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Capas de la atmósfera.

En la medida que se gana altura las condiciones de la atmósfera varían, de forma que pueden dividirse en regiones bien definidas, pudiendo analizarse desde dos puntos de vista, según su distribución térmica o según su comportamiento físico - químico.

Capas atmosféricas según su distribución térmica

A medida que se asciende pueden notarse regiones bien definidas entre si , entre estas regiones existen periodos de transición entre ambas (fig 1).

Figura 1: División térmica de la atmósfera.

La troposfera se encuentra desde la superficie terrestre hasta una altura promedio de 13 km aproximadamente.
Su espesor suele variar según la zona de la Tierra, en el ecuador alcanza una altura de 16 km, mientras que en los polos se reduce a 7 u 8 km.

En zonas templadas dependiendo la época del año, su espesor varia haciendo mas ancha o angosta la tropopausa, ademas sufre cambios constantemente afectada por el día, noche, estación, temperatura del mar o el suelo.

En ella se encuentra la mayor cantidad de vapor de agua y por su proximidad con la superficie se ve muy afectada por contaminantes y las temperaturas reinantes, vientos, etc, es en ella pues donde ocurren la mayoría de los fenómenos climáticos.

Su temperatura cae a razón de 6,5ºC cada 1000 metros, a esto se lo llama, "gradiente vertical de temperatura standard" y es valor de referencia para una atmósfera ideal.

La altura a la que cesa la caída de temperatura es el limite de la troposfera dando comienzo a una zona de transición llamada tropopausa con una temperatura media de -45ºC ( 218ºK ).

La estratosfera posee una temperatura casi constante, disminuyendo la agitación del aire, hacia los 25 km comienza la estratopausa para dar paso a la mesosfera.

Caracterizada por un amplio rango de temperaturas, la mesosfera alcanza 0ºC ( 273 ºK ) a unos 50 km de altitud, esta es conocida como capa calienta, a 80 km comienza la mesopausa en donde las temperaturas caen entre -80ºC y -110ºC.

Seguida a la mesopausa se encuentra la termosfera, caracterizada por un marcado incremento de temperatura alcanzando los 500ºC a 500 km aproximadamente. Le sigue la termopausa y luego la exosfera

Esta ultima es la capa límite de la atmósfera, no posee un límite definido, pues las moléculas que la conforman van disminuyendo paulatinamente hasta desaparecer.

Capas atmosféricas según su comportamiento físico - químico.

Basados en este criterio podemos definir dos grandes capas , la ozonosfera y la ionosfera.

La Ozonosfera : Se sitúa entre los 12 y 50 kilómetros, posee cantidades apreciables y constantes de ozono, alcanzando un máximo a aproximadamente 20 km de altitud.

El ozono ( O3 ) es una variedad aleotrópica del oxigeno, que se une de a tres átomos en lugar de a dos como es comúnmente, normalmente se forma una nube de ozono en presencia de un arco voltaico (chispa eléctrica).

Posee una densidad mayor que el oxigeno y el nitrógeno lo que hace difícil entender por que se encuentra a esas altitudes.

La explicación que se encontró para esto es el la de una permanente producción y destrucción por acción de las radiaciones solares, a expensas del oxigeno molecular.

La radiación ultravioleta solar disocia la molécula de oxigeno en dos átomos, para luego estos unirse de a tres, como la cantidad de ozono es constante, esto supone una destrucción del mismo estas vez por rayos infrarrojos, pues demostró ser muy inestable en presencia de este tipo de radiación, para convertirse nuevamente en oxigeno molecular.

En las reacciones se desprende calor, en consecuencia en la estratosfera la temperatura casi no varia dando origen a la tropopausa.

Como es imaginable el proceso esta en relación directa con la radiación solar, a pesar de esto, la mayor cantidad almacenada de ozono no se encuentra en los trópicos, si no en los polos por acción de los vórtices polares. La máxima cantidad se da en otoño, después de absorber grandes cantidades de radiación y es mínima en verano a causa de la baja radiación que se da en invierno.

Como es de conocimiento publico el ozono es el filtro solar natural de la Tierra, el espesor de la capa se ve notablemente disminuido por causa de la contaminación proveniente de la superficie, siendo particularmente destructivos los productos cloro-fluor-carbonados presentes en gases de aire acondicionado, aerosoles, matafuegos, etc.

Ya se observan consecuencias de su desaparición, como ser, aumento de los casos de cáncer de piel y melanomas malignos, disminución del planktum oceánico, disminución de los procesos de fotosíntesis, cambios en la genética humana, aumento de la temperatura global y los cambios climáticos que esto implica.

