Atmosfera terrestre

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: Atmosfera (homónimos).

A atmosfera é unha fina capa gasosa que envolve o planeta Terra, e á que retén a forza da gravidade. Tamén posúen atmosfera outros planetas do sistema solar.

Definición

A atmosfera pode ser descrita como unha fina capa de gases sen cheiro, sen cor e sen gusto que apresa á Terra pola forza da gravidade. Visto dende o espazo, o planeta Terra aparece como unha esfera de cor azul brillante. Ese efecto cromático prodúceo a dispersión da luz solar na atmosfera.

Composición

Segundo Barry e Chorley (1976): a composición da atmosfera e maila súa estrutura vertical posibilitaron o desenvolvemento da vida no planeta. En función da súa composición, distinguimos dúas partes: a homosfera, por baixo dos 100 km e que cando está seca, está composta por nitróxeno (N) nun 78,08 % do volume da atmosfera, actúa como soporte dos demais compoñentes, de vital importancia para os seres vivos, fixado no solo pola acción de bacterias e outros microorganismos, absórbeno as plantas en forma de proteínas vexetais; osíxeno (O₂) nun 20,94 %, a súa estrutura molecular varía conforme a altitude en relación ao solo, é responsable dos procesos respiratorios dos seres vivos; argon (Ar) 0,93 %; dióxido de carbono (CO₂) (variable) 0,035 %; helio (He) 0,0018 %; ozono (O₃) 0,00006 %; hidróxeno (H) 0,00005 %; cripton (Kr) indicios; metano (Me) indicios; xenon (Xe) indicios; radon (Rn) indicios.

Por riba dos 100 km temos a heterosfera, estratificada en diversas capas de composición diferente:

Capa de nitróxeno molecular (100–400 km).
Capa de osíxeno atómico (400–1100 km).
Capa de helio (1100-3 500 km)
Capa de hidróxeno (3 500-10 000 km )

Máis aló, o rastro da atmosfera terrestre esténdese ata unha distancia de 630 000 km, case dobre da que se atopa a Lúa, como amosou o observatorio solar SOHO.^[1]

O vapor de auga

Concentración de vapor na atmosfera causada polo fenómeno *El Niño*

O vapor de auga en suspensión no ar atópase principalmente nas capas baixas da atmosfera (75% abaixo de 4.000 m de altura) e exerce o importante papel de regulador da acción do Sol sobre a superficie terrestre; a cantidade de vapor varía moito en función das condicións climáticas das diferentes rexións do planeta, os niveis de evaporación e precipitación compénsanse ata chegar a un equilibrio, pois, as capas inferiores están moi próximas ao punto crítico no que a auga pasa do estado líquido ao gasoso.

O ar, nalgunhas áreas pode estar practicamente exento de vapor, entanto noutras pode chegar a conter unha saturación de ata o 4%, entendéndose así que case toda a auga existente no planeta estea nos océanos, pois as temperaturas da alta-atmosfera son baixas demais para que o vapor poida manterse no estado gasoso.

Alén de vapor de auga, as proporcións relativas dos gases mantéñense constantes ata unha altitude aproximada de 60 km.

A atmosfera protéxenos a nós e en xeral á vida no planeta Terra, absorbendo a radiación solar ultravioleta e as variacións extremas de temperaturas entre o día e a noite.

Límite entre atmosfera e espazo exterior

Non existe un límite definido entre o espazo exterior e a atmosfera, presúmese que esta teña preto de mil quilómetros de espesor, o 99% da densidade concéntrase nas capas máis baixas, preto do 75% está nunha faixa de 11 km da superficie, á medida en que se sobe, o ar vaise tornando cada vez máis raro, perdendo a súa homoxeneidade e composición. Na exosfera, zona que se considera limítrofe entre a atmosfera e mailo espazo interplanetario, algunhas moléculas de gas acaban escapando á acción do campo gravitacional.

