La atmósfera
La Tierra está rodeada por una atmósfera relativamente delgada (comúnmente llamada aire) que consiste en una mezcla de gases, principalmente nitrógeno molecular (78 por ciento) y oxígeno molecular (21 por ciento). También están presentes cantidades mucho más pequeñas de gases como argón (casi el 1 por ciento), vapor de agua (con un promedio del 1 por ciento pero muy variable en tiempo y ubicación), dióxido de carbono (0.0395 por ciento [395 partes por millón] y actualmente en aumento), metano (0.00018 por ciento [1.8 partes por millón] y actualmente en aumento), y otros, junto con diminutas partículas sólidas y líquidas en suspensión.
geoide: determinación de la figura de la Tierra
El crédito por la idea de que la Tierra es esférica generalmente se le da a Pitágoras (floreció en el siglo VI a. C.) y
Debido a que la Tierra tiene un campo gravitacional débil (en virtud de su tamaño) y temperaturas atmosféricas cálidas (debido a su proximidad al Sol) en comparación con los planetas gigantes, carece de los gases más comunes en el universo que poseen: hidrógeno y helio. Mientras que tanto el Sol como Júpiter están compuestos predominantemente por estos dos elementos, no se pudieron retener por mucho tiempo en la Tierra primitiva y se evaporaron rápidamente en el espacio interplanetario. El alto contenido de oxígeno de la atmósfera de la Tierra está fuera de lo común. El oxígeno es un gas altamente reactivo que, en la mayoría de las condiciones planetarias, se combinaría con otros químicos en la atmósfera, la superficie y la corteza. De hecho, se suministra continuamente por procesos biológicos; sin vida, prácticamente no habría oxígeno libre. Las 1,8 partes por millón de metano en la atmósfera también están muy lejos del equilibrio químico con la atmósfera y la corteza: también es de origen biológico, y la contribución de las actividades humanas supera con creces a otras.
Los gases de la atmósfera se extienden desde la superficie de la Tierra a alturas de miles de kilómetros, y finalmente se fusionan con el viento solar, una corriente de partículas cargadas que fluye hacia afuera desde las regiones más externas del Sol. La composición de la atmósfera es más o menos constante con la altura a una altitud de aproximadamente 100 km (60 millas), con excepciones particulares como vapor de agua y ozono.
La atmósfera se describe comúnmente en términos de capas o regiones distintas. La mayor parte de la atmósfera se concentra en la troposfera, que se extiende desde la superficie hasta una altitud de aproximadamente 10–15 km (6–9 millas), dependiendo de la latitud y la estación. El comportamiento de los gases en esta capa se controla por convección. Este proceso involucra los movimientos turbulentos y volcables que resultan de la flotabilidad del aire cercano a la superficie que es calentado por el Sol. La convección mantiene un gradiente de temperatura vertical decreciente, es decir, una disminución de la temperatura con la altitud, de aproximadamente 6 ° C (10.8 ° F) por km a través de la troposfera. En la parte superior de la troposfera, que se llama tropopausa, las temperaturas han caído a aproximadamente −80 ° C (−112 ° F). La troposfera es la región donde existe casi todo el vapor de agua y esencialmente ocurre todo el clima.
La estratosfera seca y tenue se encuentra sobre la troposfera y se extiende a una altitud de aproximadamente 50 km (30 millas). Los movimientos convectivos son débiles o ausentes en la estratosfera; los movimientos tienden a estar orientados horizontalmente. La temperatura en esta capa aumenta con la altitud.
En las regiones estratosféricas superiores, la absorción de la luz ultravioleta del Sol descompone el oxígeno molecular (O 2); La recombinación de átomos de oxígeno individuales con moléculas de O 2 en ozono (O 3) crea la capa protectora de ozono.
Por encima de la estratopausa relativamente cálida se encuentra la mesosfera aún más tenue, en la que las temperaturas nuevamente disminuyen con la altitud a 80-90 km (50-56 millas) sobre la superficie, donde se define la mesopausia. La temperatura mínima alcanzada allí es extremadamente variable con la temporada. Luego, las temperaturas aumentan al aumentar la altura a través de la capa suprayacente conocida como termosfera. También por encima de unos 80-90 km hay una fracción creciente de partículas cargadas o ionizadas, que desde esta altitud hacia arriba define la ionosfera. Las espectaculares auroras visibles se generan en esta región, particularmente a lo largo de zonas aproximadamente circulares alrededor de los polos, por la interacción de átomos de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera con explosiones episódicas de partículas energéticas que se originan en el Sol.
La circulación atmosférica general de la Tierra es impulsada por la energía de la luz solar, que es más abundante en las latitudes ecuatoriales. El movimiento de este calor hacia los polos se ve fuertemente afectado por la rápida rotación de la Tierra y la fuerza de Coriolis asociada en las latitudes alejadas del ecuador (que agrega un componente este-oeste a la dirección de los vientos), lo que resulta en múltiples células de aire circulante en cada hemisferio. Las inestabilidades (perturbaciones en el flujo atmosférico que crecen con el tiempo) producen las áreas características de alta presión y las tormentas de baja presión de las latitudes medias, así como las corrientes de chorro rápido y hacia el este de la troposfera superior que guían los caminos de las tormentas. Los océanos son depósitos masivos de calor que actúan en gran medida para suavizar las variaciones en las temperaturas globales de la Tierra, pero sus corrientes y temperaturas que cambian lentamente también influyen en el clima y el clima, como en el fenómeno climático El Niño / Oscilación del Sur (ver clima: Circulación, corrientes, e interacción océano-atmósfera; clima: El Niño / Oscilación del Sur y cambio climático).
