El aire,
como llamamos a la atmósfera, es la masa gaseosa que envuelve a la tierra y se
encuentra muy concentrado cerca de la superficie, atraído por la acción de la gravedad
y a medida que ascendemos la densidad de la atmósfera disminuye
rápidamente. En los 5,5
kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la
mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de
altura está el 95% de toda la masa atmosférica.
El
aire mantiene casi invariable la proporción de sus distintos componentes hasta
los 80 km
de altura, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) a medida que vamos
ascendiendo. A partir de los 80
km la composición se hace más variable.
Los
principales gases que forman la atmósfera son: Nitrógeno (78.084%), Oxígeno
(20.946%), Argón (0.934%) y Dióxido de Carbono (0.033%). Otros gases presentes
en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y varios óxidos.
También
hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas
inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos y sal marina. Muchas veces
estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de
nieblas muy contaminantes.
Los
volcanes y la actividad humana emiten a la atmósfera diferentes gases y
partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios
climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas.
Las Capas de la atmósfera
La
atmósfera se divide en cinco capas: tropósfera,
estratósfera, mesósfera, termósfera o ionósfera y exósfera (Fig.1).
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Fig.1
– Las capas de la atmósfera. La curva roja nos indica la temperatura en ºC para cada
altura dentro de las capas.
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La tropósfera (troposphere, en inglés): comienza a nivel del mar y se extiende
hasta un límite superior, llamado tropopausa
(tropopause en inglés), situado a ~9
Km de altura en los polos y ~ 18
km en el ecuador. En ella se producen importantes
desplazamientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de vapor de agua. El 99% del vapor
de agua de toda la atmósfera de la
Tierra está contenido en la tropósfera. Es la capa de las nubes
y de los fenómenos meteorológicos: lluvias, nieve, vientos, cambios de
temperatura, etc. La temperatura va bajando a medida que ascendemos dentro de
esta capa, hasta llegar a unos -55ºC
en su límite superior. Esta capa tiene una composición química
bastante uniforme, excepto por su contenido de vapor de agua que disminuye con
la altura. La concentración de vapor de agua es muy inferior en las regiones
polares, en comparación con los trópicos, donde es de alrededor del 4%.
El vapor de agua ayuda a regular la temperatura del aire, ya que
absorbe la energía solar y la radiación térmica. El calentamiento causado por
la energía solar reduce la densidad del aire, haciendo que suba y el aire
circundante se opone a esto. En este proceso, el aire de esta capa gasta
energía, lo que se traduce en una disminución de su temperatura. La disminución
de temperatura hace que el contenido de vapor del aire se condense, produciendo
un aumento del valor de la masa del aire. Como resultado, la tropósfera
contiene alrededor del 80% de la masa total de la atmósfera.
Además de vapor de agua, también en esta capa hay
nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y trazas de argón, ozono e hidrógeno. El aire que respiramos es
de la tropósfera. El smog es también un constituyente de la troposfera. El humo
y los contaminantes, junto con la niebla presente en esta capa, da como
resultado la producción de smog.
El porcentaje de dióxido de carbono (CO2), presente en
esta capa, está aumentando, lo que aumenta el calentamiento global y el efecto
invernadero en la Tierra.
La estratósfera (stratosphere,
en inglés): comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite
superior, llamado estratopausa
(stratopause en inglés), a 50
km de altitud. La temperatura cambia su tendencia y va
aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no
hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales
llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/h , lo que facilita que cualquier sustancia
que llegue a la estratósfera se difunda por todo el globo con rapidez. Por
ejemplo, esto es lo que ocurre con los CFC (clorofluorocarburos) de
los aerosoles u otros gases, que se impulsaron en la estratosfera por
meteoritos, erupciones volcánicas o cohetes que destruyen el ozono.
