L'atmosfera terrestre: composizione, inquinamento e clima

Atmosfera → guscio sottile aeriforme (fatto di sostanze allo stato gassoso) che circonda la Terra e che rende possibile la vita su di essa.

Ha avuto origine miliardi di anni fa dalla produzione di gas durante antichissime eruzioni vulcaniche → inizialmente non conteneva tracce di ossigeno, ma con il passare del tempo la sua composizione ha subito grandi cambiamenti.

Componenti principali dell'aria

Oggi la parte più vicina alla Terra dell’atmosfera (aria) è formata principalmente da:

- azoto → 78%, quindi componente più abbondante;

- ossigeno → 21%, rende possibile la vita;

- argon, diossido di carbonio ed altri gas → 1%, bassa percentuale, capace però di assorbire calore e quindi di riscaldare l’atmosfera.

Oltre a questi principali componenti nell’aria sono presenti in quantità variabile:

- vapore acqueo → all’origine delle precipitazioni atmosferiche (es: pioggia) ed anche lui capace di assorbire calore;

- pulviscolo atmosferico → particelle microscopiche solide e liquide, sempre utili per il riscaldamento dell’atmosfera;

- ozono → gas formato da tre atomi di ossigeno (non soltanto due come l’ossigeno vero e proprio) che si concentra tutto in una fascia tra 20 e 30 km dalla Terra (ozonosfera). Protegge la Terra dai raggi ultravioletti del Sole, dannosi per la vita.

Composizione dell’atmosfera → si estende per centinaia di chilometri, fino a sfumare nello spazio cosmico senza un confine preciso.

È formata da cinque strati concentrici con diversa densità, temperatura e composizione:

- troposfera → è lo strato in cui viviamo e dove avvengono i fenomeni metereologici e si estende per 12km dalla Terra. Ha la maggiore densità e quantità di vapore acqueo di tutta l’atmosfera ed è riscaldata dalla Terra, quindi salendo la temperatura scende. Il suo confine superiore è detto tropopausa;

- stratosfera → è composta da aria limpida e secca (no vapore acqueo) e si estende tra 12 e 50km dalla Terra ed ospita al suo interno l’ozonosfera (tra i 20 ed i 30km), che la riscalda (trattiene i raggi ultravioletti del Sole). Il suo confine superiore è detto stratopausa;

- mesosfera → è composta da gas molto rarefatti (poco densi) e si estende tra 50 e 80km dalla Terra. Come la troposfera è riscaldata dal basso (in questo caso dai raggi solari nell’ozonosfera), quindi salendo la temperatura scende. Il suo confine superiore è detto mesopausa;

- termosfera → è composta da gas sempre più rarefatti, si estende tra 80 e 500km dalla Terra ed è riscaldata direttamente dai raggi solari (dall’alto), quindi più si sale verso l’alto e più la temperatura aumenta. Il suo confine superiore è detto termopausa;

- esosfera → si estende oltre 500km dalla Terra e sfuma gradualmente nello spazio cosmico. Ha una bassissima densità ed è riscaldata dall’alto (direttamente dai raggi solari), quindi salendo la temperatura aumenta. La sua parte più esterna è detta magnetosfera.

Inquinamento atmosferico

La composizione dell’aria (parte di atmosfera più vicina alla Terra) è costantemente modificata dall’uomo che produce sostanze dannose per la vita.

Sono dette inquinanti primari le sostanze prodotte direttamente dalle attività dell’uomo:

- monossido di carbonio → prodotto dagli scarichi dei veicoli;

- ossidi di azoto → prodotto dagli scarichi dei veicoli e dagli impianti di riscaldamento;

- ossidi di zolfo → prodotto dall’attività metallurgica, dalla produzione della carta e della plastica e dall’incenerimento dei rifiuti;

- polveri sottili → micro particelle solide e liquide prodotte dagli scarichi dei veicoli e dagli impianti di riscaldamento e che provocano malattie del sistema respiratorio e tumori.

Sono invece detti inquinanti secondari i prodotti delle reazioni chimiche che avvengono tra i componenti dell’atmosfera e gli inquinanti primari:

- acido solforico → responsabile delle piogge acide, dannose per la vegetazione e per le costruzioni dell’uomo;

- smog fotochimico → ossido di azoto modificato dalla luce solare.

