L'atmosfera
La sottile striscia di aria che circonda la Terra (ha uno spessore di circa 1.000 Km ma la sua fascia superiore estremamente rarefatta si estende fino a 30.000 Km di altezza. è la fonte di vita del pianeta stesso. stesso Forse non si riflette a sufficienza sul fatto che si potrebbe sopravvivere senza cibo o senza acqua, ma non senza l'aria. Inoltre senza l'atmosfera non esisterebbero ne i mari ne gli oceani e nemmeno i laghi (l'acqua evaporerebbe). La Terra usa come motore l'energia del Sole, ma solamente una piccolissima porzione di questa energia viene intercettata dal nostro pianeta, buona parte è riflessa dall'atmosfera.
La pressione atmosferica La superficie della terra è in realtà situata in fondo a un vasto oceano di aria. Come l'acqua nel mare, l'aria nell'atmosfera preme costantemente sulla superficie solido o liquida del pianeta al di sotto.
Questa figura rappresenta la pressione atmosferica, come il peso di una colonna d'aria. (a) sistema metrico. Il peso di una colonna di aria 1 cm2 è bilanciata dal peso di una massa di circa 1 kg. (B) sistema inglese.
La pressione atmosferica La gravità tira i gas verso la superficie terrestre, e l'intera colonna di gas pesa circa 1 kg a livello del mare, una pressione di 1013,25 MB o 760 mm di Hg. La quantità di forza esercitata su un'unità di superficie è chiamata pressione atmosferica
La pressione atmosferica Poiché la pressione atmosferica diminuisce rapidamente con l'altitudine in prossimità della superficie, un piccolo cambiamento in elevazione produce un significativo cambiamento nella pressione dell'aria. La pressione atmosferica diminuisce con l'aumentare dell'altitudine di sopra della superficie della Terra. La pressione atmosferica diminuisce rapidamente con l'altezza. Una scalata a una quota di soli 5,5 km ci porta in un luogo in cui la pressione è di 500 mb, cioè sopra di noi c'è la metà delle molecole dell'atmosfera. L'altra metà è nella parte sottostante!
La temperatura dell'aria La temperatura dell'aria diminuisce con l'altezza. Lo standard (media) nella bassa atmosfera è di circa 6,5 ° C per 1 km. L'aumento della temperatura dell'aria con l'altezza è chiamato inversione termica. Le radiosonde sono uno strumento che misurano il profilo verticale della temperatura dell'aria in atmosfera.
Il barometro Il barometro è lo strumento di misura per la pressione atmosferica. Il primo barometro fu costruito da Evangelista Torricelli nel 1643. Questo strumento è costituito da un tubo a fondo cieco lungo non meno di 80 centimetri, riempito di mercurio e rivoltato con il lato aperto verso il basso in una vaschetta contenente altro mercurio. La colonna di mercurio tende a scendere nella vaschetta lasciando il vuoto dietro di sÊ.
vuoto peso
Sulla parte inferiore della colonna agisce però la pressione atmosferica che tende a spingere verso l'alto la colonna. Quando la colonna ha raggiunto una altezza tale che la pressione esercitata alla base controbilancia perfettamente la pressione atmosferica allora la discesa si interrompe. Misurando l'altezza della colonna si può calcolare la pressione atmosferica. Per questi motivi la pressione è stata storicamente a lungo indicata in millimetri di mercurio (mm Hg) e molti barometri a mercurio ancora ne riportano la scala, anche se attualmente la misura corretta nel sistema internazionale è il Pascal.
Composizione dell'atmosfera Ci sono diversi tipi di gas nell'atmosfera: Azoto - 78% •Ossigeno - 21% •Vapore acqueo - da 0 a 4% •Anidride carbonica - 0,037% •Altri gas fanno il resto •
Composizione dell'atmosfera L'aria è composta di azoto, ossigeno, argon, vapore acqueo, anidride carbonica, altri gas, e la maggior parte sono invisibili. invisibili Le nuvole non sono gas, ma vapore acqueo condensato sotto forma di goccioline liquide. Lo smog, smog inquinamento, che a volte è visibile, contiene reagenti di azoto e ozono.
