Estratosfera

La estratosfera es la segunda capa más baja de la atmósfera de la Tierra , ubicada por encima de la troposfera y por debajo de la mesosfera . Pronunciado / ˈ s t r æ t ə ˌ s f ɪər , - t oʊ -/ , ^{[ 1 ]} el nombre proviene del griego antiguo στρωτός ( strōtós ) ' capa, estrato ' y - esfera . ^{[ 2 ] [ 3 ]} La estratosfera está compuesta por zonas de temperatura estratificadas , con las capas de aire más cálidas ubicadas más arriba (más cerca del espacio exterior ) y las capas más frías más abajo (más cerca de la superficie planetaria de la Tierra). El aumento de la temperatura con la altitud es resultado de la absorción de la radiación ultravioleta (UV) del Sol por la capa de ozono , donde el ozono se fotoliza exotérmicamente en oxígeno de forma cíclica . ^{[ 4 ]} Esta inversión de temperatura contrasta con la troposfera, donde la temperatura disminuye con la altitud, y entre la troposfera y la estratosfera se encuentra el límite de la tropopausa que delimita el comienzo de la inversión de temperatura. 

Cerca del ecuador , el borde inferior de la estratosfera está a unos 20 km (66 000 pies; 12 millas) , en latitudes medias a unos 10 km (33 000 pies; 6,2 millas) y en los polos a unos 7 km (23 000 pies; 4,3 millas) . ^{[ 4 ]} Las temperaturas varían desde 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. ^{[ 5 ]} Las temperaturas estratosféricas también varían dentro de la estratosfera a medida que cambian las estaciones , alcanzando temperaturas particularmente bajas en la noche polar (invierno). ^{[ 6 ]} Los vientos en la estratosfera pueden superar con creces los de la troposfera, alcanzando cerca de 60 m/s (220 km/h; 130 mph) en el vórtice polar austral . ^{[ 6 ]}                  

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 (6,8-8,7  millas), que constituye la base de la baja estratosfera. Este descubrimiento se basó en perfiles de temperatura obtenidos mediante globos instrumentados, en su mayoría no tripulados y algunos tripulados. ^{[ 7 ]}

El mecanismo que describe la formación de la capa de ozono fue descrito por el matemático y geofísico británico Sydney Chapman en 1930, y se conoce como el ciclo de Chapman o ciclo ozono-oxígeno . ^{[ 8 ]} El oxígeno molecular absorbe la luz solar de alta energía en la región UV-C , en longitudes de onda más cortas que 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 ocurre en 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 O ₃ , liberando calor. La rápida fotólisis y reformación del ozono calienta la estratosfera, lo que resulta en 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 estratificada. Dentro de la estratosfera, las temperaturas aumentan con la altitud (véase inversión térmica ) ; 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 ni turbulencia asociada en esta parte de la atmósfera. Sin embargo, procesos de convección excepcionalmente energéticos, como las columnas de erupción volcánica y las cimas que sobresalen en tormentas supercelulares severas , pueden llevar convección a la estratosfera de forma muy localizada y temporal. En general, la atenuación de la radiación UV 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 entra en la estratosfera debe pasar por la tropopausa , el mínimo de temperatura que divide la troposfera y la estratosfera. El aire ascendente está literalmente liofilizado; 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.

Los aviones comerciales suelen volar a altitudes de 9 a 12 km (30 000 a 39 000 pies) , en la parte baja 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 otro modo, permite que el avión vuele más rápido manteniendo una sustentación igual a su peso. (El consumo de combustible depende de la resistencia, que está relacionada con la sustentación mediante la relación sustentación-resistencia ). También permite que el avión se mantenga por encima de las turbulencias de la troposfera.  

El avión Concorde volaba a Mach 2 a unos 60.000 pies (18 km) de altitud , y el SR-71 volaba a Mach 3 a 85.000 pies (26 km) , todo ello dentro de la estratosfera.     

Debido a que la temperatura en la tropopausa y la estratosfera inferior es prácticamente constante con el aumento de la altitud, allí se produce muy poca convección y la consiguiente turbulencia. La mayor parte de la turbulencia a esta altitud se debe a variaciones en la corriente en chorro y otras cizalladuras locales del viento, aunque las áreas de actividad convectiva significativa ( tormentas eléctricas ) en la troposfera inferior pueden producir turbulencia como resultado del sobreimpulso convectivo .

