Atmósfera terrestre

Atmósfera terrestre
	capa geográfica (es) , geosfera (es) y atmosphere of a planet (en)

L'atmósfera terrestre ye la parte gaseosa de la Tierra, siendo por esto la capa más esterna y menos trupa del planeta. Ta constituyida por dellos gases que varien en cantidá según la presión a diversos altores. Esti amiestu de gases que forma l'atmósfera recibe genéricamente el nome de aire. El 75 % de masa atmosférica atopar nos primeres 11 km d'altor, dende la superficie del mar. Los principales gases que la componen son: l'oxíxenu (21 %) y el nitróxenu (78 %), siguíos del argón, el dióxidu de carbonu y el vapor d'agua.

L'atmósfera y la hidrosfera constitúin el sistema de capes fluyíes superficiales del planeta, que los sos movimientos dinámicos tán estrechamente rellacionaos. Les corrientes d'aire amenorguen drásticamente les diferencies de temperatura ente'l día y la nueche, distribuyendo'l calor por tola superficie del planeta. Esti sistema zarráu evita que les nueches sían xelices o que los díes sían desaxeradamente calientes.

L'atmósfera protexe la vida sobre la Tierra, absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta na capa d'ozonu. Amás, actúa como escudu proteutor contra los meteoritos, que se desintegran en polvu por causa de la resfregón que sufren al faer contautu col aire.

Mientres millones d'años, la vida tresformó, una y otra vez, la composición de l'atmósfera. Por casu; la so considerable cantidá d'osíxenu llibre ye posible gracies a les formes de vida —como son les plantes— que converten el dióxidu de carbonu n'osíxenu, que ye respirable —de la mesma— poles demás formes de vida, tales como los seres humanos y los animales polo xeneral.

Composición

Na atmósfera terrestre pueden estremase dos rexones con distinta composición, la homosfera y la heterosfera.

Homosfera

La homosfera ocupa los 100 km inferiores y tien una composición constante y uniforme.

**Composición de l'atmósfera terrestre (aire seco, porcentaxes por volume)**^[1]
Gas	Volume
ppmv: partes per millón por volume
nitróxenu (N₂)	780.840 ppmv (78,084 %)
osíxenu (O₂)	209.460 ppmv (20,946 %)
argón (Ar)	9.340 ppmv (0,934 %)
dióxidu de carbonu (CO₂)	400 ppmv (0,04 %)
neón (Ne)	18,18 ppmv (0,001818 %)
heliu (He)	5,24 ppmv (0,000524 %)
metanu (CH₄)	1,79 ppmv (0,000179 %)
kriptón (Kr)	1,14 ppmv (0.000114 %)
hidróxenu (H₂)	0,55 ppmv (0,000055 %)
óxidu nitrosu (N₂O)	0,3 ppmv (0,00003 %)
xenón (Xe)	0,09 ppmv (9x10⁻⁶ %)
ozonu (O₃)	0,0-0,07 ppmv (0 % a 7x10⁻⁶ %)
dióxidu de nitróxenu (NO₂)	0,02 ppmv (2x10⁻⁶ %)
yodu (I)	0,01 ppmv (1x10⁻⁶ %)
monóxidu de carbonu (CO)	0,1 ppmv
amoniacu (NH₃)	traces
Escluyíu por ser aire en secu
agua (vapor) (H₂O)	–0,40 % a nivel atmosféricu, en superficie: 1 %-4 %

Heterosfera

La heterosfera estender dende los 80 km hasta la llende cimera de l'atmósfera (unos 10 000 km); ta estratificada, esto ye, formada por diverses capes con composición distinta.

