Composición y Origen de la Atmósfera

La atmósfera terrestre se formó hace aproximadamente 4600 millones de años, coincidiendo con el nacimiento de la Tierra. Inicialmente, gran parte de esta atmósfera primitiva se perdió en el espacio. Estaba compuesta principalmente por H₂O (vapor de agua), CO₂ (dióxido de carbono), N₂ (nitrógeno) y cantidades muy pequeñas de H₂ (hidrógeno) y CO (monóxido de carbono). Esta era una atmósfera reductora. Con el inicio de la actividad fotosintética de los seres vivos, se introdujo O₂ (oxígeno) y O₃ (ozono). El desarrollo industrial y tecnológico de la humanidad ha conllevado a la emisión de contaminantes.

La composición actual de la atmósfera es la siguiente:

• N₂: 78%
• O₂: 20.9%
• Ar (Argón): 0.93%
• CO₂: 0.03%
• Otros (CO, O₃, He, H₂, CH₄): 0.14%

Componentes Variables: Su proporción varía, como los sólidos en suspensión. Estos incluyen el vapor de agua y los contaminantes atmosféricos. Hasta los 80 km, los gases se encuentran homogéneos. Después de esta altitud, la composición varía, predominando N₂, O₂, He y H₂ en capas sucesivas.

Capas de la Atmósfera

La atmósfera se divide en varias capas, cada una con características distintas:

Troposfera

Es la capa en contacto con la superficie terrestre. En ella se producen los movimientos de masas de aire y los fenómenos meteorológicos. Aquí ocurre el efecto invernadero. La temperatura y la presión disminuyen con la altura. El efecto invernadero se produce cuando gases como el CO₂ y el vapor de agua absorben la radiación infrarroja del sol y la que se refleja desde la superficie terrestre. Estos gases retienen el calor, manteniendo la Tierra a una temperatura adecuada para la vida.

Estratosfera

En esta capa, la temperatura aumenta con la altitud. El aire se dispone en estratos horizontales. Aquí se encuentra la capa de ozono, crucial para filtrar la radiación ultravioleta dañina del sol.

Mesosfera

Es una zona donde los meteoritos entran en ignición debido al rozamiento con el aire. Aquí se registran las temperaturas más bajas de la atmósfera.

Ionosfera o Termosfera

Se caracteriza por un alto contenido de iones de O₂ y N₂, que absorben las radiaciones solares y se calientan. En esta capa se producen las auroras boreales.

Exosfera

Es la capa más externa de la atmósfera, cuyo límite se sitúa alrededor de los 800 km. Sus principales componentes son H₂ y He.

Funciones de la Atmósfera

La atmósfera desempeña funciones vitales para la vida en la Tierra:

• Filtrado de Radiación: Las radiaciones de longitud de onda corta (rayos X, gamma y ultravioleta) son absorbidas en la ionosfera, interactuando con moléculas de O₂ y N₂, lo que aumenta la temperatura.
• Protección con la Capa de Ozono: La radiación ultravioleta de onda larga, aunque tiene mayor poder de penetración, es filtrada por la capa de ozono.
• Fotosíntesis: La radiación del espectro visible es fundamental para la fotosíntesis.
• Regulación Térmica: Los infrarrojos penetran en la troposfera, donde los gases de efecto invernadero los absorben, junto con los emitidos por el planeta, manteniendo una temperatura adecuada.
• Albedo: La presencia de nubes aumenta el albedo (reflexión de la radiación solar).
• Efecto Invernadero: Mantiene la temperatura del planeta.
• Dinámica Atmosférica: Las diferencias de presión y temperatura entre las capas bajas y altas de la troposfera provocan movimientos verticales y horizontales, que son la base de la dinámica atmosférica y facilitan la dispersión de los gases contaminantes.

Dinámica Vertical de la Atmósfera

La diferencia de temperatura es la principal responsable de la dinámica vertical. El Gradiente Vertical de Temperatura (GVT) es la variación negativa de la temperatura con la altura. El Gradiente Adiabático Seco (GAS) se refiere a la variación de temperatura de una masa de aire que asciende o desciende sin intercambiar calor con su entorno. Una masa de aire asciende cuando su temperatura iguala a la del aire circundante. El Gradiente Adiabático Húmedo se produce cuando la temperatura es muy baja y el vapor de agua se condensa, lo que hace que el GAS disminuya. Al perder la humedad, la masa de aire vuelve al gradiente adiabático seco normal.

Los puntos de igual presión se unen mediante isobaras. Su representación gráfica permite interpretar la situación atmosférica de un lugar determinado.

Anticiclones

Se forman cuando una masa de aire frío desciende, generando una zona de altas presiones. Esto provoca vientos hacia el exterior. Debido al efecto Coriolis, en el hemisferio norte los vientos giran en el sentido de las agujas del reloj, y en el hemisferio sur, en sentido contrario. Los anticiclones son zonas de estabilidad atmosférica. Puede ocurrir que el GVT sea positivo pero menor que el GA, impidiendo movimientos verticales de las masas de aire, o que el GVT sea negativo, produciendo una inversión térmica. Esto es frecuente en invierno, formando bancos de niebla. Si la contaminación es alta, puede generarse una situación peligrosa.

Borrascas

Son masas de aire caliente y húmedo en ascenso que generan una zona de bajas presiones. Se producen movimientos de aire hacia el centro de la borrasca (el “ojo”). Para que el aire ascienda, el GVT debe ser mayor que el GAS. Las borrascas son situaciones de inestabilidad que pueden producir precipitaciones y vientos. La ocurrencia de precipitaciones depende del grado de humedad del aire. Los vientos también sufren desviaciones por el efecto Coriolis: en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur y en sentido contrario en el hemisferio norte.

Existen dos tipos de humedad:

• Humedad Relativa: Porcentaje de vapor de agua en metros cúbicos.
• Humedad Absoluta: Cantidad de H₂O por metro cúbico (g/m³).

Cuando el aire húmedo asciende, su temperatura desciende, disminuyendo su capacidad para retener vapor de agua. Alcanza el punto de saturación y se forman nubes. Para ello, deben existir núcleos de condensación, que son partículas sólidas (como NaCl o SH₂).

La radiación solar no incide de manera uniforme en el planeta. En el ecuador, donde se registran las temperaturas más altas, se forman borrascas tropicales, mientras que en los polos se forman anticiclones. El efecto Coriolis provoca que, en el hemisferio norte, cualquier movimiento de un fluido se desplace hacia la derecha (en el sentido de las agujas del reloj).