Composizione e struttura dell'atmosfera terrestre: unicità e funzioni vitali

Composizione e struttura dell'atmosfera

Che cosa rende l'atmosfera terrestre unica nel Sistema solare? L'atmosfera è l'involucro gassoso che circonda la Terra, trattenuto vicino a essa dalla forza di gravità. È formato da strati sovrapposti, diversi tra loro. Nella sua parte inferiore si trova l'aria che respiriamo. Le funzioni che l'atmosfera svolge la rendono indispensabile per la vita.

Miscela gassosa indispensabile per la vita

L'atmosfera è l'involucro di gas che avvolge la Terra, trattenuto vicino a essa dalla forza di attrazione gravitazionale. È necessaria alla vita perché:

• protegge il pianeta dalle radiazioni solari nocive e dai meteoriti;
• fornisce l'ossigeno necessario per gli organismi;
• permette la diffusione della luce e la fotosintesi;
• contribuisce a mantenere calda la superficie terrestre.

Composizione atmosferica

Si distingue tra bassa atmosfera, fino a circa 80 km di quota, e alta atmosfera, oltre gli 80 km. L'aria è la miscela di gas nella parte bassa dell'atmosfera.

Bassa atmosfera

• Gas: azoto (78%), ossigeno (21%); altri gas, come l'argon (0.93%), anidride carbonica (0,04%), metano, idrogeno, ozono ...
• Vapore acqueo, che dà origine alle precipitazioni;
• Pulviscolo atmosferico: particelle solide trasportate dal vento (granuli di sabbia, ceneri vulcaniche, polline ... )

Alta atmosfera

Non ha una composizione chimica costante, in ogni strato predomina un diverso elemento.

argon 0,93% ossigeno 20,95% altri gas 0,01% azoto 78,08% anidride carbonica 0,04%

Struttura a strati

L'atmosfera si estende per qualche migliaio di chilometri e presenta strati sovrapposti, detti sfere, diversi per spessore, composizione, densità e temperatura.

• Troposfera
• Tropopausa
• Stratosfera

OMOSFERA

• Stratopausa
• Mesosfera
• Mesopausa
• Termosfera
• Termopausa

ETEROSFERA

• Esosfera

0℃ -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 1000 - 1 - - 11 km 500 esosfera andamento della temperatura aurore polari - 120 110 termosfera 100 90 80 70 meteore -60 50 mesosfera - 40 - 30 >ozonosfera + 20 stratosfera 10 troposfera nubi

Strati dell'atmosfera

Troposfera

TROPOSFERA (fino a circa 12 km di quota)

• strato più denso e più vicino al suolo
• ospita la quasi totalità del vapore acqueo, l'80% dei gas atmosferici ed è sede dei fenomeni meteorologici
• la temperatura diminuisce con l'aumentare della quota, di 6,5 ℃ per kilometro (gradiente termico verticale)

Stratosfera

STRATOSFERA (fino a 50 km di quota)

• contiene gas rarefatti
• Vapore acqueo pressoche assente
• presenza di ozono (O2), che si concentra intorno ai 30 km di quota e protegge la superficie terrestre dalle radiazioni UV emesse dal Sole

Mesosfera

MESOSFERA (fino a 80 km di quota)

• contiene gas sempre più rarefatti
• mancano del tutto ozono e vapore acqueo
• in questo strato si incendiano le meteore.

Termosfera

TERMOSFERA (fino a 500 km di quota)

• notevole aumento della temperatura con la quota
• sede delle aurore polari
• contiene gas ionizzati per effetto dei raggi X emessi dal Sole Aurora boreale: https://www.youtube.com/watch?v=je0D 6N9xhSk

Esosfera

ESOSFERA

• strato più esterno dell'atmosfera, dai confini non ben definiti
• composto quasi esclusivamente da idrogeno ed elio
• contiene gas così rarefatti che alcuni sfuggono alla forza di gravità della Terra.

Inquinamento atmosferico

Quali sono le fonti di inquinamento dell'atmosfera? Le attività antropiche producono inquinanti che compromettono la qualità dell'aria, causando gravi danni all'ambiente e alla salute. Alcuni inquinanti agiscono come tali appena immessi in atmosfera, mentre altri si formano per reazioni chimiche attivate dalle radiazioni solari.

Tipi di inquinanti

Gli inquinanti si suddividono in:

• Primari: composti chimici che agiscono da inquinanti appena liberati in atmosfera; comprendono monossido di carbonio, ossido di azoto, biossido di zolfo, composti organici volatili e particolato;
• Secondari: si formano in seguito a reazioni chimiche tra gli inquinanti primari e i gas dell'atmosfera; comprendono diossido di azoto, ozono, acido solforico (che può ricadere in superficie sotto forma di piogge acide). https://www.youtube.com/watch?v=tWYpXjA0oBA&t=29s https://www.youtube.com/watch?v=aAjUdyh8iP8 LifeGate = Inquinamento in pianura Padana https://www.youtube.com/watch?v=N35vU0V 252o GeoPop: inquinamento in pianura Padana https://www.youtube.com/watch?v=Jh 20GFGefKI&t=19s

Inquinanti: diossido di azoto

gennaio 2020 marzo 2020 diossido di azoto NO, (umol/m2) 0 100 200 300

Buco nell'ozonosfera

«Buco» nell'ozonosfera: assottigliamento dello strato di ozono della stratosfera, causato principalmente dall'immissione in atmosfera di clorofluorocarburi (CFC) gas sintetici utilizzati in passato soprattutto come refrigeranti e propellenti per bombolette La conseguenza è il pericoloso aumento della quantità di raggi ultravioletti che raggiungono la superficie terrestre. https://www.ilpost.it/2024/04/27/buco-ozono-animali-antartide/

