miércoles, 4 de marzo de 2015

Las regiones de la atmósfera y sus límites (I): la troposfera y la estratosfera



Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...

La atmósfera, en razón de su composición química, puede dividirse en regiones como la homosfera y la heterosfera, que a su vez se pueden subdividir en zonas. En particular, la homosfera se puede dividir en regiones diferentes en razón de la temperatura y sus variaciones con la altitud.

La atmosfera en geologia

- La troposfera y el efecto invernadero, la tropopausa


La región en contacto con la superficie del planeta se llama troposfera y se extiende hasta una altura de unos 11 kilómetros. Dentro de esta capa, la temperatura disminuye unos 6 ºC por kilómetro de altitud (esta disminución de la temperatura es conocida como la gradiente vertical de temperatura del ambiente). En realidad, el espesor de la troposfera disminuye hasta unos 8 kilómetros en los polos y se expande hasta unos 16 kilómetros en la zona ecuatorial. Es en la troposfera donde se concentra el 90% del total de la atmósfera, así como gran parte del vapor de agua y del dióxido de carbono que son los responsables principales, especialmente el segundo, del efecto invernadero.

+ El efecto invernadero


Este fenómeno hace que la radiación infrarroja, que se desprende de la superficie terrestre calentada por la radiación solar, quede atrapada por el dióxido de carbono y el vapor de agua: esto provoca un calentamiento de las capas inferiores de la atmósfera con consecuencia importantes sobre el clima. El aumento del dióxido de carbono provocado por la creciente actividad humana ha incrementado este efecto con el consiguiente aumento de la temperatura de la troposfera. Esto, en el futuro, podría tener consecuencias peligrosas en el clima del planeta, con las subsiguientes secuelas irreparables.

+ La tropopausa, frontera entre la troposfera y la estratosfera


La troposfera, en la que suceden casi todos los fenómenos meteorológicos del planeta, está bien delimitada por la capa superior, llamada tropopausa y en la que la temperatura aumenta en lugar de disminuir. Esta zona hace las veces de frontera entre las troposfera y la suprayacente estratosfera.

- La estratosfera y la estratopausa


La estratosfera, que se superpone a la tropopausa, se extiende hasta una altitud de 50 kilómetros y muestra una variación de temperatura que, a partir de unos -50 ºC relativamente constantes (como en la tropopausa), aumenta gradualmente, a partir de la cota 25 kilómetros, hasta alcanzar valores incluso superiores a 0 ºC en los alrededores de su límite superior, que corresponde a la zona llamada estratopausa, donde se registra un nuevo y marcado descenso de la temperatura. En la parte inferior, la estratosfera muestra nubes de hielo (en torno a los 20 kilómetros de cota) y una circulación de vientos que se mueven a una velocidad a veces superior a los 500 km / h, en dirección este-oeste en verano y en dirección opuesta en invierno.

- La capa de ozono


Entre los 25 y los 35 kilómetros existe una zona de la estratosfera muy rica en ozono que se llama capa de ozono. En esta región, la energía solar bajo forma de rayos ultravioletas provoca la disociación de las moléculas biatómicas de oxígeno (O2), que es la forma normal en la que el oxígeno aparece estable en la naturaleza. El producto de la disociación son dos átomos de oxígeno (O) atómico que tienden a ligarse, gracias a la energía absorbida de la radiación ultravioleta, con las moléculas de oxígeno no disociadas para dar oxígeno triatómico (O3), llamado ozono.

+ La función de la capa de ozono: absorber los rayos ultravioleta del Sol


Esta capa cumple la importante función de absorber los peligrosos rayos ultravioleta del Sol, impidiendo que lleguen a la superficie de la Tierra y tengan peligrosas repercusiones sobre los seres vivos. Ya que la radiación ultravioleta es casi totalmente absorbida por la capa de ozono, éste no puede formarse en otras capas inferiores de la atmósfera, donde, sin embargo, puede encontrarse en concentraciones mínimas. Ello se debe a que los vientos lo transportan desde la parte inferior de la estratosfera a la troposfera, o bien a que se genere como consecuencia de las descargas eléctricas que se desatan durante las tormentas y que disocian la molécula de oxígeno, del mismo modo en que lo hacen los rayos ultravioleta. Por desgracia, la actividad industrial del hombre provoca, por un lado, una reducción de la capa de ozono (muy importante en la zona antártica), y por el otro, un aumento del ozono en la capa de atmósfera que está en contacto con la superficie del planeta. En ambos casos las consecuencias son nocivas para el hombre, ya que se reducen sus defensas ante los rayos ultravioletas y se le plantean problema de salud debido a la respiración del ozono.

El ozono ocasiona también un aumento de la temperatura en la estratosfera, donde alcanza valores máximos en los alrededores de la cota de 50 kilómetros. La reacción de disociación de las moléculas de oxígeno y de formación del ozono es, de hecho, exotérmica, es decir, liberta calor y con ello calienta el aire.

Las temperaturas más elevadas se encuentran en los estratos superiores de la estratosfera, y no en la capa de ozono, ya que siendo aquéllos mucho menos densos que la capa de ozono, a igualdad de calor liberado se recalientan más, dado que contienen una cantidad menor de partículas para calentar. El calentamiento provoca un fenómeno peculiar: el de la reflexión de las ondas sonoras. De hecho, las ondas sonoras, responsables de la propagación de los sonidos, son aceleradas incluso cuando, propagándose por la estratosfera, llegan a las zonas de temperatura más elevada, de donde poco a poco son reflejadas (es decir, desviadas según ángulos cada vez mayores respecto a la perpendicular de la superficie de reflexión representada por una zona de aumento de la temperatura) hasta sufrir una reflexión total hacia abajo. De esta manera, las ondas sonoras realizan un movimiento en arco que tiene su cresta en la estratosfera, entre los 40 y 50 kilómetros de altitud.

Esta fenómeno delimita zonas de audibilidad que se alternan con zonas de silencio dispuestas en fajas concéntricas alrededor de la fuente de ruido en el nivel del suelo.

Esto fue observado ya a comienzos del siglo XX, exactamente en 1901, cuando con ocasión de la muerte de la reina Victoria de Inglaterra se dispararon unas salvas de cañón que fueron oídas a muchos kilómetros de distancia de Londres, pero en cambio no fueron oídas en algunas zonas más cercanas a la capital; esta constatación hizo que se excluyera la idea de que las ondas sonoras viajan por el suelo a grandes distancias.

----------

- La atmósfera: artículos en nuestro blog de Biología y Geología


+ La atmósfera primordial y su evolución

+ Composición química de la atmósfera actual

+ Las regiones de la atmósfera y sus límites (II): la mesosfera, la ionosfera y la exosfera

+ Los cinturones de Van Allen y las auroras polares

+ La magnetosfera y el viento solar