80-400 km - capa de nitróxenu molecular
400-1100 km - capa d'osíxenu atómicu
1100-3500 km - capa d'heliu
3500-10 000 km - capa d'hidróxenu

Variación de la presión col altor

La variación col altor de la presión atmosférica cola conocencia que se tien del magnetismu o de la densidá atmosférica ye lo que se conoz como Llei barométrica.La diferencia de presión ente dos capes dixebraes por un $\Delta h$ ye:

$\Delta P=-\rho g\Delta h$

pos se supón la densidá constante. La llei de la densidá suponiendo l'aire como un gas ideal

$\rho ={\frac {P}{RT}}$

aplicada a la superficie de la Tierra resulta una densidá del aire $\rho _{0}=1,225\cdot {\frac {\text{g}}{{\text{dm}}^{3}}}$ .

Pretendemos xubir un monte non descomanadamente alta (por que la densidá seya constante) y queremos saber como va menguar la presión a midida que xubimos

Como la densidá del mercuriu ye:

\rho _{\text{Hg}}=13,6{\text{g}}\cdot {\text{cm}}^{-3}

ye 11 100 vegaes mayor que la densidá del aire resulta que la presión mengua 1 mm de Hg cuando alzamos 11 100 mm ye dicir 11,1 m. Agora bien como 4 hPa son 3 mm de Hg la presión mengua 4 hPa cada 33,3 m ye dicir 1 hPa cada 8 m d'ascensu.

Nuna atmósfera isoterma la presión varia col altor siguiendo la llei:

$P=P_{0}y^{\cfrac {-Mg(h-h_{0})}{RT}}$

onde M ye la masa molecular, g l'aceleración de la gravedá, h-h₀ ye la diferencia d'altores ente los niveles con presiones P y P₀ y T ye la temperatura absoluto media ente los dos niveles, y R la constante de los gases perfectos. El fechu de que la temperatura varie sí llenda la validez de la fórmula. Otra manera, la variación de l'aceleración de la gravedá ye tan nidia que nun afecta.

Escala d'altor

La escala d'altor ye l'altor a la qu'hai qu'alzase nuna atmósfera por que la presión atmosférica mengüe nun factor e = 2,718182. Ye dicir l'amenorgamientu de presión ye 1-1/y = 0,632 (= 63,2 %). Pa calculala basta con poner na Llei barométrica $P=P_{0}/y\,$ resulta:

$H={\frac {RT}{M\cdot g}}\,$

Pa l'atmósfera de la Tierra la escala d'altores H ye de 8,42 km. En función de la escala d'altores H la presión puede espresase:

$P_{h}=P_{0}y^{-{\frac {(h-h_{0})}{I}}}\,$

y análogamente pa la densidá:

$\rho _{h}=\rho _{0}y^{-{\frac {(h-h_{0})}{H}}}\,$

Capes de l'atmósfera terrestre y la temperatura

La temperatura de l'atmósfera terrestre varia cola altitú. La rellación ente l'altitú y la temperatura ye distinta dependiendo de la capa atmosférica considerada: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. A esto llámase-y el gradiente térmicu atmosféricu.

Les divisiones ente una capa y otra denominar respeutivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa.

Troposfera

Los sos principales carauterístiques son:

La so espesura algama dende la superficie terrestre (tanto terrestre como acuática o marina) hasta una altitú variable ente los 6 km nes zones polares y los 18 o 20 km na zona intertropical
A midida que xúbese, mengua la temperatura na troposfera, salvo dellos casos d'inversión térmica que siempres se deben a causes locales o regionalmente determinaes.
Na troposfera asoceden los fenómenos que componen lo que llamamos tiempu meteorolóxicu.
La capa inferior de la troposfera denominar la capa xeográfica, que ye onde se producen la mayor proporción de fenómenos xeográficos, tantu nel campu de la xeografía física como nel campu de la xeografía humana.
La temperatura mínimo que s'algamar a la fin de la troposfera ye de -50 °C aprox.

