BIOLOGÍA y GEOLOGÍA

MATERIAL DIDÁCTICO ESO BACHILLERATO

02 ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

¿Hasta qué altura ha subido un ser humano en la atmósfera sólo con un traje espacial? El récord a

Por su abundancia, los componentes se clasifican en:

  • Mayoritarios: nitrógeno (78%), oxígeno (21%), argón (0,93%), dióxido de carbono (0,03%) y otros (0,14%).
  • Minoritarios (en ppm): reactivos como el monóxido de carbono (CO), metano (CH4), hidrocarburos, NOx, amoniaco, SOx, ozono (O3), y otros no reactivos como helio, neón, criptón, xenón, óxido nitroso. En el caso del CO2 aunque es mayoritario también se expresa en ppm (300 ppm).
  • Variables: como el vapor de agua, cuyo papel es muy importante en la regulación del clima; y los contaminantes.

Estructura y función de la atmósfera.


El Sol emite una serie de partículas (protones y electrones) y de radiaciones electromagnéticas. La mayoría de las partículas no alcanzan la superficie terrestre porque son desviadas por el campo magnético de la Tierra. Las radiaciones electromagnéticas se dividen en tres grupos: onda corta, visible y onda larga.


Las diversas capas de la atmósfera hacen de filtro de manera que solo las radiaciones del centro del espectro consiguen atravesarla sin dificultad, otras son absorbidas en las distintas capas. Veamos lo que sucede con las distintas longitudes de onda:

  • El infrarrojo (calor) y la luz visible, atraviesan la atmósfera sin dificultad. Intervienen en la fotosíntesis, en la dinámica de las masas fluidas poniéndolas en circulación por todo el planeta.
  • Las radiaciones de onda corta (rayos gamma, X y UV) tienen gran energía y poder de penetración, pero son filtradas en las capas altas de la atmósfera.
  • Las de onda larga (ondas de radio) entran pero son ahogadas por las emitidas desde la Tierra y son usadas por nosotros como medio de comunicación.

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

Estructura de la atmósfera por composición:

¿La concentración de los gases en la atmósfera es homogénea en toda su extensión?

Las capas de la atmósfera no mantienen la concentración de sus gases constante en altura. Podemos diferenciar entre:

  • Homosfera hasta los 80-100 km de altura, con la mayoría de los gases. Se caracteriza por mantenerse constante la concentración de la mayoría de los gases constituyentes debido a fenómenos de mezcla convectiva y turbulenta. La excepción son el vapor de agua y el ozono.
  • Heterosfera, situada por encima, con cuatro capas según la masa atómica de los gases presentes: nitrógeno molecular, oxígeno atómico, helio e hidrógeno.

Estructura la atmósfera por capas:


  • Troposfera: Es la capa inferior de la atmósfera y termina en la tropopausa (9 km en los polos y 12-16 km en el ecuador de altura). Contiene el 80% de los gases atmosféricos. La temperatura disminuye de 15 ºC a -70 ºC. La presión atmosférica desciende de 1013 mbar a 200 mbar en la tropopausa. Aquí tiene lugar el efecto invernadero. También ocurren la mayoría de los cambios meteorológicos, capa del clima: se forman las nubes, precipitaciones, etc. Incluye la capa sucia (los primeros 500 m), son los contaminantes y polvo en suspensión que se acumulan en esos primeros 500 m. Además es la capa, junto con la hidrosfera, donde encontramos seres vivos.
  • Estratosfera: Observa el movimiento ascendente de las emisiones volcánicas del monte Etna. ¿Cómo es el ascenso? ¿Sabes explicar por qué hay un cambio de dirección? ¿A qué altura se encuentra la Tropopausa?

Termina en la estratopausa (50 – 60 km de altura). El aire es muy tenue y no hay movimientos verticales, solo horizontales debido a su disposición en estratos o capas superpuestas. La temperatura sube hasta 0 – 4 ºC en la estratopausa.

Contiene la capa de ozono (15 – 30 km, sobre todo a los 25 km). En esta capa la radiación UV es absorbida por el O2. La energía de esta radiación se usa para romper la molécula de oxígeno y formar ozono (03). Recuerda que hasta que no se desarrolló esta capa (hace unos 400 ma), los seres vivos no colonizaron los continentes.

  • Mesosfera: Termina en la mesopausa (80 km de altura). Hay pocos gases pero suficientes para provocar la inflamación de los meteoritos produciendo las estrellas fugaces. La temperatura disminuye hasta los – 80 ºC. En esta capa pueden aparecer nubes de hielo (noctilucentes).

La mesosfera es la capa que nos protege de las masas rocosas celestes que entran en la atmósfera de la Tierra. Los restos de cometas, meteoros y asteroides arden como resultado de la fricción con las moléculas de aire, dando lugar a la formación de meteoritos luminosos, también llamados «estrellas fugaces».

Perseidas desde el Observatorio del Roque de los Muchachos, La Palma.

  • Ionosfera o termosfera: Hasta los 600 km. La temperatura aumenta hasta los 1000 ºC por la absorción de las ondas cortas de alta energía realizada por el nitrógeno y el oxígeno presentes que se ionizan liberando electrones.

Sobre las zonas polares, los electrones y protones del viento solar rozan con las moléculas de esta capa y producen las auroras boreales y australes (espectaculares manifestaciones de luz y color). Se producen en latitudes altas porque el campo magnético desvía a estas partículas hacia los polos.

La razón por la que las auroras tienen distintos colores la encontramos en la composición de nuestra atmósfera. Las partículas cargadas que forman el viento solar y que llegan a la Tierra interaccionan con los diferentes átomos y moléculas de nuestra atmósfera. La energía de estas partículas excita los átomos, haciendo que sus electrones den un salto cuántico, es decir, suban a un nivel de energía superior. Al volver a su estado fundamental, es decir, al bajar a su nivel de energía normal, liberan la energía adquirida en forma de fotones. Estos fotones tienen una longitud de onda característica que podremos observar a simple vista como diferentes colores.

La atmósfera está compuesta principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). Por tanto, los principales causantes de los colores de las auroras boreales son el nitrógeno y el oxígeno a distintas alturas o en diferentes estados. Solo el 1% restante está formado por otros gases como el dióxido de carbono o el argón. Aunque el oxígeno no es el elemento más abundante en la atmósfera, sí es el que resulta más fácil de ionizar al interaccionar con las partículas cargas del Sol. Así, el oxígeno es el causante del color verdoso tan característico de las auroras. El color azulado se debe al Nitrógeno.

  • Exosfera. Hasta los 800 km de altura o incluso diez veces esta distancia. El denominador común en esta capa es la muy baja densidad atmosférica y se considera la transición de la atmosfera al espacio exterior. El aire no capta la luz solar de modo que el cielo se oscurece.

Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre (por eso la Tierra se considera un sistema cerrado, intercambia energía y materia pero ésta última en cantidades nada significativas)

La ISS es el objeto artificial más grande en órbita terrestre. Completa una vuelta cada 92 minutos aproximadamente. Aunque se encuentra a unos 408 km de la superficie terrestre (Termosfera), la mayoría de los satélites artificiales se encuentran en la Exosfera.

ACTIVIDADES

  • RESUMEN CAPAS ATMÓSFERA
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