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Atmósfera

La atmósfera es la capa de gas de un cuerpo celeste. Los gases son atraídos por la gravedad del cuerpo, y se mantienen en él si la gravedad es suficiente y no es barrida completamente por el viento solar.

Vista de la activa atmósfera de Júpiter, con la Gran Mancha Roja hacia el centro de la imagen.

Atmósfera terrestre

La altura de la atmósfera de la Tierra alcanza los 1 000 km, aunque más de la mitad de su masa se concentra en los primeros 6 km y el 75 % en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria. La masa de la atmósfera es de 5,1 x 1018 kg.

La atmósfera terrestre protege la vida de la Tierra, absorbiendo en la capa de ozono parte de la radiación solar ultravioleta, reduciendo las diferencias de temperatura entre el día y la noche, y actuando como escudo protector contra los meteoritos.

Composición de la atmósfera

 
Los distintos colores se deben a la dispersión de la luz producida por la atmósfera.

Casi la totalidad del aire (un 95 %) se encuentra a menos de 30 km de altura, encontrándose más del 75 % en la troposfera. El aire forma en la troposfera una mezcla de gases bastante homogénea, hasta el punto de que su comportamiento es el equivalente al que tendría si estuviera compuesto por un solo gas.

Los elementos de los que principalmente se compone la atmósfera son:

  • Nitrógeno: Constituye el 78 % del volumen del aire. Está formado por moléculas que tienen dos átomos de nitrógeno, de manera que su fórmula es N2. Es un gas inerte, es decir, que no suele reaccionar con otras sustancias.
  • Oxígeno: Representa el 21 % del volumen del aire. Está formado por moléculas de dos átomos de oxígeno y su fórmula es O2. Es un gas muy reactivo y la mayoría de los seres vivos lo necesita para vivir.
  • Argón: Contribuye en 0,93 % al volumen del aire. Es un gas noble que no reacciona con ninguna sustancia.
  • Dióxido de carbono: está constituido por moléculas de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, de modo que su fórmula es CO2. Representa el 0,04 % del volumen del aire y participa en procesos biológicos y climatológicos muy importantes. Las plantas lo necesitan para realizar la fotosíntesis, y es el residuo de la respiración y de las reacciones de combustión que se dan, por ejemplo, en un incendio forestal o en el motor de un auto.
  • Ozono: Es un gas minoritario que se encuentra en la estratosfera. Su fórmula es O3, pues sus moléculas tienen tres átomos de oxígeno. Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta, ya que su producción a partir del oxígeno atmosférico absorbe la mayor parte de los rayos ultravioleta procedentes del Sol.
  • Vapor de agua: Se encuentra en cantidad muy variable y participa en la formación de nubes o la niebla. Es uno de los gases causantes del efecto invernadero.
  • Partículas sólidas y líquidas: En el aire se encuentran muchas partículas sólidas en suspensión, como por ejemplo, el polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales tienen una distribución muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana. Entre los líquidos, la sustancia más importante es el agua en suspensión que se encuentra en las nubes.

Composición química

Nitrógeno78.08% (N2)[1]
Oxígeno20.95% (O2)
Argón0.93 % v/v
CO2400 ppmv
Neón18.2 ppmv
Hidrógeno5.5 ppmv
Helio5.24 ppmv
Metano1.72 ppmv
Kriptón1 ppmv
Óxido nitroso0.31 ppmv
Xenón0.08 ppmv
CO0.05 ppmv
Ozono0.03 – 0.02 ppmv (variable)
CFC0.3-0.2 ppbv (variable)
Vapor de agua1 % (variable)
No computable para el aire seco.

Capas de la atmósfera de la Tierra

 
Capas de la atmósfera.
 
Imagen de la estratosfera.

Troposfera

Está situada a unos 10 o 12 km de la superficie terrestre. Es la capa en la que se producen los movimientos horizontales y verticales del aire que son provocados por los vientos y otros fenómenos atmosféricos como las nubes, lluvias, cambios de temperatura. Su límite superior es la tropopausa.

Estratosfera

Es la capa que se encuentra entre los 10 km y los 50 km de altura. Los gases se encuentran separados formando capas o estratos de acuerdo a su peso. Una de ellas es la capa de ozono que protege a la Tierra del exceso de rayos ultravioleta provenientes del Sol. Las cantidades de oxígeno y dióxido de carbono son casi nulas y aumenta la proporción de hidrógeno. Actúa como regulador de la temperatura, siendo en su parte inferior cercana a los –60 °C y aumentando con la altura hasta los 10 o 17 °C. Su límite superior es la estratopausa.

Mesosfera

En esta capa la temperatura disminuye hasta los –70 °C conforme aumenta su altitud. Se extiende desde la estratopausa (zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera) hasta una altura de unos 80 km, donde la temperatura vuelve a descender hasta unos –80 °C o –90 °C. Su límite superior es la mesopausa.

Termosfera

Es la capa que se encuentra entre los 90 y los 400 kilómetros de altura. En ella existen capas formadas por átomos cargados eléctricamente, llamados iones. Al ser una capa conductora de electricidad es la que posibilita las transmisiones de radio y televisión por su propiedad de reflejar las ondas electromagnéticas. El gas predominante es el nitrógeno. Su temperatura aumenta desde los –76 °C hasta llegar a 1500 °C. Su límite superior es la termopausa o ionopausa.

Exosfera

Es la capa en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la última capa de la atmósfera, se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 580 km de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades.

Su límite con el espacio llega en promedio a los 10 000 km, por lo que la exosfera está contenida en la magnetosfera (500-60 000 km), que representa el campo magnético de la Tierra. En esa región, hay un alto contenido de polvo cósmico que cae sobre la Tierra y que hace aumentar su peso en unas 20 000 toneladas. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario y en ella se localizan los satélites artificiales de órbita polar. En la exosfera, el concepto popular de temperatura desaparece, ya que la densidad del aire es casi despreciable; además contiene un flujo o bien llamado plasma, que es el que desde el exterior se le ve como los Cinturones de Van Allen. Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. En ella la ionización de las moléculas determina que la atracción del campo magnético terrestre sea mayor que la del gravitatorio (de ahí que también se la denomina magnetosfera). Por lo tanto, las moléculas de los gases más ligeros poseen una velocidad media que les permite escapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente para retenerlas. Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre.

