L'atmosfera: composizione, struttura, nubi e precipitazioni atmosferiche

L'atmosfera: Composizione e Struttura

Cfr pag 75-77 Classe 3sp Istituto Facchetti Treviglio+

O L'atmosfera : definizione

• L'atmosfera è l'involucro aeriforme che avvolge il nostro pianeta
• È trattenuta sulla terra dalla gravità

Nascita dell'atmosfera

• L'atmosfera si è formata grazie all'emissione di gas avvenuta durante antiche eruzioni vulcaniche
• Inizialmente era ricca degli stessi gas che caratterizzano oggi le eruzioni vulcaniche
• Vapore acqueo
• Diossido di carbonio
• Metano
• Ammoniaca . Nell'atmosfera primordiale NON c'era quindi ossigeno!
• L'ossigeno si è formato per via fotosintetica

Composizione dell'aria

Qual è la composizione dell'aria? Aria: miscuglio discreto di molti gas nei quali è possibile trovare una sospensione di microparticelle liquide o solide.

argon (0,934%) neon (Ne) elio (He) diossido di carbonio (0,038%) tutti gli altri gas 0,00182% 0,000524% metano (CH ) 0,00015% cripto (Kr) 0,000114% idrogeno (H2) 0,00005% ossigeno (20,946%) azoto (78,084%)

Altri componenti atmosferici

• Sono presenti in quantità variabile:

• il vapor d'acqua, fino a un massimo del 4% è all'origine di nuvole e precipitazioni e, insieme al diossido di carbonio, è in grado di trattenere calore.
• il pulviscolo atmosferico: insieme di microparticelle solide o liquide.
• l'ozono (03) è una molecola che contiene un atomo di ossigeno in più rispetto al normale ossigeno atmosferico respirabile. Si forma soprattutto nello strato dell'ozonosfera dove i raggi UV scatenano reazioni che producono l'ozono.

Reazione di formazione dell'ozono

raggi ultravioletti ozono (O3) ossigeno molecolare (O2) + ozono (O3) ossigeno atomico (O)

Struttura a strati concentrici

• In base all'andamento della temperatura l'atmosfera può essere suddivisa verticalmente in quattro strati differenti:
• troposfera
• stratosfera
• mesosfera
• termosfera altitudine (km) 140 130 aurora 120 TERMOSFERA 110 100 90 08 mesopausa meteora 70 temperatura MESOSFERA 60 50 stratopausa 40 STRATOSFERA 30 massima concentrazione di ozono 20 10 tropopausa monte Everest TROPOSFERA -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 50

La troposfera

• Nella troposfera (0-12 km) avvengono tutti i fenomeni meteorologici
• Il limite superiore della troposfera è la tropopausa altitudine (km) 140 130 aurora 120 TERMOSFERA 110 100 90 80 mesopausa meteora 70 temperatura MESOSFERA 60 50 stratopausa 40 STRATOSFERA 30 massima concentrazione di ozono 20 10 monte Everest tropopausa TROPOSFERA -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 50

La stratosfera

• Nella stratosfera (12-50 km circa) dove si trova l'ozonosfera
• Il limite superiore della stratosfera è la stratopausa altitudine (km) 140 130 aurora 120 TERMOSFERA 110 100 90 80 mesopausa meteora 70 temperatura MESOSFERA 60 50 40 STRATOSFERA 30 massima concentrazione di ozono 20 10 ava monte Everest TROPOSFERA -100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 50

La mesosfera

• Nella mesosfera (50-80 km circa) l'aria è rarefatta e la temperatura raggiunge i valori più bassi
• Il limite superiore della mesosfera è la mesopausa altitudine (km) 140 130 aurora 120 TERMOSFERA 110 100 90 80 opauva meteora 70 temperatura MESOSFERA 60 50 Statopausa 40 STRATOSFERA 30 massima concentrazione di ozono 20 10 tropopausa monte Everest TROPOSFERA -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 50

La termosfera

• Nella termosfera (80-500 km circa) la temperatura sale nuovamente
• Il limite superiore della termosfera è la termopausa altitudine (km) 140 130 aurora 120 TERMOSFERA 110 100 90 80 moovpausa meteora 70 temperatura MESOSFERA 60 50 stratopausa 40 STRATOSFERA 30 massima concentrazione di ozono 20 10 monte Everest tropopausa TROPOSFERA -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 50

L'esosfera e la magnetosfera

• Oltre i 500 km l'esosfera sfuma dello spazio cosmico
• La parte più esterna è chiamata magnetosfera ed è costituita da particelle del vento solare intrappolate dal campo magnetico terrestre
• Il vento solare è un flusso di particelle elettriche prodotte dal sole.
• Nella magnetosfera la temperatura raggiunge i 2000 ℃ ma la densità è così bassa che non si sente alcun calore

Aurora polare

• Se le particelle del vento solare riescono ad entrare nell'atmosfera, queste eccitano gli elettroni generando effetti visibili ad occhio nudo.