Estratosfera

El so nome obedez a que ta dispuesta en capes más o menos horizontales (o estratos). Estender ente los 9 o 18 km hasta los 50 km d'altitú. La estratosfera ye la segunda capa de l'atmósfera de la Tierra. A midida que xúbese, la temperatura na estratosfera aumenta. Esti aumentu de la temperatura deber a que los rayos ultravioleta tresformen al osíxenu n'ozonu, procesu qu'arreya calor: al ionizarse l'aire, convertir nun bon conductor de la lletricidá y, poro, del calor. Ye por ello qu'a ciertu altor esiste una relativa bayura d'ozonu (ozonosfera) lo qu'implica tamién que la temperatura alzar a unos –3 °C o más. Sicasí, tratar d'una capa bien enrarecida, bien tenue.

Ozonosfera

Denominar capa d'ozonu, o ozonosfera, a la parte de la estratosfera terrestre que contién una concentración relativamente alta d'ozonu. Esta capa, que s'estiende aproximao de los 15 km a los 40 km d'altitú, axunta'l 90 % del ozonu presente na atmósfera y absuerbe del 97 % al 99 % de la radiación ultravioleta d'alta frecuencia.

Mesosfera

Ye la tercer capa de l'atmósfera de la Tierra. Estender ente los 50 y 80 km d'altor, contién solo'l 0.1 % de la masa total del aire. Ye la zona más fría de l'atmósfera, pudiendo algamar los −80 °C. Ye importante pola ionización y les reacciones químiques qu'asoceden nella. La baxa densidá del aire na mesosfera determina la formación de turbulencias y ondes atmosfériques qu'actúen a escales espaciales y temporales bien grandes.

Ionosfera

Na termosfera o ionosfera (de 69/90 a los 600/800 km), la temperatura aumenta cola altitú, d'ende'l so nome. La ionosfera ye la cuarta capa de l'atmósfera de la Tierra. Atópase enriba de la mesosfera. A esti altor, l'aire ye bien tenue y la temperatura camuda cola mayor o menor radiación solar tantu mientres el día como a lo llargo del añu. Si'l sol ta activu, les temperatures na termosfera pueden llegar a 1500 °C ya inclusive más altes. La termosfera de la Tierra tamién inclúi la rexón llamada ionosfera. Nella atopa'l 0.1 % de los gases.

Exosfera

La última capa de l'atmósfera de la Tierra ye la exosfera (600/800 - 2000/10 000 km). Esta ye l'área onde los átomos escapar escontra l'espaciu. Como'l so nome indica, ye la rexón atmosférica más distante de la superficie terrestre. La so llende cimera alcontrar a altitúes qu'algamen los 960 ya inclusive 1000 km., y ta relativamente indefinida. Ye la zona de tránsitu ente l'atmósfera terrestre y l'espaciu interplanetariu.

Rexones atmosfériques

Ozonosfera: rexón de l'atmósfera onde se concentra la mayor parte del ozonu. Ta asitiada na estratosfera, ente los 15 y 32 km, aproximao. Esta capa protéxenos de la radiación ultravioleta del Sol.
Ionosfera: rexón ionizada pol bombardéu producíu pola radiación solar. Correspuéndese aproximao con tola termosfera.
Magnetosfera: Rexón esterior a la Tierra onde'l campu magnéticu, xeneráu pol nucleu terrestre, actúa como proteutor de los vientos solares.
Capes de airglow: Son capes asitiaes cerca de la mesopausa, que se caractericen pola luminiscencia (inclusive nocherniega) causada pola reestructuración d'átomos en forma de molécules que fueren ionizadas pola lluz solar mientres el día, o por rayos cósmicos. Les principales capes son la del OH, a unos 85 km, y la d'O₂, asitiada a unos 95 km d'altor, dambes con una grosez averada d'unos 10 km.

Dinámica de l'atmósfera

Llámase dinámica de l'atmósfera o dinámica atmosférica a una parte de la Termodinámica qu'estudia les lleis físiques y los fluxos d'enerxía arreyaos nos procesos atmosféricos. Estos procesos presenten una gran complexidá pola enorme gama d'interacciones posible tantu nel mesmu senu de l'atmósfera como coles otres partes (sólida y líquida) del nuesu planeta.

