Geografia e Geologia: Sistemi di Riferimento PDF

Geologia/ Geografia La geografia esclude i fenomeni che avvengono sotto terra, concentrandosi su quelli dinamici della superficie. Per una descrizione spaziale della geografia terrestre servono tecniche cartografiche specifiche e pratiche. Essendo una materia dinamica e molto antica, la geografia ha spesso cambiato la sua disciplinarietà. La geografia è lo strumento principale per comprendere ed analizzare la realtà che ci circonda. La geografia è divisa in fisica umana e tecnica. La prima è divisa a sua volta in geomorfologia (forme del paesaggio) , climatologia (distribuzione dell'energia solare sul nostro pianeta) e idrologia (ciclo dell'acqua). Tutte queste discipline sono strettamente collegate tra loro e spesso dipendono da processi antecedenti. Ovviamente ogni comportamento e fenomeno della superficie terrestre è consequenziale alla forma e alla precisione con cui la terra è posta nell’universo. Altre discipline della geografia fisica sono perlopiù incentrate su fenomeni naturali più precisi e specifici. La geografia coglie tutte le relazioni che ci sono tra le discipline che la compongono. La geografia fisica indaga 4 componenti ambientali principali: atmosfera (parte gassosa), idrosfera (acqua in ogni stato fisico), litosfera (parte solida/terra) e biosfera (flora e fauna). Ognuna di queste componenti è strettamente collegata all’altra. La parte che più è influenzata da queste 4 componenti è il suolo. L’atmosfera sopra il limite convenzionale di ≈ 1000km è maggiormente influenzata dalle radiazioni solari rispetto i fenomeni terrestri. Si parla perciò di fine dell’atmosfera. La geodesia è lo studio della forma della terra, la determinazione dei punti sulla sua superficie e del campo gravitazionale e la variazione di queste tre grandezze nel tempo. Nonostante sembra scontata la sua forma, in realtà si tratta di un processo che ha richiesto millenni per scoprirla. Ed è fondamentale per la rappresentazione su carta sia di grandi zone che di più ristrette. Deve esistere un sistema di riferimento preciso, basato su equazioni matematiche, per dare forma al pianeta. La superficie terrestre è estremamente caotica e irregolare perciò è divisibile in varie Modello ellissoide: Nel forme: elissoidica, dinamica teorica e dinamica reale. La prima è una forma 1671 l'astronomo Richter geometrica calcolabile per equazione. La seconda è associata alle scopre che la forza di irregolarità del campo gravitazionale (cambia in base al luogo). La terza è gravità all'equatore è una forma sferoidale liscia con continue ondulazioni dovute alle variazioni minore. Questo perché la di densità. Ci sono moltissime prove per la quale la terra è sferica. Il primo gravità diminuisce al a capirlo fu Eratostene nel III Secolo a.C. La terra è: quadrato della distanza. - Un ellissoide da rotazione; i solidi da rotazione sono quelli che cambiano Perché l'equatore è più la loro forma e area se sottoposti ad un movimento rotatorio. distante dal centro della - Un ellissoide oblato; il raggio è più corto se verso i poli e più lungo verso terra rispetto i poli. Poi l’equatore (ellissoide prolato è quando il raggio è uguale). Newton spiegò che la terra Ovviamente visto che tutti i pianeti e satelliti della via lattea ruotano, sono è schiacciata ai poli e diede tutti a forma ellittica. Che certamente sarà diversa in base alla velocità della a questa forma il nome di rotazione e alla grandezza del pianeta. I liquidi della terra ovviamente sono ellissoide da rotazione. consequenziali al sistema gravitazionale terrestre. Quindi è basato su Modello geoide: La questo la disposizione degli oceani, al fine di raggiungere un equilibrio. La superficie è divisa in oceani terra è un geoide (la gravità è sempre in equilibrio seppure la sua forza sia e continenti. Questo diversa in base al luogo in cui ci si trova). La quota topografica è definita modello è influenzato dalla dalle irregolarità della crosta terrestre e oceaniche (da -12.000m a topografia dei secondi e +8.000m). La quota del geoide va invece da -100m a +80. È dovuto dalla distribuzione dei primi. all’unicità del nostro pianeta e non è un modello matematico. Al contrario l’ellissoide lo è. Il monte chimborazo essendo la montagna più lontana dal Gli elementi centro della terra è la più alta. Ma se il riferimento è il livello del mare ovviamente si tratta dell’Everest. Il monte Mauna Kea per esempio avendo la sua base a fondamentali per la 6000 metri sotto il livello del mare più quasi 4000m sopra, è più alto dell’Everest. lettura di una carta: CARTE - Scala Non esistono carte che descrivono ogni dato. Perciò esisteranno vari tipi di - Data di edizione o carte in base a ciò che si vuole descrivere. Essendo su carta servono ovviamente simbologie e approssimazioni. Da quando la nostra specie esiste aggiornamento abbiamo sentito l’esigenza di rappresentare quello che vedevamo. Perciò le - Orientamento prime “carte” risalgono a millenni fa. La più antica è di 10.000 anni fa in Val - Le isoipse e i Camonica. Uno sviluppo grandissimo alla cartografia fu dovuto alla navigazione. punti quotati Prima di una costruzione di una carta bisogna prima rilevare informazioni quantitative o via terra o via satellite. Dopo i dati vanno sistemati in modo da (strumenti per la generare la carta attraverso sistemi informativi territoriali. La carta geografica ha rappresentazione tridimensionale) - Le proiezioni - La legenda tre caratteristiche: è una rappresentazione bidimensionale approssimata, ridotta e simbolica. La scala indica il livello di riduzione ed è sempre un rapporto. Infatti se si stabilisce che 1cm (carta) =1km (realtà) allora la scala sarà: 1:100.000. Oltre la scala numerica c’è sempre quella grafica. Ovviamente ogni carta è un’approssimazione grafica (diventa impossibile creare un simbolo in scala sotto lo 0,2mm —> errore di graficismo)*. I SISTEMI DI RIFERIMENTO ⁃ Il sistema di riferimento permette di misurare la posizione degli elementi del paesaggio. Bisogna individuare il miglior geoide che rappresenti quella zona. Oggi si segue come sistema di riferimento mondiale un ellissoide che rappresenti il globo terrestre (WGS84). ⁃ Per identificare un punto preciso con questo sistema di riferimento devo calcolare le distanze angolari che corrispondono a longitudine (orizzontale) e latitudine (verticale). ⁃ I riferimenti più noti e utilizzati sono l’equatore e il meridiano di Greenwich (0º) ⁃ La latitudine è sempre stata più facile da calcolare grazie alla stella polare, la quale è sempre a nord e quindi sempre corrispondente alla latitudine. ⁃ Non esiste invece un metodo semplice per calcolare la longitudine. Inizialmente ci si poteva arrivare attraverso una questione di tempo. Infatti noi sappiamo che prima di mezzogiorno il sole sale, a mezzogiorno è al centro in alto, e dopo mezzogiorno il sole scende. Ovviamente in base alla longitudine la posizione del sole cambia. È ovvio quindi che calcolando di quanto si sposta la posizione del sole da un punto A a uno B nello stesso orario, possiamo calcolare la longitudine. Se vado a ovest per esempio il sole starà al centro più tardi rispetto al punto centrale. Mentre se vado a est starà al centro prima rispetto al punto centrale. È quindi così che si calcolava il tempo di un tragitto lungo in mare per esempio. ⁃ Visto ciò sono state create 38 zone temporali perché ovviamente non si poteva spostare l’orologio per ogni minimo spostamento. I fusi orari ovviamente seguono i confini nazionali, in quanto più comodo per i paesi anche dal punto di vista economico. ⁃ Se ci troviamo all’antimeridiano di Greenwich ovviamente i due fusi orari antipodi -12h e +12h confinano. Questa linea si chiama “del cambiamento di data”. ⁃ Ovviamente anche nei poli la situazione è particolare perché tutti i fusi seguono i meridiani e tutti i meridiani convergono nei poli. Ad ogni passo dovremo cambiare fuso orario. Per comodità al polo sud per esempio si ha il fuso della Nuova Zelanda (punto di partenza aerea per l’Antartide). Al polo nord invece non c’è una regola precisa. Chiunque va può scegliere quale fuso orario scegliere. Perlopiù quello del paese di provenienza di chi ci va. ⁃ Il calcolo del nord è invece diverso. Esistono infatti due tipi di nord: quello magnetico e quello geografico. Il secondo è dato dalla stella polare ed è preciso al nord assoluto. Mentre il primo è leggermente spostato perché dipende ovviamente dalla posizione in cui ci si trova. ⁃ Il sistema di riferimento per trovare un punto nel pianeta è il reticolo geografico diviso per paralleli e meridiani. Intersecando la sfera con un piano perpendicolare all’asse terrestre e passando per il centro della terra, si ottengono due emisferi e una circonferenza massima detta Equatore. Quest’ultimo è quindi ugualmente distante da entrambi i poli. ⁃ I meridiani sono verticali (longitudinali) da nord a sud e hanno tutti lunghezza uguale. Sono perpendicolari all’equatore perciò solo lì sono paralleli mentre si incontrano ai poli dove convergono tutti. Le linee parallele non potrebbero unirsi mai, ma ovviamente questa regola vale per la geometria piana e non sferica. Il meridiano collega i poli ma non li attraversa perciò per calcolare l’intero giro devi considerare una coppia: meridiano e antimeridiano. L’origine del reticolato geografico (0º,0º) è il punto di intersezione tra l’equatore e il primo meridiano (Greenwich). Per calcolare la longitudine di un punto preciso devo considerare la moltiplicazione tra 1º all’equatore x coseno della latitudine. (1º all’equatore= 111,321km) ⁃ I paralleli sono paralleli all’equatore ma non passano al centro della terra. I paralleli in termini di distanza sono tutti diversi tra loro in quanto l’equatore è il più lungo mentre ai poli sono i più corti. La latitudine dei paralleli è sempre uguale al 1º dell’equatore (c.a. 111km). ⁃ L’ubicazione di un punto è definita dai valori in gradi, primi e secondi di latitudine e longitudine. ⁃ Considerando la terra un ellissoide, i meridiani sono ellissi tutte uguali mentre i paralleli sono sempre circonferenze. ⁃ In Italia il punto di riferimento principale ovviamente non era il meridiano di Greenwich ma quello passante per l’osservatorio astronomico di Monte Mario (datum). Ora invece è più comodo averne uno uguale per tutti. ⁃ Ovviamente le coordinate geografiche sono molto pratiche per quanto riguarda superficie molto ampie. Ma se si lavora in campo topografico, risultano più comode le coordinate UTM (si divide la terra in fusi e fasce parallele. Si usa un cilindro (proiezione) per ogni fuso) ⁃ Il fuso ha una larghezza di longitudine di 6º. La terra è divisa in 60 fusi, il cui primo è l’antimeridiano di Greenwich in direzione da ovest a est. L’Italia si trova tra i fusi 32,33,34. ⁃ Le fasce parallele hanno una larghezza di latitudine di 8º. L’Italia si trova nelle fasce S,T ⁃ Dall’intersezione di fasce e fusi si originano 1200 maglie trapezoidali di 6ºx8º, dette zone e contrassegnate da un numero (fuso) e una lettera (fascia). ⁃ Per trovare un punto di riferimento nel sistema UTM, evitando l’uso di coordinate negative, una coordinata a nord si trova partendo dall’equatore, mentre per trovarne una a est si aggiunge al meridiano centrale 500.000m ⁃ Ogni fuso viene diviso in quadrati di 100km per lato contrassegnati da due lettere maiuscole, di cui la prima indica la colonna e la seconda la riga della zona di appartenenza. ⁃ Il sistema UTM non puo essere utilizzato ai poli dove la distorsione è troppa, ma si userà il sistema UPM. ⁃ L’istituto che si occupa in Italia di preparare la cartografia è l’IGM (nata nel 1861 per scopi bellici). Nel 1960 diventa l’organo principale cartografico italiano, il quale utilizza la rappresentazione delle proiezioni conformi di Gauss. Utilizzava anche la