La Atmosfera

INSTITUTO POLITCNICO

NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

UNIDAD TICOMN

CIENCIAS DE LA TIERRA

MATERIA: METEOROLOGA GENERAL

PROFESOR: M. en C. ARTURO HERNNDEZ ROSALES

TRABAJO A DESARROLLAR: LA ATMSFERA

ESTRUCTURA Y COMPOSICIN

ALUMNO: FELIPE VARGAS HERNNDEZ

CARRERA: INGENIERIA GEOFSICA

FECHA DE REVISION: 25/Agosto/2013

La Atmosfera

LA ATMOSFERA

La Atmosfera (Imagen 1), es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra; el nombre proviene de las races griegas

atmos: Vapor de agua y sphaira: Esfera. Bajo la accin simultanea de la atraccin terrestre, que la retiene sobre el

planeta, y la de su propia fuerza expansiva que tiende a difundirla hacia el espacio, el aire tiene una densidad

relativamente grande en las capas ms bajas, comprimidas por el peso de las que estn encima. Como podemos darnos

cuenta, el hombre vive en el fondo de un ocano de aire; su existencia depende de las condiciones favorables de presin,

temperatura y composicin qumica de la Atmosfera.

Las condiciones Atmosfricas ejercen control sobre continentes y ocanos; estos a su vez influyen sobre la

Atmosfera adyacente. Sobre todo es importante considerar la interaccin Ocanos-Atmosfera para analizar los eventos

de El Nio y la Nia con repercusiones globales por lo que conocer la distribucin de las caractersticas de los ocanos y su

relacin con la Atmosfera, permite explicar los tipos re climas, estado del tiempo regiones ciclognicas, etc.

PROPIEDADES FISICAS DE LA ATMOSFERA.

Las Propiedades fsicas de la atmosfera ms importantes son:

Movilidad: El aire se encuentra en constante movimiento.

Compresibilidad: La presin de la Atmsfera vara proporcionalmente con la densidad y temperatura de

la misma.

Expansibilidad: Al disminuir la presin aumenta la expansin del aire.

Transparente, incolora e inodora

Diatermancia: Es transparente a las radiaciones solares.

Tiene la forma de la Tierra: Aplastada en los polos y ensanchada en el Ecuador.

En la atmosfera se producen fenmenos qumicos, como la oxidacin y la combustin. La atmosfera y la Hidrosfera

constituyen el sistema de capas fluidas superficiales del planeta cuyos movimientos dinmicos estn estrechamente

relacionados. Las corrientes de aire reducen drsticamente las diferencias de temperatura entre el da y la noche

distribuyendo el calor por toda la superficie del planeta.

Imagen 1. La atmosfera. (by NOAA).

La Atmosfera

COMPOSICION DE LA ATMOSFERA

La Atmosfera es una mezcla gaseosa, no una combinacin, ya que sus componentes no reaccionan qumicamente

entre s; estos pueden dividirse en permanentes y accidentales. El nitrgeno ocupa ms del 78% del volumen del aire, es

un elemento esencial para la vida vegetal, aunque, en estado libre, son pocas las plantas que pueden asimilarlo. Es un gas

inactivo, pues no se combina con otros elementos qumicos, a no ser por la intervencin de una energa externa como las

descargas elctricas, las cuales provocan la combinacin del nitrgeno. Los productos resultantes son llevados por la

lluvia al suelo, y as lo nitrogenan.

Al oxigeno corresponde aproximadamente 21% del volumen del aire. Es un gas activo y su combinacin con otras

sustancias qumicas hace posible que se realicen los procesos que sustentan la vida. Adems, solo en un medio como el

oxgeno es posible la combustin. Hay que recordar que al combinarlo con el hierro produce la oxidacin.

El Dixido de Carbono (Imagen 2), representa en 0.033% del aire; proviene principalmente de la descomposicin de

la materia orgnica animal y vegetal. El oxgeno del aire, transportado por la sangre a todo el cuerpo, quema los hidratos

de carbono de los alimentos y produce dixido de carbono que, por medio de la respiracin regresa a la Atmosfera. La

concentracin de dixido de carbono varia cerca del suelo, en las ciudades y zonas industriales es muy elevada, pues es el

resultado de la combustin. Obviamente es mayor en la noche que en el da; esto se debe a que en las horas de insolacin

la fotosntesis que se efecta en las plantas transforma el dixido de carbono en oxgeno. El dixido de carbono, es

relevante en los procesos atmosfricos debido a su capacidad de absorber el calor, lo que permite el calentamiento de la

Atmosfera inferior por la radiacin calrica procedente de la superficie de la Tierra.

