La atmósfera terrestre es una delgada capa gaseosa que envuelve a nuestro planeta. Su grosor total, del orden de 800 kilómetros (km), es insignificante si se compara con el diámetro de la Tierra, que es 12 741 km aproximadamente. A fin de tener una idea sobre las dimensiones del grosor de la atmósfera y el diámetro de la Tierra, puede hacerse la siguiente comparación: si la Tierra fuera del tamaño de una manzana, la atmósfera tendría el grosor de la cáscara.

La atmósfera no tiene color, olor, ni sabor, por ello pasa inadvertida para la gran mayoría de los que habitamos este planeta. Sin embargo, sin la atmósfera no habría vida, al menos el tipo de vida que conocemos.

Actividad

Comprobación de la existencia de la atmósfera

Material requerido

Procedimiento

• Inserta la servilleta dentro del vaso y empújala, comprimiéndola suficientemente hasta que haya quedado en el fondo del vaso (ver figura anexa).
• Llena ¾ partes de la jarra con agua. Voltea el vaso (la base hacia arriba) e insértalo en forma vertical hasta sumergirlo totalmente en el agua.
• Espera 10 segundos y pregunta a tus amigos o familiares si creen que la servilleta se mojó.
• Saca el vaso lentamente y con cuidado dejando que el agua escurra por sus paredes. Saca con cuidado la servilleta que se encuentra en el fondo del vaso.

¿Qué sucedió?

La sorpresa es que, si bien el vaso estuvo totalmente sumergido en el agua, la servilleta no se mojó. La existencia de la atmósfera o del aire fue la responsable de que la servilleta no se mojara. Una cierta cantidad de aire se encontró atrapada en el fondo del vaso e impidió que el agua llegara a la servilleta. De no existir la atmósfera o el aire, la servilleta se mojaría al ser sumergido el vaso que la contiene.

Ahora bien, ¿de qué está formada la atmósfera terrestre? Cuando está seca y no contaminada, los gases que la forman son: nitrógeno (78 por ciento), oxígeno (21 por ciento) y otros gases (con el 1 por ciento complementario); nótese que la mayor parte es nitrógeno. Dentro del 1 por ciento complementario, se incluye el dióxido de carbono (CO2) en una proporción muy pequeña, de 0.03 por ciento aproximadamente –claro, cuando no existe contaminación atmosférica.

El oxígeno que contiene la atmósfera es indispensable para mantener la vida sobre nuestro planeta. Además, la atmósfera nos protege de la radiación ultravioleta proveniente del Sol, a través de la capa de ozono, como se verá más adelante. La atmósfera contiene vapor de agua, elemento necesario para que existan lluvias, mismas que posibilitan la existencia de los bosques y las áreas verdes. Imagínate: sin lluvia, no habría bosques ni plantas. Gracias a la humedad de la atmósfera, existe una gran variedad de climas y de manifestaciones climatológicas como son los vientos, las lluvias, el granizo, la nieve, las tormentas, los huracanes, entre otros. En contraste, la Luna no tiene atmósfera, por lo cual no hay climas y no se regula la temperatura superficial.

De no existir la atmósfera terrestre, la diferencia de temperaturas entre el día y la noche sería muy grande; por ejemplo, durante el día la temperatura podría llegar hasta los 82 °C y durante la noche descender hasta los 140 °C bajo cero, lo que significa una diferencia mayor a los 220 °C. Con esta variación tan amplia, difícilmente se puede imaginar la posibilidad de la existencia de muchos seres vivos, como animales o plantas. En la Luna –que, como ya dijimos, no tiene atmósfera–, la variación diaria de la temperatura es de casi 300 °C, ya que durante el día alcanza los 110 °C aproximadamente, y durante la noche desciende hasta 189 °C bajo cero.

Con la ayuda de diversos instrumentos como globos aerostáticos, satélites y cohetes provistos de instrumentos sensibles y precisos, ha sido posible estudiar la atmósfera en todo su grosor, que es, como señalamos, de alrededor de 800 kilómetros. En múltiples estudios se han podido identificar cinco capas, que evidentemente no presentan fronteras entre sí, que se ilustran en el esquema inferior con el grosor aproximado de cada una de ellas.

Las capas más importantes son la primera y la segunda, es decir, la tropósfera y la estratósfera, ya que en ellas se concentra prácticamente 99% de la masa de la atmósfera, incluyendo la capa de ozono. La densidad de gases atmosféricos de la tercera a la quinta capa va disminuyendo de tal forma que la cantidad de ellos por unidad de volumen es bajísima, casi nula.