proiezione Gauss-Boaga, per la quale l’Italia era divisa in due fusi (est-ovest), di cui quello est era un pò piu grande per comprendere anche il Salento, senza ricorrere ad un terzo fuso. ⁃ La carte sono divise in fogli (1:100.000), quadranti (100.000:400.000= 400km2)e tavolette (400.000:25.000=25km2) PROIEZIONI E FORME ⁃ L’asse terrestre è inclinato di 23º rispetto al piano dell’ ellittica (dove la terra orbita intorno al sole). Quest’inclinazione permette il cambio di stagioni e la creazione di aree particolari come i tropici. ⁃ I tropici sono l’insieme delle latitudini ed identificano il limite massimo a cui arriva il sole perpendicolare. ⁃ La rivoluzione intorno al sole è ellittica: ⁃ Mentre per la maggior parte dei solidi tridimensionali la proiezione bidimensionale è fattibile in modo perfetto, per la sfera non è possibile. Quindi per compiere questo passaggio dobbiamo per forza di cose distorcere l’originale struttura tridimensionale. Il modo in cui viene fatto è chiamata proiezione cartografica. Ovviamente attuandola l’immagine si distorce o per forma, o per distanze o per aree. Si dice conformità/isogonia se le forme rimangono invariate, equivalenza se rimangono invariate le aree ed equidistanza se rimangono invariate le distanze. ⁃ L'indicatore di Tissot (anche chiamato ellisse di Tissot o ellisse di distorsione) è uno strumento matematico proposto dal cartografo francese Nicolas Auguste Tissot nel 1859 con lo scopo di mostrare la distorsione locale in una mappa. Riesce cosi a identificare una mappa in base alla sua isogonia, equivalenza o equidistanza. ⁃ Il reticolo di un sistema geografico di coordinate viene proiettato su una superficie ausiliare cilindrica/conica/piana sviluppabile bidimensionalmente. ⁃ Se piana è detta proiezione azimutale. Quest’ultima è divisibile in ortografica (la proiezione è parallela al solido da proiettare, rappresenta bene l’eﬀetto visivo sferico, si può rappresentare solo al massimo metà del globo), stereografica (la proiezione punta verso la tangenza tra piano e solido da proiettare, rappresenta bene i poli spesso distorti dalle altre proiezioni) e gnomonica (la proiezione punta al centro del solido da proiettare, produce distorsioni molto forti, utile per trovare la rotta più veloce tra due punti detta ortodromica ed è quella che usano in navigazione e in volo-> rotta lossodromica è invece quella dritta più breve ma più lenta.) ⁃ Se conica la proiezione può essere tangente (poggia su un unico punto, è detta prospettica) o secante (poggia su due circonferenze di latitudine, è detta conforme di Lambert). ⁃ Se cilindriche si prende un cilindro secante lungo due paralleli o tangente lungo l’ equatore. Può essere centrato sull’ equatore, su un meridiano o obliquamente. In questi casi la distorsione aumenta all’avvicinarsi dei poli. ⁃ Se pseudo cilindrica il piano è secante ad un meridiano della sfera. La distorsione aumenta all’ allontanarsi dal meridiano secante. ⁃ La proiezione può essere anche convenzionale interrotta allo scopo di rappresentare tutto il globo bidimensionalmente. ⁃ Per costruire una carta topografica prima si identificano dei punti con determinata posizione (es. equatore), poi si usa la triangolazione (si prendono gli angoli di osservazione), infine si stabilisce il segmento A e B (base geodetica) di cui so posizione e distanza. Per scoprire la nostra posizione si rileva l’angolo tra un punto cardinale (perlopiù nord) e il punto con determinata posizione. In questo modo almeno si sa in che linea immaginaria del pianeta mi trovo. ⁃ Le proiezioni si dividono in trasverse (usate per le coordinate UTM) (non si ha distorsione vicino il punto di tangenza mentre la distorsione, direttamente proporzionale alla distanza dal punto di tangenza, aumenta allontanandosi da quest’ultimo) e dirette (il piano di proiezione è perpendicolare all'asse terrestre, quindi la proiezione avviene su un piano tangente all'ellissoide terrestre in un punto specifico). LA TRIDIMENSIONALITÀ - Per rappresentare la tridimensionalità nelle carte si usano i simboli altimetrici: le isoipse (curve di livello o linee luogo dei punti aventi uguale quota. Sono sempre uguali di equidistanza una dall’altra), le tinte altimetriche (es. verde=basso/ marrone=montagne), lo sfumo, il tratto forte, la spina di pesce, il tratteggio. Quando le isoipse indicano il livello dei fondali marini si dicono isobate. - Se le isoipse sono ravvicinate i versanti sono molto ripidi, mentre ovviamente più si allontanano e meno sono ripidi. Se invece le isoipse sono tratteggiate i versanti sono di bassissima pendenza. Però ricordiamoci sempre che il numero dei metri è lo stesso tra un isoipsa e l’altra. Le isoipse concentriche possono rappresentare sia le quote crescenti che decrescenti verso il centro. - Le isoipse si dividono in vari tipi: curva direttrice (più marcata), curve intermedie (più fini) e curve ausiliarie (tratteggiate per strutture particolari). - Dove le isoipse rappresentano gli impluvi, sono come curve di forma variabile in base alla vallata fluviale ——————————————> - L’acqua scorre sul terreno andando verso il basso e seguendo la massima pendenza (linea perpendicolare alle isoipse) fino al livello base (mare, lago ecc…). Gli aﬄuenti ovviamente si uniranno al principale sempre attraverso angoli acuti (calcolati a monte ovviamente). La gerarchizzazione dei corsi d’acqua principale è quella di Strahler: un corso d’acqua di primo ordine è l’unità più piccola (in montagna), che unendosi ad un altro di primo ordina ne forma uno di secondo. Se invece per esempio uno di secondo e uno di terzo si incontrano, “vincerà” il terzo. - La geometria del reticolo idrografico ovviamente cambia di paesaggio in paesaggio. Se la loro struttura è coerente col paesaggio si dicono reticoli concordi. Questi possono essere dendritici (ramificazione), paralleli (i corsi d’acqua scorrono uno vicino l’altro tutti verso la stessa direzione), angolati (rettangolare, con corsi perpendicolari tra di loro), a traliccio (i corsi d’acqua più piccoli seguono le creste tettoniche mentre quello principale le attraversa), radiali centrifughi (da un punto centrale si sviluppano intorno), centripeti (da tutto intorno aﬄuiscono al centro senza più uscire), anulari (i corsi d’acqua si sviluppano concentricamente intorno ad un punto asciutto) e immaturi (creano vari laghi e geometrie irregolari passando da lago a lago). - I reticoli discordi invece si dicono antecedenti se il fiume è più vecchio del paesaggio, e sovraimposti se il nuovo sistema fluviale "sovrasta" quello precedente, che potrebbe essere stato eroso o occultato da processi geologici. LA DISTANZA PLANIMETRICA La distanza planimetrica (d) è la distanza in linea retta tra due punti sul terreno, non tenendo conto dell’andamento topografico. Si calcola considerando la scala e usando il righello. Per calcolare la distanza reale si usa invece il teorema di Pitagora tra la distanza planimetrica e la diﬀerenza di quota (h). IL CALCOLO DELLE COORDINATE GEOGRAFICHE Vengono date le coordinate in base a vari datum diversi: WGS84 (World Geodetic System 1984), UTM (Universal Trasverse Mercatore), DMS (gradi, minuti e secondi), MGRS (Military Grid Reference System) e Gauss-Boaga. Le vecchie carte geografiche italiane basate sul datum di Monte Mario, per essere aggiornate ai nuovi parametri internazionali devono seguire un’operazione: - Per le coordinate di longitudine a ovest di Monte Mario: sottrarre alla longitudine internazionale di Monte Mario, la longitudine di un certo luogo rispetto al sistema di Monte Mario (Esempio: Bologna coordInate MM 1° 6' 34" E, per calcolare le coordinate Internazionall devo fare 12* 27' 08" - 1° 06' 34", che fa 11° 20' 34" longitudine E). - Per le coordinate a est di Monte Mario: sommare alla longitudine internazionale di Monte Mario, il valore di longitudine est del punto misurato rispetto a Monte Mario. (Esempio: Bari, coordinate MM 4° 24' 52" W, per calcolare le coordinate internazionali devo aggiungere a tale valore di longitudine, la longitudine di MM nel sistema Internazionale, facendolo si ottiene 16° 52' 00" E). Per fare li passaggio inverso (di minor utilità visto che ormal i dati aggiornati si riferiscono sempre al sistema internazionale) si compie il passaggio inverso. Anche la latitudine presenta delle diﬀerenze, infatti se calcolata nel sistema italiano ha 6" rispetto al sistema internazionale. Per passare da un sistema all'altro basta aggiungere (dal sistema Italiano a quello Internazionale) o togliere (dal sistema Internazionale a quello italiano) 6". Le coordinate geografiche sono quindi un insieme di varie informazioni: - I primi numeri indicano il fuso - La lettera successiva indica la fascia - Le lettere dopo lo spazio indicano il quadrato di 100km di lato nel reticolato UTM - I numeri successivi indicano la longitudine - Gli ultimi numeri indicano la latitudine Per calcolare le coordinate metriche Gauss-Boaga (datum: Roma Monte Mario) il metodo è molto simile a quello UTM ma è necessario tracciare il reticolo kilometrico partendo dai segnetti presenti nei margini della carta (il reticolo Gauss-Boaga non è disegnato direttamente sopra la mappa così da non renderla confusionaria insieme all’UTM). A est di Monte Mario il riferimento è una Y, mentre a ovest è una P. I valori crescono da ovest a est e da sud a nord. Come per UTM, anche per Gauss-Boaga l’origine delle coordinate viene sfalsato in due valori (per evitare coordinate negative): 1.500.000 e 2.500.000 Per calcolare gli scarti tra i reticolati UTM e Gauss-Boaga si può fare riferimento alle informazioni sulle coordinate ai vertici della carta geografica. Oppure calcolo la diﬀerenza tra le coordinate in uno stesso vertice sia di UTM che di Gauss-Boaga, sia per latitudine che per longitudine. LA COSTRUZIONE DEL PROFILO TOPOGRAFICO I profili topografici cercano di ricostruire in maniera quantitativa come un rilievo si muove in una certa direzione. Si tratta di una vista in sezione lungo una linea (traccia del profilo) disegnata su una carta topografica. Il calcolo avviene riportando sulla carta millimetrata i punti d’intersezione tra la traccia del profilo e le isoipse alla giusta quota e distanza. IL BACINO IDROGRAFICO, LO SPARTIACQUE, PENDENZE Il bacino idrografico o imbrifero è una porzione di territorio che raccoglie l’acqua piovana e la convoglia in un punto specifico (spesso la foce del fiume). Un bacino di un fiume grande comprende altri bacini minori corrispondenti agli aﬄuenti del fiume principale. In base a quest’ultimo si definisce la destra e la sinistra idrografica in base al punto d’osservazione che deve puntare alla foce. Tutto inizia dalla pioggia che cade sul terreno e forma rivoli, poi ruscelli, poi corsi d’acqua e infine fiumi seguendo sempre la linea di massima pendenza. Le gocce iniziali, se non penetrano nel terreno, formano una concentrazione che si muove per un flusso diﬀuso, che diventerà poi man mano un flusso concentrato (caratterizzato da solchi). La linea spartiacque è invece l’insieme di punti che costituiscono il confine tra un bacino idrografico e l’altro. La divisione tra due bacini è spesso data dagli spartiacque superficiali (per esempio montagne che in base a quale versante cade la pioggia, l’acqua andrà a finire nel bacino corrispondente). Tracciare gli spartiacque perpendicolarmente alle isoipse, significa quindi dividere un bacino idrografico dall’altro. Per disegnare i bacini idrografici nella carta dobbiamo rifarci quindi alle isoipse. La regola principale per capire in che posizione va a finire ipoteticamente l’acqua, è piuttosto semplice: l’acqua scorre lungo un versante seguendo la pendenza, perpendicolarmente rispetto le isoipse, dall’alto verso il basso. L’altro elemento importante sono le curve delle isoipse che possono formare: - Impluvi, linee che uniscono i punti di massima curvatura delle isoipse con concavità verso il basso (linea di convergenza). - Displuvi, linee che uniscono i punti di massima curvatura delle isoipse con concavità verso l’alto (linea di divergenza). Per iniziare a rappresentare un bacino idrografico va quindi segnato il punto A, ossia quello più elevato (detto anche punto di chiusura). La pendenza è una grandezza che indica quanto decresce o cresce il dislivello. La pendenza (m) si trova facendo il rapporto tra dislivello (h) e lo spostamento (d). Un altro metodo è misurare l’angolo che separa il segmento dello spostamento da quello della pendenza. LA DECLINAZIONE MAGNETICA E L’ORIENTAMENTO DELLA CARTA La declinazione magnetica è l'angolo tra il nord geografico e il nord magnetico. La declinazione magnetica puo essere occidentale od orientale in base all’angolatura con l’est o l’ovest. Il polo nord/sud geografico è il punto situato a nord/sud in cui l’asse terrestre interseca la superficie terrestre. Il polo nord/sud magnetico è invece il punto situato a nord/sud in cui il campo magnetico terrestre ha una direzione perfettamente verticale, ossia forma un angolo di 90º con la superficie terrestre. I poli magnetici, che inizialmente erano opposti a quelli geografici, ora cadono vicino ai poli geografici, quindi non sono fissi nel tempo. Esistono tre tipi di poli: - Geografici, intersezione con l’asse di rotazione - Magnetici, dove il campo magnetico entra nel pianeta perpendicolarmente alla superficie - Geomagnetici, spiega i comportamenti e i movimenti del campo magnetico Le zone di blackout magnetico sono zone che si trovano nei pressi del polo magnetico dove l'utilizzo della bussola è diﬃcoltoso a causa della scarsa variazione del campo magnetico in funzione dello spazio. Il campo diventa praticamente uniforme, rendendo l'orientamento della bussola impreciso. I poli magnetici di immersione, definiti come i punti in cui il campo geomagnetico è esattamente verticale (cioè perpendicolare all'ellissoide), si spostano nel tempo mentre il campo magnetico principale cambia lentamente. Conseguentemente i meridiani magnetici non sono paralleli a quelli geografici. Le carte geografiche indicano il nord geografico mentre la bussola quello magnetico. L’orientamento della carta punta verso l’asse di rotazione della terra. Per orientare una carta, si può utilizzare una bussola: Posizionare la bussola sulla carta. Allineare il bordo della bussola con un punto di riferimento sulla carta. Aggiungere o sottrarre la declinazione per trovare la direzione corretta. Declinazione Positiva: Se la declinazione magnetica è positiva (nord magnetico è a est del nord vero), devi sottrarre questo valore dall'angolo che hai letto dalla bussola. Ad esempio, se la bussola indica 50° e la declinazione è +5°, il verso vero sarà 50° - 5° = 45°. Declinazione Negativa: Se la declinazione è negativa (nord magnetico è a ovest del nord vero), devi aggiungere il valore della declinazione. Se la bussola indica 50° e la declinazione è -5°, il verso vero sarà 50° + 5° = 55°. È importante aggiornare le informazioni sulla declinazione, poiché varia nel tempo. Le carte più recenti forniscono dati aggiornati sulla declinazione magnetica. ATMOSFERA L’atmosfera è l’involucro gassoso che circonda la terra, ha una composizione complessa formata da diversi gas. Il suo confine inferiore è quello tra la superficie terrestre e l’aria, mentre quello superiore è molto più graduale. Quasi tutti i pianeti ne hanno una, tranne quelli più piccoli. L’atmosfera terrestre ha una composizione unica che ha permesso la vita, il mantenimento dell’acqua e la protezione dai raggi UV. L’atmosfera si estende per circa 10.000km, ma la maggior parte della sua massa è concentrata nei suoi strati più bassi (il 50% della massa sta sotto circa i 6km, il 98% sta sotto i 26km). Solo lo 0,1% dell’atmosfera sta nei successivi 9950km. I gas sono concentrati più in basso a causa della gravità, quindi il limite superiore dell’atmosfera è dato dal fatto che da lì in poi la forza che più agisce sui gas non è più quella di gravità. È una quota talmente elevata da essere già però spazio aperto, tanto che satelliti e stazioni spaziali stanno più giù. Tra 0km e 80km c’è il primo strato detto omosfera, qui la composizione gassosa è uniforme. I gas dell’atmosfera sono: - 78% azoto (N2), è prodotto da decomposizione e combustione della materia organica, da eruzioni vulcaniche, da alterazione delle rocce (reazioni chimiche e fisiche che trasformano superficialmente le rocce). Viene sottratto da processi organici, neve e pioggia. - 21% ossigeno (O2), è prodotto dalla fotosintesi ed è sottratto da processi organici e inorganici. - 0,041% diossido di carbonio (CO2), è prodotto da processi naturali, dati da piante e vulcani, e da processi antropici come il consumo dei combustibili fossili. Grazie alla sua capacità di assorbire la radiazione infrarossa influenza anch’esso il clima (gas serra). La quantità di CO2 varia nel pianeta consequenzialmente al cambio delle stagioni, perché d’inverno le foglie cadute rilasciano tutto il carbonio che avevano, e visto che l’emisfero sud ha molta più vegetazione rispetto a quello nord (pensiamo all’amazzonia), quando si ha l’inverno lì, c’è un picco di carbonio globalmente. - 0,9% argon (Ar) - 0,00019% Metano (CH4), gas serra prodotto dalla decomposizione vegetale, dalle paludi, dalle biomasse, da discariche, dal bestiame e dall’estrazione di combustibili fossili. In generale è prodotto in luoghi scarsi di ossigeno. - 0,000033% Protossido di azoto (N2O), il più potente dei gas serra. È prodotto da oceani, foreste tropicali, fertilizzanti, residui colturali, processi industriali, combustione di biomasse e produzione animale. - 0,0001/2% Ozono (O3), è un gas serra instabile non uniformemente distribuito che si trova nell’ozonosfera, una parte molto elevata dell’atmosfera. Noi ne stiamo producendo molto attraverso processi di combustione dei combustibili fossili. Questa produzione causa la sua presenza nella bassa atmosfera, altamente tossica. Negli anni '70 e '80, si è scoperto che alcuni prodotti chimici, chiamati CFC (clorofluorocarburi), danneggiano l'ozono. Quando i CFC salgono nell'atmosfera, si scompongono e rilasciano cloro, che distrugge le molecole di ozono. Ciò ha creato il buco dell'ozono, il quale aumenta l'esposizione ai raggi UV. Sicuramente uno dei gas (serra) più importanti è però il vapore acqueo, perché: - Alimenta nubi e precipitazioni - Influisce sui processi di immagazzinamento, movimento e rilascio di energia termica - Permette l’uso di acqua dolce alla vita La sua percentuale atmosferica è variabile e determina l’umidità: nei poli/deserti è minore al 1%, mentre nelle aree tropicali non supera il 4%. Maggiore è la temperatura di un certo spazio d’aria, maggiore è l’umidità in quello spazio. Questa è esattamente la causa della crisi climatica, perché con l’aumento della temperatura atmosferica conseguentemente avremo maggiori eventi atmosferici catastrofici. L’umidità ha però un valore massimo (punto di saturazione - g/m3), calcolabile attraverso l’umidità relativa (rapporto tra umidità assoluta e quantità massima di assorbimento ad una certa temperatura) e assoluta (quantità massima di vapore acqueo che l’aria può contenere). In generale il punto di saturazione si aggira oltre i 40 grammi di umidità. Superarli implica un processo detto di condensazione (causa delle precipitazioni). LE PARTICELLE Le particelle sono non gassose e le più abbondanti sono acqua e ghiaccio, ma sono troppo pesanti per rimanere in atmosfera (precipitazioni). Altre particelle sono la polvere, e altre ancora più piccole che potrebbero rimanerci per anni. Le particelle non gassose sono dette pulviscolo e hanno due origini: - Naturali, ceneri vulcaniche, polveri sollevate dal vento, polline, polveri meteoritiche e salsedine - Antropiche, emissioni industriali, scarichi delle auto e fumo incendiario. La polvere del Sahara è quella più abbondante nel nostro pianeta, spinta dai venti elisei (spesso verso centro-nord America, da noi poco frequente) verso ovest. Questa aumenta la capacita dell’atmosfera di aumentare il sequestro dell’anidride carbonica negli oceani. Le particelle sono strettamente legate al tempo atmosferico, infatti per esempio le eruzioni vulcaniche spesso provocano un innalzamento delle temperature di 1,2 gradi (aerosol vulcanici) e una riduzione di luce solare consistente. Se le particelle sorpassano la troposfera (dove avvengono gli eventi climatici) rimarranno per vario tempo bloccati nell’atmosfera per poi conseguentemente aumentare le temperature terrestri. LA STRUTTURA VERTICALE ATMOSFERICA Nel suo sviluppo verticale l’atmosfera cambia alcune caratteristiche, ossia: - Temperatura, essa diminuisce all’aumentare della quota. Superati i 20km c’è una discontinuità per la quale sopra quella quota la temperatura aumenta, poi diminuisce di nuovo e poi aumenta esponenzialmente (questo perchè i strati più esterni sono meno protetti dai fotoni del sole). Tale assetto permette la distinzione in strati termici (troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera). I primi tre strati sono delimitati superiormente da tropopausa, stratopausa e mesopausa. - Composizione, uniforme nei primi 80km (omosfera). Al di sopra nell’eterosfera è variabile. - Pressione, è la forza esercitata dalle molecole di gas dell’aria su una data area del pianeta. Più si sale di quota e più la densita dell’aria e la pressione diminuiscono. I strati atmosferici più importanti sono: - Troposfera, caratterizzata dalla turbolenza, ossia dai fenomeni meteorologici. Il suo spessore varia in base alla sua posizione, se sopra l’equatore o se sopra i poli. La tropopausa infatti sale all’equatore a causa della sua temperatura più elevata rispetto i poli, dove scende. In controsenso però alla tropopausa nell’equatore la temperatura è di -80º mentre ai poli di -50º, questo perchè la prima è più in quota della seconda. La troposfera riceve energia dal sole, è influenzata dalla rotazione terrestre ed è condizionata dalla superficie terrestre. - Ionosfera (60-400km), parte di atmosfera dove i gas sono sotto forma di ioni. Importanti in quanto riflettono le onde radio, permettendoci le comunicazioni. - Ozonosfera (15-48km), parte di atmosfera che è ricca di ozono a causa dei raggi ultravioletti che reagiscono con l’ossigeno. - Omosfera, parte più compatta dell’atmosfera. - Eterosfera, area più rarefatta e i gas si stratificano. Differenze tra tempo Il tempo atmosferico, appartenente alla troposfera, è variabile in base agli meteorologico e clima elementi di temperatura, umidità, pressione e vento. È inoltre influenzato - Prospettiva temporale. dai suoi fattori superficiali, come latitudine o distribuzione di terre e oceani. - Oggetto coinvolto, il Il primo fattore è fondamentale perché cambia la temperatura e l’impatto primo implica l’atmosfera radioattivo solare. Il secondo fattore è fondamentale perché per esempio mentre il secondo indica più si è vicini alle acque e più il clima è mite mentre più ci si allontana e piu anche gli eventi sui il tempo è estremo. Le tempeste sono generate dagli elementi atmosferici, continenti e oceani. e generano condizioni meteorologiche particolari che influiscono sul tempo e sul clima. Il clima è invece il sistema che comprende tutti i tipi di tempo atmosferico in una zona determinata. La temperatura, pressione e quantità di vapore acqueo diminuiscono con la quota LEGGE DI CORIOLIS influenzando il clima. I rilievi montuosi (barriere topografioche) Quando la Terra gira, le cose che influenzano il clima e la cosiddetta circolazione atmosferica. La si muovono, come l’aria o l’acqua, circolazione atmosferica è la variabilità dei flussi d’aria in base non si