¿Cómo está compuesto el aire?
El aire es una mezcla de
gases
Casi un 80% de las moléculas del aire son nitrógeno
(exactamente un 78,1%) y aproximadamente un 21% lo constituye el oxígeno. Otros
gases presentes en menores cantidades son el dióxido de carbono, (CO2) y los
gases nobles como el helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr) y xenón
(Xe).
Componente
|
Concentración aproximada
|
|
Nitrógeno
|
(N)
|
78,03%
en volumen
|
Oxígeno
|
(O)
|
20,99%
en volumen
|
Dióxido
de Carbono
|
(CO2)
|
0,03%
en volumen
|
Argón
|
(Ar)
|
0,94%
en volumen
|
Neón
|
(Ne)
|
0,00123%
en volumen
|
Helio
|
(He)
|
0,0004%
en volumen
|
Criptón
|
(Kr)
|
0,00005%
en volumen
|
Xenón
|
(Xe)
|
0,000006%
en volumen
|
Hidrógeno
|
(H)
|
0,01%
en volumen
|
Metano
|
(CH4)
|
0,0002%
en volumen
|
Óxido
nitroso
|
(N2O)
|
0,00005%
en volumen
|
Vapor
de Agua
|
(H2O)
|
Variable
|
Ozono
|
(O3)
|
Variable
|
Partículas
|
Variable
|
|
Importancia de los principales gases del aire
La importancia de los principales
gases del aire para el desarrollo de la vida son:
- Oxígeno (O2):
Molécula biatómica, es un gas incoloro. Es muy importante para todos los seres
vivos, ya que permite que se realicen los siguientes procesos:
- Combustión, actúa como
comburente. Es decir, permite que en el transcurso de una reacción, al
combinarse con otras sustancias denominadas combustibles, se produzca energía
manifestada en forma de luz y calor.
- Oxidación. Corresponde a
la unión de una sustancia con Oxígeno que ocurre lentamente y el calor
desarrollado se disipa. Así ocurre con los metales cuando quedan a la
intemperie.
- Respiración. Es utilizado
por plantas y animales en su proceso respiratorio. A través de la fotosíntesis
se regenera para devolverlo a la atmósfera.
Por otro lado, el oxígeno
atmosférico sustenta la vida de los organismos aeróbicos y, por el alto grado
de naturalidad en la relación que tenemos con él, solemos no valorar su vital
importancia. Esto cambia, sin embargo, cuando se presentan eventos de grave contaminación
atmosférica, en especial en zonas urbanas con altos niveles de emisión gaseosa
y con deficientes condiciones de ventilación producidas por la escasez de
vientos, a lo que se suman factores climáticos agravantes, como el de inversión
térmica.
Ejercicio de conexión con
el clima y la química ambiental:
Averigua sobre las
características del fenómeno de inversión térmica y elabora un breve informe
sobre el tema.
Dióxido
de Carbono
El dióxido de Carbono o
anhídrido carbónico (CO2), molécula lineal y apolar, es otro gas que se recicla
a través de la fotosíntesis y la respiración. Es un producto derivado de
reacciones de combustión completas de la materia orgánica. Se forma cuando la
combustión se realiza en exceso de oxígeno (O2). Pertenece a la familia de
compuestos inorgánicos binarios denominados óxidos ácidos. Se produce también
en procesos biológicos, como la fermentación. Se utiliza en la gasificación de
bebidas, como gas propulsor en los extintores y en otros aerosoles.
Nitrógeno
Es un gas cuya presencia en
el aire permite disminuir la acción del Oxígeno en las combustiones, es decir,
si el Oxígeno estuviera puro su acción sería mucho más intensa. El Nitrógeno
atmosférico (N2) puede también ser fijado por ciertas bacterias para producir compuestos
nitrogenados que fertilizan el suelo. En la industria se usa en la conservación
de alimentos, y en medicina para congelar tejidos y órganos vivos que
pueden ser usados más tarde en investigación o en trasplantes.
Gases
nobles
Estos gases, como el Argón
(Ar), Helio (He) y Neón (Ne) son muy estables químicamente. Generalmente, el
Neón es utilizado en alumbrados públicos y el Helio en los globos aerostáticos
debido a su poder ascendente. El último exponente de la familia de los gases
nobles, el Radón (Rn), es un gas radiactivo que se genera de manera natural en
el subsuelo y se filtra al interior de las viviendas. Este es un importante
factor de riesgo en la génesis del cáncer pulmonar y es particularmente alto en
ciertas zonas geográficas que contienen elevadas concentraciones de minerales
de uranio.
