L'atmosfera terrestre: struttura, composizione e fenomeni meteorologici | Appunti di Scienze della Terra

ATMOSFERA E CLIMA

MOTI MILLENARI che la Terra compie in migliaia di anni. Dovuti alle attrazioni gravitazionali

dei corpi del sistema solare (Sole-Luna-Pianeti) sulla Terra.

PRECESSIONE LUNI SOLARE causa PRECESSIONE DEGLI EQUINOZI

Moto a doppio cono dell’asse terrestre in senso orario, dovuto ad attrazione Sole e Luna sul

rigonfiamento equatoriale (tende a fare coincidere il piano dell’equatore con il piano

dell’orbita – la Terra si oppone ruotando e mantenendo immutata la posizione dell’asse)

L'asse di rotazione terrestre descrive un doppio cono nell'arco di 25.786 anni. Questo

significa che il polo nord celeste descrive una circonferenza nel cielo, per cui la Stella Polare

non indicherà sempre il nord.

Responsabile del fatto che l'anno solare è più corto di quello sidereo. L'effetto complessivo,

è che i punti dell'orbita in cui si verificano gli equinozi si spostano di 50,26ʺ in senso orario

(per questo si chiama precessione degli equinozi!).

SPOSTAMENTO LINEA APSIDI (congiunge afelio e perielio) va incontro a quella degli

equinozi.

Ogni anno gli equinozi di verificano 20 minuti prima (moto precessione dell’asse si compie in

26.000 anni, ma a causa dello spostamento della linea degli apsidi, la precessione degli

equinozi si compie in 21.000 anni)

VARIAZIONE ECCENTRICITA’ ORBITALE (92.000 anni)

• ECCENTRICITA’ = rapporto tra la distanza del Sole e la lunghezza massima del semiasse

maggiore (152.000.000 km /147.000.000 km)

• Differenza afelio – perielio: da 1 milione di km a 16 milioni di km

• Conseguenze: variazione radiazione solare ricevuta

• (152-147 = 5) Semestre autunno-inverno più corto di 7 giorni da semestre primavera-estate

(se fosse 16 = 7x3 = 21 giorni di differenza).

L'eccentricità orbitale è una misura di quanto l'orbita è ellittica, cioè "schiacciata". Vale 0

quando l'orbita è perfettamente circolare e tra 0 e 1 quando l'orbita è ellittica.

Attualmente è 0,0167. L'eccentricità terrestre varia ciclicamente tra 0,000055 a 0,0679 in

circa 100.000 anni. Attualmente l'eccentricità dell'orbita terrestre è in diminuzione.

L'inclinazione dell'asse terrestre varia da circa 22'30" a circa 24'30" nell'arco di circa 41.000

anni. Ora è in fase di diminuzione, cioè l'asse si sta avvicinando alla perpendicolare al piano

dell'orbita terrestre.

Asse più dritto = maggiore illuminazione raggi Sole

Asse più inclinato = illuminazione solare minore

VARIAZIONE INCLINAZIONE ASSE (40.000 anni)

TEORIA DI MILANKOVITCH

Negli anni ‘20 l'astronomo serbo Milanković per primo ipotizzò che i moti millenari avessero

un'influenza sul clima. L'effetto combinato di tutti i moti porta alle glaciazioni (ogni 100.000

anni circa).

EFFETTI DELLE GLACIAZIONI: Ghiacciai fino a latitudini equatoriali

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ATMOSFERA E CLIMA

MOTI MILLENARI che la Terra compie in migliaia di anni. Dovuti alle attrazioni gravitazionali dei corpi del sistema solare (Sole-Luna-Pianeti) sulla Terra. PRECESSIONE LUNI SOLARE causa PRECESSIONE DEGLI EQUINOZI Moto a doppio cono dell’asse terrestre in senso orario, dovuto ad attrazione Sole e Luna sul rigonfiamento equatoriale (tende a fare coincidere il piano dell’equatore con il piano dell’orbita – la Terra si oppone ruotando e mantenendo immutata la posizione dell’asse) L'asse di rotazione terrestre descrive un doppio cono nell'arco di 25.786 anni. Questo significa che il polo nord celeste descrive una circonferenza nel cielo, per cui la Stella Polare non indicherà sempre il nord. Responsabile del fatto che l'anno solare è più corto di quello sidereo. L'effetto complessivo, è che i punti dell'orbita in cui si verificano gli equinozi si spostano di 50,26ʺ in senso orario (per questo si chiama precessione degli equinozi!). SPOSTAMENTO LINEA APSIDI (congiunge afelio e perielio) va incontro a quella degli equinozi. Ogni anno gli equinozi di verificano 20 minuti prima (moto precessione dell’asse si compie in 26.000 anni, ma a causa dello spostamento della linea degli apsidi, la precessione degli equinozi si compie in 21.000 anni) VARIAZIONE ECCENTRICITA’ ORBITALE (92.000 anni)