muovono in linea retta. all’influenza del continuo movimento terrestre. Nella troposfera infatti Invece, sembrano curvare. Nella ci sono dei regimi di venti fondamentali che influenzano parte nord del mondo, si curvano esponenzialmente il clima. I flussi d’aria aumentano all’equatore dove verso destra, mentre nella parte sud si curvano verso sinistra. La la rotazione è maggiormente sentita rispetto ai poli. La circolazione forza di Coriolis è determinata oceanica è diversa in base a se è superficiale (bacini isolati) o più dalla LEGGE DI FERREL profonda (termoalina). Questa è anche diversa in base alla salinità, temperatura, grandezza, profondità e conformazione. INSOLAZIONE E TEMPERATURA Il fenomeno che governa tutto è l’irraggiamento solare. Infatti il sole è la maggiore fonte d’energia per la terra. Il sole produce energia per fusione nucleare, emanando un flusso continuo di energia radiante in tutte le direzioni sotto forma di onde elettromagnetiche. Queste sono classificate in base alla lunghezza d’onda (distanza tra due punti omologhi successivi). Da questa grandezza si può trovare anche la frequenza (numero di oscillazioni complete al secondo). A legare queste due grandezze è la velocità di propagazione di radiazione, o velocità della luce. L’insieme di tutte le lunghezze d’onda è lo spettro elettromagnetico. In geografia fisica sono importanti 3 settori di quest’ultimo: - Onde ultraviolette - Radiazione visibile - Onde infrarosse Tutti e tre questi settori sono compresi dalla radiazione solare, che ha una quantità di 1367 W/m2 ed è sempre costante. Quando colpisce la terra in parte è riflessa dall’atmosfera, in parte riscalda quest’ultima e in parte arriva sulla superficie. RADIAZIONE DI CORPO NERO Immagina di avere un oggetto che è completamente nero, come un pezzo di carbone. Questo oggetto è speciale perché assorbe tutta la luce e il calore che gli arrivano. Ecco come funziona la radiazione di un corpo nero: 1. Corpo nero: Un corpo nero è un oggetto che non riflette nessuna luce. Assorbe tutto! 2. Calore: Quando un corpo nero si riscalda, come quando lo metti vicino a una fonte di calore, inizia a emettere luce. Più è caldo, più luce emette. 3. Colori della luce: Se il corpo nero è molto caldo, può diventare rosso, poi arancione, e infine bianco. Questo succede perché emette diversi tipi di luce a seconda della temperatura. 4. Luce e calore: La radiazione di un corpo nero è importante perché ci aiuta a capire come funziona il calore e la luce nel mondo RIFLESSIONE, DIFFUSIONE E TRASMISSIONE La riflessione è la capacità di un corpo di riflettere onde elettromagnetiche. La riflessione è inversamente proporzionale all’assorbimento, ed è calcolabile attraverso l’albedo, ossia il rapporto tra l’energia incidente e quella riflessa. Se l’albedo è 1 significa che il corpo riflette tutta l’energia che riceve; se è 0 allora assorbe il 100% dell’energia incidente. La diﬀusione è invece un processo secondo il quale le particelle e le molecole di gas nell’atmosfera deviano le onde luminose, senza cambiarne la lunghezza d’onda. Così le onde attraversano l’atmosfera seguendo percorsi casuali. Le lunghezze d’onda più corte sono diﬀuse dai gas più facilmente. La trasmissione infine è un processo secondo il quale le onde elettromagnetiche attraversano un mezzo senza essere modificate. In generale pero i materiali che costituiscono la terra sono cattivi trasmettitori, quindi la superficie terrestre assorbe le onde senza trasmetterle in profondità. L’acqua è l’opposto, in quanto se è limpida la luce può arrivare a notevoli profondità. EFFETTO SERRA L’eﬀetto serra è un processo che mantiene la Terra calda. Ecco come funziona: 1. Il Sole invia luce e calore, attraverso onde corte, alla Terra. 2. La Terra assorbe parte di questo calore e poi lo restituisce sotto forma di radiazione infrarossa, ossia onde lunghe. 3. Ci sono gas nell'atmosfera, come il diossido di carbonio e il metano, che catturano parte di questo calore, impedendogli di uscire nello spazio. 4. Questo mantiene la temperatura della Terra più alta di quanto sarebbe senza questi gas, creando un clima adatto alla vita. Se ci sono troppi gas serra, la temperatura aumenta troppo, causando cambiamenti climatici. LA CONDUZIONE La conduzione è un processo secondo il quale avviene il passaggio di calore tra le molecole senza che queste modifichino la loro posizione. La molecola più calda vibra più velocemente, collide con una più fredda e le trasmette energia. Attraverso la conduzione, il calore si trasferisce da una parte all'altra di un oggetto (o tra oggetti a contatto), fino al raggiungimento dell'equilibrio termico. Quindi ecco cosa succede di giorno: la superficie terrestre si riscalda facilmente, perché assorbe bene la radiazione solare, ma le rocce sono cattivi conduttori e non trasmettono in profondità il calore. Ed ecco invece che succede di notte: quando l'aria presso il suolo è fredda, la superficie terrestre le cede calore per radiazione e conduzione, ma l'aria è a sua volta un cattivo conduttore. Così, la diﬀusione del calore a quota maggiori si ha solo se le molecole d'aria si muovono, permettendo ad altre più fredde di entrare in contatto con il suolo. LA CONVENZIONE È un processo secondo il quale il calore viene trasferito per mezzo del movimento delle molecole di una sostanza. L'aria si scalda, si espande, diviene meno densa e sale. Lascia un vuoto che viene riempito da aria fredda richiamata dall'alto. Si forma una cella convettiva. La convezione è uno dei processi fondamentali della circolazione atmosferica. TERMODINAMICA Una trasformazione termodinamica è un processo secondo il quale un sistema termodinamico passa da uno stato di equilibrio ad un altro. Un sistema termodinamico è una porzione di spazio materiale delimitata da una superficie reale o immaginaria. È in equilibrio quando le sue variabili principali (pressione, volume, temperatura) non subiscono variazioni. I sistemi termodinamici si dividono in: - Aperto, scambia sia massa che energia con l’esterno - Chiuso, si puo scambiare calore e lavoro con l’esterno, ma non massa. La terra è un sistema chiuso in quando il sole gli da radiazioni e l’atmosfera terrestre un po’ ne assorbe e un po’ riflette (bilancio radiativo) - Isolato, non scambiano nulla con l’esterno - Adiabatico, non scambia calore ma scambia lavoro (può variare il proprio volume). Sono importanti perche se avvengono dei movimenti di massa d’aria veloci, possono essere riconducibili a sistemi adiabatici. Infatti quando l’aria scende o sale, la sua temperatura varia senza che venga scambiato calore, ma modificando il suo volume. Il raﬀreddamento adiabatico si ha quando l’aria sale, mentre il riscaldamento quando l’aria scende (il valore di raﬀreddamento/riscaldamento è sempre costante ed è definito tasso gradiente verticale adiabatico secco, ed equivale a 10º C/km). Nel caso in cui l’aria salisse ancora più in alto, il rilascio di calore latente rallenta il tasso di raﬀreddamento, e questo è gradiente verticale adiabatico saturo (equivale ad un valore costante di 6º C/km). IL CALORE LATENTE L'acqua nell'atmosfera cambia frequentemente il suo stato (gas, liquido, solido), implicando conservazione o rilascio di energia (calore latente). Durante l'evaporazione (da liquido a gas), l'energia viene sottratta al liquido e all'ambiente, e conservata dal gas. Durante la condensazione (da gas a liquido) l'energia viene rilasciata, andando a riscaldare l'aria circostante. Quindi, il calore latente è quell’energia che aiuta a cambiare una sostanza da una forma all’altra, senza farla diventare più calda. In generale però nell’atmosfera terrestre c’è uno squilibrio termico, dovuto principalmente a: - L’angolo di incidenza dei raggi solari, che varia stagionalmente variando con loro l’intensità di radiazione solare. Il numero di ore del giorno influenza il riscaldamento alle varie latitudini. D’estate fa più caldo perché l’angolo è maggiore e perché le ore di luce sono di più. - L’ostruzione atmosferica di nubi e gas, le quali assorbono, riflettono e diﬀondono l’insolazione. L’ostruzione varia in base a spessore e trasparenza. - Il bilancio radiativo secondo fasce di latitudine, - Il contrasto terre/acque, in quanto le prime si riscaldano e raﬀreddano molto più velocemente delle seconde. 1. Il calore specifico (= energia necessaria per innalzare di 1° C la temperatura di 1 gr di una sostanza) dell'acqua è 5 volte quello delle rocce: l'acqua può assorbire molta più energia senza riscaldarsi. 2. L'acqua trasmette il calore meglio delle rocce: con la stessa insolazione, si riscalda un volume d'acqua molto maggiore, ma la temperatura varia di poco. 3. L'acqua è più mobile: Il calore si disperde facilmente in senso verticale e orizzontale. 4. L'evaporazione è maggiore sull'acqua: Il calore latente necessario per l'evaporazione viene sottratto all'acqua che si raﬀredda. IL GRADIENTE TERMICO VERTICALE Il tasso secondo il quale diminuisce la temperatura dell’aria della troposfera (gradiente termico verticale) è di 6,5º C/km. Esso vale solo se l’aria è ferma, infatti se è in movimento è soggetta a variazioni adiabatiche. Quest’ultimo aspetto vale sempre tranne che per le cosiddette inversioni termiche: la temperatura cresce con la quota. È un fenomeno troposferico di breve durata ed estensione limitata. Può essere dovuto all’irraggiamento, al drenaggio, all’avvenzione o alla subsidenza. I VENTI Esistono 7 componenti al suolo della circolazione atmosferica generale: - HP polari - Venti polari - BP subpolari - Venti occidentali - HP subtropicali - Alisei - Zona di convergenza intertropicale Le alte pressioni subtropicali sono le fonti maggiori di venti. Nella zona equatoriale i venti spingono verso l’alto alimentando le precipitazioni. La circolazione d’aria nella terra funziona in questo modo: - Nell’equatore: I. L’aria superficiale è meno densa e più calda, è ricca di umidità. II. Va verso l’alto III. Piano piano si raﬀredda IV. Si crea la bassa pressione sotto V. Si formano le nuvole con precipitazioni sopra VI. Si crea l’alta pressione sopra le nuvole muovendosi verso le alte latitudini VII. Qui si raﬀredda molto e inizia a scendere VIII.Nello scendere si riscalda e la sua umidità relativa si abbassa - Nei poli: I. Le superfici bianche riflettono le radiazioni solari II. Ciò rende le masse d’aria molto fredde e ne provoca il loro spostamento verso le basse latitudini III. Qui l’aria si riscalda molto lentamente IV. Inizia a salire creando le nuvole con precipitazioni V. L’aria si riscalda e scende dalla parte alta dell’atmosfera A causa dello squilibrio termico tra terre e acque si vanno a creare le cosiddette brezze: - Di mare, sono diurne e l’aria viene dal mare con intensità verso la terra - Di terra, sono notturne e l’aria viene dalla terra debolmente verso il mare Nel momento in cui le masse d’aria fredda e densa delle quote elevate scendono verso il basso seguendo il pendio, si parla dei venti catabatici o di caduta. Questi sono venti molto forti che non portano precipitazioni ma risultano distruttivi a causa della velocità che assumono nello scendere. Se invece il vento impatta su una catena montuosa, è forzato a risalire, raﬀreddandosi, aumentando conseguentemente l’umidità relativa e provocando le piogge, si dicono venti di Föhn. Dopo le precipitazioni però i venti scenderanno riscaldandosi notevolmente e aumentando conseguentemente il rischio di valanghe. Il vento infine si dice geostrofico se è un vento che soﬃa orizzontalmente lungo le isobare, quando la forza di Coriolis compensa quella della pressione atmosferica. In generale la circolazione dell’aria terrestre subisce temporanei e transitori disturbi detti perturbazioni. Le masse d’aria si classificano poi in base al luogo d’origine: la latitudine ne influenza la