La atmósfera, la capa gaseosa que rodea nuestro Planeta, se trata de una compleja amalgama de gases y de partículas sólidas y líquidas en suspensión atraídas por la gravedad terrestre.
Nuestra amiga Empar Landete, nos explica todos los detalles de ella en varias entregas. Un documento que estamos seguros de que os apasionará. Vamos con la primera entrega de su trabajo.
El nacimiento de la atmósfera
La atmósfera terrestre se formó hace aproximadamente unos 4.600 millones de años a la vez que la formación de la Tierra misma.
En sus orígenes, la composición de la atmósfera se limitaba principalmente a cuatro o cinco compuestos mayoritarios (vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre nitrógeno junto con otras pequeñas cantidades de hidrógeno molecular).
A medida que la Tierra evolucionaba, los efectos de la presión de las erupciones volcánicas fueron expulsando a la atmósfera gases más ligeros, mientras los más pesado quedaban retenidos por el efecto de la gravedad.
Así las moléculas de hidrógeno, los átomos de helio y neón, al ser demasiado ligeros, fueron expulsados de esta atmósfera en formación.
La radiación ultravioleta procedente del Sol provocó la fotodisociación de las moléculas de agua generando hidrógeno, que continuaba escapando, y oxígeno molecular que comenzó a reaccionar químicamente con el resto de especies NH3 (amoniaco) y CH4 (metano gaseoso).
Más tarde, hace más de 2.000-2.500 millones de años, con la aparición de los primeros seres vivos y su actividad fotosintética, empezaron a entrar en juego otros compuestos atmosféricos, fundamentales para el desarrollo de la vida, como el oxígeno y el ozono.
Y no fue hasta hace unos 1.000 millones de años cuando la atmósfera, a grandes rasgos, adquirió su composición química actual.
Así, las plantas y otros seres fotosintéticos utilizan el CO2 para devolvernos O2, mientras que la respiración de los animales realiza la acción inversa.
La composición de la atmósfera
El estudio de la composición química de la atmósfera de la Tierra comenzó mucho antes de que la química comenzase a considerarse como una ciencia.
Así, cabe citar una frase que ya Homero escribió en su Odisea: “La tormenta iba acompañada de truenos y relámpagos, y el aire estaba impregnado de azufre…”.
Este olor que señalaba Homero se sabe hoy en día que proviene del O3 atmosférico.
Su etimología
Todos estos fenómenos ocurren dentro de las capas de nuestra Atmósfera; el término atmósfera viene del griego atmos (vapor) y sphaira (esfera), es la envoltura gaseosa de nuestro Planeta.
Una mezcla de gases, líquidos… y sólidos
La materia constitutiva de la misma, el aire, no es un elemento químico simple, sino una mezcla de los elementos y combinaciones químicas que no reaccionan entre sí, los cuales, además, contienen en suspensión gran variedad de productos sólidos y líquidos en finísimas gotas o partículas, desde materia orgánica (polen, productos de combustión, etc.) hasta iones y material radiactivo, pasando por la abundante gama de agentes contaminantes.
La forman una mezcla de gases y partículas sólidas y liquidas en suspensión, que permanecen sujetas a la superficie terrestre por la fuerza de la gravedad.
En virtud de su compresión, casi toda ella se concentra en los primeros kilómetros de la superficie, aunque puede estimarse su presencia hasta aproximadamente los 10.000 Km de altitud, donde se hace indiscernible del medio interplanetario.
Las estimaciones realizadas indican que los cinco primeros kilómetros contienen la mitad de la masa atmosférica total, debajo de los 10 Km se localizan las dos terceras partes de la misma y por encima de los 60 Km no queda más que una milésima parte.
Una composición variable a lo largo del tiempo
Su composición gaseosa ha ido cambiando gradualmente a lo largo de millones de años en la misma medida que ha ido evolucionando la geografía terrestre.
En la actualidad, tres gases, el nitrógeno, el oxígeno y el argón, constituyen el 99,95 % del volumen atmosférico.
De ellos el nitrógeno y el argón son geoquímicamente inertes y una vez desprendidos a la atmosfera allí permanecen.
El oxígeno, por el contrario, es muy activo y su cantidad viene determinada por la velocidad de las reacciones que ligan el depósito atmosférico de oxígeno libre con el depósito reductor que existe en las rocas sedimentarias.
Los restantes componentes del aire están presentes en cantidades tan pequeñas que sus concentraciones se expresan, por lo general, en partes por millón en volumen.
