Composizione e Struttura dell'Atmosfera PDF

# COMPOSIZIONE E STRUTTURA DELL'ATMOSFERA L'atmosfera è un involucro gassoso, trattenuto dalla forza di gravità, che avvolge il nostro pianeta. Si tratta di un guscio sottilissimo, la composizione dell'atmosfera non è sempre uguale e varia man mano che ci si allontana dalla superficie della Terra...

# COMPOSIZIONE E STRUTTURA DELL'ATMOSFERA L'atmosfera è un involucro gassoso, trattenuto dalla forza di gravità, che avvolge il nostro pianeta. Si tratta di un guscio sottilissimo, la composizione dell'atmosfera non è sempre uguale e varia man mano che ci si allontana dalla superficie della Terra verso lo spazio. ## LA COMPOSIZIONE DELL'ATMOSFERA Durante i 4,6 miliardi di anni la composizione atmosferica ha subito cambiamenti. L'atmosfera primordiale si è formata dall'emissione di gas avvenute durante le eruzioni vulcaniche, molti studi, suppongono che fosse ricca di vapore acqueo, anidride carbonica, metano e ammoniaca, ossia i gas che possiamo osservare nelle eruzioni vulcaniche d'oggi. Ma nell'atmosfera primordiale è sicuro non ci fosse ossigeno, poiché è comparso 2,5 miliardi di anni fa. L'atmosfera attuale è in continua trasformazione. ## I COMPONENTI PRINCIPALI L'aria di cui è composta l'atmosfera è un miscuglio di vari gas: 78% di azoto, 21% di ossigeno, 1% di argon, 0,038% di biossido di carbonio e altri gas. Anche se l'ossigeno e l'azoto sono in grandi componenti, il biossido di carbonio è molto importante per le condizioni climatiche, perché assorbe il calore della Terra. ## I COMPONENTI PRESENTI IN QUANTITA VARIABILI Oltre ai gas principali, ci sono altri gas variabili in base al momento e al luogo come: vapore acqueo, pulviscolo e ozono, determinanti per l'atmosfera. La quantità di vapore acqueo può arrivare anche al 4%. Esso è all'origine delle nuvole e delle precipitazioni ma anche assorbe le radiazioni emesse dalla Terra. ## GLI STRATI DELL'ATMOSFERA * **TROPOSFERA (0-12 km)**: è lo strato inferiore dell'atmosfera, quello in cui viviamo e si verificano i fenomeni meteorologici. La temperatura diminuisce al crescere dell'altitudine poiché l'aria è riscaldata principalmente dall'energia emessa dalla superficie terrestre. Il limite superiore della troposfera è la tropopausa. * **STRATOSFERA (12-50 km)**: è la temperatura aumenta fino alla stratopausa. Si riscalda dal basso dall'ozono che assorbe le radiazioni ultraviolette. * **MESOSFERA (50-80 km)**: è riscaldata dal basso, dunque qui si alza la quota qui le temperature diminuiscono, arrivando alla mesopausa con -90°. * **TERMOSFERA (80-500 km)**: è riscaldata dal sole poiché l'azoto e l'ossigeno sono poco densi, non possono essere riscaldati dal sole. Oltre 500 km, sopra la termopausa, c'è l'esosfera che si confonde con lo spazio cosmico. La parte esterna dell'esosfera è la magnitosfera, poiché è formata soprattutto dal campo magnetico terrestre. I movimenti dell'aria mantengono delle particelle microscopiche che formano il pulviscolo atmosferico. Queste particelle possono essere microscopiche come sabbia, terreno, fumo, polline ecc... Le pulviscoli assorbono il calore e favoriscono il vapore acqueo. L'ozono è un gas, 0₃, le cui molecole hanno 3 atomi di ossigeno. Nell'atmosfera è pochissimo ed è distribuito soprattutto nella stratosfera, tra i 20 e 30 km di altitudine, dove le molecole d'ossigeno passano ad assorbire le radiazioni ultraviolette. L'ozono si forma da una molecola di ossigeno O₂ che incontra una radiazione ultravioletta. L'ozono è molto reattivo e ha funzione