- AMS
- 07 noviembre 2020
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Nuestra atmósfera
La atmósfera terrestre es la capa más externa de la Tierra, y una de las características más reconocibles de nuestro planeta.
Gracias a ella es posible la vida en la Tierra, ya que, entre otras muchas cosas, nos permite respirar, nos protege de los rayos solares y regula la temperatura terrestre.
Está principalmente formada por gases, por lo que es muy cambiante, y en ella tienen lugar gran cantidad de fenómenos que conocemos perfectamente como la formación de nubes, la lluvia, los vientos, y otros menos conocidos como las auroras polares.
Aunque nos dé la impresión de que es más o menos homogénea, a medida que ascendemos a través de ellas nos encontramos con capas totalmente diferentes en cuanto a su composición, su temperatura o su densidad.
Las particularidades de cada una de estas capas son las responsables de que se produzcan unos u otros fenómenos atmosféricos, de que sea posible el vuelo de aviones, satélites o estaciones espaciales, pero sobre todo son las responsables de protegernos contra los múltiples peligros procedentes del espacio.
Aquí describiremos su estructura desde la parte más cercana a la Tierra hasta las capas más altas, e iremos viendo como cambia y que sucesos ocurren en cada una de ellas.
Nos sorprenderá ver que la mayoría de objetos que surcan los cielos lo hacen a alturas muy diferentes, y que esto se debe a unas razones muy específicas.
Nosotros vivimos rodeados de una pequeña parte de la atmósfera cercana a la superficie de la Tierra, pero la atmósfera se eleva hasta unos 10.000 km de altura, una distancia mucho mayor que el radio de la Tierra. Por otro lado, en su parte más exterior es extremadamente poco densa y prácticamente se funde con el espacio exterior.
Relacionado con estas variaciones en su densidad y su composición, podemos hacer una primera división de la atmósfera en dos grandes capas.
Desde la superficie hasta unos 100 km de altura la denominamos heterosfera, y el nombre precisamente viene porque esta formada por una mezcla de gases bastante constante que incluye nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, etc.
Esta mezcla es lo que llamamos aire.
Aunque, como hemos comentado, es muy heterogénea, el nitrógeno y el oxígeno son mucho más abundantes que los demás gases, y entre los dos suponen el 99% del aire (78% nitrógeno y 21% oxígeno).
Por encima de los 100 km de altura, y hasta que la atmósfera desaparece, encontramos la homosfera.
Al contrario que en la heterosfera, aquí encontramos que los gases se encuentran separados a diferentes niveles de altura.
Si vamos ascendiendo por la homosfera primero encontraremos una fase compuesta de nitrógeno, por encima encontramos una fase de oxígeno, después una de helio y ya en la parte más exterior, una fase de hidrógeno.
Esta primera gran clasificación que hemos visto divide la atmósfera en dos grandes capas según su composición y su densidad, y lo hace a un nivel muy general.
Existe una segunda división que afecta a la parte más baja de la atmósfera, y que nos será mucho más conocida. En este caso diferenciaremos las capas teniendo en cuenta sus características físicas.
Estas capas son: la troposfera, con una altura media de entre 8 y 12 km, la estratosfera, que llega hasta los 50 km, la mesosfera, que va desde los 50 hasta los 80-90 km y la termosfera que alcanza los 500 km de altura.
Existe una quinta capa que denominaremos la exosfera, y que es la capa más externa. En ella los gases se van dispersando hasta que su composición es como la del espacio exterior. Empieza al final de la termosfera y se extiende hasta los límites exteriores de la atmósfera.
Empezaremos por la capa más baja e iremos ascendiendo por las diferentes capas viendo lo que sucede en cada una de ellas.
La troposfera:
Aunque su altura media ronda los 10 km, hay grandes variaciones según la latitud, con valores de hasta 6-8 km en los polos y de 18-20 en la zona ecuatorial.
Esta la parte de la atmósfera contiene el aire que respiramos, alberga toda la vida existente en el planeta y es, además, donde sucede casi todo lo que conocemos.
Concentra alrededor del 80% de gases de la atmósfera y es también el escenario de lo que conocemos como el tiempo meteorológico. Tormentas, huracanes, ciclones, etc., son fenómenos exclusivos de la troposfera, y no son posibles a más altura.
Contiene casi todo el vapor de agua, y por eso las nubes solo se pueden formar es esta zona.
En la troposfera es por donde vuelan los aviones comerciales, ya que necesitan bastante densidad de aire para poder sustentarse a las velocidades a las que se mueven. Lo hacen, sin embargo, en su parte más alta para evitar, en la medida de lo posible, los fenómenos atmosféricos.
Las temperaturas en esta capa son bastante constantes en cada altura, y van bajando a medida que ascendemos. En la superficie terrestre la temperatura media es de unos 15-20 ºC, y llega a ser de entre -50 y -60 ºC en la parte superior.
