LA ESCALERA DE LA PRESIÓN
HACIA ARRIBA
ESCALÓN 1
1 000 pascales (103 Pa)
1 kilopascal (100 kPa)
La presión es una fuerza ejercida sobre un área determinada.
La fuerza más corriente es el peso. Así, al hablar de presión, hemos de referirnos a la presión producida por el peso (al nivel del mar) de una columna de mercurio de un peso determinado que descansa sobre un área determinada. Hemos de hablar, por ejemplo, de la presión de una columna de mercurio de 7,6 decímetros de altura que descanse sobre un área de 1 metro cuadrado. Tal columna de mercurio ejercería una presión de 10 300 kilogramos (de peso) por metro cuadrado.
Aunque es corriente hablar de presión como peso por área, como tantas libras por pulgada cuadrada o tantos gramos por centímetro cuadrado, esto no es apropiado según la versión SI del sistema métrico. Gramos y kilogramos (o libras, pongamos por caso) son unidades de masa, y no deberían usarse como peso. El peso es una fuerza y, en la versión SI, la fuerza se mide en «newtones» (nombre dado por Isaac Newton, el primero que calculó el concepto correcto matemático de una fuerza).
Un newton es 1 kilogramo-metro por segundo por segundo. En otras palabras, un newton es la cantidad de fuerza requerida para comunicar a 1 kilogramo una aceleración de 1 metro por segundo por segundo. Bajo la fuerza firme y continuada de 1 newton, algo con una masa de 1 kilogramo, empezando desde el punto de reposo (si pasamos por alto la fricción y la resistencia del aire), se moverá a una velocidad de 1 metro por segundo al final de 1 segundo, 2 metros por segundo al final de 2 segundos, 3 metros por segundo al final de 3 segundos, etcétera.
Es posible calcular que una columna de mercurio de 7,6 decímetros de altura ejercerá una presión, debida a su propio peso, de 101 325 newtones por metro cuadrado (n/m2), ó 101,325 kilonewtones por metro cuadrado (kN/m2).
En la versión SI, 1 newton por metro cuadrado es, para mayor facilidad, equivalente a 1 pascal (simbolizado por «Pa»), en honor a Blaise Pascal, físico francés que realizó importantes descubrimientos, en conexión con la presión del aire. Así, pues, podemos decir que una columna de mercurio de 7,6 decímetros de altura ejerce una presión de 101,325 kilopascales (kPa).
Un pascal es una unidad muy pequeña de presión, dado que es la ejercida por una columna de mercurio de 7,5 micrómetros de altura. Dado que el agua es 1/13,6 tan densa como el mercurio, una columna de agua de 13,6 x 7,5 o 102 micrómetros de altura (e incluso esto es una delgada película que no es realmente visible con el ojo sin ayuda), producirá 1 pascal de presión. Un kilopascal de presión será producido por una columna de mercurio de 7,5 milímetros de altura o una columna de agua de 1,02 decímetros de altura.
Por mor de la conveniencia, empezaremos la escalera por 1 kilopascal. Esto nos coloca en el ámbito de la presión atmosférica en la superficie del planeta Marte. La atmósfera marciana tiene sólo una centésima parte de la densidad de la atmósfera de la Tierra. Y, lo que es más, la atmósfera marciana es atraída hacia abajo por la gravedad de la superficie de Marte, que tiene sólo dos quintas partes de intensidad respecto de la gravedad de la Tierra. En consecuencia, la presión de la atmósfera marciana en la superficie de Marte es, como máximo, sólo de unos 0,8 kilopascales.
Cuando la temperatura marciana está en su punto más bajo (cuando Marte se halla más alejado del Sol), se hiela el dióxido de carbono suficiente —que constituye el 95 por 100 de la atmósfera marciana— como para reducir la presión atmosférica hasta 0,5 kilopascales.
La presión de la atmósfera terrestre a nivel del mar es mucho más elevada que esto, pero, a medida que ascendemos a partir de la superficie, tanto más por debajo de nosotros está la atmósfera, y tanto menos por encima, por lo cual la presión sobre nosotros disminuye mucho. A una altura de 50 kilómetros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es de un kilopascal.
