Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente (CTMA) – Curso 2015/2016

Composición de la Atmósfera

En la atmósfera terrestre podemos diferenciar dos componentes principales: el aire, formado por una mezcla de gases, y los aerosoles, que son partículas en suspensión.

El Aire Atmosférico

El aire puro y seco está compuesto por una mezcla de gases que se clasifican en mayoritarios, minoritarios y variables:

Gases Mayoritarios y su Proporción en Volumen

Gases Minoritarios (presentes en ppm)

Entre los gases minoritarios se incluyen:

• Metano (CH₄)
• Dióxido de nitrógeno (NO₂)
• Amoniaco (NH₃)
• Dióxido de azufre (SO₂)
• Ozono (O₃)
• Óxido nítrico (N₂O₅)
• Hidrógeno (H₂)
• Gases nobles (He, Ne, Kr, Xe)
• Óxido nitroso (N₂O)
• Monóxido de carbono (CO)
• Hidrocarburos

Componentes Variables

• Vapor de agua: Su concentración es variable y puede alcanzar hasta un 4% en la troposfera, siendo fundamental para los fenómenos meteorológicos.

Los Aerosoles

Los aerosoles están formados por partículas sólidas y líquidas en suspensión. Estas partículas se concentran principalmente en la parte baja de la atmósfera y pueden ser de diversos orígenes:

• Partículas salinas procedentes del mar.
• Humos y cenizas de erupciones volcánicas, así como de combustiones naturales o provocadas por el hombre (fábricas, centrales térmicas, etc.).
• Partículas de polvo.
• Microorganismos, esporas y polen.

Este polvo es el responsable del color rojizo del cielo al amanecer y al atardecer.

Densidad y Presión Atmosférica

La composición de la atmósfera varía con la altitud. Tanto la densidad como la presión descienden con la altura. El aire es muy compresible, por lo que la mayor parte de los gases se encuentran en los primeros 5 km de la atmósfera, donde esta es más densa.

La presión atmosférica al nivel del mar es de 760 mm de Hg o 1 atmósfera de presión (equivalente a 1,013 × 10⁵ N/m² o 1013 milibares, es decir, 1013 hPa – hectopascales). En los mapas del tiempo, se utilizan isobaras, que son líneas que unen puntos de igual presión.

Estructura de la Atmósfera

De acuerdo con sus características fisicoquímicas, la atmósfera se encuentra estratificada en las siguientes capas:

1. Troposfera

• Alcanza una media de 12 km de altitud, aunque en el ecuador, debido a la dilatación, puede llegar hasta los 18 km.
• Contiene el 75% de la masa total de la atmósfera y prácticamente todo el vapor de agua (hasta un 4%) y las partículas en suspensión.
• En ella se desarrollan los fenómenos meteorológicos y los movimientos del aire (tanto horizontales como verticales) que determinan el clima, como la formación de nubes, las precipitaciones y los vientos.
• La temperatura desciende con la altura, fenómeno conocido como Gradiente Vertical de Temperatura, con un valor de 0,65 ºC por cada 100 m (6,5 ºC/km). Pasa de los 15 ºC de temperatura media en la superficie terrestre hasta alcanzar aproximadamente los -70 ºC en la tropopausa.
• En los primeros 500 m existe la denominada capa sucia, donde se concentran las partículas en suspensión procedentes de volcanes, desiertos, sales marinas y la contaminación urbana e industrial.
• En esta capa tiene lugar el efecto invernadero, originado por gases como el vapor de agua, el CO₂, el CH₄ (metano), el N₂O (óxido nitroso), los CFCs y el O₃ (ozono), que absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre, provocando una “contrarradiación” que calienta el aire.

2. Estratosfera

• Alcanza hasta aproximadamente los 50 km, donde se sitúa la estratopausa.
• Entre los 15 y los 35 km se encuentra la capa de ozono, fundamental por su capacidad de absorber la radiación ultravioleta.
• Los movimientos del aire son predominantemente horizontales. El aumento de la temperatura en esta capa se debe a la absorción de los rayos ultravioleta por las moléculas de ozono.

3. Mesosfera

• Se extiende entre los 50 y 80 km de altura, donde se sitúa la mesopausa.
• Contiene solo el 0,1% de la masa total del aire.
• La temperatura disminuye de nuevo, hasta alcanzar aproximadamente los -80 ºC. En esta capa se observan las estrellas fugaces, causadas por la entrada de pequeñas partículas en la atmósfera.

4. Termosfera o Ionosfera

• Se extiende hasta la termopausa, situada a unos 600 km.
• En esta capa, los átomos de oxígeno y moléculas de nitrógeno absorben los rayos X y rayos gamma (γ), lo que provoca su ionización.
• Este fenómeno resulta en un aumento de temperatura que puede superar los 1000 ºC.

5. Exosfera

• Es la última capa de la atmósfera.
• Su límite está marcado por una densidad atmosférica similar a la del espacio exterior.

A lo largo de toda la atmósfera, la presión disminuye con la altura, siendo esta disminución más pronunciada en la troposfera.