En esta parte de la atmósfera, entre los 15 y los 50 kilómetros de
altura, se encuentra una sub-capa conocida como “capa de ozono”, que es muy importante porque absorbe entre el 97% y
el 99% de la dañina radiación ultravioleta de alta frecuencia y deja pasar la radiación ultravioleta de baja
frecuencia, necesaria para producir la fotosíntesis en los vegetales en la
tierra.
El 90% del ozono de la atmósfera se encuentra en la estratósfera y
el 10% restante está en la tropósfera, constituyendo en esta última capa un
peligro para los seres vivos por su alto carácter oxidante. Su existencia se
debe en parte al traslado desde la estratósfera y el resto al producido durante
las tormentas y otros procesos en la
Tierra.
La mayoría de los aviones a reacción vuelan por la estratósfera,
evitando la turbulencia a que se enfrentan en la tropósfera, disminuyendo el
rozamiento con el aire denso de la tropósfera y con ello el consumo de
combustible.
El aire en la estratósfera es seco y tiene muy poco vapor de agua.
Debido a la falta de humedad, hay menos formación de nubes en esta capa. En
condiciones de extremadamente baja temperatura, durante los inviernos polares,
se forman nubes en esta capa, que son conocidas como nubes estratosféricas
polares, denominadas PSCs (polar stratospheric clouds) en inglés. También se
las llama nubes nacaradas y se forman a temperaturas por debajo de -78ºC . Reflejan la luz del
sol hacia la tierra y se las ve de un color brillante. Difieren entre si en su
composición química: las que contienen agua, ácidos nítrico y sulfúrico son
responsables por la destrucción de la capa de ozono en las regiones polares;
las formadas por el enfriamiento local de la estratósfera más baja, contienen
solo hielo (agua en estado sólido), son observadas al norte de las regiones
polares y no afectan a la capa de ozono.
La mesósfera (mesosphere, en inglés),
que se extiende entre los 50 y 85
km de altura, contiene solo cerca del 0,1% de la masa
total de la atmósfera.
Se estima que millones de meteoros entran en la atmósfera, a un promedio de
40 toneladas por año. La mayoría de los meteoros y fragmentos de rocas se
queman en la mesósfera, antes que puedan entrar a la estratósfera. Es debido a
la composición de esta capa que los meteoros se calientan y se evaporan en
ella.
En
lo alto de esta capa, en las regiones polares, se forman nubes que se iluminan
de noche, conocidas como nubes mesosféricas polares. Ellas se forman a alturas
inusuales para cualquier otro tipo de nubes y se cree que están formadas por
cristales de hielo. Son resistentes a la radiación ultravioleta y brillan
intensamente.
La
mesósfera también experimenta relámpagos, llamados elfos o duendes, que se
forman muy por encima de las nubes de tormenta de la troposfera.
La
mesósfera tiene una capa de sodio de 5 km de espesor, constituída por átomos de sodio
no-ionizados. Esta capa irradia y contribuye a la iluminación nocturna
atmosférica (debido a lo cual el cielo nocturno nunca aparece completamente
oscuro).
La
temperatura del aire baja con el aumento de altura. El límite superior de la
mesósfera, llamado mesopausa, es la parte más fría de la atmósfera de la Tierra. La-90ºC .
El reducido calentamiento solar y la emisión radiativa del dióxido de carbono
(CO2) es lo que hace que haya tan bajas temperaturas en esta capa.
El aire en la mesósfera tiene tan baja densidad, que los
átomos o moléculas de gas casi nunca interactúan entre sí y no le permiten dar el empuje suficiente que
las aeronaves requieren, por lo que esta capa no es apta para que vuelen las
aeronaves. Es en esta capa donde comienza el "espacio".
La
mesósfera se encuentra por encima de la altura máxima de vuelo de los aviones y
de casi todos los globos y por debajo de la altitud mínima para las naves
espaciales en órbita. Por encima de la altura máxima de 53,0 km alcanzada con
globos, a la mesosfera sólo se ha accedido por medio de cohetes de sondeo. Como
resultado, la mesósfera es la parte menos entendida de la atmósfera.