La atmosfera
El estudio de la atmósfera
se realiza en la superficie de la tierra y en el espacio, utilizando aparatos
de avanzada tecnología, instalados en los satélites artificiales. Estos
estudios han dilucidado sus regiones y composición química. Investigaciones
científicas han permitido establecer que la atmósfera no es homogénea, en ella
se pueden reconocer varias regiones que se diferencian entre sí en algunas
características, como la composición, presión, temperatura y la densidad.
Si consideramos la altura de la atmósfera con respecto a la superficie
terrestre podemos identificar las siguientes regiones de menor a mayor altura:
Troposfera: Se encuentra en
unión con la superficie terrestre y posee aproximadamente el 80٪ de la masa total de la
atmósfera en ella se producen el desarrollo de la vida y los fenómenos
meteorológicos.
Estratosfera: Se identifica
por la ausencia de vapor de agua y la presencia de la capa de ozono.
Mesosfera: Es una capa de
aire poco denso y frio, en lo que preponderan gases livianos.
Ionosfera o termosfera:
Posee una densidad muy baja, en ella se absorben las radiaciones solares de
menor longitud.
Exosfera: Se compone de
átomos de hidrógeno y de helio que escapan constantemente al espacio.
El aire que respiramos no es un
compuesto químico, sino una mezcla de gases, formada en un 99,997% —por debajo
de los 90 km de altitud sobre la superficie terrestre— por cinco componentes:
nitrógeno (N2), oxígeno (02), argón (Ar), dióxido de carbono (C02) y vapor de
agua.
De los cinco componente
principales del aire, el nitrógeno, el oxígeno y el argón son considerados
gases permanentes, porque su concentración no varía de forma sustancial en el
tiempo, ya que tienen un periodo de permanencia muy grande (se consideran gases
permanentes aquellos con una duración media de las moléculas en la atmósfera
superior a 1 .000 años). La tabla siguiente recoge ¡a proporción en la que se
hallan los distintos gases que componen el aire atmosférico en las proximidades
del suelo, así como su tiempo de permanencia:
En las proporciones que
figuran en el cuadro anterior, ninguno de los gases es considerado como
contaminante, ya que forman parte de la composición natural del aire. Sin
embargo, entre ellos aparecen muchos que, habitualmente, se identifican como
contaminantes: el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, los óxidos de
nitrógeno y de azufre o el propio ozono. Esto es así cuando su concentración en
el aire supera sustancialmente la que corresponde al equilibrio natural de la
atmósfera, de forma que, cuando éste se altera, hablamos de contaminantes
atmosféricos.
El aire que respiramos, aun
en su estado más puro, contienen también partículas sólidas y liquidas en
suspensión, lo suficientemente pequeñas como para que su tiempo de permanencia
en la atmósfera sea importante. Muchas de estas partículas, llamadas aerosoles,
son emitidas por fuentes industriales o urbanas, aunque también pueden hallarse
de forma natural en la atmósfera. Una parte de ellas procede de reacciones
químicas entre los gases contaminantes.
El vapor de agua representa
aproximadamente el 4% en volumen del aire situado cerca del suelo; es resultado
de la evaporación de las aguas superficiales de océanos y mares y de la
transpiración de las plantas. Sin embargo, su bajo peso molecular hace que sea
transportado con relativa facilidad hacia arriba por las corrientes
ascendentes, hasta una altura máxima de 10-12 km sobre la superficie terrestre,
franja en la que la turbulencia es más efectiva. A alturas superiores la
concentración de vapor de agua en el aire es prácticamente nula.
¿Podemos considerar al aire
como un gas perfecto?
Si prescindimos del vapor
de agua —dado su bajo tiempo de permanencia en la atmósfera (del orden de 10
días)—, de todos los gases que forman parte de la composición del aire en muy
pequeña proporción y de las posibles impurezas presentes en el mismo, podemos
hablar de aire seco o aire puro con una composición fija hasta alturas de 16
km:
—
N2: 755,5 g/kg. aire seco.
