La energía y el aire (VII). El aire atmosférico y la radiación solar

25 de marzo de 2016

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Bruno Henríquez

 

Lo esencial es invisible para los ojos.
Antoine de Saint Exupéry
El Principito

La interacción del aire con la parte invisible del espectro electromagnético es fuente de algunos de los fenómenos que experimentamos cada día y fundamentales para la existencia de la vida en la Tierra.
La luz visible es solo una parte del espectro de las radiaciones electromagnéticas, existe una parte de él que, aunque no vemos, transporta también la energía. La parte del espectro que corresponde a las frecuencias más bajas comienza en el extremo rojo de la banda visible y abarca desde el infrarrojo cercano al lejano, las microondas y las ondas de radio. Desde el extremo violeta de la banda visible y aumentando las frecuencias se encuentra la región del ultravioleta y se ha dividido en tres grupos ultravioleta cercano, lejano y extremo, luego le siguen radiaciones más penetrantes como las radiaciones. X y gamma.

 

La mayor fuente de la radiación de que se dispone en nuestro planeta es el Sol, aunque hay también otros contribuyentes como el calor tecnológico, el de los volcanes, las llamas y en general de cualquier superficie que emita radiación infrarroja, por su temperatura, y también en el ultravioleta, los emisores de ondas de radio o la radiación emitida por los elementos radiactivos.
Aunque el aire es transparente a la radiación invisible, existe una selectividad espectral que da lugar a los fenómenos de interacción radiación-aire, tal y como existe con la luz visible pero con características propias de cada parte del espectro.
Entre estos fenómenos les comentaré acerca del efecto invernadero, el filtro ultravioleta que propicia la capa de ozono, la existencia de la circulación atmosférica, la inercia térmica de la atmósfera, la inversión de temperatura y el smog en lugares de aire contaminado y el por qué mucha gente cree que la Luna enfría en invierno.
Si bien cuando traté de la radiación visible mencioné los fenómenos de dispersión, refracción y absorción en el caso de la radiación invisible también se pueden mencionar la selectividad espectral, la turbidez, la turbulencia y la convección, además de las características que le dan al aire la humedad, la densidad y los diferentes compuestos disueltos en él.

 

El efecto invernadero

Aunque el aire es transparente a la radiación infrarroja, invisible al ojo humano, algunas de sus componentes si interactúan con ella, como es el caso del CO2 y otros compuestos que absorben la energía de esta parte invisible del espectro, lo que hace que la temperatura del aire aumente por efecto de la radiación solar. El aire también se calienta por conducción al estar en contacto con las superficies calientes; por difusión cuando en él se disuelven otros gases y sustancias a mayor temperatura; y en el transporte de energía que ocurre en el caso de la convección (movimiento ascendente del aire caliente, más ligero, y de descenso del aire frío).
Cuando el aire, por su composición química, es capaz de atrapar la radiación infrarroja, su temperatura aumenta y en la escala atmosférica se comporta como un invernadero.

 

Este efecto invernadero, que en un principio permitió la aparición de la vida y su mantenimiento, al estabilizar el clima, con el aumento de la concentración de los contaminantes en la atmósfera ha traído un aumento de la temperatura que se traduce en un calentamiento global y transformaciones a gran escala que producen el actual cambio climático.
Pero el efecto invernadero ha existido desde antes y es una característica de nuestra atmósfera y en el influyen también las nubes
Las nubes no dejan pasar la luz visible por las reflexiones múltiples en su interior al reflejarse en las numerosas gotas del aerosol que las constituye, y si bien al difuminar la luz esta toma un color blanco o en caso de ser más densas llegar a oscurecerse, en el caso de la radiación infrarroja las nubes constituyen una verdadera barrera térmica, que no deja llegar el calor del sol al suelo, pero como hemos experimentado cada verano, tampoco dejan que el calor de la tierra salga al espacio, y es uno de los aspectos que mantienen la existencia del efecto invernadero natural en nuestra atmósfera.
Este efecto es tan marcado que los viejos solían decir que la luna de enero enfría y hemos experimentado que las nubladas las noches de verano a veces pueden llegar a ser tan calientes como el día.

 

La circulación atmosférica

 

Este mismo fenómeno del calentamiento del aire en contacto con superficies calientes ocurre cada día al salir el sol, e incidir sobre la superficie del planeta; así el aire caliente sube y el frío baja en el fenómeno conocido como convección, Al calentarse, el aire se dilata, se hace más ligero y asciende, dando lugar a zonas de baja presión. Al elevarse el aire caliente, las masas cercanas de aire más denso y frío tienden a ocupar su lugar y se desplazan en forma de viento. En el movimiento de las masas de aire también intervienen otros muchos factores, entre ellos la rugosidad, el albedo y la existencia o no de grandes masas de agua. Por eso lo afectan la presencia de montañas y desiertos y el distinto grado de calentamiento entre las grandes extensiones de tierra y de mar, así como la rotación de la Tierra y los cambios estacionales debido a su desplazamiento alrededor del Sol. Esto da lugar en conjunto a la circulación planetaria de los vientos y además a los vientos locales que afectan a muchas zonas del mundo.

 

El filtro de la capa de ozono

 

 

La radiación ultravioleta procedente del sol al incidir sobre las capas altas de la atmósfera es capaz de ser absorbida por el ozono (O3) el cual se descompone en un átomo de oxígeno (O) y una molécula de oxigeno (O2), esta es una situación inestable pues los átomos vuelven a recombinarse para producir Ozono y emiten energía en forma de calor, con lo que la radiación ultravioleta efectiva no llega a la superficie de la tierra convirtiéndose así, el ozono, una componente “transparente” del aire en una trampa para la radiación ultravioleta. Esta interacción entre la RUV y el ozono es una de las garantías de la vida en nuestro planeta y fue creada precisamente por la abundancia de oxígeno en épocas geológicas anteriores durante la llamada etapa biológica de la evolución de la atmósfera, cuando aparecen los organismos eucariotas, conocidos también como algas azules o bacterias cianoficias que producen un aumento de la concentración de oxígeno y la formación de ozono. La protección contra la radiación ultravioleta de la capa de ozono permitiría, a la larga, la ocupación, de las superficies terrestres emergidas por, los seres vivos.

 

Dada la baja concentración de ozono en la atmósfera, incluso en la zona de mayor concentración, sería más adecuado hablar de pantalla de ozono en lugar de capa de ozono.
La vida en la Tierra se originó así en ausencia de oxígeno molecular, pero el conjunto de reacciones químicas y metabólicas de las procariotas expulsaban el oxígeno como un desecho más, que a la larga dio lugar a una atmósfera oxidante rica en O2, más energética y propicia para otras formas de vida y de este se originó el apantallamiento a las mortales radiaciones ultravioleta a través del ozono.