8.- LA ATMÓSFERA
1.- COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA2.- FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
3.- LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
4.- LOS FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS
5.- EL TIEMPO Y EL CLIMA
6.- LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
8.-1.- COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Comenzó a formarse hace unos 4600 millones de años con el nacimiento de la Tierra. La mayor parte de la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero nuevos gases y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta.
La atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono(CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono pero con ausencia de oxígeno. Era una atmósfera ligeramente reductora hasta que la actividad fotosintética de los seres vivo introdujos oxígeno y ozono (a partir de hace unos 2 500 o 2000 millones de años) y hace unos 1000 millones de años la atmósfera llegó a tener una composición similar a la actual.
También ahora los seres vivos siguen desempeñando un papel fundamental en el funcionamiento de la atmósfera. Las plantas y otros organismos fotosintéticos toman CO2 del aire y devuelven O2, mientras que la respiración de los animales y la quema de bosques o combustibles realiza el efecto contrario: retira O2 y devuelve CO2 a la atmósfera
COMPOSICIÓN
Los gases fundamentales que forman la atmósfera son:
NITRÓGENO, N2. Es el más abundante de la atmósfera. Se caracteriza por ser un gas muy inerte (estable). Muy importante para la nutrición de las plantas.
OXÍGENO, O2 . Es el segundo gas más abundante, y es fundamental para la respiración de la mayoría de los seres vivos.
VAPOR DE AGUA, H2O. Su proporción es variable, y depende de la cantidad de agua que se evapora en cada zona de la superficie terrestre y de la temperatura del aire. Participa en la formación de las nubes.
DIÓXIDO DE CARBONO, CO2.Es necesario para la fotosíntesis de las plantas y es el producto de desecho de la respiración y de las reacciones de combustión. Retiene el calor de los rayos solares y contribuye a mantener la temperatura atmosférica adecuada para la vida.
OXÍGENO, O2 . Es el segundo gas más abundante, y es fundamental para la respiración de la mayoría de los seres vivos.
VAPOR DE AGUA, H2O. Su proporción es variable, y depende de la cantidad de agua que se evapora en cada zona de la superficie terrestre y de la temperatura del aire. Participa en la formación de las nubes.
DIÓXIDO DE CARBONO, CO2.Es necesario para la fotosíntesis de las plantas y es el producto de desecho de la respiración y de las reacciones de combustión. Retiene el calor de los rayos solares y contribuye a mantener la temperatura atmosférica adecuada para la vida.
| % (en vol) | |
| Nitrógeno | 78.084 |
| Oxígeno | 20.946 |
| Argón | 0.934 |
| CO2 | 0.033 |
Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos de nitrógeno, azufre, etc.
También hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos, NaCl del mar, etc. Muchas veces estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de nieblas (smog o neblumo) muy contaminantes.
| Materiales sólidos en la atmósfera (Partículas/cm3) | |
| Alta mar | 1000 |
| Alta montaña (más de 2000 m) | 1000 |
| Colinas (hasta 1000 m) | 6000 |
| Campos cultivados | 10 000 |
| Ciudad pequeña | 35 000 |
| Gran ciudad | 150 000 |
Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas.
Cúpula de polvo sobre una ciudad
Los componentes de la atmósfera se encuentran concentrados cerca de la superficie, comprimidos por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.
La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporción de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace más variable.
Estructura
Atendiendo a diferentes características la atmósfera se divide en:
- La troposfera, que abarca hasta un límite superior llamado tropopausa que se encuentra a los 9 Km en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua, por su cercanía a la hidrosfera. Por todo esto es la zona de las nubes y los fenómenos climáticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, etc. Es la capa de más interés para la ecología. En la troposfera la temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70ºC en su límite superior.
- La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite superior llamado estratopausa que se sitúa a los 50 kilómetros de altitud. En esta capa la temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/hora, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez, que es lo que sucede con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmósfera, entre los 30 y los 50 kilómetros, se encuentra el ozono que tan importante papel cumple en la absorción de las dañinas radiaciones de onda corta.
- La mesosfera (50-80 km), en esta capa se desintegran los pequeños meteoritos, produciendo las estrellas fugaces.
La mesosfera es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. La temperatura disminuye a medida que se sube, como sucede en la troposfera. Puede llegar a ser hasta de -90° C. ¡Es la zona más fría de la atmósfera!
La mesosfera empieza después de la estratosfera. A veces, se puede distinguir la mesosfera en la orilla de un planeta (como la banda azul en extremo derecho de la fotografía).
- La Termosfera (80 Km-500 Km). En ella se absorben los rayos solares más perjudiciales; esto provoca un aumento de la temperatura con la altitud, que puede llegar a ser de más de 1000ºC.
