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FENOMENI COMPLESSI DELL’ATMOSFERA (libro + slide)
L’atmosfera primordiale Fu generata da “contributi” esterni di materiale, portati da meteoriti e comete. Conteneva Diossido di carbonio CO2, metano CH4, ammoniaca NH3 e vapore acqueo. Intanto l’attività vulcanica liberava altri gas quali SO2, H2S, HCl. Il vapore acqueo condensò formando i pro-oceani. La CO2 si dissolse nell’acqua e venne parzialmente intrappolata con la formazione di rocce carbonatiche, consentendo all’azoto di accumularsi nell’atmosfera. La composizione attuale dell’atmosfera fu poi dovuta all’azione di esseri viventi e ai processi di fotosintesi e respirazione. Caratteristiche dell’atmosfera L’atmosfera terrestre è una massa aeriforme che avvolge tutta la Terra e partecipa al suo moto nello spazio in virtù dell’attrazione gravitazionale. Presenta alcune caratteristiche chimico-fisiche:
- una composizione chimica;
- una temperatura;
- una pressione;
- un valore di umidità. In base a queste caratteristiche l’atmosfera viene divisa in due fasce: la bassa atmosfera , dove si concentra quasi tutta la massa atmosferica, è composta dal 78% di azoto, 21% di ossigeno e il restante altri gas come vapore acqueo, CO2 e l’argon; l’ alta atmosfera , dove i gas si stratificano in base alla loro densità, a causa dell’azione gravitazionale della Terra. Sulla base delle variazioni verticali della temperatura invece possiamo suddividere l’atmosfera in sfere:
- troposfera (sede di perturbazioni intense): temperatura in diminuzione con la quota; 80% dell’atmosfera totale; spessore variabile maggiore in estate e minore in inverno (a causa della rotazione terrestre).
- stratosfera (strato di ozono): temperatura in aumento con la quota; presenza dell’ozonosfera;
- mesosfera : temperatura in rapida diminuzione con la quota; nubi nottilucenti; i gas qui cominciano a ionizzarsi;
- termosfera (aurore polari): temperatura in aumento con la quota; presenza della ionosfera;
- esosfera (dove particelle di elio e idrogeno sfuggono nello spazio, non più attratte dalla gravità): temperatura in aumento con la quota.
Tutte queste sfere sono separate da pause : troposfera, tropopausa, stratosfera, stratopausa… Le radiosonde trasportano gli strumenti per la misurazione del profilo verticale dell’atmosfera: temperatura, pressione e umidità. I dati vengono trasmessi via radio a delle stazioni sulla Terra. Il grafico risultante si chiama radiosondaggio. Nella troposfera le masse di aria calda tendono a salire generando un' area di bassa pressione , mentre un’ area di alta pressione è costituita da masse di aria fredda in discesa, perché più pesante. Per poter riconoscere queste zone si usano carte geografiche dette carte del tempo. Le isobare permettono di individuare queste aree e alcune loro configurazioni come la saccatura e il promontorio. Il vento Il vento è il flusso orizzontale di una massa d’aria tra aree a diversa pressione. La sua velocità è direttamente proporzionale alla differenza di pressione e inversamente proporzionale alla distanza tra le aree. A causa dell’effetto Coriolis i venti escono dalle aree di alta pressione ruotando in senso orario (aree dette anticicloni ), mentre convergono in esse con circolazione antioraria ( cicloni ). Questi versi sono relativi al nostro emisfero boreale e si invertono in quello australe. I venti si suddividono in: ● Costanti : venti che soffiano tutto l'anno, sempre nella stessa direzione e nello stesso senso (Alisei, Extratropicali e venti occidentali) ● Periodici : venti che invertono periodicamente il senso. Possono avere periodi stagionali o diurni (Monsoni, Etesi e Brezze). I periodici si suddividono a loro volta in: Venti a breve period o: venti anabatici , che risalgono i versanti (brezze di mare), venti catabatici , riscendono (brezza di terra). Venti a lungo periodo : i monsoni (Oceano Indiano), d’estate spirano dal mare verso il continente apportando piogge copiosissime, d’inverno dal continente al mare portando aria fredda e secca. ● Variabili o locali : venti che soffiano irregolarmente tutte le volte che si formano zone cicloniche o anticicloniche (Scirocco, Mistral, Fohn, Ghibli, Khamsin, Harmattan, Bora, Austro, Grecale, Maestrale, Tramontana, Libeccio, Chinook, Pampero). ● Irregolari o ciclonici : I cicloni (Uragani, Tifoni, Tornado). Ai limiti della Troposfera sono presenti flussi di vento particolarmente intensi, le correnti a getto. La loro formazione è causata dalla presenza di discontinuità termiche sul piano orizzontale nelle zone intorno ai 30°N e i 60°N. Masse d’aria e fronti metereologici Una massa d’aria è una parte della troposfera di estensione fino a qualche migliaio di chilometri in cui le condizioni termodinamiche (temperatura, umidità ecc) sono relativamente omogenee. Lo scontro tra masse d’aria diverse può portare alla formazione di instabilità atmosferica e di fronti meteorologici. Le masse d’aria si