Los principales gases dentro de la exosfera son los gases más ligeros:

Atmósferas de los demás planetas del sistema solar

Venus

 
La forma particular de las nubes en Venus se debe a la mayor velocidad del viento a baja latitud.

Venus posee una densa atmósfera. Su presión atmosférica equivale a 90 atmósferas terrestres (una presión equivalente a una profundidad de un kilómetro bajo el nivel del mar en la Tierra). Está compuesta principalmente por CO2 y una pequeña cantidad de monóxido de carbono, nitrógeno, ácido sulfúrico, argón y partículas de azufre. La enorme cantidad de CO2 de la atmósfera provoca un fuerte efecto invernadero que eleva la temperatura de la superficie del planeta hasta cerca de 460 °C. Esto hace que Venus sea más caliente que Mercurio.

La temperatura no varía de forma significativa entre el día y la noche. A pesar de la lenta rotación de Venus, los vientos de la atmósfera superior circunvalan el planeta en tan solo cuatro días, alcanzando velocidades de 360 km/h y distribuyendo eficazmente el calor. Además del movimiento zonal de la atmósfera de oeste a este, hay un movimiento vertical en forma de célula de Hadley que transporta el calor del ecuador hasta las zonas polares e incluso a latitudes medias del lado no iluminado del planeta.

La radiación solar casi no alcanza la superficie del planeta. La densa capa de nubes refleja al espacio la mayor parte de la luz del Sol y gran parte de la luz que atraviesa las nubes es absorbida por la atmósfera.

Marte

 
La tenue atmósfera de Marte.

La atmósfera de Marte es muy tenue, con una presión superficial de solo 7 a 9 hPa frente a los 1013 hPa de la atmósfera terrestre, es decir, una centésima parte de la terrestre. La presión atmosférica varía considerablemente con la altitud, desde casi 9 hPa en las depresiones más profundas, hasta 1 hPa en la cima del Monte Olimpo. Está compuesta fundamentalmente de dióxido de carbono (95,3 %) con un 2,7 % de nitrógeno, un 1,6 % de argón y trazas de oxígeno molecular (0,15 %), monóxido de carbono (0,07 %) y vapor de agua (0,03 %).

La atmósfera es lo bastante densa como para albergar vientos y tormentas de polvo que, en ocasiones, pueden abarcar el planeta entero durante meses. Este viento es el responsable de la existencia de dunas de arena en los desiertos marcianos. La bóveda celeste marciana es de un suave color rosa salmón debido a la dispersión de la luz por los granos de polvo muy finos procedentes del suelo ferruginoso. A diferencia de la Tierra, ninguna capa de ozono bloquea la radiación ultravioleta. Hay nubes en mucha menor cantidad que en la Tierra y son de vapor de agua o de dióxido de carbono en latitudes polares.

La débil atmósfera marciana produce un pequeño efecto invernadero que aumenta la temperatura superficial unos cinco grados, mucho menos que lo observado en Venus y en la Tierra, que tienen más gases de efecto invernadero y por eso su temperatura es más cálida.

En las latitudes extremas, la condensación del dióxido de carbono forma nubes de cristales de nieve carbónica.

Atmósferas de los gigantes gaseosos del sistema solar

Júpiter

 
Atmósfera de Júpiter vista por la Voyager I al acercarse al planeta.

La atmósfera de Júpiter se extiende hasta grandes profundidades, donde la enorme presión comprime el hidrógeno molecular hasta que se transforma en un líquido de carácter metálico a profundidades de unos 10 000 km. Más abajo se sospecha la existencia de un núcleo rocoso formado principalmente por materiales más densos.

En la parte alta de la atmósfera se observa una circulación atmosférica formada por bandas paralelas al ecuador, en la que puede encontrarse la Gran Mancha Roja, que es una tormenta con más de 300 años de antigüedad.

Se observan nubes de diferentes colores que refleja, que se forman a distintas alturas y con diferentes composiciones. Júpiter tiene un potente campo magnético que provoca auroras polares.

Saturno

La atmósfera de Saturno posee bandas oscuras y zonas claras similares a las de Júpiter, aunque la distinción entre ambas es mucho menos clara. Hay fuertes vientos en la dirección de los paralelos. En las capas altas se forman auroras por la interacción del campo magnético planetario con el viento solar.

Urano

El planeta Urano cuenta con una gruesa atmósfera formada por una mezcla de hidrógeno, helio y metano, que puede representar hasta un 15 % de la masa planetaria y que le da su color característico.

Neptuno

La atmósfera de Neptuno está formada por hidrógeno, helio y un pequeño porcentaje de gas metano, que le proporciona el color azul verdoso. Sus partículas están levemente más separadas de lo que deberían estar por causa de la temperatura, que es de –200 °C, semejante a la de Urano, que está ubicado más cerca del Sol, por lo que se estima que tiene una fuente interna de calor.

Caso único: la atmósfera de Titán

 
Detalle de la brumosa atmósfera de Titán. Al fondo puede verse el limbo de Saturno.

Titán es el único satélite conocido con una atmósfera densa. La atmósfera de Titán es más densa que la de la Tierra, con una presión en superficie de una vez y media la de nuestro planeta y con una capa nubosa opaca formada por aerosoles de hidrocarburos que oculta los rasgos de la superficie de Titán y le dan un color anaranjado. Al igual que en Venus, la atmósfera de Titán gira mucho más rápido que su superficie.

La atmósfera está compuesta en un 94 % de nitrógeno y es la única atmósfera rica en este elemento en el sistema solar aparte de nuestro propio planeta, con trazas de varios hidrocarburos que constituyen el resto (incluyendo metano, etano y otros compuestos orgánicos).

