Origen y evolución de la atmósfera
Hace unos 4.500 millones de años la Tierra era un planeta en proceso de solidificación envuelto por una delgada capa de gases. La primera estaba constituida por una masa gaseosa envolvente formada únicamente por hidrógeno y helio, y permitía todavía la aparición de vida.
En aquellos primeros tiempos, la actividad volcánica debió de ser muy intensa y el magma que llegó a la superficie terrestre liberó grandes cantidades de otros gases, principalmente metano, nitrógeno, amoníaco, dióxido de carbono, monóxido de carbono y vapor de agua. La mayor parte del hidrógeno y del helio, que son gases más ligeros, se acumularon en la parte más alta de la atmósfera y fueron perdiéndose en el espacio intersideral.
Con posterioridad, hace aproximadamente unos 4.000 millones de años, se produjo el enfriamiento de la Tierra y cuando la temperatura del vapor de agua descendió por debajo de 100 oC, se produjo la condensación de dicho vapor y se formaron intensas lluvias, que al llegar a la superficie terrestre dieron lugar a los mares y los océanos.
La Tierra recibió en aquellos momentos una gran cantidad de radiaciones ultravioleta procedentes del Sol, que impidieron que la vida se desarrollara en la superficie terrestre. Sin embargo, la vida se inició en el mar: los primeros seres vivos se refugiaron a más de 10 m de profundidad ya que, de esta forma, el agua absorbía las radiaciones nocivas y permitía el desarrollo y la evolución de los primeros organismos vivientes.
Las primeras moléculas de clorofila aparecieron hace unos 3.000 millones de años en algunos organismos, de forma que se inició en estos el proceso de la fotosíntesis. Durante este periodo se liberó gran cantidad de oxígeno, que fue a parar a la atmósfera enriqueciéndola. Por acción de las radiaciones ultravioleta algunas moléculas de oxígeno se rompieron y se reagruparon de nuevo formando ozono. El ozono constituyó en la parte alta de la atmósfera una capa que actuó y sigue actuando de filtro de las radiaciones ultravioleta del Sol. Hace 400 millones de años que los seres vivos pudieron abandonar el agua y colonizar la tierra firme.
La actividad de las plantas terrestres produjo una gran cantidad de oxígeno, hasta que su proporción en la atmósfera se estabilizó en su valor actual, un 21 %. El aire, en la parte inferior de esta, contiene además un 78 % de nitrógeno y otros gases en muy poca cantidad, como argón y dióxido de carbono, así como cantidades variables de vapor de agua.
VIDEO DOCUMENTAL: http://www.youtube.com/watch?v=_iCWPa46drg
División de la atmósfera
La temperatura varía en la atmósfera en relación con la altura, pero no de una forma lineal. En relación con el comportamiento de la temperatura en función de la altura se han establecido unas zonas o regiones concéntricas de espesores definidos, separadas por pequeños intervalos llamados pausas. Cada una de estas zonas tiene características y propiedades particulares que la distinguen claramente de las demás:
- Troposfera: Tiene un espesor variable, desde unos 6-7 km en los polos hasta unos 18 km en el ecuador. Representa el 80 % de toda la masa atmosférica y contiene, prácticamente, todo el vapor de agua. En esta zona tienen lugar todos los fenómenos meteorológicos relacionados con el agua. El aire de esta zona, llamado troposférico, es el aire de composición conocida y bien definida. La temperatura, en su parte superior, alcanza los –55 oC.
- Estratosfera: Los gases, debido a la ausencia de corrientes de convección, se superponen formando capas estratificadas según su densidad. Llega hasta una altura de unos 50 km y hacia la parte media se encuentra la capa de ozono. La temperatura aumenta con la altura y en la parte superior es del orden de 0 oC.
- Mesosfera: Se extiende hasta 80 km de altura y la temperatura se encuentra entre –70 y –100 oC.
- Termosfera: Alcanza 400-600 km de altura, aumentando progresivamente la temperatura hasta sobrepasar incluso los 300 oC.
- Exosfera: Está formada por pequeñísimas cantidades de hidrógeno y helio, la temperatura se mantiene constante, y se extiende más allá de 400-600 km y no presenta límite definido.
Presión atmosférica
Debido a su peso, el aire ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre que se conoce como presión atmosférica. Si al nivel del mar, en la palma de la mano extendida se dibuja un cuadrado de 1 cm de lado, el peso de la columna de aire de base 1 cm cuadrado desde la palma de la mano hasta el límite superior de la atmósfera es de 1 kp. Es decir, la mano soporta una presión de 1 kp por centímetro cuadrado. Esta unidad se llama atmósfera y corresponde a la presión ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura. La presión atmosférica fue medida por vez primera por Torricelli en 1643.
Se mide con unos aparatos llamados barómetros y se puede dar en distintas unidades, ya sea en atmósferas, milímetros de mercurio o bares –y su milésima parte, el milibar–, más corrientes en meteorología.
Variación de la presión atmosférica
La presión es distinta en cada punto de la Tierra, y en un mismo punto varía también continuamente con los cambios físicos del aire (temperatura, humedad, etc.). Las variaciones de la presión atmosférica dependen de diversos factores:
- Influencia de la altura sobre el nivel del mar: A medida que se asciende por una montaña, cada vez hay menos cantidad de aire por encima y, al mismo tiempo, este es menos denso. En consecuencia, la presión atmosférica disminuye con la altura.
- Influencia de la temperatura: Las diferentes moléculas presentes en el aire se mueven más deprisa cuando aumenta la temperatura de este, de manera que dichas moléculas tienden a separarse y el aire se hace menos denso. Como consecuencia, disminuye la presión que ejerce el aire y, por tanto, la presión atmosférica disminuye al aumentar la temperatura del aire.
