3.2: Estructura Atmosférica

Si examinamos la estructura vertical la atmósfera en diferentes lugares la encontraremos que varía en altura, siendo más baja en los polos y más alta en el ecuador. La altura variable se debe a la variación espacial en el calentamiento de la superficie de la Tierra y, por lo tanto, de la atmósfera de arriba. Este hecho dificulta la definición de alturas exactas para las capas de la atmósfera. La solución es subdividir la atmósfera no sobre la base de alturas fijas, sino en el cambio de temperatura. La figura\(\PageIndex{1}\) ilustra la forma en que se divide la atmósfera utilizando el cambio de temperatura como criterio primario.

Troposfera y Tropopausa

La troposfera es la capa más cercana a la superficie de la Tierra. El gráfico de cambio de temperatura indica que la temperatura del aire disminuye con un incremento en la altitud a través de esta capa. La temperatura del aire normalmente disminuye con la altura sobre la superficie debido a que la principal fuente de calentamiento para el aire es la Tierra. La tasa de cambio de temperatura con altitud se denomina tasa de lapso ambiental de temperatura (ELR) La ELR varía del día a día en un lugar, y de un lugar a otro en un día determinado. La tasa de lapso normal de temperatura es el valor promedio de la ELR, 0.65 ^o C /100 metros. Es decir, en cualquier lugar en particular y en un día determinado el ELR real puede ser mayor o menor, pero en promedio tiene un valor de 0.65 ^o C /100 m. Así que si salí hoy afuera podría ser 0.62 ^o C /100 m y luego mañana podría ser 0.68 ^o C /100 m. El ELR también varía de lugar para colocar en un día determinado. Es decir, en Chicago, Illinois podría ser 0.65 ^o C /100 m y el mismo día podría ser 0.62 ^o C /100 m sobre Londres, Inglaterra.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructura de la Atmósfera

En las condiciones adecuadas, la temperatura del aire en realidad puede aumentar con un aumento de la altitud sobre la Tierra. Cuando esto ocurre estamos experimentando una tasa de lapso invertido de temperatura, o simplemente una inversión. Las inversiones superficiales poco profundas son típicas sobre las superficies cubiertas de nieve de las regiones subárticas y polares, y a veces ocurren cuando las celdas de alta presión habitan una región.

La tropopausa yace por encima de la troposfera. Aquí la temperatura tiende a permanecer igual al aumentar la altura. La tropopausa actúa como una “tapa” sobre la troposfera evitando que el aire se eleve hacia arriba hacia la estratosfera.

Stratosfera

Por encima de la tropopausa se encuentra la estratosfera. \(\PageIndex{1}\)Obsérvese en la Figura que la temperatura del aire no cambia con un incremento en la elevación. Si una capa de aire no presenta ningún cambio de temperatura con un aumento en la elevación, normalmente nos referimos a ella como una capa isotérmica, es decir, capa de igual temperatura. A través de la mayor parte de la estratosfera la temperatura del aire aumenta con un aumento en la elevación creando una inversión de temperatura. La tasa de lapso invertido de temperatura se debe a la presencia de ozono estratosférico que es un buen absorbedor de la radiación ultravioleta emitida por el Sol. A medida que la energía penetra hacia abajo, cada vez menos está disponible para las capas inferiores y por lo tanto la temperatura disminuye hacia el fondo de la estratosfera. La reducción descendente de la transferencia de calor debida a la absorción de energía solar desde arriba se compensa con el calor emitido por la Tierra creando la capa isotérmica en el fondo de la estratosfera. En lo alto de la estratosfera se encuentra la estratopausia. Al igual que la tropopausa, la estratopausia es una capa isotérmica que separa la estratosfera de la mesosfera.

