El viento te empuja
¿Qué muestra?
Que el aire tiene masa. Algo sin masa no podría empujarte ni volar un techo.
Qué necesitás traer
- Unidad 2 del programa
Recordatorio corto: una mezcla tiene composición variable y sus componentes conservan sus propiedades; una sustancia tiene composición fija. Vamos a aplicar esa distinción al aire, y después a mirar qué le pasa a ese aire a medida que subimos.
Desarrollo
Leer la explicación
Qué vemos
El aire no se ve, no se huele y casi no se siente. Es fácil pensar que ahí arriba no hay nada. Pero tres observaciones cotidianas dicen lo contrario.
Cuesta respirar en la montaña
¿Qué muestra?
Que no hay la misma cantidad de aire a todas las alturas. Arriba hay menos.
Las estrellas fugaces se consumen
¿Qué muestra?
Que todavía hay aire a 80 km de altura: lo suficiente para que una piedra se frene y se encienda.
La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra y que la gravedad mantiene pegada al planeta. Esa última parte importa: los gases no se escapan porque la Tierra los atrae, igual que atrae a cualquier otra cosa con masa.
De qué está hecha
| Gas | Proporción en volumen | Qué conviene saber |
|---|---|---|
| Nitrógeno ($\mathrm{N_2}$) | $78{,}08\ \%$ | Es casi cuatro quintos del aire, y casi no reacciona con nada. |
| Oxígeno ($\mathrm{O_2}$) | $20{,}95\ \%$ | El que usás al respirar y el que hace falta para que algo se queme. |
| Argón ($\mathrm{Ar}$) | $0{,}934\ \%$ | Un gas noble: está ahí y no participa de nada. |
| Dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) | $0{,}04\ \%$ | Una porción minúscula y, aun así, decide la temperatura del planeta. Por qué, es el tema del módulo C. |
| Vapor de agua ($\mathrm{H_2O}$) | variable | De casi cero en un desierto frío a cerca del 4 % en un día húmedo de verano. |
Dos cosas para mirar en esa tabla.
- El aire es una mezcla, no una sustancia: las proporciones varían según el lugar y la altura, y cada gas conserva sus propiedades. Es además una mezcla homogénea, porque no se distinguen sus componentes ni con microscopio.
- El $\mathrm{CO_2}$ es $0{,}04\ \%$. Es una cantidad ridícula comparada con la del nitrógeno, y sin embargo mover ese número unas centésimas cambia el clima del planeta. Guardá esa rareza: la resolvemos en la clase 8.
Casi todo el aire está acá abajo
La atmósfera llega a miles de kilómetros, pero no está repartida pareja. El 75 % de su masa está en los primeros $11\ \mathrm{km}$, que es menos del uno por mil de su altura total.
La razón es la gravedad. El aire de arriba apoya sobre el de abajo y lo comprime, así que la densidad es máxima al nivel del mar y baja a medida que subís. No hay un borde: la atmósfera se va haciendo cada vez más tenue hasta confundirse con el espacio.
Pista: si el planeta midiera lo que una pelota de fútbol, la franja donde ocurre todo el clima sería más fina que la cáscara de la pelota.
Las cinco capas
Si subieras en un globo midiendo la temperatura, no la verías bajar todo el tiempo. Baja, después sube, después vuelve a bajar y después sube otra vez. Esos cambios de sentido son los que separan las capas.
Capa por capa
Troposfera
0 a 12 kmQué pasa con la temperatura
Baja $6{,}5\ \mathrm{^\circ C}$ por cada kilómetro que subís. Por eso hay nieve en la cima de una montaña y no al pie.
Por qué importa
Acá está casi toda la masa del aire y acá ocurre el clima: las nubes, la lluvia, el viento y las tormentas.
Estratosfera
12 a 50 kmQué pasa con la temperatura
Se da vuelta: en lugar de bajar, sube.
Por qué
Porque ahí está la capa de ozono, que absorbe la radiación ultravioleta del Sol. Esa energía absorbida calienta más el aire de arriba que el de abajo. Es también el escudo que protege a la vida de esa radiación.
Mesosfera
50 a 80 kmQué pasa con la temperatura
Vuelve a bajar, hasta unos $-80\ \mathrm{^\circ C}$: es la zona más fría de toda la atmósfera.
Por qué importa
Es donde se desintegran los meteoroides. Las estrellas fugaces que ves son piedras frenándose contra este aire.
