La baja atmósfera

La capa más baja de la atmósfera, conocida como troposfera, se extiende de la superficie desde la superficie de la Tierra hasta más allá de las nubes que se pueden ver normalmente. En esta zona de la atmósfera, el aire es más frío a medida que la altitud es mayor. Entre la troposfera y la siguiente capa de la atmósfera, la estratosfera, está la tropopausa. La tropopausa es simplemente el punto de mínima temperatura entre las dos capas, y su altitud varía alrededor de la Tierra. La tropopausa suele estar a unos ocho kilómetros del suelo en las regiones polares y a unos 15-18 kilómetros de altura en los trópicos.

Vapor de agua

Si definimos la composición del aire, nos referimos al aire que no contiene agua. Si excluímos el agua, la composición del aire es prácticamente igual en todo el mundo. La cantidad de agua en el aire varía enormemente y depende en gran medida de la temperatura del aire. El aire frío tiene realmente un 0.1% de agua mientras que el aire caliente puede contener mucha más agua, hasta un 4% de su peso. En el Polo Norte y el Polo Sur, así como en la alta troposfera, donde hace mucho frío, el aire contiene hasta 30 gramos de agua por kilogramo de aire. Esta enorme variación hace que sea tan difícil incluir el agua en los modelos climáticos globales.

Tenemos que tener en mente unas cuantas reglas para entender los procesos básicos en la baja atmósfera:

1) El aire caliente asciende. Esto es por lo que se mezcla el aire por la mañana, cuando el Sol calienta el suelo.
2) El agua se evapora y asciende a regiones más altas (y más frías) con el aire ascendente.
3) El aire frío no puede absorber mucha agua. Se condensa, forma nubes y puede empezar a llover.
4) En la tropopausa se da la temperatura mínima. El agua y el aire dejan de ascender. Sólo una pequeña fracción de agua y otros químicos de la troposfera, pueden cruzar la tropopausa llegando a la estratosfera.

Como consecuencia: en la troposfera tienen lugar la meteorología (evaporación, formación de nubes, lluvia, nieve) y la mayoría de los procesos químicos de los compuestos procendentes de los océanos, la tierra y las actividades del hombre.

El Efecto Invernadero y el calentamiento global

No sería posible la vida en la Tierra, si no se diera un efecto invernadero natural. Sin los gases de efecto invernadero, la Tierra sería 33ºC más fría y la temperatura media sería -18ºC en vez de 15ºC. El vapor de agua y el dióxido de carbono son los principales gases de efecto invernadero. El vapor de agua causa cerca del 60% del efecto invernadero natural, el dióxido de carbono, cerca del 20%. Los gases de efecto invernadero retienen el calor que emite la Tierra y lo mantienen cerca de la superficie. La siguiente imagen muestra cómo se controla el sistema de "calefacción central" de nuestro planeta.

4. La energía del mundo y el sistema de radiación
autor: Elmar Uherek

(1) El Sol es la fuente de toda la energía que llega a la Tierra.
(2) La luz del sol llega a toda la superficie de la Tierra.
(3) La superficie de la tierra no absorbe toda la energía solar. Parte de ella se refleja directamente de vuelta al espacio. Las superfices de colores muy claros (por ejemplo, hielo y nieve) son unos excelentes reflectores.
(4) Parte de la luz solar se refleja de vuelta al espacio por la superficie de las nubes.
(5) Los gases y las partículas de aire absorben la luz solar.
(6) La superfice de la Tierra absorbe la radiación procedente del sol. Esta radiación es reemitida en forma de calor (raduación infrarroja de onda larga), calentando la Tierra. 
(7) Se necesita una pequeña parte de la energía absorbida para que el agua se evapore.
(8) Una pequeña cantidad de radiación infrarroja va directamente al espacio.
(9) Las nubes no sólo reflejan la luz solar, sino que también absorben la radiación de calor emitida por la Tierra. Un cielo nuboso mantiene caliente la Tierra, como una manta.
(10) Existen partículas y gases en el aire que absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie de la Tierra. Los gases se llaman gases de efecto invernadero, debido a que retienen la energía de calor cerca del suelo.

¿Qué gases actúan como gases de efecto invernadero y qué provoca el aumento de este efecto?

Los gases de efecto invernadero más importantes afectados por la actividad del hombre:

- el dióxido de carbono (CO₂) procede principalmente de la quema de combustibles fósiles.
- el metano (CH₄) lo producen las vacas, ovejas y otros rumiantes y se emite en arrozales,  verterderos y yacimientos petrolíferos.
- los clorofluorocarbonos (CFC's) se utilizan en los sistemas de refrigeración como propulsores, espumas y agentes de limpieza..
- el ozono troposférico (O₃) procede principalmente de la industria y el tráfico.
- el óxido nitroso (N₂O) se produce durante la actividad microbiana en suelos y las emisiones aumentan cuando se abonan los suelos.

Química

Las principales reacciones químicas tienen lugar en la troposfera. Los quimicos proceden de numerosas fuentes, incluyendo industria, vehículos y océanos. Casi todos los compuestos orgánicos (con carbono) en la troposfera reaccionan con una o más de las siguientes especies. Son los principales oxidantes atmosféricos y limpian el aire de compuestos químicos perjudiciales..

• el radical hidroxilo - OH
• el radical nitrato - NO₃
• y ozono - O₃.

Los radicales hidroxilos se forman por la acción de la luz del sol y son extremadamente reactivos, por lo que no existen durante mucho tiempo en la atmósfera. Como reaccionan con casi todos los demás compuestos químicos, se conocen como el detergente de la atmósfera. Los radicales nitrato se forman en la oscuridad y se destruyen con el sol. Éstos, por tanto, limpian la atmósfera durante la noche. Para formar estos compuestos y el ozono, se necesitan tres "ingredientes": oxígeno, luz del sol y los óxidos de nitrógeno, óxido nitroso (NO) y dióxido de nitrógeno (NO₂). Estos dos compuestos se conocen en conjunto como NOx. 

Smog de ozono

En la troposfera pueden darse altas concentraciones de ozono durante el smog de ozono.  El hecho de que el ozono sea perjudicial para la salud del hombre y para las plantas, han aparecido numerosos estudios para averiguar cómo se forma.

7. Formación del smog de ozono
autor: Elmar Uherek - ¡Pincha en la imagen para verla más grande! (100 K)

Echa un vistazo al tema BAJA ATMÓSFERA en la Enciclopedia del Clima para obtener más información sobre el Efecto Invernadero, el ozono troposférico y otros temas incluyendo los incendios forestales.

Sobre esta página:

autor: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
última publicación: 2004-06-10