L'aria e l'atmosfera: precipitazioni e fenomeni atmosferici per la Scuola media

L'aria e l'atmosfera

L'atmosfera è l'involucro di gas che circonda la Terra. È costituita da aria ed una miscela di gas che filtrano le radiazioni solari che originano l'effetto serra che distribuisce, in modo uniforme, il calore sulla superficie terrestre.

Che cos'è la Terra

Il nostro pianeta è un sistema di componenti in relazione tra loro. Queste componenti sono quattro:

• l'atmosfera: lo strato di gas che circonda la Terra;
• l'idrosfera: costituita da tutte le acque presenti sulla Terra (oceani, mari, laghi, fiumi);
• la litosfera: la superficie solida dei continenti e dei fondali oceanici, costituita da roccia;
• la biosfera: comprende tutte le forme di vita, vegetali ed animali, uomo.

idrosfera litosfera

L'atmosfera

L'atmosfera si estende, a strati concentrici, dal livello del mare fino ad un'altezza di centinaia di chilometri, assumendo caratteristiche diverse. Vicino alla superficie terrestre è molto ricca di gas che, però, diminuiscono con l'aumentare dell'altitudine, fino ad impedire la respirazione intorno ai dieci chilometri di altezza.

La composizione dell'aria

L'aria è una miscela di gas composta dal:

• 78% di azoto, incolore e inodore, elemento costitutivo delle proteine e degli acidi nucleici.
• 21% di ossigeno che permette la respirazione degli esseri viventi. La sua presenza è assicurata dalle piante, attraverso la fotosintesi clorofilliana.
• 0,03% di anidride carbonica, prodotta delle combustioni e della respirazione degli esseri viventi. È utilizzata dai vegetali, nel processo di fotosintesi clorofilliana.
• 0,97% di argon e altri gas in minima quantità, detti perciò gas rari.
• ozono in quantità variabili. Si forma durante i temporali in seguito alle scariche elettriche sull'ossigeno dell'aria.

Le percentuali di questa composizione si riferiscono all'aria secca. In realtà l'aria contiene quasi sempre una certa percentuale di umidità, rappresentata da vapore acqueo.

78% azoto 21% ossigeno 1% anidride carbonica e gas rari

Le proprietà dell'aria

L'aria è una miscela di gas che:

• non ha volume né forma propri;
• è comprimibile perché le molecole sono molto distanti tra loro e, con una forte pressione, è possibile farle avvicinare occupando un volume minore.
• Ha una massa ed un peso propri. L'aria esercita una pressione sulla superficie terrestre in maniera così uniforme da non essere percepita nemmeno dal nostro corpo.
• Si espande riscaldandosi perché, con il calore, le molecole si distanziano. L'aria calda ha una densità minore di quella fredda e quindi sale verso l'alto. Questa proprietà è alla base di tutti i fenomeni meteorologici della Terra.

Gli strati dell'atmosfera

Partendo dalla superficie terrestre, prendono il nome di:

• troposfera, che ha uno spessore variabile di circa 8 km sopra i poli e 18 km sopra l'equatore. Nella troposfera si verificano la maggior parte dei fenomeni meteorologici.
• stratosfera, che si estende oltre la troposfera fino a 50 km di altezza. Qui si trova uno strato ricco di ozono, utile per assorbire le radiazioni ultraviolette del Sole.
• mesosfera, che si estende di oltre 80 km oltre la stratosfera. L'ossigeno diminuisce gradualmente mentre aumentano i gas leggeri, come elio e idrogeno.
• termosfera, si estende oltre la mesosfera fino a 400 km di altezza. La temperatura arriva a 1200℃ a causa dell'intensa radiazione solare.
• esosfera, che si estende fino a sfumare verso lo spazio interplanetario.

Strati atmosferici

esosfera termosfera mesosfera stratosfera troposfera

L'effetto serra

Entrando in una serra o in una stanza con grandi vetrate esposte al sole, ti accorgi che la temperatura interna è maggiore di quella esterna. Questo perché i raggi solari che penetrano all'interno riscaldano il pavimento che a sua volta restituisce il calore sotto forma di radiazioni infrarosse che solo in parte riescono a ritornare all'esterno. Questo avviene anche per la Terra, perché l'atmosfera riesce solo in parte a disperdere il calore di ritorno dalla superficie terrestre. Questo fenomeno prende il nome di effetto serra e permette di mantenere una temperatura adatta agli esseri viventi.

radiazioni riflesse dall'atmosfera radiazioni assorbite da polveri, .. nuvole, gas radiazioni disperse nello spazio radiazioni assorbite dalla Terra calore rilasciato dalla Terra

Inquinamento ed effetto serra

L'effetto serra è da sempre presente sul nostro pianeta e permette di mantenere una temperatura adatta agli esseri viventi. Tuttavia negli ultimi decenni, a causa dell'inquinamento e della produzione incontrollata di gas come l'anidride carbonica, il metano e l'ozono (detti gas serra), questo fenomeno si è intensificato, portando ad un aumento della temperatura, chiamato riscaldamento globale, causa di preoccupanti cambiamenti climatici.