temperatura, mentre la natura del luogo (mare o terra) l’umidità. I FRONTI Il fronte è la superficie di contatto scaturito dall’incontro di due masse d’aria (1 calda e 1 fredda). Hanno conseguentemente spesso caratteristiche diverse in base alle loro variabili. Esistono 4 tipi di fronti: - Caldo, la massa d’aria calda va verso quella fredda. Sale lentamente verso la direzione di movimento, raﬀreddandosi e provocando precipitazioni più durature ma meno intense. Ha una pendenza poco pronunciata. - Freddo, la massa d’aria fredda va verso quella calda. Si infila sotto l’aria calda velocemente alle spalle della direzione di movimento, raﬀreddando la superficie terrestre e provocando precipitazioni meno durature ma più intense. Ha una pendenza molto pronunciata. - Occluso, i due fronti sbattono l’uno sull’altro. Sono le ultime precipitazioni prima della loro dissolvenza e del bel tempo. - Stazionario, non c’è un reale movimento tra le due masse d’aria. Produce precipitazioni poco intense. UMIDITÀ ATMOSFERICA Tra i vari elementi climatici abbiamo l’umidità, la quale si manifesta in tutti e tre gli stati fisici. Il dominante è quello gassoso (vapore acqueo), invisibile, incolore, insapore e inodore. Quando si trova si trova in grandi quantità si mescola però al pulviscolo generando le nubi. La quantità di vapore acqueo nell’aria è variabile (non supera pero mai il 4% del volume di un m3 d’aria). È maggiormente concentrato nella bassa troposfera (0-1600m tanto e 1600-6000m poco). Il vapore acqueo viene principalmente dall’evaporazione degli oceani. Ebollizione: L’acqua passa allo stato gassoso attraverso l’ebollizione (costante a A 100º la pressione di 100º). Questi passaggi di stato hanno bisogno di moltissima energia, vapore raggiunge lo stesso utilizzata per riorganizzare i legami molecolari. Questa energia viene valore della pressione consumata nell’ebollizione e viene riemessa nella condensazione. Il tasso atmosferica. Ciò permette al di evaporazione dipende dalla temperatura dell’aria e dell’acqua, dalla liquido di evaporare sia in quantità di vapore già presente nell’aria e dal movimento dell’aria. La superficie che nell’intero temperatura dell’acqua è direttamente proporzionale all’energia delle volume. molecole e all’agitazione molecolare. Il valore della pressione atmosferica dipende anche dalla presenza del vapore acqueo (tensione/pressione di vapore). La tensione di vapore è una grandezza proporzionale alla densità e alla temperatura del gas. Infatti più l’aria è calda e maggiore è la quantità di vapore acqueo necessaria per raggiungere la saturazione. La tensione di vapore ci permette poi di capire la diﬀerenza tra ebollizione ed evaporazione. Oltre che dalle superfici liquide, il vapore acqueo è prodotto anche dalle piante attraverso il processo biologico detto evapotraspirazione. L’umidità si divide in: - Assoluta, quantità in grammi x m2 - Relativa, rapporto tra umidità assoluta e umidità assoluta massima di una certa regione - Specifica, quantità in kg di aria Condensazione: L'umidità e il raﬀreddamento sono strettamente collegati, e il concetto di Il vapore acqueo, quando punto di rugiada aiuta a capire come questo rapporto funziona. Il punto l’aria è satura, si trasforma in di rugiada è la temperatura alla quale l'umidità nell'aria comincia a acqua (gas—>liquido). I trasformarsi da vapore acqueo in acqua liquida. Il punto di rugiada è nuclei di condensazione strettamente legato al tipo di umidità: sono piccole particelle Se l’umidità relativa è alta, il punto di rugiada sarà più vicino alla microscopiche presenti temperatura dell'aria. Questo significa che, anche se l'aria è nell'aria che fungono da "ancora" per il vapore acqueo quando quest'ultimo si condensa per formare goccioline d'acqua. relativamente calda, potrebbe essere più facile che la rugiada si formi, specialmente durante la notte, quando la temperatura scende. Se l’umidità relativa è bassa, il punto di rugiada sarà molto più lontano dalla temperatura dell'aria, il che significa che l'aria è meno "satura" di vapore acqueo e la condensa è meno probabile a temperature normali. Il punto di rugiada influisce anche sul raﬀreddamento: Quando l'aria raggiunge o scende sotto il punto di rugiada, l'umidità nell'aria si condensa, e questo processo libera una piccola quantità di calore (calore latente di condensazione). In condizioni di alta umidità, questa condensa può rendere l'aria più "pesante" e contribuire alla sensazione di calore e disagio. In un clima umido, l'umidità relativa può far sì che la temperatura percepita (la "sensazione termica") sia più alta rispetto a quella reale, proprio perché l'evaporazione è ridotta. Questo è il motivo per cui, in estate, quando l'umidità è alta, la temperatura percepita può essere molto più calda di quella eﬀettiva. SOPRAFFUSIONE I liquidi si congelano quando le loro molecole perdono energia cinetica e si allineano in una struttura cristallina. Tuttavia, per questo processo di cristallizzazione, è necessario che ci siano nuclei di cristallizzazione o di congelamento, che agiscono come un "ancora" su cui le molecole si possono aggregare per formare cristalli di ghiaccio. Senza la presenza di nuclei di cristallizzazione, il processo di solidificazione non avviene. Il liquido rimane allo stato liquido anche se la sua temperatura è sotto lo zero. NUVOLE Le nuvole sono aggregati di minuscole goccioline d'acqua o cristalli di ghiaccio sospesi nell'atmosfera. La loro formazione dipende dalle condizioni di umidità, temperatura e pressione atmosferica, e possono avere diversi aspetti, altezze e caratteristiche. Esistono vari tipi di nuvole, che si classificano in base alla loro forma, altitudine e composizione: 1. Nuvole basse (da 0 a 2.000 metri), piogge leggere 2. Nuvole medio-alte (da 2.000 a 6.000 metri), rigonfie e composte d’acqua 3. Nuvole d’alta quota (oltre i 6.000 metri), sottili, composte da cristalli di ghiaccio 4. Nuvole di sviluppo verticale, che si estendono su diverse altitudini e indicano attivi movimenti convettivi LA NEBBIA È una nuvola ubicata nei pressi del suolo. Si forma a contatto con la superficie terrestre quando l'aria si raﬀredda fino al punto di rugiada o quando le viene aggiunto vapore acqueo fino a renderla satura. La nebbia può essere: - Per irraggiamento, si forma di notte, quando il suolo perde calore per irraggiamento e diviene più freddo dell'aria sovrastante (inversione termica). Quest'ultima si raﬀredda perché cede calore al suolo per conduzione e raggiunge il punto di rugiada. - Per evaporazione, si forma quando viene aggiunto vapore ad aria fredda prossima alla saturazione - Per avvezione, si forma quando aria calda e umida si muovono su una superficie fredda (neve, mare, lago). - Di versante/ ortografica, si forma per raﬀreddamento adiabatico quando l’aria umida risale un pendio. STABILITÀ E INSTABILITÀ In meteorologia e climatologia, stabilità e instabilità si riferiscono alla tendenza dell'atmosfera a mantenere o cambiare la sua struttura in risposta a vari fenomeni termici. Questi concetti sono fondamentali per comprendere il comportamento dei sistemi meteorologici, come la formazione di nuvole, temporali e il tempo in generale. La stabilità termica si verifica quando l'aria più calda tende a rimanere sopra l'aria più fredda, impedendo il movimento verticale dell'aria. In altre parole, l'aria più leggera (più calda) non riesce a salire facilmente attraverso l'aria più pesante (più fredda). Questo fenomeno impedisce la formazione di nuvole e temporali e favorisce una situazione di cielo sereno e tempo stabile di giorno, e temperature più basse di notte. L'instabilità termica, invece, si verifica quando l'aria è molto calda ed è quindi più leggera e riesce a salire facilmente attraverso l'aria più fredda. Questo provoca movimenti verticali molto forti e la formazione di nuvole e temporali. In altre parole, l'atmosfera è instabile quando l'aria calda tende a salire rapidamente e a mescolarsi con l'aria più fredda, causando convezione. INSTABILITÀ CONDIZIONATA L'instabilità condizionata avviene quando una porzione di aria calda e umida viene sollevata e si raﬀredda, e la sua temperatura rimane più alta rispetto all'ambiente circostante, il che favorisce il sollevamento e l'ascensione dell'aria stessa, causando convezione e fenomeni atmosferici come temporali. IL GRADIENTE TERMICO Il gradiente termico è la variazione della temperatura in relazione all'altitudine o alla distanza orizzontale. In altre parole, è la misura di quanto la temperatura cambia mentre si sale o si scende nell'atmosfera, oppure mentre ci si sposta da un'area calda a una più fredda. Può essere: - Gradiente termico verticale (con l'altezza), il cambiamento della temperatura per unità di altezza nell'atmosfera. In genere, la temperatura diminuisce man mano che si sale in altezza, ma la velocità con cui ciò accade dipende dalle condizioni atmosferiche e dalla stabilità. - Gradiente termico verticale normale, in media la temperatura diminuisce di circa 6,5°C ogni 1.000 metri di altezza (gradiente termico adiabatico). - Gradiente termico positivo, l'aria diventa più calda man mano che saliamo (cosa che può succedere in presenza di inversioni termiche). Questo è un segno di instabilità. - Gradiente termico negativo, la temperatura diminuisce più lentamente con l'altezza o addirittura aumenta. Questo è un segno di stabilità atmosferica. - Gradiente termico orizzontale, si riferisce alla variazione di temperatura su una distanza orizzontale. Ad esempio, tra due regioni geografiche, uno potrebbe essere caldo e l'altro più freddo. Questo tipo di gradiente può influenzare il tempo atmosferico, portando a fenomeni come il vento o la formazione di nuvole. LE PRECIPITAZIONI Non tutte le nuvole generano pioggia. La sola condensazione non è abbastanza alla sua formazione. Le goccioline devono essere abbastanza grandi da non galleggiare nell’aria o addirittura da non evaporare prima di cadere. D’estate la convezione è maggiore e conseguentemente i temporali estivi avranno gocce più grandi di quelli invernali/autunnali con convezione minore. Le nuvole che si innalzano tanto da raggiungere temperature minori di 0º, generano cristalli di ghiaccio o acqua sopraﬀusa (vedi paragrafo sopraﬀusione). I cristalli di ghiaccio in queste condizioni possono crescere cosi tanto fino a cadere, ma in base alla temperatura dei strati atmosferici più bassi (rispetto le nuvole) possono scendere sotto forma di pioggia (scendendo i cristalli si riscaldano tanto), neve (scendendo i cristalli non si riscaldano) o grandine (scendendo i cristalli si raﬀreddano). La grandine è costituita da nuclei di ghiaccio disposti in strati concentrici trasparenti (se cristalli grandi) o opachi (se cristalli minuscoli o gocce d’acqua). In alcuni casi il terreno, dopo un lungo periodo freddo, può avere una temperatura addirittura più fredda delle nubi generatrici di pioggia; conseguentemente nel momento in cui scende la pioggia e tocca terra, si trasforma completamente in ghiaccio, e questo processo è detto gelicidio (sempre più raro con il riscaldamento globale). Nelle carte geografiche le precipitazioni vengono segnate tramite le isoiete, ossia linee che collegano punti di uguale intensità di precipitazione su una mappa. La quantità di precipitazione cambia durante l’anno per fattori quali: - Distanza dal mare - Disposizione dei rilievi - Spostamento stagionale dei venti - Regione in cui ci si trova (es. monsonica) ASCENDENZE Le ascendenze possono essere: - Convettive, a causa dell’instabilità di riscaldamento sulla superficie terrestre una massa d’aria al suolo può riscaldarsi, espandersi e divenire instabile risalendo. In quest ultimo processo si raﬀredda arrivando al punto di rugiada. Questo provoca la formazione di colonne di nuvole