classificano in: ● Principali: Tropicale (caldo-umida o caldo-secca); Medie latitudini (temperata, umida o secca); Polare (aria polare fredda continentale e aria artica marittima). ● Secondarie: si originano all’interno di una stessa massa d’aria. Il fronte meteorologico è la superficie di contatto tra due masse d’aria con caratteristiche di temperatura, pressione e umidità differenti, caratteristico della dinamica dei cicloni extratropicali. Si distinguono in fronte caldo, fronte freddo e fronte occluso. Il tempo atmosferico Il tempo atmosferico o meteorologico è un insieme di fenomeni e condizioni che si generano a causa della radiazione solare che indice sull’atmosfera ed è condizionato dai movimenti della Terra e la superficie terrestre. L’ umidità assoluta varia con la temperatura: se questa aumenta l’aria potrà contenere maggiore umidità (di conseguenza diminuisce l’umidità relativa). L ’umidità relativa indica
Un altro fenomeno, strano e ben più raro, è il fuoco di S.Elmo , ossia “lampi globulari” luminosi e bluastri, che si verificano durante un temporale. Oltre alle normali precipitazioni di pioggia, neve e grandine, ne esistono delle altre. La rugiada è acqua liquida che si forma per irraggiamento del suolo durante la notte. La brina consiste in cristalli di ghiaccio che si formano di notte per condensazione e solidificazione dell’umidità. Il gelicidio è una pioggia che si congela a contatto con superfici fredde. La galaverna consiste in cristalli di ghiaccio che si formano da nebbia a contatto con superfici fredde (rara in pianura, frequente in montagna). Le perturbazioni atmosferiche Le perturbazioni atmosferiche dipendono dalla distribuzione delle aree di alta (A o H) e bassa (B o L) pressione. Gli anticicloni , aree di alta pressione, determinano un tempo stabile. Mentre nelle aree di alta pressione non si formano nubi, le perturbazioni sono associate alle aree di bassa pressione, i cicloni. Se l’aria è calda e umida sale e l’espansione ne determina il raffreddamento, con formazione di nubi ed eventuali precipitazioni. I barometri misurano la pressione atmosferica e sono usati per la previsione a breve termine delle condizioni metereologiche. Nella formazione di un ciclone delle medie latitudini (o extratropicale ) si individuano il fronte caldo , una zona intermedia detta settore caldo , il fronte freddo e il fronte occluso. Il fronte freddo costringe l’aria calda ad alzarsi verticalmente: si formano nubi cumuliformi e le precipitazioni sono intense e violente (temporalesche). Nel fronte caldo l’aria calda scorre sopra il cuneo di aria fredda: si formano nubi stratiformi con precipitazioni leggere e persistenti. Nella zona intermedia avremo tempo variabile e poco perturbato. Il fronte diventa invece occluso quando l’aria fredda ha sollevato completamente quella calda e si hanno precipitazioni diffuse e intense. I cicloni delle medie latitudini non sono isolati ma se ne formano mediamente quattro o cinque, per questo si parla di famiglie di cicloni. Essi si spostano da ovest verso est con 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 transitano più a nord, verso l’Europa centro-settentrionale. In inverno l’anticiclone scende a sud, verso l’area mediterranea. Questo spiega la differenza tra il tempo meteorologico estivo e invernale in Italia. I fenomeni meteorologici più violenti che si verificano sulla Terra sono i cicloni tropicali. Sono aree di bassa pressione caratterizzate da venti fortissimi, anche fino a 500 km/h, e piogge violente, che si originano tra i 10° e i 20° di latitudine N o S, a partire dal settore
orientale degli oceani. Il moto dell’aria è vorticoso e avviene in senso antiorario nell’emisfero settentrionale, orario in quello meridionale. L’aria calda e umida sale vorticosamente nella zona esterna determinando i forti venti. Una volta perduta buona parte dell’umidità, l’aria si fa più pesante e scende in una zona centrale del vortice. L’aria in discesa si comprime e si riscalda determinando la comparsa di nubi e precipitazioni. L’area centrale del ciclone tropicale è detta occhio del ciclone ; è una zona in cui l’aria è calma e non si verificano precipitazioni. Il ciclone si sposta, oltre che ruotando su sé stesso, anche da est verso ovest (con velocità dai 25 agli 80 km/h). I tornado sono fenomeni altrettanto violenti ma di minore estensione. Sono detti anche trombe d’aria quando si verificano sulla terraferma, e trombe d’acqua se si verificano in mare. I tornado hanno l’aspetto di un lungo e ristretto vortice a forma di imbuto che da suolo raggiunge la nube. I suoi venti sono addirittura maggiori di quelli del ciclone (si pensa fino agli 800 km/h). Il risucchio è fortissimo e strappa dal suolo tutto ciò che incontra. I tornado, come i cicloni, si spostano, ma in direzione opposta ad essi (ossia da sud-ovest a nord-est), con velocità dai 30 agli 80 km/h. I tornado percorrono in genere brevi distanze e durano pochi minuti.
