La estratosfera ( / s t r æ t ə ˌ s f ɪər , - t oʊ - / [3] [4] ) es la segunda capa principal de la atmósfera de la Tierra , justo encima de la troposfera , y por debajo de la mesosfera . La estratosfera está estratificada (estratificada) en temperatura, con capas más cálidas más altas y capas más frías más cerca de la Tierra; este aumento de temperatura con la altitud es el resultado de la absorción de la radiación ultravioleta del sol (UV acortada) por la capa de ozono . [5]Esto contrasta con la troposfera, cerca de la superficie de la Tierra, donde la temperatura disminuye con la altitud. El límite entre la troposfera y la estratosfera, la tropopausa , marca el inicio de esta inversión térmica. Cerca del ecuador, el borde inferior de la estratosfera tiene una altura de 20 km (66.000 pies; 12 millas), en latitudes medias alrededor de 10 km (33.000 pies; 6,2 millas) y en los polos unos 7 km (23.000 pies; 4,3 millas). ) [5] Las temperaturas oscilan entre un promedio de -51 ° C (-60 ° F; 220 K) cerca de la tropopausa hasta un promedio de -15 ° C (5.0 ° F; 260 K) cerca de la mesosfera. [6] Las temperaturas estratosféricas también varían dentro de la estratosfera a medida que cambian las estaciones, alcanzando temperaturas particularmente bajas en la noche polar (invierno). [7] Los vientos en la estratosfera pueden superar con creces a los de la troposfera, alcanzando cerca de 60 m / s (220 km / h; 130 mph) en el vórtice del polo sur . [7]
Ozono y temperatura
El mecanismo que describe la formación de la capa de ozono fue descrito por el matemático británico Sydney Chapman en 1930. [8] El oxígeno molecular absorbe la luz solar de alta energía en la región UV-C, a longitudes de onda más cortas de aproximadamente 240 nm. Los radicales producidos a partir de las moléculas de oxígeno divididas homolíticamente se combinan con el oxígeno molecular para formar ozono. El ozono, a su vez, se fotoliza mucho más rápidamente que el oxígeno molecular, ya que tiene una absorción más fuerte que se produce a longitudes de onda más largas, donde la emisión solar es más intensa. La fotólisis del ozono (O 3 ) produce O y O 2 . El producto del átomo de oxígeno se combina con el oxígeno molecular atmosférico para reformar el O 3 , liberando calor. La rápida fotólisis y reformación del ozono calienta la estratosfera, lo que da como resultado una inversión de temperatura. Este aumento de temperatura con la altitud es característico de la estratosfera; su resistencia a la mezcla vertical significa que está estratificado. Dentro de la estratosfera, las temperaturas aumentan con la altitud (ver inversión de temperatura ) ; la parte superior de la estratosfera tiene una temperatura de aproximadamente 270 K (-3 ° C o 26,6 ° F ). [9]
Esta estratificación vertical , con capas más cálidas arriba y capas más frías abajo, hace que la estratosfera sea dinámicamente estable: no hay convección regular y turbulencia asociada en esta parte de la atmósfera. Sin embargo, los procesos de convección excepcionalmente energéticos, como las columnas de erupción volcánica y las cimas que se sobrepasan en las tormentas eléctricas supercélulas severas , pueden llevar la convección a la estratosfera de manera muy local y temporal. En general, la atenuación de los rayos ultravioleta solar en longitudes de onda que dañan el ADN por la capa de ozono permite que exista vida en la superficie del planeta fuera del océano. Todo el aire que ingresa a la estratosfera debe pasar por la tropopausa, la temperatura mínima que divide la troposfera y la estratosfera. El aire ascendente se liofiliza literalmente; la estratosfera es un lugar muy seco. La parte superior de la estratosfera se llama estratopausa , por encima de la cual la temperatura disminuye con la altura.