temporalesche. - Orografiche, a causa di una barriera topografica (montagna) le correnti d’aria orizzontali sono costrette ad ascendere lungo un pendio raﬀreddandosi adiabaticamente e provocando precipitazioni orografiche. Se l’aria è instabile continua a salire e a provocare precipitazioni, mentre se è stabile scende dall’altro pendio creando un versante secco detto rain shadow. Venti Alisei: Soﬃano da est - Frontale, a causa dei fronti atmosferici caldi l’aria calda sale sopra quella verso ovest nelle zone fredda. Nel caso del fronte freddo è l’aria fredda che scende sotto quella tropicali (tra i 30°N e 30°S) a calda. Ciò provoca condensazione e precipitazioni frontali. bassa quota. Sono causati - Convergente, nelle zone di convergenza dei venti l’aria viene spinta verso dalla circolazione l’alto divenendo instabile e provocando precipitazioni convergenti. atmosferica di Hadley. I movimenti dell’aria possono essere: Controalisei: Soﬃano da - Verticali, che sono detti correnti ascendenti/discendenti se di lieve entità, ovest verso est ad alta e ascendenze o subsidenze se di forte entità. quota, sopra i venti alisei, a - Orizzontali, che sono detti venti, di entità variabile causa della rotazione La direzione e la velocità dei venti dipendono dal gradiente barico, terrestre e dei gradienti di dall’eﬀetto di Coriolis e dall’attrito. L’influenza di quest’utlimo diminuisce temperatura. con l'altezza e non va oltre i 1500m sopra il suolo. Al di sopra i venti hanno un andamento geostrofico. Nel caso della velocità più il gradiente barico è basso e più i venti sono lenti e viceversa. CELLE DI HADLEY Sono circuiti d'aria che si formano ai tropici. L'aria calda sale all'equatore, si sposta verso i poli, poi scende e torna verso l'equatore, creando un movimento circolare. Questo porta a clima caldo nelle zone tropicali. ONDE DI ROSSBY Sono grandi onde atmosferiche create dall’incontro tra fronte polare e fronte tropicale. Influenzano il tempo e il clima spostando masse d'aria calda e fredda, e possono causare fenomeni metereologici estremi e molto variabili. In genere il loro vento è occidentale ed hanno un elevato gradiente termico orizzontale. LE CORRENTI A GETTO La corrente a getto (o jet streak) è invece una corrente d'aria ad alta velocità che si sviluppa nelle alte latitudini della troposfera, generalmente tra i 9.000 e i 15.000 metri di altitudine. Le correnti a getto possono raggiungere velocità superiori ai 300 km/h (a volte anche oltre 400 km/h), ma la velocità può variare a seconda della stagione e della posizione. Si trovano solitamente tra i 30° e i 60° di latitudine nell'emisfero nord e tra i 30° e i 50° nell'emisfero sud. Si spostano da ovest a est, seguendo le linee isobariche che separano masse d'aria calda e fredda. La posizione e l'intensità delle correnti a getto possono cambiare nel tempo, influenzando la formazione di cicloni, anticicloni e temporali. Se la corrente è forte, le condizioni meteo possono essere più stabili, mentre se è debole o ondulata, possono verificarsi periodi di tempo più variabile e instabile. Esistono due tipi di correnti a getto: 1. Jet streak polare: Situato vicino al confine tra l'aria polare fredda e l'aria più calda delle latitudini medie. 2. Jet streak subtropicale: Più a sud, questo getto si sviluppa tra l'aria calda subtropicale e quella temperata. Ad influenzare la dinamica atmosferica e il tempo al suolo nelle correnti a getto sono 2 concetti: Divergenza: Si verifica quando l'aria si allontana da una zona, causando una risalita dell'aria. È associata a bassa pressione al suolo e condizioni meteorologiche instabili (precipitazioni, nuvolosità). Le aree di divergenza si trovano tipicamente nelle valli delle onde della corrente a getto. Convergenza: Si verifica quando l'aria converge verso un punto, causando una discesa dell'aria. È associata ad alta pressione al suolo e condizioni meteorologiche stabili (tempo sereno). Le aree di convergenza si trovano nelle creste delle correnti a getto LA PRESSIONE ATMOSFERICA La pressione ha un elevata influenza sul tempo atmosferico, in quanto influenza la temperatura, e con l’insolazione, la formazione dei venti. È la forza esercitata dalle molecole di gas atmosferici su una data area o corpo. La pressione scende con l’altitudine ed è isotropa, ossia uguale in tutte le direzioni. La pressione atmosferica è dir. prop. alla densità dell’aria ad una certa quota. Se i gas si riscaldano la pressione diminuisce, mentre se si raﬀreddano aumenta. La bassa pressione si dice termica se indotta da elevate temperature della superficie terrestre, e si dice dinamica se prodotta da aria fortemente ascendente. L’alta pressione si dice termica se prodotta da basse temperature della superficie, e si dice dinamica se indotta da aria fortemente discendente. Il valore della pressione atmosferica può essere: A livello del mare, è di circa 1013 hPa (hectopascal), o 1013 mb (millibar). Questa è la pressione di riferimento o "normale", ma varia in funzione delle condizioni meteorologiche. Alta pressione, è superiore ai 1013 hPa ed è generalmente associata a condizioni di bel tempo, con cieli sereni e tempo stabile. Bassa pressione, è inferiore ai 1013 hPa ed è tipica di situazioni di maltempo o di tempeste, come cicloni o temporali, che si formano attorno a zone di bassa pressione. Gli aggettivi alta e bassa indicano condizioni relative e non assolute. Sulle carte la distanza tra le isobare indica l’intensità della variazione di pressione (gradiente barico), la quale si muove da zone ad alta verso bassa pressione. La pressione atmosferica viene misurata con uno strumento chiamato barometro. Ci sono diversi tipi di barometri, ma i più comuni sono 1. Barometro a Mercurio, è il tipo tradizionale di barometro, inventato da Evangelista Torricelli nel 1643. Consiste in un tubo di vetro lungo, riempito di mercurio, che viene capovolto in una vasca contenente mercurio. La pressione atmosferica spinge sul mercurio nella vasca e causa un innalzamento del mercurio nel tubo. L’ altezza della colonna di mercurio viene letta su una scala graduata e indica la pressione atmosferica. La sua unità di misura è letta in millimetri di mercurio (mmHg), e la lettura standard della pressione atmosferica a livello del mare è di 760 mmHg. 2. Barometro Aneroid, è uno strumento più moderno e compatto, che non usa mercurio. Al suo interno contiene una piccola scatola metallica che si comprime o si espande in risposta ai cambiamenti nella pressione atmosferica. Il movimento della scatola metallica viene trasferito a un'ago, che si muove su una scala graduata per indicare la pressione atmosferica. La sua unità di misura è in hPa (hectopascal) o millibar (mb). 3. Barometri Digitali, che utilizzano sensori elettronici per misurare la pressione atmosferica. I MONSONI I monsoni sono venti stagionali che cambiano direzione durante l’anno, portando con sé grandi quantità di pioggia e influenzando il clima di alcune regioni, come il sud-est dell'Asia, l'India e l'Africa. Cambiano in base alla stagione: - Estate (monsoni estivi): L'aria si riscalda sopra i continenti, creando una bassa pressione. L'aria umida dall'oceano si sposta verso la terra, portando forti piogge. Questo è il tipo di monsoni che provoca la stagione delle piogge in molte regioni. - Inverno (monsoni invernali): In inverno, la terra si raﬀredda più velocemente rispetto agli oceani, creando una alta pressione sopra i continenti. L'aria secca e fredda soﬃa dalla terra verso il mare, portando un periodo di tempo secco. LE PERTURBAZIONI Le perturbazioni sono disturbi transitori e temporanei della circolazione atmosferica. Quest’ultima è basata su masse d’aria grandi, uniformi, unitarie nel movimento e distinte dall’aria circostante. Queste masse d’aria si creano quando dell’aria stabile staziona per più giorni sulla stessa area acquisendone da quest’ultima temperatura e umidità. A seconda dell’area dove si trovano distinguiamo in artica o antartica (A - secca e fredda), polare continentale (cA - meno fredda e secca), polare marittima (mP - 50% fredda e 50% umida), tropicale continentale (cT - torrida, secca e instabile), tropicale marittima (mT - calda e umida) ed equatoriale (E - calda). Queste masse possono sia essere stazionarie o mobili. Muovendosi subiscono modifiche. Per tracciare queste masse d’aria si usa il concetto di temperatura equivalente potenziale: data una massa d’aria di qualunque tipo la t.e.p. è la temperatura della massa portata al livello del mare e quindi modificata dall’umidità. Il calcolo della t.e.p. permette di correggere queste modifiche e ottenere una grandezza direttamente legata alla formazione della massa d’aria, che viene ben conservata durante la sua modificazione. Le perturbazioni delle medie latitudini sono l’incontro tra l’aria fredda polare con quella calda tropicale, provocando cambiamenti atmosferici rapidi ma anche stagionali. Queste sono la fonte dei cicloni, ossia vaste celle di bassa pressione con senso antiorario. I cicloni portano aria fredda da nord e calda da sud. I cicloni tropicali si formano nei tropici e si nutrono di calore e umidità provenienti dal mare caldo, mentre i cicloni extratropicali si formano nelle latitudini medie e sono alimentati dalle contrapposizioni di aria calda e fredda. I cicloni tropicali sono più simmetrici e ben organizzati, mentre i cicloni extratropicali sono meno simmetrici e hanno una struttura a fronti. I cicloni tropicali portano venti molto forti e piogge torrenziali nelle loro vicinanze, ma in genere non sono accompagnati da forti escursioni termiche come i cicloni extratropicali, che possono produrre una varietà di fenomeni meteo come neve, pioggia e venti gelidi. In genere i cicloni consistono nel movimento dei vari tipi di fronti con la consequenziale formazione di onde e creste chiamate di Bjerknes. In generale durano una decina di giorni e finiscono con l’ultima fase del fronte occluso. Gli anticicloni sono invece cicloni più grandi e sono spinti da venti occidentali. Sono celle di alte pressioni che non contengono fronti, il tempo è secco e sereno. Possono essere: - Permanenti o subtropicali, stazionano intorno i 30º-40º di latitudine. - Orografici, si generano sul lato sottovento di una catena montuosa. - Mobili o di chiusura, sono in coda alla corrente a getto e ristabiliscono il tempo. GLI URAGANI Nelle zone equatoriali il tempo è variabile nella stessa giornata, ed è una condizione che dura tutto l’anno. Qui a causa di questa variabilità si creano gli uragani, ossia cicloni tropicali di intensità molto elevata ma di dimensione ridotta. Un uragano si forma sopra acque calde (oltre 26°C) che riscaldano l'aria sopra di esse. L'aria calda e umida sale, creando una zona di bassa pressione, mentre l'aria più fredda trova spazio per unirsi. Questo processo genera nuvole e venti forti. La rotazione della Terra (eﬀetto Coriolis) fa ruotare la tempesta, formando la caratteristica spirale. Con il continuo aﬄusso di aria calda, la tempesta si intensifica. Quando raggiunge un'intensità suﬃciente, si trasforma in un uragano vero e proprio in grado di muoversi e spostarsi, con venti superiori a 120 km/h. In genere nell’occhio dell’uragano il tempo è più stabile, in quanto i venti circolari ascendentali bloccano le nuvole dal convergere al centro. Più ci si avvicina però e più l’intensità delle precipitazioni aumenta. Quando gli uragani, o piu in genere ogni tipo di ciclone, passa sul mare richiama le acque profonde fredde verso l’alto abbassando la temperatura di tutta la superficie marina. PERTURBAZIONI ATMOSFERICHE DI MINORE ENTITÀ Tra le perturbazioni atmosferiche di minore entità abbiamo: - Onde orientali o tropicali, sistemi di bassa pressione, I FULMINI orientati da nord a sud che si formano dopo il contatto tra Sono potenti scariche