ESCALÓN 2
3 160 pascales (103,5 Pa)
3,16 kilopascales (100,5 kPa)
A medida que se avanza hacia abajo a través de la atmósfera de la Tierra, aumenta la presión. A 25 kilómetros por encima de la superficie terrestre, la presión atmosférica es de 3,15 kilopascales.
ESCALÓN 3
10 000 pascales (104 Pa)
10 kilopascales (101 kPa)
A 15 kilómetros por encima de la superficie terrestre (una altura 1,7 veces superior a la de la cumbre del monte Everest), la presión atmosférica es de 10 kilopascales.
ESCALÓN 4
31 600 pascales (104,5 Pa)
31,6 kilopascales (101,5 kPa)
A 8 kilómetros por encima de la superficie terrestre (más o menos la altura del pico del monte Everest), la presión atmosférica se halla cerca de los 31,6 kilopascales.
ESCALÓN 5
100 000 pascales (105 Pa)
100 kilopascales (102 kPa)
1 atmósfera (100 atm)
En el nivel de presión del Escalón 5 estamos muy cerca del valor tipo de la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar; ésta es, realmente, de 101,325 kilopascales. Por eso he empezado esta sección tratando con una columna de mercurio de 7,6 decímetros de altura. Esto es lo que produce una «atmósfera tipo» de presión. La versión SI permite el uso de «1 atmósfera tipo» como unidad de presión igual a 101,325 kilopascales, y se simboliza por «atm». Omitiré la palabra «tipo» y, para mayor facilidad en estas escaleras, diré que «1 atmósfera» es igual a 100 kilopascales.
Si consideramos los mundos del Sistema Solar menos masivos que la Tierra, y de campos gravitatorios menos intensos, dos de ellos tienen presiones atmosféricas mayores que las de la de la Tierra.
Uno de éstos (y el menor) es el satélite más grande de Saturno, Titán, que sólo tiene una quinta parte de la masa de la Tierra y una gravedad superficial de sólo un noveno de la terrestre. Aun así, y gracias a su baja temperatura, Titán puede retener una densa atmósfera (en su mayor parte de nitrógeno), con una presión superficial de 160 kilopascales, por lo menos, ó 1,6 atmósferas.
ESCALÓN 6
316 000 pascales (105,5 Pa)
316 kilopascales (102,5 kPa)
3,16 atmósferas (100,5 atm)
Al llegar aquí pasamos mucho más allá del ámbito de cualquier presión que pueda ejercer la atmósfera de la Tierra.
Sin embargo, el agua también ejerce una presión. Si se sumerge un objeto en agua, el peso de ésta por encima del mismo ejercerá una presión sobre todas las partes de su superficie. Cuanto más profundo se halle en un lago o en el océano, mayor será el peso del agua por encima del objeto, y mayor también la presión ejercida sobre él.
Una columna de agua de 10,332 metros de altura pesaría tanto como una columna de aire de idéntica área de corte transversal, proyectándose hacia arriba los numerosos kilómetros hasta el final de la atmósfera. Por tanto, la presión del agua en que un objeto está sumergido es igual a 100 kilopascales, ó 1 atmósfera, por cada 10,332 metros de inmersión.
Si un objeto está 22,3 metros por debajo de la superficie de un lago, experimentará en su superficie una presión de 316 kilopascales (3,16 atmósferas), de las cuales, 216 kilopascales (2,16 atmósferas) será el resultado del peso del agua por encima, y los restantes 100 kilopascales (1 atmósfera), el resultado de la presión del aire transmitida a través del agua.
Dado que el agua del océano (al contener sal disuelta) es un 3 por 100 más densa que el agua dulce de los lagos, un objeto necesitaría sumergirse bajo 21,7 metros de agua marina para experimentar una presión de 316 kilopascales (3,16 atmósferas).