- Influencia de la cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera: Al ser las moléculas de agua más ligeras que las de oxígeno y nitrógeno, al aumentar la humedad, es decir, el contenido de vapor de agua, una misma masa de aire pierde peso y, por tanto, es menor la presión que produce. Una masa de aire seco ejerce una presión mayor que la misma masa de aire húmedo.
Masas de aire atmosférico
Una masa de aire es una porción de aire con unas características físicas definidas, situada sobre un área determinada, de unos miles de kilómetros cuadrados. El aire ha adquirido estas características físicas según las propiedades climáticas de temperatura y humedad de la zona donde se encuentra.
El desplazamiento de las masas de aire origina las principales perturbaciones atmosféricas, ya sea al situarse sobre otra zona de características diferentes a las de su lugar de origen o bien al entrar en contacto con otra masa de aire distinta.
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Las masas de aire se clasifican según su lugar de origen, es decir, la zona de la superficie terrestre donde el aire estancado ha adquirido las propiedades climáticas del lugar. Se forman así masas de aire polar, tropical, ecuatorial, etc. Cuando una masa de aire se desplaza, se sigue identificando por su nombre de origen, o bien en relación con su temperatura y el de la zona por la cual se mueve. Será una masa de aire frío si su temperatura es inferior a la del ambiente donde se halla, y será una masa de aire cálido si se desplaza por una superficie más fría.
Las zonas de contacto entre dos masas de aire distintas se llaman frentes y su comportamiento es estudiado en meteorología para predecir el tiempo atmosférico.
EL EFECTO INVERNADERO
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=QD-18YqEPVM
El efecto invernadero es un fenómeno físico que permite que la Tierra mantenga una temperatura media de unos 11 °C. Si no fuera por este efecto, la Tierra podría ser un lugar tan inhóspito como la Luna y registrar cambios de temperatura, entre el día y la noche, de hasta 200 °C. El efecto invernadero, al mantener agua en estado líquido sobre la Tierra, ha permitido el inicio y el mantenimiento de la vida.
EL EFECTO INVERNADERO
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=QD-18YqEPVM
El efecto invernadero es un fenómeno físico que permite que la Tierra mantenga una temperatura media de unos 11 °C. Si no fuera por este efecto, la Tierra podría ser un lugar tan inhóspito como la Luna y registrar cambios de temperatura, entre el día y la noche, de hasta 200 °C. El efecto invernadero, al mantener agua en estado líquido sobre la Tierra, ha permitido el inicio y el mantenimiento de la vida.
Causas
Este fenómeno actúa de forma similar a un invernadero, el cual se construye para poder cultivar plantas a una temperatura superior a la ambiental. Las paredes y los cristales del invernadero permiten el paso de las radiaciones solares hacia el interior, donde, en parte, son absorbidas por el suelo, la tierra y las plantas, que de esta forma aumentan su temperatura. La emisión del calor producido, en forma de radiaciones infrarrojas de longitud de onda más larga que la de las ondas incidentes, no pueden atravesar los cristales ni las paredes y calientan el aire del interior.
Cuando la Tierra se calienta, por la acción de las radiaciones solares, emite calor hacia la atmósfera en forma de radiaciones infrarrojas de longitud de onda más larga que la de las ondas incidentes.
Ciertos gases presentes en la atmósfera, sobre todo el dióxido de carbono, absorben radiaciones de una longitud de onda específica, de tal modo que la capa formada por estos gases permite el paso de las ondas de ciertas longitudes de onda procedentes del Sol, pero impiden el regreso hacia el espacio exterior de las radiaciones de longitud de onda más larga que emite la Tierra. En consecuencia, una parte del calor emitido por la superficie terrestre se refleja en esta capa y vuelve de nuevo sobre ella. El efecto producido es, pues, comparable al que tiene lugar en un invernadero.
El aumento del efecto invernadero
El aumento de los gases de pantalla por encima de lo normal ha convertido el efecto invernadero en un problema ambiental. Las principales causas de este aumento son la deforestación, que disminuye la cantidad de dióxido de carbono absorbido por las plantas, el incremento de los incendios y el uso, cada vez mayor, de combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo.
La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera depende de las interacciones de este gas con la hidrosfera, la geosfera y la biosfera. Debido a que durante la historia de la Tierra se han producido cambios en los tres sistemas, la concentración de dióxido de carbono habrá variado a lo largo del tiempo, pero se supone que se mantuvo prácticamente constante, alrededor de 280 partes por millón (ppm) durante miles de años hasta el inicio de la revolución industrial. En 1994 se midieron hasta 356 ppm de este gas en el aire, lo que representa un ascenso espectacular de más del 25 % en los últimos 150 años.
Pero no es únicamente el dióxido de carbono el gas que participa en el efecto invernadero. En los últimos años se ha incrementado de manera considerable la participación de otros gases, como el metano, el óxido nitroso, el ozono de la troposfera y los compuestos clorofluorocarbonados (CFC), entre otros.
El metano se produce en grandes cantidades en los incendios forestales, el óxido nitroso proviene de la desnitrificación de los suelos demasiado abonados con productos nitrogenados y los CFC acompañan a los productos envasados en aerosoles y se introducen en los circuitos refrigerantes de frigoríficos y congeladores, de forma que, tarde o temprano, van a parar al medio ambiente.
Cuanto mayor es la concentración de estos gases mayor es la cantidad de energía calorífica que reflejan, de tal modo que la temperatura del aire es cada vez mayor. Esta es la causa del llamado cambio climático, que se manifiesta por un ascenso de la temperatura media del planeta.
Se prevé que si no disminuyen las emisiones de gases pantalla en un futuro próximo, en el año 2100 la temperatura de la Tierra habrá aumentado entre 1 y 3,5 °C por encima del valor actual.
