Ionosfera: Camada Atmosférica Ionizada

Vista previa del material en texto

CAPAS DE LA IONOSFERA 
La ionósfera o termósfera es parte atmosférica terrestre ionizada permanentemente debido a 
la fotoionización que provoca la radiación solar. Se sitúa entre la mesosfera y la exosfera, y en 
promedio se extiende aproximadamente entre los 80kms y los 500 km de altitud, aunque los 
límites inferior y superior varían según autores y se quedan en 80-90 y 600-800 km 
respectivamente. Por otra parte, algunos consideran que la alta ionosfera constituye el límite 
inferior de la magnetosfera, solapándose ligeramente ambas capas (entre los 500 y 600-
800km). La ionosfera también se conoce como termosfera por las elevadas temperaturas que 
se alcanzan en ella debido a que los gases están en general ionizados. Si el sol está activo, las 
temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1.500 °C; sin embargo, estas elevadas 
temperaturas no se corresponden con la sensación de calor que tendríamos en 
la troposfera porque en la termosfera la densidad es muchísimo más baja. Los gases aparecen 
ionizados porque esta capa absorbe las radiaciones solares de menor longitud de onda (rayos 
gamma y rayos X) que son altamente energéticos. 
Entre las propiedades de la ionosfera, encontramos que esta capa contribuye esencialmente 
en la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que 
éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra gracias a las partículas de iones(cargadas 
de electricidad) presentes en esta capa. Además, en esta capa se desintegran la mayoría 
de meteoroides, a una altura entre 80 y 110 km, debido al rozamiento con el aire y dan lugar 
a meteoros o estrellas fugaces. Pero las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso 
que ocurre en esta capa. En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento 
solar son atrapadas por el campo magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior de la 
ionosfera y dando lugar a la formación de auroras. 
DEFINICION COMO CAPA 
Existe una diferencia entre los criterios seguidos para designar una capa como termosfera o 
ionosfera, por lo que se trata de dos entidades físicas a priori diferentes. Mientras que la 
designación de termosfera se basa simplemente en el perfil de temperaturas vertical, el 
criterio para designar la ionosfera hace referencia a la presencia destacable de iones y eso 
tiene relación con la energía solar que utilizan los escasos átomos de gases del aire para 
ionizarse: la ionización es el proceso que calienta gran parte del aire. Sin embargo, los límites 
obtenidos con ambos criterios son muy difusos y además coinciden entre sí. De hecho, según 
algunos autores la ionosfera estaría contenida en la termosfera, mientras que según otros, 
sería al contrario y la termosfera se contendría en la ionosfera, y sin embargo los intervalos de 
ambas capas son aproximadamente coincidentes en todos los casos. 
A pesar de ello, existe una pequeña diferencia entre el criterio de la ionización y el de la 
temperatura, y es que debido a la variación de la radiación solar entre el día y la noche, la 
ionización de las capas altas de la atmósfera cambian más bruscamente con el ciclo diario que 
el perfil de temperatura vertical, que se mantiene aproximadamente constante. Por ese 
motivo, los límites asociados a la ionosfera son todavía más variables que los de la termosfera. 
De hecho, el límite inferior de la ionosfera es muy variable: mientras que por la noche se 
encuentra en la capa E, a unos 110 km, durante el día aparece una capa D, alrededor de los 60 
km. La explicación de este hecho es relativamente sencilla: la radiación ultravioleta es 
absorbida por los gases que forman el aire en las capas atmosféricas más elevadas durante la 
https://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_terrestre
https://es.wikipedia.org/wiki/Ionizaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Fotoionizaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_solar
https://es.wikipedia.org/wiki/Mesosfera
https://es.wikipedia.org/wiki/Exosfera
https://es.wikipedia.org/wiki/Magnet%C3%B3sfera_de_la_Tierra
https://es.wikipedia.org/wiki/Termosfera
https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://es.wikipedia.org/wiki/Ion
https://es.wikipedia.org/wiki/Troposfera
https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma
https://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma
https://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X
https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)
https://es.wikipedia.org/wiki/Radio_(medio_de_comunicaci%C3%B3n)
https://es.wikipedia.org/wiki/Tierra
https://es.wikipedia.org/wiki/Iones
https://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Meteoroide
https://es.wikipedia.org/wiki/Meteoro_(astronom%C3%ADa)
https://es.wikipedia.org/wiki/Viento_solar
https://es.wikipedia.org/wiki/Viento_solar
https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
https://es.wikipedia.org/wiki/Aurora_polar
https://es.wikipedia.org/wiki/Termosfera
noche y también durante el día (en mayor proporción, obviamente) y transformada en iones, 
que son buenos conductores de la electricidad, lo mismo que vemos en un tubo de neón y en 
la producción de las auroras polares, las cuales se deben también a este proceso. 
Dicho en otros términos: la radiación solar contiene longitudes de onda que van desde los 
rayos infrarrojos (los de mayor longitud de onda) hasta los ultravioleta (los de menor longitud 
de onda). El espectro visible sólo va desde el rojo hasta el violeta. Los seres humanos tienen 
que protegerse tanto de la radiación infrarroja (cremas o filtros solares, que deben aplicarse 
independientemente de la temperatura como sucede en los lugares nevados, donde las 
quemaduras por el sol pueden ser muy graves) y también de los ultravioleta (rayos UVA) 
especialmente en los lentes de sol para protegernos los ojos. Pero la mayor parte de los rayos 
ultravioleta que nos llegan del sol son "filtrados" en las capas superiores de la atmósfera 
transformando los escasos átomos de gases atmosféricos en iones y esta ionización es la que 
calienta esa capa ionizada ya que dicha ionización corresponde a una verdadera excitación 
electrónica que causa el aumento del calor de la termosfera. Dicho calor, aunque puede ser 
muy elevado, carece de sentido por estar producido en un ambiente muy enrarecido de gases 
(se trata de un proceso similar al de los hornos de microondas, donde el calor producido se 
disipa con mayor rapidez que en un horno convencional al cesar la excitación producida 
electrónicamente en los alimentos). 
Así pues, los rayos ultravioleta del espectro solar ionizan las capas altas de la atmósfera y, a su 
vez, la capa ionizada impide la propagación hacia la superficie terrestre de los nuevos rayos 
ultravioleta. Como resulta lógico, cuando mayor es la intensidad de la radiación solar (en horas 
del mediodía y algo después), la ionización profundiza más en la atmósfera (hasta más abajo). 
CARACTERISTICAS 
La ionosfera es un sistema dinámico, en constante cambio, gobernado por múltiples 
parámetros, de los cuales tienen una influencia destacable todas las variaciones que se 
producen en la atmósfera, como: 
 Las emisiones electromagnéticas 
 Las variaciones que se producen en el campo magnético terrestre. 
Un caso real de aplicación de estas medidas fue el terremoto de mayo de 1960 en Chile, donde 
se detectó en la ionosfera, con 6 días de antelación un aumento en la generación de Emisiones 
Electromagnéticas (EMES). 
El método más preciso actualmente para medir esas variaciones ionosféricas son 
los ionogramas. 
Para tratar cada una de las peculiaridades que acontecen en la ionosfera, ésta se estructuró en 
una serie de regiones. la región que hay más allá de la ionosfera recibe el nombre de exosfera 
y se extiende hasta los 9.600 kilómetros, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. 
 