ESCALÓN 7
1 000 000 de pascales (106 Pa)
1 megapascal (100 Mpa)
10 atmósferas (101 atm)
Un objeto sumergido en una profundidad de 9 decámetros por debajo de la superficie del océano está sometido a una presión de 1 megapascal, o 10 atmósferas.
ESCALÓN 8
3 160 000 pascales (106,5 Pa)
3,16 megapascales (100,5 MPa)
31,6 atmósferas (101,5 atm)
Un objeto sumergido a una profundidad de 3 hectómetros por debajo de la superficie del océano, está sometido a una presión de unas 3,16 megapascales (31,6 atmósferas).
ESCALÓN 9
10 000 000 de pascales (107 Pa)
10 megapascales (101 MPa)
100 atmósferas (102 atm)
Ya he dicho que hay dos objetos más pequeños que la Tierra con una presión atmosférica superior a la nuestra. Uno es Titán, y el otro, naturalmente, Venus. La presión de la superficie de Venus, bajo una gruesa atmósfera —en su mayor parte de dióxido de carbono—, es de unos 9 megapascales (90 atmósferas).
Semejante presión puede encontrarse en la Tierra a una profundidad de unos 8,9 hectómetros por debajo de la superficie del océano.
Una presión actual de 10 megapascales (100 atmósferas), que se encuentra a nivel de presión del Escalón 9, se halla a una profundidad de casi 1 kilómetro por debajo de la superficie del océano.
ESCALÓN 10
31 600 000 pascales (107,5 Pa)
31,6 megapascales (101,5 MPa)
316 atmósferas (102,5 atm)
Una presión de 31,6 megapascales (316 atmósferas) se encuentra a una profundidad de unos 3 kilómetros por debajo de la superficie oceánica. Esto se acerca a la profundidad media del océano, y con ello nos encaminamos hacia la zona abisal.
ESCALÓN 11
100 000 000 de pascales (108 Pa)
100 megapascales (102 MPa)
1 000 atmósferas (103 atm)
Nos hallamos ahora a la presión encontrada en las fosas más profundas de los océanos. La presión en el fondo de la fosa de las Marianas, en el océano Pacífico, es de unos 108,4 megapascales, ó 1 084 atmósferas.
ESCALÓN 12
316 000 000 de pascales (108,5 Pa)
316 megapascales (102,5 MPa)
3 160 atmósferas (103,5 atm)
Con este escalón pasamos más allá del aire y del mar en la Tierra, pero aún queda el cuerpo sólido del Planeta en sí. La sustancia rocosa que constituye la corteza de la Tierra es más densa que el océano acuoso, por lo cual una columna determinada de la misma pesará más y ejercerá mayor presión que el mismo océano.
Por ejemplo, una roca localizada a unos 10 kilómetros por debajo de la superficie de la sólida corteza terrestre estaría sometida a una presión de unos 316 megapascales, ó 3 160 atmósferas. O sea, una presión tres veces mayor que la de la parte más profunda del suelo oceánico, aunque esto ocurra a unos 11 kilómetros por debajo de la superficie del océano.
ESCALÓN 13
1 000 000 000 de pascales (109 Pa)
1 gigapascal (100 GPa)
10 000 atmósferas (104 atm)
Aquí nos encontramos a unos 36 kilómetros por debajo de la superficie sólida de la Tierra, llegando a una presión de un gigapascal, ó 10 000 atmósferas. Nos hallamos exactamente casi en el fondo de la corteza de la Tierra y en la parte superior del manto subyacente.
ESCALÓN 14
3 160 000 000 de pascales (109,5 Pa)
3,16 gigapascales (100,5 GPa)
31 600 atmósferas (104,5 atm)
Nos situamos ahora profundamente en el interior del manto de la Tierra. A una profundidad de 100 kilómetros por debajo de la superficie sólida de la Tierra, la presión es de unos 3,16 gigapascales, ó 31 600 atmósferas.
ESCALÓN 15
10 000 000 000 de pascales (1010 Pa)
10 gigapascales (101 GPa)
100 000 atmósferas (105 atm)
A 300 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, la presión es de unos 10 gigapascales, ó 100 000 atmósferas.
