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Atmosfera, venti, clima, Sintesi del corso di Scienze della Terra

Il documento è una descrizione dettagliata riguardante la struttura dell'atmosfera, la formazione dei venti e il clima.

Tipologia: Sintesi del corso

2019/2020

In vendita dal 07/12/2021

Chiara_Sciarrone
Chiara_Sciarrone 🇮🇹

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ATMOSFERA
L’ATMOSFERA è l’involucro gassoso che avvolge la Terra, è un sistema dinamico che filtra le radiazioni
solari nocive, distribuisce il calore solare e interagisce con la litosfera (involucro solido più esterno
della terra, crosta terrestre), la biosfera (zone della Terra in cui le condizioni ambientali permettono lo
sviluppo della vita) e l’idrosfera (involucro acqueo formato da mari, fiumi, laghi e acque sotterranee,).
Man mano che ci si allontana dalla superficie terrestre i gas atmosferici (aria) divengono più rarefatti,
sfumando gradualmente nello spazio interplanetario. Il 99% dell’aria atmosferica si trova entro i 30 km
di altezza. L’atmosfera si suddivide in due parti principali:
1: bassa atmosfera. Dalla superficie del pianeta e fino a 100 km di altezza abbiamo la bassa atmosfera,
detta anche omosfera perché la sua composizione chimica è abbastanza omogenea: i moti dell'aria
rimescolano i gas mantenendo costante il rapporto tra i suoi vari costituenti. In questo strato il gas
predominante è l’azoto (78%) seguito dall’ossigeno (21%) e da tracce di argon, diossido di carbonio,
vapore acqueo, pulviscolo…
2: alta atmosfera. Al di sopra dei 100 chilometri c'è l'alta atmosfera, detta anche eterosfera perché
non è uniforme: i gas sono estremamente rarefatti e sono stratificati a seconda della loro densità.
In base all'andamento della temperatura con l'aumentare dell'altezza, l'Organizzazione meteorologica
mondiale identifica 5: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera. In base invece alle
caratteristiche elettriche e magnetiche, dividiamo la parte superiore dell'atmosfera in ionosfera e
magnetosfera.
PRIMI 100 KM: bassa atmosfera
Le variazioni della temperatura nella bassa atmosfera, all'aumentare dell'altezza, seguono un
andamento irregolare. Partendo dalla superficie del pianeta la temperatura ha un valore medio globale
di 15 °C (troposfera), decresce velocemente fino a circa -50 °C a 20 chilometri di quota (stratosfera).
Più sopra la temperatura cresce e raggiunge i +17 °C poco sopra i 50 chilometri; continuando a salire la
temperatura torna nuovamente a scendere e a circa 90 chilometri di altezza siamo a -73 °C
(mesosfera).
Le tre zone definite dalle temperature sono: troposfera, stratosfera e mesosfera.
I confini tra l'una e l'altra, sempre fluidi, sono le pause: tropopausa (tra troposfera e stratosfera),
stratopausa (tra stratosfera e mesosfera) e mesopausa (tra bassa e alta atmosfera).
La troposfera: è la parte più bassa, a contatto con la superficie terrestre (infatti risente dell’effetto
serra). In questa regione si trovano circa i 3/4 del totale dei gas atmosferici e praticamente tutto il
vapore acqueo. Il suo spessore non è omogeneo attorno alla Terra: 6-8 km sopra i poli e 18 km sopra
l'equatore. Il suo limite superiore è rappresentato dal cosiddetto minimo termico (-50 °C) della
tropopausa. I valori della temperatura dipendono dall’inclinazione dei raggi solari e dalla durata del dì
(a mezzogiorno variano con la latitudine perché dipendono dalle stagioni astronomiche).
Nella troposfera si verificano movimenti di grandi masse di aria in senso orizzontale (i venti) e verticale
(le correnti ascensionali): il nome di questa regione, dal greco trópos (rivolgimento), indica proprio
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Scarica Atmosfera, venti, clima e più Sintesi del corso in PDF di Scienze della Terra solo su Docsity!

