La atmósfera terrestre

Hace unos 4.500 millones de años, la Tierra era una bola de roca fundida. La atmósfera primitiva se formó mediante un proceso llamado desgasificación volcánica: los gases atrapados en el interior del planeta fueron expulsados por las erupciones. Esta atmósfera inicial era rica en vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, pero carecía por completo de oxígeno.

La gran transformación ocurrió hace unos 2.500 millones de años con la aparición del oxígeno. Gracias a la evolución biológica y la aparición de organismos fotosintéticos (cianobacterias), el $CO_2$ comenzó a reducirse y el $O_2$ a acumularse. Este cambio permitió el desarrollo de la vida compleja y la formación de la capa de ozono.

El aire es una mezcla homogénea de gases. Aunque nos parezca invisible, tiene una composición muy específica que se mantiene constante en las capas bajas:

El aire no es solo un entorno físico, es un reactivo químico esencial.

1. Respiración celular: La mayoría de los seres vivos utilizan el oxígeno para extraer energía de los nutrientes.
2. Fotosíntesis: Las plantas y algas captan el $CO_2$ para fabricar materia orgánica, liberando oxígeno como residuo vital.
3. Protección: La atmósfera dispersa la luz solar y nos protege de las radiaciones ionizantes y los pequeños meteoritos.

Es la capa más baja, en contacto con la superficie terrestre, y alcanza unos 12 km de altura. Contiene el 80% de la masa gaseosa y casi todo el vapor de agua. En ella se producen los fenómenos meteorológicos (lluvia, viento, rayos). Una característica clave es el gradiente térmico vertical: la temperatura disminuye unos $6,5$ ºC por cada kilómetro que ascendemos. Su límite superior se denomina tropopausa.

Se extiende desde la tropopausa hasta los 50 km. Aquí, el aire es muy estable y se desplaza en capas horizontales. En esta zona se encuentra la capa de ozono ($O_3$), que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta (UV) del Sol. A diferencia de la troposfera, aquí la temperatura aumenta con la altura debido a que el ozono absorbe energía solar.

• Mesosfera: Se extiende hasta los 80 km. Es la capa más fría. Aquí los meteoritos que llegan del espacio rozan con el aire y se desintegran, creando las estrellas fugaces.
• Termosfera (o Ionosfera): Alcanza los 500 km. La temperatura sube drásticamente. Es donde se producen las auroras boreales y donde rebotan las ondas de radio.
• Exosfera: Es la zona de transición al espacio exterior. La densidad del aire es mínima y los gases se escapan al vacío.

El aire, aunque no lo notemos, tiene peso. La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la columna de aire sobre una unidad de superficie.

• Variación: La presión disminuye a medida que subimos, porque hay menos aire encima de nosotros.
• Experimento de Torricelli: En 1643, Evangelista Torricelli demostró que la presión al nivel del mar equivale a una columna de mercurio de 760 mm ($1 \text{ atm} = 1013 \text{ mb}$).

La humedad relativa es la cantidad de vapor de agua en el aire comparada con el máximo que podría contener a esa temperatura. Cuando el aire se enfría y no puede admitir más vapor, alcanza el punto de rocío, produciéndose la condensación (gotitas de agua). La temperatura varía por la insolación y la latitud, generando transferencias de calor constantes.

El viento es aire en movimiento causado por diferencias de presión.

• Anticiclones (A): Zonas de alta presión. El aire desciende y suele traer tiempo estable y seco.
• Borrascas (B): Zonas de baja presión. El aire asciende, se enfría y genera nubosidad y precipitaciones. El aire siempre se desplaza desde las altas presiones hacia las bajas presiones, creando la circulación general atmosférica.

Las nubes se forman cuando el aire húmedo asciende y se enfría, condensándose el vapor en diminutas gotas o cristales de hielo sobre partículas de polvo (núcleos de condensación).

• Lluvia: Gotas de agua que caen por gravedad.
• Nieve: Cristales de hielo que se agrupan cuando la temperatura es inferior a 0 ºC.
• Granizo: Bolas de hielo formadas por fuertes corrientes ascendentes dentro de grandes nubes (cúmulos).

Para predecir el tiempo, los meteorólogos utilizan herramientas específicas:

• Termómetro: Mide la temperatura (ºC).
• Barómetro: Mide la presión atmosférica (mb o hPa).
• Anemómetro: Mide la velocidad del viento.
• Veleta: Indica la dirección del viento.
• Pluviómetro: Mide la cantidad de precipitación ($l/m^2$ o mm).
• Higrómetro: Mide la humedad del aire.

Los mapas del tiempo muestran isobaras (líneas que unen puntos con la misma presión).

• Si las isobaras están muy juntas, el viento será fuerte.
• Los frentes son zonas de contacto entre masas de aire: el frente frío (línea con triángulos azules) suele traer tormentas, mientras que el frente cálido (línea con semicírculos rojos) trae lluvias suaves y persistentes.

Es un proceso esencial para la vida. Gases como el $CO_2$, el metano ($CH_4$) y el vapor de agua retienen parte del calor emitido por la superficie terrestre tras ser calentada por el sol. Sin este efecto, la temperatura media de la Tierra sería de unos $-18$ ºC, haciendo imposible la vida líquida. Gracias a él, la media es de unos $+15$ ºC.

La atmósfera actúa como un filtro:

1. Bloquea los rayos X y gamma en las capas altas.
2. El ozono filtra los rayos UV.
3. Regula la temperatura evitando que el calor se escape rápidamente por la noche, actuando como una manta térmica.

El albedo es el porcentaje de radiación solar que una superficie refleja de vuelta al espacio sin absorberla.

• Las superficies claras (nieve, hielo) tienen un albedo alto (reflejan mucho).
• Las superficies oscuras (océanos, selvas) tienen un albedo bajo (absorben mucho). Este balance es fundamental para mantener el equilibrio energético global.

La actividad humana (industria, transporte, calefacción) altera la composición del aire:

• Gases: Dióxido de azufre ($SO_2$) y óxidos de nitrógeno ($NO_x$) procedentes de combustibles fósiles.
• Partículas en suspensión: Hollín, polvo y cenizas que afectan a las vías respiratorias.

1. Lluvia ácida: Formada cuando el $SO_2$ y $NO_x$ reaccionan con el agua de las nubes, dañando bosques y monumentos.
2. Agujero de la capa de ozono: Provocado por los gases CFC (clorofluorocarbonos), permitiendo que pasen más radiaciones UV perjudiciales.
3. Calentamiento global: El aumento excesivo de $CO_2$ por la quema de combustibles fósiles intensifica el efecto invernadero, provocando un aumento de la temperatura global y el cambio climático.

Para proteger nuestra atmósfera, es necesario actuar a varios niveles:

• Internacional: Acuerdos como el Protocolo de Montreal (para eliminar los CFC) o el Acuerdo de París (para reducir emisiones de $CO_2$).
• Tecnológico: Fomentar las energías renovables (solar, eólica) y el coche eléctrico.
• Individual: Usar el transporte público, ahorrar energía en casa y reducir el consumo de productos innecesarios para disminuir la huella de carbono.