La presión parcial del metano es del orden de 100 hPa y este gas cumple el papel del agua en la Tierra, formando nubes en su atmósfera. Estas nubes causan tormentas de metano líquido en Titán que descargan precipitaciones importantes de metano que llegan a la superficie produciendo, en total, unos 50 L/m² de precipitación anual.

Atmósferas muy tenues

La Luna

La Luna tiene una atmósfera insignificante, debido a la baja gravedad, incapaz de retener moléculas de gas en su superficie. La totalidad de su composición aún se desconoce. El programa Apolo identificó átomos de helio y argón, y más tarde (en 1988) observaciones desde la Tierra añadieron iones de sodio y potasio. La mayor parte de los gases en su superficie provienen de su interior.

Mercurio

La sonda Mariner 10 demostró que Mercurio, contrariamente a lo que se creía, tiene una atmósfera, muy tenue, constituida principalmente por helio, con trazas de argón, sodio, potasio, oxígeno y neón. La presión de la atmósfera parece ser solo una cienmilésima parte de la presión atmosférica en la superficie de la Tierra.

Los átomos de esta atmósfera son muchas veces arrancados de la superficie del planeta por el viento solar.

Ío

Ío tiene una fina atmósfera compuesta de dióxido de azufre y algunos otros gases. El gas procede de las erupciones volcánicas, pues a diferencia de los volcanes terrestres, los volcanes de Ío expulsan dióxido de azufre. Ío es el cuerpo del sistema solar con mayor actividad volcánica. La energía necesaria para mantener esta actividad proviene de la disipación a través de efectos de marea producidos por Júpiter, Europa y Ganímedes, dado que las tres lunas se encuentran en resonancia orbital (la resonancia de Laplace). Algunas de las erupciones de Ío emiten material a más de 300 km de altura. La baja gravedad del satélite permite que parte de este material sea permanentemente expulsado de la luna, distribuyéndose en un anillo de material que cubre su órbita.

Europa

Observaciones del Telescopio espacial Hubble indican que Europa tiene una atmósfera muy tenue (10−11 bares de presión en la superficie) compuesta de oxígeno. A diferencia del oxígeno de la atmósfera terrestre, el de la atmósfera de Europa es casi con toda seguridad de origen no biológico. Más probablemente se genera por la luz del sol y las partículas cargadas que chocan con la superficie helada de Europa, produciendo vapor de agua que es posteriormente dividido en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno consigue escapar de la gravedad de Europa, pero no así el oxígeno.

Encélado

Instrumentos de la sonda Cassini han revelado la existencia en Encélado de una atmósfera de vapor de agua (aproximadamente 65 %) que se concentra sobre la región del polo sur, un área con muy pocos cráteres. Dado que las moléculas de la atmósfera de Encélado poseen una velocidad más alta que la de escape, se piensa que se escapa permanentemente al espacio y al mismo tiempo se restaura a través de la actividad geológica. Las partículas que escapan de la atmósfera de Encélado son la principal fuente del Anillo E que está en la órbita del satélite y tiene una anchura de 180 000 km.

Ariel

Es uno de los 27 satélites naturales de Urano. Su atmósfera está compuesta por amoníaco gaseoso y líquido en su superficie y compuesta por agua en el interior.

Tritón

 
Composición en color de Tritón con imágenes tomadas por la Voyager 2.

Tritón tiene un diámetro algo inferior que el de la Luna terrestre y posee una tenue atmósfera de nitrógeno (99,9 %) con pequeñas cantidades de metano (0,01 %). La presión atmosférica tritoniana es de solo 14 microbares.

La sonda Voyager 2 consiguió observar una fina capa de nubes en una imagen que hizo del contorno de esta luna. Estas nubes se forman en los polos y están compuestas por hielo de nitrógeno; existe también niebla fotoquímica hasta una altura de 30 km que está compuesta por varios hidrocarburos semejantes a los encontrados en Titán, y que llega a la atmósfera expulsada por los géiseres. Se cree que los hidrocarburos contribuyen al aspecto rosado de la superficie.

Plutón

Plutón posee una atmósfera extremadamente tenue, formada por metano y monóxido de carbono, que se congela y colapsa (choca) sobre su superficie a medida que el planeta se aleja del Sol. Es esta evaporación y posterior congelamiento lo que causa las variaciones en el albedo del planeta, detectadas por medio de fotómetros fotoeléctricos en la década de 1950 (por Gerard Kuiper y otros). A medida que el planeta se aproxima al Sol, los cambios se hacen menores. Los cambios de albedo se repiten pero a la inversa a medida que el planeta se aleja del Sol rumbo a su afelio.

Sedna, Quaoar y Orcus

No se sabe con certeza la composición de su atmósfera aunque se cree que está compuesta por hidrógeno, metano y helio.

Variación de la presión con la altura

La variación con la altura de la presión atmosférica o de la densidad atmosférica es lo que se conoce como ley barométrica.

No es lo mismo la variación de la presión con la altura en un líquido como el océano que en un gas como la atmósfera y la razón estriba en que un líquido no es compresible y por tanto su densidad permanece constante. Así que en el océano rige la fórmula:

 

por lo que si la profundidad h se hace doble la presión también.

Para los gases ideales se cumple la ley de los gases perfectos:

  • Ley de Boyle: "La densidad de un gas a temperatura constante es proporcional a la presión del gas."

Es decir:

 

ya que

 
 

donde M es la masa molecular. Para la atmósfera de la Tierra, 20 % de O2 y 80 % de N2, el peso molecular es:

 

por lo que

 

Para una presión de 0 °C y P atmósferas:

 
  • Si la presión se mantiene constante ley de Charles: "la densidad es inversamente proporcional a la temperatura"

Es decir:

 

ya que:

 

Ley de la densidad

Combinando ambas llegamos a la ley de los gases perfectos:

 

así que:

 

Cálculo de la densidad atmosférica en la superficie de los planetas

Sabiendo que la constante R de los gases perfectos vale:

 

y que 1 atmósfera vale:

 

resulta:

Planeta Temp. (K) Presión (atm) Masa molecular M Densidad (kg/m³)
Tierra 288 1 28,96 1,225
Venus 738 92,8 44 67,42
Titán 95 1,48 28,6 5,43
Marte 215 0,0079 43,64 0,0195

Ley barométrica

En una atmósfera isoterma la presión varía con la altura siguiendo la ley:

 

donde M es la masa molecular, g la aceleración de la gravedad, h-h0 es la diferencia de alturas entre los niveles con presiones P y P0 y T es la temperatura absoluta media entre los dos niveles, y R la constante de los gases perfectos. El hecho de que la temperatura varíe sí limita validez de la fórmula. Por el contrario la variación de la aceleración de la gravedad es tan suave que no afecta.

