Atmósfera - Atmosphere

El planeta Marte tiene una atmósfera compuesta por delgadas capas de gases.
Los gases atmosféricos alrededor de la Tierra dispersan la luz azul (longitudes de onda más cortas) más que la luz hacia el extremo rojo (longitudes de onda más largas) del espectro visible ; por lo tanto, se ve un resplandor azul sobre el horizonte cuando se observa la Tierra desde el espacio exterior .
Un diagrama de las capas de la atmósfera terrestre.

Una atmósfera (del griego antiguo ἀτμός (atmós)  'vapor, vapor' y σφαῖρα (sphaîra)  'esfera') es una capa de gas o capas de gases que envuelven un planeta , y se mantiene en su lugar por la gravedad del planeta. cuerpo. Un planeta retiene una atmósfera cuando la gravedad es grande y la temperatura de la atmósfera es baja. Una atmósfera estelar es la región exterior de una estrella, que incluye las capas por encima de la fotosfera opaca ; las estrellas de baja temperatura pueden tener atmósferas externas que contienen moléculas compuestas .

La atmósfera de la Tierra está compuesta de nitrógeno (78%), oxígeno (21%), argón (0,9%), dióxido de carbono (0,04%) y gases traza. La mayoría de los organismos usan oxígeno para respirar ; los rayos y las bacterias realizan la fijación de nitrógeno para producir amoníaco que se utiliza para producir nucleótidos y aminoácidos ; las plantas , las algas y las cianobacterias utilizan dióxido de carbono para la fotosíntesis . La composición en capas de la atmósfera minimiza los efectos nocivos de la luz solar , la radiación ultravioleta , el viento solar y los rayos cósmicos para proteger a los organismos del daño genético. La composición actual de la atmósfera de la Tierra es el producto de miles de millones de años de modificación bioquímica de la paleoatmosfera por organismos vivos.

Composición

La composición gaseosa inicial de una atmósfera está determinada por la química y la temperatura de la nebulosa solar local a partir de la cual se forma un planeta , y el posterior escape de algunos gases del interior de la atmósfera propiamente dicha. La atmósfera original de los planetas se originó a partir de un disco giratorio de gases, que colapsó sobre sí mismo y luego se dividió en una serie de anillos espaciados de gas y materia, que luego se condensaron para formar los planetas del sistema solar. Las atmósferas de los planetas Venus y Marte están compuestas principalmente de dióxido de carbono y nitrógeno , argón y oxígeno .

La composición de la atmósfera terrestre está determinada por los subproductos de la vida que sustenta. El aire seco (mezcla de gases) de la atmósfera terrestre contiene 78,08% de nitrógeno, 20,95% de oxígeno, 0,93% de argón, 0,04% de dióxido de carbono y trazas de hidrógeno, helio y otros gases "nobles" (por volumen), pero generalmente una variable también está presente una cantidad de vapor de agua, en promedio alrededor del 1% al nivel del mar.

Las bajas temperaturas y la mayor gravedad de los planetas gigantes del Sistema Solar ( Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno ) les permiten retener más fácilmente gases con masas moleculares bajas . Estos planetas tienen atmósferas de hidrógeno-helio, con trazas de compuestos más complejos.

Dos satélites de los planetas exteriores poseen atmósferas importantes. Titán , una luna de Saturno, y Tritón , una luna de Neptuno, tienen atmósferas principalmente de nitrógeno . Cuando se encuentra en la parte de su órbita más cercana al Sol, Plutón tiene una atmósfera de nitrógeno y metano similar a la de Tritón, pero estos gases se congelan cuando está más lejos del Sol.

Otros cuerpos dentro del Sistema Solar tienen atmósferas extremadamente delgadas que no están en equilibrio. Estos incluyen la Luna ( gas de sodio ), Mercurio (gas de sodio), Europa (oxígeno), Io ( azufre ) y Encelado ( vapor de agua ).

El primer exoplaneta cuya composición atmosférica se determinó es HD 209458b , un gigante gaseoso con una órbita cercana alrededor de una estrella en la constelación de Pegaso . Su atmósfera se calienta a temperaturas superiores a los 1.000 K y se escapa constantemente al espacio. Se han detectado hidrógeno, oxígeno, carbono y azufre en la atmósfera inflada del planeta.

Estructura

tierra

La atmósfera de la Tierra está compuesta por capas con diferentes propiedades, como composición gaseosa específica, temperatura y presión. La capa más baja de la atmósfera es la troposfera , que se extiende desde la superficie planetaria hasta el fondo de la estratosfera . La troposfera contiene el 75 por ciento de la masa de la atmósfera y es la capa atmosférica donde ocurre el clima; la altura de la troposfera varía entre 17 km en el ecuador y 7,0 km en los polos. La estratosfera se extiende desde la parte superior de la troposfera hasta el fondo de la mesosfera , y contiene la capa de ozono , a una altitud entre 15 km y 35 km, y es la capa atmosférica que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta que la Tierra recibe del Sol. . La parte superior de la mesosfera tiene un rango de 50 km a 85 km, y es la capa donde la mayoría de los meteoros se incineran antes de llegar a la superficie planetaria. La termosfera se extiende desde una altitud de 85 km hasta la base de la exosfera a 400 km y contiene la ionosfera donde la radiación solar ioniza la atmósfera. La densidad de la ionosfera aumenta a distancias cortas de la superficie planetaria durante el día y disminuye a medida que la ionosfera se eleva durante la noche, lo que permite que un mayor rango de frecuencias de radio recorra distancias mayores. Además, ubicada en la mesosfera, está la línea Kármán a 100 km, que es el límite entre el espacio exterior y la atmósfera del planeta Tierra. La exosfera comienza aproximadamente a 690 a 1000 km de la superficie planetaria, donde interactúa con la magnetosfera de la Tierra.

