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COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA
L’atmosfera è una miscela gassosa formata da azoto (78%), ossigeno (21%) e altri gas ( più significativi sono l’argo e il diossido di carbonio). In base alla composizione, l’atmosfera è suddivisa in:
- Bassa atmosfera : essa è la parte più vicina alla superficie terrestre, con uno spessore di circa 100 km. Nella fascia più vicina alla superficie, ovvero quella compresa tra 0 e 10 km, è presente anche un’altra sostanza, il vapore acqueo , che dimostra il reciproco influenzamento tra atmosfera e idrosfera. Spesso in questa fascia è presente anche il cosiddetto pulviscolo atmosferico , formato da cenere vulcanica, polline e varie polveri.
- Alta atmosfera : qui, essendo i moti dei gas ridotti, essi sono distribuiti per fasce in base alla densità. Vi è quindi una stratificazione dei gas: l’ossigeno si dispone più in basso, l’elio forma lo strato mediano, e l’idrogeno, il più leggero, si dispone nella fascia più lontana dalla superficie.
Tutti i gas presenti nell’atmosfera non si disperdono nello spazio grazie all’azione dell’attrazione gravitazionale , che li trattiene vicino alla terra. Essi assumono un peso proporzionale alla loro massa, e per questo l’atmosfera esercita una pressione , che è definita come il rapporto tra il peso di una colonna d’aria e la superficie su cui essa grava.
La pressione atmosferica è una grandezza molto importante, in quanto in meteorologia viene utilizzata per studiare gli spostamenti della masse d’aria, che sono appunto legati a differenze di pressioni. Essa viene misurata tramite il barometro.
L’atmosfera può essere anche suddivisa in base alle variazioni di temperatura con l’altezza. Individuiamo perciò cinque sfere:
- Troposfera : essa è la sfera a contatto con la superficie terrestre. E’ lo strato più denso (comprende l’80% della massa di tutta l’atmosfera), ed è composto anche da vapore acque e pulviscolo atmosferico. Qui la temperatura diminuisce procedendo verso l’alto, essendo direttamente riscaldata dal basso. L’aria fredda, tende a tornare verso il basso, per cui vi sono dei continui rimescolamenti, che sono una delle cause dei principali fenomeni metereologici.
- Stratosfera : qui, come nelle sfere successive, i fenomeni atmosferici sono del tutto assenti, in quanto le masse d’aria non si rimescolano e il vapore acqueo è quasi inesistente. La temperatura in questo caso ha un aumento, causato dalla presenza dell’ ozono , un gas che si forma per azione dei raggi ultravioletti. Le molecole di ozono sono instabili: si scindono e si riformano continuamente.
Proprio per questo motivo, l’ozono assorbe la maggior parte delle radiazioni, e nello stesso tempo libera calore.
- Mesosfera : nella mesosfera i gas sono assai rarefatti e ionizzati , ovvero trasformati in ioni. Qui sono registrate le temperature più basse di tutta l’atmosfera, ed esse diminuiscono progressivamente con la quota.
- Termosfera: qui invece la temperatura aumenta man mano che si aumenta di altitudine, in quanto il Sole riscalda direttamente le particelle di gas, che si muovono più rapidamente.
- Esosfera : essa è l’ultima sfera. Non ha un limite superiore ben definito, ma esso viene posto a circa 2000/2500 km di altezza, dove le particelle, sfuggendo alla forza di gravità, migrano dello spazio. Essa è costituita prevalentemente da idrogeno ed elio.
SCAMBI DI ENERGIA CON L’ATMOSFERA
I fenomeni atmosferici sono causati dall’iterazioni dell’energia solare con la troposfera. Tra l’energia solare e la superficie terrestre si instaura perciò un equilibrio energetico , ovvero l’energia in entrata è uguale a quella in uscita. L’energia in arrivo dal sole è importantissima, in quanto permette la vita degli organismi, fa muovere le correnti marine e girare il ciclo dell’acqua, ed è responsabile dei fenomeni atmosferici.
Essa ritorna poi nello spazio tramite due modalità: la prima è detta riflessione (35%), ovvero le radiazioni vengono direttamente respinte senza subire sensibili modificazioni (il potere riflettente di una superficie è detto albedo ). La seconda è detta irraggiamento , e si verifica quando la superficie terrestre assorbe parte dell’energia, e la riemette sotto forma di energia termica. L’energia solare può essere assorbita direttamente dalla superficie, oppure dall’atmosfera, grazie ai cosiddetti gas serra (CO2, vapore acqueo, etc), responsabili del fenomeno detto effetto serra.
Sappiamo inoltre che non in tutte le parti della Terra vi è un uguale scambio di energia. Infatti nelle zone equatoriali, l’energia assorbita è maggiore rispetto a quella ceduta, viceversa ai poli è l’energia assorbita ad essere minore. La temperatura terrestre media rimane però costante, e ciò deriva dal fatto che esistono due fenomeni di riequilibrio termico, ovvero la circolazione dei venti e le correnti marine.
