Atmósfera de la Tierra: definición, composición y funciones
Descubre la atmósfera de la Tierra: definición, composición (N₂, O₂, CO₂), funciones esenciales y cómo protege la vida y el clima del planeta.
Lo más importante que hay que recordar sobre la Tierra y los demás planetas es que no proceden del Sol. Durante la formación del sistema solar, el Sol atrajo por gravitación materiales del disco protoplanetario y con ellos se formaron los planetas. El Sol está formado casi exclusivamente por hidrógeno y una gran parte de helio; los elementos más pesados que componen los planetas proceden de estrellas anteriores y de explosiones de supernovas. Una parte del hidrógeno y el helio presentes hoy en los planetas procede de la desintegración de materiales radiactivas y de procesos geológicos internos.
Un factor que complicó la historia temprana de la Tierra fue la formación de la Luna por el impacto de un gran cuerpo con la Tierra primitiva (la hipótesis del gran impacto). Ese evento alteró la rotación, la inclinación del eje y las mareas, y por tanto influyó en el clima y en las condiciones donde pudo surgir la vida: la aparición de la vida habría tenido lugar después de la formación de la Luna.
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¿Qué es la atmósfera y de qué está formada?
La atmósfera es la capa de gases que rodea a la Tierra y se mantiene en su lugar gracias a su gravedad. Está compuesta por una mezcla de gases y pequeñas partículas. A nivel global la composición aproximada del aire seco es:
- Nitrógeno (N2): ~78,1%.
- Oxígeno (O2): ~20,9%.
- Argón (Ar): ~0,93%.
- Dióxido de carbono (CO2): variable; actualmente está cerca del 0,041% (≈415 ppm) y su concentración ha aumentado por actividades humanas.
- Vapor de agua: variable localmente (0–4% en volumen), responsable de la humedad y de las nubes.
Además hay trazas de otros gases (neón, helio, metano, óxidos de nitrógeno, ozono en capas específicas) y partículas sólidas y líquidas en suspensión (aerosoles).
La densidad de la atmósfera decrece con la altitud: aproximadamente el 75% de la masa total de la atmósfera se encuentra a menos de 11 kilómetros de la superficie de la Tierra.
Funciones principales de la atmósfera
- Protección contra la radiación: la atmósfera, y en particular la capa de ozono en la estratosfera, absorbe gran parte de los rayos ultravioleta nocivos del Sol, reduciendo los daños biológicos.
- Regulación térmica: actúa como un aislante que modera las temperaturas diurnas y nocturnas; el efecto invernadero mantienlas condiciones adecuadas para la vida.
- Suministro de gases esenciales: proporciona oxígeno para la respiración y dióxido de carbono para la fotosíntesis, fundamentales para los ecosistemas y la vida.
- Ciclo del agua y clima: permite la formación de nubes y precipitaciones, distribuye la energía del Sol y genera los patrones climáticos y meteorológicos.
- Protección frente a micrometeoritos: la mayor parte de los pequeños fragmentos se queman al entrar en la atmósfera y no alcanzan la superficie.
Las partículas sólidas, como las cenizas, el polvo, las cenizas volcánicas, etc., son componentes importantes de la atmósfera. Actúan como núcleos de condensación para la formación de nubes y niebla, influyen en la radiación solar que llega a la superficie y pueden afectar la salud respiratoria y la calidad del aire.
Capas de la atmósfera
- Troposfera (0–~11 km): capa más baja, donde ocurren la mayor parte de los fenómenos meteorológicos y contiene la mayor parte del vapor de agua y la masa atmosférica.
- Estratosfera (~11–50 km): contiene la capa de ozono, con temperaturas que aumentan con la altitud en su parte alta.
- Mesosfera (~50–85 km): donde las temperaturas vuelven a descender y se queman muchos meteoroides.
- Termosfera (~85–600 km): región muy tenue con temperaturas altas; incluye la ionosfera, importante para la propagación de ondas de radio.
- Exosfera (desde ~600 km): capa exterior donde las partículas pueden escapar gradualmente al espacio y donde la atmósfera se funde con el medio interplanetario.
Límites entre atmósfera y espacio
La atmósfera no termina en un borde claramente definido: su densidad disminuye de forma continua hasta mezclarse con el espacio exterior. A efectos prácticos se utilizan diferentes límites: la línea Kármán (a unos 100 km) se toma a menudo como la frontera entre atmósfera y espacio para la aviación y el derecho espacial. Para otras aplicaciones, el borde de la magnetosfera —la región dominada por el campo magnético terrestre— puede considerarse una frontera exterior que protege a la atmósfera de partículas solares energéticas. En sentido estricto no existe una frontera absoluta.
Impacto humano y estado actual
Las actividades humanas han modificado la composición y las propiedades de la atmósfera: la quema de combustibles fósiles y la deforestación han aumentado las concentraciones de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, provocando cambios climáticos globales. La contaminación atmosférica (partículas, óxidos de nitrógeno, dióxidos de azufre, compuestos orgánicos) afecta la salud humana y los ecosistemas. Además, en el pasado, ciertos compuestos industriales dañaron la capa de ozono; gracias a acuerdos internacionales (como el Protocolo de Montreal) se ha reducido su uso y la capa de ozono muestra señales de recuperación, aunque sigue siendo vulnerable.
En resumen, la atmósfera es una capa dinámica y esencial que protege, regula y posibilita la vida en la Tierra. Comprender su composición, estructura y funciones es clave para conservarla y mitigar las alteraciones provocadas por la actividad humana.
Historia de la atmósfera terrestre
Originalmente, la atmósfera de la Tierra casi no tenía oxígeno libre.