ATMOSFERA

L’ATMOSFERA è l’involucro gassoso che avvolge la Terra, è un sistema dinamico che filtra le radiazioni

solari nocive, distribuisce il calore solare e interagisce con la litosfera (involucro solido più esterno

della terra, crosta terrestre), la biosfera (zone della Terra in cui le condizioni ambientali permettono lo

sviluppo della vita) e l’idrosfera (involucro acqueo formato da mari, fiumi, laghi e acque sotterranee,).

Man mano che ci si allontana dalla superficie terrestre i gas atmosferici (aria) divengono più rarefatti,

sfumando gradualmente nello spazio interplanetario. Il 99% dell’aria atmosferica si trova entro i 30 km

di altezza. L’atmosfera si suddivide in due parti principali:

1: bassa atmosfera. Dalla superficie del pianeta e fino a 100 km di altezza abbiamo la bassa atmosfera,

detta anche omosfera perché la sua composizione chimica è abbastanza omogenea: i moti dell'aria

rimescolano i gas mantenendo costante il rapporto tra i suoi vari costituenti. In questo strato il gas

predominante è l’azoto (78%) seguito dall’ossigeno (21%) e da tracce di argon, diossido di carbonio,

vapore acqueo, pulviscolo…

2: alta atmosfera. Al di sopra dei 100 chilometri c'è l'alta atmosfera, detta anche eterosfera perché

non è uniforme: i gas sono estremamente rarefatti e sono stratificati a seconda della loro densità.

In base all'andamento della temperatura con l'aumentare dell'altezza, l'Organizzazione meteorologica

mondiale identifica 5: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera. In base invece alle

caratteristiche elettriche e magnetiche, dividiamo la parte superiore dell'atmosfera in ionosfera e

magnetosfera.

PRIMI 100 KM: bassa atmosfera

Le variazioni della temperatura nella bassa atmosfera, all'aumentare dell'altezza, seguono un

andamento irregolare. Partendo dalla superficie del pianeta la temperatura ha un valore medio globale

di 15 °C (troposfera), decresce velocemente fino a circa -50 °C a 20 chilometri di quota (stratosfera).

Più sopra la temperatura cresce e raggiunge i +17 °C poco sopra i 50 chilometri; continuando a salire la

temperatura torna nuovamente a scendere e a circa 90 chilometri di altezza siamo a -73 °C

(mesosfera).

Le tre zone definite dalle temperature sono: troposfera, stratosfera e mesosfera.

I confini tra l'una e l'altra, sempre fluidi, sono le pause: tropopausa (tra troposfera e stratosfera),

stratopausa (tra stratosfera e mesosfera) e mesopausa (tra bassa e alta atmosfera).

La troposfera: è la parte più bassa, a contatto con la superficie terrestre (infatti risente dell’effetto

serra). In questa regione si trovano circa i 3/4 del totale dei gas atmosferici e praticamente tutto il

vapore acqueo. Il suo spessore non è omogeneo attorno alla Terra: 6-8 km sopra i poli e 18 km sopra

l'equatore. Il suo limite superiore è rappresentato dal cosiddetto minimo termico (-50 °C) della

tropopausa. I valori della temperatura dipendono dall’inclinazione dei raggi solari e dalla durata del dì

(a mezzogiorno variano con la latitudine perché dipendono dalle stagioni astronomiche).

Nella troposfera si verificano movimenti di grandi masse di aria in senso orizzontale (i venti) e verticale

(le correnti ascensionali): il nome di questa regione, dal greco trópos (rivolgimento), indica proprio

questa caratteristica. I venti si muovono su distanze rilevanti, anche di migliaia di chilometri, mentre le

correnti ascensionali sono limitate allo spessore della troposfera stessa.

La stratosfera: sopra la tropopausa comincia uno strato atmosferico in cui i movimenti verticali

dell'aria sono rari, perciò questa parte dell'atmosfera si presenta stratificata. In questa regione la

quantità di vapore acqueo è molto bassa e solo in rare occasioni si sono viste sottili formazioni

iridescenti (colori dell’iride) chiamate nubi madreperlacee, formate da aghetti minuti di ghiaccio.