El argn es un gas inerte que est presente en solo 0.94% en la Atmosfera. Los gases raros: nen, criptn radn,

helio y xenn estn presentes en cantidades pequesimas; son qumicamente inertes. Las propiedades que tienen es de

gran utilidad, ya que a baja presin, casi en el vaco, se vuelven incandescentes al ser estimulados por la corriente

elctrica. Los rtulos luminosos de gas nen son un ejemplo.

Vapor de agua (Imagen 3). La Atmosfera nunca est totalmente seca, siempre contiene alguna cantidad de vapor

de agua en proporciones variables; esta proporcin es mayor en las regiones tropicales marinas. El vapor de agua

proviene de la evaporacin de las superficies liquidas y de la transpiracin de los vegetales. Su presencia en el aire

provoca importantes cambios en el estado del tiempo. Cuando el vapor de agua cambia de estado fsico-liquido o solido-

regresa a la Tierra en forma de roci, lluvia, nieve y granizo.

Imagen 2. El Dixido de carbono. (Tomada de Google). Imagen 3. El Vapor de agua. (Tomada de Google).

La Atmosfera

Los componentes accidentales, del aire son aquellos que no siempre se encuentran en la Atmosfera, como holln

(Imagen 4), polvo, sales, cenizas, etc. El polvo procede principalmente de los desiertos y estepas (Imagen 5); las partculas

ms finas son arrastradas por el viento incluso a grandes distancias. El aire tropical contiene mucho ms polvo que el de

origen polar.

El holln se produce por el incendio de bosques, erupciones volcnicas y por la combustin en las zonas industriales.

Las sales que contiene el aire se deben a que el viento levanta la espuma del oleaje cuando se evapora el agua, las sales

quedan flotando en el aire en forma de finsimas partculas. Estas impurezas no solo tienen importancia para la visibilidad,

sino adems sirven de ncleos higroscpicos en la produccin de la lluvia. El aire contiene adems ozono, el cual se forma

y se destruye en la estratosfera por fenmenos fotoqumicos. Ya hablamos de la Atmosfera ahora hablaremos de las

capas que la componen as como de sus propiedades.

LMITE Y COLOR DE LA ATMOSFERA

En las capas ms bajas el aire posee una densidad relativamente grande, comprimidas por el peso de las

de encima y una baja densidad cada vez menor al aumentar la altitud. Como el aire est compuesto de

molculas de distinto peso, a medida que se enrarece con la altitud, solo van quedando molculas de los gases

ms ligeros, hasta que incluso estos logran alcanzar la velocidad de escape de la Tierra y se pierden en el

espacio. Debido a esta progresiva diminucin de la densidad, no puede determinarse el espesor o altura de la

atmosfera, sino nicamente sealar a que altura se producen determinados fenmenos o cual es el valor de la

densidad.

Como es de nuestro conocimiento nuestra atmosfera se extiende hacia afuera hasta el lmite del campo

magntico terrestre; es decir, hasta la magnetopausa, que se localiza a unos 10 radios terrestres de altura

aproximadamente. Dentro de este lmite las partculas de aire con cargas elctricas son atrapadas por la Tierra

de un modo ms o menos permanente.

Imagen 5. Los polvos de desiertos y estepas (Tomada de Google). Imagen 4. El holln. (Tomada de Google).

La Atmosfera

Las capas inferiores de la atmosfera se mantienen sobre el planeta debido a la gravedad; en cambio, las

capas exteriores estn aprisionadas por fuerzas magnticas. En consecuencia, el lmite exterior de la atmosfera

est determinado por la interaccin del viento solar y el campo magntico terrestre. El color de la atmosfera en

los niveles inferiores es azul y, a medida que aumenta la altura, pasa del azul oscuro al violeta y finalmente al

negro, donde el Sol brilla con un blanco resplandeciente. Este fenmeno se debe a que las partculas del aire

dispersan la luz solar como si fueran un prisma, en una gama de colores que van del violeta al rojo. Como el

nmero de partculas grandes (gotas de agua, polvo, etc.), es mayor en los niveles inferiores de la atmosfera, la

dispersin aqu es mayor. Cuando los rayos luminosos chocan con las partculas del aire hacen un movimiento

de zigzag antes de llegar al suelo; de ah que la luz parezca venir de todos lados como si fuera fina lluvia.

Debido a que las ondas ms cortas, en este caso las azules y violetas, son las que ms desvan, al

difundirse en todas direcciones hacen que el cielo tenga coloracin azulada. En cambio los rayos rojos y

amarillos, que son los que experimentan menos difusin, provocan que a su salida y puesta, el Sol se vea con

una coloracin amarilla y rojiza al atravesar el mayor espesor de la atmosfera. A grandes alturas y debido a la

escasez de partculas, ya no se produce esta desviacin, por lo que el manantial de luz queda concentrado en el

Sol y el cielo parece de un color gris obscuro (

La Atmosfera

La Troposfera es la capa ms densa de la Atmsfera en ella se concentran las tres cuartas partes del aire, y contiene

casi todo el vapor de agua. En esta capa se producen movimientos convectivos; es decir, corrientes ascendentes de aire,

provocadas principalmente por el calentamiento de las capas bajas del aire. Es una capa muy inestable. En esta capa se

localiza la biosfera, entre 0 y 4 km de altitud, la cual es la zona en que se desarrolla la vida ya que rene las condiciones

adecuadas de temperatura, humedad y densidad del aire.