A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia con la actividad solar. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1,500° C y ¡hasta más altas!
La termosfera de la Tierra también incluye la región llamada ionosfera.
- La ionosfera y la magnetosfera se encuentran a partir de la estratopausa. En ellas el aire está tan enrarecido que la densidad es muy baja. Son los lugares en donde se producen las auroras boreales y en donde se reflejan las ondas de radio, pero su funcionamiento afecta muy poco a los seres vivos.
Estructura de la atmósfera
La Exosfera (500 Km- límite superior). La última capa de la atmósfera de la Tierra es la exosfera.
Esta es el área donde los átomos se escapan hacia el espacio.
La fotografía muestra la Tierra, su atmósfera (es muy probable que las nubes sean de la troposfera y de la estratosfera), el borde del planeta (la curva azul oscuro y la orilla que corresponden a la mesosfera y la termosfera), todo eso terminado por la exosfera (del azul más oscuro a negro) que se continúa en el espacio.
2.- FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
Entre las funciones que realiza la atmósfera se pueden destacar las siguientes:
- Hace posible la respiración, la combustión y la vida misma.
- Es un buen medio transmisor del sonido.
- Difunde la luz de tal manera que los lugares a la sombra no se encuentren totalmente oscuros.
- Por su fuerza de sustentación, hace posible el vuelo de las aves y también permite la elevación de globos llenos de gases ligeros.
- Ayuda a la agricultura, pues el suelo sin aire no es cultivable.
- Produce el movimiento del aire (viento) que produce olas y corrientes marinas, distribuye humedad, polen y semillas, y genera tornados y cicl
2.1.- La atmósfera regula la temperatura
La Atmósfera como reguladora de la temperatura:
Las radiaciones que llegan a la superficie terrestre son reemitidas a la atmósfera en forma de radiaciones infrarrojas que son absorbidas por el vapor de agua y CO2, principalmente. Estas moléculas reenvían la radiación hacia la superficie terrestre en forma de calor, provocando el calentamiento de la Atmósfera. A esto se le ha denominado efecto invernadero.
Las radiaciones que llegan a la superficie terrestre son reemitidas a la atmósfera en forma de radiaciones infrarrojas que son absorbidas por el vapor de agua y CO2, principalmente. Estas moléculas reenvían la radiación hacia la superficie terrestre en forma de calor, provocando el calentamiento de la Atmósfera. A esto se le ha denominado efecto invernadero.
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.
2.2.- La atmósfera como escudo
La atmósfera constituye un verdadero escudo para la Tierra frente a objetos y radiaciones procedentes del espacio.
- NOS PROTEGE DE LAS RADIACIONES SOLARES PERJUDICIALES (efecto filtro).
La atmósfera absorbe las radiaciones nocivas para la salud (rayos X, rayos gamma y rayos ultravioletas) y permite el paso de las radiaciones beneficiosas. Algunos gases de la atmósfera, son los que absorben estas radiaciones y las transforman en calor.
• NOS PROTEGE DEL IMPACTO DE METEORITOS. De no ser por la atmósfera, la superficie terrestre recibiría a diario el impacto de pequeños meteoritos. Estas rocas son atraídas por la gravedad terrestre y caen a nuestro planeta. Al entrar en contacto con la atmósfera se calientan y acaban desintegrándose sin llegar al suelo.
LA ATMÓSFERA Y LOS SERES VIVOS
• Además de mantener la temperatura agradable y de proteger la superficie terrestre de radiaciones perjudiciales y de meteoritos, la atmósfera es esencial para los seres vivos, pues estos utilizan algunos gases atmosféricos en sus procesos vitales. Por ejemplo: los seres que hacen la fotosíntesis utilizan el CO2 para fabricar sus nutrientes; casi todos los organismos utilizan el oxígeno para respirar.
· En ella se dan los fenómenos meteorológicos que condicionan la vida: Precipitaciones, vientos, heladas, etc.
3.- LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
3.1.- El descubrimiento de la presión atosférica
• En 1643, Torricelli tomó un tubo de vidrio de un metro de longitud y lo llenó de "plata viva" (mercurio). Manteniendo el tubo cerrado con un tapon (material de corcho), lo invirtió e introdujo en una vasija con mercurio. Al retirar el dedo comprobó que el metal descendía hasta formar una columna cuya altura era 13,6 veces menor que la que se obtenía al realizar el experimento con agua. Como sabía que el mercurio era 13,6 veces más pesado que el agua, dedujo que ambas columnas de líquido estaban soportadas por igual contrapeso, sospechando que sólo el aire era capaz de realizar dicha fuerza.
