La Atmósfera Terrestre: Composición, Estructura y Fenómenos

La Atmósfera Terrestre

Definición

La atmósfera es una envoltura gaseosa que rodea la Tierra y se mantiene unida a ella por la fuerza de gravedad. Es más ligera con la altitud y, mientras más cerca de la Tierra, mayor será su densidad. Está compuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno.

Composición del Aire

El aire es una mezcla gaseosa en la que el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂) constituyen el 99% en volumen. Otros gases que lo componen son:

• Metano (CH₄)
• Hidrógeno (H₂)
• Gases nobles (Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn)
• Dióxido de carbono (CO₂)

Oxígeno (O₂)

Representa el 20,9% del aire. Es un gas incoloro, inodoro e insípido, inactivo a temperatura ambiente. Puede ser tóxico si se inhala en grandes cantidades. Es un comburente y es necesario para la respiración de las plantas verdes.

Dióxido de Carbono (CO₂)

Es un gas incoloro e inodoro. Es inactivo, pero a altas concentraciones puede provocar asfixia por falta de oxígeno. No es combustible. Se disuelve en agua formando ácido carbónico. Está presente en la fotosíntesis y la respiración celular. Se utiliza en la elaboración de bebidas gaseosas y la fabricación de bicarbonato de sodio. Es el principal gas invernadero.

Fuentes de CO₂:

• Industrias
• Seres vivos (combustión)
• Vehículos
• Incendios
• Todo lo que utiliza gasolina

Gases Nobles

Se caracterizan por no reaccionar con otras sustancias. Incluyen argón (Ar), helio (He), neón (Ne), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn). No se encuentran en abundancia en la Tierra.

Argón (Ar)

Es un elemento gaseoso inerte que está formado por átomos individuales. Pertenece al grupo de los gases nobles y tiene muy baja reactividad.

Hidrógeno (H₂)

Es un elemento gaseoso incoloro, inodoro e insípido. Es una molécula diatómica que es relativamente inerte a temperatura ambiente.

El Agua en la Atmósfera

El agua se encuentra en la atmósfera en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Influye en la generación de diversos fenómenos meteorológicos. Puede estar presente como vapor de agua, gas, y gotitas líquidas (nubes). La atmósfera contiene aproximadamente 1200 km³ de agua.

Ozono (O₃)

Es un gas azul pálido de olor fuerte y altamente venenoso. Se forma por la acción de una chispa eléctrica a través del oxígeno. Es más activo químicamente que el oxígeno. El ozono en la troposfera es producido por los óxidos de nitrógeno y los gases orgánicos. El ozono troposférico es un peligro para la salud y puede producir graves daños en las cosechas.

Metano (CH₄)

Es llamado gas natural. La combustión del metano es más limpia que la combustión del gas licuado (mezcla de propano y butano). En la combustión del metano se forma dióxido de carbono y agua.

Fuentes del Metano:

• Explotación del gas metano.
• Generación por la basura acumulada en los rellenos sanitarios.
• El gas metano procedente del estiércol es una fuente potencialmente valiosa de combustible.

Gas Metano en la Tierra:

Es el segundo gas en importancia en la creación del efecto invernadero y puede ser responsable del calentamiento global. La mayoría se produce biológicamente, además de la descomposición de abonos carbonados en los campos.

Contaminantes Atmosféricos

Contaminantes Primarios:

Se forman directamente a partir de la fuente:

• Monóxido de carbono (CO)
• Monóxido de nitrógeno (NO)
• Dióxido de azufre (SO₂)
• Hidrocarburos

Contaminantes Secundarios:

Se forman a partir de los contaminantes primarios:

• Trióxido de azufre (SO₃)
• Trióxido de nitrógeno (NO₃)
• Ácido nítrico (HNO₃)
• Ácido sulfúrico (H₂SO₄)

Estructura de la Atmósfera Terrestre

Troposfera

Es la capa inferior de la atmósfera, desde 0 hasta 18 km de altura. Contiene el 90% de los gases atmosféricos. Su temperatura disminuye con la altura hasta alcanzar -60ºC (a razón de 5,5ºC cada 1000 msnm/km). En esta capa vuelan los aviones a reacción, se producen las precipitaciones, se encuentran los globos aerostáticos, los contaminantes y también el Monte Everest (8848 m de altura).

Estratosfera

Se extiende desde la tropopausa hasta unos 50 km sobre la superficie de la Tierra. Está formada por dos capas:

• Capa inferior (18-30 km): Temperatura constante (-50ºC a -40ºC). Impide los movimientos verticales. Los contaminantes permanecen en esta capa. Contiene la capa de ozono.
• Capa superior (30-50 km): La temperatura aumenta con la altitud.

En la estratosfera se observan las estrellas fugaces, rayos cósmicos y satélites. Es peligroso porque los rayos ultravioleta chocan con la capa de ozono. También se encuentran nubes generadas por explosiones atómicas.

Mesosfera

Se extiende desde la estratopausa (50 km) hasta los 80 km aproximadamente. Predominan los gases ligeros. Se forman grandes turbulencias y vientos.

Termosfera o Ionosfera

Se extiende desde los 80 km hasta los 630 km. Se concentra en unas bandas que reflejan hacia la Tierra las ondas radiomagnéticas. Es importante para la comunicación por radio. También se producen las auroras.

Exosfera

Es la capa más distante de la Tierra y se extiende hasta los 900 km de altitud. En esta región, los escasos átomos de hidrógeno, oxígeno y helio están tan separados que rara vez chocan. Sus temperaturas son cercanas a los 2500ºC durante el día y -270ºC durante la noche.

Atmósferas en Exoplanetas

Se ha detectado una atmósfera que envuelve a un planeta fuera del sistema solar que gira en torno a una estrella a 150 años luz de distancia de la Tierra. Este exoplaneta supera a la Tierra en tamaño unas 220 veces. Su atmósfera contiene sodio y se ha descubierto que tiene agua. Gira a 3,5 veces la velocidad de la Tierra alrededor de su estrella y su temperatura es de 1100ºC.

Origen de la Atmósfera Terrestre

La atmósfera terrestre ha pasado por un proceso de evolución de 4500 millones de años.

Formación Primitiva:

• Emanaciones volcánicas: producto de la erupción del magma, liberando componentes gaseosos como vapor de agua, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno y nitrógeno.

Etapas de la Formación:

• Erupción volcánica: liberación de gases a la atmósfera primitiva.
• Condensación: la atmósfera primitiva se enfría y el vapor de agua se condensa, formando los océanos.
• Reacciones químicas:
  • El CO₂ reacciona con las rocas para formar carbonatos.
  • Los carbonatos se disuelven en los océanos.
• Inicio de la vida primitiva en los océanos: aparecen los primeros organismos fotosintéticos.
• Organismos fotosintetizadores: consumen CO₂ y liberan O₂, cambiando la composición de la atmósfera.