Presión

La presión atmosférica es la fuerza (por unidad de área) perpendicular a una unidad de área de superficie planetaria, determinada por el peso de la columna vertical de gases atmosféricos. En dicho modelo atmosférico, la presión atmosférica , el peso de la masa del gas, disminuye a gran altura debido a la disminución de la masa del gas por encima del punto de medición barométrica . Las unidades de presión del aire se basan en la atmósfera estándar (atm), que es 101,325  kPa (760  Torr , o 14,696  libras por pulgada cuadrada (psi). La altura a la cual la presión atmosférica disminuye en un factor de e (un número irracional igual a 2.71828) se denomina altura de escala ( H ). Para una atmósfera de temperatura uniforme, la altura de escala es proporcional a la temperatura atmosférica e inversamente proporcional al producto de la masa molecular media del aire seco y la aceleración local de gravedad en el punto de medición barométrica.

Escapar

La gravedad superficial difiere significativamente entre los planetas. Por ejemplo, la gran fuerza gravitacional del planeta gigante Júpiter retiene gases ligeros como el hidrógeno y el helio que escapan de los objetos con menor gravedad. En segundo lugar, la distancia del Sol determina la energía disponible para calentar el gas atmosférico hasta el punto en que una fracción del movimiento térmico de sus moléculas excede la velocidad de escape del planeta , lo que les permite escapar del alcance gravitacional de un planeta. Por lo tanto, Titán , Tritón y Plutón , distantes y fríos , pueden retener sus atmósferas a pesar de su gravedad relativamente baja.

Dado que una colección de moléculas de gas puede moverse a una amplia gama de velocidades, siempre habrá algunas lo suficientemente rápidas como para producir una fuga lenta de gas al espacio. Las moléculas más ligeras se mueven más rápido que las más pesadas con la misma energía cinética térmica , por lo que los gases de bajo peso molecular se pierden más rápidamente que los de alto peso molecular. Se cree que Venus y Marte pueden haber perdido gran parte de su agua cuando, después de ser fotodisociados en hidrógeno y oxígeno por la radiación solar ultravioleta , el hidrógeno escapó. El campo magnético de la Tierra ayuda a prevenir esto, ya que, normalmente, el viento solar mejoraría en gran medida el escape de hidrógeno. Sin embargo, durante los últimos 3 mil millones de años, la Tierra puede haber perdido gases a través de las regiones polares magnéticas debido a la actividad de las auroras, incluido un 2% neto de su oxígeno atmosférico. El efecto neto, teniendo en cuenta los procesos de escape más importantes, es que un campo magnético intrínseco no protege a un planeta del escape atmosférico y que, para algunas magnetizaciones, la presencia de un campo magnético aumenta la tasa de escape.

Otros mecanismos que pueden causar el agotamiento de la atmósfera son la pulverización catódica inducida por el viento solar , la erosión por impacto , la meteorización y el secuestro, a veces denominado "congelación", en el regolito y los casquetes polares .

Terreno

Las atmósferas tienen efectos dramáticos en las superficies de los cuerpos rocosos. Los objetos que no tienen atmósfera, o que solo tienen exosfera, tienen un terreno que está cubierto de cráteres . Sin atmósfera, el planeta no tiene protección contra los meteoroides , y todos ellos chocan con la superficie como meteoritos y crean cráteres.

La mayoría de los meteoritos se queman como meteoros antes de chocar contra la superficie de un planeta. Cuando los meteoroides impactan, los efectos a menudo se borran por la acción del viento.

La erosión eólica es un factor importante en la configuración del terreno de los planetas rocosos con atmósferas y, con el tiempo, puede borrar los efectos tanto de los cráteres como de los volcanes . Además, dado que los líquidos no pueden existir sin presión, una atmósfera permite que el líquido esté presente en la superficie, lo que resulta en lagos , ríos y océanos . Se sabe que la Tierra y Titán tienen líquidos en su superficie y el terreno en el planeta sugiere que Marte tenía líquido en su superficie en el pasado.


Atmósferas en el Sistema Solar

Gráficos de la velocidad de escape frente a la temperatura de la superficie de algunos objetos del Sistema Solar que muestran qué gases se retienen. Los objetos están dibujados a escala y sus puntos de datos están en los puntos negros en el medio.

Fuera del Sistema Solar:

Artículo principal: atmósfera extraterrestre

Circulación

La circulación de la atmósfera se produce debido a diferencias térmicas cuando la convección se convierte en un transportador de calor más eficiente que la radiación térmica . En los planetas donde la principal fuente de calor es la radiación solar, el exceso de calor en los trópicos se transporta a latitudes más altas. Cuando un planeta genera una cantidad significativa de calor internamente, como es el caso de Júpiter , la convección en la atmósfera puede transportar energía térmica desde el interior de mayor temperatura hasta la superficie.

Importancia

Desde la perspectiva de un geólogo planetario , la atmósfera actúa para dar forma a una superficie planetaria. El viento recoge polvo y otras partículas que, al chocar con el terreno, erosionan el relieve y dejan depósitos ( procesos eólicos ). Las heladas y las precipitaciones , que dependen de la composición atmosférica, también influyen en el relieve. Los cambios climáticos pueden influir en la historia geológica de un planeta. Por el contrario, estudiar la superficie de la Tierra conduce a una comprensión de la atmósfera y el clima de otros planetas.

Para un meteorólogo , la composición de la atmósfera terrestre es un factor que afecta el clima y sus variaciones.

Para un biólogo o paleontólogo , la composición atmosférica de la Tierra depende en gran medida de la apariencia de la vida y su evolución .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos