¿Cuál es la masa de la atmósfera?

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Benito Fuentes,
Delegación Territorial de Valencia, AEMET

De todos los cuerpos que componen el Sistema Solar nuestro planeta es uno de los pocos afortunados que poseen atmósfera. Gracias a ella existe la vida y gracias a ella nos movemos “como pez en el agua”.  Solemos creer que entre tú y yo no hay nada, que solamente hay espacio vacío y no es así. Estamos nadando en aire continuamente pero es tan ligero que apenas lo notamos. ¿Alguna vez te has preguntado cuál esa cantidad que nos envuelve a todos?

Calcular la masa de la atmósfera es a priori sencillo porque sólo hemos de conocer su densidad, su volumen y multiplicar ambos valores. El primer inconveniente surge a la hora de establecer su límite. ¿Dónde acaba la atmósfera? El aire se vuelve cada vez más tenue conforme ascendemos pero lo hace de una manera tan gradual que no sabemos cuándo abandonamos el planeta y entramos en el espacio. Incluso en la órbita de la Estación Espacial Internacional queda algo de atmósfera.

Monte Everest, Nepal

Monte Everest, Nepal

El segundo inconveniente es que la densidad tampoco es constante con la altura. El aire es compresible lo que significa que podemos aproximar sus moléculas unas contra otras si ejercemos sobre él una fuerza (esto no ocurre con una piedra: por más que apretemos no conseguiremos acercar las moléculas de la piedra). El propio peso del aire empuja hacia abajo y comprime las zonas bajas de la atmósfera de modo que la densidad es máxima en la superficie terrestre y disminuye conforme ascendemos.

Además esta disminución no es constante sino que es mayor con la altura, es decir, cuanto más subimos más rápido disminuye la densidad. Esto implica que la mayor parte de la atmósfera se concentra en los primeros kilómetros de altura mientras que en los centenares siguientes apenas queda algo.

Para que nos hagamos una idea, si nos situamos en Alicante (punto que se usa en nuestro país como la altitud cero) tendremos toda la atmósfera por encima de nosotros. En la ciudad de Ávila, a más de 1100 metros sobre el nivel del mar, aún tendremos casi el 88% encima.  En el pico Mulhacén ya se nota la disminución porque el 65% está encima y el 35% debajo. Aproximadamente la mitad de la atmósfera se encuentra por debajo de los 5500 metros. En la cima del Everest tan sólo un 30% de la atmósfera se haya por encima.

Para solucionar estos dos problemas vamos a realizar el siguiente experimento mental: supongamos que tenemos una máquina gigantesca que es capaz de comprimir el aire y hacer que tenga la misma densidad en todos los puntos, en concreto la misma densidad que a nivel del mar. ¿Cuánto ocuparía entonces la atmósfera? Puede demostrarse que la altura de esa hipotética atmósfera viene dada por:

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Siendo T0 la temperatura media global en la superficie (15⁰C), R la constante de los gases reales (287 J/kg⁰C) y g la aceleración de la gravedad (9’8m/s2). Se obtiene que esta atmósfera ficticia tendría una altura de 8426 metros y una densidad de 1’23 kg/m3. Y lo que es más importante, la masa de esta atmósfera ficticia sería la misma que la de nuestra atmósfera real.

El cálculo del volumen es sencillo. Si recuerdas del colegio, para calcularlo sólo tienes que restar el volumen de la esfera menor (Tierra) al volumen de la esfera mayor (Tierra+atmósfera):

01_Tierra

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Donde el radio terrestre mide unos 6370 km. Finalmente, multiplicando este volumen por la densidad obtenemos que la masa de la atmósfera es, aproximadamente, igual a 5×1018 kg, es decir, 5 000 000 000 000 000 000 kg, ¡5 millones de millones de millones de kilogramos! Es el equivalente a unos 1500 millones de edificios como el Empire State de Nueva York. Toda esa masa ejerce una enorme presión sobre la superficie terrestre que es igual a 101325 Pa. Para que nos hagamos una idea, es la misma presión que ejercerían 2 elefantes africanos que se posaran delicadamente encima de ti.

Así que si alguna vez te dicen que “entre tú y yo no puede haber nada” no te lo creas. Entre tú y yo hay atmósfera. Por algo se empieza.

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