—02: 231,4g/kg. aire seco.
— Ar: 13,1 g/kg. aire seco.
El hecho de que estos gases
se hallen en unas condiciones de presión y temperatura muy alejadas de las
críticas para cada uno de ellos, hace que podamos identificar el aire seco con
un gas perfecto a la hora de describir la evolución térmica de la atmósfera. El
efecto del vapor de agua en el aire es mínimo mientras no se den condiciones
que favorezcan su condensación.
Evolución termodinámica del
aire
La mezcla de los gases que
componen el aire atmosférico es muy homogénea hasta niveles muy altos, debido a
la agitación atmosférica. Esto quiere decir que los gases están perfectamente
mezclados entre sí, algo que no ocurriría si no existiera turbulencia, ya que
en este caso los gases más ligeros ascenderían más rápido que los más pesados y
el aire que respiraríamos los seres vivos estaría formado casi en exclusiva por
nitrógeno y oxígeno.
Una de las principales
características de la atmósfera desde el punto de vista termodinámico es que la
temperatura del aire desciende, en general, con la altura. No obstante, existen
estratos en los que ocurre exactamente lo contrario; son las denominadas
inversiones térmicas, que se caracterizan por una gran estabilidad que impide
las corrientes verticales y los movimientos turbulentos (favorecen, por tanto,
la concentración de contaminantes por debajo de ellas).
Aire frío y cálido. Su
influencia en el comportamiento de la atmósfera: Una masa de aire frío es
aquella que se halla a temperatura inferior que el suelo sobre el que se
encuentra. Normalmente proviene de latitudes altas y. por tanto, según
evoluciona hacia latitudes más bajas se va calentando. Se trata de una masa de
aire inestable, en la que se desarrollan con facilidad corrientes verticales
convectivas como resultado del calor que absorben del suelo, y también
corrientes turbulentas. El efecto de estas corrientes es la dispersión por toda
la masa de aire del vapor de agua y de las partículas de polvo procedentes del
suelo. Por eso, las capas bajas de la atmósfera quedan limpias de impurezas y
proporcionan una gran visibilidad.
Por el
contrario, una masa de aire cálido posee mayor temperatura que el suelo sobre
el que se halla, ya que normalmente procede de bajas latitudes y evoluciona
hacia las más altas. Al estar el suelo más frío, las capas más bajas de la masa
de aire se enfrían antes que las superiores, por lo que suele producirse una
«inversión de tierra», es decir, una inversión térmica junto al suelo, en la
que la temperatura del aire aumenta con la altura. Las corrientes verticales en
estas capas, por tanto, quedan impedidas, lo que hace que se acumulen el vapor
de agua y las partículas de polvo en la zona más próxima al suelo, dificultando
la visibilidad.
En primavera ocurre que, aunque el aire no procede de
latitudes frías, se comporta como una masa fría por efecto de la radiación
solar, que empieza a ser cada vez más fuerte y hace que el suelo se caliente
antes que el aire. Por eso suelen darse días muy claros y limpios en esta época
del año. Por el contrario, las nieblas son características del otoño, debido al
fenómeno opuesto: al decrecer la radiación solar, el suelo se enfría antes que
el aire que se halla sobre él, por lo que éste se comporta como una masa cálida
aunque no provenga de latitudes bajas. La inversión térmica que se produce hace
que se acumule el vapor de agua, dando origen a la niebla.
Propiedades físicas del aire
• Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la incorporación de calor.
• Contracción: Reducción de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un límite y el aire tiende a expandirse después de ese límite.
• Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración sin gasto de energía.
• Presión atmosférica: Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos.
• Volumen: Es el espacio que ocupa el aire.
• Masa
• Densidad
Propiedades químicas del aire
Actualmente se conoce con bastante exactitud la composición del aire. Éstos pueden ser divididos en:
• Componentes fundamentales: nitrógeno (78,1%) y el oxígeno (20,9%).
• Componentes secundarios: gases nobles y dióxido de carbono (1%).
• Contaminantes: Monóxido de nitrógeno, ozono, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amoníaco y monóxido de carbono.
• Componentes universales: agua (en sus 3 estados) y polvo atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos, etc.). Las proporciones de vapor de agua varían según el punto geográfico de la tierra.
Las proporciones de estos gases se pueden considerar exactas más o menos a 25 km de altura.
