Significado de atmósfera (capas de la tierra) Definición, importancia, y diferencia (saturno, marte...)
Licenciada en Física
Definición formal
La atmósfera es la barrera protectora gaseosa que recubre y abraza una estructura, cuya composición, en el caso de la Tierra, responde a una mezcla en la que predominan: nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), además también contiene 1% de argón, pequeñas cantidades de vapor de agua que varían según el lugar y la época del año y algunas trazas de neón, metano, dióxido de carbono, ozono y óxido nitroso.
Esta capa gaseosa brinda el soporte para la vida, determina el clima y protege al planeta de los efectos del magnetismo, las radiaciones electromagnéticas del Sol, además de filtrar el aluvión constante de partículas y moléculas que provienen del espacio interplanetario.
La atmósfera terrestre se mantiene gracias al equilibrio entre la gravedad, que como es sabido, compacta y comprime la materia, y el movimiento molecular de los gases, cuya tendencia es dispersar las partículas.
Las capas de la atmósfera terrestre
Para su estudio, los científicos dividen a la atmósfera en una serie de capas, aunque en realidad se trata de un continuo y su densidad va disminuyendo progresivamente con la altura. Las capas comienzan desde el mismo nivel del mar, extendiéndose varios cientos kilómetros, siendo la capa más densa e importante la que recubre directamente la superficie.
En cuanto a la capa más externa no tiene un límite preciso, pues la atmósfera se adelgaza paulatinamente (1 molécula por cc) hasta confundirse con el espacio interplanetario, en un estimado de unos 10.000 km. La mayor parte de los gases atmosféricos se encuentra hasta los 100 km de altura, sin embargo, el 99% de ellos se concentra realmente en la capa de 30 km de espesor que parte desde la superficie.
Uno de los criterios para estudiar la atmósfera es de acuerdo a la distribución de los gases que la componen, de esta manera se distinguen:
Homosfera: Con un espesor de entre 80 y 100 km, es la capa en que la composición del aire se mantiene más o menos homogénea, con los elementos y proporciones mencionados al principio.
Heterosfera: Segmento que rodea a la homosfera y su composición es variable, dependiendo de la altitud.
Importancia de la estructura vertical, en capas de acuerdo a la temperatura
Otro criterio importante para definir las capas atmosféricas es el de las variaciones de temperatura. De acuerdo a esto, la estructura se compone de estratos separados por delgadas capas de transición:
1. Troposfera: Recubre la superficie del planeta y se extiende hasta unos 12 km de altura en promedio, ya que el espesor es variable: entre 19 km en el ecuador y 9 km en los polos. La temperatura disminuye a razón de 6.5 ºC por cada kilómetro de altura. En sus primeros 500 m se concentran partículas de polvo de los desiertos, de las emisiones volcánicas y las que provienen de las actividades humanas. Allí ocurren también los movimientos y mezclas de aire que dan lugar al clima.
2. Tropopausa: es una capa límite muy delgada entre la troposfera y la estratosfera, cuya temperatura ronda −55 ºC.
3. Estratosfera: se extiende hasta unos 45 km y la temperatura aumenta con la altura, pero luego desciende. Contiene la delgada capa de ozono entre 21 y 29 km de altura, que protege a la superficie de la radiación solar.
4. Estratopausa: es la correspondiente capa de transición y tiene aproximadamente 5 km de espesor.
5. Mesosfera: en esta capa de aire muy seco, la temperatura vuelve a disminuir con la altura, llegando a −90 ºC a unos 80 km de altitud. Es rica en reacciones químicas y algunos autores señalan que es aquí donde ocurre la transformación de los meteoros en estrellas fugaces.
6. Mesopausa: constituye la capa límite entre la mesosfera y la ionosfera.
7. Ionosfera o termosfera: en esta capa gran parte de las moléculas sufren ionización debido a las radiaciones electromagnéticas de alta energía provenientes del Sol. De esta manera el nitrógeno y el oxígeno pierden electrones y quedan con carga neta positiva, mientras que los electrones desprendidos crean campos eléctricos en toda la región, tornándola conductora. Es aquí donde se producen las auroras boreales y australes, y también se mueven las ondas de radio y televisión.
La temperatura de esta capa aumenta con la altitud, pudiendo llegar a alcanzar más de 1000 ºC, sobre todo en períodos de intensa actividad solar.
