4.1.3: Absorción Selectiva por la Atmósfera

Los gases que componen nuestra atmósfera son absorbedores selectivos de radiación porque cada gas absorbe solo longitudes de onda particulares de luz. La absorción selectiva por gases particulares y la atmósfera en su conjunto se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\). La gráfica muestra muy poca absorción para la atmósfera en su conjunto en el extremo de onda corta del espectro, especialmente en la banda de luz visible (la banda de emisión máxima para el Sol). La atmósfera absorbe mucho mejor en el extremo de onda larga del espectro electromagnético que es la región de emisión máxima (10\(\mu m\)) para la Tierra.

Figura\(\PageIndex{1}\): Absorción de la atmósfera y gases seleccionados.

Las ventanas IR se encuentran alrededor de 8 - 14\(\mu m\). Es a través de esta porción del espectro electromagnético que la radiación infrarroja se transfiere a través de la atmósfera y al espacio exterior. Estas ventanas pueden ser “cerradas” por nubes que absorben la radiación infrarroja.

Para entender por qué la atmósfera se comporta como un absorbedor selectivo, consulte “Excavando más profundo: absorción selectiva por la atmósfera” o continúe leyendo.

Profundizando en la radiación y la absorción selectiva

Entonces, ¿por qué la atmósfera es un absorbedor selectivo? La respuesta se encuentra a nivel atómico donde los electrones que orbitan el núcleo de un átomo son excitados cuando son golpeados por un haz de energía. Aunque describimos la radiación electromagnética como ondas invisibles de energía, en la escala más pequeña se comporta como una partícula, como cuando la luz es emitida por un solo átomo o molécula. Cuando se emite energía, se produce un cambio en el patrón orbital de los electrones que rodean el núcleo de un átomo. A medida que cambia la órbita, se libera un haz de energía llamado "fotón". Las partículas de luz difieren de las partículas de materia: no tienen masa, no ocupan espacio, y viajan a la velocidad de la luz, 2.9998 X 10 ⁸ m s ^-1. La cantidad de energía transportada por un fotón varía inversamente con la longitud de onda, cuanto más corta es la longitud de onda, más energético es el fotón.

Los electrones orbitan el núcleo de un átomo a distancias orbitales fijas llamadas conchas orbitales. La capa orbital para cada átomo es diferente y discreta. Es decir, para un átomo dado como el hidrógeno, sus electrones sólo pueden orbitar a distancias particulares y son diferentes a los de los átomos de neón.

Figura\(\PageIndex{2}\): Efecto de la absorción de fotones sobre la órbita electrónica.

Cada caparazón orbital está asociado a un nivel de energía dado; cuanto mayor sea la distancia desde el núcleo, mayor será el nivel de energía. Los electrones saltan a una capa superior cuando son excitados por la absorción de energía. El fotón debe tener la cantidad exacta de energía para mover el electrón de, digamos, el caparazón uno al caparazón dos. Si el fotón no tiene suficiente energía para mover el electrón a la concha dos, no puede mover el electrón a mitad de camino entre la concha uno y dos. El átomo no permanece en este estado excitado, inestable por mucho tiempo. La energía se emite y el electrón regresa a un estado estable o a su “estado básico” (nivel de energía más bajo o distancia orbital). Recordemos que la cantidad de energía transportada por un fotón depende de la longitud de onda. Así, los átomos que comprenden un gas solo pueden absorber, o emitir, longitudes de onda particulares de energía (es decir, fotones de energía).