Capas atmosféricas

La atmósfera terrestre se organiza en cuatro capas bien diferenciadas, cada una definida por la variación de la temperatura con la altitud y no por la composición (que se mantiene en torno al 78% de N2 y el 21% de O2 hasta aproximadamente 100 km gracias a la mezcla turbulenta). La troposfera se extiende desde la superficie hasta unos 12 km en latitudes medias (8 km en los polos, 18 km sobre el ecuador) y alberga cerca del 75% de la masa atmosférica y prácticamente todo el vapor de agua. La temperatura disminuye a razón del gradiente adiabático ambiental de unos 6,5 K por km porque la superficie es la fuente de calor: la luz solar calienta el suelo, que a su vez calienta el aire inmediatamente superior, de modo que la troposfera alta queda privada de calor, alcanzando en torno a -56 C en la tropopausa. La estratosfera invierte esta tendencia y asciende desde -56 C hasta aproximadamente 0 C en la estratopausa, cerca de los 50 km, porque la capa de ozono (con su máximo cerca de los 25 km) absorbe la radiación ultravioleta B y C y convierte directamente esa energía en calor.

Por encima de la estratopausa la temperatura vuelve a descender a lo largo de la mesosfera, ya que no existe ninguna fuente de calor significativa: el ozono ha desaparecido prácticamente y el gas es demasiado tenue para absorber mucho infrarrojo procedente de abajo. La mesopausa, cerca de los 85 km, es el lugar más frío del sistema terrestre, con aproximadamente -90 C, temperatura suficiente para que el escaso vapor de agua presente se congele formando nubes noctilucentes de hielo. Los meteoros se desintegran en la mesosfera porque la densidad del gas es ya lo bastante elevada para generar calentamiento por fricción, aunque todavía lo suficientemente baja para que el frenado no sea destructivo a velocidades orbitales. Por encima de los 85 km, la termosfera absorbe el UV extremo y los rayos X solares directamente en la ionización atómica, lo que eleva las temperaturas hasta entre 1500 y 2500 C en el máximo solar; sin embargo, la densidad del gas es tan baja (menos de una milmillonésima parte de la del nivel del mar) que un astronauta percibiría frío por pérdida radiativa. La Estación Espacial Internacional orbita a 400 km, bien dentro de esta capa, y las auroras, entre 100 y 300 km, señalan el lugar donde los electrones del viento solar colisionan con iones de oxígeno y nitrógeno.