Capas de la atmósfera: ¿cuáles son y qué características tiene cada una?

La atmósfera es la envoltura de gases que rodea la Tierra. Aunque no podamos verla como vemos una montaña o un océano, está presente desde la superficie terrestre y se va haciendo cada vez más tenue a medida que aumenta la altura. La gravedad mantiene la mayor parte de esos gases alrededor del planeta.

Esta envoltura gaseosa hace posible la vida porque proporciona gases necesarios para los seres vivos, interviene en el ciclo del agua, ayuda a regular la temperatura y reduce los efectos de parte de la radiación solar. Además, en ella se producen fenómenos como las nubes, el viento, la lluvia y otros cambios del tiempo.

Para estudiar mejor la atmósfera, se divide en varias capas. Sus límites no son paredes perfectamente separadas, sino zonas definidas principalmente por los cambios de temperatura y por las características de los gases. Desde la superficie hacia el espacio, las capas principales son la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera.

Resumen

La atmósfera es la envoltura gaseosa de la Tierra y resulta esencial para la vida: aporta gases, regula la temperatura, participa en el ciclo del agua, filtra radiación solar y origina fenómenos meteorológicos. Se organiza de abajo arriba en troposfera, donde ocurre el tiempo; estratosfera, con la capa de ozono; mesosfera, donde se desintegran meteoroides; termosfera, relacionada con la ionosfera y las auroras; y exosfera, transición gradual hacia el espacio. La presión y densidad disminuyen con la altitud.

¿De qué está formada la atmósfera?

La atmósfera es una mezcla de gases. La proporción que suele estudiarse corresponde al aire seco cercano a la superficie; el vapor de agua se analiza aparte porque su cantidad cambia mucho de un lugar a otro y de un momento a otro.

• Nitrógeno: representa aproximadamente el 78 % del aire seco. Es el gas más abundante y, en condiciones normales, participa poco en las reacciones químicas del aire.
• Oxígeno: constituye cerca del 21 %. Muchos seres vivos lo utilizan en la respiración y también interviene en la combustión.
• Argón: supone alrededor del 0,93 %. Pertenece al grupo de los gases nobles y apenas reacciona con otras sustancias.
• Dióxido de carbono: se encuentra en una proporción pequeña, cercana al 0,04 %, aunque su importancia es mucho mayor que su cantidad. Las plantas lo emplean en la fotosíntesis y participa en el efecto invernadero.
• Vapor de agua: su concentración puede variar desde cantidades casi inexistentes hasta varios puntos porcentuales. Interviene en la formación de nubes, las precipitaciones y el efecto invernadero natural.
• Otros gases: hay cantidades muy pequeñas de neón, helio, metano, hidrógeno, ozono y otros componentes.

El aire también puede contener partículas sólidas o líquidas en suspensión, como polvo, sal marina, cenizas, polen y pequeñas gotas de agua. Estas partículas pueden influir en la formación de nubes y en la calidad del aire.

¿Cuáles son las capas de la atmósfera?

Las capas atmosféricas se ordenan según la altitud. Las alturas son aproximadas, ya que sus límites pueden variar según la temperatura, la latitud, la estación del año y la actividad solar.

1. Troposfera

La troposfera es la capa más baja y la que está en contacto directo con la superficie terrestre. Su altura media es de unos 12 kilómetros, aunque puede alcanzar aproximadamente 8 kilómetros en las regiones polares y superar los 15 kilómetros en algunas zonas tropicales.

En esta capa se concentra la mayor parte de la masa de la atmósfera y casi todo el vapor de agua. Por eso, es el lugar donde se desarrollan prácticamente todos los fenómenos meteorológicos: se forman las nubes, cae la lluvia o la nieve y se producen el viento, las tormentas y los cambios del tiempo.

En general, la temperatura desciende al subir por la troposfera, aproximadamente 6,5 ºC por cada kilómetro de ascenso como valor medio. En su parte superior se encuentra la tropopausa, que la separa de la estratosfera.

2. Estratosfera

La estratosfera se extiende aproximadamente desde el final de la troposfera hasta los 50 kilómetros de altitud. En ella hay menos turbulencias y menos vapor de agua que en la capa inferior. Por esta razón, algunos aviones comerciales pueden volar cerca de su zona más baja, donde el aire suele ser más estable.