Esta capa también muestra turbulencia de mareas atmosféricas
producidas por la gravedad y ondas planetarias y también por vientos zonales.
Las ondas planetarias y las ondas por gravedad, generadas en las capas más
bajas, se propagan a la mesóesfera y se disipan en ella.
La densidad del aire en esta capa es muy baja, debido a lo cual las partículas
de gas casi no se encuentran unas con otras. Los fotones de alta energía
ultravioletas y de rayos X rompen las moléculas de gas. Entonces, el aire en la
termósfera superior contiene oxígeno atómico, nitrógeno atómico y helio y
también electrones libres e iones altamente cargados. Estos iones cargados
eléctricamente y sus colisiones con los gases eléctricamente neutros dan lugar
a corrientes elécricas en algunas partes de la termósfera.
La aurora es un interesante fenómeno que ocurre en la termósfera. En las altitudes más altas, las partículas cargadas chocan con los átomos y moléculas excitándolos a estados de mayor energía. Estos átomos y moléculas excitados, liberan energía emitiendo luz que puede ser vista como una aurora de colores (también llamada luces del norte y del sur).
A una altura de unos 160Km, existe una zona donde la transmisión del sonido no se produce, debido a la
demasiado baja densidad del aire, que no permite que sus moléculas interactúen entre sí y por lo tanto haciendo imposible la transmisión del sonido.
Los transbordadores espaciales orbitan dentro de la termósfera.La Estación Espacial
Internacional tiene una órbita entre 320 y 380 km de altura en esta capa.
Debido a cambios en la densidad del aire en esta capa, los satélites experimentan
una fuerza de rozamiento importante.
La aurora es un interesante fenómeno que ocurre en la termósfera. En las altitudes más altas, las partículas cargadas chocan con los átomos y moléculas excitándolos a estados de mayor energía. Estos átomos y moléculas excitados, liberan energía emitiendo luz que puede ser vista como una aurora de colores (también llamada luces del norte y del sur).
A una altura de unos 160Km, existe una zona donde la transmisión del sonido no se produce, debido a la
demasiado baja densidad del aire, que no permite que sus moléculas interactúen entre sí y por lo tanto haciendo imposible la transmisión del sonido.
Los transbordadores espaciales orbitan dentro de la termósfera.
La ionización producida por la radiación solar en la termósfera es lo que
da origen al nombre de ionósfera para designarla. Esto ha dado lugar a muchas
discusiones, ya que muchos científicos no se han puesto de acuerdo y hablan de
la ionósfera como una “extensión” de la termósfera, mientras otros consideran
que se trata de una misma cosa con dos nombres. Este último criterio parece ser
más razonable, ya que ambas cosas ocupan el mismo lugar y están constituídas
por lo mismo. El problema se origina porque, profundizando el concepto de
ionósfera, se considera que la ionósfera forma parte de la capa interior de la
magnetósfera, que es la esfera de influencia de la fuerza magnética/gravitacional
de la Tierra.
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Fig.2- La ionósfera y su utilización para las telecomunicaciones. Su
aplicación práctica
más comunmente usada fue para comunicaciones a larga distancia en SSB
(BLU), en
frecuencias entre 2 y 30MHz en sistemas autónomos. Los satélites han
reemplazado casi
totalmente esta aplicación.
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La ionósfera se considera dividida en tres regiones, llamadas D, E y F, en
base a las radiaciones de la luz solar que absorbe cada una de ellas. La región
D, se encuentra aproximadamente por debajo de los 90Km de altura y absorbe los
Rayos X duros (alta energía y λ mayor). La región E está por debajo de los 150 Km y absorbe las Rayos X
blandos (menor energía y λ menor). La región F se extiende hasta los 600Km
aproximadamente y absorbe los rayos ultravioletas extremos (los de menor λ y
mayor energía).
