ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

La presión en un cierto punto corresponde a la fuerza (peso) que la columna atmosférica sobre ese lugar ejerce por unidad de área, debido a la atracción gravitacional de la Tierra. La unidad utilizada para la presión atmosférica se denomina hectopascal (hPa) o milibar (mb) y corresponde a una fuerza de 100 Newton por metro cuadrado.

La presión atmosférica promedio a nivel del mar es ligeramente superior a 1000 hPa, lo que corresponde a una fuerza cercana a 10 toneladas por metro cuadrado (1 Kg por cm2). Como la atmósfera es compresible, el efecto de la fuerza gravitacional hace que su densidad (masa por unidad de volumen) disminuya con la altura, lo cual a su vez explica que la disminución de la presión con la altura no sea lineal.

 

CAPAS DE LA ATMÓSFERA SEGÚN SU COMPOSICIÓN

Según su composición química, la atmósfera se divide en dos grandes capas: homosfera y heterosfera.

 

HOMOSFERA

Comprende los primeros 80 kms y aunque la densidad del aire disminuye rápidamente con la altura, la proporción de los distintos gases, con la excepción del ozono y el vapor de agua que son variables, es bastante uniforme, pues hay mecanismos efectivos de mezcla turbulenta.

 

HETEROSFERA

Se extiende desde los 80-90 kms hasta el límite exterior de la atmósfera y tiene una composición heterogénea. En esta capa predominan los mecanismos de difusión sobre los de mezcla lo que determina que loas moléculas se acumulen en función de las fuerzas gravitacionales y su peso molecular. Las más pesadas se sitúan en las zonas más bajas mientras que las más ligeras, caso del H, pueden extenderse hasta miles de kilómetros de altura.

- Capa de nitrógeno molecular (N2) acompañada de oxígeno molecular (O2) y atómico (O): entre 80 y 200 kms
- Capa de oxígeno atómico (O): entre 200 y 1.100 kms
- Capa de Helio: entre 1.100 y 3.500 kms
- Capa de hidrógeno atómico (H): entre 3.500 y 10.000 kms

 

 

CAPAS DE LA ATMÓSFERA SEGÚN LA TEMPERATURA

 

La variación de la temperatura en la atmósfera permite establecer diferentes capas

 

TROPOSFERA

El término Troposfera viene del griego tropos que significa 'girar', o sea, 'la capa que gira'; esto porque la troposfera es la región atmosférica caracterizada por movimientos convectivos y de mezcla. La troposfera contiene el 75 % de la masa total de la atmósfera, en ella se presentan los fenómenos meteorológicos y biológicos de mayor importancia para el ser humano. Tiene las siguientes características principales:

a) la temperatura decrece con la altura a una razón del orden de 6,5°C/km en una atmósfera húmeda (trópicos) y a una razón del orden de 10°C/km en una atmósfera seca (desiertos): gradiente térmico vertical (GVT)

b) el viento aumenta con la altura, alcanzando valores máximos aproximadamente a los 10 km (200 mb), en las latitudes medias;

c) contiene virtualmente el total del vapor de agua atmosférico; a mayores alturas, el vapor de agua es rápidamente disociado por la radiación solar.

El límite superior se conoce como la tropopausa y puede presentarse como una inversión o una capa isotérmica, la que forma una barrera a todos los procesos convectivos y de mezcla, que dan origen al tiempo meteorológico.

La tropopausa es variable en tiempo y espacio, observándose variaciones importantes de su altitud en latitud y estacionalmente. Por ejemplo en el ecuador, la temperatura al nivel de la tropopausa tiene un valor de cerca de -80°C, mientras que en los polos la temperatura es de solo -60°C; esto, aparentemente contradictorio, se explica por el hecho de que en el ecuador, la altura de la troposfera llega a unos 15 km, mientras que en los polos es del orden de 9 km.

Algunas discontinuidades importantes se observan en la tropopausa en las regiones cercanas a las 'corrientes de chorro', polar (60°N) y subtropical (30°N) y en el ecuador (0°). Además se observan variaciones importantes entre verano e invierno. Tanto la altura como la temperatura observada de la tropopausa tienen su explicación en la radiación terrestre, y en los procesos termodinámicos y dinámicos de la atmósfera

 

ESTRATOSFERA

La palabra estratosfera se deriva del vocablo en latín stratum que significa 'capa estratificada'; en ella la temperatura aumenta uniformemente con la altura y no se observan procesos convectivos, pues la estratosfera es altamente estable e inhibe la convección y la mezcla turbulenta de los constituyentes atmosféricos. Esta se extiende desde la tropopausa hasta cerca de los 50 km en la región llamada estratopausa. Sus características principales son:

a) En la baja estratosfera (hasta los 25 km) la temperatura aumenta gradualmente o se mantiene constante; arriba de este nivel la temperatura aumenta hasta alcanzar valores en el rango de 10 a 15°C;

b) Los vientos decrecen con la altura en la baja estratosfera, para después aumentar en la alta estratosfera, siendo principalmente vientos del este en verano y del oeste durante invierno, esto debido al cambio estacional de la circulación atmosférica;

c) La estratosfera es muy seca, sin nubes ni fenómenos meteorológicos propios de la troposfera (excepto las nubes irisadas)

Nubes irisadas o nacaradas que se producen en la estratosfera

 

d) contiene grandes concentraciones de ozono, constituyente vital para la vida en la tierra, pues sirve como filtro de la radiación ultravioleta. La presencia del ozono, con una concentración máxima cercana a los 25 km (ozonosfera), es la razón principal para explicar el aumento de la temperatura en la estratosfera. La absorción de la radiación ultravioleta por el ozono da lugar a un calentamiento de la atmósfera, registrándose las máximas temperaturas a los 50 km de altura.

