Estratosfera: características, funciones, temperatura
La estratosfera es una de las capas de la atmósfera terrestre, ubicada entre la troposfera y la mesosfera. La altitud del límite inferior de la estratosfera varía, pero se puede tomar como 10 km para las latitudes medias del planeta. Su límite superior son los 50 km de altitud sobre la superficie de la Tierra.
La atmósfera terrestre es la envoltura gaseosa que rodea al planeta. De acuerdo a la composición química y a la variación de la temperatura, se divide en 5 capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.
La troposfera se extiende desde la superficie de la Tierra hasta los 10 km de altura. La siguiente capa, la estratosfera, va desde los 10 km hasta los 50 km de altura sobre la superficie terrestre.
La mesosfera abarca desde los 50 km hasta los 80 km de altura. La termosfera desde los 80 km hasta los 500 km, y finalmente la exosfera se extiende desde los 500 km hasta los 10.000 km de altura, siendo el límite con el espacio interplanetario.
Índice del artículo
- 1 Características de la estratosfera
- 2 Temperatura
- 3 Formación de ozono
- 4 Funciones
- 5 Destrucción de la capa de ozono
- 6 ¿Por qué los aviones no vuelan en la estratosfera?
- 7 Referencias
La estratosfera está ubicada entre la troposfera y la mesosfera. El límite inferior de esta capa varía con la latitud o distancia a la línea ecuatorial terrestre.
En los polos del planeta, la estratosfera comienza entre los 6 y los 10 km de altura sobre la superficie terrestre. En el ecuador comienza entre los 16 y los 20 km de altitud. El límite superior es de 50 km sobre la superficie de la Tierra.
La estratosfera tiene su propia estructura en capas, las cuales se definen por la temperatura: las capas frías están en la parte inferior, y las capas calientes se encuentran en la parte superior.
También, la estratosfera presenta una capa donde hay alta concentración de ozono, llamada la capa de ozono u ozonosfera, la cual está entre los 30 a 60 km de altura sobre la superficie terrestre.
El compuesto químico más importante de la estratosfera es el ozono. Un 85 a 90% del ozono total presente en la atmósfera terrestre se encuentra en la estratosfera.
El ozono se forma en la estratosfera por medio de una reacción fotoquímica (reacción química donde interviene la luz) que sufre el oxígeno. Gran parte de los gases que hay en la estratosfera ingresan desde la troposfera.
La estratosfera contiene ozono (O3), nitrógeno (N2), oxígeno (O2), óxidos de nitrógeno, ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico (H2SO4), silicatos y compuestos halogenados, como los clorofluorocarbonados. Algunas de estas sustancias provienen de erupciones volcánicas. La concentración de vapor de agua (H2O en estado gaseoso) en la estratosfera, es muy baja.
En la estratosfera la mezcla de los gases en sentido vertical es muy lenta y prácticamente nula, por la ausencia de turbulencia. Por esta razón, los compuestos químicos y otros materiales que ingresan en esta capa permanecen en ella por mucho tiempo.
La temperatura en la estratosfera presenta un comportamiento inverso al que tiene en la troposfera. En esta capa la temperatura aumenta con la altitud.
Este aumento de temperatura se debe a la ocurrencia de reacciones químicas que liberan calor, donde interviene el ozono (O3). En la estratosfera hay cantidades considerables de ozono, el cual absorbe la radiación ultravioleta de alta energía proveniente del Sol.
La estratosfera es una capa estable, sin turbulencia que mezclen los gases. El aire es frío y denso en la parte más baja y en la parte más alta es caliente y ligero.
En la estratosfera el oxígeno molecular (O2) se disocia por efecto de la radiación ultravioleta (UV) proveniente del Sol:
O2 + LUZ UV → O + O
Los átomos de oxígeno (O) son altamente reactivos y reaccionan con moléculas de oxígeno (O2) para formar el ozono (O3):
O + O2 → O3 + Calor
En este proceso se libera calor (reacción exotérmica). Esta reacción química es la fuente de calor en la estratosfera y origina sus altas temperaturas en las capas superiores.
La estratosfera cumple una función protectora de todas las formas de vida que existen en el planeta Tierra. La capa de ozono evita que llegue a la superficie terrestre la radiación ultravioleta (UV) de alta energía.
El ozono absorbe la luz ultravioleta y se descompone en oxígeno atómico (O) y oxígeno molecular (O2), según muestra la siguiente reacción química:
O3 + LUZ UV → O + O2
En la estratosfera, los procesos de formación y destrucción del ozono están en un equilibrio que mantiene su concentración constante.
De esta manera, la capa de ozono funciona como un escudo protector de la radiación UV, la cual es causa de mutaciones genéticas, cáncer de piel, destrucción de cultivos y plantas en general.
Desde la década de 1970 los investigadores han expresado su gran preocupación por los efectos dañinos de los compuestos clorofluorocarbonados (CFC) sobre la capa de ozono.
En 1930 se introdujo el uso de los compuestos clorofluorocarbonados llamados comercialmente freones. Entre estos están el CFCl3 (freón 11), el CF2Cl2 (freón 12), C2F3Cl3 (freón 113) y C2F4Cl2 (freón 114). Estos compuestos son fácilmente compresibles, relativamente poco reactivos y no inflamables.