El 24 de octubre de 2014, Alan Eustace se convirtió en el poseedor del récord de altitud para un globo tripulado, alcanzando los 135 890 pies (41 419 m) . ^{[ 13 ]} Eustace también batió los récords mundiales de velocidad vertical en paracaidismo, alcanzando una velocidad máxima de 1321 km/h (822 mph) y una distancia total de caída libre de 123 414 pies (37 617 m) , con una duración de 4 minutos y 27 segundos. ^{[ 14 ]}      

La estratosfera es una región de intensas interacciones entre procesos radiativos, dinámicos y químicos, donde 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 , una circulación unicelular que se extiende desde los trópicos hasta los polos y consiste en el ascenso tropical de aire desde la troposfera tropical y el descenso extratropical de aire. La circulación estratosférica es predominantemente ondulatoria, ya que el ascenso tropical es inducido por la fuerza ondulatoria de las ondas de Rossby que se propagan hacia el oeste , en un fenómeno denominado bombeo de ondas de Rossby.

Una característica interesante de la circulación estratosférica es la oscilación cuasi-bienal (OCB) en las latitudes tropicales, que es impulsada por ondas de gravedad que se generan convectivamente en la troposfera . La OCB induce una circulación secundaria que es importante para el transporte estratosférico global de trazadores, como el ozono ^{[ 15 ]} o el vapor de agua .

Otro fenómeno a gran escala que influye significativamente en la circulación estratosférica son las ondas planetarias que se rompen ^{[ 16 ],} lo que da lugar a una intensa mezcla cuasi-horizontal en las latitudes medias. Esta ruptura es mucho más pronunciada en el hemisferio invernal, donde esta región se denomina zona de rompientes. Esta ruptura se produce debido a una interacción altamente no lineal entre las ondas planetarias que se propagan verticalmente y la región aislada de alta vorticidad potencial conocida como vórtice polar . La ruptura resultante provoca una mezcla a gran escala del aire y otros gases traza en toda la zona de rompientes de latitudes medias. La escala temporal de esta rápida mezcla es mucho menor que las escalas temporales mucho más lentas del afloramiento en los trópicos y el hundimiento en las zonas extratropicales.

Durante los inviernos del hemisferio norte, se pueden observar calentamientos estratosféricos repentinos , causados ​​por la absorción de ondas de Rossby en la estratosfera, en aproximadamente la mitad de los inviernos cuando se desarrollan vientos del este en la estratosfera. Estos eventos suelen preceder a condiciones climáticas invernales inusuales ^{[ 17 ]} e incluso podrían 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 confinadas en el Ártico ; cuando el vórtice se debilita, las masas de aire se mueven hacia el ecuador, lo que produce cambios rápidos en el clima de las latitudes medias.

Los relámpagos de la atmósfera superior son un conjunto de fenómenos eléctricos de corta duración que ocurren muy por encima de las altitudes de los relámpagos y las nubes de tormenta normales. Se cree que los relámpagos de la atmósfera superior son formas de plasma luminoso inducidas eléctricamente . Los relámpagos que se extienden por encima de la troposfera hasta la estratosfera se denominan chorros azules , y los que alcanzan la mesosfera , duendes rojos .

La vida bacteriana sobrevive en la estratosfera, lo que la convierte en parte de la biosfera . ^{[ 20 ]} En 2001, se recolectó polvo a una altura de 41 kilómetros en un experimento con un globo de gran altitud y se encontró que contenía material bacteriano cuando se examinó posteriormente en el laboratorio. ^{[ 21 ]}

• Le Grand Saut
• Lockheed U-2
• Sobrepasar la cima
• Agotamiento de la capa de ozono
• Cañón de París (el proyectil fue el primer objeto artificial en alcanzar la estratosfera superior).
• Proyecto Perlan
• Proyecto Excelsior , récord mundial del salto más alto registrado (1961-2012)
• Red Bull Stratos , récord mundial del salto más alto registrado (2012-2014)
• RQ-4 Global Hawk
• Techo de servicio
• Rayos en la atmósfera superior
• Calentamiento estratosférico repentino

• Contenido multimedia relacionado con la estratosfera en Wikimedia Commons.
• Mapa actual de vientos y temperaturas globales al nivel de 10 hPa.