 

MESOSFERA

La mesosfera, que se deriva del vocablo griego meso que significa 'media', ocurre arriba de la estratosfera hasta una altura de cerca de 80 km.

La mesosfera se caracteriza por una disminución continua de la temperatura hasta un mínimo del orden de -90 °C en la región conocida como la mesopausa. Es en esta región donde se observan las temperaturas mas bajas de la atmósfera y se debe básicamente a la poca influencia tanto de la radiación solar como de la radiación terrestre. La circulación de los vientos de invierno aumenta con la altura a un valor máximo del orden de 300 km/h, a una altura de 70 km.

Vista de la mesosfera

 

Las características principales son:

a) Se observan nubes noctilucentes a una altura aproximada de 80 - 100 km, principalmente en el hemisferio de verano.

b) Se observan grandes variaciones entre verano e invierno. La temperatura es mayor en invierno que en verano;

c) Se observa una considerable variabilidad diaria y semanal en la estructura vertical de la temperatura.

 

TERMOSFERA (IONOSFERA)

En la termosfera la temperatura aumenta con la altura. En esta capa la densidad del aire es muy baja y está compuesta principalmente por moléculas de Nitrógeno y oxígeno, predominando el oxígeno atómico por arriba de los 200 km.

En esta región la temperatura aumenta continuamente desde -90 °C hasta los 1200 °C, esto debido principalmente a la capacidad del oxígeno atómico de absorber la radiación solar de alta energía (con longitud de onda menor de 0,2 μm). Por abajo de la termosfera, los gases ligeros no son tan importantes en cuanto al peso molecular del aire; sin embargo, en la termosfera la disociación del oxígeno y los procesos de difusión molecular hacen muy importante la presencia de los gases ligeros. Las principales características de esta capa son:

a) Se observa una gran disociación de los principales constituyentes, N2 y O2

b) El aumento continuo de la temperatura está asociado a la absorción de radiación electromagnética solar y a la disociación y a la ionización de los constituyentes atmosféricos, principalmente por el oxígeno atómico

c) La termosfera es principalmente calentada por la radiación ultravioleta de alta energía

d) Por encima de los 200 km la atmósfera se hace casi-isoterma durante la noche, cuando desaparece la radiación solar.

Los científicos consideran a la ionósfera una extensión de la termósfera. La ionósfera representa menos de 0,1% de la masa total de la atmósfera de la Tierra. Y a pesar de que es una parte mucho más pequeña, y es de suma importancia.

 

Diferentes partes de la ionósfera hacen posible que la comunicación por radio a larga distancia sea posible, gracias a que esta capa permite la reflexión de las ondas de radio hacia la Tierra.

También es la capa en la que se forman las auroras (boreales y australes) y de las corrientes de megaamperios que calientan a la atmósfera en latitudes elevadas durante temporadas geomagnéticamente activas.

Aurora boreal en la ionosfera

 

EXOSFERA

Es el límite de la atmósfera con el espacio exterior y se localiza a partir de los 500 Km de altitud; se explora de manera continua mediante satélites artificiales para conocer mayor detalles de su composición.

Vista de la Tierra desde el espacio con la Estación Espacial Internacional en el centro de la imagen.

 

Se extiende hasta una altura en la que la densidad atmosférica se iguala con la densidad del gas interespacial (aprox. 10.000 kms).

Es la esfera exterior y esta compuesta de partículas difusas de hidrógeno, oxígeno y helio; su influencia es escasa en los fenómenos meteorológicos.

 

 

MAGNETOSFERA

La Tierra tiene un campo magnético con polos Norte y Sur. El campo magnético de la Tierra está rodeado por una región llamada la magnetosfera. A medida que la Tierra rota, su núcleo caliente genera fuertes corrientes eléctricas que producen un campo magnético. Este campo alcanza 36.000 km en el espacio.

La magnetosfera previene que la mayoría de las partículas del Sol, que se trasladan con el viento solar, choquen contra la Tierra. Los vientos solares distorsionan la forma de la magnetósfera mediante la compresión de su frente, lo cual hace que se forme una larga cola del lado opuesto al Sol. A esta larga cola se le llama magnetocola.

 

Algunas partículas del viento solar pueden penetrar la magnetosfera. Estas partículas dan origen a los espectáculos de las auroras boreales

 

El Sol y otros planetas poseen magnetosferas, pero la Tierra tiene la más potente de todos los planetas terrestres.