Origen y Evolución de la Atmósfera Terrestre

La atmósfera es la capa más externa y menos densa de la Tierra. Su naturaleza es gaseosa y está unida al resto del planeta por la gravedad. El origen de la atmósfera está ligado al proceso de formación de la Tierra, hace unos 4600 millones de años. Desde entonces y hasta ahora, esta envoltura ha experimentado numerosas transformaciones que se pueden resumir en tres etapas:

Atmósfera Primaria

Los elementos más abundantes del universo son el hidrógeno y el helio. Por eso, cabe suponer que también formaron parte de la atmósfera primaria en la Tierra. El intenso viento del Sol en formación barrió a estos gases, los más ligeros, hacia el espacio, de tal modo que son muy escasos en la atmósfera actual.

Atmósfera Secundaria

La intensa actividad volcánica de los primeros tiempos del planeta suministró los componentes de la atmósfera secundaria. Era una atmósfera reductora y carente de oxígeno. Contenía vapor de agua y otros gases como CO₂, SO₂, H₂S, HCl, NH₃ y NO.

Atmósfera Terciaria y Actual

El principal acontecimiento en la evolución de la atmósfera fue la acumulación de oxígeno (O₂), como resultado de un proceso fotosintético que iniciaron las cianobacterias. Por tanto, hace 2500 millones de años había suficiente oxígeno en la atmósfera para transformarse en oxidante.

Composición de la Atmósfera Actual

La atmósfera actual está formada principalmente por Nitrógeno (N₂), Oxígeno (O₂) y Argón (Ar). También contiene otros gases minoritarios, que se presentan en cantidades variables, y que constituyen el Aire:

• Dióxido de Carbono (CO₂)
• Metano (CH₄)
• Helio (He)
• Hidrógeno (H₂)
• Neón (Ne)
• Kriptón (Kr)
• Vapor de Agua (VdH₂O)

Estructura Vertical de la Atmósfera

La atmósfera se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura cuyo límite es impreciso, sobre los 10 000 km. En ese límite, la densidad es tan baja que se confunde con la del espacio exterior. La estructura vertical de la atmósfera se estudia teniendo en cuenta las variaciones de la Presión Atmosférica (Pa) y la Temperatura (T).

Presión Atmosférica (Pa)

La Pa es la fuerza o peso que ejerce la masa de aire sobre la Tierra y sobre los cuerpos que se encuentran en ella. En cualquier lugar de la superficie terrestre, el peso de la columna de aire es de unos 100 Newton/m². Debido a la gravedad y a la compresibilidad de los gases, la mayor parte de la masa atmosférica se concentra en los primeros 15 km, lo que supone un 95% del peso total. Por eso, las variaciones de presión son elevadas cerca de la superficie y pequeñas a grandes alturas.

Temperatura

A medida que se asciende en altura, la temperatura de la atmósfera disminuye inicialmente. Esto se debe a que la atmósfera no se calienta por la radiación directa del Sol, sino a partir del calor que emite la Tierra en forma de radiación de onda larga.

Capas de la Atmósfera

La atmósfera se divide en capas según el comportamiento de la temperatura con la altitud:

Troposfera

Es la capa más cercana a la superficie. Su espesor varía de los 9 km en los polos a los 18 km en el ecuador. Contiene la mayor parte de la masa de la atmósfera y es donde ocurren los fenómenos meteorológicos.

Estratosfera

Esta se extiende desde la tropopausa hasta los 50 km de altura, donde se encuentra su límite, llamado estratopausa. Es conocida como la capa de ozono porque entre los 15 y 30 km se concentra la mayor parte del ozono atmosférico.

Mesosfera

Esta capa comprende desde la estratopausa hasta unos 80 km, donde se localiza su límite o mesopausa. La temperatura disminuye drásticamente hasta alcanzar los -90 °C.

Termosfera

Se localiza a partir de los 80 km y se extiende de forma imprecisa hasta los 600 km, donde comienza la termopausa. La interacción con las radiaciones más energéticas procedentes del espacio provoca la ionización de las moléculas que la componen, de tal manera que la temperatura asciende hasta los 1000 °C.

Exosfera

Esta capa se extiende desde la termopausa hasta los 10 000 km, donde la densidad de los gases es muy baja y llega a ser similar a la del espacio exterior.

Funciones Esenciales de la Atmósfera

La atmósfera alberga a los seres vivos que habitan en la Tierra y les proporciona los gases imprescindibles para su metabolismo. Además, desempeña una función básica en la regulación de la temperatura y en el control de la radiación que incide sobre nuestro planeta.