ECCENTRICITA’ = rapporto tra la distanza del Sole e la lunghezza massima del semiasse maggiore (152.000.000 km /147.000.000 km)
Differenza afelio – perielio: da 1 milione di km a 16 milioni di km
Conseguenze: variazione radiazione solare ricevuta
(152-147 = 5) Semestre autunno-inverno più corto di 7 giorni da semestre primavera-estate (se fosse 16 = 7x3 = 21 giorni di differenza). L'eccentricità orbitale è una misura di quanto l'orbita è ellittica, cioè "schiacciata". Vale 0 quando l'orbita è perfettamente circolare e tra 0 e 1 quando l'orbita è ellittica. Attualmente è 0,0167. L'eccentricità terrestre varia ciclicamente tra 0,000055 a 0,0679 in circa 100.000 anni. Attualmente l'eccentricità dell'orbita terrestre è in diminuzione. L'inclinazione dell'asse terrestre varia da circa 22'30" a circa 24'30" nell'arco di circa 41. anni. Ora è in fase di diminuzione, cioè l'asse si sta avvicinando alla perpendicolare al piano dell'orbita terrestre. Asse più dritto = maggiore illuminazione raggi Sole Asse più inclinato = illuminazione solare minore VARIAZIONE INCLINAZIONE ASSE (40.000 anni) TEORIA DI MILANKOVITCH Negli anni ‘20 l'astronomo serbo Milanković per primo ipotizzò che i moti millenari avessero un'influenza sul clima. L'effetto combinato di tutti i moti porta alle glaciazioni (ogni 100. anni circa). EFFETTI DELLE GLACIAZIONI: Ghiacciai fino a latitudini equatoriali

-Avanzamento dei fronti glaciali e modellamento terrestre (valli a U - morene) -Abbassamento del livello del mare (per riduzione del volume di acqua sulla Terra) -Interruzione della corrente del Golfo (e conseguente raffreddamento dell’emisfero boreale) -Squilibrio isostatico locale della crosta terrestre (v. penisola Scandinava) ATMOSFERA : involucro gassoso intorno alla Terra, suddivisa in bassa ed alta.

Trattenuta attorno al pianeta dalla forza di gravità
Interagisce con la biosfera, assorbe e distribuisce il calore del Sole, filtra e scherma le radiazioni solari ad alta energia, partecipa al ciclo idrogeologico, partecipa ai processi di modellamento terrestre
Miscela di gas sempre più rarefatti man mano che si sale in quota: suddivisa in 5 strati con caratteristiche diverse.
Nei primi 80-100 km è composta da N (78%), O (21%), Argo (0,93%), CO2 (0,03%), altri gas (0,01%) + vapore acqueo + pulviscolo atmosferico (polveri sottili e polveri sospese), di origine biologica (pollini, spore, batteri), minerale (sabbia, polvere, terra, eruzioni vulcaniche, erosione rocce, aerosol marino), origine antropica (emissioni dei motori a combustione e degli impianti di riscaldamento, inceneritori, usura freni ...), favorisce la condensazione del vapore acqueo (nubi, nebbia, pioggia) CICLO DELL’OSSIGENO, CICLO DEL CARBONIO, CICLO DELL’ACQUA, CICLO DELL’AZOTO STRUTTURA DELL’ATMOSFERA ESOSFERA: si confonde con l’atmosfera solare, contiene H, He, temperatura cinetica sale
termopausa TERMOSFERA: fino 600 km – riflette le onde radio. Chiamata anche IONOSFERA perché gas subiscono ionizzazione per radiazioni cosmiche e solari – temperatura cinetica 1000°C
aurore polari
mesopausa MESOSFERA: fino a 80 km – gas molto rarefatti. Non riceve raggi riflessi e non contiene O (ozono), per cui salendo la temperatura si abbassa, fino a – 90°C.
stratopausa STRATOSFERA: fino a 50 km. Nubi madreperlacee, temperatura sale in quota: 20 Km = strato di O3 che assorbe uv – T massima 15°C.
tropopausa TROPOSFERA: fenomeni meteorologici. Spessore 6-8 km ai poli e 16-18 km equatore. Riscaldata dai raggi solari e dai raggi riflessi dalla superficie (diminuzione temperatura man mano che si sale: poli -50°C, equatore – 85°C) TEMPERATURA NELLA BASSA TROPOSFERA TEMPERATURA DELL’ARIA AL SUOLO DETERMINATA DA:
ALTITUDINE (salendo in quota la temperatura diminuisce)
LATITUDINE (ai poli i raggi del sole arrivano più inclinati)
DURATA DEL Dì E DELLA NOTTE
DISTRIBUZIONE DEI BACINI OCEANICI (H2O si scalda più lentamente)
FATTORI GEOGRAFICI (catene montuose barriere per masse d’aria)
UMIDITA’ (aria ricca di vapore acqueo si scalda meno dell’aria secca)