elettriche generate due masse d’aria diverse ad alta pressione nei tropici. (non è certo) da due corpi a potenziale Muovono i venti Alisei, da est a ovest. Queste onde formano elettrico diverso (nella formazione dei spesso uragani sull’Atlantico o sui tropici, questo perche cumulonembi le gocce o i cristalli della nella parte anteriore il tempo è bello e l’aria è discendente parte superiore sono di carica positiva mentre nella parte superiore c’è umidità e l’aria è mentre nella base sono presenti ascendente (tempeste convettive). particelle di carica negativa). Avvengono - Temporali, tempeste violente accompagnate da tuoni e tra nube e suolo, nube e nube, interno fulmini. Sono tempeste di breve durata ed estensione alla stessa nube o tra nube e un oggetto limitata. Sono associati a movimenti verticali dell’aria (caldi nell’atmosfera. ascendenti e freddi discendenti) , forte umidità e formazione di cumulonembi a torre (forma a incudine) con relative precipitazioni (ovviamente non superano la tropopausa, ma dall’ozono e la consecutiva temperatura alta che c’è in essa, la nuvola si estende in larghezza e non più in altezza). Sono tipici dell’area intertropicale e dell’estate nelle medie latitudini. Questo perché sono scaturiti da una superficie particolarmente calda e umida. I temporali possono essere frontali, orografici e di calore (o convettivi). Uno degli eﬀetti più distruttivi dei temporali sono le raﬃche di downburst, ossia forti correnti fredde che precipitano dal cumulonembo e impatta al suolo. In un contesto di cambiamento climatico, i temporali sono destinati a diventare più frequenti e più intensi. Il mediterraneo è la zona mondiale più assoggettata a causa dell’elevata temperatura della superficie marina, perdipiù in continuo aumento (crisi nel 2023-24 con media di 30º - scatto preoccupante mai raggiunto prima, infatti nell’agosto 2024 si è raggiunto il +1,5C*, ossia la prima soglia di sicurezza individuata dagli accordi di Parigi per mantenere gestibile il cambiamento climatico senza eccessivi sconvolgimenti ecologici). - Tornado, celle convettive di bassa pressione formati a causa dello stress del vento, ossia il contatto tra venti ascendenti, discendenti e di intensità variabile che tutti insieme formano correnti circolari veloci anche più di 500km/h. È così forte la forza ascendente da tirare su intere costruzioni. Il tornado ha però estensione molto ridotta. Il nostro paese è uno dei più colpiti, soprattutto nella pianura padana e in Puglia. I turbini di polvere e le trombe d’aria marine sono fenomeni simili ma meno intensi ed estesi. TIPI CLIMATICI Gli elementi del clima sono le variabili che ci permettono di descriverlo (temperatura, umidità, vento e pressione). Una delle classificazioni del clima in base alle zone del pianeta è attraverso 5 tipi di zone: 1. Zona caldo-umida equatoriale 2. Zona caldo-arida tropicale 3. Zona temperata caldo-subtropicale 4. Zona temperata fredda delle medie latitudini 5. Zona fredda delle alte latitudini Il sistema invece più complesso è chiamato Köppen e si basa su valori medi di temperatura e precipitazioni. Il limite delle zone è definito in base alla distribuzione spaziale della vegetazione, in quanto questa è espressione del clima. In primis fece una classificazione grezza divedendo il pianeta in 6 zone climatiche (A-H), e poi introdusse i concetti di tipi e sottotipi (basati su ubicazione nel mondo, caratteristiche della zona e motivo di tali dati precedenti). Il diagramma del clima è una rappresentazione grafica che mostra le principali caratteristiche climatiche di una determinata località, come la temperatura e le precipitazioni durante un periodo di tempo (generalmente un anno). Le componenti principali di un diagramma del clima sono: 1. Asse delle ordinate (verticale): rappresenta la temperatura (in gradi Celsius o Fahrenheit) o la quantità di precipitazioni (in millimetri o centimetri). 2. Asse delle ascisse (orizzontale): rappresenta il tempo, solitamente suddiviso per mesi dell’anno. 3. Curva della temperatura: indica le variazioni della temperatura media mensile. Viene generalmente rappresentata come una linea. 4. Barre delle precipitazioni: indicano la quantità di precipitazioni per ciascun mese. Le barre sono generalmente collocate sotto l'asse orizzontale. In un diagramma del clima, questa serie di dati potrebbe essere rappresentata come segue: La linea della temperatura salirebbe durante i mesi estivi (giugno-luglio-agosto) e scenderebbe durante l'inverno (dicembre-gennaio). Le barre delle precipitazioni sarebbero più alte in inverno (da ottobre a marzo) e più basse in estate (da giugno a settembre). Esistono 5 climi: - Nivale (E), il più freddo. La temperatura non supera mai i 10º. Il sottotipo di questo clima è quello dal gelo perenne, in cui non si superano praticamente mai i 0º (Antartide, Groenlandia e artico canadese). Un’altro sottotipo è quello della tundra, in cui la temperatura è tra 0º e 10º. Questo clima divide quindi l’artico in alto (no vegetazione legnosa, tranne il salice artico, al massimo si hanno arbusti o vegetazione erbacea temporanea), basso (arbusti legnosi e non, ma non alberi) e subartico (vegetazione legnosa ma molto isolata). - Boreale o freddo ed umido (D), la temperatura non si abbassa oltre i -3º e diﬃcilmente supera i 10º. Si trova solo nell’emisfero settentrionale perche la zona che occupa è quella dell’oceano nell’emisfero meridionale. Un sottotipo è il continentale subartico in cui il clima è freddo ed umido. - Temperato (C), in cui la temperatura non si abbassa oltre i -3º e non sale oltre i 28º circa. Hanno regimi di precipitazione diversi in base alle zone. Un sottotipo è il continentale umido, temperato umido, mediterraneo e caldo umido. - Clima arido (B), molto secco, con precipitazioni inferiori a 250 mm all’anno. Le temperature possono variare notevolmente tra il giorno e la notte, specialmente nei deserti. Tra i sottotipi abbiamo desertico caldo, desertico freddo e stepico. - Clima tropicale (A), caldo e umido, con temperature elevate durante tutto l’anno e precipitazioni abbondanti. La temperatura media mensile non è superiore a 18°C tutto l’anno. I sottotipi sono clima equatoriale, clima monsonico e clima tropicale-savana. Ovviamente questa classificazione non calcola la tridimensionalità della terra, quindi più si sale di quota e più si abbassano le temperature, e consequenzialmente cambia il tipo di clima. COME SI LEGGONO LE PREVISIONI DEL TEMPO Fino agli anni ‘80 il metodo di calcolo delle previsioni era quello sinottico, basato su una raccolta di info mandate da varie parti del mondo. Lo studio delle previsioni del tempo è basato su vari aspetti: probabilità, certezza e incertezza. Ovviamente il primo e il secondo sono inversamente proporzionali alle date prese in considerazione: se le previsioni sono per esempio tra 3 settimane saranno molto più incerte e probabili che tra 3 giorni. C’è quindi bisogno di tempo per il calcolo delle previsioni, il quale è sottoposto a moltissime variabili. Ci sono vari satelliti che monitorano le previsioni, come: - Deep space, a più bassa risoluzione, lontani dalla terra per vederla nella sua interezza. - Polari, ad alta risoluzione e girano verticalmente tutto l’emisfero, passando per i poli. - Geostazionari, a buona risoluzione, orbitano in torno alla terra alla sua stessa velocità cosi da rimanere nella medesima area geografica. Questi satelliti si basano sulle stazioni meteo in giro per il mondo che, alimentate da pannelli solari e muniti di antenne, mandano segnali indicando il luogo e il meteo. La temperatura fornita dai dati è quella infrarossa di tutto il tragitto tra terra e satelliti. Quindi la temperatura eﬀettiva andrà poi calcolata. Arrivano perciò milioni di dati, calcolati e misurati da sistemi informatici. Si hanno bisogno di due tipi di previsioni: - A brevissimo tempo, es. gli aerei devono capire se è il caso di decollare o atterrare in un determinato momento. Una tecnica nota al riguardo, è quella del now-casting, basato sul radar, ossia “osservatori” della quantità di acqua precipitabile e fulmini per capire la situazione attuale e prevedere quella futura molto prossima. - A breve/media scadenza, es. domani piove. Le previsioni stagionali ovviamente non possono basarsi sui dati detti precedentemente, bensì sono analisi statistiche di come la meteorologia si sta evolvendo da un certo periodo (es. quest’inverno nevicherà in Francia perché nevica già da 3 inverni). Le previsioni sub-stagionali e stagionali sono quindi basate sui dati a breve termine, oceanici e a lungo termine. Le previsioni tra i 6 ai 12 giorni si basano sul trovare le equazioni matematiche corrispondenti ai dati forniti. Si creerà quindi una maglia dove sono costruiti i dati metereologici probabili e stimati. Da qui si prendono poi le info, che prima vanno adattate alla situazione specifica del paese interessato, per poi trasmettere pubblicamente il modello meteorologico. Questa tecnica però, se fosse basata su matematici in carne ed ossa, ci vorrebbe molto tempo per brevi previsioni, per cui ci basiamo sui computer. Le previsioni spesso sono però imprecise a causa di queste variabili: - Imperfetta conoscenza dello stato iniziale (numerosità dei punti d’osservazione). - Imperfetta conoscenza dei processi atmosferici. - Approssimazioni nelle equazioni calcolate. - Imperfetta schematizzazione di orografia e suolo. - Incertezza sulle condizioni oceaniche o marittime. - Ridotta presenza delle stazioni meteo. Solo il 15% di quelle necessarie per la certezza totale. - Problemi di scala (macroscala, mesoscala, microscala) e approssimazione (globale 111km—> continentale 12km—> regionale 3km—> locale 1km). I colori delle allerte sono 3: - Rossa, si blocca tutto e c’è la certezza di un disastro - Arancione, problemi in sezione locale (es. a Roma diluvia e a Fiumicino è stabile) - Giallo, non è grave. L’ANTARTIDE L’antartide, il continente all’estremo sud del pianeta, ha varie caratteristiche uniche: - Possiede il deserto d'acqua più grande (media annua 130 mm). - È il continente più alto (altezza media 2500m, Asia 900m). - La temperatura minima registrata è di -89.6º (Vostok Station, Luglio 1983), con temperatura media di -16º e massima di 11º. - Il massimo spessore dei ghiacci è di 4776 m (Terra Adélie). - La massima velocità del vento è di 327 km/h (Dumont d'Urville). LA CO2 E I CAMBIAMENTI CLIMATICI Lo scienziato Arrhenius fu il primo a calcolare la relazione tra aumento di anidride carbonica e inquinamento. Scoprì che semplicemente raddoppiando la quantità di anidride carbonica, la temperatura aumenta di 5º. Oramai abbiamo superato altamente questi dati, com’è dimostrato dal seguente diagramma che mostra il livello di concentrazione di anidride carbonica e di aumento di temperatura fino ad oggi: Molti non credono in questi peggioramenti sostenendo che il clima in tutte le epoche cambiava. Eﬀettivamente è vero, infatti al tempo dei dinosauri la terra era molto più calda, a causa dell’elevata quantità di zone eruttive. Ad aiutarci a capire com’era il clima nel tempo ci sono vari indicatori, come i campioni di ghiaccio, i quali sono la cornucopia delle ricostruzioni del paleoclima, in quanto contengono bolle d’aria risalenti ad anni orsono con caratteristiche altrettanto antiche. LE MAREE Le maree sono oscillazioni ritmiche di grandi masse d’acqua, con momenti di innalzamento (flussi alta-marea) e abbassamento (riflussi bassa-marea) del livello. La diﬀerenza tra flussi e riflussi è detta ampiezza di marea. Per capire i limiti della marea si vedono i segni dell’acqua su scogli o altri corpi, e sulla sabbia. Le maree sono influenzate dall’attrazione gravitazionale luni-solare e dalla forza centrifuga dovuta alla rotazione terra e luna intorno al baricentro. Sulla faccia della