, o que el GVT sea negativo.