Demostró la existencia de la atmósfera , al calcular la presión que ejerce:
• La presión atmosférica es la presión ejercida por los gases que conforman la atmósfera en cualquier punto de la misma. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre y al aire, pero el término es extensible a la atmósfera de cualquier planeta o satélite y sus componentes.
Unidades de la presión atmosférica
• La atmósfera en la Tierra tiene una presión media de 1013,25 hectopascales (hPa) (o milibares (mbar)) al nivel del mar, medido en latitud 45º. La medida de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton por metro cuadrado (N/m²) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m² ó Pa.
1 atm = 101325Pa 1atm = 1013 mb
Al nivel del mar , decimos que la presión atmosférica normal es de 760 mmHg (milímetros de mercurio), cantidad que equivale a la unidad denominada atmósfera (atm):
1 atm= 760 mmHg
Cómo varía la presión atmosférica
• Cuando el aire está frío, éste desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticiclón térmico. Cuando el aire está caliente, asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad. Se forma entonces un ciclón o borrasca térmica.
• Además, el aire frío y el cálido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie, el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente. Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura, descienden en convergencia dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico.
La presión disminuye rápidamente con la altura , pero además hay diferencias de presión entre unas zonas de la troposfera y otras que tienen gran interés desde el punto de vista climatológico. Son las denominadas zonas de altas presiones, cuando la presión reducida al nivel del mar y a 0ºC, es mayor de 1.013 milibares o zonas de bajas presiones si el valor es menor que ese número. En meteorología se trabaja con presiones reducidas al nivel del mar y a 0ºC para igualar datos que se toman a diferentes alturas y con diferentes temperaturas y poder hacer así comparaciones.
El aire se desplaza de las áreas de más presión a las de menos formándose de esta forma los vientos.
Se llaman isobaras a las líneas que unen puntos de igual presión. Los mapas de isobaras son usados por los meteorólogos para las predicciones del tiempo
4.- LOS FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS
Son los fenómenos que ocurren en la atmósfera: viento, nubes, precipitaciones (lluvia, nieve, granizo...) y fenómenos eléctricos (auroras polares, tormentas eléctricas...). Los vientos, sin embargo, son los desencadenantes de la mayoría de los fenómenos atmosféricos. Se deben fundamentalmente a variaciones de la temperatura y densidad del aire de unos lugares a otros. El viento va desde las zonas de aire más frío (más denso) hacia las zonas de aire más caliente (más dilatado y pesa menos).
4.1.- El papel del viento
Ya sea que se exprese como una suave brisa o como un poderoso huracán, el viento es simplemente aire en movimiento. Se trata de un fenómeno que depende casi en su totalidad de la energía solar y de su distribución desigual sobre la superficie terrestre: esto produce zonas de alta y baja presión, lo cual a su vez genera un desequilibrio que obliga a las masas de aire a desplazarse.
El viento juega un papel fundamental en el equilibrio térmico del planeta. Al desplazar a las distintas masas de aire hace que estas entren en contacto, contribuyendo de manera significativa a la distribución de la humedad y el calor sobre la superficie terrestre. De hecho a la circulación del aire le corresponde cerca del 60% de la tarea de redistribución de la energía calorífica sobre la superficie terrestre, mientras que el otro 40% le corresponde a las corrientes oceánicas.
Brisas.-
La brisa es un tipo de viento local motivado por los movimientos de masas de aire debido al heterogéneo calentamiento del relieve por el Sol. Esto da lugar a que se produzcan movimientos verticales de las masas de aire que provocan vacíos y desequilibrios de presión. Con el fin de restablecer estas inestabilidades, nuevas masas de aire se desplazan para llenar estos vacíos de baja presión. Se distinguen los siguientes tipos de brisas
- Brisas marinas. Se localizan en la costas y se producen por el efecto de las diferencias de calentamiento y enfriamiento que experimenta la Tierra y las masas de agua. Durante el día la mayor temperatura de la tierra da lugar a ascendencias del aire calentado que son rápidamente compensadas por la llegada de aire frío procedente del mar o grandes lagos. Al anochecer hay un periodo de calma cuando las temperaturas se igualan. Durante la noche el mecanismo se invierte al estar el agua más caliente aunque la velocidad del viento suele ser menor debido a que las diferencias no son tan acusadas. Los monzones del suroeste de Asia no son más que una brisa marina y terrestre a gran escala según la estación del año. Las brisas marinas desviadas por el efecto Coriolis tienden a adquirir una dirección prácticamente paralela a la costa con vientos suaves y continuos de entre 2 y 7 m/s.