La termodinámica establez tres ley, amás de lo que se conoz como principiu cero de la termodinámica. Estos trés lleis rixen en tol mundu físicu-natural y constitúin la base científica de los procesos que constitúin el campu de la dinámica de l'atmósfera. Con éses la dinámica atmosférica arreya a tolos movimientos que se presenten nel senu de l'atmósfera terrestre y estudia tamién les causes de dichos movimientos, los efeutos de los mesmos y, polo xeneral tolos fluxos d'enerxía térmica, llétrica, físicu-química, y d'otros tipos qu'asoceden na capa d'aire qu'arrodia a la Tierra.

Funciones de l'atmósfera

Resfregón atmosféricu

L'atmósfera funciona como un escudu proteutor contra los impautos d'enorme enerxía que pueden provocar los pequeños oxetos espaciales al topetar a peralta velocidá contra la superficie del planeta.

Ensin atmósfera, la velocidá de choque d'estos oxetos sería la suma de la so propia velocidá inercial espacial (midida dende'l nuesu planeta) más l'aceleración provocada pola gravitación terrestre.

La enerxía cinética de los meteoritos tresformar en calor pol resfregón de los mesmos nel aire y dende la superficie vemos un meteoru, meteoritu o tamién estrella fugaz.

El resfregón ye la manifestación macroscópica d'una tresferencia d'enerxía cinética, o'l so tresformamientu n'otru tipu d'enerxía, pola qu'un cuerpu "pierde" movimientu dexando -y lo a otru yá seya tresfiriéndo-y parte del so propiu movimientu o tresformándose en movimientos moleculares (calor, vibración sonora, etc.)

Velocidá constante en cayida llibre

Un cuerpu en cayida llibre dientro de l'atmósfera puede tener velocidá decreciente, yá que l'atracción gravitacional produz un movimientu uniformemente aceleráu solamente nel vacíu.

Si un cuerpu empieza a cayer travesando l'atmósfera, va acelerándose hasta que'l so pesu ye igual a encomalo de resfregón que se produz pol desplazamientu dientro del aire. Nesi momentu dexa d'acelerar, y la so velocidá empieza a escayer a midida que l'atmósfera aumenta la so densidá, provocando una fuercia de resfregón mayor.

Puede desacelerar la velocidá de cayida non solo pola densidá de l'atmósfera sinón tamién pola variación del área de seición trevesada, lo qu'aumenta'l resfregón. Los acróbates aéreos de cayida llibre pueden variar la so velocidá de cayida acelerando o desacelerando: si mover de cabeza aceleren hasta permediar el so pesu, y si abren los brazos y piernes desaceleran.

Ciclos biogeoquímicos

L'atmósfera tien una gran importancia nos ciclos biogeoquímicos. La composición actual de l'atmósfera ye debida a l'actividá de la biosfera (fotosíntesis), controla'l clima y l'ambiente nel que vivimos y engloba dos de los trés elementos esenciales (nitróxenu y carbonu); aparte del osíxenu.

L'actividá del home ta modificando la so composición, como l'aumentu del dióxidu de carbonu o'l metanu, causando'l efeutu ivernaderu o'l óxidu de nitróxenu, causando l'agua acedo.

Filtru de les radiaciones solares

Les radiaciones solares nocives, como la ultravioleta, son absorbíes cuasi nun 90 % pola capa d'ozonu de la estratosfera. L'actividá mutáxena de dicha radiación ye bien elevada, aniciáu dímeros de timina qu'inducen l'apaición de melanoma na piel. Ensin esi filtru, la vida fuera de la proteición de l'agua nun sería posible.^[2]