Hay una relación entre el ozono y las turbulencias, pues provoca el aumento del gradiente de temperatura dando como consecuencia el aumento de la cizalladura vertical del viento, haciendose también presente en las turbulencias de aire claro.

En verano el ozono puede descender hasta la superficie, puede dar origen a irritación en ojos, boca y garganta, es causa de disminución de la visión nocturna y puede originar problemas respiratorios después de tres horas de exposición.

Se debe, en lo posible, evitar los niveles de vuelo donde haya presencia de ozono por el bien del planeta y los pasajeros. Utilizando filtros catalíticos, el ozono puede eliminarse del aire introducido en la cabina aunque no se ha encontrado una solución eficaz a la corrosión que causa.

La Ionosfera : Es la porción de la atmósfera que posee una gran cantidad de electrones libres, lo que afecta notablemente la propagación de ondas electromagnéticas.

Las ondas sufren una reflexión en la alta atmósfera y luego vuelven a la superficie en forma de eco, en algunas ocasiones se forman unas zonas de silencio entre el eco y la estación transmisora.

La reflexión es producida por la gran concentración de electrones en las capas altas de la atmósfera, se pensó en principio en una sola capa reflectora, luego investigaciones posteriores hallaron varias mas, debido a la tendencia de distribuirse en forma estratificada que poseen los electrones.

Debajo de los 60 km de altitud la concentración de electrones forma estratificada es casi nula, encontrandose las capas mas definidas entre los 90 y 400 km, capas que sufren marcadas variaciones entre la noche y el día, debido a que, la formación de electrones libres esta relacionada con la radiación ultravioleta y el bombardeo de partículas (fig 2).

Figura 2: capas de la Ionosfera.

La Ionosfera se divide en regiones, utilizando como referencia la frecuencia critica de penetración de las ondas electromagnéticas, determinandose las siguientes :

Capa D : Situada entre los 60 y 100 km de altitud no se encuentra muy bien definida, la concentración de electrones es baja, no tiene mucho poder de reflexión de ondas, mas bien es absorbente de las mismas y desaparece de noche.

Capa E : Su espesor varia de 10 a 40 km y se encuentra entre 90 y 130 km de altitud, es muy reflectante debido a la alta concentración de electrones libres.

Capa F1 : Su altitud varia entre 160 y 280 km según la hora del día, siendo mas baja en el mediodía y la mas alta en la salida y la puesta del sol, su espesor es del doble de las capas anteriores y se comporta como la capa E.

Capa F2 : Su altitud varia entre 280 y 350 km y su espesor oscila entre 60 y 200 km, si bien puede hacerse muy delgada mantiene la concentración de electrones aunque con un detrimento de la cantidad total, teniendo la densidad máxima de electrones en pleno invierno al revés de lo que ocurre con las capas F1 y E. Durante la noche la capa F1 asciende fundiendose con la F2 formando así la denominada capa F.

Capa G : Hasta ahora es la capa mas alta conocida, se sitúa entre los 500 y 600 km durante el día, no se tiene información precisa de su altitud durante la noche, de hecho es la capa sobre la que menos conocimientos se tiene, como la atmósfera a la altura a la que se presenta esta capa es un gas tan enrarecido, difícilmente pueda tener una gran concentración de electrones libres.

Las ondas mas afectadas son las de medium frequency (MF) y la mitad inferior de high frequency (HF).

En baja y media frecuencia, durante el día, el alcance depende de la potencia del emisor y por acción de la capa D casi no hay hondas reflejadas, siendo las marcaciones de los radio-ayudas precisas. En cambio de noche el alcance aumenta notoriamente, pues desaparece la capa D, como persisten la E y la F aparecen componentes reflejadas a gran distancia, esto causa en ciertos momentos la aparición de marcaciones azimutales erróneas y cambiantes, a esto se lo conoce como "efecto noche".

La actividad solar afecta y modifica directamente la estructura de la ionosfera, esto provoca el efecto conocido como "fading" en baja (LF) y media (MF) frecuencia.

Existen tres tipos de perturbaciones :

Perturbaciones Ionosféricas súbitas (SID) : Causan un fuerte aumento de la absorción de la capa D, esto provoca la atenuación de las señales, pudiendo hacerlas desaparecer por periodos de un par de horas.

Tormentas Ionosféricas : Disminuyen el poder de reflexión de la capa F y por ende el alcance de las transmisiones.

Tormentas magnéticas : Se relacionan directamente con las auroras boreales y causan fluctuaciones notorias en el campo magnético.

En la actualidad se esta recurriendo a equipos de alta frecuencia que prácticamente no se ven afectados por estas perturbaciones.

 

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