O estudo da evolución térmica segundo a altitude revelou a existencia de diversas capas superpostas, caracterizadas por comportamentos distintos a medida que a súa densidade vai diminuíndo gradualmente co aumento da altitude, os efectos que a presión atmosférica exerce tamén diminúen na mesma proporción.

Este modelo térmico da atmosfera terrestre é fundamental para o estudo de toda unha serie de fenómenos da súa superficie, como os movementos de masas de ar e os ventos, as precipitacións meteorolóxicas e as mudanzas do clima. O límite, durante a reentrada, onde fican notábeis os efectos atmosféricos é arredor dos 120 km. A altitude de 100 km tamén se usa frecuentemente como o límite entre a atmosfera e mais o espazo.

Temperatura e capas atmosféricas

A temperatura da atmosfera da Terra varía entre capas en altitudes diferentes, polo tanto, a relación matemática entre temperatura e altitude tamén varía, sendo unha das bases da clasificación das diferentes capas da atmosfera.

A atmosfera está estruturada en tres capas relativamente quentes, separadas por dúas capas relativamente frías. Os contactos entre esas capas son áreas de descontinuidade, e reciben o sufixo "pausa", despois do nome da capa subxacente.

Capas e áreas de descontinuidade

As capas atmosféricas son distintas e están separadas entre si por áreas fronteirizas de descontinuidade.

Tropopausa

A tropopausa é o nome dado á capa intermediaria entre a troposfera e a estratosfera, situada a unha altura media en torno de 17 km no Ecuador.

A distancia da Tropopausa en relación ao solo varía conforme as condicións climáticas da troposfera, da temperatura do ar, a latitude entre outros factores. Se existe na troposfera unha axitación climática con moitas correntes de convección, a tropopausa tende a subir. Isto débese ao aumento do volume do ar na troposfera, este aumentando, aquela aumentará, por consecuencia, empurrará a tropopausa para riba. Ao subir, a tropopausa arrefría, pois o ar enriba dela está máis frío

Este gráfico ilustra a distribución das capas da atmosfera segundo a Presión, Temperatura Altitude e Densidade

Estratosfera (7/17 - 50 km)

Na estratosfera a temperatura aumenta coa altitude e se caracteriza polos movementos de ar en sentido horizontal, fica situada entre 7 e 17 ata 50 km de altitude aproximadamente, sendo a segunda capa da atmosfera , comprendida entre a troposfera e a mesosfera, a temperatura aumenta á medida que aumenta a altura. Presenta unha pequena concentración de vapor de auga.

Estratopausa

Na parte superior da estratosfera e preto da estratopausa, sitúase a maior parte do ozono da atmosfera, en torno aos 22 quilómetros por riba da superficie terrestre.

Mesosfera (50 - 80/85 km)

Situada entre a estratopausa, na súa parte inferior, e a mesopausa na súa parte superior; entre 50 a 85 km de altitude. Na mesosfera a temperatura diminúe coa altitude, chegando a -90 °C no seu cumio. Na mesosfera é onde ocorre o fenómeno da aeroluminescencia das emisións da hidroxila.

Mesopausa

A mesopausa é a rexión da atmosfera que determina o límite entre unha atmosfera con masa molecular constante con outra onde predomina a difusión molecular.

Termosfera (80/85 - 640+ km)

A termosfera localízase enriba da mesopausa; nela a temperatura aumenta coa altitude rápida e monotonicamente ata onde a densidade das moléculas é tan pequena que, movéndose en traxectorias aleatorias, raramente chocan.

Rexións atmosféricas segundo a distribución iónica

Alén das capas, e en conxunto con estas, existen as rexións atmosféricas, nestas ocorren diversos fenómenos físicos e químicos.

Ionosfera

Ionosfera é a rexión que contén ións: comprendendo desde a mesosfera ata a termosfera, que chega aproximadamente aos 550 km de altitude.

As capas ou rexións iónicas da ionosfera son:

Capa D

A máis próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km; é a que absorbe a maior cantidade de enerxía electromagnética.

Capa E

Por riba da capa D, embaixo das capas F1 e F2, a súa altitude media é entre os 80 e os 100–140 km. Semellante á capa D.