I livelli di inquinamento dell’aria non dipendono solo da quello che l’uomo produce, ma anche dalla capacità dell’atmosfera di disperdere questi prodotti nocivi, che è maggiore in presenza di vento e minore se l’atmosfera è statica → sopra le grandi città purtroppo l’aria calda tende a salire verso l’alto ed a formare un “coperchio” che rende l’atmosfera statica, di conseguenza i livelli di inquinamento sono molto alti.

Comunque anche la dispersione degli inquinanti nei vari strati dell’atmosfera ha avuto nel corso del tempo degli effetti negativi per il nostro pianeta → l’utilizzo in passato (adesso vietato) di particolari sostanze chimiche dette clorofluorocarburi (CFC) ha provocato il cosiddetto buco dell’ozono, cioè un assottigliamento dell’ozonosfera che ci protegge dai raggi ultravioletti del Sole.

Temperatura dell’atmosfera → la superficie della Terra è resa abitabile dai raggi del Sole che la scaldano (radiazione solare) e dalla presenza dell’atmosfera che, trattenendoli, impedisce escursioni termiche troppo grandi.

Quando però i raggi solari raggiungono l’atmosfera non tutti vengono trattenuti sulla superficie terrestre → circa il 30% di essi, percentuale chiamata albedo, torna nello spazio per fenomeni di:

- riflessione → i raggi rimbalzano sulle nuvole e sulla superficie terrestre, per poi tornare nello spazio;

- diffusione → ogni raggio viene suddiviso dai gas presenti nell’atmosfera in tanti piccoli raggi che si propagano in tutte le direzioni. Di questi una piccola percentuale torna nello spazio.

Il restante 70% dei raggi solari riesce a trasformarsi in calore per fenomeni di assorbimento → il 20% viene assorbito dall’atmosfera e la riscalda; il 50% invece viene assorbito dalla superficie terrestre, trasformato in calore e nuovamente irradiato verso l’esterno.

Il calore nuovamente irradiato viene poi trattenuto nell’atmosfera dal cosiddetto effetto serra → alcuni gas atmosferici (es: vapore acqueo e diossido di carbonio), detti gas serra, lo trattengono, mantenendo così nell’atmosfera una temperatura compatibile con la vita sul nostro pianeta.

In questo modo l’energia solare che entra nell’atmosfera e quella in uscita dalla superficie terrestre rimangono in pareggio → questo fenomeno è detto bilancio termico globale.

La temperatura non è però uguale in tutti i punti dell’atmosfera e della superficie terrestre, questo dipende dai cosiddetti fattori termici:

- inclinazione dei raggi solari → maggiore è l’inclinazione dei raggi rispetto alla superficie terrestre, minore è l’energia assorbita. Tale inclinazione dipende dalla latitudine, dalla stagione e dall’ora del giorno in cui ci si trova;

- fattori geografici → altitudine, esposizione rispetto ai punti cardinali, distribuzione di terre e mari, albedo (che varia in base alle caratteristiche geografiche), copertura nuvolosa, vegetazione e correnti oceaniche influiscono tutti sulla temperatura dell’atmosfera e della superficie terrestre.

Pressione dell’atmosfera → l’aria ha un proprio peso, pari a circa 1,3gr per ogni dm3, ed esercitandolo sulla superficie terrestre genera la pressione atmosferica.

Questa non è sempre uguale, ma può cambiare in base all’altitudine, alla temperatura ed all’umidità dell’aria.

Sulla carta si possono unire i punti della Terra con uguale pressione atmosferica ed in questo modo si ottengono delle linee chiamate isobare → si costruiscono così le carte metereologiche, sulle quali è possibile individuare i punti di bassa pressione (cicloni) e quelli di alta pressione (anticicloni).

Per annullare queste differenze di pressione si formano i venti → flussi d’aria orizzontali diretti dalle zone di alta pressione, verso le zone di bassa pressione.