La temperatura nella stratosfera è uguale a quella della regione di confine sottostante (la tropopausa)

fino a 20 km, per poi cominciare a salire con un gradiente variabile (a balzi) da 0,1 a 0,3 °C ogni 100 m

finché, nella regione di confine superiore, la stratopausa (a 50 km dalla superficie), si hanno circa 17 °C.

Il meccanismo che, salendo di quota, porta da -50 °C a +17 °C non è del tutto chiaro, ma l'ipotesi più

condivisa imputa il fenomeno alla concentrazione alta di ozono nella regione centrale della stratosfera

-che per questo prende il nome di ozonosfera. L'ozono è ossigeno triatomico (O3), costituito cioè da

tre atomi di ossigeno- anziché da due, come nell'aria che respiriamo. È un gas instabile, che si forma e

si scinde per interazione con le radiazioni ultraviolette della luce solare sull'ossigeno molecolare (O2) in

un processo continuo che rilascia calore e che perciò sarebbe l'origine dell'aumento di temperatura di

questa regione dell'atmosfera.

La mesosfera: sopra alla stratosfera e alla stratopausa c'è infine la mesosfera, che termina poco oltre i

90 km di quota nella mesopausa, che separa la bassa atmosfera e l'alta atmosfera. Nella mesosfera la

temperatura decresce con l'altezza fino a circa -73 °C al suo livello più alto. Attorno ai 70-80 km di

altezza possono formarsi le sottili e brillanti nubi nottilucenti, che testimoniano sporadici fenomeni di

rimescolamento anche in quella regione estremamente rarefatta dell'atmosfera.

OLTRE I 100 KM: l'alta atmosfera.

L'alta atmosfera si presenta non omogenea nella composizione chimica perché i gas che la

costituiscono tendono a stratificarsi a seconda della loro densità.

Tra i 100-200 km di quota è predominante l'azoto molecolare (N2); tra i 200-1.100 km abbiamo

ossigeno monoatomico (O) prodotto dalla scissione delle molecole di ossigeno biatomico (O2) per

interazione con la radiazione solare; tra i 1.100-3.500 km abbiamo lo strato dell'elio (He); infine, tra i 3.500-630.000 km abbiamo idrogeno (H), in concentrazioni basse finché l’atmosfera della Terra si stempera definitivamente nel vuoto interplanetario. Nell'alta atmosfera la temperatura riprende a crescere regolarmente, tanto che si distingue una termosfera, fino a 400-500 chilometri di quota, e una esosfera, che arriva fino al limite più periferico dell'atmosfera. In questa regione si superano i 1500 °C nella parte più alta, ma il significato di temperatura non è quello che usiamo nella quotidianità: è una temperatura cinetica, ossia una misura dell'energia cinetica media delle molecole del gas rarefatto di quelle altezze. Un ipotetico termometro posto a 200 km di altezza segnerebbe invece una temperatura di molto inferiore ai 0 °C. Se accendiamo un fiammifero in una cella frigorifera, la fiamma sarà ovviamente molto calda, ma "lo spazio" circostante sarà comunque sottozero.