UMIDITA’ RELATIVA: % à umidità assoluta / limite di saturazione ES. a 15°C limite saturazione 13 g/m3 , se ci sono 7 g/m3 UR 50% se ci sono 13 g/m3 UR 100%. Se aumenta la Temp UR diminuisce, se si abbassa la Temp UR si alza. NUBI CIRRI: in alta troposfera, filamenti biancastri (aghetti di ghiaccio) CUMULI: si formano con correnti ascendenti STRATI: nube bassa e uniforme a sviluppo orizzontale CIRROCUMULI (cielo a pecorelle) se arriva un fronte caldo piove CIRROSTRATI CUMULONEMBI: a forte sviluppo verticale indica instabilità e potenziali precipitazioni PRECIPITAZIONI: passaggio di stato acqua da gas a liquido/solido
PIOGGIA Molecole d’acqua si aggregano, si raffreddano e condensano, cadono a terra (ISOIETE: linee curve su una cartina che racchiudono aree con le medesime precipitazioni)
NEVE (acqua ghiacciata in microcristalli a simmetria esagonale)
GRANDINE (si produce nelle nubi temporalesche dove i moti convettivi portano le gocce verso l’alto e si accumulano strati di acqua congelata)
RUGIADA
BRINA REGIME DELLE PRECIPITAZIONI
ZONA EQUATORIALE: forte piovosità
ZONA TROPICALE: scarsa piovosità
ZONA DELLE MEDIE LATITUDINI: piovosità variabile
ZONA POLARE: piovosità scarsa PLUVIOMETRO
Misura in mm = altezza pluviometrica
Area pluviometro x Volume acqua
1 mm caduto = 1 litro su 1 m PERTURBAZIONI ATMOSFERICHE: TEMPO METEOROLOGICO (caratterizzato da vento, nuvole,precipitazioni). Associate ai cicloni extratropicali SITUAZIONE TERMICA E REGIME DELLE PRECIPITAZIONI IN ITALIA Arco alpino funge da barriera per masse d’aria da nord
REGIME ALPINO: massima pioggia mesi estivi
REGIME PADANO: massimi in primavera e autunno
REGIME MEDITERRANEO: piovosità massima durante l’inverno e la stagione estiva COME NASCE IL VENTO
MASSA D’ARIA: porzione di troposfera con temperatura e umidità costanti
VENTO: movimenti orizzontali di masse d’aria che scorrono da una zona dove la pressione atmosferica è più alta verso una dove è più bassa VENTO DESCRITTO DA 3 CARATTERISTICHE:

VELOCITA’ misurata con anemometro ed è proporzionale al gradiente barico (isobare ravvicinate=venti forti) – si misura con la scala di Beaufort (misura empirica con 12 gradi)
DIREZIONE punto cardinale da cui il vento spira, dipende da gradiente barico, forza di Coriolis e attrito (per rilievi o irregolarità del terreno)
INTENSITA’ esprime gli effetti prodotti dal vento FORZA DI CORIOLIS EFFETTO DI CORIOLIS – LEGGE DI FERREL
Deviazione verso destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra nell’emisfero australe
I venti si muovono dalle aree anticicloniche dove si muovono in spirali in senso orario, verso le aree cicloniche dove seguono traiettorie in senso antiorario CLASSIFICAZIONE DEI VENTI SU GRANDE SCALA (PLANETARIA) spostamenti 2000 Km DIVISI IN CIRCOLAZIONE NELLA BASSA TROPOSFERA E CIRCOLAZIONE NELL’ALTA TROPOSFERA (venti costanti) SU MEDIA SCALA spostamenti 500-2000 Km (monsoni) SU PICCOLA SCALA spostamenti 10-500 Km (brezze e venti locali)
COSTANTI (ALISEI, VENTI OCCIDENTALI, VENTI ORIENTALI POLARI)
PERIODICI (MONSONI, PERTURBAZIONI CICLONICHE)
VARIABILI(BREZZE E VENTI LOCALI) MOVIMENTI SU VASTA SCALA NELLA BASSA TROPOSFERA (3000-5000 m) Influenzata dalla forza di Coriolis e dalla velocità lineare della rotazione terrestre che varia (max a equatore e min ai poli) SI FORMANO 3 CELLE CONVETTIVE
CELLA POLARE
CELLA TEMPERATA O CELLA DI FERREL
CELLA EQUATORIALE O CELLA DI HADLEY SI FORMANO 3 VENTI COSTANTI (spirano sempre nella stessa direzione)
ALISEI (o venti tropicali orientali)
VENTI OCCIDENTALI
VENTI ORIENTALI POLARI ALISEI
Gli alisei sono venti regolari e costanti della cella di Hadley. Spirano nell’emisfero boreale da nord-est verso nord ovest e nell’emisfero australe da sud-est verso nord-ovest. Causati dalla regolare alternanza di fasce ad alta pressione tropicali e a bassa pressione equatoriali.
Deviati dalla forza di Coriolis e dalla rotazione terrestre
Sfruttati nella navigazione (da Cristoforo Colombo)
Importanti per la pesca perché spirano da terra e spingono le masse oceaniche superficiali verso ovest, con scambio nutrienti nelle acque profonde
Influenzano molto il clima dei tropici (se spirano da terra l’aria è secca e si creano zone aride, alisei che spirano dal mare sono umidi perché ricchi di vapore acqueo VENTI OCCIDENTALI
Soffiano tra le latitudini 35°-60° (latitudini medio temperate)
Nell’emisfero boreale soffiano da sud-ovest
Nell’emisfero australe soffiano da nord-ovest

Sud del nostro pianeta e si espande del 5% ogni 10 anni. Questo accade perché le zone polari sono meno esposte all'irraggiamento solare, per cui si verificano minori reazioni fotochimiche tra le molecole d'ozono e le radiazioni solari. Inoltre, le basse temperature facilitano la degradazione dell'ozono. Da cosa è causato il buco dell’ozono Il Buco dell’Ozono è causato dal rilascio di alcune sostanze inquinanti da parte dell'uomo, sia dalle attività produttive. A partire dalla seconda metà del Novecento, lo strato si è progressivamente assottigliato a causa del rilascio nell'atmosfera di alcune sostanze inquinanti come i gas clorofluorocarburi utilizzati principalmente nelle bombolette spray e negli impianti refrigeranti. Le conseguenze del buco dell'ozono sull'uomo e l'ambiente Lo strato di ozono assorbe quasi tutte le dannose radiazioni ultraviolette, in particolare quelle chiamate UV-B al 95% e totalmente le UV-C, ovvero quelle che recano maggiormente danno all'epidermide, ma lascia trapassare quasi totalmente i raggi UVA. Se lo strato si riduce, aumenta la quantità di radiazioni che raggiunge la superficie terrestre. Queste radiazioni in quantità minime non sono dannose, anzi sono utili: per esempio, sono importanti nella nostra formazione della vitamina D. A dosi maggiori, però, questi raggi ultravioletti possono alterare gli equilibri della biosfera del nostro pianeta e la stessa esistenza della vita come oggi la conosciamo. -L’EFFETTO SERRA è un particolare fenomeno di regolazione della temperatura di un pianeta (o satellite) provvisto di atmosfera, che consiste nell'accumulo all'interno della stessa atmosfera di una parte dell'energia termica proveniente dalla stella attorno alla quale orbita il corpo celeste, per effetto della presenza in atmosfera di alcuni gas, detti appunto "gas serra, come CO2, metano, ozono. Come funziona l'effetto serra: spiegazione Nel caso della terra, i raggi del sole riscaldano la superficie del nostro pianeta e vengono riflessi sotto forma di raggi infrarossi. I gas serra presenti nell’atmosfera filtrano i raggi solari in ingresso e trattengono la radiazione infrarossa riemessa dalla superficie del corpo celeste. Queste hanno un effetto sulla temperatura del pianeta, influenzando il clima. La conseguenza positiva dell’effetto serra naturale è la mitigazione del clima della terra: è proprio grazie ad esso che la temperatura terrestre è mite e compatibile con la vita, in quanto il calore assorbito viene ceduto più lentamente verso l'esterno. L’effetto serra si basa su un delicato equilibrio: tutto dipende dalla quantità e dalla percentuale di gas serra presenti in atmosfera.

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