CAUSE NNO O H CH 0 H H H H 1 1 0,6-09 ℃ RISCALDAMENTO GLOBALE EFFETTI SOLUZIONI

O EFFETTO SERRALa pressione atmosferica

La pressione atmosferica

A causa della forza di gravità, il peso dell'enorme massa di gas presente sulla terra esercita sulla superficie terrestre una pressione atmosferica. Il valore di questa pressione dipende da:

• altitudine perché man mano che si sale di quota diminuisce l'altezza della colonna d'aria sovrastante;
• temperatura perché l'aria diventa meno densa e quindi più leggera con l'aumentare della temperatura.
• umidità in quanto la pressione diminuisce all'aumentare dell'umidità perché le molecole di vapore acqueo sono più leggere di quelle di ossigeno e azoto.

altitudine pressione atmosferica (hPa) (m) 6000 479 5000 533 4000 619 3000 706 2000 803 1000 899 O livello del mare 1013

Strumenti e unità di misura della pressione atmosferica

L'apparecchio di misurazione della pressione atmosferica è il barometro, all'inizio costituito da un tubo all'interno di un serbatoio di mercurio. L'unità di misura era il millimetro di mercurio (mmHg). Questo strumento è stato sostituito dal barometro aneroide (cioè senza aria), costituito da una scatola metallica chiusa in cui vi è una molla collegata ad un ago. La pressione sulla scatola crea una piccola deformazione della molla muovendo l'ago su un quadrante in cui sono segnati i valori pressori.

scala graduata 1010 1010 1000 1020 066 1030 980 1040 T TT B A 046 1040 1050 1 B A 046 1050 scatola in cui è fatto il vuoto

1000 1020 066 103. 086I venti

I venti

Se sulla carta geografica uniamo tutti i punti in cui vi è la stessa pressione atmosferica, le linee chiuse ottenute si chiamano isobare. Tra queste linee, le aree che presentano la pressione più bassa si dicono cicloniche, quelle con la pressione più alta sono invece anticicloniche. Quando le due aree sono contigue, si crea una forte differenza di pressione che porta ad uno spostamento di aria dalle zone di alta pressione verso quelle di pressione più bassa. Intanto lo spostamento dell'aria calda che è salita la fa raffreddare e scorrere in senso contrario verso le zone anticicloniche. Questa continua circolazione di aria si chiama cella convettiva.

B

Caratteristiche dei venti

Le caratteristiche di un vento sono la direzione (determinata con l'anemoscopio) e la velocità (determinata con l'anemometro e calcolata in m/s oppure km/h). La rosa dei venti, invece, indica la direzione dei venti in relazione ai punti cardinali. I venti possono essere costanti (spirano sempre dalla stessa direzione), periodici (cambiano direzione con una certa regolarità) e variabili (a carattere locale, senza andamento regolare).

4° QUADRANTE 1° QUADRANTE Tramontana Maestro Greco Tramontana 0° NNE Maestro 1 NW 1 NF Maestro Ponente WNW ENE Ovest / West Ponente 270° 90°Est / East Levante WSW ESE Libeccio Ponente Scirocco Levante Libeccio2 Scirocco SSW 180° Sud / South Scirocco Rosa dei venti Libeccio Mezzogiorno -Mezzogiorno & Mezzogiorno 3º QUADRANTE 2° QUADRANTE

Tramontana - Nord / North NNW Greco I Greco Levante O I SSEGli alisei

Gli alisei

Gli alisei soffiano con intensità e direzione costanti (da Nord-Est verso Sud-Ovest nel nostro emisfero e da Sud-Est verso Nord-Ovest in quello australe) e provocano forti piogge nelle zone equatoriali.

Tropico Alte pressioni subtropicali Alisei Equatore Basse pressioni equatoriali Alisei Tropico Alte pressioni subtropicali

I monsoni

I monsoni sono venti periodici dell'Asia meridionale che cambiano direzione ogni sei mesi. In inverno la temperatura più calda dell'Oceano Indiano crea una zona di bassa pressione, attirando venti dal continente verso l'Oceano stesso dando luogo alla stagione secca. In estate succede l'inverso, dando luogo alla stagione delle piogge.

Monsone invernale INDIA INDIA Monsone estivo Oceano Indiano Oceano Indiano

Le brezze

Le brezze soffiano in una direzione durante il giorno e in quella contraria durante la notte, soprattutto in montagna, per il solito principio di differenza di pressione tra fondovalle verso la montagna (brezza di valle) e da montagna a valle (brezza di montagna) e sulle coste marine (brezza di mare e brezza di terra).

Brezze diurne e notturne

giorno L'aria calda sale L'aria fresca scende Il mare si riscalda lentamente Il suolo si riscalda velocemente

notte L'aria fresca scende L'aria calda sale Il mare si raffredda lentamente Il suolo si raffredda velocemente

I tornado e le trombe d'aria

I tornado e le trombe d'aria sono fenomeni che si verificano quando una massa di aria calda e umida viene a trovarsi sotto una massa di aria fredda e asciutta. La grande differenza di pressione crea una forte corrente che sale ad enorme velocità con un andamento a spirale. Sono venti che possono raggiungere velocità di 500 km/h, con effetti distruttivi sulle zone che attraversano (ovunque sulle Terra, eccetto le zone polari). Lo stesso fenomeno può verificarsi sulle superfici d'acqua (trombe marine) e nei deserti (turbini di polvere).

tromba d'aria tromba marina turbine di polvere

Il ciclone

Il ciclone tropicale è un insieme di vento e attività temporalesche in rotazione su se stesso. Nel continente americano sono chiamati uragani e in quello asiatico tifoni. Nascono sugli oceani, quando questi raggiungono temperature intorno ai 27°℃ e la pressione è molto bassa. L'aria molto calda e umida sale verso l'alto con un movimento rotatorio intorno ad una zona centrale detta occhio del ciclone, relativamente calma. I vortici, invece, possono raggiungere velocità intorno a 300km/h e spostarsi ad oltre 200 km/h, incontrano.

correnti discendenti correnti ascendenti direzione del ciclone occhio del ciclone aria in arrivo