L'aria: composizione, caratteristiche e strati dell'atmosfera terrestre

L'aria

Che cos'è l'aria? L'aria è una miscela gassosa formata da diversi gas che avvolge la Terra come un involucro gassoso; questo involucro prende il nome di ATMOSFERA.

azoto (N ) circa 78% ossigeno (O) circa 21% altri gas circa 1%

• Il gas AZOTO (N2) è il più abbondante (circa 78%) indispensabile per la costruzione di proteine.
• Il gas OSSIGENO (O2) (circa il 21%) prodotto dalle piante e indispensabile per la respirazione
• Atri gas (circa l'1%) tra cui troviamo l'ANIDRIDE CARBONICA (CO2) la più abbondante e l'OZONO (O3).

L'aria contiene sempre anche quantità variabili di VAPORE ACQUEO (H2O) che determina l'umidità dell'aria. Infine abbiamo finissime particelle solide che insieme formano il PULVISCOLO ATMOSFERICO.

L'aria e l'atmosfera

Caratteristiche dell'aria

L'aria è:

• Inodore
• Trasparente (incolore)
• Invisibile
• comprimibile

Noi possiamo sapere che esiste grazie al vento (aria che si muove) che può essere leggero come una brezza oppure violento come un uragano.

L'ATMOSFERA è un involucro gassoso che svolge alcune funzioni fondamentali:

• Filtra le radiazioni pericolose (raggi UV);
• Protegge contro la caduta di meteoriti;
• Mantiene e distribuisce il calore irradiato dal sole
• Permette la vita grazie alla presenza di ossigeno e anidride carbonica;
• Nella sua parte inferiore è la sede dei fenomeni meteorologici che determinano le condizioni del tempo e i vari climi

Gli strati dell'atmosfera

In base ai cambiamenti che si verificano nella temperatura, composizione chimica e densità (più ci sposta verso l'alto e più l'atmosfera è meno densa e quindi più rarefatta) l'atmosfera viene suddivisa in diversi strati chiamate sfere; tra uno strato e l'altro vi sono sottolivelli di transizione (linee) denominati pause.

I diversi strati sono: (pause:)

• ESOSFERA termopausa
• TERMOSFERA 50 km 0 ℃ 40 km MESOSFERA stratopausa 20 km -60 ℃ 10 km Troposphere
• TROPOSFERA tropopausa Exosphere High as 2000 ℃ 700 km Thermosphere 1500 °C 80 km -85 ℃ 70 km Mesosphere 60 km
• mesopausa 30 km Stratosphere
• STRATOSFERA Principal layers Temperature

Esosfera

altezza (km) termopausa TERMOSFERA satelliti razzi Space Shuttle mesopausa MESOSFERA 95 meteore stratopausa STRATOSFERA strato di ozono (O,) Nella mesosfera si incendiano e si disintegrano i meteoroidi, piccoli corpi solidi. E' delimitata inferiormente dalla stratosfera. 50 palloni L'esosfera è lo strato più esterno; ha una densità bassissima e non ha un «confine>> superiore; inferiormente è delimitata dalla termopausa. 500 Nella termosfera l'aria è molto rarefatta; vi hanno luogo le pittoresche aurore polari (boreali al nord e australi al sud). Inferiormente è delimitata dalla mesopausa. Nella stratosfera i gas sono abbastanza rarefatti. A circa 20-30 km si trova l'ozonosfera, che grazie alla sua elevata concentrazione di ozono filtra le più pericolose radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. E' delimitata inferiormente dalla tropopausa.

Troposfera

aerei Everest 8,8 km tropopausa 12 La Troposfera è lo strato a contatto con la superficie terrestre e comprende circa i tre quarti della massa totale dell'atmosfera. Contiene quantità variabile di vapore acqueo e di pulviscolo atmosferico ed è la sede dei fenomeni meteorologici. E' riscaldata dal calore dalla Terra: la sua temperatura diminuisce all'aumentare della quota (in media 1℃ ogni 170 m).

