Aparte va el vapor de agua: de 0 a ≈ 4 % según el día y el lugar. Cuando hay más, ocupa el sitio de los demás gases.
El aire es una mezcla, no un compuesto: cada gas conserva sus propiedades. No se separan por peso porque el viento, las térmicas y la turbulencia lo remueven sin parar. Por eso, hasta unos 80 km de altura, la proporción es la misma que a nivel del mar.
Al subir no cambia el porcentaje de oxígeno: cambia la cantidad de aire que cabe en cada litro, porque baja la presión. Cuánto baja lo verás en la atmósfera estándar, y lo que supone para el cuerpo, en Fisiología del piloto.
A 11 km: Estás en la tropopausa, el techo de la troposfera: la temperatura deja de bajar (−56,5 °C en la ISA). Las corrientes ascendentes se paran aquí y las nubes de tormenta se aplastan contra ella. Por encima queda el 22 % del aire.
| Capa | Altura típica | Temperatura | Qué pasa |
|---|---|---|---|
| Troposfera | Del suelo a ≈ 8 km en los polos, 11 en latitudes medias y 17 en el ecuador | Baja ≈ 6,5 °C por km | El tiempo: nubes, lluvia y tormentas. Casi todo el vapor y unas tres cuartas partes de la masa del aire. Aquí vuelas. |
| Tropopausa | 8 a 17 km | Deja de bajar: −56,5 °C en la ISA | Techo de la convección: las nubes de tormenta se aplastan contra ella. |
| Estratosfera | Hasta ≈ 50 km | Constante hasta 20 km; luego sube hasta ≈ 0 °C | Capa de ozono, que absorbe la ultravioleta. Aire seco y muy estable, casi sin nubes. |
| Estratopausa | ≈ 50 km | ≈ 0 °C | Techo de la estratosfera. |
| Mesosfera | 50 a 85 km | Baja hasta ≈ −90 °C | Lo más frío de la atmósfera. Se queman los meteoros. |
| Mesopausa | ≈ 85 km | ≈ −90 °C | Techo de la mesosfera. |
| Termosfera | 85 a ≈ 600 km | Sube a cientos de grados, más de 1.000 °C con el Sol activo | Absorbe la radiación más energética del Sol. Auroras y Estación Espacial (≈ 400 km). |
| Exosfera | Desde ≈ 600 km | — | Se funde con el espacio: las partículas escapan. |
Valores típicos: atmósfera estándar OACI hasta 80 km y atmósfera estándar de EE. UU. (1976) por encima. La ionosfera no es una capa por temperatura: es la región ionizada por el Sol, de ≈ 60 a 1.000 km, dentro de la mesosfera y la termosfera.
Las capas se separan por cómo cambia la temperatura al subir. La troposfera se calienta desde el suelo, así que se enfría hacia arriba: el aire caliente de abajo sube, se mezcla y forma nubes. Por eso ahí está el tiempo.
En la estratosfera el ozono absorbe la radiación ultravioleta del Sol y la calienta por arriba. Aire caliente encima de aire frío es una inversión enorme: muy estable, sin corrientes verticales y casi sin nubes. Más arriba la mesosfera vuelve a enfriarse, y la termosfera se calienta con la radiación más energética, aunque allí casi no queda aire.
A 40° N (latitudes medias), el aire sube en las borrascas y baja en los anticiclones. En verano, la tropopausa está a ≈ 13 km; en invierno estaría a ≈ 11 km. En el ecuador llega a ≈ 17 km y en el polo se queda en ≈ 9,5 km: donde el aire está más caliente y la convección sube más, la troposfera es más gruesa.
La tropopausa está donde se acaba la convección. En el ecuador el sol calienta mucho: el aire se dilata, las corrientes ascendentes y los cumulonimbos llegan muy arriba y la troposfera alcanza 16–18 km. En los polos el aire es frío y denso y tiende a bajar: la tropopausa se queda en unos 8 km. Por lo mismo está más alta en verano que en invierno, y sube sobre aire cálido y baja con aire frío.
Ese calor sobrante del ecuador viaja hacia los polos con la circulación general. La rotación de la Tierra desvía el aire (Coriolis) y ordena el circuito en tres células: el aire sube en el ecuador y hacia 60°, y baja hacia 30° y en los polos. Así la rotación marca hasta dónde llega la troposfera alta tropical: hacia 30–40° la tropopausa baja de golpe. Donde el aire baja hay subsidencia: se calienta, se seca y frena las nubes.