La demostración de la fórmula es sencilla:

La diferencia de presión entre dos capas separadas por un   es:

 

Pero por la ley de la densidad

 

Así que:

 

que por integración se convierte en:

 

es decir:

 

por lo que:

 

Incremento de altura

El incremento de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmósfera para que la presión atmosférica disminuya a la mitad.

Para calcularla basta con poner en la ley barométrica   resulta:

 

Escala de altura

La escala de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmósfera para que la presión atmosférica disminuya en un factor e=2,718182. Es decir la disminución de presión es  

Para calcularla basta con poner en la ley barométrica   resulta:

 

En función de la escala de alturas H la presión puede expresarse:

 

y análogamente para la densidad:

 

Cálculo de la Escala de altura en diferentes atmósferas

Basta con aplicar la fórmula anterior para obtener H en metros.

Planeta Temp. (K) Ac. gravedad g (m/s²) Masa molecular M Escala altura H (km) Incremento altura (km)
Tierra 288 9,81 28,96 8,42 5,8
Venus 738 8,73 44 16,15 11,2
Titán 95 1,37 28,6 20,15 13,9
Marte 215 3,73 43,64 10,98 7,6
Júpiter (*)160 26,20 (**)2 25,37 17,6

(*)Temperatura K cerca del límite de las nubes.

(**) Puede haber suficiente Helio para aumentar la masa molecular disminuyendo la escala de alturas.

Representación de la variación de la presión con la altura

 
Variación de la temperatura y del logaritmo de la presión con la altura para la atmósfera de la Tierra.

Si representamos el logaritmo de la presión o de la densidad en función de la altura obtendríamos una línea recta si la atmósfera fuese isoterma, es decir, si la escala de temperatura no variase con la altura. La escala de altura es pequeña si la temperatura es baja y ello significa que la presión y la densidad decrecen rápidamente. Si la tempreratura es alta la escala es grande y varían suavemente. Pero la escala de altura también depende de la masa molecular, y masas moleculares altas hacen disminuir la escala de alturas al igual que planetas grandes con elevadas aceleraciones de la gravedad, que también hacen disminuir la escala de alturas y la presión y la densidad decrecen rápidamente.

Así, en un planeta más grande que la Tierra, con idéntica composición atmosférica y temperatura, la densidad y presión cambian más rápidamente con la altura y se puede hablar de una «atmósfera dura» frente a un planeta menor en el que H sería mayor y la atmósfera sería «blanda».

Véase también

Referencias

  1. Williams, David R. (1 de septiembre de 2004). «Earth Fact Sheet» (en inglés). NASA. Consultado el 9 de agosto de 2010. 

Enlaces externos

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre atmósfera.
  •   Wikisource contiene obras originales de o sobre Atmósfera.
  •   Datos: Q8104
  •   Multimedia: Atmosphere
  •   Diccionario: atmósfera
  •   Citas célebres: Atmósfera