En la estratosfera se encuentra la capa de ozono, una región con una concentración relativamente elevada de ozono. Este gas absorbe gran parte de la radiación ultravioleta del Sol, especialmente la que puede resultar más perjudicial para los seres vivos.

A diferencia de lo que ocurre en la troposfera, la temperatura suele aumentar con la altura dentro de la estratosfera. Esto se debe a que el ozono absorbe radiación ultravioleta y transforma parte de esa energía en calor. El límite superior recibe el nombre de estratopausa.

3. Mesosfera

La mesosfera ocupa, de forma aproximada, la zona situada entre los 50 y los 85 kilómetros de altitud. En ella la temperatura vuelve a disminuir con la altura y puede alcanzar valores muy bajos, cercanos a los -90 ºC en su parte superior.

Muchos meteoroides, es decir, fragmentos rocosos o metálicos que entran desde el espacio, se calientan y se desintegran al atravesar la atmósfera, sobre todo en la mesosfera. El brillo que observamos desde el suelo se conoce popularmente como una estrella fugaz, aunque no se trata de una estrella.

La mesopausa marca la transición entre esta capa y la termosfera. Se considera una de las zonas más frías de la atmósfera.

4. Termosfera

La termosfera comienza aproximadamente a los 85 kilómetros y puede extenderse hasta varios cientos de kilómetros de altitud. En esta región la densidad del aire es muy baja, pero las pocas partículas presentes absorben radiación solar de alta energía. Por eso, la temperatura calculada para la termosfera puede aumentar mucho, incluso por encima de los 1.000 ºC, aunque una persona no sentiría ese calor como lo sentiría en la superficie: hay muy pocas partículas capaces de transmitir energía.

Una parte importante de la termosfera es la ionosfera. No es exactamente una capa independiente con límites propios, sino una región que se solapa principalmente con la mesosfera superior, la termosfera y zonas cercanas. En ella, la radiación solar transforma algunos átomos y moléculas en iones. Este proceso influye en la propagación de ciertas ondas de radio.

Las auroras polares también se producen en regiones altas de la atmósfera, cuando partículas procedentes del Sol interactúan con gases atmosféricos y producen luz. Algunos satélites y la Estación Espacial Internacional se encuentran en altitudes relacionadas con esta zona, aunque la altura de sus órbitas puede variar.

5. Exosfera

La exosfera es la región más externa de la atmósfera. Comienza aproximadamente entre los 500 y los 1.000 kilómetros, según el criterio utilizado, y se prolonga miles de kilómetros hasta mezclarse gradualmente con el espacio interplanetario.

En ella las partículas están muy separadas entre sí. Los gases más ligeros, como el hidrógeno y el helio, tienen una presencia proporcionalmente mayor que en las capas inferiores. Algunas partículas pueden escapar de la atracción gravitatoria terrestre, aunque la exosfera no termina en una frontera nítida.

La exosfera no debe confundirse con la magnetosfera. La magnetosfera es la región dominada por el campo magnético de la Tierra y puede extenderse mucho más allá de la atmósfera, protegiendo al planeta de una parte del viento solar.

Resumen de las capas atmosféricas

• Troposfera: es la capa inferior; contiene la mayor parte del aire y del vapor de agua y en ella ocurre el tiempo meteorológico.
• Estratosfera: se sitúa sobre la troposfera; contiene la capa de ozono y en ella la temperatura aumenta con la altura.
• Mesosfera: es una región muy fría donde se desintegran muchos meteoroides al entrar en la atmósfera.
• Termosfera: tiene una densidad muy baja, absorbe radiación energética, incluye gran parte de la ionosfera y está relacionada con las auroras.
• Exosfera: es la zona más externa y se transforma de manera gradual en el espacio exterior.

¿Qué es la capa de ozono?

La capa de ozono es una región de la estratosfera que contiene más ozono que las zonas atmosféricas cercanas. El ozono es una molécula formada por tres átomos de oxígeno y se representa mediante la fórmula O3; sin embargo, en este artículo se utilizan solo las etiquetas HTML permitidas, por lo que basta con recordar que su fórmula es O3.

El ozono estratosférico absorbe gran parte de la radiación ultravioleta del Sol. Esta función reduce la cantidad de radiación que alcanza la superficie y protege a los seres vivos frente a daños en el material genético, la piel, los ojos y diversos ecosistemas.