Un papel esencial en el equilibrio energético del Planeta
La Atmósfera juega un papel esencial en el equilibrio energético de la Tierra porque controla la cantidad de radiación que llega al suelo y la radiación terrestre liberada al espacio; a la vez , es el principal medio de transferencia de calor en el Planeta , por esta razón se la ha comparado muchas veces con una gigantesca máquina térmica , impulsada por el permanente desequilibrio de temperatura entre el Ecuador y los Polos, que recibe energía en forma de calor, transformando parte de ella en energía cinética y realizando un trabajo.
La atmósfera húmeda no solamente atrapa el calor en la Tierra; la radiación infrarroja que emite luego de ser calentada por la energía del Sol, sino que también almacena esa energía.
El vapor de agua es movido por los vientos, que es uno de los vehículos más importantes de la atmosfera para el transporte del calor.
Cuando la energía solar alcanza este vapor de agua, la masa de aire se calienta desde abajo, ya que la exposición a nivel de la superficie de esta energía es particularmente intensa.
Los millones de toneladas de agua que se elevan desde los océanos del mundo, representan innumerables moléculas en un movimiento bastante violento, dando paso a que el agua líquida se convierta en gas.
(Flohn, 1968)
Este vapor existe en cierta proporción en todos los cielos. La inmensa cantidad de energía que lleva consigo se denomina calor latente, que se convierte en calor sensible cuando el vapor de agua vuelve a condensarse transformándose en líquido.
Cada vez que el aire se enfría lo suficiente, su vapor se condensa en forma de nubes y el calor liberado pasa a la atmósfera. .
(Schaeffer y Day, 1981)
Contrastes de masas de aire
El aire frío de las latitudes templadas y polares contiene poca de esta energía latente, pero los vientos de los trópicos, cargados de humedad, transportan grandes cantidades de calor latente al desplazarse hacia el polo, donde al enfriarse se precipitan en forma de copiosas lluvias o, incluso, de grandes nevadas.
Algunos meteorólogos han estimado que 25 mm de lluvia precipitada sobre una superficie, liberan la energía equivalente a tres días de Sol sobre esa misma área .
(Durand, 1969)
El aire húmedo transporta grandes cantidades de calor latente; el trabajo de la máquina atmosférica consiste en distribuir ese suministro térmico en movimiento.
La atmósfera efectúa la tarea de intercambiar el calor por movimientos verticales del aire, mediante un proceso denominado convección y, en un sentido horizontal, a través de la advección.
El papel de la presión barométrica en el movimiento de las masas de aire
Cuando el aire aumenta su temperatura asciende verticalmente; éste se mueve porque algunas de sus partes tienen más energía que otras, es decir, están más calientes que otras.
En ese momento, sus moléculas se agitan y se empujan, apartándose mutuamente.
El aire se dilata y, al expandirse, el número de sus moléculas disminuye por centímetro cúbico. La presión atmosférica en un punto determinado es la medida del peso total de aire por encima de él.
Debido a su menor densidad, una columna de aire caliente pesa menos que una columna igual pero de aire frío, y ejerce entonces, menos presión.
Las diferencias de temperatura determinan desequilibrios de presión y a menos que intervenga un factor extraño, por ejemplo, una cadena montañosa, los desequilibrios horizontales barométricos ocasionan, inexorablemente, un desplazamiento de aire del área de mayor presión a la de menor presión.
Un ciclo interminable
En la atmósfera, los ciclos de desplazamiento de las masas de aire se producen a gran escala entre las regiones ecuatoriales y las superficies gélidas de los polos, de un modo que dista mucho de ser sencillo.
El aire es más caliente alrededor de la franja ecuatorial del planeta, por ser el lugar al que va a parar la mayor parte de la energía solar y en el cual el vapor de agua captura más calor.
Es allí donde toda la descripción del tiempo atmosférico y del clima comienza su vertiginoso viaje.
El aire al dilatarse es empujado hacia arriba hasta alcanzar la Tropopausa, límite entre la troposfera y la estratosfera, y se extiende en forma horizontal hacia los polos (el Norte o el Sur) del planeta.
Muy por debajo, el aire frío se mueve hacia el Ecuador para ocupar el lugar que aquél desocupó. La masa de aire caliente, de entre 8 y 16 km de altura, se va desplazando hacia fuera, en dirección a las regiones de menor presión.
Enfriándose y hundiéndose, realiza un largo y aventurado viaje, descendiendo de nuevo a la superficie terrestre, en las latitudes polares donde por efectos térmicos predomina la alta presión.
