Atmosfera e fenomeni meteorologici | Appunti di Scienze della Terra

L’ATMOSFERA

Innanzitutto, l’atmosfera può essere suddivisa in due grandi porzioni: basta atmosfera e alta atmosfera.

La bassa atmosfera è la zona a contatto con la crosta terrestre ed é spessa circa 100 km. In questa zona il

gas più abbondante è l’azoto, seguito dall’ossigeno, sono presenti in minima parte gas come l’argon, il

diossido di carbonio..

Fanno parte della bassa atmosfera:

- Troposfera-> è la parte direttamente a contatto con la superficie terrestre ed è espressa 12 km.

Costituisce circa l’80% della massa dell’atmosfera. In questa zona avvengono tutti i fenomeni

meteorologici, a causa della presenza di vapore acqueo e dei continui rimescolamenti dell’aria.

- Stratosfera-> in questa zona sono assenti i fenomeni atmosferici, poiché non è presente vapore

acqueo. Fa parte della stratosfera l’ozonosfera: uno strato in cui è presente l’ozono in quantità

elevate, questo gas surriscalda in parte la stratosfera e la mesosfera.

- Mesosfera-> in questa zona gas sono particolarmente rarefatti e vengono ionizzate dai raggi solari,

la temperatura diminuisce con l’altitudine, poiché nella zona più bassa il contatto con l’ozono sfera

aumenta le temperature.

La parte alta dell’atmosfera si trova oltre i 100 km, e in questa zona sono assenti fenomeni metereologici

perché le temperature sono notevolmente minori. Qui i gas si suddividono in base alla densità: l’idrogeno si

trova nella fascia più alta, seguito da elio, ossigeno atomico e azoto.

Anche l’alta atmosfera si suddivide in più zone:

- Termosfera-> in questa zona la temperatura aumenta più ci si allontana dal pianeta terra, a causa

della vicinanza col sole. I raggi solari inoltre riscaldano le particelle dei gas velocizzando i loro

movimenti. La temperatura di circa 1000° ma gli urti tra le parti particelle sono molto rari, poiché i

gas sono rari fatti. Infine, in questa zona avvengono le aurore polari.

- Esosfera-> si estende dalla troposfera fino allo spazio interstellare, convenzionalmente fino ai 2000

km circa, ovvero fino al punto in cui la forza di gravità agisce sulle particelle di idrogeno ed elio.

Un’ultima fascia, la ionosfera, che comprende sia la bassa che la alta atmosfera ( tra i 50 e i 1000 km di

quota). Qui sono presenti ioni che riflettono le onde radio e messe dalla superficie terrestre.

UMIDITÀ, NUVOLE, NEBBIA

Ci sono diversi strumenti che ci permettono di definire l’umidità presente nell’aria.

- L’umidità assoluta è la quantità di vapore contenuta in un determinato volume di aria e si esprime in

g/m3

Nelle regioni più umide, questo valore si aggira tra i 20/25 g/m3, in quelle più secche è intorno agli 1

o 2.

- L’umidità relativa è il rapporto tra l’umidità assoluta, e la quantità massima di vapore che potrebbe

essere contenuta nella stessa quantità di aria, alla stessa temperatura. Questo dato è molto più

significativo per i metereologi.

L’aria si definisce umida se l’umidità relativa è superiore al 70%, si definisce secca se è tra il

35/40%.

Una determinata quantità di aria, si definisce satura quando contiene la quantità di vapore acqueo

massima, in relazione alla temperatura ( temperature più alte possono contenere maggiori quantità di

vapore acqueo ). Se il vapore acqueo supera la quantità massima, quello in eccesso condensa e si crea la

rugiada.

La temperatura alla quale una massa d’aria diventa satura, si chiama punto di rugiada.

Il punto di rugiada può determinare due fenomeni atmosferici: la nebbia e le nuvole.

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L’ATMOSFERA

Innanzitutto, l’atmosfera può essere suddivisa in due grandi porzioni: basta atmosfera e alta atmosfera. La bassa atmosfera è la zona a contatto con la crosta terrestre ed é spessa circa 100 km. In questa zona il gas più abbondante è l’azoto, seguito dall’ossigeno, sono presenti in minima parte gas come l’argon, il diossido di carbonio.. Fanno parte della bassa atmosfera:

Troposfera-> è la parte direttamente a contatto con la superficie terrestre ed è espressa 12 km. Costituisce circa l’ 80 % della massa dell’atmosfera. In questa zona avvengono tutti i fenomeni meteorologici, a causa della presenza di vapore acqueo e dei continui rimescolamenti dell’aria.
Stratosfera-> in questa zona sono assenti i fenomeni atmosferici, poiché non è presente vapore acqueo. Fa parte della stratosfera l’ozonosfera: uno strato in cui è presente l’ozono in quantità elevate, questo gas surriscalda in parte la stratosfera e la mesosfera.
Mesosfera-> in questa zona gas sono particolarmente rarefatti e vengono ionizzate dai raggi solari, la temperatura diminuisce con l’altitudine, poiché nella zona più bassa il contatto con l’ozono sfera aumenta le temperature. La parte alta dell’atmosfera si trova oltre i 100 km, e in questa zona sono assenti fenomeni metereologici perché le temperature sono notevolmente minori. Qui i gas si suddividono in base alla densità: l’idrogeno si trova nella fascia più alta, seguito da elio, ossigeno atomico e azoto. Anche l’alta atmosfera si suddivide in più zone:
Termosfera-> in questa zona la temperatura aumenta più ci si allontana dal pianeta terra, a causa della vicinanza col sole. I raggi solari inoltre riscaldano le particelle dei gas velocizzando i loro movimenti. La temperatura di circa 1000 ° ma gli urti tra le parti particelle sono molto rari, poiché i gas sono rari fatti. Infine, in questa zona avvengono le aurore polari.
Esosfera-> si estende dalla troposfera fino allo spazio interstellare, convenzionalmente fino ai 2000 km circa, ovvero fino al punto in cui la forza di gravità agisce sulle particelle di idrogeno ed elio. Un’ultima fascia, la ionosfera, che comprende sia la bassa che la alta atmosfera ( tra i 50 e i 1000 km di quota). Qui sono presenti ioni che riflettono le onde radio e messe dalla superficie terrestre. UMIDITÀ, NUVOLE, NEBBIA Ci sono diversi strumenti che ci permettono di definire l’umidità presente nell’aria.
L’umidità assoluta è la quantità di vapore contenuta in un determinato volume di aria e si esprime in g/m 3 Nelle regioni più umide, questo valore si aggira tra i 20 / 25 g/m 3 , in quelle più secche è intorno agli 1 o 2.
L’umidità relativa è il rapporto tra l’umidità assoluta, e la quantità massima di vapore che potrebbe essere contenuta nella stessa quantità di aria, alla stessa temperatura. Questo dato è molto più significativo per i metereologi. L’aria si definisce umida se l’umidità relativa è superiore al 70 %, si definisce secca se è tra il 35 / 40 %. Una determinata quantità di aria, si definisce satura quando contiene la quantità di vapore acqueo massima, in relazione alla temperatura ( temperature più alte possono contenere maggiori quantità di vapore acqueo ). Se il vapore acqueo supera la quantità massima, quello in eccesso condensa e si crea la rugiada. La temperatura alla quale una massa d’aria diventa satura, si chiama punto di rugiada. Il punto di rugiada può determinare due fenomeni atmosferici: la nebbia e le nuvole.

La nebbia si forma per contatto di una massa d’aria calda con una superficie fredda. A causa del contatto, l’aria calda raffredda e il suo abbassamento di temperatura crea ulteriore vapore acqueo. Questo vapore acqueo condensa in goccioline sospese nell’aria. Per le nuvole, il processo è più complicato, infatti si formano a seguito di una trasformazione adiabatica ( abbassamento della temperatura di un gas a causa della variazione di pressione ). Una massa d’aria, se è compressa acquista energia e si riscalda; se si espande perde energia e si raffredda, questo in natura avviene a causa dei movimenti di discesa e di salita. Le nuvole si formano a causa di una massa d’aria che si sposta verso l’alto. Salendo, questa massa si espande e si raffredda. ( gradiente adiabatico secco: la diminuzione di temperatura di una massa d’aria in relazione alla quota, generalmente il raffreddamento è di 1 ° ogni 100 m ). Quando la temperatura della massa d’aria scende al di sotto del punto di rugiada, si crea vapore acqueo che condensa in piccole goccioline sospese nell’aria, formando le nuvole. La massa d’aria continua la sua risalita, ma a causa del vapore acqueo il raffreddamento è più lento. ( gradiente adiabatico umido: la diminuzione di temperatura in relazione alla quota, dopo la condensazione, solitamente 0 , 6 ° ogni 100 m ) Le nuvole generalmente si formano tra i 100 e i 1000 / 3000 m di quota. Si possono distinguere due grandi categorie di nuvole:

nubi cumuliformi: si estendono prevalentemente in altezza, segnalano la presenza dell’instabilità dell’aria e dei moti convettivi
nubi stratiformi: si estendono soprattutto in orizzontale e sono nuvole stabili Le uniche nuvole che si formano oltre i 500 m sono i cirri. Di frequente si formano nuvole orografiche: quando una massa d’aria calda e umida deve superare una montagna, si sposta verso l’alto, e così la temperatura si abbassa. Come conseguenza si hanno le precipitazioni (date dalla condensa), che fanno diminuire il contenuto di vapore acqueo. VENTI, CICLONI E ANTICICLONI L’aria della troposfera è riscaldata dal basso, il calore riscalda l’aria a contatto con la superficie che si sposta verso l’alto, generando delle correnti ascendenti o ascendenze atmosferiche. Quest’aria muovendosi, lascia spazio a masse di aria fredda che si spostano verso il basso, creando correnti discendenti o subsidenze atmosferiche. L’aria calda esercita una bassa pressione atmosferica, mentre l’aria fredda crea zone di alta pressione. Questa differenza di pressione è ciò che crea i venti: l’aria si sposta dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione, cercando un equilibrio termico, il flusso orizzontale dell’aria è il vento. La velocità del vento è direttamente proporzionale alla differenza di pressione ( più è grande la differenza, più è veloce il vento ) e inversamente proporzionale alla distanza tra le due zone coinvolte ( più le due zone sono vicine, maggiore è la forza del vento ). Il gradiente barico è il tasso orizzontale della variazione di pressione tra le due aree. I venti possono essere locali, costanti o periodici.

condensa che fa aumentare di dimensione le gocce. Quando il loro diametro arriva ad essere di circa 5 mm, le gocce precipitano verso il suolo. La grandine differisce dalla pioggia per il fatto che ciò che precipita verso il suolo è ghiaccio compatto. L’origine della grandine è legata alle nuvole temporalesche, all’interno delle quali ci sono vari moti ascendenti e discendenti di aria. L’aria viene spostata verso la parte alta della nuvola, dove congela, congelando ovviamente aumenta la massa e quindi queste particelle precipitano verso la parte bassa della nuvola, dove ancora una volta vengono riportate verso l’alto e subiscono una seconda glaciazione, che aggiunge uno strato. Le particelle di ghiaccio possono effettuare questi moti molte volte prima di precipitare verso il suolo. La neve si forma quando cristalli di ghiaccio si aggregano in fiocchi. Nevica solamente quando la temperatura che deve percorrere la neve, non supera gli 0 °. La rugiada e la brina sono gli stessi fenomeni che si verificano sul suolo: se la rugiada quando l’acqua condensa su foglie/ su superfici solide; la brina si ha quando la temperatura dell’aria scende bruscamente e di conseguenza non si ha un passaggio dallo stato liquido, passa direttamente a quello solido. I temporali sono precipitazioni che si verificano soprattutto a causa di instabilità atmosferica e umidità. I temporali si verificano a causa di una massa d’aria calda che si sposta verso l’alto, che si trova circondata da aria più fredda e più densa questo genera instabilità e porta l’aria calda a salire finché si trova circondata da aria sempre più fredda. Quando avviene un contatto tra più nuvole di questo tipo si ha il temporale. Le nubi generalmente sono molto sviluppate in altezza e devono essere caratterizzate da un’umidità relativa del 40 / 50 %. Associati ai temporali ci sono fulmini e tuoni. I fulmini sono la manifestazione delle scariche elettriche che si generano nell’atmosfera durante i temporali. Generalmente l’aria funge da isolante, e blocca il contatto tra cariche di segno opposto. Se le cariche però diventano troppo grandi, barriera dell’aria e si scaricano sul suolo. La differenza di cariche si può trovare all’interno di una stessa nuvola, dove la parte alta rappresenta la carica positiva e la parte inferiore quella negativa; tra due nuvole oppure tra la nuvola e il suolo, che è carico positivamente. I tuoni, infine, si generano a causa delle onde di compressione generate dall’esplosione che si crea quando un fulmine si scarica a terra. ( l’aria si riscalda in tempi brevissimi questo genera un’esplosione ). Il territorio può essere suddiviso in zone aride e zone umide in base al bilancio idrologico.

Le zone aride sono zone in cui l’evaporazione/la traspirazione potenziale supera le precipitazioni
Le zone umide sono zone in cui le precipitazioni sono più abbondanti rispetto all’evaporazione Per avere un quadro chiaro delle precipitazioni, si costruiscono le carte a isoiete. (le isole sono linee che raggruppano le aree caratterizzate dalla stessa quantità di precipitazioni). La ripartizione delle precipitazioni nelle varie stagioni determina il regime pluviometrico, importante per la vegetazione il deflusso ecc.. I principali regimi pluviometrici seguono fasce latitudinali:
Regime equatoriale: precipitazioni piovose durante tutto il corso dell’anno. Ci sono due massimi di precipitazione che corrispondono agli equinozi.
Regime subequatoriale: due stagioni umide alternate a due secche
Regime monsonico: semestre estivo piovoso, semestre invernale, asciutto

