Las cinco capas de la atmósfera: de la troposfera a la exosfera, así protegen la vida

La atmósfera terrestre es la capa de gases que rodea nuestro planeta y hace posible la vida. Regula la temperatura, interviene en los fenómenos meteorológicos y actúa como protección frente a parte de la radiación solar. En este artículo explicamos qué es la atmósfera, cuál es su composición y cuáles son sus cinco capas principales, desde la troposfera hasta la exosfera.

¿Qué es la atmósfera terrestre y para qué sirve?

La atmósfera es la envoltura de gases y partículas que rodea la Tierra y permanece unida al planeta por la gravedad. No tiene un borde rígido: se vuelve cada vez más tenue hasta confundirse con el espacio. Aunque se extiende a lo largo de miles de kilómetros, la mayor parte de su masa se concentra cerca de la superficie, donde vivimos.

Su función va mucho más allá de proporcionar el aire que respiramos. La atmósfera mantiene una temperatura compatible con la vida, participa en el ciclo del agua, hace posible el tiempo meteorológico y filtra parte de la radiación solar perjudicial. Además, frena muchos pequeños cuerpos procedentes del espacio antes de que alcancen el suelo.

Conviene distinguir entre atmósfera y aire: la atmósfera es toda la envoltura gaseosa de la Tierra; el aire es la mezcla de gases que la forma, sobre todo en las capas bajas, y la que respiramos.

Composición de la atmósfera: los gases del aire

• Nitrógeno (78,08 %): es el gas más abundante. Forma parte de las proteínas y del ADN, aunque la mayoría de los seres vivos no puede utilizarlo directamente del aire.

• Oxígeno (20,95 %): resulta esencial para la respiración de numerosos organismos y participa en la combustión.

• Argón (0,93 %): es un gas noble muy estable que apenas reacciona con otras sustancias.

• Dióxido de carbono (alrededor del 0,04 %): las plantas lo emplean en la fotosíntesis y contribuye, junto con otros gases, al efecto invernadero natural.

• Otros componentes: el aire contiene cantidades muy pequeñas de neón, helio, metano, ozono y otros gases, además de aerosoles como polvo, sal marina, polen o partículas de humo.

Estos porcentajes describen el aire seco. En la atmósfera real también hay vapor de agua, cuya proporción varía desde casi cero hasta cerca del 4 % según el lugar y las condiciones. Es decisivo porque forma nubes y precipitaciones, transporta energía y actúa como gas de efecto invernadero.

A medida que aumenta la altitud, disminuyen la presión y la densidad del aire porque queda menos atmósfera por encima. La gravedad apenas varía en estas alturas; lo que cambia, sobre todo, es la cantidad de moléculas presentes.

La temperatura, en cambio, no desciende siempre: sube o baja según cómo absorbe cada región la energía solar. Este comportamiento permite distinguir cinco capas principales, separadas por zonas de transición llamadas pausas.

Las cinco capas de la atmósfera y sus características

1. Troposfera: donde se desarrolla el tiempo meteorológico (0-12 km, aproximadamente)

Es la capa más baja y densa. Su espesor varía: es de unos 6 km en los polos y llega a unos 18 km cerca del ecuador. Contiene alrededor de tres cuartas partes de la masa atmosférica y prácticamente todo el vapor de agua y los aerosoles. Por eso, aquí se forman la mayoría de las nubes y se producen la lluvia, la nieve, las tormentas y los vientos que condicionan nuestra vida cotidiana.

• Temperatura: suele disminuir unos 6,5 °C por cada kilómetro de ascenso, aunque el valor real cambia con las condiciones meteorológicas. En promedio, pasa de unos 17 °C en la superficie a unos −51 °C en la tropopausa.

• Límite superior: la tropopausa separa la troposfera de la estratosfera y actúa como una barrera parcial al movimiento vertical del aire.

2. Estratosfera: la capa donde se concentra el ozono (12-50 km)

En la estratosfera el aire es más seco y estable que en la troposfera. La temperatura aumenta con la altura porque el ozono absorbe radiación ultravioleta y transforma parte de esa energía en calor. Esta inversión térmica limita los movimientos verticales y favorece que el aire se disponga en capas. Contiene alrededor del 19 % de los gases de la atmósfera, y su temperatura sube desde unos −51 °C en la tropopausa hasta unos −15 °C en su parte alta.

• El dato clave: la mayor concentración de ozono se encuentra aproximadamente entre 15 y 35 km. Este gas absorbe toda la radiación ultravioleta C y gran parte de la B, lo que protege a los seres vivos.

• Por qué importa: la radiación ultravioleta B que logra pasar se asocia a cánceres de piel, cataratas y daños en cultivos y organismos marinos. Algunos compuestos artificiales con cloro y bromo destruyen ozono: un solo átomo de cloro puede eliminar más de 100.000 moléculas, según la Agencia de Protección Ambiental de EE UU. Por eso el Protocolo de Montreal, de 1987, regula las sustancias que dañan la capa de ozono.