La región F es dividida a su vez en dos capas, conocidas como capas F1 y
F2. La capa F1 se extiende desde los 150Km
hasta los 240Km de altura. La capa F2 se extiende desde los 240Km hasta
más de 400Km de altura. La densidad de electrones libres de esta capa es mayor
que la de F1. Las regiones D y E se debilitan durante la noche y desaparecen. Ellas
refractan ondas de radio de longitudes de onda larga (ondas largas), mientra
que la región F refracta ondas de radio de longitud de onda cortas (ondas cortas).
O sea que las regiones D y E refractan ondas de radio de frecuencias bajas y
las capas F refractan ondas de radio de frecuencias altas.
La ionósfera permite la propagación de las señales de radio a lugares distantes sobre la tierra. Ella refracta las ondas de radio, redirigiéndolas de vuelta hacia la tierra, donde pueden reflejarse y ser enviadas otra vez a la ionósfera para una nueva refracción, pudiendo de este modo recorrer todo el globo terráqueo. Aunque sabemos que las ondas son refractadas, todos decimos que son “reflejadas” en nuestro lenguaje de radio habitual. Por eso enla Fig.2 dice reflejadas, en
lugar de refractadas.
La exósfera (exosphere, en inglés): es la capa donde la atmósfera de la tierra se encuentra con el espacio exterior. Contiene partículas que pueden provenir de la magnetósfera. Ocupa desde aproximadamente500 a
1.000Km hasta unos 10.000Km de altura. La exósfera es el límite superior de la
atmósfera. Esta capa es donde los átomos y moléculas escapan hacia el espacio.
La atmósfera tiene muy baja densidad en esta capa y contiene hidrógeno y trazas
de helio, dióxido de carbono (CO2) y oxígeno atómico. La densidad del aire es
tan baja, que resulta comparable con el vacío del espacio. Las partículas de
gas en la exósfera viajan por ella por caminos curvados, ya sea cuando ingresan
a la atmósfera desde el espacio exterior, atraídas por la gravedad terrestre, o
cuando escapan hacia el espacio.
La ionósfera permite la propagación de las señales de radio a lugares distantes sobre la tierra. Ella refracta las ondas de radio, redirigiéndolas de vuelta hacia la tierra, donde pueden reflejarse y ser enviadas otra vez a la ionósfera para una nueva refracción, pudiendo de este modo recorrer todo el globo terráqueo. Aunque sabemos que las ondas son refractadas, todos decimos que son “reflejadas” en nuestro lenguaje de radio habitual. Por eso en
La exósfera (exosphere, en inglés): es la capa donde la atmósfera de la tierra se encuentra con el espacio exterior. Contiene partículas que pueden provenir de la magnetósfera. Ocupa desde aproximadamente
El límite inferior de la exósfera es conocido como la
exobase o termo pausa y está ubicado entre 500 y 1.000 Km de altura, según
la intensidad de la radiación solar.
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Clasificación de las órbitas de la tierra, según su altura media desde la superficie terrestre (NASA)
Clasificación de las órbitas de la tierra, según su altura media desde la superficie terrestre (NASA)
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Fig.3
– Clasificación de las órbitas terrestres
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Las
órbitas alrededor de la tierra se clasifican en tres tipos, degún su altura
media desde la superficie terrestre:
1)
Orbitas altas y geosincrónicas: utilzadas por los satélites meteorológicos y de
comunicaciones: h ≥35.780Km. Se considera que están en el espacio exterior,
fuera de la atmósfera.
2) Órbitas medias: h = 2.000
a 35.780Km. Ocupan una parte de la exósfera y una parte
del espacio exterior.
3) Órbitas bajas, conocidas como LEO (Low Earth Orbit): h=180 a 2.000Km. Ocupan la
termósfera y parte de la exósfera. En estas órbitas se encuentra la gran mayoría
de los satélites artificiales y la basura espacial. También orbita la Estación Espacial
Referencias
la MEJOR television digital estaen diacable vision gracias por tu articulo muy importante hoy en dia
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