terra rivolta alla luna è presente il rigonfiamento dell’acqua dovuta alla forza lunare. Nella faccia opposta c’è sempre il rigonfiamento dovuto alla forza centrifuga. Nel resto del pianeta c’è lo sgonfiamento. Quindi la luna è il fattore principale. Se la luna e il sole sono allineati abbiamo il massimo della marea in quanto attirano entrambi (maree vive o sigiziali). Se la luna e il sole sono in posizione ortogonale le maree sono di minima ampiezza (corte o di quadratura). La frequenza delle maree è legata al passaggio della Luna. La luna orbita intorno la terra per un periodo di circa 24h,50sec. Durante questo periodo la luna è allo zenit su un meridiano e sul rispettivo antimeridiano una volta sola. Quindi il periodo di una marea (alta+bassa) è circa 12h,25min. Quindi per circa 6h la marea sale e per altrettante discende (4 alternanze al giorno —> marea semidiurna). Non è sempre la luna il maggior fattore che determina la tempistica delle maree. Possono dominare altri fattori come la rotazione terrestre, la posizione del sole, la posizione della luna rispetto l’equatore terrestre e la batimetria. Le maree si dividono in: - Diurne, una sola alta marea e una sola bassa marea in un giorno lunare - Miste, costituite dalla sovrapposizione di una marea diurna e una semidiurna L'ampiezza, la frequenza e l’orario delle maree sono legati non solo a fenomeni astronomici, ma anche a caratteri morfologici dei bacini, alle dimensioni della massa d'acqua, alla forma della costa e alla diﬀerenza di profondità dei fondali. In generale, l'ampiezza è di circa 1.5-3 m, ma in bacini chiusi, come il Mediterraneo, o nei laghi sono molto piccole (da pochi cm a qualche decina o fino a 1 m). Localmente possono raggiungere ampiezze di 10 m o al massimo di 19 m. A causa dell'attrito con il fondo marino e di quello interno alle masse d'acqua, la marea non si verifica esattamente quando la Luna culmina sul meridiano locale. Il ritardo della marea, detto ora del porto, varia da luogo a luogo e può raggiungere le 12 ore. Per prevedere le maree vengono costruite delle carte dove si rappresentano le linee cotidali (o isocotidali), ossia isolinee luogo dei punti in cui l'alta marea si verifica con lo stesso ritardo rispetto al passaggio della Luna su un meridiano prefissato (es. Greenwich). Le onde di marea sono influenzate anche dalla forza di Coriolis, la quale dà un movimento rotatorio all’oscillazione tidale attorno un punto detto nodale o anfidromico. In pratica, questa forza, causata dalla rotazione della Terra, fa sì che le maree non si muovano in linea retta, ma si spostino in cerchio intorno a quei punti specifici, creando un movimento circolare delle acque. LE CORRENTI MARINE Le correnti marine sono degli spostamenti di acqua. Sono fiumi di acqua nel mare, che si muovono secondo una direzione definita e una propria velocità. Si distinguono dall'acqua circostante per temperatura, densità o salinità. Sono il principale meccanismo del trasferimento del calore sulla superficie terrestre insieme alla circolazione atmosferica. Le correnti sono influenzate da: - diﬀerenze di temperatura e salinità - venti - forma dei bacini oceanici/marini - configurazione e profondità del fondo - forza di Coriolis Il meccanismo di base è rappresentato dalle correnti di convezione o circolazione termoalina. Quest’ultima è causata da variazioni di densità dell'acqua, a sua volta determinata da temperatura e salinità. Questa circolazione consiste in: quando l'acqua è calda, come vicino all'Equatore, è leggera e sale in superficie; quando l'acqua è fredda (perlopiù dovuto alla banchisa, ossia uno strato di ghiaccio marino che galleggia sulla superficie dell'acqua), come nel Nord-Atlantico, Nord-Pacifico e nell'Oceano Antartico, è più densa e salata, così scende in fondo. Questo fa sì che l'acqua inizi a muoversi come una specie di enorme "nastro" che scivola su e giù in tutto il mondo. Questa circolazione è importantissima perché aiuta a portare il calore dalle zone calde a quelle fredde e a far girare l'acqua dell'oceano, mantenendo il clima del nostro pianeta in equilibrio. Queste sprofondano e si muovono verso l'Equatore, dove si riscaldano di nuovo e risalgono in superficie aumentando il livello del mare e venendo conseguentemente rispinte dalla gravità verso i poli. Nei tropici invece a causa della forte evaporazione l’acqua è particolarmente salata e quando risale ai poli diventa ancora più densa. Le correnti si dividono in: - Upwelling, si verificano quando l'acqua fredda e ricca di nutrienti (perché sono in profondità dove nessuna attività biologica li sfrutta) sale dalla parte profonda dell'oceano verso la superficie. Questo succede soprattutto lungo le coste. È come se l'acqua profonda risalisse verso l'alto. Quindi nelle coste soggette a questo processo, l’acqua si rinnova sempre ospitando una gran varietà di nutrienti. - Downwelling, sono quando l'acqua calda in superficie si raﬀredda (a causa del vento) e quindi si addensa, e così scende verso il fondo dell'oceano. Parlando del mediterraneo, con acqua molto salata e molto calda (perchè è chiuso), l’Atlantico oﬀrendogli un continuo ricambio d’acqua fredda e poco salata, gli dà l’opportunità di non evaporare tutto. Le correnti superficiali presentano un andamento complesso ma simile in tutti gli oceani e sono influenzate dalla forza di coriolis (forma circuiti chiusi in senso orario a nord e a sud antiorario, perciò orizzontali nell’equatore —> nell’oceano indiano è sia orario che antiorario a causa dell’alternanza dei monsoni estivi e invernali), dai venti (aumentano, diminuiscono o invertono le correnti) e dalla morfologia dei bacini. Infine le correnti litoranee sono correnti che si verificano vicino alle coste, parallelamente alla riva. Queste correnti sono causate principalmente dal vento, dalle maree e dalla forma delle coste. Si muovono orizzontalmente lungo la spiaggia e possono essere dirette verso nord o sud, a seconda delle condizioni. LA VARIABILITÀ METEO-CLIMATICA La variabilità è lo scostamento dallo stato medio del sistema climatico, dovuto sia per fattori interni (interazioni tra le componenti) che esterni (eruzioni, impatti con oggetti celesti ecc…) al sistema. Esiste un ampio spettro di scale temporali e spaziali: variabilità intrastagionale, interannuale, decadale, secolare, millenaria e su scala geologica. Quando una porzione significativa della variabilità climatica segue pattern ricorrenti si parla di modi del clima. Spesso i modi del clima si manifestano attraverso le cosiddette teleconnessioni. Con questo termine si indica il comportamento per la quale anomalie climatiche simili coinvolgono zone anche molto distanti. Il modo più conosciuto è El Niño, ed inoltre è anche la teleconnessione più importante della terra. Questo evento avviene nel pacifico, e fu notato da dei pescatori che notarono che ogni natale l’oceano si riscaldava, diminuendone la quantità di pesce vicino la costa. Nella normalità l’oceano pacifico equatoriale presenta una temperatura elevata vicino le coste dell’Oceania mentre temperature più fredde vicino le coste del Sud America. Con El Niño le diﬀerenze si attenuano e il pacifico si riscalda anche vicino il Sud America. Con La Niña, si intende invece il processo più esagerato ed esteso (caldo) verso l’Oceania e più freddo ancora verso il Sud America. Ciò è dovuto al fatto che l’acqua calda superficiale è spinta dal Sud America all’Oceania dai venti alisei. Quindi il livello del mare è diverso in base ai processi, ciò è dovuto dalla pendenza molto elevata con La Niña, all’equilibrio del Niño e alla lieve pendenza della condizione normale. Questi processi si calcolano attraverso l’oceanic Niño index: ogni tre mesi si calcolano i dati delle instabilità della temperatura oceaniche. Per calcolare l’indice atmosferico invece si prendono i dati da Tahiti e Darwin: se nel primo c’è alta pressione mentre nel secondo bassa allora è normale, se nel primo c’è la stessa pressione del secondo allora è il Niño, infine se nel primo la pressione è alta e nel secondo bassissima è la Niña. L’indice che misura sia i dati oceanici che atmosferici è detto ENSO (El Niño Souther Oscillation). Tra la Niña e il Niño possono passare tra i 2 ai 7 anni, e quando avvengono, in tutto il mondo la temperatura cambia. Questo perchè quando c’è il Niño il pacifico perde un pò la possibilità di prendere calore lasciandone di più nell’atmosfera. Mentre con la Niña avviene il contrario. Quindi con il primo il riscaldamento globale aumenta più del normale, mentre con la seconda aumenta meno del normale. NAO (NORTH ATLANTIC OSCILLATION) La NAO è la tele connessione più importante d’Europa. È basata da una diﬀerenza tra alta pressione sub-tropicale delle Azzorre e la bassa pressione polare dell’Islanda. Questi elementi barici atmosferici molto stabili si livellano, uno si raﬀorza l’altro s’indebolisce. A gennaio di ogni anno si livella: l’Islanda raﬀorza la sua bassa pressione mentre le Azzorre indeboliscono la loro alta pressione. Visto che l’Islanda è anche zona ciclonica, si crea un ciclone di bassa pressione. Dovuta anche dall’oceano particolarmente freddo a causa della mancanza del sole in quei periodi. L’alta pressione delle Azzorre è creata invece dal ramo ascendente della cella di Hadley e si raﬀorza in estate mentre s’indebolisce d’inverno, come abbiamo visto. Quindi in condizioni normali l’alta pressione delle Azzorre è inversamente proporzionale alla bassa dell’Islanda con l’alternarsi inverno-estate. In condizioni anormali gli elementi barici atmosferici possono raﬀorzarsi contemporaneamente entrambi (NAO positiva) o indebolirsi contemporaneamente entrambi (NAO negativa). Le aree più colpite da queste condizioni anormali sono Reykjavik, Lisbona, le Azzorre e Gibilterra. PDO (PACIFIC DECADAL OSCILLATION) Si tratta di una variabilità decennale in cui cambiano i valori della zona del pacifico settentrionale per quanto riguarda temperatura superficiale del mare, pressione al suolo e circolazione atmosferica. MJO (MADDEN JULIAN OSCILLATION) Si tratta della variabilità più importante delle zone equatoriali- tropicali. Riguarda l’alternanza tra maggiori e minori piogge da ovest a est a circa 25km/h lungo i paralleli. Quindi si sposta controvento i venti occidentali. Ha un basso impatto sulle latitudini successivamente più alte o basse. Nell’Atlantico scompaiono e ritornano in quello indiano. QBO (QUASI-BIENNAL OSCILLATION) È una variabilità che non riguarda la troposfera ma la stratosfera. Definisce la direzione dei venti prevalenti nell’alta troposfera. Ogni due anni non vanno più da est a ovest ma da ovest ad est. Si scoprirono i venti stratosferici nel 1883 con l’eruzione del Krakatoa vedendo le ceneri andare in direzione est-ovest. Circa nel 1900 poi si lanciò un pallone aerospaziale che invece, nella stratosfera, andò in direzione opposta. Si scoprì quindi che ogni quasi due anni avviene questo cambio di venti. La QBO influenza direttamente il vortice polare (antiorario). Nella zona artica d’inverno è presente una bassa pressione in quota, prodotta dal raﬀreddamento dell’aria che innesca moti discendenti. IL VORTICE POLARE ARTICO E ANTARTICO Il vortice polare è una vasta area di bassa pressione che si forma attorno ai poli perennemente, caratterizzata da un flusso d'aria gelida che li circonda. In condizioni normali, questo vortice tiene il freddo confinato nelle regioni polari. Tuttavia, se il vortice diventa instabile o si rompe, l'aria fredda può spostarsi verso latitudini più basse, causando ondate di freddo in aree come l'Europa e il Nord America. Il riscaldamento globale può indebolire il vortice polare, aumentando la frequenza di eventi climatici estremi. LA CRIOSFERA Con il termine criosfera si intende l

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