L'effetto serra

Il Sole è la principale fonte di energia (radiazioni solari sottoforma di calore e luce) della Terra. Una parte delle radiazioni viene riflessa verso lo spazio dalle nubi mentre un'altra parte attraversa l'atmosfera e raggiunge la superficie terrestre che le riemette sottoforma di radiazioni infrarosse, cioè come calore.

3) IL 30% CIRCA DELLA RADIAZIONE INFRAROSSA SI PERDE NELLO SPAZIO

4) IN CONDIZIONI NATURALI. IL 70% CIRCA DELLA RADIAZIONE INFRAROSSA È ASSORBITO DAI GAS SERRA PRESENTI NELL'ATMOSFERA CHE LO RIFLETTONO NUOVAMENTE SULLA SUPERFICIE TERRESTRE

1) | RAGGI DEL SOLE ATTRAVERSANO L'ATMOSFERA E RISCALDANO LA SUPERFICIE TERRESTRE

2) DALLA SUPERFICIE TERRESTRE, IL CALORE S'IRRADIA NELL'ATMOSFERA SOTTO FORMA DI RADIAZIONI INFRAROSSE

Alcuni gas atmosferici, chiamati gas serra, tratteniamo parte delle radiazioni e le restituiscono alla superficie; in questo modo la superficie e l'atmosfera terrestri si riscaldano. Questo meccanismo è noto come EFFETTO SERRA.

I principali gas serra sono: vapore acqueo, anidride carbonica e metano.

L'effetto serra è un fenomeno naturale in grado di regolare la temperatura sul Pianeta. Ne determina le caratteristiche climatiche, la selezione delle specie animali e vegetali che popolano determinate zone e di conseguenza, la loro sopravvivenza sulla Terra.

Riscaldamento globale

Negli ultimi decenni l'attività dell'uomo legata all'immissione nell'atmosfera dei gas serra (metano e anidride carbonica) ha provocato un aumento dell'effetto serra. Questo aumento dell'effetto ha provocato quindi un aumento della temperatura complessiva del pianeta: si parla infatti di RISCALDAMENTO GLOBALE.

1,0 380 0,5 355 temperatura temperatura globale 0 330 305 -0,5 anidride carbonica -1,0- 280 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 anno parti di anidride carbonica per milione

Le conseguenze di questo aumento per la vita sulla Terra potrebbero essere:

• Aumento del livello dei mari;
• Desertificazione;
• Incendi
• Sconvolgimenti climatici

Ci sono impegni globali per contenere l'aumento della temperatura della Terra:

• Protocollo di Kyoto: i Paesi si impegnano a cercare soluzioni per ridurre le emissioni di gas serra
• Accordo di Parigi: contenere l'aumento di temperatura globale al di sotto dei 2℃

L'umidità dell'aria

L'aria contiene sempre una certa quantità di vapore acqueo. Il vapore acqueo presente nell'aria determina l'umidità atmosferica, che i meteorologi misurano con uno strumento chiamato igrometro.

La quantità di vapore acqueo dipende dalla temperatura; a parità di volume l'aria calda può contenere più vapore dell'aria fredda.

Quando l'aria umida si raffredda il contenuto di vapore si riduce perché una parte di esso condensa in goccioline e ritorna allo stato liquido (punto di saturazione o punto di rugiada).

3A - RUGIADA 3B - BRINA 3C - NEBBIA

Strati di aria umida a contatto con il suolo si condensano in rugiada (3A), se la temperatura scende sotto lo zero si formano cristalli di ghiaccio di brina (3B) mentre se la condensazione avviene lontana dal suolo le goccioline rimangono sospese nell'aria formando nebbia e nubi (3C).

La formazione delle nubi

Le nubi (o nuvole) sono ammassi di piccolissime goccioline d'acqua o cristalli di ghiaccio formati dalla condensazione del vapore acqueo.