Meccanismo del buco nell'ozonosfera

• L'ozono è un filtro naturale che assorbe i raggi UV più dannosi
• I clorofluorocarburi, immessi nell'atmosfera dall'uomo, nella stratosfera interagiscono con i raggi ultravioletti, che rompono le molecole di CFC liberando atomi di cloro
• Gli atomi di cloro favoriscono la trasformazione dell'ozono (O3) in ossigeno molecolare (O2) => Diminuisce la concentrazione di ozono raggi ultravioletti (CIO) + CIO, '2 atomo di cloro (CI) ozono (O2) CFCI2 CFCI3 + ossigeno molecolare (O2) ossigeno molecolare (O2) atomo di cloro (CI) ozono (02) ossigeno molecolare (O2)

Temperatura dell'aria

Da che cosa dipende il riscaldamento dell'aria? Soltanto la metà della radiazione solare riesce a raggiungere la superficie terrestre, che la assorbe e la restituisce all'atmosfera sotto forma di calore, riscaldando l'aria. Questo calore viene in parte riemesso verso la superficie dai gas serra: è l'effetto serra.

Radiazione solare

Dell'energia solare che raggiunge il limite superiore dell'atmosfera:

• il 49% viene riflesso verso lo spazio o assorbito dall'atmosfera;
• il 47% viene assorbito dalla superficie terrestre;
• il 4% viene riflesso verso lo spazio dalla superficie terrestre (da ghiacciai, oceani, terreno e vegetazione). radiazione solare 100 18 assorbita dall'atmosfera 4 31 gas serra riflessa dalle nubi 47 assorbita dalla superficie terrestre raggi infrarossi riflessa dalla superficie terrestre

Effetto serra

L'energia del Sole assorbita dalla Terra viene restituita all'atmosfera come calore, cioè sotto forma di raggi infrarossi. L'atmosfera si comporta come i vetri di una serra: lascia passare le radiazioni solari, a più alta frequenza, ma trattiene le radiazioni infrarosse a più bassa frequenza riemesse dalla superficie terrestre. I raggi infrarossi vengono assorbiti e in parte riemessi dai gas serra (vapore acqueo, anidride carbonica, metano e altri gas) verso la superficie terrestre, che così si riscalda. Questo fenomeno naturale è detto effetto serra. le piante assorbono l'energia e la restituiscono come onde lunghe i raggi solari attraversano i vetri della serra

Fattori che influenzano la temperatura dell'aria

La temperatura dell'aria nello strato più basso dell'atmosfera varia in base a:

• inclinazione dei raggi solari, che dipende da fattori astronomici e geografici (per esempio la temperatura varia con le stagioni astronomiche e diminuisce con l'aumentare della latitudine); raggi solari ore 12 ore 16 raggi solari superficie terrestre

Distribuzione terre emerse e mari

• distribuzione di terre emerse e mari, che assorbono e riemettono il calore in tempi diversi; La radiazione penetra nell'acqua e il calore si propaga anche in profondità, riscaldando una grande massa d'acqua La radiazione solare non riesce a penetrare molto nel terreno e nelle rocce; il riscaldamento è limitato a uno strato sottile delle terre emerse L'acqua si riscalda lentamente perché ha un elevato calore specifico Il vento e le onde rinnovano continuamente lo strato superficiale e perciò il calore si distribuisce fino a profondità elevata Le terre emerse si riscaldano e si raffreddano più rapidamente perché hanno un basso calore specifico Nelle terre emerse non si verifica il continuo rimescolamento che si realizza nel mare

Altitudine e vegetazione

• altitudine: la temperatura diminuisce con l'aumentare dell'altitudine, di circa 6 ℃ ogni 1000 m; a quote elevate l'aria è meno densa e meno ricca di vapore acqueo e pulviscolo, quindi assorbe meno radiazioni.
• presenza di vegetazione, che grazie alla traspirazione abbassa la temperatura dell'aria. 4000 m -4 ℃ 3000 m 2 ºC O 2000 m 8 ºC D 6 A A 3 5 1000 m 14 °C 0 0 m 20 °℃

Tempo atmosferico e clima

Che caratteristiche hanno i climi del nostro pianeta? L'andamento delle condizioni del tempo meteorologico sul lungo periodo definisce il clima di un luogo. La superficie terrestre è caratterizzata da una grande varietà di territori che, insieme alle condizioni atmosferiche, conferiscono a ogni regione del pianeta un clima tipico.

Definizione di tempo atmosferico

Il tempo atmosferico, o meteorologico, è l'insieme delle condizioni fisiche della troposfera, in un determinato luogo e in un dato momento. È definito dagli elementi meteorologici, che sono:

• temperatura
• umidità
• copertura nuvolosa
• precipitazioni
• pressione
• venti

Tempo atmosferico e masse d'aria

Massa d'aria: corpo aeriforme di grandi dimensioni e con valori di umidità e temperatura piuttosto costanti. Es.

• Ai poli si originano masse d'aria fredde
• Ai tropici: masse d'aria calda
• Nelle aree continentali: masse d'aria fredda e secca
• Nelle aree desertiche tropicali: masse d'aria calda e secca
• Nelle aree oceaniche: masse d'aria umida (fredde o calde) Quando una massa d'aria si sposta dalla zona di origine può generarsi una perturbazione atmosferica.

Perturbazioni atmosferiche

La zona di contatto tra due masse d'aria con origine e proprietà diverse è detta fronte.

• Fronte freddo: l'aria fredda (con maggiore velocità) si incunea sotto una massa d'aria calda, che si solleva, generando precipitazioni intense. (a) Cold front: cold air mass advances Warm air mass Cold air mass Heavy precipitation