- Brisas de valle y de montaña. Similares a las anteriores se producen por la diferencia de insolación y las diferencias de calentamiento del aire en las zonas de cumbres, cabeceras de los valles y fondos de los mismos. Esto da lugar a que durante el día se produzca una fuerte ascendencia sobre las laderas expuestas al sol, así como subsidencias en la parte central del valle. A última hora del día ocurre lo contrario, es decir, desde las laderas, que ya no son calentadas por el sol, el aire desciende por enfriamiento hacia el fondo del valle levantando el aire aún cálido que se mantiene en estos.
Torbellinos.-
Un torbellino es fenómeno meteorológico que consiste en un vórtice de viento (una columna de aire que rota en posición vertical) que presenta un rápido movimiento giratorio en torno a un eje que permanece relativamente estable. Los torbellinos se forman cuando en una masa de aire en movimiento surge una diferencia de velocidad entre dos regiones generando turbulencias. Este fenómeno ocurre en todas partes del planeta y en cualquier estacióndel año. Incluso, se sabe de torbellinos en otros planetas.
Torbellino sobre kansas
El frotamiento del aire con el suelo o la perturbación de éste por pequeños obstáculos engendra numerosos remolinos cuyo diámetro puede ser de unos decímetros solamente. Esos torbellinos se hacen visibles sobre un suelo terroso, pues levantan polvo que revela el movimiento giratorio del aire y la existencia de una zona axial en la cual éste no tiene fuerza suficiente para arrastrar las partículas sólidas. En las trombas y tornados, el remolino mide unas decenas de metros de diámetro y la violenta ascendencia que los provoca les permite elevar a mucha altura una columna líquida. Los ciclones tropicales tienen un diámtero del orden de 100 km; en torno de un ojo (parte central relativamente calma) el viento gira con velocidades de 100 a 200 km/h. De este modo, las grandes perturbaciones ciclónicas son gigantescos torbellinos que llegan a medir millares de km de diámetro.
Tornados.-
Un tornado es un fenómeno meteorológico que consiste en una columna de aire que rota de forma violenta; su extremo inferior está en contacto con la superficie de la Tierra y el superior con una nube cumulonimbus o, excepcionalmente, con la base de una nube cúmulus. Se trata del fenómeno atmosférico más intenso que se conoce.
Los tornados se presentan de diferentes tamaños y formas pero generalmente tienen la forma de una nube embudo, cuyo extremo más angosto toca el suelo y suele estar rodeado por una nube de desechos y polvo. La mayoría de los tornados cuentan con vientos que llegan a velocidades de entre 65 y 180 km/h, miden aproximadamente 75 metros de ancho y se trasladan varios kilómetros antes de desaparecer. Los más extremos pueden tener vientos con velocidades que pueden girar a 450 km/h o más, medir hasta 2 km de ancho y permanecer tocando el suelo a lo largo de más de 100 km de recorrido.
Si quieres saber más....
4.2.- El papel del agua
Los fenómenos atmosféricos relacionados con el agua se denominan hidrometeoros.
HIDROMETEOROS.- Son los meteoros formados por partículas muy pequeñas de agua o de hielo que se encuentran en supensión en la atmósfera y que dificultan notablemente la visión. A este grupo pertenecen:
Nubes
Es muy importante que sepamos diferenciar un meteoro mezcla de rocío y escarcha, el rocío blanco, que es un depósito de gotas de rocío congeladas posteriormente.
Cuando el vapor de agua se condensa cae sobre la superficie.
Es lo que habitualmente llamamos precipitación y son los meteoros formados por partículas líquidas o sólidas, según la temperatura ambiente, que caen desde las nubes y que llegan hasta el suelo con más o menos velocidad.
Según la temperatura ambiente, los más habituales de observar en nuestras latitudes, son:
Nevada: Esta precipitación es en forma de cristales de hielo estrellados o ramificados. Procede de las mismas nubes que la lluvia; y si la temperatura del aire no ha descendido mucho, los cristales se sueldan entre sí, formando los copos, que se van depositando sobre el suelo en una capa esponjosa y de espesor creciente; pero a veces al tocar el suelo se funde y no se aglomera, se dice entonces que no "cuaja". Cuando caen mezclados agua y nieve o los cristales de nieve están muy húmedos, se habla de agua nieve.
Chubasco: Es la precipitación de partículas líquidas o sólidas, que se caracteriza por un inicio y una finalización brusca, junto con una variación violenta y rápida de la intensidad de la caída. La cantidad de precipitación recogida resulta en la mayoría de los casos muy abundante, siendo la única nube que puede provocarlos el cumulonimbus; aunque a veces, se puede producir de los cúmulus de gran desarrollo vertical. También se le conoce con el nombre de chaparrón o aguacero.
Más raros de observar son:
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