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Variaciones de la presión y la densidad atmosférica
en función de la altitud
Preparado por Ing. J.C. Ernesto Miranda
La densidad de la atmósfera (del aire que respiramos) disminuye abruptamente a medida que aumenta la altitud. Esta relación puede ser entendida a través de la ley de los gases y de la gravedad.
“Más del 99% de la masa total de la atmósfera se encuentra aproximadamente dentro losprimeros 30 km por encima de la superficie de la Tierra” (MANAHAN 1994). Este 99% corresponde a la tropósfera y parte de la estratósfera. El 1% restante se encuentra distribuido en el resto de los siguientes estratos: parte de la estratósfera, mesósfera y termósfera, los cuales en total tienen un grosor mayor a los 1000 km.
Podemos advertir entonces, que la densidad de la masa gaseosa en estosestratos es extremadamente pobre, por lo tanto, no es una exageración hacer la comparación de nuestra atmósfera con una hoja delgada de papel. Considerar que la masa total de la Tierra es de 5,98 x 1024 kg y la atmósfera representa la millonésima parte de este valor (5,14x1018 kg).
Entonces, la presión atmosférica disminuye aproximadamente como una función exponencial de la altitud, lo cualdetermina las características de la atmósfera.
Las curvas del logaritmo de Ph y temperatura versus la altitud, se muestran en la figura de abajo. Dadas las características de estas curvas, podemos ver claramente que no siguen una tendencia lineal “debido a las variabilidad en las que se incrementan las variaciones no lineales respecto a la temperatura con la altitud […] y (debido) a la mezcla de lasmasas de aire” (MANAHAN 1994).
La información que muestra la Figura 1 corresponde a extremos de presión y temperatura; igualmente nos permite inferir que las características preponderantes de la atmósfera varían grandemente en función de la época del año (estaciones), latitud, altitud e incluso la actividad del sol.
“A elevada altitud, normalmente las especies reactivas, tales como el oxígenoatómico, O, persisten por periodos largos de tiempo. Eso ocurre debido a que la presión es muy baja a estas altitudes, de modo que la distancia recorrida por las especies reactivas antes de que colisionen con un reactivo potencial – su vía libre promedio- es relativamente alta. Una partícula con una vía libre promedio de 1 x 10-6 cm a nivel del mar, tiene una vía libre promedio mayor a 1 x 106 cm a unaaltitud de 500 km, donde la presión es menor por muchos órdenes de magnitud” (MANAHAN 1994).

Fuente: MANAHAN 1994
Figura 1. Variaciones de presión (línea continua) y
temperatura (línea punteada) respecto a la altitud



ESTRATIFICACIÓN DE LA ATMóSFERA

Se debe recordar que la atmósfera del planeta Tierra esta subdividida en capas o estratos; cada estrato tiene características distintivas deentre los demás respecto al tipo de especies químicas predominantes que se encuentran en cada uno de ellos, su temperatura y su densidad.

Tropósfera

Es el estrato más próximo a la tierra, se extiende desde el nivel del mar hasta unos 10 a 16 km de altitud. Se compone principalmente de mezclas homogéneas de gases debido al constante movimiento de masas de aire en este estrato. También, está compuestapor vapor de agua, H2O(g), pero en este caso, las mezclas no son homogéneas, ya que el agua se traslada continuamente de un lugar a otro en forma de precipitación (lluvia), evaporación, formación de nubes, etc. A medida que se sube en altitud, la temperatura de la tropósfera decae (relación inversa) debido a que se aleja del calor refractario de la superficie de la geósfera (suelos, rocas,etc.).


Tropopausa

Se caracteriza por tener una temperatura extremadamente baja (-56oC) y se ubica por encima de la tropósfera. Este estrato cumple la función de evitar la pérdida de moléculas de vapor de agua, de modo que no suban a estratos superiores y se pierdan por fotodisociación (ruptura de la molécula debido a la acción de rayos UV altamente energéticos), dejando a los átomos de hidrógeno...