La Atmósfera

El aire que nos rodea

Aunque no puedes verlo, el aire está formado por materia. Como muestran los paracaidistas, puedes moverte en el aire de la misma forma que lo harías en el agua. La resistencia es mucho más pequeña, pero existe. El aire que nos rodea, está formado por innumerables moléculas y átomos suspendidos en el espacio vacío. Estas moléculas y átomos interaccionan con la radiación del sol y entre ellas, dando lugar a reacciones químicas. Hay moléculas más grandes que también pueden pegarse entre ellas formando partículas pequeñas. Las moléculas de agua se pueden condensar en estas partículas formando las gotitas de las nubes. Si se forman más y más gotitas y crecen, pueden crear al final, las nubes que aparecen en el cielo.

Composición

Sin incluir el agua, el aire que nos rodea está formado por:

78.08 % nitrogeno (N₂)
20.95% oxígeno (O₂)
0.93% argón

Estos tres gases, forman el 99.9% del aire seco. ¿Has oído algo alguna vez sobre el dióxido de carbono, metano, ozono, hidrocarburos y otros gases del aire? El dióxido de carbono es el más abundante de estos gases y forma el 0.037% del aire. Todos los demás gases se encuentran en menores cantidades. Para cada millón de moléculas de aire, encontrarás generalmente menos de una molécula de esos gases. A pesar de ello, son importantísimos para nuestro clima.

Dimensión de la atmósfera

Mirando al cielo, podemos estimar fácilmente el espesor de la atmósfera, que se trata realmente de una capa muy fina sobre la Tierra. Si viajamos en un avión a una altura entre 11 y 12 km (entre la troposfera y la estratosfera), cerca del 75% de las moléculas de aire están por debajo de nosotros. Esto significa que una capa atmosférica, menor de una milésima parte del radio de la Tierra (12.800 km), contiene tres cuartas partes de la masa total de la atmósfera. En comparación, esto sería como una capa de nieve, menor de un centímetro de espesor sobre un edificio de cuatro plantas. En dicha capa, se forman las nubes y tiene lugar nuestra meteorología.

El perfil de las temperatura y capas atmosféricas

No podemos ver las capas de la atmósfera con nuestros propios ojos, pero podemos medir algunos cambios en las temperaturas, si vamos desde la superficie de la Tierra a zonas de mayor altitud. Estos cambios de temperatura, definen las capas de la atmósfera:

En la troposfera, capa más baja de la atmósfera, las temperaturas disminuyen con la altura.
En la estratosfera, la siguiente capa más alta, la temperatura aumenta con la altura.
Sobre la estratosfera está la mesosfera, en la que la termperatura disminuye con la altura.
La termosfera es la capa más alta de la atmósfera, y en ella su temperatura aumenta con la altura.

Entre todas las capas existen determinados puntos en los que cambia la tendencia de la temperatura. Se denominan "-pausas". Así, entre la troposfera y la estratosfera se encuentra la tropopausa. Sobre la estratosfera está la estratopausa. La meospausa se encuentra entre la mesosfera y la termosfera y se trata del punto más frío de la atmósfera. ¡Las temperaturas pueden llegar a  -100 ^oC!

Al contrario que la temperatura, la presión y la densidad del aire disminuyen continuamente con la altitud, ya que el aire va disminuyendo. Para un determinado volumen de aire, habrá 1.000 moléculas de oxígeno si se encuentra cerca de la superficie terrestre, pero a una altitud de 50 km, sólo habrá una molécula de oxígeno.

Interacción de la luz y el aire

La energía del sol es absorbida por la superficie de la Tierra, en concreto por los continentes y más aún, por los océanos. Transforman tal energía en calor y, por ello, cuanto más lejos nos encontramos del nivel del mar, más baja será la temperatura. Este proceso es el que controla la tendencia de la temperatura en la troposfera, la capa más baja de nuestra atmósfera. 

¿Qué hace que cambie el sentido de esta tendencia de temperatura en la estratosfera? El aire puede calentarse si las moléculas de aire son capaces de absorber energías por sí mismas. En la estratosfera, las moléculas de ozono, de la capa de ozono, son las que absorben la energía. Las propiedades de tales moléculas son importantísimas para nuestro clima. La cantidad de energía que absorbe una  molécula depende de la propia molécula y de la longitud de onda (energía) de la luz.

La animación de la derecha muestra tres ejemplos:

• Las microondas sólo tienen un poco de energía. Hacen que las moléculas roten, pero no rompen sus enlaces químicos.
• La radiación Infrarroja (IR) es un poco más fuerte. Hace que las moléculas vibren. Los átomos oscilan y cambia la longitud de enlace.  Esto ocurre cuando los gases de efecto invernadero absorben la radiación de calor emitida por la superficie terrestre.
• La luz ultravioleta (UV) tiene incluso más energía y puede romper los enlaces químicos. Esto es lo que ocurre si el ozono de la capa de ozono absorbe la energía del sol.
  

Cuando el ozono de la estratosfera absorbe de la energía del sol, ésta se conserva en dicha capa, razón por la que aumenta la temperatura con la altitud. Esto es similar al proceso que tiene lugar en la termosfera, pero en ésta son el oxígeno y el nitrógeno los que absorben aún más radiación energética del sol. La radiación es tan energética que no sólo rompe los enlaces sino que también hace que se carguen los átomos y las moléculas conocidas como iones. Esto es por lo que esta capa también se conoce como ionosfera.

Sobre esta página:

autor: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
última publicación: 2004-07-13