I venti possono essere:

- costanti → venti che soffiano tutto l’anno, sempre nella stessa direzione e nello stesso senso, ridistribuendo umidità e calore nelle varie parti del pianeta. L’aria calda si sposta dalle fasce permanenti di bassa pressione (Equatore), alle fasce permanenti di alta pressione (poli); L’aria fredda si muove invece in direzione opposta (dai poli all’Equatore). L’insieme dei venti costanti forma la circolazione atmosferica;

- periodici → venti che invertono periodicamente il loro senso (es: in base alle stagioni);

- locali → venti che soffiano in maniera irregolare, quando in una determinata zona si formano temporaneamente zone cicloniche ed anticicloniche.

Tempo metereologico → insieme delle condizioni atmosferiche presenti in un determinato luogo ed in un breve periodo di tempo (ore o pochi giorni).

Il tempo meteorologico è determinato principalmente dalla quantità di acqua nell’aria (sotto forma di vapore acqueo) e dagli spostamenti dell’aria stessa.

La quantità di vapore acqueo determina l’umidità dell’aria, che può essere:

- umidità assoluta → quantità espressa in grammi di vapore acqueo realmente presente in 1m3 di aria, che può cambiare in base alla temperatura (più è calda, maggiore è la quantità di vapore acqueo) ed alla pressione atmosferica. La quantità massima di vapore acqueo che, con la stessa temperatura e pressione, potrebbe essere contenuta in 1 m3 di aria è detta punto di saturazione;

- umidità relativa → rapporto espresso in percentuale tra l’umidità assoluta (vapore acqueo realmente presente) e punto di saturazione (quantità massima che potrebbe essere presente), con la stessa temperatura e pressione.

Quando si verificano dei cambiamenti di temperatura o pressione in 1 m3 di aria, il vapore acqueo supera il suo punto di saturazione e può andare incontro a:

- condensazione → passaggio allo stato liquido (formazione di nubi ad alta quota, nebbia vicino al suolo e rugiada sul suolo);

- sublimazione → passaggio allo stato solido (formazione di neve o grandine ad alta quota e brina sul suolo).

Formazione delle nubi e precipitazioni

Le nubi per esempio si formano a causa del raffreddamento dell’aria ad alta quota → il vapore acqueo si condensa formando delle goccioline d’acqua e/o si sublima formando microscopici cristalli di ghiaccio sospesi nell’aria.

In particolari condizioni le goccioline o i cristalli che formano le nubi si uniscono a formare goccioline o cristalli più grandi, formando così le precipitazioni atmosferiche, che possono essere di tre tipi:

- pioggia → le goccioline che formano le nubi si uniscono a formare gocce d’acqua di un diametro compreso tra 0,5 e 5mm;

- neve → i cristalli di ghiaccio che formano le nubi si uniscono a formare fiocchi;

- grandine → i cristalli di ghiaccio che formano le nubi si uniscono a formare masse tondeggianti di ghiaccio con un diametro massimo di 5mm.

Clima → insieme delle condizioni atmosferiche presenti in un determinato luogo in un lungo periodo di tempo (almeno 30 anni).

Temperatura, umidità dell’aria, pressione atmosferica e venti sono i principali elementi climatici, che determinano le caratteristiche del clima di una certa zona e che dipendono a loro volta da alcuni fattori climatici di natura astronomica e geografica (es: latitudine, altitudine, vegetazione, ecc…).

Secondo la classificazione di Wladimir Köppen, basata su valori di temperatura pressione e vegetazione, esistono cinque grandi gruppi climatici:

- clima tropicale umido → temperatura media annua maggiore di 18°, assenza di stagione invernale ed abbondanti precipitazioni;

- clima arido → temperatura media annua maggiore di 15°, scarse precipitazioni e carenza di acqua;

- clima temperato caldo → temperatura del mese più freddo compresa tra -3° e 18° e precipitazioni di media entità;

- clima temperato freddo → alternanza di inverni secchi e freddi ed estati piovose, temperatura del mese più freddo inferiore a -3° e del mese più caldo superiore a 10°;

- clima nivale → assenza di stagione estiva e temperatura del mese più caldo inferiore a 10°.

Secondo questa classificazione in Italia è presente un clima temperato caldo, anche se la presenza del mare crea ulteriori differenze climatiche → clima più caldo nelle zone costiere, clima più freddo nelle zone di montagna.