Atmosfera terrestre

L'atmosfera terrestre és la capa de gasos que rodegen el planeta terra i retinguda per la gravetat de la terra. En els gasos presents, destaquen amb aproximadament quatre cinquenes parts el nitrogen, amb una cinquena part l'oxigen, i amb quantitats més petites d'altres gasos. L'atmosfera és vital per la vida ja que sense el gasos esmentats no hi hauria vida a la terra, tal i com la coneixem.

Composició en percentatge de l'atmosfera seca en volum - ppmv: parts per milió per volum
Gas	Segons la NASA [1]
Nitrogen	78.084%
Oxigen	20.946%
Argó	0.9340%
Diòxid de carboni	365 ppmv
Neó	18.18 ppmv
Heli	5.24 ppmv
Metà	1.745 ppmv
Criptó	1.14 ppmv
Hidrogen	0.55 ppmv
No inclòs en la composició de l'atmosfera seca:
Vapor d'aigua	Altament variable; típicament és aproximadament un 1%

L'atmosfera no té un límit definit, a mesura que s'allunya de la terra es torna més lleugera fins que es confon amb l'espai. Per tant no hi ha una barrera clara entre l'interior i l'exterior de l'atmosfera. Tres quartes parts de la massa de l'atmosfera estan en el 11 quilòmetres primers. Usualment, les persones que viatgen per sobre dels 80 quilòmetres ja s'anomenen astronautes. La línia de Karman, als 100 quilòmetres per sobre de la terra, és usada freqüentment com la frontera entre l'atmosfera o l'espai exterior.

Capes de l'atmosfera; troposfera i tropopausa, estratosfera i estratopausa, mesosfera i mesopausa i termosfera

Origen de l'atmosfera actual

Podem situar l'origen de l'atmosfera p rimitiva en les emanacions inicials d'una Terra en formació, de la qual eixia una voluminosa fase volàtil. Una gran part dels gasos inicials es va perdre en l'espai exterior i no sabem amb certesa fins a quin punt l'atmosfera actual respon en la seva composició a la capa gasosa inicial, ni tan sols a la capa de fa 1.000 milions d'anys (m.a.) (és a dir, quan ja existien una capa superficial sòlida i una atmosfera relativament estable). Segurament una contribució important a la composició de l'atmosfera, en tots els períodes geològics, ha sigut la de les emanacions volcàniques, que possiblement varen condicionar les primeres formes de vida. Aquest aspecte i molts altres són encara objecte d'estudi; però, malgrat això, amb algunes limitacions i reserves, podem apuntar una seqüència dels fets més remarcables que han contribuït a la formació de l'atmosfera actual.

Tenint en compte la formació de la Terra a partir d'un procés d'acreció de protoplanetes, en el moment inicial la Terra pràcticament no tenia atmosfera. La menuda porció d'elements lleugers (H, He) i les temperatures primigènies tan elevades varen impedir la retenció dels gasos pel camp gravitatori de la Terra. Una certa porció d'hidrogen va quedar retinguda perquè es va combinar amb altres elements més pesants: amb carboni va formar metà (CH₄), amb el nitrogen, amoníac (NH₃) i amb l'oxigen, aigua (H₂O). Per tant, aigua, metà i amoníac componien bàsicament l'atmosfera primitiva, anomenada atmosfera I, de caràcter reductor, que va tenir una duració d'uns 600 m.a. Al llarg d'aquest temps, l'atmosfera es va enriquir amb emanacions de gasos procedents d'oclusions de l'escorça terrestre i d'activitat volcànica. La composició resultant podria haver sigut la següent: CH₄, NH₃ i H₂O als quals s'fegirien SO₂, CO, CO₂, N₂, H₂, S₂, H₂S, HF, HCl.

Al llarg dels següents 2.000 m.a. es va produir la transició cap a l'atmosfera II. En una primera fase la radiació energètica continuada d'agents interns (p.e.: radioactivitat, llamps i llampecs de les tempestes...) i externs (radiació solar UV, λ> 200 nm i λ< 300 nm) va propiciar la fotòlisi del vapor d'aigua, per la qual cosa en l'atmosfera van aparèixer l'oxigen i l'hidrogen moleculars. La combinació, per separat, de l'O₂ amb metà i amoníac possiblement va contribuir a la formació de més vapor d'aigua, CO₂ i N₂.

