11 Mar ¿Cómo se forma una atmósfera?

Cuando un gas es emitido al exterior de un planeta, está sometido a dos tendencias opuestas. Por un lado, tiende a caer hacia la superficie, en donde la atracción gravitatoria es máxima, y por otro, intenta ocupar el mayor volumen posible, lo cual le lleva a ascender y a escapar de la atracción gravitatoria. La posición de una molécula en relación con la superficie del planeta dependerá del equilibrio alcanzado entre ambas tendencias, que, a su vez, sólo depende de la fuerza gravitatoria y de la temperatura.

La fuerza gravitatoria del planeta tiende a arrastrar la molécula hacia la superficie. Dicha fuerza es proporcional a la masa del planeta y a la masa del gas, de forma que cuanto mayor sea la masa del planeta, mayor es la posibilidad de que el gas quede retenido; del mismo modo, una molécula pesada tendrá más probabilidades de quedar en la atmósfera que una ligera.

Por ejemplo, la Luna tiene una masa tan pequeña que su gravedad es incapaz de retener átomos o moléculas menos pesadas que el argón; incluso el argón, que proviene de la desintegración de isótopos radiactivos, es posible que sea retenido sólo de forma temporal. El resultado es una «atmósfera lunar» que consiste en unos pocos átomos pesados a ras de suelo. Sin embargo, un planeta como Júpiter, con una masa 318 veces superior a la terrestre, es capaz de retener incluso el hidrógeno y el helio (los gases más ligeros).

La tendencia a escapar del planeta está favorecida a temperaturas elevadas, debido a que, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las moléculas y, con ello, la probabilidad de que alcancen la velocidad de escape (la velocidad de escape es la velocidad mínima requerida para que un objeto venza la fuerza gravitatoria de un planeta y pueda escapar de su atracción).

Por ejemplo, Mercurio, el planeta más cercano al Sol, no tiene una atmósfera apreciable. Aunque quizá, como en el caso de la Luna. retenga de forma temporal algún gas producido durante la descomposición de sus radioisótopos. La ausencia de atmósfera en el planeta se relaciona con su pequeño campo gravitatorio (0,056 masas terrestres) y su elevada temperatura superficial.

A partir de lo anterior, podemos justificar la diferencia que hay entre las atmósferas de los planetas exteriores e interiores. Los interiores, mucho más pequeños y calientes, han sido incapaces de retener los gases más ligeros: hidrógeno y helio; mientras que en los planetas exteriores, mucho más fríos, el hidrógeno y el helio son componentes habituales.

La existencia de helio en la atmósfera terrestre se debe a que el elemento se genera continuamente en la corteza. Se estima que el 94,5% del helio de la Tierra se forma durante la desintegración del uranio; gran parte de él permanece atrapado en los minerales de uranio y torio, en donde se forma, pero una pequeña fracción puede escapar hacia la atmósfera, en donde sólo es retenido de forma temporal. La pequeña y casi constante proporción de helio en nuestra atmósfera es el resultado del equilibrio alcanzado entre la introducción de helio generado por procesos radiactivos y su evasión al espacio.