Sydney Chapman dio una descripción correcta de la fuente de ozono estratosférico y su capacidad para generar calor dentro de la estratosfera; También escribió que el ozono puede destruirse al reaccionar con oxígeno atómico, formando dos moléculas de oxígeno molecular. Ahora sabemos que existen mecanismos adicionales de pérdida de ozono y que estos mecanismos son catalíticos, lo que significa que una pequeña cantidad del catalizador puede destruir una gran cantidad de moléculas de ozono. El primero se debe a la reacción de los radicales hidroxilo (• OH) con el ozono. • El OH se forma por reacción de átomos de oxígeno excitados eléctricamente producidos por fotólisis de ozono, con vapor de agua. Mientras la estratosfera está seca, la oxidación fotoquímica del metano (CH 4 ) produce vapor de agua adicional in situ . El radical HO 2 producido por la reacción de OH con O 3 se recicla a OH por reacción con átomos de oxígeno u ozono. Además, los eventos de protones solares pueden afectar significativamente los niveles de ozono a través de la radiólisis con la posterior formación de OH. El óxido nitroso (N 2 O) se produce por actividad biológica en la superficie y se oxida a NO en la estratosfera; los llamados ciclos de radicales NOx también agotan el ozono estratosférico. Finalmente, las moléculas de clorofluorocarbono se fotolizan en la estratosfera liberando átomos de cloro que reaccionan con el ozono dando ClO y O 2 . Los átomos de cloro se reciclan cuando el ClO reacciona con el O en la estratosfera superior, o cuando el ClO reacciona consigo mismo en la química del agujero de ozono antártico.
Paul J. Crutzen, Mario J. Molina y F. Sherwood Rowland recibieron el Premio Nobel de Química en 1995 por su trabajo que describe la formación y descomposición del ozono estratosférico. [10]
Vuelo en avion
Los aviones comerciales suelen navegar a altitudes de 9 a 12 km (30 000 a 39 000 pies) que se encuentran en los tramos más bajos de la estratosfera en latitudes templadas. [12] Esto optimiza la eficiencia del combustible , principalmente debido a las bajas temperaturas que se encuentran cerca de la tropopausa y la baja densidad del aire, lo que reduce la resistencia parásita en la estructura del avión . Dicho de otra manera, permite que el avión vuele más rápido mientras mantiene la sustentación igual al peso del avión. (El consumo de combustible depende de la resistencia, que está relacionada con la sustentación por la relación sustentación / resistencia ). También permite que el avión se mantenga por encima del clima turbulento de la troposfera.
El avión Concorde navegó a Mach 2 a unos 19.000 m (62.000 pies), y el SR-71 navegó a Mach 3 a 26.000 m (85.000 pies), todo dentro de la estratosfera.
Debido a que la temperatura en la tropopausa y la estratosfera inferior es en gran parte constante al aumentar la altitud, allí se produce muy poca convección y la turbulencia resultante. La mayor parte de la turbulencia a esta altitud es causada por variaciones en la corriente en chorro y otras cizalladuras del viento locales, aunque las áreas de actividad convectiva significativa ( tormentas eléctricas ) en la troposfera de abajo pueden producir turbulencia como resultado del sobreimpulso convectivo .
El 24 de octubre de 2014, Alan Eustace se convirtió en el poseedor del récord por alcanzar el récord de altitud para un globo tripulado a 135,890 pies (41,419 m). [13] Eustace también rompió los récords mundiales de paracaidismo de velocidad vertical, alcanzado con una velocidad máxima de 1.321 km / h (822 mph) y una distancia total de caída libre de 123.414 pies (37.617 m), con una duración de cuatro minutos y 27 segundos. [14]
Circulación y mezcla
La estratosfera es una región de intensas interacciones entre procesos radiativos, dinámicos y químicos, en la que la mezcla horizontal de componentes gaseosos se produce mucho más rápidamente que la mezcla vertical. La circulación general de la estratosfera se denomina circulación de Brewer-Dobson , que es una circulación unicelular, que se extiende desde los trópicos hasta los polos, que consiste en el afloramiento tropical de aire de la troposfera tropical y el afloramiento extratropical de aire. . La circulación estratosférica es una circulación predominantemente impulsada por las olas en la que el afloramiento tropical es inducido por la fuerza de las olas por las ondas de Rossby que se propagan hacia el oeste , en un fenómeno llamado bombeo de ondas de Rossby.