atmósfera, este, artículo, sección, tiene, referencias, pero, necesita, más, para, complementar, verificabilidad, este, aviso, puesto, marzo, 2017, para, otros, usos, este, término, véase, desambiguación, atmósfera, capa, cuerpo, celeste, gases, atraídos, grav. Este articulo o seccion tiene referencias pero necesita mas para complementar su verificabilidad Este aviso fue puesto el 2 de marzo de 2017 Para otros usos de este termino vease Atmosfera desambiguacion La atmosfera es la capa de gas de un cuerpo celeste Los gases son atraidos por la gravedad del cuerpo y se mantienen en el si la gravedad es suficiente y no es barrida completamente por el viento solar Vista de la activa atmosfera de Jupiter con la Gran Mancha Roja hacia el centro de la imagen Indice 1 Atmosfera terrestre 1 1 Composicion de la atmosfera 1 2 Composicion quimica 1 3 Capas de la atmosfera de la Tierra 1 3 1 Troposfera 1 3 2 Estratosfera 1 3 3 Mesosfera 1 3 4 Termosfera 1 3 5 Exosfera 2 Atmosferas de los demas planetas del sistema solar 2 1 Venus 2 2 Marte 3 Atmosferas de los gigantes gaseosos del sistema solar 3 1 Jupiter 3 2 Saturno 3 3 Urano 3 4 Neptuno 4 Caso unico la atmosfera de Titan 5 Atmosferas muy tenues 5 1 La Luna 5 2 Mercurio 5 3 Io 5 4 Europa 5 5 Encelado 5 6 Ariel 5 7 Triton 5 8 Pluton 5 9 Sedna Quaoar y Orcus 6 Variacion de la presion con la altura 6 1 Ley de la densidad 6 1 1 Calculo de la densidad atmosferica en la superficie de los planetas 6 2 Ley barometrica 6 2 1 Incremento de altura 6 2 2 Escala de altura 6 2 3 Calculo de la Escala de altura en diferentes atmosferas 6 3 Representacion de la variacion de la presion con la altura 7 Vease tambien 8 Referencias 9 Enlaces externosAtmosfera terrestre EditarArticulo principal Atmosfera terrestre La altura de la atmosfera de la Tierra alcanza los 1 000 km aunque mas de la mitad de su masa se concentra en los primeros 6 km y el 75 en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria La masa de la atmosfera es de 5 1 x 1018 kg La atmosfera terrestre protege la vida de la Tierra absorbiendo en la capa de ozono parte de la radiacion solar ultravioleta reduciendo las diferencias de temperatura entre el dia y la noche y actuando como escudo protector contra los meteoritos Composicion de la atmosfera Editar Los distintos colores se deben a la dispersion de la luz producida por la atmosfera Casi la totalidad del aire un 95 se encuentra a menos de 30 km de altura encontrandose mas del 75 en la troposfera El aire forma en la troposfera una mezcla de gases bastante homogenea hasta el punto de que su comportamiento es el equivalente al que tendria si estuviera compuesto por un solo gas Los elementos de los que principalmente se compone la atmosfera son Nitrogeno Constituye el 78 del volumen del aire Esta formado por moleculas que tienen dos atomos de nitrogeno de manera que su formula es N2 Es un gas inerte es decir que no suele reaccionar con otras sustancias Oxigeno Representa el 21 del volumen del aire Esta formado por moleculas de dos atomos de oxigeno y su formula es O2 Es un gas muy reactivo y la mayoria de los seres vivos lo necesita para vivir Argon Contribuye en 0 93 al volumen del aire Es un gas noble que no reacciona con ninguna sustancia Dioxido de carbono esta constituido por moleculas de un atomo de carbono y dos atomos de oxigeno de modo que su formula es CO2 Representa el 0 04 del volumen del aire y participa en procesos biologicos y climatologicos muy importantes Las plantas lo necesitan para realizar la fotosintesis y es el residuo de la respiracion y de las reacciones de combustion que se dan por ejemplo en un incendio forestal o en el motor de un auto Ozono Es un gas minoritario que se encuentra en la estratosfera Su formula es O3 pues sus moleculas tienen tres atomos de oxigeno Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta ya que su produccion a partir del oxigeno atmosferico absorbe la mayor parte de los rayos ultravioleta procedentes del Sol Vapor de agua Se encuentra en cantidad muy variable y participa en la formacion de nubes o la niebla Es uno de los gases causantes del efecto invernadero Particulas solidas y liquidas En el aire se encuentran muchas particulas solidas en suspension como por ejemplo el polvo que levanta el viento o el polen Estos materiales tienen una distribucion muy variable dependiendo de los vientos y de la actividad humana Entre los liquidos la sustancia mas importante es el agua en suspension que se encuentra en las nubes Composicion quimica Editar Nitrogeno78 08 N2 1 Oxigeno20 95 O2 Argon0 93 v vCO2400 ppmvNeon18 2 ppmvHidrogeno5 5 ppmvHelio5 24 ppmvMetano1 72 ppmvKripton1 ppmvoxido nitroso0 31 ppmvXenon0 08 ppmvCO0 05 ppmvOzono0 03 0 02 ppmv variable CFC0 3 0 2 ppbv variable Vapor de agua1 variable No computable para el aire seco Vease tambien Quimica de la atmosfera Capas de la atmosfera de la Tierra Editar Capas de la atmosfera Imagen de la estratosfera Troposfera Editar Articulo principal Troposfera Esta situada a unos 10 o 12 km de la superficie terrestre Es la capa en la que se producen los movimientos horizontales y verticales del aire que son provocados por los vientos y otros fenomenos atmosfericos como las nubes lluvias cambios de temperatura Su limite superior es la tropopausa Estratosfera Editar Articulo principal Estratosfera Es la capa que se encuentra entre los 10 km y los 50 km de altura Los gases se encuentran separados formando capas o estratos de acuerdo a su peso Una de ellas es la capa de ozono que protege a la Tierra del exceso de rayos ultravioleta provenientes del Sol Las cantidades de oxigeno y dioxido de carbono son casi nulas y aumenta la proporcion de hidrogeno Actua como regulador de la temperatura siendo en su parte inferior cercana a los 60 C y aumentando con la altura hasta los 10 o 17 C Su limite superior es la estratopausa Mesosfera Editar Articulo principal Mesosfera En esta capa la temperatura disminuye hasta los 70 C conforme aumenta su altitud Se extiende desde la estratopausa zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera hasta una altura de unos 80 km donde la temperatura vuelve a descender hasta unos 80 C o 90 C Su limite superior es la mesopausa Termosfera Editar Articulo principal Ionosfera Es la capa que se encuentra entre los 90 y los 400 kilometros de altura En ella existen capas formadas por atomos cargados electricamente llamados iones Al ser una capa conductora de electricidad es la que posibilita las transmisiones de radio y television por su propiedad de