- La primera atmósfera estaba formada por gases de la nebulosa solar, principalmente hidrógeno. También podría haber habido hidruros simples como los que se encuentran ahora en los gigantes gaseosos (Júpiter y Saturno): vapor de agua, metano y amoníaco.
- La atmósfera fue cambiando gradualmente hasta llegar a ser mayoritariamente dióxido de carbono y nitrógeno. Los gases más ligeros, como el hidrógeno y el helio, no pueden ser retenidos por la gravedad de la Tierra y escaparían. Durante mucho tiempo (digamos dos mil millones de años o más), la atmósfera estuvo dominada por el dióxido de carbono.
- En el Gran Evento de Oxigenación la atmósfera cambió al tipo que tenemos ahora, con el oxígeno sustituyendo al dióxido de carbono. Nuestra atmósfera sigue siendo mayoritariamente de nitrógeno, pero la mayoría de los organismos vivos interactúan más con el oxígeno que con el nitrógeno. La oxigenación comenzó con las cianobacterias que fabricaban oxígeno libre mediante la fotosíntesis. La mayoría de los organismos actuales necesitan oxígeno para su respiración: sólo unos pocos organismos anaeróbicos pueden crecer sin oxígeno.
La temperatura y las capas atmosféricas
Algunas partes de la atmósfera son calientes o frías, según la altura. Partiendo de la superficie y subiendo en línea recta, el aire se enfría en la troposfera, pero luego se calienta, más arriba, en la estratosfera. Estos cambios de temperatura se dividen en capas. Son como las capas de una cebolla. La diferencia entre las capas es la forma en que cambia la temperatura.
Estas son las capas de la atmósfera, empezando por el suelo:
- Troposfera - Comienza en el suelo. Termina en algún lugar entre 0 y 18 kilómetros (0 a 11 millas). Cuanto más alto, más frío. El clima en esta capa afecta a nuestra vida diaria.
- Estratosfera - Comienza a 18 kilómetros (11 millas). Termina a 50 kilómetros (31 millas). Cuanto más alto, más calor. El calor procede de la capa de ozono situada en la parte superior de la estratosfera. En esta capa hay poco vapor de agua y otras sustancias. Los aviones vuelan en esta capa porque suele ser estable y la resistencia del aire es pequeña.
- Mesosfera - Comienza a 50 kilómetros (31 millas). Termina a 80 u 85 kilómetros (50 o 53 millas). Cuanto más alta, más fría. Los vientos en esta capa son fuertes, por lo que la temperatura no es estable.
- Termosfera - Comienza a 80 u 85 kilómetros (50 o 53 millas). Termina a 640 kilómetros (400 millas) o más. Cuanto más alta, más caliente. Esta capa es muy importante en la comunicación por radio porque ayuda a reflejar algunas ondas de radio.
- Exosfera - Por encima de la termosfera. Es la capa superior y se funde con el espacio interplanetario.
Las regiones en las que una capa cambia a la siguiente se han denominado "-pausas". Así, la tropopausa es donde termina la troposfera (de 7 a 14 kilómetros de altura). La estratopausa está al final de la estratosfera. La mesopausa está al final de la mesosfera. Estos son los límites.
La temperatura media de la atmósfera en la superficie de la Tierra es de 14 °C (57 °F).
Presión
Densidad y masa
La densidad del aire a nivel del mar es de aproximadamente 1,2 kilogramos por metro cúbico. Esta densidad disminuye a mayor altura en la misma medida en que disminuye la presión. La masa total de la atmósfera es de unos 5,1 × 1018 kg, que es sólo una parte muy pequeña de la masa total de la Tierra.
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- Aire
- Línea de tiempo de la vida
Preguntas y respuestas
P: ¿De qué está hecho el Sol?
R: El Sol está compuesto por hidrógeno y una pequeña cantidad de helio.
P: ¿De dónde proceden los materiales que forman los planetas y sus satélites?
R: Los materiales que forman los planetas y sus satélites proceden de anteriores explosiones de supernovas.
P: ¿Cómo protege la atmósfera la vida en la Tierra?
R: La atmósfera protege la vida en la Tierra al absorber los rayos ultravioleta del Sol, haciendo que los días sean más frescos y las noches más cálidas.
P: ¿Qué son las partículas sólidas en relación con la atmósfera?
R: Las partículas sólidas, como las cenizas, el polvo, las cenizas volcánicas, etc., son pequeñas partes de la atmósfera que son importantes para formar nubes y niebla.
P: ¿Existe una frontera clara entre la atmósfera y el espacio exterior?
R: No, no hay una frontera clara entre la atmósfera y el espacio exterior, aunque la línea de Kلrmلn se trata a veces como una frontera. Incluso más arriba, para algunos propósitos el borde de la magnetosfera se trata como una frontera.
P: ¿Qué parte de la atmósfera terrestre se encuentra a menos de 11 kilómetros de su superficie?
R: El 75% de la atmósfera de la Tierra se encuentra a menos de 11 kilómetros (6,8 millas) de su superficie.
P: ¿Cuándo se cree que comenzó la vida en la Tierra?
R: La vida en la Tierra comenzó después de que un impacto con una Tierra primitiva formara nuestra Luna; por lo tanto, comenzó después de que se produjera este acontecimiento.
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Autor
AlegsaOnline.com Atmósfera de la Tierra: definición, composición y funciones Leandro Alegsa
URL: https://es.alegsaonline.com/art/7030
Fuentes
- ncbi.nlm.nih.gov : "Earth's Earliest Atmospheres"
- doi.org : 10.1101/cshperspect.a004895
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 20573713
- rstb.royalsocietypublishing.org : rstb.royalsocietypublishing.org/content/361/1470/903.full.pdf