Efeutu ivernaderu

Gracies a l'atmósfera, la Tierra nun tien grandes contrastes térmicos; debíu al efeutu ivernaderu natural, que ta producíu por tolos componentes gaseosos del aire, qu'absuerben gran parte de la radiación infrarroxo re-emitida pola superficie terrestre; esti calor queda reteníu na atmósfera en cuenta de perdese nel espaciu gracies a dos carauterístiques físiques del aire: el so compresibilidad, qu'estrúi l'aire en contautu cola superficie terrestre por el mesmu pesu de l'atmósfera lo que, de la mesma, determina la mayor absorción de calor del aire sometíu a mayor presión y la diatermancia, que significa que l'atmósfera dexa pasar a la radiación solar cuasi ensin calecer (l'absorción direuta de calor procedente de los rayos solares ye bien escasa), ente qu'absuerbe gran cantidá del calor escuro (^[3]) reenviado pola superficie terrestre y, sobremanera, acuática del nuesu planeta. Esti efeutu ivernaderu tien un papel clave nes nidies temperatures medies del planeta. Asina, teniendo en cuenta la constante solar (caloríes que lleguen a la superficie de la Tierra por centímetru cuadráu y per minutu), la temperatura medio del planeta sería de -27 °C, incompatible cola vida tal que la conocemos; sicasí, el so valor real ye d'unos 15 °C debíu precisamente al efeuto ivernaderu.^[2]

Evolución

La composición de l'atmósfera terrestre nun foi siempres la mesma, sinón que varió con a lo llargo de la vida del planeta por diverses causes. Amás, los elementos llixeros escapen de cutio de la gravedá terrestre; ello ye que anguaño fuguen unos trés quilogramos d'hidróxenu y 50 gramos d'heliu cada segundu, cifres qu'en tiempos xeolóxicos (millones d'años) resulten decisives, anque compensen, siquier en gran parte, la materia recibida del sol en forma d'enerxía.^[4] Esta compensación tamién tiende a permediase nel tiempu, d'alcuerdu a la mayor o menor enerxía solar recibida, xenerando un ciclu complexu, diariu, estacional y de ciclos más llargos (acordies cola mayor o menor actividá solar) y una respuesta equivalente de l'atmósfera nel almacenamientu de dicha enerxía y la so posterior lliberación nel espaciu. Por casu, la formación del ozonu (O₃) na capa denomada precisamente, ozonosfera, absuerbe la mayor parte de la radiación ultravioleta recibida del sol pero dexa esa enerxía al volvese a tresformar mientres la nueche n'osíxenu (O₂).

Pueden establecese distintes etapes evolutives de l'atmósfera según la so composición:

Orixe

L'atmósfera derivar de diverses fontes, taba y ta condicionada por factores como:

La perda de la gruesa capa de gases orixinal (primer atmósfera), aniciada direutamente de la nebulosa que forma'l sistema solar (H y He).
L'aumentu de la masa de la Tierra lo que xeneró un aumentu de la gravedá terrestre.
L'enfriamientu de la Tierra.
La composición atmósfera primitiva.
La desgasificación de la corteza terrestre.^[5]
La formación d'una capa de gases: atmósfera primitiva. Esta atmósfera, tien una composición asemeyada a les emisiones volcániques actuales, onde apoderaríen el N₂, CO₂, HCl y SO₂.
Dellos gases y l'H₂O de procedencia esterna (cometes).

Etapa prebiótica

Antes de la vida, l'atmósfera sufrió dellos cambeos importantes:

Condensación del vapor d'agua: formación de los océanos y disolución de gases nellos (CO₂, HCl y SO₂).
Principal gas de l'atmósfera d'alcuerdu a la composición de la mesma: Nitróxenu (N₂).
Nun había osíxenu (O₂).

Etapa microbiolóxica

Etapa cola apaición de les primeres bacteries anaeróbicas (qu'usaben H y H₂S) y fotosintétiques (Bacteries del azufre y cianobacteries):

Empezó la producción d'O₂ del océanu.
L'O₂ producíu utilizóse para aferruñar les sustancies amenorgaes del océanu y de la corteza terrestre. Prueba d'ello son la deposición de les formaciones de fierro en bandes o capes:

Fe⁺³ + O₂ → Fe₂O₃

Una vegada aferruñaes les sustancies, empezó l'acumuladura d'O₂ na atmósfera.

