Descrizione dettagliata della composizione e struttura dell'atmosfera terrestre

Composizione dell'atmosfera

L'atmosfera interviene in moti processi vitali delle piante, degli animali e dell'uomo, ed è composta da due elementi chimici principali: l'ossigeno e l'azoto. A scoprire ciò contribuirono la scoperta dell'azoto di Rutherford e Cavendish e soprattutto a Lavoisier che afferma che l'aria è composta da due gas: uno inerte(azoto) e uno che partecipa alla combustione(ossigeno). Nell'800 si sono scoperti altri gas componenti l'atmosfera come argon e gas rari.

L'ossigeno (21%), l'elemento più abbondante in natura è presente nell'aria allo stato molecolare,atomico e triatomico, sotto forma di ozono, combinato con l'idrogeno nell'acqua, nelle rocce ecc.

L'azoto(78%) è presente nei composti organici azotati come le proteine e viene utilizzato da microrganismi come alghe azzurre batteri ecc.

Ruolo dell'anidride carbonica

L'anidride carbonica(0,03%) viene prelevata dall'aria dalle piante per la fotosintesi, viene prodotta da fenomeni respiratori,dalla combustione,dalle eruzioni vulcaniche, e l'acqua marina provvede a portarla in soluzione e a trasformarla in carbonati. Negli ultimi anni la sua percentuale è aumentata a causa della combustione eccessiva di carbone,petrolio e altri idrocarburi, oltre che per la distruzione di foreste. L'anidride carbonica trattiene le radiazioni infrarosse,facendo aumentare la temperatura media dell'aria e causando squilibri disastrosi.

Impurità e radioattività atmosferica

Tra gli altri componenti dell'atmosfera ricordiamo il vapore acqueo che viene prodotto dall'evaporazione delle acque continentali e oceaniche, dalle piante e dagli animali attraverso la traspirazione e la respirazione. L'aria presenta inoltre delle impurità, di natura solida, liquida e aeriforme, concentrate in prossimità del suolo e determinano il colore del cielo. Tra le particelle solide ricordiamo i nuclei di condensazione, attorno i quali si condenza il vapore acqueo formando piccole gocce, le spore e i batteri. L'atmosfera contiene inoltre una quantità di radioatività, a causa della radioattività artificiale delle esplosioni nucleari (particolarmente pericoloso è l'aumento di stronzio-09 dovuto a esperimenti nucleari del 1954.)

Suddivisione dell'atmosfera

Nel 1953 l'Unione Internazionale di Geodesia e Geofisica ha deciso di suddividere l'atmosfera secondo 4 criteri (distribuzione verticale della temperatura, composizione chimica,reazioni fisico-chimiche,strati di ionizzazione). La partizione iù nota è quella su base termica, che divide l'atmosfera in: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera. Le varie "sfere" sono separate da pause: tropopausa,stratopausa e mesopausa.

Caratteristiche della troposfera

Troposfera: Vuol dire "sfera dei cambiamenti" ed è caratterizzata da una temperatura irregolare e decrescente in altezza; in essa si verificano i fenomeni atmosferici che determinano il clima. E' inoltre caratterizzata da una composizione chimica costante, dovuta al rimescolamento degli strati d'aria, da una rarefazione che cresce in altezza e dalla presenza di acqua. Nella troposfera si trova infati la maggior parte dell'acqua che da luogo alle precipitazioni. La sua temperatura viene definita come il rapporto tra la diminuzione di temperatura ed il dislivello (gradiente termico verticale). Dove il gradiente scende a 0,2°C si trova la tropopausa la cui altitudine varia con le stagioni e con la latitudine. La troposfera è caratterizzata da: inversione termica che si verifica quando gli strati più lontani dal suolo risultano più caldi. Essa si verifica nelle aree continentali lontane dal mare e nelle vallate montane. Quando ciò si verifica in città il fumo delle fabbriche si mescola con la nebbia producendo lo smog. Surriscaldamento del suolo che provoca una variazione del gradiente,( gli strati più vicini al suolo hanno un gradiente maggiore).

Stratosfera e venti stagionali

Stratosfera: inizialmente è a temperatura costante, poi aumenta lentamente e poi rapidamente grazie all'ozono che assorbe le radiazioni ultraviolette: Nella stratosfera in estate spirano venti orientali durante l'inverno invece i venti sono occidentali.
Gli strati esterni: Dopo la stratopausa si trova la mesosfera in cui la temperatura scende progressivamente fino a -75°C. A partire da 90 Km inizia la termosfera caratterizzata da un aumento della temperatura fino a 1000°C a 300km d'altezza. la mesosfera superiore e la termosfera costituiscono la ionosfera(tra i 60 e i 1000km) chiamata cosi perchè c'è la presenza di ioni e elettroni liberi. Le onde radio sono simili alla luce, e si propagano in linea retta pertanto si credeva che fossero limitate dalla curvatura della terra. Invece, dopo l'esperimento di Marconi, si dovette ipotizzare che esistessero strati dell'atmosfera capaci di riflettere tali onde. Le onde televisive invece, essendo onde corte, non sono ripetute dall'atmosfera e per questo c'è bisogno di ripetitori e satelliti.

Esosfera e magnetosfera

Ad una certa altitudine si trova l'esosfera o "frangia" caratterizzata da un aria più rarefatta e quindi da una maggior libertà di movimento delle paricelle dovuta ad una loro maggiore energia cinetica. Ancora più in alto si trova la magnetosfera composta da elettroni e protoni che restano legati alla terra per induzione magnetica.