reflejar las ondas electromagneticas El gas predominante es el nitrogeno Su temperatura aumenta desde los 76 C hasta llegar a 1500 C Su limite superior es la termopausa o ionopausa Exosfera Editar Articulo principal Exosfera Es la capa en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composicion es similar a la del espacio exterior Es la ultima capa de la atmosfera se localiza por encima de la termosfera aproximadamente a unos 580 km de altitud en contacto con el espacio exterior donde existe practicamente el vacio Es la region atmosferica mas distante de la superficie terrestre En esta capa la temperatura no varia y el aire pierde sus cualidades Su limite con el espacio llega en promedio a los 10 000 km por lo que la exosfera esta contenida en la magnetosfera 500 60 000 km que representa el campo magnetico de la Tierra En esa region hay un alto contenido de polvo cosmico que cae sobre la Tierra y que hace aumentar su peso en unas 20 000 toneladas Es la zona de transito entre la atmosfera terrestre y el espacio interplanetario y en ella se localizan los satelites artificiales de orbita polar En la exosfera el concepto popular de temperatura desaparece ya que la densidad del aire es casi despreciable ademas contiene un flujo o bien llamado plasma que es el que desde el exterior se le ve como los Cinturones de Van Allen Aqui es el unico lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande En ella la ionizacion de las moleculas determina que la atraccion del campo magnetico terrestre sea mayor que la del gravitatorio de ahi que tambien se la denomina magnetosfera Por lo tanto las moleculas de los gases mas ligeros poseen una velocidad media que les permite escapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente para retenerlas Los gases que asi se difunden en el vacio representan una pequenisima parte de la atmosfera terrestre Los principales gases dentro de la exosfera son los gases mas ligeros Hidrogeno Helio Dioxido de carbono Oxigeno atomicoAtmosferas de los demas planetas del sistema solar EditarVenus Editar La forma particular de las nubes en Venus se debe a la mayor velocidad del viento a baja latitud Articulo principal Atmosfera de Venus Venus posee una densa atmosfera Su presion atmosferica equivale a 90 atmosferas terrestres una presion equivalente a una profundidad de un kilometro bajo el nivel del mar en la Tierra Esta compuesta principalmente por CO2 y una pequena cantidad de monoxido de carbono nitrogeno acido sulfurico argon y particulas de azufre La enorme cantidad de CO2 de la atmosfera provoca un fuerte efecto invernadero que eleva la temperatura de la superficie del planeta hasta cerca de 460 C Esto hace que Venus sea mas caliente que Mercurio La temperatura no varia de forma significativa entre el dia y la noche A pesar de la lenta rotacion de Venus los vientos de la atmosfera superior circunvalan el planeta en tan solo cuatro dias alcanzando velocidades de 360 km h y distribuyendo eficazmente el calor Ademas del movimiento zonal de la atmosfera de oeste a este hay un movimiento vertical en forma de celula de Hadley que transporta el calor del ecuador hasta las zonas polares e incluso a latitudes medias del lado no iluminado del planeta La radiacion solar casi no alcanza la superficie del planeta La densa capa de nubes refleja al espacio la mayor parte de la luz del Sol y gran parte de la luz que atraviesa las nubes es absorbida por la atmosfera Marte Editar La tenue atmosfera de Marte Articulo principal Atmosfera de Marte La atmosfera de Marte es muy tenue con una presion superficial de solo 7 a 9 hPa frente a los 1013 hPa de la atmosfera terrestre es decir una centesima parte de la terrestre La presion atmosferica varia considerablemente con la altitud desde casi 9 hPa en las depresiones mas profundas hasta 1 hPa en la cima del Monte Olimpo Esta compuesta fundamentalmente de dioxido de carbono 95 3 con un 2 7 de nitrogeno un 1 6 de argon y trazas de oxigeno molecular 0 15 monoxido de carbono 0 07 y vapor de agua 0 03 La atmosfera es lo bastante densa como para albergar vientos y tormentas de polvo que en ocasiones pueden abarcar el planeta entero durante meses Este viento es el responsable de la existencia de dunas de arena en los desiertos marcianos La boveda celeste marciana es de un suave color rosa salmon debido a la dispersion de la luz por los granos de polvo muy finos procedentes del suelo ferruginoso A diferencia de la Tierra ninguna capa de ozono bloquea la radiacion ultravioleta Hay nubes en mucha menor cantidad que en la Tierra y son de vapor de agua o de dioxido de carbono en latitudes polares La debil atmosfera marciana produce un pequeno efecto invernadero que aumenta la temperatura superficial unos cinco grados mucho menos que lo observado en Venus y en la Tierra que tienen mas gases de efecto invernadero y por eso su temperatura es mas calida En las latitudes extremas la condensacion del dioxido de carbono forma nubes de cristales de nieve carbonica Atmosferas de los gigantes gaseosos del sistema solar EditarJupiter Editar Articulo principal Atmosfera de Jupiter Atmosfera de Jupiter vista por la Voyager I al acercarse al planeta La atmosfera de Jupiter se extiende hasta grandes profundidades donde la enorme presion comprime el hidrogeno molecular hasta que se transforma en un liquido de caracter metalico a profundidades de unos 10 000 km Mas abajo se sospecha la existencia de un nucleo rocoso formado principalmente por materiales mas densos En la parte alta de la atmosfera se observa una circulacion atmosferica formada por bandas paralelas al ecuador en la que puede encontrarse la Gran Mancha Roja que es una tormenta con mas de 300 anos de antiguedad Se observan nubes de diferentes colores que refleja que se forman a distintas alturas y con diferentes composiciones Jupiter tiene un potente campo magnetico que provoca auroras polares Saturno Editar La atmosfera de Saturno posee bandas oscuras y zonas claras similares a las de Jupiter aunque la distincion entre ambas es mucho menos clara Hay fuertes vientos en la direccion de los paralelos En las capas altas se forman auroras por la interaccion del campo magnetico planetario con el viento solar Urano Editar El planeta Urano cuenta con una gruesa atmosfera formada por una mezcla de hidrogeno helio y metano que puede representar hasta un 15 de la masa planetaria y que le da su color caracteristico Neptuno Editar La atmosfera de Neptuno esta formada por hidrogeno helio y un pequeno porcentaje de gas metano que