Ya que en la tropósfera se concentra alrededor de 75 por ciento de la masa de la atmósfera, las manifestaciones climatológicas como los vientos, lluvias, huracanes, etc., ocurren en esta capa. Cuando un avión ha llegado a la altura máxima de vuelo, está desplazándose en la parte superior de la tropósfera.

La estratósfera, se encuentra aproximadamente entre los 15 y 50 km, y en ella se encuentra la famosa capa de ozono, fundamental para la existencia de la vida en nuestro planeta, ya que nos sirve de escudo para la radiación ultravioleta que proviene del Sol (véase figura adjunta).

La densidad de la atmósfera no es uniforme. La mayor parte de los gases que la forman se concentra en la tropósfera. La densidad atmosférica es mayor en la parte baja de esta capa, o sea, a nivel del mar. Conforme nos elevamos, la densidad va disminuyendo. Por ejemplo, en la cumbre del monte Éverest, que está a 8848 metros, cerca de 9 kilómetros de altitud, la densidad atmosférica es casi de la mitad de valor que la existente a nivel del mar. Por ello la mayor parte de los alpinistas, como lo hemos visto en algunas películas o documentales, utilizan tanques de oxígeno con el que compensan la disminución de este vital gas a esas alturas.

El efecto invernadero debe su nombre al principio de funcionamiento de los invernaderos donde se cultivan y conservan plantas. Los invernaderos están construidos con techos y paredes de vidrio o plástico que permiten la entrada de la luz solar. El Sol, que es la estrella más cercana a la Tierra, no sólo emite luz visible sino otros tipos de radiación que no podemos ver, pero que sí pueden detectarse, como es el caso de la radiación infrarroja que nos calienta. En efecto, la luz no calienta, lo que calienta es la radiación infrarroja.

Para poder entender de una forma sencilla el efecto invernadero, recurramos a la siguiente situación: imaginemos un automóvil totalmente cerrado y expuesto al Sol, libre de toda sombra. Después de varias horas, al abrir el coche sentimos que su interior está muy caliente. ¿Cómo es posible que las temperaturas exterior e interior del auto no sean iguales si los vidrios son transparentes? ¿Por qué la radiación que llega del Sol sí puede penetrar por las ventanas, mientras que la que se irradia del interior al calentarse el coche no puede salir de él? La respuesta está aquí: tal como la región de la luz visible tiene un determinado ancho, en un extremo el color rojo y en el otro extremo el color violeta –como lo vemos cuando observamos el arcoíris–, la radiación infrarroja también tiene un ancho: en un extremo, la radiación infrarroja de onda corta, y en el otro extremo, la radiación infrarroja de onda larga. Todos los cuerpos que se encuentran a cierta temperatura emiten radiación infrarroja. Su longitud de onda depende de la temperatura del cuerpo que la emite. Si la temperatura de éste es alta –por ejemplo, miles de grados centígrados como el Sol–, la longitud de onda es corta; mientras que, si la temperatura del cuerpo es relativamente baja –apenas unas cuantas decenas de grados, como el interior caliente de un vehículo–, la longitud de onda de la radiación infrarroja es larga.

Así, ocurre que los vidrios y los plásticos que conforman las paredes del invernadero o las ventanas del automóvil son transparentes a la radiación infrarroja de onda corta, pero opacas a la radiación infrarroja de longitud de onda larga (no la dejan pasar). Por esta razón, la radiación infrarroja emitida por el Sol atraviesa con gran facilidad los vidrios, pero no así la radiación infrarroja proveniente del interior caliente del coche. En consecuencia, el interior del auto se va calentando y la temperatura interior va ascendiendo.

En la atmósfera terrestre se da el efecto invernadero. El Sol envía a la Tierra radiación infrarroja de longitud de onda corta que atraviesa la atmósfera y llega a la superficie de nuestro planeta. La corteza terrestre y los mares se calientan y emiten radiación infrarroja de longitud de onda larga. Las moléculas de dióxido de carbono y metano interaccionan con la radiación infrarroja de longitud larga y la regresan parcialmente a la superficie terrestre. De esta forma, hay una cantidad de calor que se queda atrapada en la capa baja de la atmósfera.

El incremento de la proporción de dióxido de carbono y de metano en la atmósfera puede producir el aumento de la temperatura global de nuestro planeta. ¿Cómo se puede incrementar el dióxido de carbono? Pues al quemar maderas y combustibles fósiles como el carbón de piedra, el petróleo, la gasolina y el gas. Es claro que el aumento de automóviles y de fábricas en las últimas décadas ha traído consigo el incremento alarmante de la proporción de dióxido de carbono en nuestra atmósfera.

