Química Atmosférica: Composición, Estructura y Función de la Capa Gaseosa Terrestre

Introducción a la Atmósfera Terrestre

La atmósfera es la capa de gas que rodea a un cuerpo celeste que tenga la suficiente masa como para atraer dicho gas. Los gases son atraídos por la gravedad del cuerpo y se mantienen en ella si la gravedad es suficiente y la temperatura de la atmósfera es baja. Algunos planetas están formados principalmente por gases, lo que resulta en atmósferas muy profundas.

Dimensiones y Masa de la Atmósfera Terrestre

La altura de la atmósfera de la Tierra supera los 100 km. Sin embargo, la distribución de su masa es altamente desigual:

• Más de la mitad de su masa se concentra en los seis primeros kilómetros.
• El 75% de su masa total se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria (dentro de la troposfera).

La masa total de la atmósfera terrestre se estima en 5,1 x 10¹⁸ kg.

Composición Química del Aire Atmosférico

Casi la totalidad del aire (un 97 %) se encuentra a menos de 30 km de altura, concentrándose más del 75 % en la troposfera. En esta capa, el aire forma una mezcla de gases bastante homogénea, hasta el punto de que su comportamiento es el equivalente al que tendría si estuviera compuesto por un solo gas.

Componentes Principales y Trazas

La composición del aire seco es relativamente constante, aunque existen variaciones significativas en los componentes minoritarios y el vapor de agua:

Nitrógeno ($N_2$)

Constituye el 78% del volumen del aire. Está formado por moléculas diatómicas. Es un gas inerte, lo que significa que no suele reaccionar con otras sustancias en condiciones normales.

Oxígeno ($O_2$)

Representa el 21% del volumen del aire. Está formado por moléculas diatómicas. Es un gas muy reactivo y la mayoría de los seres vivos lo necesita para el proceso de respiración.

Argón ($Ar$) y Otros Gases Nobles

Del resto de los gases de la atmósfera, el más abundante es el argón, que contribuye en un 0,9% al volumen del aire. Es un gas noble que no reacciona con ninguna sustancia.

Dióxido de Carbono ($CO_2$)

Está constituido por moléculas de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Representa el 0,03% del volumen del aire y participa en procesos vitales. Las plantas lo necesitan para realizar la fotosíntesis, y es el residuo de la respiración y de las reacciones de combustión. Este gas, aunque en menor medida que el vapor de agua, ayuda a retener el calor de los rayos solares y contribuye a mantener la temperatura atmosférica dentro de valores que permiten la vida.

Ozono ($O_3$)

Es un gas minoritario que se encuentra principalmente en la estratosfera. Sus moléculas tienen tres átomos de oxígeno. Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta, ya que su producción a partir del oxígeno atmosférico absorbe la mayor parte de los rayos ultravioleta (UV) procedentes del Sol.

Vapor de Agua ($H_2O$)

Se encuentra en cantidad muy variable y participa activamente en la formación de nubes y en el ciclo hidrológico. Es el principal causante del efecto invernadero natural.

Partículas Sólidas y Líquidas

En el aire se encuentran muchas partículas sólidas en suspensión (aerosoles), como el polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales tienen una distribución muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana. Entre los líquidos, la sustancia más importante es el agua en suspensión que se encuentra en las nubes.