Capa E Esporádica

Esta capa ten a particularidade de ficar máis activa canto máis perpendiculares son os raios solares que inciden nela.

Capa F1

A capa F1 está por riba da capa E e embaixo da capa F2 ~100-140 ata ~200 Km. Existe durante os horarios diúrnos.

Capa F2

A máis alta das capas ionosféricas a capa F2, está entre os 200 e 400 km de altitude. Enriba da F1, E, e D respectivamente. É o principal medio de reflexión ionosférico.

Exosfera

A exosfera fica enriba da ionosfera; é onde a atmosfera entra en contacto co espazo exterior.

Ozonosfera

A ozonosfera é onde fica a capa de ozono, de aproximadamente 10 a 50 km de altitude onde o ozono da estratosfera é abundante. Note que ata mesmo dentro desta rexión, o ozono é un compoñente raro.

Magnetosfera

A magnetosfera é a rexión onde o campo magnético da Terra interactúa co vento solar. Esténdese a milleiros de quilómetros, cunha cauda invisible sendo soprada para lonxe do Sol.

Cinto de Van Allen

O cinto de radiación ou cinto de Van Allen é a rexión onde se concentran partículas provenientes do Sol.

Temperatura media e presión

A temperatura media da atmosfera na superficie da Terra é de 14 °C.
A Presión atmosférica é o resultado directo do peso exercido pola atracción gravitacional da Terra sobre a capa de ar que a envolve, variando conforme o momento climático, a hora, o lugar e maila altitude.
Preto do 50% do total da masa atmosférica está ata uns 5 km de altitude.
A presión atmosférica ao nivel do mar, é aproximadamente 101,3 quilopascais.

Densidade e masa

A densidade do ar ao nivel do mar é aproximadamente 1,2 kg/m³. Esta densidade diminúe a maiores altitudes á mesma taxa da diminución da presión.
A masa total da atmosfera é aproximadamente 5,1 × 10¹⁸ kg, unha millonésima parte da masa total da Terra.
Prodúcese un intercambio de materia co espazo exterior e a superfice da Terra, como amosa o que a caída de meteoritos supoña unhas 1000 t anuais.^[2]

A evolución da atmosfera terrestre

Podemos comprender razoabelmente a historia da atmosfera da Terra ata uns 1.000 millóns de anos atrás. Recuando no tempo, podemos soamente especular, pois aínda é unha área en constante investigación.

Atmosfera moderna ou, terceira atmosfera, esta denominación é para distinguir a composición química actual das dúas composicións anteriores.

Primeira Atmosfera

A primeira atmosfera, era principalmente helio e hidróxeno. Disipouse co calor proveniente da codia terrestre, aínda en forma de plasma, e mailo Sol.

Segunda atmosfera

Hai aproximadamente 3 500 millóns de anos, a superficie do planeta arrefriara abondo para formar unha codia endurecida, poboándoa con volcáns que liberaron vapor de auga, gas carbónico, e amoníaco.

Desta forma, xurdiu a "segunda atmosfera", que estaba formada principalmente por gas carbónico e vapor de auga, con algún nitróxeno.

Nesta segunda atmosfera case non había osíxeno libre, era aproximadamente 100 veces máis densa que a atmosfera actual. Crese que o efecto estufa, causado por altos niveis de gas carbónico, impediu que a Terra se conxelase.

Durante os seguintes billóns de anos, debido ao arrefriamento, o vapor de auga condensou para precipitar choiva e formar océanos, que comezaron a disolver o gas carbónico. Absorbeuse o 50% do gas carbónico nos océanos.

Xurdiron organismos fotosintéticos que evoluirían e comezaron a converter gas carbónico en osíxeno.

Co paso do tempo, o carbono en exceso fixouse en combustíbeis fósiles, pedras sedimentarias (notabelmente pedra calcaria), e cunchas animais.

Estando o Osíxeno libre na atmosfera reaccionando co amonio, liberouse nitróxeno, simultaneamente as bacterias tamén iniciaron a conversión de amonio en nitróxeno.