La cantidad de dióxido de carbono que existe en la atmósfera puede medirse. El doctor Roger Revelle propuso esta tarea y fue el primero en medir dicha concentración en el Observatorio del Mauna Loa en Hawái, Estados Unidos. Los resultados se muestran en la siguiente gráfica. Es claro que de 1958 a 2015 la concentración de dióxido de carbono sigue una tendencia de constante ascenso, hecho que debe preocupar a todos los que habitamos este planeta.

En la segunda capa de nuestra atmósfera, la estratósfera, se encuentra la capa de ozono, situada a 25 km de altitud aproximadamente. El ozono es un gas de color azul, compuesto por moléculas triatómicas (tres átomos) de oxígeno. El oxígeno ordinario, como el que respiramos de nuestra atmósfera, está formado por moléculas diatómicas (dos átomos) de oxígeno.

La radiación ultravioleta que viene del Sol interacciona químicamente con las moléculas de ozono, de tal forma que esta radiación no traspasa la capa y por lo tanto no llega a la superficie terrestre, o bien llega muy disminuida.

Durante la década de los ochenta, científicos británicos hicieron un inquietante descubrimiento: en la capa de ozono había un agujero, situado sobre la Antártida (Polo Sur). Por alguna razón, se estaba dando un mecanismo que disminuía las moléculas de ozono que formaban esta importante capa. Este daño fue confirmado por el satélite Nimbus 7, también en el año 1985. En la figura siguiente se muestra el crecimiento del agujero en la capa de ozono entre 1980 y 1989.

Los científicos Frank Sherwood Rowland y Mario Molina fueron los primeros en señalar los gases clorofluorocarbonos (CFC) como los responsables de la disminución de la capa de ozono. Por su naturaleza inerte, estos gases eran ampliamente utilizados en la industria con la función de propelente en aerosoles como productos de limpieza, pinturas, desodorantes, lacas, entre otros muchos, y como refrigerante en sistemas de aire acondicionado y de refrigeración.

El argumento de Molina y Rowland se basaba en una propuesta análoga de los científicos Paul J. Crutzen y Harold Johnston, quienes habían mostrado cómo el óxido nitroso podía dañar el ozono. La capa de ozono juega un papel fundamental en la absorción de la mayor parte de la radiación ultravioleta que proviene del Sol, evitando que esta radiación llegue a la superficie terrestre. Si la radiación ultravioleta llegara a la superficie del planeta sin el escudo de la capa de ozono, tendría un importante y gravísimo efecto ambiental que afectaría los cultivos y el fitoplancton marino y aumentaría fuertemente el riesgo de cáncer en la piel. Luego de la publicación del trabajo de Molina y Rowland en 1974, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos publicó un informe en 1976 que validaba la hipótesis de dichos científicos. Por estas investigaciones y resultados sobre el daño a la capa de ozono, Crutzen, Rowland y Molina recibieron el premio Nobel de Química en 1995. Mario Molina es el primer mexicano que recibe un premio Nobel en un área de la ciencia.

Ante este panorama poco promisorio, ¿qué conclusiones podemos obtener? Tanto gobiernos como ciudadanos debemos ser sensibles y muy cuidadosos en no seguir contaminando y afectando nuestra atmósfera. Por ello, es preciso:

• Promover las fuentes de energías limpias, como la energía solar y la energía eólica; además, y muy importante, seguir apoyando la investigación básica y aplicada en estas áreas.

• Seguir eliminando el uso de los gases CFC que dañan la capa de ozono.
• Mejorar e impulsar los medios de transporte público a fin de inhibir el uso masivo del automóvil.
• Cuidar y preservar los bosques y las áreas verdes que absorben masivamente el dióxido de carbono y, horas después, emiten también masivamente, el vital oxígeno.
• Disminuir el consumo de energía eléctrica, cambiando los focos de filamento por focos ahorradores y leds. Si la demanda de energía eléctrica aumenta, se necesitarán más plantas generadoras de esta energía, lo cual se traducirá en mayor consumo de petróleo, gas, carbón o diésel, y se incrementará esta forma la contaminación de la atmósfera.
• Favorecer el desplazarse a pie o en bicicleta para distancias cortas.

Finalmente, recuerda: nuestra salud y la de todos los seres vivos depende del estado de nuestra atmósfera. Cuidémosla. ♦