le proporciona el color azul verdoso Sus particulas estan levemente mas separadas de lo que deberian estar por causa de la temperatura que es de 200 C semejante a la de Urano que esta ubicado mas cerca del Sol por lo que se estima que tiene una fuente interna de calor Caso unico la atmosfera de Titan EditarArticulo principal Atmosfera de Titan Detalle de la brumosa atmosfera de Titan Al fondo puede verse el limbo de Saturno Titan es el unico satelite conocido con una atmosfera densa La atmosfera de Titan es mas densa que la de la Tierra con una presion en superficie de una vez y media la de nuestro planeta y con una capa nubosa opaca formada por aerosoles de hidrocarburos que oculta los rasgos de la superficie de Titan y le dan un color anaranjado Al igual que en Venus la atmosfera de Titan gira mucho mas rapido que su superficie La atmosfera esta compuesta en un 94 de nitrogeno y es la unica atmosfera rica en este elemento en el sistema solar aparte de nuestro propio planeta con trazas de varios hidrocarburos que constituyen el resto incluyendo metano etano y otros compuestos organicos La presion parcial del metano es del orden de 100 hPa y este gas cumple el papel del agua en la Tierra formando nubes en su atmosfera Estas nubes causan tormentas de metano liquido en Titan que descargan precipitaciones importantes de metano que llegan a la superficie produciendo en total unos 50 L m de precipitacion anual Atmosferas muy tenues EditarLa Luna Editar Articulo principal Atmosfera de la Luna La Luna tiene una atmosfera insignificante debido a la baja gravedad incapaz de retener moleculas de gas en su superficie La totalidad de su composicion aun se desconoce El programa Apolo identifico atomos de helio y argon y mas tarde en 1988 observaciones desde la Tierra anadieron iones de sodio y potasio La mayor parte de los gases en su superficie provienen de su interior Mercurio Editar La sonda Mariner 10 demostro que Mercurio contrariamente a lo que se creia tiene una atmosfera muy tenue constituida principalmente por helio con trazas de argon sodio potasio oxigeno y neon La presion de la atmosfera parece ser solo una cienmilesima parte de la presion atmosferica en la superficie de la Tierra Los atomos de esta atmosfera son muchas veces arrancados de la superficie del planeta por el viento solar Io Editar Io tiene una fina atmosfera compuesta de dioxido de azufre y algunos otros gases El gas procede de las erupciones volcanicas pues a diferencia de los volcanes terrestres los volcanes de Io expulsan dioxido de azufre Io es el cuerpo del sistema solar con mayor actividad volcanica La energia necesaria para mantener esta actividad proviene de la disipacion a traves de efectos de marea producidos por Jupiter Europa y Ganimedes dado que las tres lunas se encuentran en resonancia orbital la resonancia de Laplace Algunas de las erupciones de Io emiten material a mas de 300 km de altura La baja gravedad del satelite permite que parte de este material sea permanentemente expulsado de la luna distribuyendose en un anillo de material que cubre su orbita Europa Editar Observaciones del Telescopio espacial Hubble indican que Europa tiene una atmosfera muy tenue 10 11 bares de presion en la superficie compuesta de oxigeno A diferencia del oxigeno de la atmosfera terrestre el de la atmosfera de Europa es casi con toda seguridad de origen no biologico Mas probablemente se genera por la luz del sol y las particulas cargadas que chocan con la superficie helada de Europa produciendo vapor de agua que es posteriormente dividido en hidrogeno y oxigeno El hidrogeno consigue escapar de la gravedad de Europa pero no asi el oxigeno Encelado Editar Instrumentos de la sonda Cassini han revelado la existencia en Encelado de una atmosfera de vapor de agua aproximadamente 65 que se concentra sobre la region del polo sur un area con muy pocos crateres Dado que las moleculas de la atmosfera de Encelado poseen una velocidad mas alta que la de escape se piensa que se escapa permanentemente al espacio y al mismo tiempo se restaura a traves de la actividad geologica Las particulas que escapan de la atmosfera de Encelado son la principal fuente del Anillo E que esta en la orbita del satelite y tiene una anchura de 180 000 km Ariel Editar Es uno de los 27 satelites naturales de Urano Su atmosfera esta compuesta por amoniaco gaseoso y liquido en su superficie y compuesta por agua en el interior Triton Editar Composicion en color de Triton con imagenes tomadas por la Voyager 2 Triton tiene un diametro algo inferior que el de la Luna terrestre y posee una tenue atmosfera de nitrogeno 99 9 con pequenas cantidades de metano 0 01 La presion atmosferica tritoniana es de solo 14 microbares La sonda Voyager 2 consiguio observar una fina capa de nubes en una imagen que hizo del contorno de esta luna Estas nubes se forman en los polos y estan compuestas por hielo de nitrogeno existe tambien niebla fotoquimica hasta una altura de 30 km que esta compuesta por varios hidrocarburos semejantes a los encontrados en Titan y que llega a la atmosfera expulsada por los geiseres Se cree que los hidrocarburos contribuyen al aspecto rosado de la superficie Pluton Editar Articulo principal Atmosfera de Pluton Pluton posee una atmosfera extremadamente tenue formada por metano y monoxido de carbono que se congela y colapsa choca sobre su superficie a medida que el planeta se aleja del Sol Es esta evaporacion y posterior congelamiento lo que causa las variaciones en el albedo del planeta detectadas por medio de fotometros fotoelectricos en la decada de 1950 por Gerard Kuiper y otros A medida que el planeta se aproxima al Sol los cambios se hacen menores Los cambios de albedo se repiten pero a la inversa a medida que el planeta se aleja del Sol rumbo a su afelio Sedna Quaoar y Orcus Editar No se sabe con certeza la composicion de su atmosfera aunque se cree que esta compuesta por hidrogeno metano y helio Variacion de la presion con la altura EditarLa variacion con la altura de la presion atmosferica o de la densidad atmosferica es lo que se conoce como ley barometrica No es lo mismo la variacion de la presion con la altura en un liquido como el oceano que en un gas como la atmosfera y la razon estriba en que un liquido no es compresible y por tanto su densidad permanece constante Asi que en el oceano rige la formula P r g h displaystyle P rho cdot g cdot h por lo que si la profundidad h se hace doble la presion tambien Para los gases ideales se cumple la ley de los gases perfectos