Domande per lo studio

• Qual è la composizione dell'aria?
• In che modo si suddividono gli strati dell'atmosfera

L'atmosfera: Temperatura

Cfr pag 80-85 Classe 3sp Istituto Facchetti Treviglio

Calore

• Il calore è una forma di energia detta anche Energia termica
• Gran parte dell'energia naturale presente sulla Terra è fornita dal Sole proprio sotto forma di radiazioni elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche sono una forma di energia che si propaga anche nel vuoto, dove viaggia a una velocità di circa 300 000 km/s

Effetti sulle radiazioni solari

Iriflessione diffusione assorbimento Effetti sulle radiazioni

• Le radiazioni solari possono:
• essere riflesse (riflessione)
• essere diffuse (diffusione)
• essere assorbite (assorbimento)

·La superficie terrestre assorbe una quantità di energia solare maggiore rispetto all'atmosfera che poi, in parte, riemette. Di conseguenza, l'aria non si riscalda direttamente attraverso i raggi solari, ma è riscaldata indirettamente dalla superficie della Terra.

radiazioni solari 100% 30% delle radiazioni disperse nello spazio per riflessione e diffusione 5% delle radiazioni retrodiffuse verso lo spazio da parte dell'atmosfera 20% delle radiazioni riflesse dalle nubi 20% delle radiazioni assorbite dall'atmosfera e dalle nubi 50% delle radiazioni dirette e diffuse assorbite dalle terre e dai mari 5% delle radiazioni riflesse da terra e mare

Effetto serra

Le radiazioni solari a onda corta vengono assorbite dalla superficie terrestre.

La superficie terrestre emette radiazioni a onda lunga che vengono assorbite dai gas serra.

I gas serra irradiano di nuovo una parte dell'energia verso la Terra, intrappolando il calore nella parte inferiore dell'atmosfera.

H2O CO2

Precisazioni sull'effetto serra

• I gas serra lasciano passare la luce ma non il calore
• L'effetto serra non è di per sé «cattivo» poiché altrimenti la temperatura sulla terra sarebbe troppo bassa per consentire la vita.
• La differenza tra l'energia solare in ingresso nell'atmosfera e quella in uscita dalla Terra rappresenta il bilancio termico globale del pianeta
• Nel complesso, questo bilancio sarebbe naturalmente in pari, quindi la temperatura media del pianeta tenderebbe a rimanere costante.

Ora tocca a te!

• Fai una breve ricerca di approfondimento su quali sono i principali gas serra
• Descrivi la variazione delle temperature negli ultimi anni a causa dell'effetto serra.
• Cosa potresti fare per combattere l'insorgenza di gas serra?
• NB: questa ricerca sarà materiale per l'interrogazione!

Il colore del cielo

• I colori del Sole e del cielo all'alba (o al tramonto) sono molto diversi da quelli percepiti nelle ore centrali della giornata: è proprio la presenza dell'atmosfera a determinare queste differenze. Per capire come questo accade, è indispensabile sapere che le molecole di gas che compongono l'atmosfera diffondono più facilmente le radiazioni visibili che corrispondono ai colori blu e violetto, rispetto a quelle che corrispondono al giallo e al rosso.

sole al mezzodì sole all'alba - - . . -

Fattori che influenzano la temperatura dell'aria

1. inclinazione dei raggi solari rispetto alla perpendicolare al piano dell'orizzonte, che dipende da fattori astronomici e geografici;
2. altitudine (la temperatura diminuisce con l'aumentare dell'altitudine);
3. L'esposizione: i versanti esposti a sud godono di un irraggiamento maggiore di quelli esposti a nord;
4. distribuzione di terre emerse e mari, che assorbono e riemettono il calore in tempi diversi;
5. L'albedo: percentuale di radiazioni riflesse da una superficie.
6. La copertura nuvolosa: uno spesso strato di nuvole aumenta considerevolmente l'albedo.
7. presenza di vegetazione, che grazie alla traspirazione abbassa la temperatura dell'aria.

Inclinazione dei raggi solari

La latitudine

23°27' N atmosfera 90° 66°33' raggi del Sole 30° 23°27' S

La stagione

solstizio d'estate 21 giugno inclinazione dei raggi solari 73º30 E N S 0 solstizio d'inverno 22 dicembre inclinazione dei raggi solari 26°30' E N S 0

L'albedo

• La frazione delle radiazioni totali riflessa da una superficie è detta albedo
• L'albedo planetaria media è circa 30%
• L'albedo della superficie terrestre varia in relazione a una serie di fattori, quali
• natura della superficie
• copertura nuvolosa
• presenza di pulviscolo atmosferico
• inclinazione dei raggi solari nubi spesse 70-80% nubi sottili 25-30% neve 50-90% erba 5-25% foresta 5-10% campo arato (suolo umido) 15-25% tetto chiaro 35-50% asfalto 5-10 % tetto scuro 10-15% acqua 5-80% (in base all'inclinazione dei raggi solari) sabbia (spiaggia) 20-40%

La copertura nuvolosa

• L'effetto esercitato complessivamente dalla copertura nuvolosa è una diminuzione dell'escursione termica giornaliera, perché nell'arco delle 24 ore essa determina l'abbassamento della temperatura massima e l'innalzamento di quella minima

Isoterme

-80° 5° 5° -60 10 10 ** 15° 15° 20° 20° 30 35 25° 35º 359 30% 25° -0° 25° 20 20º 15 15° 10º 5 5º 60° no Isoterme

• Le linee che collegano i punti con gli stessi valori di temperatura sono chiamate isoterme

-40 25° 35° -20°-300 35°> -20° -40° 10°

Domande per lo studio

• Da quali fattori dipendono le temperature atmosferiche?

L'atmosfera: Umidità

Cfr pag 86-88 Classe 3sp Istituto Facchetti Treviglio

Alcune definizioni

• Il tempo meteorologico è la veloce successione dei fenomeni atmosferici riferiti a una precisa località e a un breve intervallo di tempo.
• L'umidità assoluta è la quantità di vapore d'acqua presente in un'unità di volume d'aria e viene espressa in g/m3
• La quantità massima di vapore che può essere contenuta in 1 m3 di aria a una data temperatura e pressione è chiamata punto di saturazione
• L'umidità relativa è il rapporto tra l'umidità assoluta e il punto di saturazione (a una data temperatura e pressione) ed è perciò indicata da una percentuale