Gli strati dell'atmosfera Si è soliti inoltre suddividere l’atmosfera terrestre in base all’andamento in funzione della quota dei suoi parametri principali, tra tutti la temperatura. Troposfera: È lo strato in cui si verificano quasi tutti i fenomeni meteorologici e contiene l'80% della massa gassosa totale e il 99% del vapore acqueo: l'aria della troposfera è riscaldata dalla superficie terrestre ed ha una temperatura media globale di 15 °C al livello del mare, che diminuisce con l'altitudine (in media 0,65 °C ogni 100m di quota) fino ai circa −60 °C della tropopausa. La troposfera ha uno spessore variabile a seconda della latitudine: ai poli è spessa solamente 8 km mentre raggiunge i 17 km all'equatore. La pressione atmosferica decresce con l'altitudine ; oltre i 7-8 km di quota la pressione è tanto bassa che non è più possibile respirare senza l'uso di maschere collegate a bombole di ossigeno. Salendo in quota, ad un certo punto la temperatura si stabilizza a −60 °C circa: è la tropopausa, la zona di transizione fra troposfera e stratosfera. La troposfera è inoltre il luogo della vita oltre che dei fenomeni meteorologici: tutte le piante e tutti gli esseri viventi vivono in essa utilizzando alcuni dei gas che la costituiscono.
Gli strati dell'atmosfera Stratosfera È lo strato atmosferico che sta al di sopra della troposfera ed arriva ad un'altezza di 50-60 km. Qui avviene un fenomeno chiamato inversione termica: cioè, mentre nella troposfera la temperatura diminuisce con l'altezza, nella stratosfera aumenta, fino alla temperatura di 0 °C. Questo fenomeno è dovuto alla presenza di uno strato di ozono (molecola di ossigeno triatomica), l'ozonosfera, che assorbe la maggior parte delle radiazioni solari ultraviolette (circa il 99%). In alcuni punti dell'ozonosfera lo strato di ozono si è assottigliato (fenomeno del buco nell'ozono, scoperto nella zona antartica) al punto tale che non offre più un'efficace protezione ai raggi ultravioletti (UV) che, in queste condizioni, riescono a giungere a terra. Questi raggi causano seri danni alle piante e a tutti gli esseri viventi. I danni all'uomo possono essere tumori alla pelle e cecità, a causa di danni irreversibili alla retina. Nella stratosfera le componenti sono sempre più rarefatti, il vapore acqueo e il pulviscolo diminuiscono; esistono ancora alcuni rari fenomeni meteorologici e certi particolari tipi di nubi (come le nubi madreperlacee).
Gli strati dell'atmosfera Mesosfera In questa zona, che va dai 50 agli 80 km di quota, l'atmosfera non subisce più l'influsso della superficie terrestre ed è costante a tutte le latitudini. Essa è caratterizzata da una accentuata rarefazione degli elementi gassosi e da un graduale aumento di quelli più leggeri a scapito di quelli più pesanti. In questa parte dell'atmosfera la temperatura riprende a diminuire con l'altezza e raggiunge il valore minimo, variabile tra i −70 ed i −90 °C, intorno agli 80 km. L'effetto riscaldante dell'ozono è terminato e la temperatura diminuisce sempre più con la quota fino a stabilizzarsi al limite superiore della mesosfera (−80 °C nella mesopausa). In questo strato hanno origine le stelle cadenti, cioè i piccoli meteoriti che di solito non riescono a raggiungere la superficie terrestre e bruciano prima di raggiungere la Terra, lasciando scie luminose. Oltre la mesopausa, alla quota di circa 100 km, l'aria è tanto rarefatta da non opporre una resistenza tangibile al moto dei corpi, e diventa possibile muoversi con il moto orbitale. Per questo motivo, in astronautica la mesosfera viene considerata il confine con lo spazio.
Gli strati dell'atmosfera Termosfera La termosfera è la sfera successiva alla Mesosfera e separata da quest'ultima dalla mesopausa. La temperatura, dopo l'abbassamento avvenuto nella mesosfera, torna a crescere con la quota. Alcuni dati sperimentali affermano che ad un'altezza di circa 300 km la temperatura sarebbe di 1000 °C. Però, gli astronauti che si trovano a questa altezza necessitano di indossare delle tute riscaldate a causa del freddo. Questa apparente contraddizione si spiega definendo il calore, cioè una forma di energia che si libera negli urti tra le particelle; a causa della bassa densità dei gas questi urti avvengono raramente, spiegando in questo modo il poco calore esistente.