Balance de la Radiación Terrestre

La cantidad de energía solar que llega a la superficie exterior de la atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor de 2 cal/min·cm². Esta cantidad representa un valor medio, ya que la inclinación del eje terrestre hace que, a lo largo del año, cada lugar del planeta reciba los rayos solares con diferente inclinación y, por tanto, con distinta intensidad. Esa es una de las causas de las variaciones estacionales de los climas de la Tierra. Del total de energía que llega a la atmósfera, solo una parte alcanza la superficie terrestre.

Función Reguladora del Clima

La atmósfera, gracias a su dinámica y a su composición, regula el clima terrestre atenuando las diferencias de temperatura, tanto en los distintos lugares del planeta como entre el día y la noche.

El Efecto Amortiguador

El calentamiento de la superficie del planeta y, por consiguiente, el calentamiento de la atmósfera no son homogéneos. La zona ecuatorial es la que recibe los rayos solares más perpendicularmente, por lo que es la más caliente, pero una parte de ese calor se transmite con el aire hacia las zonas más altas. De este modo, se aminora la diferencia de temperatura entre ambas áreas. Lo mismo ocurre con el día y la noche.

El Efecto Invernadero

La atmósfera es bastante transparente a las radiaciones de onda corta, pero no para las que son de onda larga. La superficie de la Tierra absorbe las radiaciones de onda corta y se calienta. Después, emite de nuevo esa energía en forma de radiación infrarroja, a la que la atmósfera no es tan transparente y, por consiguiente, se calienta, ya que los gases que la componen absorben muy bien el calor. Este fenómeno es responsable de la temperatura de la Tierra. La temperatura media actual es de 15 °C y sin este fenómeno sería de -18 °C.

Función Protectora

El conjunto de las radiaciones solares que llegan a la atmósfera exterior es muy heterogéneo, pues abarca desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. La atmósfera regula la distribución del calor y filtra las radiaciones más energéticas, las de onda corta, es decir, los rayos gamma, X y los ultravioleta. De esta manera, permite el desarrollo de la vida en el planeta, ya que esas radiaciones son letales para los seres vivos.

Humedad Atmosférica y Meteoros Acuosos

El agua en estado de vapor cumple una función importante en la dinámica atmosférica. Se encuentra en cantidades variables, según el momento y el lugar que se considere. La humedad atmosférica (Hu.At) se concentra en las capas más bajas de la atmósfera, ya que el vapor de agua procede de la evapotranspiración de la superficie, de los océanos y de tierra firme. Se puede expresar como:

Humedad Absoluta

Es la cantidad de agua en forma de vapor que contiene un volumen de aire en un momento dado. Se expresa en unidades de masa por unidad de volumen (g/m³).

Humedad Relativa

Se define como la relación entre la humedad absoluta y la humedad de saturación, expresada en porcentaje. Es, por tanto, la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido realmente en el aire y la cantidad que podría llegar a contener si estuviera saturado. Una humedad relativa del 100% corresponde con el punto de rocío. Esto significa que el aire está saturado de humedad y empieza a producirse condensación.

Meteoros Acuosos y Precipitaciones

Los meteoros acuosos se originan cuando el vapor de agua de la atmósfera alcanza el punto de rocío y se condensa, y a cierta altura se produce la congelación. Se forman, así, nubes con agua líquida o sólida que puede caer y dar lugar a precipitaciones.

Precipitaciones Líquidas

Las precipitaciones líquidas aparecen cuando el vapor de agua se licúa y origina pequeñas gotas que, debido a la gravedad, caen sobre la superficie.

Precipitaciones Sólidas

Se producen cuando el vapor de agua se sublima o cuando las gotas de agua se congelan en la atmósfera antes de caer. Pueden ser:

• Nieve: Se origina al sublimar el vapor de agua, generalmente a poca altura del suelo. Es preciso que la temperatura se sitúe por debajo de los 0 °C.
• Granizo: Este aparece cuando las gotas de agua líquida se congelan antes de caer a la superficie.

Meteoros Acuosos sin Precipitación

• Niebla: La niebla es la suspensión en el aire de pequeñas partículas de agua cerca de la superficie terrestre o marítima.
• Rocío: El rocío es el resultado de la condensación de la humedad del aire sobre la vegetación o determinados objetos.
• Escarcha: La escarcha es el depósito de hielo de aspecto cristalino que resulta de la condensación con temperaturas por debajo de los 0 °C.

Origen de las Precipitaciones

Se producen porque una masa de aire húmedo alcanza su punto de rocío. Pueden ocurrir por diferentes causas, lo que permite clasificarlas en tres tipos: convectivas, frontales y orográficas.