EFFETTO SERRA

L’atmosfera (troposfera) è riscaldata non solo dal calore solare, ma anche dalle radiazioni riemesse dalla terra. La bassa atmosfera si comporta come i vetri di una serra, impedisce la dispersione delle radiazioni emesse dal suolo, mantenendo il calore. Il mantenimento del calore operato dall’atmosfera terrestre è detto EFFETTO SERRA naturale. La temperatura media sulla superficie terrestre è almeno 33 °C maggiore di quella che si avrebbe senza effetto serra. L’effetto serra è fondamentale per la sopravvivenza della maggior parte delle forme di vita attualmente esistenti. I gas atmosferici responsabili dell’assorbimento delle radiazioni infrarosse sono chiamati GAS SERRA (diossido di carbonio, vapore acqueo). Le radiazioni infrarosse possono essere assorbite solo dalle sostanze le cui molecole sono biatomiche eteropolari o costituite da tre o più atomi (H2O vapore acqueo, CO diossido di carbonio , CH4 metano, O3 ozono e i clorofluorocarburi CFC). BILANCIO TERMICO La differenza tra percentuali di radiazioni ricevute e di radiazioni emesse costituisce il bilancio termico della terra. Il sistema Terra-atmosfera restituisce allo spazio la medesima quantità di energia ricevuta dal Sole. Si possono però innescare meccanismi anomali in grado di provocare alterazioni dell’equilibrio termico sul medio periodo, come il riscaldamento globale ora in corso. Il CO2 atmosferico è aumentato con la combustione dei combustibili fossili: da 280 ppm (parti per milione) al valore di 400 ppm. Il bilancio termico varia sulla superficie terrestre. Alle basse latitudini l’energia ricevuta supera quella dissipata(rilasciata), e si ha un surplus di energia; alle alte altitudini, accade il contrario e ciò determina un deficit di energia. Il sistema Terra-atmosfera mantiene il suo equilibrio perché si verificano movimenti di masse d’aria e d’acqua che trasferiscono calore dalle regioni con surplus energetico verso quelle con deficit, cosicché il bilancio si mantiene nel complesso nullo. Surplus di energia ai tropici, deficit di energia a nord del tropico del cancro e del capricorno. LE VARIAZIONI DI PRESSIONE ATMOSFERICA La pressione atmosferica è il rapporto tra il peso dell’aria e la superficie su cui agisce. L’unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale è il pascal (Pa) o in atm. La pressione si misura con il barometro. La pressione varia a seconda dell’altitudine, della temperatura e dell’umidità. Ogni punto della superficie terrestre è sottoposto a una pressione che dipende dal peso della colonna d’aria sovrastante; pertanto la pressione atmosferica varia con l’altitudine. L’aria calda e umida pesa meno e quindi esercita una pressione minore sulla superficie terrestre rispetto all’aria fredda e secca. L’aria umida è più leggera dell’aria secca perché il vapore acqueo è più leggero dell’azoto e dell’ossigeno. L’umidità è la quantità di vapore acqueo contenuto nell’atmosfera. Si forma per l’evaporazione delle grandi distese oceaniche e del suolo e per la traspirazione delle piante. L’intensità dell’evaporazione aumenta con la temperatura. La concentrazione del vapore acqueo si misura come umidità assoluta e relativa. L’umidità assoluta è la quantità in grammi di vapore acqueo contenuta in 1 m cubo di aria, è massima nelle regioni equatoriali. Per ogni valore di temperatura esiste una quantità massima di vapore, detta limite di saturazione. L’umidità relativa esprime il rapporto, in percentuale, tra umidità assoluta e limite di saturazione dell’aria ad una determinata temperatura. L’aria è satura di vapore acqueo quando la sua umidità relativa è pari al 100%. Quando l’aria è satura si formano le nubbi o la nebbia. Quando le goccioline

d’acqua che formano le nubi diventano troppo grandi per restare in sospensione, si verificano le precipitazioni. LE AREE CICLONICHE E ANTICICLONICHE L’aria calda e umida tende a salire, generando zone di bassa pressione, mentre l’aria fredda e secca tende a scendere generando zone di alta pressione. Le masse d’aria in risalita (bassa pressione) sono dette aree cicloniche e sono associate a brutto tempo, nuvole e precipitazioni. Le masse d’aria in discesa (alta pressione) sono dette aree anticicloniche e sono associate a bel tempo, secco e sereno. Unendo tutti i punti, su una carta geografica, che presentano la stessa pressione atmosferica si ottengono delle linee curve chiuse, concentriche dette isobare. Una zona in cui le isobare hanno valori crescenti dal centro alla periferia è chiamata area ciclonica (bassa pressione). Se le isobare hanno valori decrescenti dal centro alla periferia, l’area è anticiclonica (alta press). I movimenti di masse d’aria che salgono raffreddandosi per poi scendere altrove compiono un ciclo, che viene chiamato cella convettiva. VENTI I venti sono movimenti di masse d’aria che si formano quando una massa d’aria si muove da una zona di alta pressione (area anticiclonica) a una di bassa pressione (area ciclonica). Le differenze di pressione responsabili dei movimenti di masse d’aria sono dette gradienti barici o di pressione. Il gradiente barico orizzontale determina la velocità del vento. La velocità del vento si misura in nodi con gli anemometri; la direzione con gli anemoscopi. I venti contribuiscono a distribuire il calore e l’umidità dell’atmosfera e a determinare la piovosità nelle diverse regioni. VENTI COSTANTI I movimenti di masse d’aria che salgono raffreddandosi per poi scendere altrove compiono un ciclo, detto cella convettiva. In ogni emisfero sono presenti celle di alta e bassa pressione che si alternano, dando vita a venti regolari e costanti. I venti costanti spirano sempre nella stessa direzione e verso. Sono provocati da dislivelli di pressione generati dalla diversa distribuzione dell’energia solare. Ne sono un esempio gli alisei che interessano le