A 10.000 ft la presión es 697 hPa: por encima te queda el 69 % del aire. Hace −4,8 °C y la densidad es 0,905 kg/m³, el 74 % de la del nivel del mar. El oxígeno sigue siendo el 21 %, pero su presión parcial baja a 146 hPa.
| Altitud | Temperatura | Presión | Densidad | pO₂ |
|---|---|---|---|---|
| Nivel del mar | 15 °C | 1.013,25 hPa | 1,225 kg/m³ · 100 % | 212 hPa |
| 5.000 ft · 1.524 m | 5,1 °C | 843 hPa | 1,056 kg/m³ · 86 % | 177 hPa |
| 10.000 ft · 3.048 m | −4,8 °C | 697 hPa | 0,905 kg/m³ · 74 % | 146 hPa |
| 18.000 ft · 5.486 m | −20,7 °C | 506 hPa | 0,698 kg/m³ · 57 % | 106 hPa |
| 22.000 ft · 6.706 m | −28,6 °C | 428 hPa | 0,610 kg/m³ · 50 % | 90 hPa |
| 30.000 ft · 9.144 m | −44,4 °C | 301 hPa | 0,458 kg/m³ · 37 % | 63 hPa |
| 36.089 ft · 11.000 m | −56,5 °C | 226 hPa | 0,364 kg/m³ · 30 % | 47 hPa |
Atmósfera estándar OACI. Densidad en kg/m³ y en % de la del nivel del mar. pO₂: presión parcial de oxígeno, el 20,95 % de la presión.
La presión es el peso del aire de encima. Al subir dejas aire debajo y la presión baja. Como el aire se comprime, el de abajo está más apretado por el peso del de arriba: cerca del suelo pierdes 1 hPa cada ≈ 27 ft y a 18.000 ft, 1 hPa cada ≈ 48 ft. A 18.000 ft ya tienes debajo la mitad del aire de la atmósfera.
La densidad depende de la presión y de la temperatura. Al subir bajan las dos, pero la presión cae mucho más deprisa que la temperatura absoluta: a 10.000 ft la presión ha bajado un 31 % y la temperatura en kelvin, solo un 7 %. Por eso la densidad baja. El oxígeno sigue siendo el 21 %, pero su presión parcial cae con la total: cada inspiración lleva menos oxígeno.
A 30 °C y 80 % de humedad relativa, el vapor es el 3,3 % de las moléculas. Cada una ocupa el sitio de una de nitrógeno u oxígeno y pesa menos (18 frente a 29), así que el aire húmedo pesa un 1,3 % menos. El motor recibe un 3,3 % menos de oxígeno en cada cilindrada y da, aproximadamente, esa misma proporción menos de potencia.
A igual presión y temperatura, en un litro de aire caben siempre las mismas moléculas. Si hay vapor, cada molécula de agua ocupa el sitio de una de nitrógeno o de oxígeno. El vapor pesa 18 g/mol y el aire seco, ≈ 29: el aire húmedo es más ligero. No lo confundas con el agua líquida de la lluvia o la niebla: el vapor es un gas.
El motor llena el cilindro con un volumen fijo: con vapor entran menos moléculas de oxígeno y cae la potencia. El ala nota la densidad, que baja poco, y el motor nota el oxígeno, que baja más. Cuánto depende de la cantidad de vapor, no de la humedad relativa sola: un 100 % a 5 °C es menos vapor que un 50 % a 35 °C. Por eso los días calurosos y húmedos alargan el despegue.
| 78 · 21 · 1 % | Nitrógeno, oxígeno y resto. El 1 % es casi todo argón (0,93 %); el CO₂ es ≈ 0,04 %. |
| 1.013,25 hPa | Presión ISA al nivel del mar. Es lo mismo que 1.013,25 mb, 29,92 inHg y 760 mmHg. |
| 15 °C · 1,225 kg/m³ | Temperatura y densidad ISA al nivel del mar. |
| −6,5 °C/km | Gradiente ISA (≈ 2 °C cada 1.000 ft) hasta 11.000 m (36.089 ft). Encima, −56,5 °C constantes hasta 20 km. |
| 8 · 11 · 17 km | Altura típica de la tropopausa en los polos, en latitudes medias y en el ecuador. |
| 18.000 ft | ≈ 5.500 m: la presión es la mitad (≈ 500 hPa). Debajo queda la mitad del aire. |
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