Mesosfera y más allá

Son las propiedades de las capas previamente discutidas las que afectan a la mayor parte de lo que estudiamos en geografía física. Los procesos que actúan en capas por encima de la estratopausia tienen relativamente poco impacto en nuestro estudio elemental de los procesos cercanos a la superficie de la Tierra. En la mesosfera las temperaturas del aire comienzan a disminuir con el aumento de la altitud. 99.9 por ciento de los gases que componen la atmósfera se encuentran por debajo de este nivel. El aire de la mesosfera es así extremadamente delgado y la presión del aire muy pequeña. Con muy pocas moléculas como el ozono capaces de absorber la radiación solar, especialmente cerca de la parte superior de la capa, la temperatura del aire disminuye con la altura. La mesopausia separa la mesósfera de la termosfera de arriba.

La figura\(\PageIndex{1}\) muestra el aumento de la temperatura del aire al aumentar la altitud en la termosfera Aquí, las moléculas de oxígeno energético absorben la radiación solar entrante elevando la temperatura de la capa. Debido a que la actividad solar determina la temperatura de la capa, la temperatura en la parte superior de la capa es más cálida que la que está cerca de la parte inferior de la termosfera. A pesar de que las temperaturas son bastante altas en la termosfera, el contenido de calor de la capa es muy bajo debido a la baja densidad del aire en este nivel.

Figura\(\PageIndex{2}\): Nubes mesosféricas polares. (Cortesía NASA EOS, Fuente)

Las nubes mesosféricas polares también se conocen como nubes noctilucentes o “que brillan por la noche”, ya que generalmente se ven al crepúsculo. Estas nubes se forman a altas latitudes y altas altitudes (76 - 85 kilómetros) cerca del límite de la mesosfera y la termosfera.

Capas funcionales

Se identifican dos capas, la ionosfera y la ozonosfera cuando se utiliza la función como criterio para la subdivisión. La ionosfera no es realmente una capa de la atmósfera, sino un campo electrificado de iones y electrones libres. La ionosfera absorbe rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X y longitudes de onda más cortas de radiación ultravioleta. El espectacular despliegue de luces aurorales se encuentra generalmente en esta región.

La ozonosfera, también llamada “capa de ozono”, es la capa concentrada de ozono que se encuentra en la estratosfera. El ozono (O ₃) absorbe la luz ultravioleta entre 0.1 - 0.3m. La capa de ozono absorbe 97 - 99% de la luz ultravioleta del Sol que puede ser perjudicial para la vida en la tierra. Aunque relativamente constantes a lo largo de millones de años, las fluctuaciones estacionales del ozono, especialmente sobre el Ártico y la Antártida, son comunes. La capa de ozono es más delgada en el ecuador y más gruesa en los polos. Las concentraciones de ozono son más altas en primavera y generalmente más bajas durante el otoño.

Video: Revelar la atmósfera de la Tierra (Cortesía de National Geographic)

Evalúe su comprensión básica del material anterior mediante “Mirando hacia atrás en la estructura atmosférica” u omita y continúe leyendo.

Mirando hacia atrás en la estructura atmosférica\(\PageIndex{1}\)

Explique lo que normalmente le sucede a la temperatura del aire a medida que uno se mueve hacia arriba a través de

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Disminuye la temperatura.

Definir la tasa de lapso normal y ambiental de la temperatura.

Contestar

La tasa de lapso normal de temperatura es la disminución promedio de la temperatura con un aumento en la elevación. La tasa de lapso ambiental es la disminución de la temperatura con un aumento en la elevación en un momento dado.

¿Qué sucede con la temperatura del aire a medida que uno se mueve hacia arriba por la estratosfera?

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Generalmente aumenta.

Definir “inversión de temperatura”.

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Una inversión de temperatura es una situación en la que la temperatura del aire aumenta con el aumento de la elevación.

Describir las “capas funcionales” de la atmósfera y explicar ¿qué hacen?

Contestar

La ionosfera absorbe rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X y longitudes de onda más cortas de radiación ultravioleta. La ozonosfera absorbe 97% de la luz ultravioleta del Sol que puede ser perjudicial para la vida en la tierra.