Una atmósfera (del griego antiguo ἀτμός ( atmós ) 'vapor' y σφαῖρα ( sphaîra ) 'esfera') [1] es una capa de gas o capas de gases que envuelven un planeta y se mantienen en su lugar gracias a la gravedad . del cuerpo planetario. Un planeta conserva 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 situadas encima de la fotosfera opaca ; Las estrellas de baja temperatura podrían tener atmósferas exteriores que contengan 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. [2] La mayoría de los organismos utilizan oxígeno para respirar ; los rayos y las bacterias fijan nitrógeno , lo que produce 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 estratificada de la atmósfera minimiza los efectos nocivos de la luz solar , la radiación ultravioleta , el viento solar y los rayos cósmicos y protege así a los organismos del daño genético. La composición actual de la atmósfera de la Tierra es producto de miles de millones de años de modificación bioquímica de la paleoatmósfera por parte de organismos vivos. [3]
La composición de los gases en una atmósfera puede afectar el color y la opacidad del cielo de un planeta. [4] [5]
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 . [6]
La composición de la atmósfera de la Tierra 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" (en volumen), pero generalmente es una cantidad variable. También hay presente una cantidad de vapor de agua, en promedio alrededor del 1% al nivel del mar. [7]
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 y 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 del Sistema Solar tienen atmósferas extremadamente delgadas que no están en equilibrio. Estos incluyen la Luna ( gas sodio ), Mercurio (gas 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 escapa constantemente al espacio. Se han detectado hidrógeno, oxígeno, carbono y azufre en la atmósfera inflada del planeta. [8]
La atmósfera de la Tierra está compuesta de capas con diferentes propiedades, como composición gaseosa específica, temperatura y presión.
La troposfera es la capa más baja de la atmósfera. Esta se extiende desde la superficie planetaria hasta el fondo de la estratosfera . La troposfera contiene entre el 75 y el 80 % de la masa de la atmósfera [9] y es la capa atmosférica donde se produce el tiempo; 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. Es la capa atmosférica que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta que la Tierra recibe del Sol.
La mesosfera se extiende entre 50 km y 85 km, y es la capa donde la mayoría de los meteoros se incineran antes de llegar a la superficie.
La termosfera se extiende desde una altitud de 85 km hasta la base de la exosfera a 690 km y contiene la ionosfera , donde la radiación solar ioniza la atmósfera. La densidad de la ionosfera es mayor 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 una mayor gama de frecuencias de radio viaje distancias mayores.
La exosfera comienza entre 690 y 1.000 km de la superficie y se extiende hasta aproximadamente 10.000 km, donde interactúa con la magnetosfera de la Tierra.
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 altitud 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 Pa (equivalente a 760 Torr o 14.696 psi ). La altura a la que la presión atmosférica disminuye en un factor de e (un número irracional igual a 2,71828) se llama altura de escala ( H ). Para una atmósfera de temperatura uniforme, la altura de la escala es proporcional a la temperatura atmosférica y es inversamente proporcional al producto de la masa molecular media del aire seco y la aceleración local de la gravedad en el punto de medición barométrica.
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 objetos con menor gravedad. En segundo lugar, la distancia al 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 , permitiéndoles escapar del alcance gravitacional del planeta. Así, los distantes y fríos Titán , Tritón y Plutón son capaces de conservar sus atmósferas a pesar de sus gravedades relativamente bajas.
Dado que un conjunto de moléculas de gas puede moverse a una amplia gama de velocidades, siempre habrá algunas lo suficientemente rápidas como para producir una lenta fuga 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 fotodisociarse en hidrógeno y oxígeno por la radiación ultravioleta solar , el hidrógeno escapó. El campo magnético de la Tierra ayuda a evitar esto, ya que, normalmente, el viento solar favorecería en gran medida el escape de hidrógeno. Sin embargo, en los últimos 3 mil millones de años la Tierra puede haber perdido gases a través de las regiones polares magnéticas debido a la actividad auroral, incluido un 2 % neto de su oxígeno atmosférico. [10] 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 funciona para aumentar la tasa de escape. [11]
Otros mecanismos que pueden causar el agotamiento de la atmósfera son la pulverización inducida por el viento solar , la erosión por impacto , la erosión y el secuestro (a veces denominado "congelación") en el regolito y los casquetes polares .
Las atmósferas tienen efectos dramáticos en las superficies de los cuerpos rocosos. Los objetos que no tienen atmósfera, o que sólo tienen una exosfera, tienen un terreno cubierto de cráteres . Sin atmósfera, el planeta no tiene protección contra los meteoritos , y todos ellos chocan con la superficie en forma de meteoritos y crean cráteres.
La mayoría de los meteoroides se queman como meteoritos antes de impactar la superficie de un planeta. Cuando los meteoroides impactan, los efectos suelen borrarse por la acción del viento. [12]
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 haya líquido en la superficie, lo que da lugar a lagos , ríos y océanos . Se sabe que la Tierra y Titán tienen líquidos en su superficie y el terreno del planeta sugiere que Marte tuvo líquido en su superficie en el pasado.
Artículo principal: atmósfera extraterrestre
La circulación de la atmósfera se produce por 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.
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 ). También influyen en el relieve las heladas y las precipitaciones , que dependen de la composición atmosférica. Los cambios climáticos pueden influir en la historia geológica de un planeta. Por el contrario, estudiar la superficie de la Tierra permite comprender la atmósfera y el clima de otros planetas.
Para un meteorólogo , la composición de la atmósfera terrestre es un factor que incide en el clima y sus variaciones.
Para un biólogo o paleontólogo , la composición atmosférica de la Tierra depende estrechamente de la aparición de la vida y de su evolución .
