Composición y estructura de la atmósfera terrestre: capas, propiedades y funciones

Composición del aire

El aire es una mezcla homogénea de gases compuesta principalmente por:

• 78% Nitrógeno (N₂)
• 21% Oxígeno (O₂)
• 0.93% Argón (Ar)
• 0.04% Otros gases (incluyendo dióxido de carbono, neón, helio, etc.)

Funciones del aire

• Permite la respiración de los seres vivos.
• Influye en los cambios climáticos.
• Regula la temperatura del planeta.
• Protege de la caída de meteoritos.

Capas de la atmósfera

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve a un planeta o satélite. En el caso de la Tierra, se puede dividir en dos regiones principales:

• Homosfera: Se extiende hasta los 80-100 km de altura. Se caracteriza por una composición del aire homogénea.
• Heterosfera: Se extiende desde los 100 km de altura. La composición de los gases varía dependiendo de la altura.

Capas de la atmósfera terrestre

Troposfera

Es la capa más cercana a la superficie terrestre, con una altura aproximada de 12 km. Contiene la mayoría de los gases atmosféricos. Los primeros 500 metros se conocen como "capa sucia" debido a la presencia de polvo y contaminación. La temperatura máxima es de 15°C y disminuye con la altura. Es la capa donde vuelan los aviones a reacción.

Composición:

• 78% N₂
• 21% O₂
• 1% Ar
• Trazas de otros gases

Estratosfera

Se extiende desde los 12 km hasta los 50 km de altura. Su límite superior se denomina "estratopausa". En esta capa, disminuye la concentración de N₂ y aumenta la de hidrógeno y ozono. El ozono actúa como un filtro, protegiendo la superficie terrestre de los rayos UV. A mayor altura, el gas predominante es más ligero (menor masa atómica). Es la capa donde vuelan los aviones supersónicos.

Mesosfera

Se extiende desde los 50 km hasta los 80 km de altura. La temperatura varía entre 20°C y -80°C, ya que no absorbe energía solar. El límite superior se denomina "mesopausa", donde la temperatura puede alcanzar -140°C. En esta capa, los meteoritos se desintegran debido al rozamiento con las partículas, produciendo estrellas fugaces.

Termosfera o Ionosfera

Se extiende desde los 80 km hasta los 600 km de altura. Contiene partículas ionizadas debido a la radiación gamma, rayos X y parte de la radiación UV. En esta capa se producen las auroras boreales. Su límite superior se denomina "termopausa".

Exosfera

Se extiende desde los 600 km hasta los 800 km o hasta perderse con el espacio exterior. Contiene una capa de helio rodeada por otra capa de hidrógeno. La densidad de los gases es extremadamente baja.

Propiedades físicas de los gases

• No tienen forma ni volumen definido.
• Se expanden hasta ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene.
• Difusión: Los gases se mezclan espontáneamente unos con otros a presión constante.
• Son compresibles.
• Se desplazan hacia el punto de menor presión.
• A presión constante, el volumen de un gas aumenta con la temperatura.
• La densidad de los gases es pequeña en comparación con la de los líquidos y sólidos.

Presión atmosférica

El aire tiene peso y masa (1 litro de aire = 1.293 g). Este peso ejerce una presión en todas las direcciones y sobre todo lo que nos rodea. La presión del aire varía en los diferentes lugares de la Tierra debido a la altitud y a la temperatura.

Gases ideales

Presión

Es la fuerza ejercida por unidad de superficie. La unidad de medida en el SI es el pascal (N/m²). Otras unidades comunes son:

• 1 atm = 760 mmHg
• 14.7 lb/pulg²
• 101.3 kPa

Funciones de estado

Son magnitudes macroscópicas que se utilizan para especificar el estado de un sistema termodinámico.

Teoría cinética

La presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente.

Volumen

Es el espacio que ocupa un sistema.

Temperatura

Es una medida de la energía cinética promedio de los átomos y moléculas que constituyen un sistema.