 
https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre
https://es.wikipedia.org/wiki/Ionograma
COMPOSICION 
En la ionosfera, los gases atmosféricosson tan tenues que es posible 
encontrar electrones libres e iones positivos. La ionosfera posee por lo tanto propiedades de 
un gas tenue y de un plasma. La masa total de la ionosfera es inferior a un 0,1 % de la masa de 
la atmósfera. Las cargas se separan por la acción de las radiaciones de alta energía 
provenientes del Sol. En las capas tenues de la ionosfera los tiempos de recombinación de los 
iones son superiores al periodo día noche por lo que la ionosfera retiene gran parte de sus 
propiedades incluso en las regiones no iluminadas del planeta. Dependiendo del grado de 
ionización de cada nivel de altura pueden encontrarse picos de ionización en capas 
denominadas "D," "E," "F1," y "F2". Dado que el grado de ionización es producido 
directamente por la acción solar una actividad anómala del Sol puede alterar las propiedades 
de la ionosfera y su capacidad de reflejar las ondas de radio terrestre alterando las 
comunicaciones en la Tierra. La estructura de la ionosfera viene marcada por el gradiente de la 
densidad electrónica. 
Considerando la densidad de ionización, la atmósfera presenta un aspecto estratificado a partir 
de una altitud de 90 km. 
Existen regiones de la ionosfera con elevada densidad de ionización, y dependiendo de los 
niveles de esta densidad, reciben nombres específicos: 
Región o Capa D 
Región o Capa E 
Región o Capa F. 
La región con mayor densidad de ionización es la F, seguida por la E. Ambas presentan sus 
niveles máximos de ionización durante el día. 
En estas regiones pueden identificarse capas especiales (o subcapas), que reciben el nombre 
de E1, E2, F1 y F2, tal y como se puede apreciar en la figura siguiente. 
 