Termosfera
80 a 700 kmQué pasa con la temperatura
Sube muchísimo, porque las pocas partículas que quedan absorben la radiación más energética del Sol.
Por qué importa
Acá se producen las auroras, y acá orbita la Estación Espacial Internacional.
Exosfera
700 a 10 000 kmQué pasa
Queda tan poco gas que las partículas casi no chocan entre sí. Algunas escapan al espacio.
Por qué importa
Es el límite difuso entre la atmósfera y el espacio. No hay una línea: hay una transición.
Una trampa con la termosfera
En la termosfera la temperatura puede pasar los $1000\ \mathrm{^\circ C}$ y, sin embargo, ahí no te quemarías: te congelarías.
Pensá antes de abrir: ¿cómo puede estar a 1000 °C y no quemarte?
Ver una respuesta para comparar con la tuya
Porque la temperatura mide qué tan rápido se mueven las partículas, y el calor que te transfieren depende además de cuántas sean. En la termosfera las pocas partículas que quedan se mueven rapidísimo, así que la temperatura es altísima; pero son tan pocas que casi no chocan contra vos, y la energía que te pasan es mínima.
Es la misma distinción entre calor y temperatura que viste en la Unidad 2, llevada a un caso extremo.
Animación
Descripción de la animación
La atmósfera no es una sola cosa: se divide en capas, y lo que las separa no es un cambio de material sino un cambio en el comportamiento de la temperatura.
Al subir desde el suelo, la temperatura baja: unos 6,5 grados por cada kilómetro. Eso es la troposfera, que llega hasta unos 12 km, y es donde ocurre prácticamente todo el clima. Pero a partir de ahí la temperatura empieza a subir, y eso es raro. Es la estratosfera, y sube porque el ozono absorbe la radiación ultravioleta y se calienta.
Más arriba, en la mesosfera, vuelve a bajar, hasta unos 80 grados bajo cero: es la zona más fría de toda la atmósfera, porque ya no queda casi nada que absorba radiación. Y todavía más arriba, en la termosfera, vuelve a subir muchísimo, porque las pocas partículas que hay reciben la radiación más energética de todas.
Así que la temperatura cambia de sentido cuatro veces al subir, y en cada tramo la explicación es la misma pregunta: quién está absorbiendo la radiación acá.
Un último dato que suele sorprender: el 75 por ciento de toda la masa de la atmósfera está en los primeros 11 kilómetros. Comparada con el tamaño del planeta, la atmósfera es finísima.
Fuentes de la animación: NOAA, Layers of the Atmosphere (límites de las capas, gradiente de la troposfera y distribución de la masa). Esquema, no está a escala real: las capas se dibujan todas del mismo alto, aunque sus espesores reales son muy distintos.
Simuladores para esta clase
Opcional: simuladores interactivos que van con el tema de esta clase. Se pueden abrir antes o después de la explicación.
Láminas para descargar
Las cinco capas de la atmósfera
De qué está hecho el aire
Actividades
1. Subir diez kilómetros
En la troposfera la temperatura baja $6{,}5\ \mathrm{^\circ C}$ por kilómetro.
- Si al nivel del mar hay $20\ \mathrm{^\circ C}$, ¿qué temperatura habría a $3\ \mathrm{km}$? ¿Y a $10\ \mathrm{km}$, la altura a la que vuela un avión de línea?
- Escribí la cuenta, no solo el resultado, y poné las unidades en cada paso.
- El Aconcagua mide $6961\ \mathrm{m}$. Si en Mendoza hay $28\ \mathrm{^\circ C}$, estimá la temperatura en la cumbre. Después explicá por qué es una estimación y no un dato: ¿qué supone tu cuenta que en la realidad no siempre se cumple?
2. Ordenar las capas por dos criterios
- Ordená las cinco capas de más fría a más caliente.
- Ordená las cinco capas de menor a mayor altura.
- Las dos listas no coinciden. Explicá por escrito por qué la temperatura no baja de forma continua a medida que subís, nombrando qué absorbe energía en la estratosfera y qué en la termosfera.
3. Una mezcla, no una sustancia
Escribí una respuesta ordenada en tres partes. Solo cuentan como evidencia los datos de la tabla de composición de esta clase.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación, tanto si acertaste como si no: leela aunque hayas acertado.
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