¿De qué factores depende la formación de diferentes capas de atmósfera?

La estructura atmosférica se define básicamente en función de la composición y la distribución vertical de la temperatura.

La concentración de N2, O2, Ar, CO2 y otros componentes de larga vida tienden a ser bastante uniformes y en gran medida independientes de la altura en la atmósfera por debajo de 100-105 km debido a la mezcla turbulenta de aire y esta capa se conoce como “homosfera”. Por encima de ~ 105 km, cada especie molecular se comporta como si estuviera sola, ya que el camino libre medio entre las moléculas se convierte en 1 my más (a medida que aumenta la altura). En estas condiciones, la concentración de especies moleculares más pesadas disminuye rápidamente con la altitud que las especies moleculares más ligeras, esta capa se conoce como “heteroesfera”. El límite superior de la homosfera se llama “turbopausa”.

La distribución vertical de la temperatura da la imagen exacta de las capas atmosféricas. Utilizando perfiles de temperatura atmosférica dividida en cuatro capas, troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera.

Troposfera: la región de la atmósfera desde la superficie hasta 18 km (cerca de los trópicos, la altura varía con las latitudes) se llama troposfera. Tropo significa girar o mezclar. La temperatura en esta capa disminuye con la altitud y la tasa decreciente se llama tasa de lapso, es de alrededor de 6.5 grados C * / km. La troposfera contiene todos los fenómenos climáticos que experimentamos. La radiación solar no calienta directamente la atmósfera inferior, por lo tanto, la troposfera se calienta desde abajo por calor latente, radiaciones de onda larga y calor sensible. Por lo tanto, la temperatura disminuye al aumentar la altitud. El límite superior de la troposfera se llama tropopausa (la temperatura se convierte en ~ -75 a -80 grados C). La tropopausa es una zona isotérmica. La figura 1 muestra la estructura vertical de la atmósfera.

Figura 1. Estructura vertical de la atmósfera.

Estratosfera: La región sobre la tropopausa se llama estratosfera (18-50 km), aquí la temperatura aumenta con la altitud. La razón de esta inversión de temperatura en la estratosfera es la presencia de la capa de ozono. El ozono estratosférico desempeña un papel importante porque cuando absorbe las radiaciones UV convierte la energía solar en energía cinética. Si no hubiera ozono, el aire probablemente sea frío y seco. El límite superior de la estratosfera se llama estratopausa, una zona isotérmica.

Mesosfera: la mesosfera se encuentra por encima de la estratosfera (50 – 90 km). La temperatura disminuye con la altitud en la mesosfera. La disminución de la temperatura mesosférica (~ 3K / km) está relacionada con la disminución del ozono O 3 (absorción UV, picos a ~ 25 km) y la densidad de oxígeno molecular O 2 (absorción visible) ya que ambos son una fuente de calentamiento radiativo. Por encima de la mesopausia, la temperatura aumenta a medida que dominan los efectos fotoeléctricos ionosféricos, es decir, la disociación de O2 -> 2O y la ionización de O -> O +. El principal componente de enfriamiento es el dióxido de carbono CO2 (15 µm), así como el ozono O3 (9.6 µm) y el agua H2O (8.0 µm), que irradian en el infrarrojo. Irónicamente, el gas de efecto invernadero CO 2 (y CH 4) que causa el calentamiento troposférico también causa enfriamiento mesosférico. ¡El calentamiento global a nivel del suelo es simultáneo con el enfriamiento global en la mesosfera!

Termosfera: La capa caliente sobre la mesosfera se llama termosfera. Aquí, las moléculas de oxígeno (O2) absorben los rayos solares energéticos y calientan el aire. En la termosfera hay relativamente pocos átomos y moléculas presentes, por lo tanto, la absorción de una pequeña cantidad de energía solar puede causar un gran aumento de la temperatura que puede exceder los 500 grados C. A pesar de que la temperatura es alta, una persona protegida del sol no sentiría caliente en la termosfera, porque solo hay unas pocas moléculas en esta región de la atmósfera que chocan contra algo (piel expuesta) y le transfieren calor para que se sienta caliente. Dado que la densidad de la termosfera es muy baja, las moléculas de aire se moverán una distancia promedio de un kilómetro antes de chocar con otra molécula.

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La GRAVEDAD es la razón de la formación de diferentes capas de la atmósfera. La gravedad hace que las moléculas que componen la atmósfera se mantengan cerca de la superficie terrestre. Los componentes principales son: 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno (por volumen), el 1% restante solo de otros gases más ligeros. Esto a su vez hace que la atmósfera se concentre en la superficie y se adelgace rápidamente con la altura. La presión del aire es una medida del peso de las moléculas por encima de nosotros. A medida que avanzamos en la atmósfera, hay menos moléculas por encima de nosotros, por lo que la presión del aire es menor. Por ejemplo, a 20 kilómetros de altura, hay menos del 10% de la atmósfera. Aproximadamente el 75% de la atmósfera se encuentra a unos 10 km de la superficie.

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