El hecho de que tengamos temperaturas tan constantes es gracias al efecto invernadero natural que se produce en la troposfera. Sin él la temperatura media en la superficie rondaría los -20 ºC.
El aire de esta capa se calienta absorbiendo las radiaciones infrarrojas que rebotan en la superficie de la Tierra, y la parte superior de la troposfera, conocida como la tropopausa, no permite que este calor escape hacia las capas superiores, y por eso se le llama también “capa térmica”.
La estratosfera:
Tras la tropopausa entramos en la estratosfera, que alcanzará una altura de 50 km y contiene el 19% de los gases de toda la atmósfera.
A esta altura la densidad del aire es menor, por lo que solo los aviones que alcanzan grandes velocidades pueden mantener el vuelo, como por ejemplo los aviones ultrasónicos.
Al contrario que en la troposfera, cuando ascendemos por la estratosfera la temperatura va subiendo. Varía desde unos -60 ºC en la base, hasta unos 80-100 ºC en la parte superior.
Esto se debe a que la estratosfera recibe muchísima más radiación, y además es donde se produce la reacción que crea el ozono, la cual produce mucha energía. Los rayos impactan contra el oxigeno (O2) convirtiéndolo en ozono (O3) y esta reacción libera mucho calor.
La famosa capa de ozono se encuentra, por tanto, en la estratosfera y tiene un espesor de unos 15-20 km.
Como todos sabemos, la capa de ozono nos protege de los rayos solares dañinos, y lo hace absorbiendo entre el 97% y 99% de los rayos ultravioleta que llegan a la atmósfera.
En la estratosfera ya no hay vapor de agua ni, por lo tanto, nubes. Lo único que encontramos son fuertes vientos horizontales que rodean la Tierra y que son muy importantes en la distribución de algunos contaminantes.
La parte superior que la separa de la siguiente capa se llama estratopausa.
La mesosfera:
Esta capa de la atmósfera es la mas estrecha de las capas superiores con solo 30 km de espesor. Aquí la densidad del aire ya empieza a ser muy baja, tanto que la mesosfera solo contiene el 0,1% del aire total de la atmósfera.
En la mesosfera es donde, debido a su composición y localización, se desintegran la mayoría de meteoritos, dejando los característicos haces de luz que vemos cruzando los cielos.
Respecto a las temperaturas, aquí volvemos a encontrar un cambio de tendencia, y esta desciende de nuevo a medida que nos alejamos de la Tierra, pasando de los 80-100 ºC de la estratopausa a -80ºC en su parte superior.
El límite superior de la mesosfera se conoce como la mesopausa.
La termosfera:
Ya por encima de lo 80 km encontramos la termosfera, que se extiende unos 400 o 500 km (a estas alturas los límites entre capas están cada vez menos definidos). El nombre hace referencia a las grandes temperaturas que se alcanzan por la interacción de los rayos solares con las partículas que la componen, y llegan a superarse los 1500 ºC.
Esta interacción produce iones de diferentes cargas, y la alta densidad de iones que acumula hace que la termosfera tenga unas propiedades muy especiales, y por eso también se la denomina ionosfera.
Esta composición iónica es la responsable de las auroras polares que se forman cuando el plasma de las tormentas solares es arrastrado por la magnetosfera hasta las capas de iones que forman la ionosfera.
Tiene también una densidad muy baja, y aun siendo muy ancha, integra solo el 0,1% del aire total de la atmósfera.
La termosfera se encuentra casi totalmente dentro de la heterosfera, por lo que los gases que la componen se encuentran separados en diferentes capas.
En la termosfera es donde orbitan las grandes naves y las estaciones espaciales, como la famosa MIR.
También tiene como característica que es la capa donde se reflejan las ondas de radio, permitiendo la comunicación entre lugares muy distantes.
Bastante cerca de su base, a unos 100 km de altura, se encuentra una línea simbólica llamada la línea de Kármán.
Los organismos aeronáuticos bautizaron esta línea como un límite práctico entre la atmósfera terrestre y el espacio exterior. Representa la altura en que las alas de cualquier aeronave ya no cumplen su función, ya que la velocidad necesaria para no caerse coincide con la velocidad orbital. Podríamos decir que por encima de la línea de Kármán ya no hablamos de volar, sino de orbitar.
Finalmente, en la parte más exterior de la atmósfera encontramos la exosfera. Tiene muy poca densidad, y ya prácticamente no se ve afectada por la gravedad, con lo que muchos gases que llegan a la exosfera escapan hacia el espacio.
En ella orbitan la mayoría de satélites artificiales, entre ellos los meteorológicos.
En esta zona tan exterior empieza la magnetósfera, el campo magnético terrestre.
En esta imagen tenemos una visión general de lo que hemos aprendido, y como podemos ver, suceden muchas cosas sobre nuestras cabezas, y todas ellas a alturas diferentes aprovechando las condiciones especificas de cada una de las capas de la atmósfera.