protettiva, impedisce alla radiazione ultravioletta di arrivare sulla superficie della Terra. ## L'ARIA ESERCITA UNA PRESSIONE L'aria sembra leggera, ma 10 m³ di aria pesa 1,3 g. ## INQUINAMENTO ATMOSFERICO Noi esseri umani siamo responsabili dell'emissione di tante sostanze che causano l'inquinamento. Si parla di inquinamento atmosferico quando c'è più di 10 sostanze inquinanti. Esse possono essere classificate per la loro origine, effetti, ecc. Abbiamo inquinanti primari che vengono direttamente emessi in atmosfera; quelli secondari, i più nocivi, nascono dai primari. ### I PRINCIPALI INQUINANTI PRIMARI Il più diffuso è il monossido di carbonio (CO) che nasce dalla combustione incompleta di sostanze che contengano carbonio e gli ossidi di azoto di cui le fonti primarie di emissione sono gli scarichi dei veicoli e il riscaldamento. Gli ossidi di zolfo hanno origine dalla combustione di materiali che contengono zolfo e derivano principalmente dai combustibili fossili, produzione di pesticidi, ecc. Le polveri sono un insieme di particelle solide e liquide originate da origine naturale o antropica e le industrie sono le principali fonti antropiche di polvere. Le più pericolose sono le polveri sottili, molto piccole, perché possono penetrare nelle apparati respiratori. ### GU INQUINANTI SECONDARI Uno dei più comuni è l'acido solforico che nasce dall'anidride solforica come l'anidride solforosa, le principali responsabile delle piogge acide. Lo smog fotochimico è un tipo particolare di inquinamento che caratterizza principalmente le città e le aree industriali e rende l'aria gialla-marrone. ### IL BUCO NELL'OZONO Quando l'ozono si accumula a livello del suolo è pericoloso. Uno dei problemi all'inquinamento atmosferico è la riduzione dello strato di ozono che lo ricopre e lo mostra il buco nell'ozono. I maggiori responsabili sono i CFC (clorofluorocarburi), gas dagli anni '50 utilizzati nei frigoriferi e condizionatori che furono vietati dal 1987. ## IL RISCALDAMENTO DELL'ATMOSFERA Gran parte dell'energia è fornita dal sole attraverso a radiazioni elettromagnetiche di cui la Terra assorbe una piccolissima parte sufficiente a riscaldare la Terra per renderla abitabile. ### I TRASFERIMENTI DI ENERGIA Tutte i corpi sono formati da particelle in continuo movimento (energia cinetica). L'energia cinetica di un corpo è l'energia cinetica totale delle sue particelle. L'energia cinetica media è la temperatura, misurabile con il termometro, ma più si muovono le particelle più è alta la temperatura. La differenza di temperatura causa il trasferimento di calore. L'atmosfera è investita dalle radiazioni solari che causano scambi di calore. ### CONDUZIONE È la trasmissione di energia termica all'interno di un corpo come un solido, grazie alle collisioni di una molecola con un'altra. L'aria conduce il calore in modo poco efficiente, quindi la conduzione è il meccanismo di trasferimento di calore meno importante nella nostra atmosfera. ### CONVEZIONE Si verifica soprattutto dove gli atomi e le molecole possono muoversi liberamente. Nel convezione il calore si trasferisce grazie alle correnti, come ad esempio in una pentola, Buone parte del trasferimento di calore nell'atmosfera avviene per convezione grazie ai movimenti convettivi. ### IRRA GGIAMENTO L'energia termica si propaga attraverso onde elettromagnetiche. A differenza della conduzione e convezione che hanno bisogno di materia, il irraggiamento permette all'energia di muoversi anche nel vuoto. Il sole emette calore, luce e radiazioni, nel violetto. Queste