¿La presión del aire aumenta con la temperatura?
El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión (fuerza por unidad de superficie) sobre todos los objetos que se encuentran inmersos en ella.
Esta presión es directamente proporcional con la temperatura, es decir, a mayor presión, mayor temperatura y viceversa, porque al aumentar la temperatura las moléculas poseen mayor agitación térmica (se mueven más rápido; tienen mayor energía cinética) lo que se traduce en un mayor número de choques entre ellas y contra las paredes del recipiente, aumentando así la fuerza por unidad de superficie.
¿Por qué un globo inflado se “chupa” en un matraz que posee 200 ml de agua en ebullición?
El agua que está hirviendo está pasando del estado líquido al gaseoso.
Estas moléculas en forma de vapor de agua penetran en el interior del globo donde se hallan las moléculas de aire.
Como están a mayor temperatura que lo normal, el volumen del gas se encuentra dilatado, es decir, ha aumentado su volumen.
Sin embargo, cuando se enfría, los gases se contraen y disminuyen su volumen, provocando que el globo se “chupe”
¿Cómo se relaciona el aire con la presión interna y la externa?
La atmósfera es una capa de gases que rodea a nuestro planeta. Esta capa de gases está constituida por el aire, el cual, como ya se dijo anteriormente, es una mezcla de gases que ejerce una presión sobre todos los objetos que se encuentran inmersos en ella, porque tiene peso.
Esta presión se llama Presión atmosférica y alcanza su máximo valor a nivel del mar: 1.033 kilogramos por centímetro cuadrado de superficie y disminuye a medida que se aleja del mar.
La presión atmosférica se expresa en la unidad de presión llamada atmósfera.
Las moléculas del aire se dilatan cuando el movimiento molecular aumenta, y se contraen cuando el movimiento disminuye.
La causa del movimiento molecular se debe a la temperatura. Todo esto se traduce en la presión interna entre las moléculas.
¿Ejerce el aire presión hacia arriba?
La presión es la fuerza que un cuerpo ejerce por cada unidad de superficie de apoyo. En el caso de la atmósfera, el cuerpo que ejerce la fuerza sobre la superficie terrestre es el aire, y como gas ejerce esa presión en todas direcciones, también hacia arriba.
Aire: factores que lo influyen
Tres son los factores que influyen en las variaciones del aire sobre la atmósfera: la temperatura, la presión atmosférica y la humedad.
La temperatura
El sol emite radiación, la cual se propaga por el espacio y llega finalmente a la Tierra.
Un porcentaje de la energía es absorbida por la tierra y esta, a su vez, la refleja y calienta las primeras capas de la atmósfera.
En este nivel, la presencia de CO2 y vapor de agua permiten mantener una temperatura adecuada en el aire, evitando que la energía se disperse a capas superiores.
Propiedades físicas del aire
• Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la incorporación de calor.
• Contracción: Reducción de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un límite y el aire tiende a expandirse después de ese límite.
• Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración sin gasto de energía.
• Presión atmosférica: Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos.
• Volumen: Es el espacio que ocupa el aire.
• Masa
• Densidad
Propiedades químicas del aire
Actualmente se conoce con bastante exactitud la composición del aire. Éstos pueden ser divididos en:
• Componentes fundamentales: nitrógeno (78,1%) y el oxígeno (20,9%).
• Componentes secundarios: gases nobles y dióxido de carbono (1%).
• Contaminantes: Monóxido de nitrógeno, ozono, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amoníaco y monóxido de carbono.
• Componentes universales: agua (en sus 3 estados) y polvo atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos, etc.). Las proporciones de vapor de agua varían según el punto geográfico de la tierra.
Las proporciones de estos gases se pueden considerar exactas más o menos a 25 km de altura.
¿La presión del aire aumenta con la temperatura?
El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión (fuerza por unidad de superficie) sobre todos los objetos que se encuentran inmersos en ella.
Esta presión es directamente proporcional con la temperatura, es decir, a mayor presión, mayor temperatura y viceversa, porque al aumentar la temperatura las moléculas poseen mayor agitación térmica (se mueven más rápido; tienen mayor energía cinética) lo que se traduce en un mayor número de choques entre ellas y contra las paredes del recipiente, aumentando así la fuerza por unidad de superficie.