• Aviación: algunos aviones vuelan cerca de la tropopausa o en la parte baja de la estratosfera para aprovechar un aire más estable, pero no recorren toda la capa.

3. Mesosfera: la región más fría (50-85 km)

En esta capa la temperatura vuelve a descender con la altitud, desde unos −15 °C en su base, y puede rondar los −85 °C en la mesopausa, su límite superior. Es una región difícil de observar: queda por encima del alcance habitual de globos y aviones, pero demasiado baja para que los satélites mantengan una órbita estable.

• El dato clave: la mayoría de los meteoroides pequeños se calienta y se desintegra por la compresión y el rozamiento con el aire durante su entrada. El rastro luminoso resultante es un meteoro, conocido popularmente como estrella fugaz.

• Un fenómeno poco frecuente: cerca de la mesopausa pueden formarse las llamadas nubes noctilucentes. Al estar tan altas, todavía reciben luz solar cuando, desde la superficie, el Sol ya se ha ocultado, y por eso brillan en el cielo nocturno.

4. Termosfera: energía solar, auroras y órbitas bajas (85-600 km)

La termosfera absorbe radiación ultravioleta de alta energía y rayos X, por lo que su temperatura cinética –la medida de la agitación de sus partículas– puede superar los 1.000 °C y variar con la actividad solar. Sin embargo, no sentiríamos un calor intenso: el gas es tan poco denso que hay muy pocas partículas capaces de transferir energía a un cuerpo. En conjunto, según NOAA, su temperatura va de unos −120 °C en la base a unos 2.000 °C en la parte alta.

• El dato clave: aquí se producen muchas auroras. Las partículas cargadas del viento solar, guiadas por el campo magnético terrestre, chocan con átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno, que liberan esa energía en forma de luz. Por eso se ven sobre todo cerca de los polos. El color depende del gas y de la altitud: el verde, el más común, procede del oxígeno a entre 100 y 200 km; el rojo, también del oxígeno, a más de 200 km; y el azul y el rosa, del nitrógeno.

• La ionosfera no es una capa independiente: es una región parcialmente ionizada que se solapa con parte de la mesosfera, la termosfera y la exosfera. Influye en la propagación de algunas ondas de radio.

• Órbita baja: la Estación Espacial Internacional gira alrededor de la Tierra dentro de la termosfera.

5. Exosfera: una transición gradual hacia el espacio (desde unos 600 km)

Es la región más externa. Está compuesta sobre todo por hidrógeno y helio, con átomos y moléculas tan separados que pueden recorrer grandes distancias sin chocar. Algunas partículas permanecen ligadas a la Tierra; otras alcanzan suficiente energía para escapar al espacio.

• El dato clave: no existe una frontera física nítida. Según el criterio utilizado, la exosfera puede prolongarse varios miles de kilómetros –NOAA la sitúa hasta unos 10.000 km– antes de fundirse con el medio interplanetario.

• Satélites: numerosos vehículos espaciales orbitan en esta región o la atraviesan, aunque otros se encuentran en capas más bajas.

Capas de la atmósfera: tabla resumen

Cinco datos de interés sobre la atmósfera

1. La línea de Kármán: se sitúa convencionalmente a 100 km de altitud y se utiliza con frecuencia para señalar el comienzo del espacio. No es el final de la atmósfera, que continúa mucho más allá, ni una frontera física brusca.

2. ¿Por qué el cielo es azul? Las moléculas del aire dispersan con mayor eficacia las longitudes de onda cortas de la luz visible. Este fenómeno, llamado dispersión de Rayleigh, hace que durante el día predomine el azul; al amanecer y al atardecer, la luz atraviesa más atmósfera y destacan tonos rojizos y anaranjados.

3. El aire pesa: a nivel del mar, la presión atmosférica media equivale aproximadamente al peso de un kilogramo sobre cada centímetro cuadrado. No nos aplasta porque los fluidos y gases de nuestro organismo ejercen presión hacia fuera y mantienen el equilibrio.

4. La mitad de la masa atmosférica está muy cerca: aproximadamente el 50 % se encuentra por debajo de unos 5,5 km de altitud.

5. Respirar en altura cuesta más: la proporción de oxígeno cambia poco en las capas bajas, pero la presión disminuye; por ello, cada respiración aporta menos moléculas de oxígeno.

En resumen, la atmósfera es un sistema dinámico y esencial para la vida. Su composición, los cambios de temperatura y la interacción entre sus distintas capas regulan el clima y protegen la superficie terrestre. Estudiarla permite comprender mejor los fenómenos meteorológicos, las auroras, la propagación de las ondas de radio y la importancia de preservar la calidad del aire y el equilibrio climático.