onde elettromagnetiche coprono una parte dell'intero spettro elettromagnetico. La luce visibile occupa una piccola gamma di lunghezze d'onde che i nostri occhi possono percepire. Il sole emette luce bianca formata da una gamma di lunghezze d'onde, una va dal rosso al violetto: ad esempio l'arcobaleno si crea perché la luce solare passo per l'atmosfera ricca d'acqua e la luce si scompone passando da blu a rosso i colori. ### CHE COSA ACCADE ALLE RADAZIONI SOLARI Quando le radiazioni solari colpiscono un corpo si osservano 3 fenomeni: * Una parte dell'energia solare viene assorbita dal corpo, trasformandosi in calore e aumentando la temperatura - **ASSORBIMENTO** * Alcune sostanze come l'acqua e l'aria si lasciano attraversare da alcune lunghezze d'onde senza assorbirle e trasmettono semplicemente energia. * Le radiazioni solari possono rimbalzate contro un corpo, avviene nella riflessione e diffusione. ### RIFLESSIONE E DIFFUSIONE Circa il 30% dell'energia solare che raggiunge l'atmosfera esterna viene: **RIFLESSIONE** come accade all'alto e **DIFFUSIONE**. ### ASSORBIMENTO Il 20% delle radiazioni solari viene assorbita dall'atmosfera, il 50% lo assorbe la Terra e la maggior parte di queste viene irradiata di nuovo verso l'esterno sotto forma di radiazione infrarossa che possono essere assorbite da alcuni gas o allo stesso verso possono passare energia ad altri gas o alla Terra: **EFFETTO SERRA**, poiché i gas serra funzionano come un telo che causa questo effetto, sarebbe troppo freddo. ### IL BILANCIO TERMICO GLOBALE È la differenza di energia solare che entra nell'atmosfera e quella che esce dall'atmosfera e quella che esce dalla Terra, può avere un segno positivo o negativo per vari fattori. ## I FATTORI CHE CONTROLLANO IL RISCALDAMENTO ### ESCURSIONE TERMICA ### GIORNO E NOTTE SONO PIù BASSE) (NEI DESERTI PIU' ALTE) L'energia solare non si distribuisce uniformemente ma varia in base all'inclinazione con la quale i raggi del sole colpiscono la Terra: qui i raggi sono incidenti quando è basso e l'intensità è bassa perché copre un'area maggiore. L'inclinazione dei raggi solari dipende soprattutto dalle latitudini. ### L'INCLINAZIONE DEI RAGGI SOLARI I raggi solari colpiscono la Terra con angoli inadeguati che variano con l'estituzione, l'estate e la stagione. L'asse terrestre è inclinato di 23°27' rispetto al piano dell'orbita, quindi nel corso dell'anno, l'esposizione alla radiazione solare e una parte della superficie terrestre non è costante, con conseguente diversa stagione. ### IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA Le combinazioni diversi di temperature, possono dipendere da numerosi fattori: distribuzione delle terre e dei mari, esposizione topografica, copertura vegetale, correnti marine, ecc. ### DISTRIBUCIONE TERRE E MARI ### ALBEDO, COPERTURA VEGETALE L'acqua e le terre emerse hanno un diverso comportamento termico. L'acqua possiede un calore specifico maggiore del terreno, quindi si riscalda e cede calore più lentamente ed assorbe energia anche a maggiori profondità, Rocce e suolo si riscaldano più rapidamente e raggiungono temperature più elevate, ma si raffreddano anche più velocemente raggiungendo temperature più basse. ### L'ESPOSIZIONE TOPOGRAFICA È la posizione geografica che può influenzare il numero e la temperatura: soprattutto per le aree costiere che mostrano il mare con estati fresche e inverni miti; invece, quando ci spostiamo dalle coste verso le masse, le temperature sono più continentali. ### L'ATTITUDINE Nella troposfera la temperature