Per altra part, la radiació UV va formar una primera i tènue capa d'ozó a partir de l'oxigen atmosfèric. La fotodissociació va disminuir a mesura que augmentava la capa d'ozó, i també -per la mateixa causa- va començar a refredar-se l'atmosfera. Una gran part del vapor d'aigua es condensà i formà els oceans, arrossegant en el procés gran quantitat de gasos minoritaris atmosfèrics que contribuïren així a la formació de l'anomenada sopa nutritiva. Sembla que esta sopa nutritiva, per una sèrie de processos evolutius, va produir els primers microorganismes primitius anaerobis, que originaren després incipients éssers aerobis, els quals produïren més O₂, com a producte del seu metabolisme, i així es va incrementar l'escut protector de la capa d'ozó.

A continuació, l'espiral evolutiva va potenciar els organismes aerobis, va aparèixer la fotosíntesi, i el nivell d'O₂ va créixer ràpidament. Esta atmosfera, dotada de l'ozonosfera i permeable a la llum visible, va assegurar la persistència de la fotosíntesi, seqüència que al llarg dels següents 2.000 m.a. va dur l'atmosfera a la composició actual, és a dir, l'atmosfera III.

Estructura de l'atmosfera

Com a conseqüència de la compressibilitat dels gasos, la major part de l'atmosfera es troba prop de la superfície terrestre, comprimida pel seu propi pes. D'aquesta forma, en els primers 6 km hi ha el 50 % de la massa total atmosfèrica i per sota d'una altitd de 15 km hi ha aproximadament un 95 % d'aquesta massa.

La divisió de l'atmosfera més coneguda estableix els següents nivells, des de la superfície cap amunt: troposfera, estratosfera, mesosfera i termosfera.

• 0-15 km: troposfera. És la capa inferior en contacte amb la superfície terrestre. Té un gruix variable (aproximadament 18 km en l'equador i 9 km en els pols) a conseqüència del moviment de rotació terrestre, que fa que la força centrífuga que suporta sigui màxima a l'equador i nul·la en els pols. Dins d'esta capa es produeixen importants fluxos convectius verticals i horitzontals -és a dir, vent- provocats per les diferències de pressió i temperatura existents entre unes regions i altres. A causa de trobar-se en contacte amb la hidrosfera i la biosfera, presenta quantitats importants, però variables, de vapor d'aigua i de diòxid de carboni, així com quantitats també variables de pols en suspensió (concentrada en els primers 500 m, que és la part coneguda com capa bruta) En resum, és la capa on es produeixen els fenòmens meteorològics que caracteritzen les zones climàtiques de la Terra (formació de núvols, precipitacions...). En la troposfera la temperatura presenta un descens progressiu amb l'altura, aproximadament d'1 ºC per cada 150 m. El límit superior de la troposfera s'anomena tropopausa

• 15-55 km: estratosfera. L'estratosfera es caracteritza per la pràctica inexistència de circulació vertical. En canvi, els fluxos horitzontals d'aire assoleixen sovint velocitats d'uns 200 km/h. La variació vertical de temperatura en l'estratosfera és la contrària a la comentada a la troposfera; és a dir, les temperatures augmenten progressivament en anar pujant fins a arribar aproximadament als 0 ºC a una altura entre 50 i 60 km. Esta altura marca el límit superior de l'estratosfera, anomenat estratopausa. Sembla que l'increment de temperatura està relacionat amb l'absorció per l'ozó de part de la radiació solar (ultraviolada). La capa d'ozó es troba dins de l'estratosfera i n'ocupa fonamentalment la part inferior (entre els 10 i els 30 km d'altitud, hi ha el 80 % de l'ozó total). Els fenòmens de formació de núvols són molt rars en l'estratosfera (a tot estirar hi poden aparèixer núvols molt tènues de cristalls de gel).

• 55-80 km: mesosfera. La característica més remarcable d'aquesta capa és un nou descens de la temperatura a mesura que augmenta l'altitud, fins a arribar als -100 ºC, aproximadament, a una altitud de 80 km, on se situa la següent superfície de separació, la mesopausa.

• 80-800 km: termosfera (o ionosfera). En esta capa, la major part de les molècules estan ionitzades (per pèrdua d'electrons) per l'acció de les radiacions solars d'alta energia. Els gasos ionitzats esmentats absorbeixen radiació UV, amb la qual cosa la temperatura de la termosfera arriba a valors superiors als 1.000 ºC (encara que aquests valors no poden ser enregistrats pels termòmetres habituals, ja que la densitat del medi és extraordinàriament baixa). És la zona on es produeixen les aurores (boreals o australs).

El límit superior de l'atmosfera és relativament indefinit, però podem situar-lo -de manera convencional- en els 10.000 km d'altitud o a la línia de Kármán, als 100 km.

Articles relacionats

• Radiació sortint d'ona llarga.