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El agua contenida en la atmósfera de nuestro planeta representa alrededor de 0.0009 por ciento de toda el agua del planeta. Aunque no sea tan visible como las formas líquidas o sólidas , el vapor de agua está siempre presente en la atmósfera, incluso en los desiertos. Entender cómo se comporta el agua en la atmósfera, de qué depende su cantidad, cuándo y en dónde va a precipitarse, si lo hará en forma de lluvia, nieve o helada, si habrá poca o si habrá demasiada, han sido necesidades e interrogantes del hombre desde tiempos primitivos ...y lo siguen siendo. La cantidad de radiación solar que llega a la superficie exterior de nuestro planeta está básicamente determinada por nuestra distancia al Sol y es relativamente constante.
El papel de la atmósfera
En la atmósfera, que es la capa de gases que recubre la superficie de nuestro planeta, las moléculas de ozono , de vapor de agua, una parte de las nubes y en menor medida algunos otros gases y partículas tienen la propiedad de absorber una fracción de la radiación solar que incide , evitando que llegue a la superficie terrestre. Sin embargo, hay otras longitudes de onda, como las correspondientes a la luz visible y parte de la infrarroja, a las que la atmósfera es prácticamente transparente, por lo que constituyen la mayor parte del restante 51 por ciento de radiación solar que finalmente llega a continentes y océanos. Gracias a la capacidad de absorción, principalmente del vapor de agua pero también de otros gases, se da el llamado efecto invernadero, en el cual gran parte de esa energía saliente es capturada por la atmósfera y regresada a la superficie terrestre, proceso que modula la pérdida de calor y resulta en una temperatura global promedio en el planeta de alrededor de 15 grados centígrados. El agua en la atmósfera cumple un doble papel respecto a la radiación.
El agua en las capas de la atmósfera
La atmósfera de la Tierra está constituida por capas de diferentes características, clasificadas de acuerdo con su perfil térmico. En la mesosfera , la capa más fría de la atmósfera y considerada prácticamente seca, se encuentran nubes formadas por cristales de hielo. La troposfera es la parte inferior de la atmósfera , en donde se desarrollan el clima y la vida.
El ciclo del agua
Nuestro clima, en última instancia, es resultado de un equilibrio constantemente reajustado entre el agua, la atmósfera, la energía solar y la terrestre. El ciclo del agua es central en este equilibrio y representa el movimiento más grande de una sustancia química en la superficie de la Tierra. La mitad de la energía solar recibida anualmente en la superficie terrestre se utiliza para evaporar agua de los continentes y océanos. La evaporación ocurre cuando las moléculas en un líquido adquieren suficiente energía cinética para escapar de la fase líquida y pasar a la fase gaseosa, superando la tensión superficial y la cohesión en la superficie del agua líquida.
Básicamente es el mismo proceso para la transpiración, sólo que ésta ocurre en la superficie del suelo y en organismos. Cuando el vapor que entra en la atmósfera alcanza el punto de saturación del aire , las moléculas excedentes se condensan formando gotas o cristales de hielo. Estos conceptos son útiles para entender por qué los movimientos verticales y horizontales del aire ocasionan procesos de evaporación o condensación, según sea el cambio de temperatura no sólo de la superficie hacia la atmósfera, sino en la atmósfera misma. Puesto que la atmósfera es un reservorio de agua pequeño en comparación con océanos y continentes, la transferencia a otros reservorios debe ser rápida.
Agua atmosférica y contaminación
Esta contaminación no sólo afecta los sitios en donde se emite, sino que tiene la potencialidad de ser transportada, mezclarse con otros contaminantes y alterar el agua de lluvia en varias «generaciones» de nubes, hasta finalmente ser precipitada a la superficie.
Interacciones biológicas
Durante años, científicos de la atmósfera y microbiólogos sospecharon que algunos microorganismos que se encuentran en abundancia en partes altas de la troposfera participaban como núcleos de condensación de hielo. Muchas de las bacterias son emitidas a la atmósfera por procesos de aerosolización relacionados con prácticas agrícolas o cambios en el uso del suelo, pero hace falta mucho trabajo interdisciplinario para entender mejor los mecanismos involucrados en todo el proceso. Por otra parte, dado que la atmósfera es un ambiente de transporte para numerosos organismos con un tamaño o flotabilidad adecuados, es frecuente que algunos de ellos se vean incorporados al transporte vertical de masas de aire y se incorporen a procesos microfísicos en las nubes. Como otro ejemplo de interacción biológica, en este caso positiva, está la emisión, por parte de comunidades del fitoplancton marino, de un gas que es la principal fuente biogénica de núcleos de condensación de nubes en la atmósfera marina.