La atmósfera de la Tierra no es una característica estática del medio ambiente. Más bien, su composición ha evolucionado a lo largo del tiempo geológico en concierto con la vida y hoy está cambiando más rápidamente en respuesta a las actividades humanas. Aproximadamente a la mitad de la historia de la Tierra, la abundancia inusualmente alta de oxígeno libre de la atmósfera comenzó a desarrollarse, a través de la fotosíntesis por cianobacterias (ver algas verde-azuladas) y la saturación de sumideros naturales de oxígeno en la superficie (por ejemplo, minerales relativamente pobres en oxígeno e hidrógeno). gases ricos exudados de volcanes). La acumulación de oxígeno hizo posible el desarrollo de células complejas, que consumen oxígeno durante el metabolismo y de las cuales están compuestas todas las plantas y animales (véase eucariota).
El clima de la Tierra en cualquier lugar varía con las estaciones, pero también hay variaciones a más largo plazo en el clima global. Las explosiones volcánicas, como la erupción del Monte Pinatubo en Filipinas en 1991, pueden inyectar grandes cantidades de partículas de polvo en la estratosfera, que permanecen suspendidas durante años, disminuyendo la transparencia atmosférica y resultando en un enfriamiento medible en todo el mundo. Los impactos gigantes y mucho más raros de los asteroides y los cometas pueden producir efectos aún más profundos, incluidas reducciones severas de la luz solar durante meses o años, como muchos científicos creen que condujo a la extinción masiva de especies vivas al final del período Cretácico, 66 millones de años. hace. (Para obtener información adicional sobre los riesgos planteados por los impactos cósmicos y las posibilidades de que ocurran, consulte Peligro de impacto en la Tierra.) Las variaciones climáticas dominantes observadas en el registro geológico reciente son las edades de hielo, que están vinculadas a las variaciones en la inclinación de la Tierra y su órbita. geometría con respecto al sol.
La física de la fusión de hidrógeno lleva a los astrónomos a concluir que el Sol era un 30 por ciento menos luminoso durante la historia más temprana de la Tierra de lo que es hoy. Por lo tanto, siendo todo lo demás igual, los océanos deberían haberse congelado. Las observaciones de los vecinos planetarios de la Tierra, Marte y Venus, y las estimaciones del carbono bloqueado en la corteza terrestre en la actualidad sugieren que hubo mucho más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra durante los períodos anteriores. Esto habría mejorado el calentamiento de la superficie a través del efecto invernadero y permitiría que los océanos permanecieran líquidos.
Hoy en día, hay 100.000 veces más dióxido de carbono enterrado en rocas de carbonato en la corteza terrestre que en la atmósfera, en marcado contraste con Venus, cuya evolución atmosférica siguió un curso diferente. En la Tierra, la formación de conchas de carbonato por la vida marina es el mecanismo principal para transformar el dióxido de carbono en carbonatos; Los procesos abióticos que involucran agua líquida también producen carbonatos, aunque más lentamente. En Venus, sin embargo, la vida nunca tuvo la oportunidad de surgir y generar carbonatos. Debido a la ubicación del planeta en el sistema solar, Venus temprano recibió 10-20 por ciento más de luz solar que las que cae sobre la Tierra incluso hoy, a pesar del joven Sol más débil en ese momento. La mayoría de los científicos planetarios creen que la temperatura elevada de la superficie que resultó impidió que el agua se condensara en líquido. En cambio, permaneció en la atmósfera como vapor de agua, que, como el dióxido de carbono, es un gas de efecto invernadero eficiente. Juntos, los dos gases hicieron que la temperatura de la superficie se elevara aún más, de modo que grandes cantidades de agua escaparon a la estratosfera, donde fue disociada por la radiación ultravioleta solar. Con condiciones ahora demasiado calientes y secas para permitir la formación abiótica de carbonatos, la mayor parte o la totalidad del inventario de carbono del planeta permaneció en la atmósfera como dióxido de carbono. Los modelos predicen que la Tierra puede sufrir el mismo destino en mil millones de años, cuando el Sol excede su brillo actual en un 10-20 por ciento.
Entre finales de la década de 1950 y finales del siglo XX, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra aumentó en más del 15 por ciento debido a la quema de combustibles fósiles (por ejemplo, carbón, petróleo y gas natural) y la destrucción de los bosques tropicales., como el de la cuenca del río Amazonas. Los modelos de computadora predicen que una duplicación neta de dióxido de carbono a mediados del siglo XXI podría conducir a un calentamiento global de 1.5–4.5 ° C (2.7–8.1 ° F) promediado sobre el planeta, lo que tendría profundos efectos sobre el nivel del mar y agricultura. Aunque esta conclusión ha sido criticada por algunos sobre la base de que el calentamiento observado hasta ahora no ha seguido el ritmo de la proyección, los análisis de los datos de temperatura del océano han sugerido que gran parte del calentamiento durante el siglo XX realmente ocurrió en los propios océanos, y lo hará finalmente aparece en la atmósfera.
Otra preocupación actual con respecto a la atmósfera es el impacto de las actividades humanas en la capa de ozono estratosférico. A mediados de la década de 1980, se descubrió que las reacciones químicas complejas que involucran trazas de clorofluorocarbonos artificiales (CFC) crean agujeros temporales en la capa de ozono, particularmente sobre la Antártida, durante la primavera polar. Aún más inquietante fue el descubrimiento de un agotamiento creciente del ozono en las latitudes templadas altamente pobladas, ya que se descubrió que la radiación ultravioleta de onda corta que absorbe efectivamente la capa de ozono causa cáncer de piel. Los acuerdos internacionales vigentes para detener la producción de los CFC más destructores del ozono eventualmente detendrán y revertirán el agotamiento, pero solo a mediados del siglo XXI, debido al largo tiempo de residencia de estos químicos en la estratosfera.