Una característica interesante de la circulación estratosférica es la oscilación cuasi-bienal (QBO) en las latitudes tropicales, que es impulsada por ondas de gravedad que se generan por convección en la troposfera . La QBO induce una circulación secundaria que es importante para el transporte estratosférico global de trazadores, como el ozono [15] o el vapor de agua .
Otra característica a gran escala que influye significativamente en la circulación estratosférica son las ondas planetarias que rompen [16], lo que resulta en una intensa mezcla cuasi-horizontal en las latitudes medias. Esta ruptura es mucho más pronunciada en el hemisferio invernal, donde esta región se llama zona de surf. Esta ruptura se debe a una interacción altamente no lineal entre las ondas planetarias que se propagan verticalmente y la región aislada de vorticidad de alto potencial conocida como vórtice polar . La rotura resultante provoca una mezcla a gran escala de aire y otros gases traza en toda la zona de oleaje de latitudes medias. La escala de tiempo de esta rápida mezcla es mucho más pequeña que las escalas de tiempo mucho más lentas de surgencia en los trópicos y surgencia en los extratrópicos.
Durante los inviernos del hemisferio norte , se pueden observar calentamientos estratosféricos repentinos , causados por la absorción de las ondas de Rossby en la estratosfera, en aproximadamente la mitad de los inviernos cuando los vientos del este se desarrollan en la estratosfera. Estos eventos a menudo preceden a un clima invernal inusual [17] e incluso pueden ser responsables de los fríos inviernos europeos de la década de 1960. [18]
El calentamiento estratosférico del vórtice polar provoca su debilitamiento. [19] Cuando el vórtice es fuerte, mantiene las masas de aire frío y de alta presión contenidas en el Ártico ; cuando el vórtice se debilita, las masas de aire se mueven hacia el ecuador y provocan cambios rápidos de clima en las latitudes medias.
La vida
Bacterias
La vida bacteriana sobrevive en la estratosfera, lo que la convierte en parte de la biosfera . [20] En 2001, se recogió polvo a una altura de 41 kilómetros en un experimento con globos a gran altitud y se descubrió que contenía material bacteriano cuando se examinó más tarde en el laboratorio. [21]
Aves
Se ha informado que algunas especies de aves vuelan a los niveles superiores de la troposfera. El 29 de noviembre de 1973, un buitre de Rüppell ( Gyps rueppelli ) fue ingerido en un motor a reacción a 11,278 m (37,000 pies) sobre Costa de Marfil , y los gansos con cabeza de barra ( Anser indicus ) supuestamente sobrevuelan la cima del Monte Everest , que tiene 8.848 m (29.029 pies). [22] [23] [24]
Descubrimiento
En 1902, Léon Teisserenc de Bort de Francia y Richard Assmann de Alemania, en publicaciones separadas pero coordinadas y tras años de observaciones, publicaron el descubrimiento de una capa isotérmica a unos 11-14 km, que es la base de la estratosfera inferior. Esto se basó en perfiles de temperatura de globos instrumentados en su mayoría no tripulados y algunos tripulados. [25]
Ver también
- Le Grand Saut
- Lockheed U-2
- Sobrepasando la parte superior
- El agotamiento de la capa de ozono
- Paris Gun (el proyectil fue el primer objeto artificial en alcanzar la estratosfera)
- Proyecto Perlan
- Proyecto Excelsior , récord mundial de salto más alto registrado
- Red Bull Stratos
- RQ-4 Global Hawk
- Techo de servicio
- Rayo de la atmósfera superior
Referencias
- ^ "Título de ISS022-E-062672" . NASA . Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2012 . Consultado el 21 de septiembre de 2012 .
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enlaces externos
- Mapa actual de vientos y temperaturas globales al nivel de 10 hPa.