Concetti Chiave
- Il Sole emette radiazioni elettromagnetiche sotto forma di onde, ciascuna con una quantità specifica di energia, variando in lunghezza d'onda tra 400 nm (ultravioletti) e 700 nm (infrarossi).
- La pressione atmosferica è la forza per unità di superficie esercitata dall'aria, misurata in Pascal, millibar, millimetri di mercurio, e atmosfere, con relazioni storiche definite da esperimenti come quello di Torricelli.
- Fattori come altitudine, umidità e temperatura influenzano la pressione atmosferica: la pressione diminuisce con l'altitudine e la temperatura, mentre l'aria umida è più leggera di quella secca.
- L'atmosfera terrestre è suddivisa in strati (troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera) con variazioni di temperatura e densità, influenzate da fenomeni come l'assorbimento delle radiazioni ultraviolette dallo strato di ozono.
- La composizione dei gas atmosferici rimane costante fino a 100 km di altitudine, mentre oltre questo limite l'ossigeno prevale fino a 800 km, dove poi si trovano gas leggeri come idrogeno ed elio.
Indice
Radiazioni solari e lunghezze d'onda
Il sole emana radiazioni elettromagnetiche che possono essere rappresentate come onde.
Ogni onda contiene una certa quantità di energia elettromagnetiche.
L’energia che proviene dal Sole arriva in maniera pulsante con ritmicità diversa.
Le onde corte trasmettono più energia.
Le onde lunghe trasmettono meno energia.
Le differenze di lunghezza fra un “picco” e l’altro varia da 700nm a 400nm. (nm= nano metro)
Quando la lunghezza d’onda è inferiore a 400nm si hanno i raggi ultravioletti.
Quando la lunghezza d’onda è superiore a 700nm si hanno i raggi infrarossi.
Unità di misura della pressione
forza su unità di superficie. Nel caso della pressione atmosferica, la forza in questione è la forza peso e l’unità di misura della superficie è il metro. Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della pressione è il Pascal (Pa) .
In meteorologia vengono utilizzate altre unità di misura: il millibar (mb), i millimetri di mercurio (mmHg) e le atmosfere (atm).
Ma che relazioni ci sono con queste unità di misura?
La prima relazione che c’è è quella storica di Torricelli: egli con un esperimento riuscì a dare un riferimento numerico alla pressione.
1atm = 760mmHg = 1013mb
1mb = 100 Pa
Fattori che influenzano la pressione atmosferica
I fattori che fanno variare la pressione atmosferica sono:
• L’altitudine: (più si sale, più la pressione cala). Ogni volta che si sale di
20 km la pressione si riduce di 1/10.
• L’umidità dell’aria: a parità di temperatura, l’aria umida (cioè contenente vapore acqueo) è più leggera di quella secca. Ciò accade perché le particelle di vapore acqueo pesano meno di quelle dei gas che compongono l’aria. A parità di volume, l’aria secca contiene un maggior numero di particelle pesanti. Perciò, la pressione esercitata su una superficie di aria umida è minore rispetto alla pressione esercitata sulla stessa superficie di aria secca.
• La temperatura: la pressione diminuisce all’aumentare della temperatura dell’aria.
Struttura e composizione dell'atmosfera
La suddivisione in sfere e pause dell’atmosfera è determinata dalle variazioni della temperatura dell’aria.
Nella troposfera (dal greco tropos, cambiamento) la temperatura cala con l’altitudine perché viene riscaldata non direttamente dal Sole, ma dal calore emanato dalla superficie terrestre.
Nella stratosfera la temperatura riaumenta fino ad arrivare a +17°C. questo comportamento è dovuto dallo strato di ozono, gas che ha la caratteristica di assorbire radiazioni ultraviolette e di riemettere calore.
Nella sfera successiva, la mesosfera, la temperatura torna a calare.
Nella termosfera, a oltre 80km di altitudine, si ha di nuovo un aumento di temperatura, che però non è un aumento reale di temperatura, ma semplicemente un aumento della velocità delle particelle, infatti si parla di temperatura cinetica. In realtà, nonostante si raggiunga a 300km una temperatura cinetica di 1000°C, non si ha sensazione di caldo perché la densità dei gas è bassissima.
Con l’altitudine diminuisce in tutti gli strati dell’atmosfera la densità dei gas; quindi andando verso l’alto troveremo aria sempre più rarefatta. Per quanto riguarda la composizione percentuale del gas, questa rimane costante entro 100km di altitudine. Oltre il 100km di altitudine e fino a 800km l’ossigeno nettamente prevalente sugli altri gas. Oltre gli 800km si trovano solo gas molto leggeri come idrogeno ed elio e prevalentemente sottoforma di ioni.
Domande da interrogazione
- Qual è la relazione tra la lunghezza d'onda e l'energia trasmessa dalle radiazioni solari?
- Quali unità di misura vengono utilizzate per la pressione atmosferica e come sono correlate?
- Come influiscono altitudine, umidità e temperatura sulla pressione atmosferica?
- Come varia la temperatura nei diversi strati dell'atmosfera?
- Come cambia la composizione dei gas nell'atmosfera con l'altitudine?
Le onde corte trasmettono più energia rispetto alle onde lunghe. Le lunghezze d'onda inferiori a 400nm sono ultraviolette, mentre quelle superiori a 700nm sono infrarosse.
Le unità di misura includono il Pascal (Pa), il millibar (mb), i millimetri di mercurio (mmHg) e le atmosfere (atm). 1 atm equivale a 760 mmHg o 1013 mb, e 1 mb è pari a 100 Pa.
La pressione atmosferica diminuisce con l'aumento dell'altitudine e della temperatura. L'aria umida, essendo più leggera, esercita meno pressione rispetto all'aria secca.
Nella troposfera la temperatura cala con l'altitudine, nella stratosfera aumenta grazie all'ozono, nella mesosfera cala di nuovo, e nella termosfera aumenta a causa della velocità delle particelle.
Fino a 100 km di altitudine, la composizione dei gas rimane costante. Oltre i 100 km, l'ossigeno diventa prevalente, e oltre gli 800 km si trovano gas leggeri come idrogeno ed elio sotto forma di ioni.
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