La tropopausa es el límite atmosférico que delimita la troposfera de la estratosfera , que son las dos capas más bajas de las cinco de la atmósfera de la Tierra . La tropopausa es una capa de estratificación por gradiente termodinámico que marca el final de la troposfera y se encuentra aproximadamente a 17 kilómetros (11 millas) por encima de las regiones ecuatoriales y aproximadamente a 9 kilómetros (5,6 millas) por encima de las regiones polares .
La tropopausa, que se eleva desde la superficie planetaria de la Tierra, es el nivel atmosférico en el que el aire deja de enfriarse con el aumento de la altitud y se vuelve seco, sin vapor de agua. La tropopausa es el límite que delimita la troposfera inferior de la estratosfera superior, y es la parte de la atmósfera en la que se produce un cambio abrupto en el gradiente térmico ambiental (ELR), de una tasa positiva (de disminución) en la troposfera a una tasa negativa en la estratosfera. La tropopausa se define como el nivel más bajo en el que el gradiente térmico ambiental disminuye a 2 °C/km o menos, siempre que el gradiente térmico medio, entre ese nivel y todos los demás niveles superiores dentro de 2,0 km no supere los 2 °C/km. [1] La tropopausa es una superficie de discontinuidad de primer orden , en la que la temperatura en función de la altura varía continuamente a través de la atmósfera, mientras que el gradiente de temperatura tiene una discontinuidad. [2]
La troposfera es la capa más baja de la atmósfera terrestre; comienza en la capa límite planetaria y es la capa en la que ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos . La troposfera contiene la capa límite y su altura varía desde un promedio de 9 km (5,6 mi; 30 000 pies) en los polos hasta 17 km (11 mi; 56 000 pies) en el ecuador . [3] [4] En ausencia de inversiones y sin considerar la humedad , el gradiente térmico para esta capa es de 6,5 °C por kilómetro, en promedio, según la Atmósfera Estándar de los Estados Unidos . [5] Una medición de los gradientes térmicos troposférico y estratosférico ayuda a identificar la ubicación de la tropopausa, ya que la temperatura aumenta con la altura en la estratosfera y, por lo tanto, el gradiente térmico se vuelve negativo. La ubicación de la tropopausa coincide con el punto más bajo en el que el gradiente térmico es menor que un umbral prescrito.
Como la tropopausa depende de la temperatura media de toda la capa que se encuentra debajo, alcanza sus niveles máximos sobre el ecuador y sus alturas mínimas sobre los polos. Por ello, la capa más fría de la atmósfera se encuentra a unos 17 km sobre el ecuador. Debido a la variación de la altura inicial, los extremos de la tropopausa se denominan tropopausa ecuatorial y tropopausa polar.
Dado que el gradiente de temperatura vertical no es una cantidad conservadora cuando se considera la tropopausa para los estudios de intercambios estratosfera-troposfera, existe una definición alternativa llamada tropopausa dinámica . [6] Se forma con la ayuda de la vorticidad potencial , que se define como el producto de la densidad isentrópica , es decir, la densidad que se puede medir utilizando la temperatura potencial como coordenada vertical, y la vorticidad absoluta , dado que esta cantidad alcanza valores bastante diferentes para la troposfera y la estratosfera. [7] En lugar de utilizar el gradiente de temperatura vertical como variable definitoria, la superficie de la tropopausa dinámica se expresa en unidades de vorticidad potencial (PVU, 1 PVU = 10 -6 K m 2 kg -1 s -1 [8] ). Dado que la vorticidad absoluta es positiva en el hemisferio norte y negativa en el hemisferio sur , el valor umbral debe considerarse positivo al norte del ecuador y negativo al sur del mismo. [9] En teoría, para definir una tropopausa global de esta manera, las dos superficies que surgen de los umbrales positivo y negativo deben coincidir cerca del ecuador utilizando otro tipo de superficie, como una superficie de temperatura potencial constante . Sin embargo, la tropopausa dinámica es inútil en latitudes ecuatoriales porque las isentropías son casi verticales. [8] Para la tropopausa extratropical en el hemisferio norte, la OMM estableció un valor de 1,6 PVU, [8] : 152, pero tradicionalmente se han utilizado valores mayores que oscilan entre 2 y 3,5 PVU. [10]
También es posible definir la tropopausa en términos de composición química. [11] Por ejemplo, la estratosfera inferior tiene concentraciones de ozono mucho más altas que la troposfera superior, pero concentraciones de vapor de agua mucho más bajas , por lo que se puede definir un límite apropiado.
En 1949, Alan West Brewer propuso que el aire troposférico pasa a través de la tropopausa hacia la estratosfera cerca del ecuador, luego viaja a través de la estratosfera hacia las regiones templadas y polares, donde se hunde en la troposfera. [12] Esto ahora se conoce como circulación Brewer-Dobson . Debido a que los gases ingresan principalmente a la estratosfera al pasar a través de la tropopausa en los trópicos donde la tropopausa es más fría, el vapor de agua se condensa fuera del aire que ingresa a la estratosfera. Esta teoría de la " trampa fría de la capa de la tropopausa tropical " ha sido ampliamente aceptada. [13] Esta trampa fría limita el vapor de agua estratosférico a 3 a 4 partes por millón. [14] Los investigadores de Harvard han sugerido que los efectos del Calentamiento Global en los patrones de circulación del aire debilitarán la trampa fría de la capa de la tropopausa tropical. [15]
El vapor de agua que logra atravesar la trampa fría finalmente sube a la parte superior de la estratosfera, donde sufre fotodisociación en oxígeno e hidrógeno o iones de hidróxido e hidrógeno. [16] [17] Este hidrógeno luego puede escapar de la atmósfera. Por lo tanto, en cierto sentido, la trampa fría de la capa de la tropopausa tropical es lo que evita que la Tierra pierda su agua en el espacio. James Kasting ha predicho que en 1 a 2 mil millones de años , a medida que el Sol aumenta en luminosidad, la temperatura de la Tierra aumentará lo suficiente como para que la trampa fría ya no sea efectiva y, por lo tanto, la Tierra se seque. [18]
La tropopausa no es un límite fijo. Las tormentas eléctricas vigorosas , por ejemplo, en particular las de origen tropical, se desplazarán hacia la estratosfera inferior y experimentarán una breve oscilación vertical de baja frecuencia (de una hora o menos) . [19] Dicha oscilación da como resultado una onda de gravedad atmosférica de baja frecuencia capaz de afectar tanto a las corrientes atmosféricas como a las oceánicas de la región. [ cita requerida ]
La mayoría de los aviones comerciales vuelan en la estratosfera inferior, justo por encima de la tropopausa, durante la fase de crucero de sus vuelos; en esta región, las nubes y las perturbaciones climáticas significativas características de la troposfera suelen estar ausentes. [20]