Se comenzaron a utilizar como refrigerantes en aires acondicionados y refrigeradores, sustituyendo al amoníaco (NH3) y al dióxido de azufre (SO2) líquido (altamente tóxico).
Posteriormente, los CFC se han empleado en grandes cantidades en la fabricación de artículos plásticos desechables, como propulsores de productos comerciales en forma de aerosoles en lata, y como solventes para limpieza de tarjetas de dispositivos electrónicos.
El uso generalizado y en grandes cantidades de los CFC ha originado un grave problema ambiental, ya que los utilizados en industrias y usos refrigerantes se vierten a la atmósfera.
En la atmósfera estos compuestos se difunden lentamente hacia la estratosfera; en esta capa sufren descomposición por efecto de la radiación UV:
CFCl3 → CFCl2 + Cl
CF2Cl2 → CF2Cl + Cl
Los átomos de cloro reaccionan muy fácilmente con el ozono y lo destruyen:
Cl + O3 → ClO + O2
Un solo átomo de cloro puede destruir más de 100.000 moléculas de ozono.
Los óxidos de nitrógeno NO y NO2 reaccionan destruyendo al ozono. La presencia de estos óxidos de nitrógeno en la estratosfera se debe a los gases emitidos por los motores de los aviones supersónicos, a emisiones provenientes de actividades humanas en la Tierra, y a la actividad volcánica.
En la década de 1980 se descubrió que se había formado un orificio en la capa de ozono encima de la zona del Polo Sur. En esta zona la cantidad de ozono se había reducido a la mitad.
También se descubrió que encima del Polo norte y en toda la estratosfera, la capa protectora de ozono se ha adelgazado, es decir, ha reducido su ancho porque la cantidad de ozono ha disminuido considerablemente.
La pérdida del ozono en la estratosfera tiene consecuencias graves para la vida en el planeta, y varios países han aceptado que es necesaria y urgente una reducción drástica o una eliminación completa del uso de los CFC.
En 1978 muchos países prohibieron el uso de los CFC como propulsores de los productos comerciales en forma de aerosoles. En 1987 la gran mayoría de los países industrializados firmó el llamado Protocolo de Montreal, acuerdo internacional donde se fijaron metas para la reducción gradual de la fabricación de CFC y su eliminación total en el año 2000.
Varios países han incumplido el Protocolo de Montreal, debido a que esta reducción y eliminación de los CFC afectaría a su economía, anteponiendo los intereses económicos a la preservación de la vida en el planeta Tierra.
Durante el vuelo de un avión actúan 4 fuerzas básicas: la sustentación, el peso del avión, la resistencia y el empuje.
La sustentación es una fuerza que sostiene al avión y lo empuja hacia arriba; a mayor densidad del aire, mayor es la sustentación. El peso, por el contrario, es la fuerza con la que la gravedad terrestre atrae al avión hacia el centro de la Tierra.
La resistencia es una fuerza que retarda o impide el avance del avión. Esta fuerza de resistencia actúa en la dirección contraria a la trayectoria del avión.
El empuje es la fuerza que mueve al avión hacia adelante. Como vemos, el empuje y la sustentación favorecen el vuelo; el peso y la resistencia actúan desfavoreciendo el vuelo del avión.
Los aviones comerciales y civiles a cortas distancias, vuelan aproximadamente a 10.000 metros de altura, es decir, en el límite superior de la tropósfera.
En todos los aviones es necesario que haya presurización de la cabina, que consiste en el bombeo de aire comprimido en la cabina del avión.
A medida que el avión asciende a mayores alturas, la presión atmosférica externa disminuye y también desciende el contenido de oxígeno.
Si no se suministrase aire presurizado a la cabina, los pasajeros sufrirían de hipoxia (o mal de montaña), con síntomas como fatiga, mareos, dolor de cabeza y pérdida de conciencia por la falta de oxígeno.
Si ocurriese un fallo en el suministro de aire comprimido a la cabina o una descompresión, se presentaría una emergencia donde el avión debe descender de inmediato, y todos sus ocupantes deberían usar las máscaras de oxígeno.
A alturas mayores de 10.000 metros, en la estratosfera, la densidad de la capa gaseosa es menor, y por tanto la fuerza de sustentación que favorece el vuelo también es menor.
Por otra parte, a estas grandes alturas el contenido de oxígeno (O2) en el aire es menor, y este se requiere tanto para la combustión del combustible diesel que hace funcionar al motor del avión, como para una efectiva presurización en la cabina.
A alturas mayores de 10.000 metros sobre la superficie terrestre, el avión tiene que ir a velocidades muy altas, llamadas supersónicas, llegando a superar los 1.225 km/hora al nivel del mar.
Los vuelos supersónicos producen las llamadas explosiones sónicas, que son ruidos muy altos parecidos a los truenos. Estos ruidos impactan negativamente a animales y a humanos.
Adicionalmente, estos aviones supersónicos necesitan usar más combustible, y por lo tanto producen más contaminantes atmosféricos que los aviones que vuelan a menores alturas.
Los aviones supersónicos requieren de motores mucho más potentes y materiales especiales costosos para su fabricación. Los vuelos comerciales resultaron tan costosos económicamente que su puesta en práctica no ha sido rentable.
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