TROPOPAUSA. La Tropopausa (Imagen 7), es la zona de transicin entre la Troposfera y la Estratosfera,

es absolutamente estable. Esta situacin trmica evita la conveccin del aire y confina el clima a la Troposfera. La

temperatura cesa de disminuir con la altura y se mantiene constante, los vientos alcanzan grandes velocidades, pero

como el aire tiene escasa densidad, su efecto es poco perceptible.

La tropopausa es un nivel obligatorio para la mayora de los informes de radiosondeo. Debido a que el gradiente de

temperatura se invierte de ms fro conforme aumenta la altura en la troposfera, a ms caliente conforme aumenta la

altura en la estratosfera, normalmente la velocidad mxima del viento se observa en o cerca del nivel de la tropopausa.

-51 C

Imagen 7. La Tropopausa. (by NOAA)

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ESTRATOSFERA. La Estratosfera (Imagen 8), est formada por estratos de aire con poco movimiento

vertical y por lo mismo es estable, es la capa que se extiende desde los 4km o 20km dependiendo de la zona hasta los 50

km de altura, en este nivel se localiza la Capa de Ozono que acta como pantalla contra la radiacin daina ultravioleta,

por las reacciones qumicas que se producen, suele llamarse tambin a esta capa Quimiosfera u Ozonosfera, en esta capa

la temperatura en lugar de descender va a aumentar debido a la formacin de Ozono, el Ozono (Imagen 9), se forma a

partir de la molcula de oxigeno que recibe los rayos UV y esto crea una reaccin qumica y transforma el Oxgeno en

Ozono y esta reaccin libera calor, por eso aumenta la temperatura, desde los -51C en el lmite de la Troposfera

(Tropopausa) hasta -3C o ms. Tiene muy poco vapor de agua, por lo que no se origina nubosidad ni algn otro

fenmeno ligado a la humedad.

La estratsfera es una regin en donde se producen diferentes procesos radiactivos, dinmicos y qumicos. La

mezcla horizontal de los componentes gaseosos se produce mucho ms rpidamente que la mezcla vertical.

ESTRATOPAUSA. La Estratopausa, (Imagen 10), es la zona de transicin entre la Estratosfera y la

Mesosfera, a los 22km en la Estratosfera se encuentra la mayor cantidad de Ozono. La temperatura se mantiene

constante aqu hasta el otro cambio de capa. Los movimientos de aire en esta regin son casi en su totalidad

horizontales, siguiendo a los vientos de la estratosfera.

Imagen 8. La Estratosfera. (by NOAA) Imagen 9. El Ozono es un elemento importante ya

que este crea la capa de ozono que nos protege de

los dainos rayos UV del Sol. (Tomada de Google).

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MESOSFERA. La Mesosfera (Imagen 11), en esta capa el aire es ms seco, la radiacin solar disocia las

escasas molculas de vapor de agua existentes, se producen movimientos turbulentos sobre la capa de aire caliente de la

Estratosfera, en ella se han detectado bandas de cido ntrico y nubes noctilucentes (Imagen 12), formadas por polvo

csmico. Es la capa que se extiende desde los 50km (Limite de la Estratosfera), hasta los 85 km, los gases de esta capa son

lo suficientemente gruesos como para frenar los meteoritos, la temperatura baja en esta capa debido a que no se genera

calor como en la capa anterior y porque aumenta la altura, la temperatura va desde los -3C o menos, hasta los -80 C.

-3 C

Imagen 10. La Estratopausa. (by NOAA)

Imagen 11. La Mesosfera. (by NOAA) Imagen 12. Nubes Noctilucentes. (Tomada de Google).

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MESOPAUSA. La Mesopausa (Imagen 13), es la regin de la atmsfera que determina el lmite entre una

atmsfera con masa molecular constante de otra donde predomina la difusin molecular. Se sita a aproximadamente 90

km de altitud, es la regin donde existe la temperatura ms baja en la atmsfera, cerca de -80 C.