L'aria calda e umida è meno densa e tende a spostarsi verso l'alto; salendo si raffredda causando la condensazione del vapore acqueo e la formazione delle nuvole.

Il vapore acque si condensa attorno alle piccolissime particelle solide (nuclei di condensazione) del pulviscolo atmosferico.

H TH molecola di H,O Le molecole di vapore acqueo si addensano e formano la goccia. Le molecole di vapore acqueo sono libere nell'aria. Il nucleo di condensazione fornisce una superficie di adesione. Un ammasso di goccioline forma una nube.

Distinguiamo diversi tipi di nubi, secondo le condizioni dell'aria e la quota alla quale si formano nella troposfera.

Le nuvole possono essere diverse a seconda della quantità di acqua che contengono, della temperatura dell'atmosfera e dell'altitudine a cui si trovano.

Si possono individuare 4 tipi fondamentali:

cumuli cumulo-nembi cirri straticumuli

I cumuli sono bianchissime quando vengono colpite dal sole e sembrano fatte di panna montata. Difficilmente piove da queste nuvole anche se possono preannunciare un cambiamento del tempo.

cumulo-nembi I cumulo-nembi sono nuvole scure, gonfie e basse che coprono il cielo. Portano quasi sempre la pioggia

strati cirri Gli strati sono nuvole piatte, basse, color grigio chiaro che formano una superficie uniforme e stratificata. Possono essere di grandissime dimensioni. I Cirri appaiono come filamenti lunghi e bianchi alti nel cielo. Sono esili e trasparenti perché sono formati da cristalli di ghiaccio.

B Cirrocumulo Cirrostrato Cirro 6000 m Altostrato Altocumulo Cumulo 4000 m Strato 2000 m Nembostrato Stratocumulo

La pressione atmosferica

L'aria è un miscuglio di gas ed ha una massa e un peso. L'aria è una forza-peso ed esercita quindi sulla superficie terrestre una pressione chiamata PRESSIONE ATMOSFERICA che viene misurata con uno strumento chiamato barometro.

I passi della scienza

L'unità di misura della pressione atmosferica è l'Atmosfera (simbolo atm). L'esperimento di Torricelli Evangelista Torricelli (1608-1647), allievo di Galileo Galilei, prese un sottile tubicino di vetro lungo 1 m e di sezione pari a 1 cm2, chiuso a un'estremità; lo riempi di mercurio, un metallo liquido molto denso, poi lo capovolse e lo immerse in una bacinella piena anch'essa di mercurio. Notò che il tubo non si svuotava completamente: vi rimaneva una colonnina di mercurio alta 760 mm (= 76 cm). Ciò accadeva perché la pressione atmosferica «schiacciava» anche la superficie del liquido nella bacinella, bilanciando il peso del mercurio rimasto nel tubicino e impedendogli di scendere nella bacinella. Torricelli concluse che, al livello del mare, l'atmosfera esercita su ogni centimetro quadrato di superficie terrestre una pressione pari a quella esercitata dal peso di una colonna di mercurio di sezione 1 cm2 e alta 760 mm, ovvero 1,033 kg:

pressione atmosferica = 1,033 kg/cm2 = 760 mmHg = 1 atm dove atm sta per atmosfera, una unità di misura della pressione. In meteorologia le misure sono però spesso indicate in ettopascal (hPa): 1 atm = 1013,25 hPa

-vuoto sezione: 1 cm2 mercurio 76 cm (760 mm) 1,033 kg (peso della colonna di mercurio) pressione atmosferica

Come varia la pressione atmosferica

Cambiando l'altitudine (altezza) La pressione atmosferica è massima a livello del mare e diminuisce all'aumentare dell'altitudine (altezza)

Cambiando la temperatura La pressione atmosferica diminuisce se la temperatura aumenta e viceversa

Cambiando l'umidità La pressione atmosferica diminuisce se aumenta l'umidità dell'aria e viceversa