¿Por qué un globo inflado se “chupa” en un matraz que posee 200 ml de agua en ebullición?
El agua que está hirviendo está pasando del estado líquido al gaseoso.
Estas moléculas en forma de vapor de agua penetran en el interior del globo donde se hallan las moléculas de aire.
Como están a mayor temperatura que lo normal, el volumen del gas se encuentra dilatado, es decir, ha aumentado su volumen.
Sin embargo, cuando se enfría, los gases se contraen y disminuyen su volumen, provocando que el globo se “chupe”
¿Cómo se relaciona el aire con la presión interna y la externa?
La atmósfera es una capa de gases que rodea a nuestro planeta. Esta capa de gases está constituida por el aire, el cual, como ya se dijo anteriormente, es una mezcla de gases que ejerce una presión sobre todos los objetos que se encuentran inmersos en ella, porque tiene peso.
Esta presión se llama Presión atmosférica y alcanza su máximo valor a nivel del mar: 1.033 kilogramos por centímetro cuadrado de superficie y disminuye a medida que se aleja del mar.
La presión atmosférica se expresa en la unidad de presión llamada atmósfera.
Las moléculas del aire se dilatan cuando el movimiento molecular aumenta, y se contraen cuando el movimiento disminuye.
La causa del movimiento molecular se debe a la temperatura. Todo esto se traduce en la presión interna entre las moléculas.
¿Ejerce el aire presión hacia arriba?
La presión es la fuerza que un cuerpo ejerce por cada unidad de superficie de apoyo. En el caso de la atmósfera, el cuerpo que ejerce la fuerza sobre la superficie terrestre es el aire, y como gas ejerce esa presión en todas direcciones, también hacia arriba.
Aire: factores que lo influyen
Tres son los factores que influyen en las variaciones del aire sobre la atmósfera: la temperatura, la presión atmosférica y la humedad.
La temperatura
El sol emite radiación, la cual se propaga por el espacio y llega finalmente a la Tierra.
Un porcentaje de la energía es absorbida por la tierra y esta, a su vez, la refleja y calienta las primeras capas de la atmósfera.
En este nivel, la presencia de CO2 y vapor de agua permiten mantener una temperatura adecuada en el aire, evitando que la energía se disperse a capas superiores.
Se deduce que la temperatura
atmosférica corresponde al mayor o menor cantidad de calor que se transfiere a
la atmósfera.
Factores
La temperatura es modificada por tres factores:
1. La latitud: siempre la temperatura del aire en la línea del Ecuador será mayor, ya que los rayos solares en este punto caen más perpendiculares y, por lo tanto, el grado de absorción por la tierra también es mayor. Desde este punto hacia los Polos, la temperatura disminuye, ya que los rayos solares llegan más inclinados.
2. La altitud: la temperatura de la atmósfera va disminuyendo a medida que se establece mayor distancia respecto de la tierra. Esto se debe al hecho de que las capas de la troposfera se van calentando desde lo más cercano a la tierra, hacia arriba. Por ejemplo, en la cima de una montaña, la temperatura siempre va a ser menor que en la base de ella.
3. Cercanía al mar: la temperatura atmosférica no sufre grandes variaciones, porque el agua se calienta y enfría más lentamente que la tierra.
La presión atmosférica
La presión atmosférica es otro de los elementos que influye en las características y condiciones del aire. Corresponde a la fuerza que ejerce el peso del aire sobre los cuerpos o superficies de la Tierra.
Los factores que modifican la presión son varios:
Altura: a mayor altura existe una menor presión. Esto se explica porque a mayor altura, existe una cantidad inferior de moléculas, es decir, el aire es menos denso. Por esta menor densidad, el peso del aire es menor, por lo tanto, allí la atmósfera ejerce menor presión. Un hecho común donde se puede detectar esta variación, es en la ebullición de los líquidos, a distinta altura. Por ejemplo: si se toma una cantidad de agua y se hierve en Santiago, esto demora un tiempo determinado; pero si la misma cantidad se hierve en una ciudad que está a 3.000 metros de altura, el tiempo será menor. Esto se basa en que en la ebullición de un líquido se debe lograr cierta presión y esta debe igualar o superar el valor de la presión atmosférica.
