Temperatura atmosférica
El perfil vertical de la temperatura
El papel del sol en la temperatura atmosférica
El efecto invernadero
Recursos
La temperatura de la atmósfera terrestre varía con la distancia al ecuador (latitud) y la altura sobre la superficie (altitud). También cambia con el tiempo, variando de una estación a otra, y del día a la noche, así como de forma irregular debido al paso de los sistemas meteorológicos. Sin embargo, si se promedian las variaciones locales a nivel mundial, surge un patrón de temperaturas medias globales. Verticalmente, la atmósfera se divide en cuatro capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera.
El perfil vertical de temperatura
Promediando las temperaturas atmosféricas en todas las latitudes y a lo largo de todo un año se obtiene el perfil vertical medio de temperatura que se conoce como atmósfera estándar. El perfil de temperatura vertical promedio sugiere cuatro capas distintas (Figura 1). En la primera capa, conocida como troposfera, la temperatura atmosférica media desciende constantemente desde su valor en la superficie, unos 290K (63°F; 17°C) y alcanza un mínimo de unos 220K (-64°F;-53°C) a una altitud de unos 6,2 mi (10 km). Este nivel, conocido como tropo-pausa, está justo por encima de la altitud de crucero de los aviones comerciales. La disminución de la temperatura con la altura, llamada tasa de lapso, es casi constante en toda la troposfera a 6,5°C (43,7°F) por 1 km (0,6 mi). En la tropopausa, la tasa de caída disminuye bruscamente. La temperatura atmosférica es casi constante durante los siguientes 20 km, y luego comienza a aumentar con el incremento de la altitud hasta los 50 km. Esta región de temperaturas crecientes es la estratosfera. En la parte superior de la capa, llamada estratopausa, las temperaturas son casi tan cálidas como los valores de la superficie. Entre los 50-80 km se encuentra la mesosfera, donde la temperatura atmosférica vuelve a disminuir con la altura y alcanza un mínimo de 180K (-136°F;-93°C) en la parte superior de la capa (la mesopausa), a unos 80 km. Por encima de la mesopausa se encuentra la termosfera que, como su nombre indica, es una zona de altas temperaturas de los gases. En la termosfera muy alta (a unos 500 km por encima de la superficie de la Tierra) las temperaturas de los gases pueden alcanzar entre 500 y 2.000 K (441-3, 141°F; 227-1, 727°C). La temperatura es una medida de la energía del movimiento de las moléculas del gas. Aunque tienen una gran energía, las moléculas de la termosfera están presentes en un número muy bajo, menos de una millonésima parte de la cantidad presente de media en la superficie de la Tierra.
La temperatura atmosférica también puede representarse en función de la latitud y la altitud. Las figuras 2 y 3 muestran dichos gráficos, con la latitud como coordenada x y la altitud como y.
El papel del sol en la temperatura atmosférica
La mayor parte de la radiación solar se emite como luz visible, con porciones más pequeñas en longitudes de onda más cortas (radiación ultravioleta) y más largas (radiación infrarroja, o calor). La atmósfera absorbe poca luz visible (aunque las nubes reflejan parte de ella al espacio), por lo que la mayor parte de esta energía es absorbida por la superficie de la Tierra. La Tierra se calienta en el proceso e irradia calor (radiación infrarroja) hacia arriba. Esto calienta la atmósfera y, al igual que cuando uno está más cerca del fuego, las capas de aire más cercanas a la superficie son las más calientes.
Según esta explicación, la temperatura debería disminuir continuamente con la altitud. La figura 1, sin embargo, muestra que la temperatura aumentaS con la altitud en la estratosfera. La estratosfera contiene casi todo el ozono de la atmósfera. El ozono (O3) y el oxígeno molecular (O2) absorben la mayor parte de la radiación ultravioleta de onda corta del sol. En el proceso se rompen y se reforman continuamente. El resultado neto es que las moléculas de ozono transforman la radiación ultravioleta en energía calorífica, calentando la capa y provocando el perfil de temperatura creciente que se observa en la estratosfera.
