14 Oct / 2013

La atmósfera terrestre: Origen y composición

[Este artículo participa en la XLV edición del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por el blog Cuantos y cuerdas]

Por atmósfera terrestre se entiende la capa gaseosa que envuelve a nuestro planeta Tierra. No obstante, la atmósfera de la Tierra no es una envoltura uniforme y compuesta únicamente de un gas. En este primer artículo, vamos a conocer el origen y la composición de la misma, y en un segundo artículo, descubriremos su estructura (ver artículo “La atmósfera terrestre: Estructura“). 
A grandes rasgos podríamos decir que el 99% de la masa atmosférica terrestre se encuentra en los primeros 30 kilómetros de altura (a partir de la superficie). Estos 30 kilómetros representan un 0,5% del radio terrestre, y sin embargo, son fundamentales para la vida en nuestro planeta. Su límite superior no está bien definido, pues la densidad de la atmósfera se reduce progresivamente, y es difícil elegir un punto a partir del cual podemos considerar que la densidad es lo suficientemente baja como para considerar que no hay atmósfera. Sin embargo, se suele tender a considerar dicho límite en unos 500 kilómetros sobre la superficie. 

Origen

El origen de la atmósfera actual se remonta al momento en el cual la temperatura de la superficie terrestre bajó lo suficiente como para poder confinar los gases alrededor del planeta, y evitar que escapasen al espacio. Inicialmente la atmósfera se formó principalmente a partir de gases expulsados de erupciones volcánicas. Dichos gases estaban compuestos en un 80% de vapor de agua, un 10% de dióxido de carbono (CO2) y algo de nitrógeno molecular (N2), sulfuros,… Con el tiempo, el agua precipitó arrastrando el dióxido de carbono. 
En cuanto a la presencia del oxígeno molecular (O2) actual, no se podría explicar en base a la actuación de erupciones volcánicas. Se cree que se formó a partir de, por un lado, la lenta disociación de las moléculas de agua por acción de la radiación solar, y por otro, gracias a la actividad de bacterias anaerobias y la fotosíntesis, que dispararon su concentración.
Finalmente queda por aclarar la alta concentración de nitrógeno molecular, la cual tampoco es explicada directamente por la acción volcánica. Se define como tiempo de residencia de un gas en la atmósfera, como el resultado de dividir la masa en kilogramos que hay de dicho gas en la atmósfera por la tasa de eliminación del mismo (medido en kilogramos por año). En concreto, el tiempo de residencia para el nitrógeno molecular es muy grande y esto facilitó que a medida que otros gases desaparecían de la atmósfera, el nitrógeno molecular aumentase en concentración.

Clasificación la composición atmosférica en función de su concentración

1. Los gases permanentes
Dentro de esta categoría, el 99% es nitrógeno molecular y oxígeno molecular, y en menor medida argón (Ar). Existen también otros gases traza como el helio (He), el radón (Rd) o el hidrógeno molecular (H2). El nitrógeno molecular es el más abundante (sobre un 79%) gracias a, como ya hemos comentado, su gran tiempo de residencia, que ronda los 42 millones de años. El oxígeno está presente en un porcentaje cercano al 21% y tiene un tiempo de residencia de 5.000 años.
2.- Gases variables
Principalmente hay que destacar el vapor de agua y el dióxido de carbono. Sus concentraciones varían con el tiempo. En concreto, el vapor de agua varía su concentración entre el 0,1% en los desiertos y el 4% en las regiones tropicales. Su distribución es poco uniforme tanto en extensión como altitud y posee un tiempo de residencia próximo a los 10 días.
En el caso del dióxido de carbono, es generado a partir de erupciones volcánicas, por la vegetación, la respiración animal y la combustión de combustibles de origen fósil. Su tiempo de residencia es de 150 años.
Otros gases variables son el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y el ozono (O3), aunque en concentraciones muy bajas.
3.- Aerosoles atmosféricos
Están formados por partículas en suspensión (sales, polvo y cenizas) cuyo tamaño varía de 0,1 y 1 micrómetro. Su concentración suele ser de 10.000 partículas por centímetro cúbico e intervienen en la formación de nubes y en la transparencia atmosférica (y por lo tanto en el balance energético de nuestro mundo). Su tiempo de residencia depende del tipo de partícula, estando comprendido entre varios días y varias semanas.

[Este artículo participa en la XLV edición del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por el blog Cuantos y cuerdas]

3 thoughts on “La atmósfera terrestre: Origen y composición”

  1. Enhorabuena por el post. Hace poco leí un artículo muy interesante escrito por Greg Holland y Chris Ballentine de la Universidad de Manchester que teoriza sobre el posible origen extraterrestre de nuestra atmósfera. De hecho, tienen la hipótesis de la existencia de dos atmósferas distintas en diferentes períodos.

    Un saludo,

    1. Hola. Efectivamente presentaron una teoría que propone que parte de la atmósfera (y no solamente el agua) tuvo como origen los impactos de cometas y/o asteroides durante el Bombardeo Tardío Intenso.
      Un saludo,
      Fran

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