Función protectora y reguladora de la Atmófera

La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado).

Aproximadamente la mitad de las radiaciones que recibimos,  están comprendidas entre 0.4 μm y 0.7 μm y pueden ser detectadas por el ojo humano, constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta. La porción de esta radiación que no es absorbida por la atmósfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone muchas horas al sol sin protección. La radiación solar se mide normalmente con un instrumento denominado piranómetro.

            La atmósfera absorbe parte de la radiación que llega del Sol antes de que ésta llegue a la superficie sólida del planeta y, además, lo hace de forma selectiva. Estos procesos son de suma importancia para los seres vivos ya que algunas radiaciones, especialmente las de menor longitud de onda, que son más energéticas, producen efectos nocivos (mutaciones, cánceres de piel...). Las capas altas de la atmósfera funcionan como un filtro que protege a los seres vivos de las radiaciones perjudiciales.

• Ionosfera : Absorbe las radiaciones electromagnéticas de onda corta  (λ < 200 nm) o sea, rayos X, rayos  γ  y parte de los ultravioleta. Estas radiaciones son absorbidas por el hidrógeno y el nitrógeno, presentes en ella, y al ionizarse provocan el incremento en la temperatura de esta capa. Aún en dosis moderadas, las radiaciones ionizantes aumentan la probabilidad de contraer cáncer, y esta probabilidad aumenta con la dosis recibida. Además, la exposición a altas dosis de radiación ionizante puede causar quemaduras de la piel, caída del cabello, náuseas, trastornos congénitos...
• Ozonosfera: Se localiza en la estratosfera y en ella se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico (O₃) responsable de la absorción de la radiación ultravioleta, lo que origina el aumento de la temperatura en esta capa.

 El ozono estratosférico se forma y destruye continuamente, lo que origina variaciones diarias y estacionales, en función de la radiación solar.

 Este proceso de formación es más intenso en latitudes bajas donde la insolación es mayor. Sin embargo es en las latitudes altas donde se acumula, debido a la circulación atmosférica que transporta el ozono desde el Ecuador hasta los Polos y en estos la fotólisis es menor al ser menor la radiación solar recibida.

              Al igual que se forma ozono, rápidamente es destruido de forma natural por la radiación UV.

 El efecto invernadero se origina en los primeros 12 km de la atmósfera por la presencia de ciertos gases tales como: vapor de agua, CO₂, CH₄ y N₂O, principalmente. Éstos son transparentes a la radiación visible del Sol, que los atraviesa, pero no a la radiación infrarroja (calor) emitida por la superficie terrestre, previamente calentada por el Sol. Los citados gases, al impedir la salida de gran parte de las radiaciones infrarrojas, las reemiten o devuelven a la Tierra, incrementando la temperatura de la atmósfera. Podríamos afirmar que son como una "manta" que mantiene la temperatura terrestre en torno a unos 15 °C de Tª media.

             La cantidad de calor atrapado dependerá de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera, que no es constante, sino que se  encuentra asociada a múltiples ciclos naturales, como el ciclo del agua y el ciclo del carbono, que resultan de las interacciones de la atmósfera con otros subsistemas terrestres.

             La Luna sin atmósfera y casi a la misma distancia del Sol que la Tierra, tiene una temperatura media 35 °C menor que la Tierra porque no tiene efecto invernadero natural.

            Las nubes absorben radiación de onda larga y la reemiten  hacia la superficie en la noche, pero en las noches con cielos despejados la radiación escapa al espacio exterior, haciendo disminuir más la temperatura nocturna, por lo que las noches con cielos despejados son más frías que con cielo nublado.

            Por el contrario, durante los días nublados las máximas temperaturas son menores que con cielo despejado, ya que las nubes impiden el paso de la radiación solar directa. Así los desiertos son muy cálidos en el día y muy fríos en la noche por causa de este efecto.

             El efecto invernadero tiene una gran importancia biológica. Si no hubiese atmósfera, y por tanto, no hubiese gases con capacidad de absorción de radiaciones de onda larga rodeando la superficie sólida y líquida del planeta, la temperatura media en la superficie sería de unos -18 °C en lugar de los 15 °C actuales,  lo que la haría inhabitable.

            No debemos confundir este beneficioso efecto con el denominado incremento de efecto invernadero, que consiste en un aumento desmesurado de los gases de efecto invernadero. Este incremento constituye un grave problema ambiental, que provoca un excesivo calentamiento de la atmósfera.

2.2.2 LA ATMÓSFERA COMO REGULADORA DEL CLIMA TERRESTRE

             La radiación solar de onda corta que llega a la superficie terrestre es emitida de nuevo hacia la atmósfera en forma de radiación infrarroja, pero la atmósfera es opaca a la mayor parte de esta radiación por lo que es absorbida por los gases de la atmósfera (vapor de agua, CO₂ y O₂) lo que junto con el calor latente y el calor sensible desprendidos provocan su calentamiento y la reirradiación de esta energía (contrarradiación) de nuevo hacia la superficie (efecto invernadero). Esto da lugar a que la temperatura en superficie sea mayor de la que existiría en ausencia de envoltura gaseosa.

             El albedo es una energía devuelta al espacio exterior, por lo que su incremento, ligado a la presencia de polvo en suspensión o nubes en la atmósfera (o bien de nieve o hielo) llevaría a un enfriamiento progresivo de la Tierra.

            La desigual incidencia de la radiación solar sobre la Tierra genera grandes diferencias de temperatura entre los Polos y el Ecuador. La circulación general atmosférica redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo estas diferencias entre el Ecuador y las latitudes más altas (la circulación del agua de los océanos colabora también de forma importante en esta regulación).