En ese momento, fría, densa, seca y lenta, la masa de aire comienza a moverse de regreso hacia el Ecuador.
A esta máquina térmica se le denomina celda de Hadley; sin embargo, la rotación de la Tierra modifica este simplificado esquema general, fraccionando dicha celda en una serie de circulaciones mucho más complejas. Asimismo, el globo terrestre dista de ser una superficie homogénea debido a la existencia de océanos y continentes heterogéneamente distribuidos, razón por la cual, las zonas de alta y baja presión no son franjas continuas, sino por el contrario, están conformadas por una serie de celdas de alta y baja presión. Sin embargo, la situación se complica aún más con las estaciones del año, y esta consecuencia se refleja en el desplazamiento de la enorme máquina atmosférica hacia el Norte durante el verano y hacia el Sur en el invierno.
(Durand, 1969)
Ejemplos de conveccion
Ejemplos de la convección son la brisa marina que sopla hacia el cálido interior durante el día y la brisa terrestre que de noche se encamina hacia el mar, cuando la tierra ha irradiado gran parte de su calor.
La convección en el día, hace subir el aire a una montaña abrasada por el sol, y por la noche, hace bajar el aire fresco de la montaña al caldeado valle.
El efecto de la convección consiste en desplazar aire de los lugares fríos a los calientes y transferir calor de los calientes a los fríos.
No obstante, a pesar de lo sencillo que pueden parecer estos ejemplos de circulación por convección, los vientos, la orografía, la distribución de océanos y continentes, junto con la latitud y la altitud, alteran por completo el patrón.
Diferencias de presión atmosférica
Las presiones del aire distan mucho de estar regularmente graduadas al Norte y Sur del Ecuador y las diferencias entre la distribución de tierras y aguas, además del día y la noche, determinan variaciones bruscas de temperatura.
Por otro lado, debido a la rotación de la Tierra, los vientos que tienden a ir de los centros de alta presión a los de baja registran desviaciones; esto se explica de la siguiente forma: si una partícula de aire se mueve de un paralelo geográfico mayor a uno menor se desviará hacia el Este, debido a que la velocidad lineal en el paralelo mayor es más alta que en el menor, por lo que se adelanta, es decir, se desplaza en el sentido que gira la Tierra, que es de Oeste a Este.
Por otra parte, si el viento va de un paralelo menor a uno mayor, debido a la velocidad lineal más baja en el paralelo menor, queda retardado con respecto a la velocidad del paralelo mayor desviándose en sentido contrario al que gira la Tierra, es decir, se desvía hacia el Oeste. Por otro lado, la rotación de la Tierra desvía las corrientes de aire de Norte a Oeste, respectivamente.
(García, 1978)
No existen entonces, capas de aire lisas y homogéneas en la atmósfera, que fluyan majestuosamente del Ecuador a los polos y de vuelta, más bien, el aire es descarrilado la mayoría de las veces por irregularidades accidentales.
Se engendran masas de aire que chocan y se mezclan entre sí, y el intercambio de calor ocurre entre agitadas corrientes, rápidos remolinos y estallidos de la siempre inquieta atmósfera.
Masas de aire: una unidad atmosférica
Llegan a cubrir varios millones de kilómetros cuadrados y es posible describirlas como volúmenes coherentes, porque su temperatura y contenido de humedad son bastante uniformes a una altura determinada y además, porque cuando empiezan a desplazarse lo hacen en conjunto .
(Schaeffer y Day, 1981)
Se bautizan con el nombre del lugar sobre se origina. Si una de ellas se cierne durante suficiente tiempo sobre alguna porción geográfica que puede ser un océano, una cordillera o una planicie, por mencionar sólo tres, tiende a adquirir las características de humedad y temperatura de la superficie que tiene debajo.
Las masas de aire se encuentran entre las partes móviles más importantes de la máquina atmosférica.
Se originan en unas 20 regiones distribuidas en todo el mundo a las que se denominan centros de alta o baja presión; los primeros se sitúan principalmente sobre los océanos, y el viento en ellos gira de dentro hacia fuera, como en el sentido de las manecillas del reloj, en el Hemisferio Norte; en los segundos, ubicados sobre las porciones continentales, el viento gira de afuera hacia adentro, contrario a las manecillas del reloj, en el mismo Hemisferio.
Las masas que se dirigen al Norte se encuentran y actúan recíprocamente con las que se dirigen hacia el Sur, en las zonas templadas, dando a las diversas latitudes templadas su variabilidad característica y su muy oscilante tiempo atmosférico.
(Schaeffer y Day, 1981)
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