ESCALÓN 16
31 600 000 000 de pascales (1010,5 Pa)
31,6 gigapascales (101,5 GPa)
316 000 atmósferas (105,5 atm)
A 800 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, la presión es de unos 31,6 gigapascales, ó 316 000 atmósferas.
ESCALÓN 17
100 000 000 000 de pascales (1011 Pa)
100 gigapascales (102 GPa)
1 000 000 de atmósferas (106 atm)
A 2,2 megámetros por debajo de la superficie de la Tierra, a un tercio del camino hacia el centro de la misma, la presión es de unos 100 gigapascales, ó 1 000 000 de atmósferas.
ESCALÓN 18
316 000 000 000 de pascales (1011,5 Pa)
316 gigapascales (102,5 GPa)
3 160 000 atmósferas (106,5 atm)
Al llegar aquí nos hallamos más allá del manto y a gran profundidad en el interior del núcleo metálico de la Tierra. A una profundidad de 5 gigámetros por debajo de la superficie terrestre, la presión es de unos 316 gigapascales, ó 3 160 000 atmósferas.
Incluso estamos casi en el límite de lo que la Tierra puede ofrecernos en cuanto a la presión. En el auténtico centro de la Tierra, a una profundidad de 6,371 gigámetros, la presión es de unos 370 gigapascales, ó 3 700 000 atmósferas.
Naturalmente, los cuatro planetas gigantes son mucho más masivos que la Tierra y en sus interiores deben de existir unas presiones superiores a las que reinan en cualquier lugar de la Tierra.
Por ejemplo, en el caso de Saturno, una presión de 370 gigapascales, ó 3 700 000 atmósferas, se alcanza a una profundidad de 30 gigámetros por debajo de la superficie visible del Planeta. Esto es casi cinco veces la profundidad suficiente para producir la misma presión en la Tierra, lo cual resulta extraño, dado que el campo gravitatorio de Saturno posee casi un centenar de veces la intensidad del de la Tierra. Sin embargo, la composición de las capas más exteriores de Saturno, formadas casi enteramente por hidrógeno, es mucho menos densa que las rocas y metales que componen la Tierra.
Pero, de la misma forma, mientras en la Tierra se puede sondear algo más de 6 gigámetros para alcanzar el centro y el límite de la profundidad, es posible ahondar 30 gigámetros debajo de la superficie de Saturno y encontrarse aún a mitad de camino del centro de este voluminoso planeta.
Júpiter —más denso e incluso más voluminoso que Saturno— tiene unas presiones internas que aumentan con mayor rapidez. Una presión de unos 370 gigapascales se alcanza tal vez a 20 gigámetros por debajo de la superficie visible de Júpiter, y esto es sólo algo más de una cuarta parte del camino hasta su centro.
ESCALÓN 19
1 000 000 000 000 de pascales (1012 Pa)
1 terapascal (100 TPa)
10 000 000 de atmósferas (107 atm)
En el ámbito del terapascal, Urano y Neptuno han quedado ya muy atrás. Sus presiones centrales son tal vez de 0,7 terapascales, ó 7 000 000 de atmósferas (incluso así, dos veces las del centro de la Tierra).
A 48 gigámetros por debajo de la superficie visible de Saturno, la presión tal vez sea de 1 terapascal, ó 10 000 000 de atmósferas. Para entonces, nos encontraríamos en las cuatro quintas partes del centro de Saturno, y en el interior de lo que puede ser un núcleo rocoso.
ESCALÓN 20
3 160 000 000 000 de pascales (1012,5 Pa)
3,16 terapascales (100,5 TPa)
31 600 000 atmósferas (107,5 atm)
A unos 60 gigámetros por debajo de la superficie visible de Júpiter nos aproximamos a lo que debe ser el núcleo rocoso del planeta, y alcanzamos una presión de 3,16 terapascales, ó 31 600 000 atmósferas. En el centro mismo de Saturno, la presión debería ser, como mucho, de 5 terapascales, ó 50 000 000 de atmósferas.