Regime mediterraneo: stagione estiva secca, stagione invernale, piovosa
Regime polare: precipitazioni scarse, abbondanti soprattutto in estate e autunno ( prevalentemente neve ). LA CIRCOLAZIONE DELL’ARIA Su scala locale i venti sono irregolari e discontinui, su scala planetaria, in varie fasce, i venti seguono un andamento regolare:
gli alisei sono venti costanti che nell’emisfero nord spirano da nord-est verso sud-ovest; nell’emisfero sud da sud-est verso nord-ovest. Gli alisei convergono verso l’equatore e si perdono nella zona di calma equatoriale
i venti occidentali si trovano a latitudini medie e spirano da sud-ovest verso nord-est; nell’emisfero meridionale soffiano da nord-ovest verso sud-est. Nell’emisfero meridionale i venti occidentali non incontrano ostacoli (terraferma ), quindi raggiungono velocità notevoli. ( latitudine quaranta ruggenti )
i venti orientali polari vanno da nord-est a a sud-ovest in modo regolare Un primo meccanismo per spiegare la circolazione dell’aria è la teoria classica, che si basa sul trasferimento di calore nelle varie fasce latitudinali. Se la circolazione dell’aria dipendesse solo dall’irraggiamento solare, il modello sarebbe molto semplice: le aree equatoriali sarebbero punti di bassa pressione mentre le zone polari sarebbero aree di alta pressione. I venti sarebbero diretti verso l’equatore, una volta raffreddata, l’aria tornerebbe verso i poli. Così si avrebbero due celle convettive: una nell’emisfero boreale e una nell’emisfero australe. In realtà il processo è molto più complesso di così a causa dell’effetto Coriolis e a causa del raffreddamento dell’aria nelle zone più elevate. Si distinguono 4 fasce a pressione differente:
in corrispondenza dell’equatore si trova la zona di bassa pressione equatoriale
intorno ai 30 gradi di latitudine si trova la fascia di alta pressione subtropicale
intorno ai 60 gradi di latitudine si trova la fascia di bassa pressione subpolare
ai poli ci sono zone di alta pressione polare A causa di queste diverse aree di pressione si hanno punti di convergenza e divergenza:
convergenza equatoriale: si incontrano gli alisei
divergenza subtropicale: divergono alisei e venti occidentali
convergenza subpolare: si incontrano venti occidentali e orientali polari
divergenza polare: si allontanano i venti orientali polari Per ogni emisfero esistono 3 celle convettive:
la cella di Hadley, dove i venti di superficie sono diretti verso l’equatore e quelli di quota verso i tropici
la cella di Ferrel: dove i venti di superficie sono diretti verso i poli e quelli di quota verso l’equatore, con un andamento complesso ( in questa cella l’andamento è opposto rispetto alle altre )
le celle polari: qui i venti di superficie vanno verso l’equatore e quelli di quota verso i poli Le masse d’aria che vanno verso l’equatore sono gli alisei, quelli diretti verso i poli sono i venti occidentali. Questo lo schema generale valido per l’atmosfera, ma è importante precisare che a basse quote le traiettorie dei venti sono influenzati dall’attrito con la superficie e dalla differenza di pressione, temperatura

fronte caldo: l’aria calda scorre sopra l’aria fredda, si formano nubi stratiformi con precipitazioni leggere I cicloni solitamente non sono isolati, ma se ne formano 4 / 5 in successione e per questo motivo si definiscono famiglie di cicloni. I cicloni si spostano da ovest verso est ad una velocità di 40 , 50 km/h. In Europa, durante l’estate, l’anticiclone delle Azzorre si sposta a nord e di conseguenza anche le perturbazioni, d’inverno si sposta verso il Mediterraneo così anche le precipitazioni si riversano sul Mediterraneo. I fenomeni metereologici più violenti sono i cicloni tropicali, aree di bassa pressione con alto gradiente barrico, che determina venti che possono arrivare 500 km/h. All’interno dei cicloni tropicali, si trova l’occhio del ciclone, una zona di convergenza dei venti dove l’aria è calma. Questi cicloni si originano nell’oceano e oltre alla rotazione c’è anche un moto traslato da est verso ovest. La traiettoria è influenzata dall’effetto Coriolis che tende a spostarli verso il settentrione, dove successivamente si trasformano in normali perturbazioni.. ( le zone più colpite dai cicloni sono il Pacifico occidentale, Atlantico settentrionale, le coste dell’Australia…) I tornado sono fenomeni altrettanto violenti, ma con un’estensione più limitata. Se si verificano sulla terra ferma, sono detti trombe d’aria mentre in mezzo al mare prendono il nome di trombe d’acqua. Si formano a partire da nubi temporaleschi e la velocità dei venti all’interno è probabilmente maggiore rispetto a quella dei cicloni tropicali.

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