Factores
La temperatura es modificada por tres factores:
1. La latitud: siempre la temperatura del aire en la línea del Ecuador será mayor, ya que los rayos solares en este punto caen más perpendiculares y, por lo tanto, el grado de absorción por la tierra también es mayor. Desde este punto hacia los Polos, la temperatura disminuye, ya que los rayos solares llegan más inclinados.
2. La altitud: la temperatura de la atmósfera va disminuyendo a medida que se establece mayor distancia respecto de la tierra. Esto se debe al hecho de que las capas de la troposfera se van calentando desde lo más cercano a la tierra, hacia arriba. Por ejemplo, en la cima de una montaña, la temperatura siempre va a ser menor que en la base de ella.
3. Cercanía al mar: la temperatura atmosférica no sufre grandes variaciones, porque el agua se calienta y enfría más lentamente que la tierra.
La presión atmosférica
La presión atmosférica es otro de los elementos que influye en las características y condiciones del aire. Corresponde a la fuerza que ejerce el peso del aire sobre los cuerpos o superficies de la Tierra.
Los factores que modifican la presión son varios:
Altura: a mayor altura existe una menor presión. Esto se explica porque a mayor altura, existe una cantidad inferior de moléculas, es decir, el aire es menos denso. Por esta menor densidad, el peso del aire es menor, por lo tanto, allí la atmósfera ejerce menor presión. Un hecho común donde se puede detectar esta variación, es en la ebullición de los líquidos, a distinta altura. Por ejemplo: si se toma una cantidad de agua y se hierve en Santiago, esto demora un tiempo determinado; pero si la misma cantidad se hierve en una ciudad que está a 3.000 metros de altura, el tiempo será menor. Esto se basa en que en la ebullición de un líquido se debe lograr cierta presión y esta debe igualar o superar el valor de la presión atmosférica.
Temperatura: cada vez que las masas de aire se calientan por un
aumento de la temperatura, se hacen menos densas y esto determina que el aire
ascienda, provocando una disminución en la presión atmosférica. Este fenómeno
provoca zonas de la atmósfera con mayor presión y otras de menor, generándose
movimientos de aire, es decir, los vientos.
Humedad
Es el tercer factor que hace variar a la atmósfera. Corresponde a la cantidad de vapor de agua que existe en la atmósfera. La humedad del aire es variable y depende fundamentalmente del grado de evaporación de los océanos u otras fuentes de agua. Disminuye con las lluvias o precipitaciones.
La humedad del aire está relacionada
con la temperatura. Si la temperatura es mayor, más humedad se retendrá en la
atmósfera.
La humedad atmosférica es determinante para la cantidad y distribución de los seres vivos sobre la tierra.
La humedad atmosférica es determinante para la cantidad y distribución de los seres vivos sobre la tierra.
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, estratosfera, mesosfera y termosfera.
Las divisiones entre una
capa y otra se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa..
Troposfera
Sus principales
características son:
·
Su espesor alcanza desde la superficie terrestre
(tanto terrestre como acuática o marina) hasta una altitud variable entre los 6
km en las zonas polares y los 18 o 20 km en la zona intertropical. Esto es
debido, en los polos, a la fuerza centrípeta que causa el movimiento de rotación
terrestre, mientras que en la zona intertropical se debe a la fuerza centrífuga que causa dicha rotación.
·
A medida que se sube, disminuye la temperatura en la
troposfera, salvo algunos casos de inversión térmica que siempre se deben a causas locales o
regionalmente determinadas.
·
En la troposfera suceden los fenómenos que componen lo
que llamamos tiempo meteorológico.
·
La capa inferior de la troposfera se denomina la capa
geográfica, que es donde se producen la mayor proporción de fenómenos
geográficos, tanto en el campo de la geografía física como en el campo de lageografía humana.
·
La temperatura mínima que se alcanza al final de la
troposfera es de -50 °C aprox.
·
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 capa 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 ionosfera es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. Se encuentra
encima 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 la radiación 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.
Funciones
de la atmósfera
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, originado dímeros 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.
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 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.
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 escapan continuamente
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.
Se pueden establecer
diferentes etapas evolutivas de la atmósfera según su composición:
Origen
Su origen se produce por:
·
Enfriamiento de la Tierra.
·
Formación de la atmósfera primitiva.
·
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.
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):
·
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
·
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.
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