8.- Termopausa: es la capa límite entre la termosfera y la exosfera, ubicada entre los 600 – 800 km de altura.
9. Exosfera: se extiende desde los 600 – 700 km de altura hasta unos 10.000 km aproximadamente. La densidad de esta capa es sumamente baja, y como no hay casi moléculas que dispersen la luz, en esta capa el cielo se oscurece notablemente. La materia que la constituye está en estado plasmático.
10. Cinturones de Van Allen: bandas de partículas cargadas, protones y electrones, que rodean la Tierra y dispersan las partículas provenientes de la ratación cósmica, excepto en los polos. Alcanzan los 22.000 km de altura y se generan por la acción del viento solar en interacción con el campo magnético de la Tierra.
Diferencia con otros planetas: Las atmósferas de Venus, Marte, Júpiter y Saturno
La atmósfera terrestre es excepcional por su complejidad y por sustentar la vida, y desde luego es la que mejor se conoce, pero otros planetas del Sistema Solar también poseen sus propias atmósferas. Mucho de lo que se sabe de ellas proviene de las misiones no tripuladas que comenzaron después de la segunda mitad del siglo XX.
Venus
La atmósfera de Venus es densa y nubosa a partir de los 48 km de altura, muy caliente y compuesta en su mayor parte por dióxido de carbono (96%), más una pequeña proporción de nitrógeno, agua, gases sulfurosos y algunos gases nobles.
Marte
La atmósfera marciana también está compuesta casi toda por dióxido de carbono (95,3%), con pequeñas cantidades de nitrógeno, argón, algo de vapor de agua, monóxido de carbono y trazas de oxígeno molecular y gases nobles. La diferencia es que es mucho menos densa que la atmósfera de Venus y bastante más seca que la terrestre.
Júpiter y Saturno
Los dos gigantes gaseosos no tienen una superficie sólida bien diferenciada de la atmósfera. Júpiter en sí está envuelto en un grueso manto de nubes de nada menos que 1000 km de profundidad. La dinámica atmósfera joviana está compuesta de hidrógeno y helio, con algunas trazas de otros elementos livianos, todo a una elevada presión. Algo semejante sucede con Saturno, con una atmósfera igualmente dinámica y rica en hidrógeno ionizado.
Puede parecer que es mucho lo que se conoce acerca de las atmósferas de los cuerpos del Sistema Solar, pero es mucho más lo que falta por descubrir acerca de estas fascinantes y distintivas estructuras, sin contar con que seguramente los exoplanetas también tienen sus propias y seguramente sorprendentes atmósferas.
¿Cómo se originó la atmósfera?
Los científicos creen que la atmósfera de la Tierra ha sufrido diversos cambios en su composición, ya que hace cerca de 4.6 billones de años atrás constaba principalmente de hidrógeno y helio, los elementos más ligeros y abundantes. Estos gases livianos escaparon al espacio, pero las continuas erupciones volcánicas que azotaban al planeta en sus inicios arrojaron grandes cantidades de dióxido de carbono y vapor de agua.
Con el tiempo la condensación de este vapor dio origen a los océanos y el dióxido de carbono se disolvió en el agua. La llegada de la vida introdujo cambios su vez, pues incrementó la presencia de oxígeno atmosférico, luego, en las capas superiores de la atmósfera, la radiación del Sol convirtió parte de este oxígeno en ozono, creando una capa protectora que filtra la peligrosa radiación ultravioleta.
Sin embargo, en la actualidad algunos científicos planetarios sospechan que la Tierra no tuvo tiempo para crear una atmósfera primitiva de tipo hidrógeno-helio, aunque estos gases debieron abundar en la nebulosa que dio origen al Sistema Solar, sino que desde un comienzo el nitrógeno fue el componente mayoritario, como lo sigue siendo hoy en día.
Y esto fue así debido a que la formación de la Tierra ocurrió mucho más rápido de lo que se pensaba, el planeta se calentó muchísimo por los impactos, la continua actividad volcánica y los procesos de desintegración radiactiva. Esto provocó que los gases ligeros escaparan al espacio muy rápidamente, por lo que la atmósfera primitiva debió ser rica en nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua.
Buena parte del agua llegó a través de los cuerpos celestes, los planetesimales y los cometas, que también portaban moléculas orgánicas que con el tiempo resultaron en el desarrollo de la vida.
Trabajo publicado en: Abr., 2021.