Atmósfera

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La delgada atmósfera de Marte
Las capas de la atmósfera terrestre.

Una atmósfera (de las palabras griegas ἀτμός ( atmos ) , que significa 'vapor', y σφαῖρα (sphaira) , que significa 'bola' o 'esfera' [1] [2] ) es una capa o un conjunto de capas de gases que rodean un planeta u otro cuerpo material , que se mantiene en su lugar por la gravedad de ese cuerpo. Es más probable que se retenga una atmósfera si la gravedad a la que está sujeta es alta y la temperatura de la atmósfera es baja.

La atmósfera de la Tierra está compuesta de nitrógeno (aproximadamente 78%), oxígeno (aproximadamente 21%), argón (aproximadamente 0,9%), dióxido de carbono (0,04%) y otros gases en cantidades mínimas. [3] La mayoría de los organismos utilizan oxígeno para la respiración ; el nitrógeno es fijado por bacterias y rayos para producir amoníaco que se utiliza en la construcción de nucleótidos y aminoácidos ; y el dióxido de carbono es utilizado por plantas , algas y cianobacterias parafotosíntesis . La atmósfera ayuda a proteger a los organismos vivos de daño genético por energía solar ultravioleta radiación , viento solar y los rayos cósmicos . La composición actual de la atmósfera de la Tierra es el producto de miles de millones de años de modificación bioquímica de la paleoatmosfera por organismos vivos.

El término atmósfera estelar describe la región exterior de una estrella y típicamente incluye la porción por encima de la fotosfera opaca . Las estrellas con temperaturas suficientemente bajas pueden tener atmósferas externas con moléculas compuestas .

Presión [ editar ]

La presión atmosférica en una ubicación particular es la fuerza por unidad de área perpendicular a una superficie determinada por el peso de la columna vertical de atmósfera sobre esa ubicación. En la Tierra, las unidades de presión del aire se basan en la atmósfera estándar reconocida internacionalmente (atm), que se define como 101,325 k Pa (760  Torr o 14,696 psi ). Se mide con un barómetro .

La presión atmosférica disminuye con el aumento de la altitud debido a la disminución de la masa de gas arriba. La altura a la que la presión de una atmósfera disminuye en un factor de e (un número irracional con un valor de 2,71828 ...) se llama la altura de escala y se representa por H . Para una atmósfera con una temperatura uniforme, la altura de la escala es proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al producto de la masa molecular media.de aire seco y la aceleración local de la gravedad en ese lugar. Para tal atmósfera modelo, la presión disminuye exponencialmente al aumentar la altitud. Sin embargo, las atmósferas no son uniformes en temperatura, por lo que la estimación de la presión atmosférica a cualquier altitud en particular es más compleja.

Escape [ editar ]

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 los objetos con menor gravedad. En segundo lugar, la distancia del 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 , lo que les permite escapar del alcance gravitacional de un planeta. Por lo tanto, Titán , Tritón y Plutón , distantes y fríos , pueden retener sus atmósferas a pesar de su gravedad relativamente baja.

Dado que una colección de moléculas de gas puede moverse a una amplia gama de velocidades, siempre habrá algunas lo suficientemente rápidas como para producir una fuga lenta 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 ser fotodisociados en hidrógeno y oxígeno por la radiación solar ultravioleta , el hidrógeno escapó. Campo magnético de la tierraayuda a prevenir esto, ya que, normalmente, el viento solar aumentaría en gran medida el escape de hidrógeno. Sin embargo, durante los últimos 3 mil millones de años, la Tierra puede haber perdido gases a través de las regiones polares magnéticas debido a la actividad de las auroras, incluido un 2% neto de su oxígeno atmosférico. [4] 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 aumenta la tasa de escape. [5]

Otros mecanismos que pueden causar el agotamiento de la atmósfera son la pulverización catódica inducida por el viento solar , la erosión por impacto , la meteorización y el secuestro, a veces denominado "congelación", en el regolito y los casquetes polares .

Terreno [ editar ]

Las atmósferas tienen efectos dramáticos en las superficies de los cuerpos rocosos. Los objetos que no tienen atmósfera, o que solo tienen exosfera, tienen un terreno que está cubierto de cráteres . Sin atmósfera, el planeta no tiene protección contra los meteoroides , y todos ellos chocan con la superficie como meteoritos y crean cráteres.