https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/I%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Gas
https://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(f%C3%ADsica)
https://es.wikipedia.org/wiki/Fotoionizaci%C3%B3n
La densidad de ionización también depende de otros factores aparte de la altitud, como la hora 
del día, la estación del año y la ubicación geográfica. En la tabla siguiente, se muestra la 
posición aproximada de cada una de las capas y regiones durante el día y el efecto que tiene la 
caída de la noche, cuando la densidad de ionización es mucho menor. 
Capa/Región Altitud durante el día (km) Altitud durante la noche 
D 50 - 100 Desaparece 
E 100 - 140 Se mantiene 
F1 180 - 240 Desaparece 
F2 230 - 400 Se mantiene 
 Altitud de las capas y regiones de la ionosfera durante el día y la noche 
En los siguientes apartados se resumen las características más importantes de cada una de las 
capas y regiones de la ionosfera. 
Región D.- La región D o capa D se sitúa a una altitud de entre 50-100 km y en ella se presenta 
una gran cantidad de átomos y moléculas sin carga. Durante el día, su densidad de ionización y 
su altitud son muy estables. Durante la noche, la capa D desaparece por efecto de las elevadas 
tasas de recombinación multietapa. 
Fundamentalmente, en esta región se produce atenuación de las ondas de radio por el 
fenómeno de la absorción. 
Región E.- La región E está situada a unos 100-140 km de altitud, variando ésta con la estación 
del año. Es una capa de comportamiento bastante regular y su densidad de ionización depende 
del ángulo de incidencia de la radiación solar, alcanzándose máximos con incidencia 
perpendicular, es decir, en torno al mediodía. A lo largo de toda la noche, suele mantener una 
densidad de ionización entre 5 x 103 ~ 5 x 104 e-/cm3. 
En situaciones de fuerte ionización, se puede crear una pequeña capa por encima de la E, 
conocida como capa esporádica Es. Se trata de nubes ionizadas con un tamaño que oscila 
entre las decenas y las centenas de km y que se desplazan hasta desaparecer al cabo de unos 
minutos o incluso horas. La densidad de ionización puede ser hasta 10 veces superior a la de 
la región E. Esta capa puede aparecer a cualquier hora del día y durante cualquier estación del 
año, siendo más frecuente en verano durante el día en latitudes templadas, de noche en 
regiones polares y de día en regiones ecuatoriales. 
La capa esporádica Es refleja las ondas de radio de HF. La propagación usando esta capa 
permite establecer enlaces radio de entre 1500 y 2000 km. 
Región F.- La región F está situada entre los 170 km y lo 400 km de altitud y cambia 
enormemente entre el día y la noche. 
Durante el día, aparecen dos subcapas pronunciadas: la F1 a unos 170 km de altitud y la F2 a 
unos 250-350 km. 
En la capa F1 la densidad de ionización depende del ángulo de incidencia de la radiación solar, 
alcanzándose máximos con incidencia perpendicular, es decir, en torno al mediodía. En ella se 
produce absorción de las ondas de radio. La altitud es bastante estable a lo largo del día. Por la 
noche, esta capa desaparece por efecto de la elevada tasa de recombinación multietapa, 
fusionándose en la práctica con la capa F2. 
La capa F2 comienza a aparecer al amanecer, alcanzando su grado máximo de ionización entre 
2 y 3 horas después del mediodía. A partir de ese momento decrece progresivamente y acaba 
fusionándose con la F1para formar una única capa F por la noche a una altura de unos 300 km. 
La densidad de ionización y la altitud de la capa F2 dependen enormemente de la ubicación 
geográfica, la actividad solar y la hora local. También se producen variaciones significativas de 
un día a otro y entre estaciones del año distintas. 
En la siguiente figura se muestra la evolución de la altura de la capa F2 a lo largo de un día, 
medida desde una estación de sondeo ionosférico. 
 
 Variación de la F2 y de la altura de la capa F2 registradas por una estación de sondeo ionosférico 
La mayor parte de las comunicaciones en HF se producen por reflexión ionosférica en esta 
región, concretamente en la capa F2.