ESCALÓN 21
10 000 000 000 000 de pascales (1013 Pa)
10 terapascales (101 TPa)
100 000 000 de atmósferas (108 atm)
Al llegar aquí hemos dejado ya atrás Júpiter, puesto que en el núcleo de este planeta la presión tal vez no sea superior a los 8 terapascales, u 80 000 000 de atmósferas, algo más de 20 veces la del centro de la Tierra.
Naturalmente, aún nos queda el Sol. A unos 270 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol, la presión rebasa la mayor de Júpiter, y alcanza los 10 terapascales, o un ámbito de los 100 000 000 de atmósferas.
ESCALÓN 22
31 600 000 000 000 de pascales (1013,5 Pa)
31,6 terapascales (101,5 TPa)
316 000 000 de atmósferas (108,5 atm)
A unos 340 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol, exactamente a mitad de camino del centro, la presión alcanza los 31,6 terapascales, ó 316 000 000 de atmósferas (cuatro veces la presión del centro de Júpiter).
ESCALÓN 23
100 000 000 000 000 de pascales (1014 Pa)
100 terapascales (102 TPa)
1 000 000 000 de atmósferas (109 atm)
A unos 380 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol, la presión alcanza los 100 terapascales, ó 1 000 000 000 de atmósferas. Esto equivale a 12 veces la presión en el centro de Júpiter y, a esta presión se descomponen hasta los átomos. Por debajo de este nivel, el Sol no está compuesto ya por átomos intactos, sino por fragmentos de átomo que pueden apretarse con mucha mayor fuerza.
ESCALÓN 24
316 000 000 000 000 de pascales (1014,5 Pa)
316 terapascales (102,5 TPa)
3 160 000 000 de atmósferas (109,5 atm)
Este ámbito de presión se alcanza a los 450 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol, o los dos tercios de camino hacia su centro.
ESCALÓN 25
1 000 000 000 000 000 de pascales (1015 Pa)
1 petapascal (100 PPa)
10 000 000 000 de atmósferas (1010 atm)
Esta presión se alcanza a unos 500 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol, a las siete décimas partes del camino hacia su centro.
ESCALÓN 26
3 160 000 000 000 000 de pascales (1015,5 Pa)
3,16 petapascales (100,5 PPa)
31 600 000 000 de atmósferas (1010,5 atm)
A 540 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol —más de tres cuartas partes del camino hacia su centro—, alcanzamos este ámbito de presión.
ESCALÓN 27
10 000 000 000 000 000 de pascales (1016 Pa)
10 petapascales (101 PPa)
100 000 000 000 de atmósferas (1011 atm)
La marca de 10 petapascales, ó 100 000 000 000 de atmósferas, se alcanza a unos 600 gigámetros por debajo de la superficie visible del Sol.
ESCALÓN 28
31 600 000 000 000 000 de pascales (1016,5 Pa)
31,6 petapascales (101,5 PPa)
316 000 000 000 de atmósferas (1011,5 atm)
En el centro del Sol la presión es de unos 32 petapascales, es decir, de 320 000 000 000 de atmósferas. Esto es 4 000 veces la del centro de Júpiter y 80 000 veces la del centro de la Tierra, y aquí vamos a detenernos. Esparcidos ante nosotros tenemos un número infinito de escalones en donde se incrementa la presión en los centros de las estrellas más masivas que el Sol, de las enanas blancas, de las neutrónicas y de los agujeros negros —las presiones se incrementan sin límite en esta última categoría—. A partir de este punto, no conseguiríamos ya nada que no hubiésemos alcanzado al ascender por la escalera de la densidad.
Y, lo que es más, si regresamos al Escalón 1 e intentamos descender por la escalera de la presión, no obtendríamos casi nada que no hubiésemos ya logrado al descender por la densidad.
Así, pues, quedaremos satisfechos de haber ido desde la presión superficial de la atmósfera marciana hasta la presión central del Sol, a través de 27 escalones que han cubierto 13 1/2 órdenes de magnitud.
A continuación abordaremos algo completamente nuevo, que no tiene nada que ver con la longitud ni con la masa.