Gli strati dell'atmosfera Ionosfera La ionosfera è lo strato di atmosfera in cui i gas atmosferici sono fortemente ionizzati: è costituita dagli strati esterni dell'atmosfera, esposti alla radiazione solare diretta che strappa gli elettroni dagli atomi e dalle molecole. Ha uno spessore di alcune centinaia di chilometri e assorbe buona parte delle radiazioni ionizzanti provenienti dallo spazio. La temperatura in questo strato sale con l'altitudine, per l'irraggiamento solare, ed arriva ai 1700 °C al suo limite esterno. Al confine fra mesopausa e ionosfera hanno luogo le aurore polari. Esosfera È la parte più esterna dell'atmosfera terrestre, dove la composizione chimica cambia radicalmente. L'esosfera non ha un vero limite superiore sfumando progressivamente verso lo spazio interplanetario e arrivando a comprendere parte delle fasce di Van Allen. I suoi costituenti, come già detto, sono perlopiù idrogeno ed elio, in maggioranza particelle del vento solare catturate dalla magnetosfera terrestre.
Il vento I venti sono il risultato di differenze nella distribuzione orizzontale della pressione atmosferica: l’aria, infatti, fluisce da zone a pressione più elevata verso zone a pressione minore. Il vento tende, quindi, ad annullare le differenze di pressione orizzontali dovute al riscaldamento non omogeneo della superficie terrestre. L'intensità del vento è direttamente proporzionale alla differenza di pressione tra le due aree e inversamente proporzionale alla loro distanza. Quanto più elevata è la differenza di pressione tra le due configurazioni (alta e bassa) e quanto più esse sono vicine, tanto maggiore sarà la velocità del vento.
Circolazione dell'atmosfera L’aria che è salita verso l’alto viene sostituita da aria più fredda e più densa che si dirige verso il basso. Si instaura così una circolazione verticale convettiva. convettiva Il meccanismo che abbiamo descritto si verifica continuamente nell’atmosfera terrestre, ed è alimentato dal calore solare. Alla base di una colonna d’aria ascendente si forma una zona di bassa pressione (aree cicloniche), cicloniche) mentre dove l’aria scende verso il suolo si forma una zona di alta pressione (aree anticicloniche).
BREZZA DI MARE: MARE Durante le giornate calde e serene, il sole riesce a scaldare la terra ferma anche di 10°C mentre non riesce a fare altrettanto con il mare, la cui superficie viene riscaldata solo di un paio di gradi. Per questo motivo, sulla terra ferma si verrà a creare una zona di debole bassa pressione dovuta al sollevamento dell'aria calda, che non farà altro che attirare verso di se l'aria più fresca proveniente dal mare per effetto del dislivello barico venutosi a creare. Tenendo presente ciò che è stato detto si intuisce facilmente che le brezze saranno più deboli al mattino e alla sera perché la differenza di temperatura è scarsa, più intense nelle ore centrali ( sia del giorno che della notte) perché la differenza è massima e del tutto assenti nelle ore in cui le temperature tendono ad eguagliarsi cioè circa alle ore 8 e alle ore 20. Quindi, nella tarda mattinata o nel primo pomeriggio dei mesi caldi, in prossimità delle coste, il vento soffia dal mare verso la terraferma (brezza di mare).
Brezza di terra: terra Durante la notte, il processo continuerà perché il terreno tenderà a perdere il calore accumulato durante la giornata molto più velocemente rispetto al mare che quindi rimarrà più caldo. Anche in questo caso, più si andrà verso le ore centrali più il vento si intensificherà, sempre continuando a ruotare in senso orario per poi ridiscendere nelle prime ore del mattino, fino a fermarsi verso le ore 8 circa. Avremo così compiuto una completa rotazione del vento di 360° nelle 24 ore e il ciclo potrà così ricominciare. Nel caso in cui il cielo fosse nuvoloso, essendo minore il riscaldamento, le brezze potranno risultare più deboli o del tutto assenti. Inoltre, i venti di brezza si verificano quando i venti generali sono quasi del tutto assenti, per cui se questi ultimi invece fossero presenti e di una certa intensità, potranno tranquillamente soppiantarli, deviarli o rafforzarli.
Lo stesso fenomeno si presenta considerando le situazioni che si verificano d'estate e d'inverno: In generale d'estate la terra è piÚ calda, e quindi prevale la brezza di mare, viceversa d'inverno prevale la brezza di terra in quanto è il mare che si raffredda meno della terra.