Ley de Boyle La densidad de un gas a temperatura constante es proporcional a la presion del gas Es decir P P 0 r 0 r displaystyle P frac P 0 rho 0 cdot rho ya que P V P 0 V 0 P m r P 0 m r 0 displaystyle P cdot V P 0 cdot V 0 P cdot frac m rho P 0 cdot frac m rho 0 En condiciones normales es decir 0 C de temperatura y 1 atmosfera de presion un mol de gas ocupa 22 4 L asi que r 0 M 22 4 g l i t r o displaystyle rho 0 frac M 22 4 frac g litro donde M es la masa molecular Para la atmosfera de la Tierra 20 de O2 y 80 de N2 el peso molecular es 0 2 32 0 8 28 28 96 displaystyle 0 2 cdot 32 0 8 cdot 28 28 96 por lo que r 0 28 96 22 4 g l i t r o 1 293 g l i t r o 1 293 k g m 3 displaystyle rho 0 frac 28 96 22 4 cdot frac g litro 1 293 frac g litro 1 293 cdot frac kg m 3 Para una presion de 0 C y P atmosferas r 1 293 P g l i t r o displaystyle rho 1 293 cdot P frac g litro Si la presion se mantiene constante ley de Charles la densidad es inversamente proporcional a la temperatura Es decir r r 0 T 0 1 T displaystyle rho rho 0 cdot T 0 frac 1 T ya que V T V 0 T 0 m r T m r 0 T 0 displaystyle frac V T frac V 0 T 0 frac m rho cdot T frac m rho 0 cdot T 0 Ley de la densidad Editar Combinando ambas llegamos a la ley de los gases perfectos P V n R T m M R T displaystyle P cdot V n cdot R cdot T frac m M cdot R cdot T asi que r P M R T displaystyle rho frac P cdot M R cdot T Calculo de la densidad atmosferica en la superficie de los planetas Editar Sabiendo que la constante R de los gases perfectos vale R 8 313 J K mol displaystyle R 8 313 cdot frac text J text K cdot text mol y que 1 atmosfera vale 1 atm 1 013 10 5 N m 2 displaystyle 1 text atm 1 013 cdot 10 5 cdot frac text N text m 2 resulta Planeta Temp K Presion atm Masa molecular M Densidad kg m Tierra 288 1 28 96 1 225Venus 738 92 8 44 67 42Titan 95 1 48 28 6 5 43Marte 215 0 0079 43 64 0 0195Ley barometrica Editar En una atmosfera isoterma la presion varia con la altura siguiendo la ley P P 0 e M g h h 0 R T displaystyle P P 0 cdot e frac M cdot g cdot h h 0 R cdot T donde M es la masa molecular g la aceleracion de la gravedad h h0 es la diferencia de alturas entre los niveles con presiones P y P0 y T es la temperatura absoluta media entre los dos niveles y R la constante de los gases perfectos El hecho de que la temperatura varie si limita validez de la formula Por el contrario la variacion de la aceleracion de la gravedad es tan suave que no afecta La demostracion de la formula es sencilla La diferencia de presion entre dos capas separadas por un D h displaystyle Delta h es D P r g D h displaystyle Delta P rho cdot g cdot Delta h Pero por la ley de la densidad r P M R T displaystyle rho frac P cdot M R cdot T Asi que D P P M R T g D h displaystyle Delta P frac P cdot M R cdot T cdot g cdot Delta h que por integracion se convierte en P 0 P d P P M g R T h 0 h d h displaystyle int P 0 P frac dP P frac M cdot g R cdot T int h 0 h dh es decir l n P l n P 0 M g h h 0 R T displaystyle ln P ln P 0 frac M cdot g cdot h h 0 R cdot T por lo que P P 0 e M g h h 0 R T displaystyle P P 0 cdot e frac M cdot g cdot h h 0 R cdot T Incremento de altura Editar El incremento de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmosfera para que la presion atmosferica disminuya a la mitad Para calcularla basta con poner en la ley barometrica P P 0 2 displaystyle P P 0 2 resulta D h R T M g l n 2 displaystyle Delta h frac R cdot T M cdot g cdot ln2 Escala de altura Editar La escala de altura es la altura a la que hay que elevarse en una atmosfera para que la presion atmosferica disminuya en un factor e 2 718182 Es decir la disminucion de presion es 1 1 e 0 632 63 2 displaystyle 1 frac 1 e 0 632 63 2 Para calcularla basta con poner en la ley barometrica P P 0 e displaystyle P P 0 e resulta H R T M g displaystyle H frac R cdot T M cdot g En funcion de la escala de alturas H la presion puede expresarse P P 0 e h h 0 H displaystyle P P 0 cdot e frac h h 0 H y analogamente para la densidad r r 0 e h h 0 H displaystyle rho rho 0 cdot e frac h h 0 H Calculo de la Escala de altura en diferentes atmosferas Editar Basta con aplicar la formula anterior para obtener H en metros Planeta Temp K Ac gravedad g m s Masa molecular M Escala altura H km Incremento altura km Tierra 288 9 81 28 96 8 42 5 8Venus 738 8 73 44 16 15 11 2Titan 95 1 37 28 6 20 15 13 9Marte 215 3 73 43 64 10 98 7 6Jupiter 160 26 20 2 25 37 17 6 Temperatura K cerca del limite de las nubes Puede haber suficiente Helio para aumentar la masa molecular disminuyendo la escala de alturas Representacion de la variacion de la presion con la altura Editar Variacion de la temperatura y del logaritmo de la presion con la altura para la atmosfera de la Tierra Si representamos el logaritmo de la presion o de la densidad en funcion de la altura obtendriamos una linea recta si la atmosfera fuese isoterma es decir si la escala de temperatura no variase con la altura La escala de altura es pequena si la temperatura es baja y ello significa que la presion y la densidad decrecen rapidamente Si la tempreratura es alta la escala es grande y varian suavemente Pero la escala de altura tambien depende de la masa molecular y masas moleculares altas hacen disminuir la escala de alturas al igual que planetas grandes con elevadas aceleraciones de la gravedad que tambien hacen disminuir la escala de alturas y la presion y la densidad decrecen rapidamente Asi en un planeta mas grande que la Tierra con identica composicion atmosferica y temperatura la densidad y presion cambian mas rapidamente con la altura y se puede hablar de una atmosfera dura frente a un planeta menor en el que H seria mayor y la atmosfera seria blanda Vease tambien EditarAire Anexo Datos de los planetas del Sistema Solar Atmosfera terrestre Dinamica de la atmosfera International Standard Atmosphere La atmosfera como canal de transmision de luz Presion atmosferica Atmosfera de la LunaReferencias Editar Williams David R 1 de septiembre de 2004 Earth Fact Sheet en ingles NASA Consultado el 9 de agosto de 2010 Enlaces externos Editar Wikcionario tiene definiciones y otra informacion sobre atmosfera Wikisource contiene obras originales de o sobre Atmosfera Grupo de Fisica de la Atmosfera GFAT de la Universidad de Granada UGR Datos Q8104 Multimedia Atmosphere Diccionario atmosfera Citas celebres Atmosfera Obtenido de https es wikipedia org w index php title Atmosfera amp oldid 140150732, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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