tende ad abbassarsi con l'aumento dell'altitudine, perché a bassa quota l'aria è più densa quindi assorbe più radiazioni solari. In alcuni casi però l'aria stessa può essere più calda di quelle sottostanti - **INVERSIONE TERMICA**. ### ALBEDO E COPERTURA NUVOLOSA : ALTO: FRECCO (come la neve) La frazione delle radiazioni solari riflessa da una superficie è detto **albedo**. L'albedo della Terra è in media al 30%, ma varia in base alla superficie, la copertura nuvolosa, la direzione dei raggi solari, ecc. Le nubi agiscono come uno schermo che assorbe la radiazione terrestre, in uscita, e mettono un po' di calore sulla superficie, diminuendo così l'escursione termica delle nubi. ### LA COPERTURA VEGETALE Le piante assorbono il calore ed emettono vapore acqueo, riducendo i raggi solari che raggiungono il suolo. ### LA DISTRIBUCIONE DELLE TEMPERATURE Le isoterme sono linee immaginarie su una mappa che collegano punti con stessa temperatura, facilitando l'analisi delle temperature in un'area. ## L'ACQUA NELL'ATMOSFERA Il tempo è soggetto a rapidi cambiamenti; queste successioni di tempo si chiamano tempo meteorologico, riferito ad uno spazio preciso e a un breve intervallo di tempo. L'acqua è importantissima perché è la responsabile della formazione delle nuvole e delle precipitazioni. ### L'ACQUA E I CAMBIAMENTI DI STATO Ci sono 3 stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso, e come variano le temperature e pressioni si passa da uno stato all'altro. * **STATO SOLIDO,** l'acqua ha forma e volume proprio. * **STATO LIQUIDO,** l'acqua ha il volume proprio e forma del recipiente. * **STATO AERIFORME,** volume e forma del recipiente. Ogni volta che avviene un passaggio di stato c'è uno scambio di calore tra l'acqua e l'ambiente. | | | | | | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | **Solido** -> **Liquido** | **FUSIONE** | **Liquido** -> **Gassoso** | **EVAPORAZIONE** | **Gassoso** -> **Solido** | | **Calore assorbito** per far fondere il ghiaccio | 0°C | **Calore assorbito** per far evaporare l'acqua | 100 °C | **Calore ceduto** per far congelare il vapore | | **Solido** -> **Gassoso** | **SUBUHARIONE** | **Gassoso** -> **Solido** | **BRINAMENTO** | | | | | | **Solido** -> **Gassoso** | | ### UMIDITA ASSOLUTA La quantità di acqua in g/m³ è detto umidità assoluta. Il punto di rugiada si raggiunge quando il vapore acqueo raggiunge una quantità massima che può essere contenuta in quel volume, e nell'aria inizia a condensare. ### UMIDITA RELATIVA L'umidità relativa è una misura che indica la quantità di vapore acqueo presente nell'aria rispetto a quanto ne può contenere; viene espressa in percentuale, quindi a 100% si equivale al punto di umidità. ### LA MISURAZIONE DELL'UMIDITA' L'umidità assoluta si misura con gli igrometri, i più semplici e diffusi sono quelli a capelli, nel quale la lunghezza varia al variare dell'umidità atmosferica. Per misurare l'umidità si usa lo psicometro: sono due termometri, uno misura la temperatura dell'aria (termometro secco) e l'altro ha un bulbo bagnato (termometro bagnato) che si raffredda per l'evaporazione dell'acqua. Quando l'aria è umida l'evaporazione è più lenta, quindi la temperatura del bulbo bagnato sarà più alta. Quindi la differenza tra le due temperature, più è ampia è la differenza tra due temperature, più è secca l'aria. ### LA CONDENSARIONE DEL VAPORE D'ACQUA Nelle giuste condizioni di temperatura e pressione, la condensazione avviene se esiste una superficie, su cui il vapore può condensare, come il terreno e l'erba.