Atmósfera terrestre
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La atmósfera terrestre es la capa gaseosa que rodea a la Tierra. Está compuesta por nitrógeno (78,1%) y oxígeno (20,94%), con pequeñas cantidades de argón (0,93%), dióxido de carbono (variable, pero alrededor de 0,035%), vapor de agua, neón (0,00182%), helio (0,000524%), criptón (0,000114%), hidrógeno (0,00005%) y ozono (0,00116%).
Protege la vida de la Tierra absorbiendo en la capa de ozono parte de la radiación solar ultravioleta, reduciendo las diferencias de temperatura entre el día y la noche, y actuando como escudo protector contra los meteoritos. El 75% de la atmósfera se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria.
Tabla de contenidos |
Variación de la presión con la altura
La variación con la altura de la Presión atmosférica o de la densidad atmosférica es lo que se conoce como Ley barométrica.
La diferencia de presión entre dos capas separadas por un Δh es:
pues se supone la densidad constante.
La ley de la densidad
aplicada a la superficie de la Tierra resulta una densidad del aire 
.
- Pretendemos subir una montaña no excesivamente alta (para que la densidad sea constante) y queremos saber como disminuirá la presión a medida que ascendemos
-
- Como la densidad del mercurio es:
es 11.100 veces mayor que la densidad del aire resulta que la presión disminuye 1 mm de Hg cuando nos elevamos 11100 mm es decir 11,1 metros. Ahora bien como 4 mbares son 3 mm de Hg la presión disminuye 4 mbares cada 33,3 metros es decir 1 milibar cada 8 metros que se asciende.
- Como la densidad del mercurio es:
En una atmósfera isoterma la presión varía con la altura siguiendo la ley:
donde M es la masa molecular, g la aceleración de la gravedad, h-h0 es la diferencia de alturas entre los niveles con presiones P y P0 y T es la Temperatura absoluta media entre los dos niveles, y R la constante de los gases perfectos. El hecho de que la temperatura varíe si limita validez de la fórmula. Por el contrario la variación de la aceleración de la gravedad es tan suave que no afecta.
Escala de altura
La Escala de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmósfera para que la presión atmosférica disminuya en un factor e=2,718182. Es decir la disminución de presión es 
Para calcularla basta con poner en la ley barométrica 
resulta:
Para la atmósfera de la Tierra la escala de alturas H es de 8,42 Kilómetros.
En función de la escala de alturas H la presión puede expresarse:
y analogamente para la densidad:
Capas de la atmósfera terrestre y la temperatura
La temperatura de la atmósfera terrestre varía con la altitud. La relación entre la altitud y la temperatura es distinta dependiendo de la capa atmosférica considerada:
- Troposfera: 0 - 8/16 km, la temperatura disminuye con la altitud.
- Estratosfera: 8/16 - 50 km, la temperatura permanece constante para después aumentar con la altitud.
- Mesosfera: 50 - 80/85 km, la temperatura disminuye con la altitud.
- Termosfera o Ionosfera: 80/85 - 500 km, la temperatura aumenta con la altitud.
- Exosfera: 500 - 1500/2000 km
Las divisiones entre una capa y otra se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa.
Regiones atmosféricas
- Atmósfera alta: región atmosférica que se encuentra por encima de la mesopausa.
- Ionosfera: región con iones. Comprende aproximadamente a la mesosfera y a la termosfera. Llega hasta una altura de
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.
Una partícula del tamaño del punto de esta "i", incidiendo a más de 40.000 km/h (11km/s), sería capaz de perforar el techo de un automóvil si no tuviésemos atmósfera. Al tenerla la energía cinética se transforma en luz y desde la superficie vemos un meteoro.
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 decreciente 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 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.
Evolución
La atmósfera no siempre ha estado igual durante la vida de la Tierra. Ha ido variando durante los años, y se puede establecer en diferentes etapas:
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: Gravedad.
- Enfriamiento de la Tierra.
- 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 del escudo de O3 (protección de la radiación ultravioleta del Sol), permitiendo la colonización de las tierras emergidas.
Véase también
Enlaces externos
Propiedades de la atmósfera en Educaplus.org
Imágenes del satélite meteosat. meteosat.com
| Capas de la atmósfera terrestre |
|---|
| Termosfera - (Mesopausa) - Mesosfera - (Estratopausa) - Estratosfera - (Tropopausa) - Troposfera |
| Ver también: Ionosfera, Exosfera, Cinturones de Van Allen, Capa de ozono, Magnetosfera. |