MOTI CONVETTIVI, PRESSIONE ATMOSFERICA E VENTI
Le differenze di pressione atmosferica tra zone vicine sono solite generare sistemi di venti detti brezze che, soprattutto d’estate, interessano le località di mare e di montagna. Nelle prime durante la giornata si formano brezze di mare che spirano dal mare verso la terra, dato che il mare si scalda più lentamente rispetto alla terraferma, per cui sul primo si forma una zona di alta pressione , mentre sulla seconda una zona di bassa pressione. Durante la notte invece vi è la cosiddetta brezza di terra , che spira dalla terra verso il mare, dato che quest’ultimo perde calore più lentamente rispetto alla terraferma, nella quale tende a formarsi una zona di alta pressione , adiacente a quella di bassa pressione che si va a formare sul mare.
Avviene un fenomeno analogo nelle località di montagna, dove di giorno si formano delle brezze di valle , che spirano dalla valle verso la montagna. Questo è causato dal fatto che l’aria sovrastante le montagne si riscalda prima rispetto a quella sopra la valle, e perciò si viene a formare una zona di bassa pressione. Durante la notte avviene il contrario, in quanto le sommità dei monti si raffreddano più velocemente, e perciò si formano delle brezze di monte.
Fenomeni simili, ma su vasta scala, sono i monsoni. Si tratta di un vento che soffia tra l’oceano indiano e il subcontinente asiatico. Nel periodo estivo l’atmosfera sopra il continente si riscalda più velocemente rispetto a quella dell’oceano, per cui si viene a formare una bassa pressione che richiama l’aria dal mare, generando quindi il monsone estivo. Qui, per la forte evaporazione, si formano estese masse di nubi che scaricano grandi quantità di pioggia sulla terraferma. D’inverno la situazione è invertita: sopra l’oceano l’aria è più calda e più umida, per cui si forma una bassa pressione che attira verso di sé l’aria proveniente dal continente. Si ottiene così il monsone invernale , un vento freddo e secco.
Su scala planetaria si possono individuare fasce ben delimitate in cui i venti spirano in una direzione nettamente prevalente. Nell’emisfero settentrionale vi sono i venti alisei , venti costanti che spirano da nord-est a sud-ovest, i venti occidentali , che spirano da sud-ovest a nord-est, e i venti orientali polari , che soffiano da nord-est verso sud-ovest. Nell’emisfero meridionale la situazione è analoga.
A livello del suolo, ovvero nella bassa troposfera, si possono quindi individuare fasce latitudinali di bassa e di alta pressione alternata. In corrispondenza dell’equatore si hanno basse pressioni equatoriali , dovute al sollevamento dell’aria calda; intorno ai 30° di latitudine si sono alte pressioni subtropicali , dovute alla discesa di aria secca dall’alta troposfera; intorno ai 60° invece si trovano basse pressioni subpolari ; infine in corrispondenza dei poli, dove l’aria è molto fredda e pesante, vi sono alte pressioni polari. La presenza di queste fasce determina zona di convergenza e di divergenza: la convergenza equatoriale (BP), dove si incontrano gli alisei dei due
emisferi, la divergenza subtropicale (AP), dove divergono gli alisei e i venti occidentali, la convergenza subpolare (BP), nella quale si incontrano i venti occidentali e quelli orientali polari, e la divergenza polare (AP), dove si allontanano i venti orientali polari.
La distribuzione di zone di alta e bassa pressione ha portato alla realizzazione di un modello che prevede tre celle convettive per ogni emisfero. Esse sono la cella di Hadley , nella quale i venti superficiali spirano dai tropici verso le basse pressioni equatoriali, mentre quelli in quota sono diretti verso i tropici, la cella polare , in cui i venti di superficie spirano dai poli verso le basse pressioni subpolari, e quelli in quota verso i poli, e la cella di Ferrel , dove i venti di superficie dalle alte pressioni tropicali spirano verso le basse pressioni subpolari, e quelli in quota spirano verso le basse latitudini.
I venti nell’alta troposfera spirano con grande regolarità e costanza, in quanto privi di perturbazioni dovute all’attrito con la superficie terrestre. Qui, al di sopra dell’equatore di formano zone di alta pressione, mentre in corrispondenza dei poli aree di bassa pressione. Questo inversione rispetto alla bassa troposfera dipende dallo spessore doppio della troposfera al di sopra dell’equatore; l’aria allora, raggiungendo quote più elevate, qui diventa più fredda, e genera perciò un’area di alta pressione. Si formeranno perciò venti che si muovono dall’equatore ai poli, le cosiddette correnti occidentali.
Nell’alta troposfera vi sono inoltre le cosiddette correnti a getto , ovvero correnti d’aria a grande velocità rispetto all’aria circostante. Tra i 25° e 35° N di latitudine si trova la corrente a getto subtropicale , a 60° N quella del fronte polare.