La mesosfera retoma el descenso de temperatura con la altura. La termosfera, sin embargo, está sometida a una radiación solar ultravioleta y de rayos X de muy alta energía y corta longitud de onda. Como los átomos o moléculas presentes en este nivel absorben parte de esta energía, se ionizan
(se les quita un electrón) o se disocian (las moléculas se dividen en los átomos que las componen). La capa de gas se calienta fuertemente por este bombardeo de energía, especialmente durante los períodos en los que el sol emite cantidades elevadas de radiación de longitud de onda corta.
El efecto invernadero
La energía solar no es el único determinante de la temperatura atmosférica. Como se ha señalado anteriormente, la superficie de la Tierra, después de absorber la radiación solar en la región visible,
Términos clave
Efecto invernadero -Calentamiento de la atmósfera terrestre como resultado de la captación del calor re irradiado desde la Tierra por ciertos gases presentes en la atmósfera.
Radiación infrarroja -Radiación similar a la luz visible pero de longitud de onda ligeramente mayor.
Tasa de caída -Tasa a la que se enfría la atmósfera al aumentar la altitud, expresada en unidades de grados C por kilómetro.
Mesosfera -Tercera capa de la atmósfera, situada entre unos 50 y 80 kilómetros de altura y caracterizada por una tasa de caída pequeña.
Estratosfera -Capa de la atmósfera superior situada por encima de una altitud de 8-17 km y que se extiende hasta unos 50 km, dependiendo de la estación y la latitud. Dentro de la estratosfera, la temperatura del aire cambia poco con la altitud, y hay pocas corrientes de aire convectivas.
Termosfera -La capa superior de la atmósfera, que comienza a unos 80 km y se extiende cientos de millas o kilómetros hacia el espacio. Debido al bombardeo de radiación solar muy energética, esta capa puede poseer temperaturas de gas muy altas.
Troposfera -La capa de aire hasta 24 km por encima de la superficie de la Tierra, también conocida como la atmósfera inferior.
Radiación ultravioleta -Radiación similar a la luz visible pero de menor longitud de onda y, por lo tanto, de mayor energía.
Radiación de rayos X -Radiación luminosa con longitudes de onda más cortas que la ultravioleta más corta; muy energética y perjudicial para los organismos vivos.
Emite radiación infrarroja hacia el espacio. Varios gases atmosféricos absorben esta radiación térmica y la vuelven a irradiar en todas las direcciones, incluso hacia la superficie. Así, los llamados gases de efecto invernadero atrapan la radiación infrarroja dentro de la atmósfera, aumentando su temperatura. Entre los gases de efecto invernadero más importantes se encuentran el vapor de agua (H2 O), el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4). Se calcula que la temperatura de la superficie de la Tierra sería, por término medio, unos 32 °C más fría en ausencia de los gases de efecto invernadero. Como esta temperatura está muy por debajo del punto de congelación del agua, el planeta sería mucho menos hostil para la vida en ausencia del efecto invernadero.
Aunque los gases de efecto invernadero son esenciales para la vida en el planeta, más no es necesariamente mejor. Desde el comienzo de la revolución industrial a mediados del siglo XIX, los seres humanos han liberado cantidades crecientes de dióxido de carbono a la atmósfera mediante la quema de combustibles fósiles. El nivel de dióxido de carbono medido en la atmósfera remota ha mostrado un aumento continuo desde que se empezaron a llevar registros en 1958. Si este aumento se traduce en un incremento correspondiente de la temperatura atmosférica, los resultados podrían incluir el derretimiento de los casquetes polares y la hinchazón de los mares, lo que provocaría que las ciudades costeras quedasen cubiertas por el océano; cambios en el clima que quizá provoquen extinciones; y cambios impredecibles en los patrones de viento y clima, lo que supondría importantes retos para la agricultura. Predecir los cambios que puede provocar el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero es complicado. La interacción de la atmósfera, los océanos, los continentes y los casquetes polares no se comprende del todo. Aunque se sabe que parte del dióxido de carbono emitido es absorbido por los océanos y finalmente se deposita en forma de roca carbonatada (como la caliza), no se sabe si se trata de un proceso constante o si puede seguir el ritmo de los niveles actuales de producción de dióxido de carbono.