La atmósfera de la Tierra es la capa de gases que rodea al planeta, cotidianamente llamada aire. La atmósfera es retenida por acción de la gravedad y sus efectos son muy importantes en la dinámica planetaria. Sin ella no sería posible la vida. Nos protege de la mayor parte de la radiación ultravioleta del Sol, retiene calor, reduce los extremos de temperatura día-noche y es la reserva de CO2, la principal sustancia utilizada en la producción primaria, el punto de partida de toda la cadena trófica.
Hay planetas compuestos principalmente por gas y presentan atmósferas muy profundas. En la Tierra ocupa un total de 10000 km, aunque no hay un límite claro. La densidad de la atmósfera va decreciendo a medida que aumenta la altitud. Por encima de los 100 km, dónde se sitúa la línea de Karmán, la densidad es tan baja que se consideran condiciones del espacio exterior; los efectos de la reentrada atomosférica comienzan aproximadamente a los 120 km. Por encima de los 700 km la atmósfera ya ni siquiera se comporta como un gas.
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Composición media
La composición de la atmósfera no es homogénea. La concentración media de los gases más abundantes son:
- Nitrógeno (N2) 78.084%
- Oxígeno (O2) 20.946%
- Argón (Ar) 0.9340%
- Vapor de agua (H2O) 0.001% – 5%
- Dióxido de carbono (CO2) 0.04%
- Neón (Ne) 0.001818%
- Helio (He) 0.0005234%
- Metano (CH4) 0.000179%
El nitrógeno, el oxígeno y el argón son, en ese orden, los componentes mayoritarios de la atmósfera. El vapor de agua es muy variable entre regiones y su concentración puede ir desde el 0.001% en las zonas más frías hasta el 5% en las masas de aire caliente y húmedo (porcentajes de vapor de agua en volumen, no como humedad relativa).
El resto de gases, CO2, neón, helio y metano, se suelen referir como gases traza y todos juntos suponen apenas el 0.1% de la atmósfera. A pesar de su baja concentración, entre ellos están los gases de efecto invernadero más importantes, el dióxido de carbono y el metano.
En la atmósfera se pueden encontrar muchísimas sustancias más, incluyendo partículas y sustancias naturales, generalmente con alta variabilidad local y estacional, como polvo, polen, esporas, aerosoles marinos o cenizas volcánicas, y partículas y sustancias artificiales, por ejemplo contaminantes industriales como cloruros, fluoruros o compuestos de azufre.
Capas de la atmósfera
No hay un límite claro entre la atmósfera y el espacio exterior, simplemente la densidad va disminuyendo desde la superficie terrestre hasta que los gases se disipan en el espacio. La temperatura también suele descender con la altitud, aunque su distribución tiene un patrón más complicado, es un patrón bastante constante y es el más utilizado para dividir la atmósfera terrestre en estratos o capas. Las cinco capas atmosféricas más importantes son:
- Troposfera: 0 – 12 km
- Estratosfera: 12 – 50 km
- Mesosfera: 50 – 80 km
- Termosfera: 80 – 700 km
- Exosfera: 700 – 10000 km
La troposfera es la capa más baja, la que está en contacto con la superficie rocosa del planeta. El aire es más cálido cerca del suelo y más frío en las capas altas. Casi todo el vapor de agua y polvo de la atmósfera está en la troposfera. Alcanza una altitud de 12 km y es la capa más densa. El 80% de la masa atmosférica está contenida en al troposfera.
La estratosfera se sitúa desde los 12 a los 50 km. La capa de ozono está en la porción inferior de la estratosfera, y es una zona con una concentración de ozono entre 2 y 8 ppm, muy baja comparada con otros componentes, pero mucho mayor que en cualquier otra zona de la atmósfera. El ozono absorbe radiación solar ultravioleta, nociva para los seres vivos, y calienta las capas bajas de la atmósfera. La estratosfera es muy seca y la densidad del aire en su parte superior es mil veces inferior que la densidad a nivel del mar.
A los 50 km de altitud se sitúa la conocida como estratopausa y después comienza la siguiente capa de la atmósfera, la mesosfera, que se extiende hasta los 80 km, dónde se sitúa la mesopausa. La temperatura desciende rápidamente con la altitud hasta llegar a los -85 ºC (190 K) en la mesopausa.
La temperatura tan baja de la mesopausa provoca la sublimación de cualquier partícula de vapor de agua, incluso las más pequeñas, y da lugar a las nubes noctilucentes, o nubes mesosféricas polares. Son las nubes más altas de la atmósfera, se forman sólo con condiciones muy precisas y suelen ser tan débiles que sólo se ven cuándo el sol las ilumina por abajo desde el horizonte.
A continuación de la mesosfera está la termosfera, una capa que se extiende desde los 80 km hasta los 700 km, límite con la termopausa o exobase. La altura de este capa puede variar considerablemente, entre los 500 y 1000 km, en función de la actividad solar. La temperatura aumenta gradualmente con la altitud debido a la bajísima densidad de moléculas; una molécula de oxígeno puede moverse 1 km sin colisionar con otra. La temperatura de estas moléculas puede llegar a los 1500 ºC, aunque la baja densidad hace que no se pueda hablar de esa misma sensación térmica.
En la termosfera se sitúa también la mayor parte de la conocida como ionosfera, una serie de capas con una gran concentración de iones y que varía entre el día y la noche ocupando parte de la mesosfera y la termosfera.
La densidad de la termosfera es tan baja se consideran condiciones del espacio exterior, al menos en aeronáutica. La línea de Karmán, a los 100 km de altitud, se suele considerar como el lugar dónde la atmósfera y el espacio exterior entran en contacto. A partir de esta altura, la velocidad para alcanzar la sustentación aerodinámica es similar a la velocidad orbital para esa altura. Por encima de la línea de Karmán, aproximadamente a los 120 km tienen lugar los fenómenos de la reentrada atmosférica. Los transbordadores espaciales y muchos satélites orbitan dentro de la termosfera.
La exosfera se extiende desde la exobase hasta los 10000 km. Está compuesta por densidades extremadamente bajas de hidrógeno y helio, y otras moléculas más pesadas como nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono cerca de la exobase. Las moléculas pueden recorrer cientos de kilómetros sin colisionar con otras, la densidad es tan baja que la exosfera ya no se comporta como un gas desde un punto de vista termodinámico; las partículas tienen movimiento libre y escapan constantemente al espacio exterior. La exosfera contiene la mayor parte de los satélites que orbitan la Tierra.
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Influencia humana
La actividad humana influye en la composición de la atmósfera desde muchas vías, pero sin duda las más importantes son la actividad industrial, el uso de combustibles fósiles y la deforestación. Estas actividades influyen sobre todo en el incremento de gases de efecto invernadero, cuyos efectos son los principales causantes del cambio climático.