Aumentando a poboación vexetal, os niveis de Osíxeno medraron significativamente, mentres os niveis de gas carbónico diminuíron. No comezo o osíxeno combinou con varios elementos (como ferro), mais finalmente acumulouse na atmosfera producindo extincións en masa e evolución.

Terceira atmosfera

Coa aparición dunha capa de ozono (O₃), a ozonosfera, as formas de vida no planeta foron mellor protexidas da radiación ultravioleta. Esta atmosfera de osíxeno-nitróxeno é a terceira atmosfera. Ten unha estrutura complexa que funciona como reguladora da temperatura e humidade da superficie.

A auto regulación da temperatura e presión

mapa mostrando a temperatura da superficie da Terra

A Terra ten un sistema de compensacións de temperatura, presión e humidade, que mantén un equilibrio dinámico natural, en todas as súas rexións.

As capas superiores do planeta reflicten en torno de corenta por cento da radiación solar. Destes, aproximadamente o 17 % absórbeos as capas inferiores sendo o ozono o que absorbe os raios ultravioleta. O dióxido de carbono e mailo vapor de auga absorben os raios infravermellos. O 43% restante da enerxía alcanza a superficie do planeta que, á súa vez, reflicte o 10 % de volta. Alén dos efectos descritos, existe tamén a influencia do vapor de auga e a súa concentración variable. Estes, xuntamente coa inclinación dos raios solares en función da latitude, inflúe de forma decisiva na penetración da enerxía solar, que á súa vez ten aproximadamente o 33 % da enerxía absorbida por toda a superficie atinxida durante o día, sendo unha parte moi pequena desta reirradiada durante a noite. Alén de todos os efectos relatados anteriormente, existe ademais a influencia e interacción dos océanos coa atmosfera na súa auto regulación. Estes manteñen un equilibrio dinámico entre os fenómenos climáticos das diferentes rexións da Terra.

Estes mecanismos actuando en conxunto xeran unha transición suave de temperaturas en todo o planeta.

Unha excepción á regra ocorre onde son menores a cantidade de auga, vapor desta e a espesura da troposfera, como nos desertos e cordilleiras de grande altitude.

Na baixa atmosfera, o ar móvese tanto no sentido horizontal xerando os ventos, canto no vertical, alterando a presión. Pois, por diferenzas de temperatura, a masa aérea quente sobe, e ao arrefriarse, descende novamente, xerando así un sistema oscilatorio de variación de presión atmosférica.

Unha das maiores determinantes na distribución da calor e humidade na atmosfera é a circulación do ar, pois esta activa a evaporación media, dispersa as masas de ar quente ou frío conforme a rexión e o momento. En consecuencia caracteriza os tipos climáticos. A esta circulación de ar, cando é horizontal, chámaselle vento, definido como o movemento do ar paralelo á superficie da Terra. Cando o movemento é vertical, denomínase corrente de ar.

Aos movementos verticais e horizontais de superficie, súmanse os jet streams, e os movementos de masas de ar, que determinan as condicións climáticas do planeta.

Notas

↑ esa. "Earth’s atmosphere stretches out to the Moon – and beyond". European Space Agency (en inglés). Consultado o 2019-02-20.
↑ "Writing on the wall". European Space Agency (en inglés). Consultado o 2019-02-20.

Véxase tamén

Bibliografía

Donn, W. L. (1978) Meteorología. Ed. Reverté.

Outros artigos

[1] sa. "Earth’s atmosphere stretches out to the Moon – and beyond". European Space Agency (en inglés). Consultado o 2019-02-20.

[2] "Writing on the wall". European Space Agency (en inglés). Consultado o 2019-02-20.

[1]

[2]

v c e Atmosfera terrestre
Troposfera Estratosfera Mesosfera Termosfera Exosfera
Tropopausa Estratopausa Mesopausa Termopausa / Exobase
Capa de ozono Turbopausa Ionosfera Cinto de Van Allen Magnetosfera