Etapa biolóxica

Etapa cola apaición d'organismos eucariotes con fotosíntesis más eficiente:

Aumentu del O₂ na atmósfera hasta la concentración actual (21 %).
Formación de la capa d'O₃ (proteición de la radiación ultravioleta del Sol), dexando la colonización, per parte de los seres vivos, de les tierres remanecíes.

Imáxenes dende l'espaciu

La lluz azul esvalíxase más d'otros llonxitúes d'onda polos gases na atmósfera, dando a la Tierra un halo azul cuando se ve dende l'espaciu.

La nube xeomagnética causa magníficu espectáculu d'Aurora al traviés de l'atmósfera.

Vista del Llimbu de l'atmósfera terrestre. Los colores denotan más o menos les capes de l'atmósfera.

Esta imaxe amuesa la lluna nel centru, cola estremidá de la Tierra cerca de la parte inferior la transición a la troposfera de color naranxa. La troposfera termina abruptamente na tropopausa, qu'apaez na imaxe como la fuerte llende ente l'atmósfera naranxa y azul de color. Les nubes noctilucentes-platiaes azules estiéndense bien percima de la troposfera de la Tierra.

L'atmósfera de la Tierra allumada pol Sol nun Eclís reparada dende l'espaciu fondu a bordu del Apolo 12 en 1969.

Un tifón vistu dende la órbita baxa de la Tierra.

Ver tamién

Referencies

↑ Source for figures: Carbon dioxide, NASA Earth Fact Sheet, (updated 2007.01). Methane, IPCC TAR table 6.1 Archiváu 2007-06-15 en Wayback Machine, (updated to 1998). The NASA total was 17 ppmv over 100%, and CO₂ was increased here by 15 ppmv. To normalize, N₂ should be reduced by about 25 ppmv and O₂ by about 7 ppmv.
↑ ^2,0 ^2,1 Mariña, M. et al.. 2009. Ciències de la Terra i del Medi Ambient. Ed. Castellnou, Barcelona. ISBN 978-84-9804-640-3
↑ Denominar calor escuro a la enerxía tresmitida polos rayos infrarroxos, banda non visible del espectru solar
↑ Catling, David C.; Zahnle, Kevin J. (Julio de 2009). «Pérdida nes atmósferes planetaries». Investigación y ciencia (Scientific American) (394): páxs. 14-22.
↑ Strahler, Arthur N. (1992). Geología física. Omega, páx. 69. ISBN 84-282-0770-4.

Enllaces esternos

Imáxenes del satélite meteosat.
Grupu de Física de l'Atmósfera (GFAT) de la Universidá de Granada (UGR).
Centro de Ciencies de l'Atmósfera. UNAM.

[1] Source for figures: Carbon dioxide, NASA Earth Fact Sheet, (updated 2007.01). Methane, IPCC TAR table 6.1 Archiváu 2007-06-15 en Wayback Machine, (updated to 1998). The NASA total was 17 ppmv over 100%, and CO₂ was increased here by 15 ppmv. To normalize, N₂ should be reduced by about 25 ppmv and O₂ by about 7 ppmv.

[cos-2] 2,0 ^2,1 Mariña, M. et al.. 2009. Ciències de la Terra i del Medi Ambient. Ed. Castellnou, Barcelona. ISBN 978-84-9804-640-3

[3] Denominar calor escuro a la enerxía tresmitida polos rayos infrarroxos, banda non visible del espectru solar

[4] Catling, David C.; Zahnle, Kevin J. (Julio de 2009). «Pérdida nes atmósferes planetaries». Investigación y ciencia (Scientific American) (394): páxs. 14-22.

[5] Strahler, Arthur N. (1992). Geología física. Omega, páx. 69. ISBN 84-282-0770-4.

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