CLIMA

Dalle variazioni di temperatura, pressione e umidità dipendono le precipitazioni, la nuvolosità e i venti.

Tutti questi elementi determinano le condizioni del tempo meteorologico e registrandolo si può

definire il clima. Il clima è la media delle condizioni metereologiche verificatesi in un dato luogo e

periodo (30 anni).

Per definire il clima di una regione si considerano le caratteristiche misurabili, chiamate elementi del

clima (variazioni di temperatura e pressione, regime dei venti e delle precipitazioni e nuvolosità

atmosferica VARIABILI). Essi dipendono da una serie di fattori astronomici, geografici e biologici

(latitudine, altitudine, presenza dei monti o mare, vegetazione, attività umane COSTANTI).

Per definire le diverse tipologie di climi si utilizzano due criteri: 1. Si analizzano gli elementi del clima 2.

Si studiano i biomi (complesso di comunità animali e vegetali che hanno raggiunto una stabilità per le

condizioni ambientali).

Un cambiamento climatico si definisce statisticamente come una variazione significativa della media

dei parametri climatici. Studiando i biomi fossili e le rocce sedimentarie si è scoperto che nella storia

della Terra si soni verificati numerosi cambiamenti climatici. Sappiamo che la Terra ha avuto

temperature medie globali più elevate di quelle attuali e che si sono verificate numerose glaciazioni

(condizione generata dall’abbassamento di temperatura media e da un’estensione della coltre di

ghiaccio e neve sulla superficie terrestre). Se il periodo di tempo durante il quale la superficie della

Terra è ricoperta da calotte di ghiaccio polari estese è lungo diversi milioni di anni si parla di era

glaciale. In un’era glaciale si alternano periodi glaciali, in cui le calotte accrescono, e periodi

interglaciali, in cui le calotte diminuiscono ma senza scomparire. Un’era glaciale si è verificata 700

milioni di anni fa ed è chiamata era della snow ball Earth perché la Terra si è trasformata in una

gigantesca palla di neve. Le temperature si aggiravano -50 ai poli e -20 all’equatore.

L’era in cui viviamo è detta quaternaria ed è caratterizzata da ampie oscillazioni climatiche durante la

quale si sono succedute fasi glaciali e interglaciali. In Europa negli ultimi 2 milioni di anni si sono

verificate 5 glaciazioni: Donau, Gunz, Mindel, Riss e Wurm.

PERCHE’ CAMBIA IL CLIMA?

Secondo la teoria dell’astronomo Milankovic, il doppio moto conico dell’asse di rotazione e le

oscillazioni dell’asse terrestre rispetto al piano dell’eclittica alterano nel tempo la distribuzione

dell’energie solari alla diverse latitudini. Egli metteva in relazione le glaciazioni dell’era quaternaria con

i moti millenari della Terra.

Oltre ai fattori di natura astronomica, contribuiscono ai cambiamenti climatici fenomeni connessi con

la tettonica delle placche, sia perché modificano le correnti marine, sia perché spostano le masse

continentali a latitudini diverse e queste possono riflettere la luce solare in modo diverso dalle acque

oceaniche.

Anche l’intensificarsi dell’attività vulcanica esplosiva ha un ruolo importante perché l’emissione di

ceneri nell’atmosfera può provocare la diminuzione della temperatura dell’interno del pianeta.

Tra i fattori geologici vi sono l’erosione delle rocce continentali e la sedimentazione in mare.