La mayoría de los meteoritos se queman como meteoros antes de golpear la superficie de un planeta. Cuando los meteoroides impactan, los efectos a menudo se borran por la acción del viento. [6] Como resultado, los cráteres son raros en objetos con atmósferas. [ aclaración necesaria ]

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 el líquido esté presente en la superficie, lo que resulta en lagos , ríos y océanos . Se sabe que la Tierra y Titán tienen líquidos en su superficie y el terreno en el planeta sugiere que Marte tenía líquido en su superficie en el pasado.

Composición [ editar ]

Los gases atmosféricos de la Tierra dispersan la luz azul más que otras longitudes de onda, lo que le da a la Tierra un halo azul cuando se ve desde el espacio.

La composición atmosférica inicial de un planeta está relacionada con la química y la temperatura de la nebulosa solar local durante la formación planetaria y el posterior escape de gases interiores. Las atmósferas originales comenzaron con un disco giratorio de gases que colapsó para formar una serie de anillos espaciados que se condensaron para formar los planetas. Las atmósferas del planeta luego fueron modificadas con el tiempo por varios factores complejos, lo que resultó en resultados bastante diferentes.

Las atmósferas de los planetas Venus y Marte están compuestas principalmente de dióxido de carbono , con pequeñas cantidades de nitrógeno , argón , oxígeno y trazas de otros gases. [7]

La composición de la atmósfera terrestre se rige en gran medida por los subproductos de la vida que sustenta. El aire seco de la atmósfera de la Tierra 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" (por volumen), pero generalmente una cantidad variable de vapor de agua es también presente, en promedio alrededor del 1% a nivel del mar. [8]

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-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 dentro del Sistema Solar tienen atmósferas extremadamente delgadas que no están en equilibrio. Estos incluyen la Luna ( gas de sodio ), Mercurio (gas de 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 se escapa constantemente al espacio. Se han detectado hidrógeno, oxígeno, carbono y azufre en la atmósfera inflada del planeta. [9]

Estructura [ editar ]

Tierra [ editar ]

La atmósfera terrestre consta de varias capas que difieren en propiedades como composición, temperatura y presión. La capa más baja es la troposfera , que se extiende desde la superficie hasta el fondo de la estratosfera . Tres cuartas partes de la masa de la atmósfera residen dentro de la troposfera y es la capa dentro de la cual se desarrolla el clima terrestre de la Tierra. La profundidad de esta capa varía entre 17 km en el ecuador y 7 km en los polos. La estratosfera, que se extiende desde la parte superior de la troposfera hasta el fondo de la mesosfera , contiene la capa de ozono . La capa de ozono varía en altitud entre 15 y 35 km, y es donde la mayor parte de los rayos ultravioletase absorbe la radiación del sol. La parte superior de la mesosfera tiene un rango de 50 a 85 km y es la capa en la que se queman la mayoría de los meteoros . La termosfera se extiende desde 85 km hasta la base de la exosfera a 400 km y contiene la ionosfera , una región donde la atmósfera es ionizada por la radiación solar entrante. La ionosfera aumenta de espesor y se acerca a la Tierra durante el día y se eleva durante la noche permitiendo ciertas frecuencias de comunicación por radio en un rango mayor. La línea Kármán , ubicada dentro de la termosfera a una altitud de 100 km, se usa comúnmente para definir el límite entre la atmósfera de la Tierra y el espacio exterior . La exosferacomienza de diversas formas desde unos 690 a 1.000 km sobre la superficie, donde interactúa con la magnetosfera del planeta . Cada una de las capas tiene una tasa de lapso diferente , que define la tasa de cambio de temperatura con la altura.

Otros [ editar ]

Otros cuerpos astronómicos como el sol, la luna, mercurio, etc. tienen atmósferas conocidas.