TERMOSFERA. La Termosfera (Imagen 14), es la capa que se encuentra alrededor de los 85km hasta los

600km de altura. Esta capa es conocida tambin como la Atmosfera alta. En la alta Atmsfera predominan la influencia

del campo magntico, la radiacin corpuscular del Sol y los campos magnticos producidos por corrientes elctricas. Las

molculas de los gases estn disociadas en tomos, por lo cual ya no tienen la suficiente densidad para proteger a la

Tierra de la accin ardiente de los rayos solares. En esta capa la temperatura va a aumentar en lugar de disminuir debido

a que las molculas estn ms expuestas a los rayos UV y rayos X, entonces estas molculas absorben la energa y la

transforman en calor y la temperatura aumenta, desde los -80C en el lmite de la Mesosfera, hasta los 2,000 C debido a

los factores mencionados anteriormente, tambin a esta capa se le conoce como Ionosfera, esta capa se encuentra

dentro de la Termosfera, aqu las molculas se encuentran ionizadas, esto genera calor, mucha energa y esto crea las

auroras boreales.

-80 C

Imagen 13. La Mesopausa. (by NOAA)

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Debido a las bajas presiones que hay en la alta atmosfera, los procesos de ionizacin son muy activos, de lo cual

resultan altas concentraciones de electrones. Se distinguen varias capas elctricamente cargadas que reflejan las ondas

de radio y permiten la recepcin de onda corta. Las importantes son:

La capa D, que es la ms baja, refleja las ondas de radio de baja frecuencia y solo est presente durante

las horas de insolacin.

La capa E o de Kennelly-Heaviside, se encuentra entre 100 y 130 km; est definida y es fuertemente

reflectora.

La capa F o Appleton, se localiza a 200km aproximadamente; a veces se fracciona en capas difusas. Tiene

especial importancia en las transmisiones de radio a larga distancia. (Imagen 15).

TERMOPAUSA. La Termopausa (Imagen 16), es la zona de transicin entre la Termosfera y la Exosfera, la

temperatura se mantiene constante aqu hasta el otro cambio de capa. Se encuentra a unos 800 km de altura respecto a

la superficie terrestre. En la capa limitada por la termopausa se experimenta un vertiginoso aumento de la temperatura

que sigue aumentando hasta finalizar la ltima capa de la atmsfera terrestre, la exosfera.

Imagen 14. La Termosfera. (by NOAA) Imagen 15. Las capas D, E Y F, que se encuentran en

la Termosfera. (by NOAA)

La Atmosfera

EXOSFERA. La Exosfera (Imagen 17), es la capa que va desde los 600km y no se sabe su lmite, tiene tan

escasa densidad que rara vez se producen colisiones entre partculas a pesar de su desplazamiento a gran velocidad,

algunas partculas se elevan y despus caen, otras se ponen en orbitas alrededor de la Tierra y otras escapan al espacio

interplanetario. Esto ocurre con las partculas neutrales en cambio, los movimientos de las partculas cargadas

elctricamente, es decir, los iones, protones, estn controlados por el campo magntico de la Tierra.

2,000 C

Imagen 16. La Mesopausa. (by NOAA)

Imagen 17. La Exosfera es la capa ms externa de la Tierra, aqu las molculas y los satlites orbitan. (Tomadas de Google).

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LA MAGNETOSFERA. La Magnetosfera (Imagen 18), es la regin alrededor de un planeta en la que

el campo magntico de ste desva la mayor parte del viento solar formando un escudo protector contra las partculas

cargadas de alta energa procedentes del Sol. Est constituida por las Trampas magnticas, llamadas cinturones

magnticos de Van Allen. Son dos envolturas que rodean ecuatorialmente a la Tierra y estn formadas por electrones y

protones captados por el campo magntico terrestre. En la zona exterior hay electrones en el interior protones de gran

energa. El cinturn interno se localiza a 900 km aproximadamente y el cinturn externo dista, en la regin ecuatorial, de

tres a cuatro radios terrestres, un radio terrestre vale 6367 Km. El comportamiento general de la Magnetosfera est

gobernado por el campo magntico terrestre y la radiacin corpuscular del Sol. El viento solar o flujo continuo de

electrones y protones (tempestades magnticas) contornea el campo magntico terrestre, lo aplasta a barlovento, que es

el frente de choque y lo estira a sotavento, (Imagen 19), como una cola magntica. La radiacin procedente del Sol en

forma de electrones y protones comprendidos en el viento solar llega a la Tierra y al encontrarse con la Magnetosfera

estas partculas son atrapadas y retenidas entre las lneas de fuerza del campo magntico para despus escapar por la

cola de la Magnetosfera.

BIBLIOGRAFIA.

http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/atmos_intro.htm

Elementos de la Meteorologa y Climatologa, Autor: Teresa Ayllon, Ed. Trillas, pg. (20-31).

https://www.meted.ucar.edu/

Fig. 18 La Magnetosfera protegiendo a la Tierra de

los nocivos rayos solares (by Google).

Barlovento

Sotavento

Fig. 19 Aqu se muestra el barlovento, que aplasta la

radiacin solar y el sotavento, que la estira y aleja de la

Tierra. (by Google)