No todo el ozono es beneficioso en el mismo lugar. El ozono de la estratosfera cumple una función protectora, mientras que el ozono que se acumula cerca del suelo es un contaminante que puede irritar las vías respiratorias y formar parte de la contaminación fotoquímica.

El deterioro de la capa de ozono

Durante décadas se utilizaron clorofluorocarbonos, conocidos como CFC, en algunos aerosoles, sistemas de refrigeración y otros productos. En la estratosfera, la radiación ultravioleta puede liberar cloro de estos compuestos. Ese cloro participa en reacciones que destruyen moléculas de ozono.

El descenso estacional de la concentración de ozono sobre la Antártida se conoce habitualmente como agujero de la capa de ozono. No es un agujero vacío, sino una zona en la que la cantidad de ozono disminuye mucho. Para limitar este problema, en 1987 se aprobó el Protocolo de Montreal, un acuerdo internacional destinado a reducir y eliminar numerosas sustancias que dañan el ozono.

Funciones principales de la atmósfera

La atmósfera no es solo una mezcla de gases: cumple varias funciones relacionadas entre sí y esenciales para el planeta.

1. Proporciona gases necesarios para la vida. El oxígeno permite la respiración de muchos organismos. El dióxido de carbono, por su parte, es una materia prima de la fotosíntesis de las plantas, las algas y algunas bacterias.
2. Filtra parte de la radiación solar. El ozono estratosférico absorbe una parte importante de la radiación ultravioleta. Otras zonas atmosféricas también absorben radiación de alta energía procedente del Sol.
3. Ayuda a regular la temperatura. Algunos gases atmosféricos absorben y reemiten radiación infrarroja. Este efecto invernadero natural mantiene la Tierra mucho más templada de lo que estaría sin atmósfera. El problema actual es el aumento de la concentración de ciertos gases por actividades humanas, que intensifica ese efecto.
4. Hace posible el ciclo del agua. El agua se evapora desde mares, ríos, suelos y seres vivos; después se condensa en forma de nubes y puede regresar a la superficie como lluvia, nieve o granizo.
5. Interviene en el tiempo y el clima. La circulación del aire redistribuye calor y humedad. Las diferencias de temperatura y presión contribuyen a formar vientos, frentes y tormentas.
6. Reduce el impacto de muchos meteoroides. La fricción y las colisiones con las partículas del aire calientan y fragmentan numerosos objetos pequeños antes de que lleguen al suelo.
7. Permite la transmisión del sonido. Las ondas sonoras necesitan un medio material. En la atmósfera pueden desplazarse a través del aire, mientras que en el vacío del espacio no se propagan de la misma manera.

¿Por qué la atmósfera es más densa cerca del suelo?

La gravedad atrae las partículas de gas hacia la superficie terrestre. Como consecuencia, el aire de las capas inferiores soporta el peso del aire que tiene encima y está más comprimido. Por eso, la presión y la densidad son mayores cerca del nivel del mar y disminuyen al ascender.

Esta distribución explica que la mayoría de la masa atmosférica se encuentre en los primeros kilómetros, aunque la atmósfera se extienda mucho más arriba. También explica por qué respirar resulta más difícil en lugares de gran altitud: hay menos partículas de aire en cada volumen y, por tanto, menor presión atmosférica.

Diferencia entre atmósfera, ionosfera y magnetosfera

Estos términos están relacionados, pero no significan lo mismo:

• Atmósfera: es el conjunto de gases que rodea la Tierra y se organiza en capas según sus características.
• Ionosfera: es una región de la atmósfera donde abundan partículas cargadas eléctricamente. Se solapa con varias capas y tiene importancia para las ondas de radio y las auroras.
• Magnetosfera: es la región en la que domina el campo magnético terrestre. Su extensión no coincide exactamente con la de la atmósfera y su forma se ve afectada por el viento solar.

Cómo recordar el orden de las capas

Si se empieza en la superficie y se asciende, el orden es:

1. Troposfera.
2. Estratosfera.
3. Mesosfera.
4. Termosfera.
5. Exosfera.

Una forma sencilla de estudiarlas es asociar cada capa con su rasgo más característico: tiempo meteorológico en la troposfera, ozono en la estratosfera, meteoroides en la mesosfera, auroras e ionización en la termosfera y transición hacia el espacio en la exosfera. Los límites de altura deben tomarse como aproximaciones, no como valores fijos idénticos en toda la Tierra.