En el Sistema Solar [ editar ]

Gráficos de la velocidad de escape frente a la temperatura de la superficie de algunos objetos del Sistema Solar que muestran qué gases se retienen. Los objetos están dibujados a escala y sus puntos de datos están en los puntos negros en el medio.
  • Atmósfera del Sol
  • Atmósfera de Mercurio
  • Atmósfera de Venus
  • Atmósfera de la Tierra
    • Atmósfera de la Luna
  • Atmósfera de Marte
  • Atmósfera de Ceres
  • Atmósfera de Júpiter
    • Atmósfera de Io
    • Atmósfera de Calisto
    • Atmósfera de Europa
    • Atmósfera de Ganimedes
  • Atmósfera de Saturno
    • Atmósfera de Titán
    • Atmósfera de Encelado
  • Atmósfera de Urano
    • Atmósfera de Titania
  • Atmósfera de Neptuno
    • Atmósfera de Triton
  • Atmósfera de Plutón

Fuera del Sistema Solar [ editar ]

  • Atmósfera de HD 209458 b

Circulación [ editar ]

La circulación de la atmósfera se produce debido a 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.

Importancia [ editar ]

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 ). Las heladas y las precipitaciones , que dependen de la composición atmosférica, también influyen en el relieve. Los cambios climáticos pueden influir en la historia geológica de un planeta. Por el contrario, estudiar la superficie de la Tierra conduce a una comprensión de la atmósfera y el clima de otros planetas.

Para un meteorólogo , la composición de la atmósfera terrestre es un factor que afecta el clima y sus variaciones.

Para un biólogo o paleontólogo , la composición atmosférica de la Tierra depende en gran medida de la apariencia de la vida y su evolución .

Ver también [ editar ]

  • Atmómetro (evaporímetro)
  • Presión atmosférica
  • Atmósfera estándar internacional
  • Kármán
  • Cielo

Referencias [ editar ]

  1. ^ ἀτμός Archivado el 24 de septiembre de 2015 en la Wayback Machine , Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon , en Perseus Digital Library
  2. ^ σφαῖρα Archivado el 10 de mayo de 2017 en la Wayback Machine , Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon , en Perseus Digital Library
  3. ^ "Composición de la atmósfera terrestre: nitrógeno, oxígeno, argón y CO2" . Earth How . 2017-07-31 . Consultado el 22 de octubre de 2019 .
  4. ^ Seki, K .; Elphic, RC; Hirahara, M .; Terasawa, T .; Mukai, T. (2001). "Sobre la pérdida atmosférica de iones de oxígeno de la tierra a través de procesos magnetosféricos" . Ciencia . 291 (5510): 1939–1941. Código Bibliográfico : 2001Sci ... 291.1939S . CiteSeerX 10.1.1.471.2226 . doi : 10.1126 / science.1058913 . PMID 11239148 . S2CID 17644371 . Archivado desde el original el 1 de octubre de 2007 . Consultado el 7 de marzo de 2007 .   
  5. ^ Gunell, H .; Maggiolo, R .; Nilsson, H .; Stenberg Wieser, G .; Slapak, R .; Lindkvist, J .; Hamrin, M .; De Keyser, J. (2018). "Por qué un campo magnético intrínseco no protege a un planeta contra el escape atmosférico" . Astronomía y Astrofísica . 614 : L3. Código bibliográfico : 2018A & A ... 614L ... 3G . doi : 10.1051 / 0004-6361 / 201832934 .
  6. ^ "Los científicos detectaron un asteroide entrante del tamaño de un coche la semana pasada: por qué nos importa" .
  7. Williams, Matt (7 de enero de 2016). "¿Cómo es la atmósfera en otros planetas?" . Universe Today . Consultado el 22 de octubre de 2019 .
  8. ^ "Composición atmosférica" . tornado.sfsu.edu . Consultado el 22 de octubre de 2019 .
  9. ^ Weaver, D .; Villard, R. (31 de enero de 2007). "Estructura de la torta de capas de las sondas de Hubble de la atmósfera del mundo alienígena" . Centro de noticias Hubble. Archivado desde el original el 14 de marzo de 2007 . Consultado el 11 de marzo de 2007 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Sánchez-Lavega, Agustín (2010). Introducción a las atmósferas planetarias . Taylor y Francis . ISBN 978-1-4200-6732-3.

Enlaces externos [ editar ]

  • Propiedades de los estratos atmosféricos: el entorno de vuelo de la atmósfera.
  • Resumen sobre estructura y composición de la atmósfera.