Interazione tra atmosfera, litosfera e idrosfera: un equilibrio vitale

Condizioni di abitabilità del pianeta

Tra i requisiti che rendono il nostro pianeta abitabile vi sono le condizioni di temperatura e la composizione chimica dell'atmosfera, delle acque, dei suoli e delle rocce per questo dividiamo gli ambienti terrestri in atmosfera, idrosfera, litosfera e biosfera. Ciascuno è stretta relazione con l'altro e con l'energia del sole.

Interazione tra litosfera e atmosfera

La litosfera è la parte esterna più rigida del pianeta Terra, comprendente la crosta terrestre. Essa si genera dai prodotti di disgregazione della roccia madre ricchi di materiale organici di origine biologica e di sostanze in soluzione acquosa in un arco di tempo che va da centinaia e migliaia di anni.

Con l'atmosfera gli organismi viventi che si trovano sulla litosfera scambiano mediante la fotosintesi, la respirazione cellulare e i processi di decomposizione materia ed energia.

Idrosfera, atmosfera e litosfera.

In relazione fra loro vi sono anche la litosfera, l'atmosfera e l'idrosfera.

I processi che operano nell’idrosfera e nell’atmosfera contribuiscono al modellamento della litosfera. Ad esempio, i corsi d’acqua scavano valli e trasportano i materiali erosi, che finiscono in mare, dove vengono depositati per trasformarsi in rocce sedimentarie. Anche l’atmosfera produce effetti analoghi, con processi sia meccanici (erosione da parte del vento), sia chimici (alterazione a opera delle sostanze contenute nell’aria).

Struttura e composizione dell'atmosfera

L'atmosfera è un involucro gassoso che circonda un corpo celeste, le cui molecole sono trattenute dalla forza di gravità del corpo stesso. (Mercurio no)
L'atmosfera terrestre non presenta una struttura omogenea e per questo viene suddivisa in vari strati che presentano caratteristiche diverse. Gli strati sono cinque: (troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera)

L’atmosfera terrestre, cioè l’aria che respiriamo, è un miscuglio di gas composta da:

L’azoto è il gas più abbondante (78%), è inerte ossia poco radioattivo.

L’ossigeno (21%) è invece il gas più importante perché indispensabile alla respirazione degli esseri viventi. È prodotto dalle piante attraverso la fotosintesi clorofilliana.

L’anidride carbonica (0.04%) prodotta dalla respirazione degli esseri viventi e da tutte le combustioni. È importante perché utilizzata dalle piante per compiere la fotosintesi clorofilliana.

Argon (0,9%) è un gas nobile formato da molecole monoatomiche.

Il restante 0,96% è costituito infine da vapore acqueo, pulviscolo atmosferico, neon, elio.

Dal basso verso un altro si distinguono diversi strati dell'atmosfera in base alla temperatura della quota.

La troposfera è lo strato più interno e vicino alla Terra. È qui che si trovano le nuvole e avvengono tutti i fenomeni di precipitazioni atmosferiche. È lo strato più denso, dove si concentra circa il 75% della massa totale dell’aria. La sua temperatura diminuisce con l’altezza, fino a -55 °C, perché il suo riscaldamento è dovuto al calore che terra e acqua, scaldate dal sole di giorno, le restituiscono di notte. È composta per il 78% di azoto e per il 21% di ossigeno; il terzo gas più importante è l’argon. (aerei, mongolfiere..).

Il confine superiore della troposfera è detto tropopausa.

Lo strato superiore, la stratosfera, arriva a un’altezza di circa 50 km. Nei suoi strati più bassi sono presenti le correnti a getto, venti che viaggiano alla velocità di 400-500 km/h. Al contrario di quanto avviene nella troposfera, la temperatura cresce con l’altezza fino a raggiungere i 17 °C. I gas che la compongono sono molto rarefatti e la fascia compresa fra i 30-40 km di altezza, detta ionosfera, è ricca di un gas particolare, l’ozono, importante perché assorbe gran parte delle radiazioni ultraviolette e dei raggi cosmici, entrambi molto pericolosi per l’uomo. Al suolo giungono esclusivamente radiazioni visibili, radiazioni infrarossi e radiazioni ultravioletti di tipo A e onde radio.

Si estende fino a 80 km di altezza, raggiungendo una temperatura molto bassa, circa -80 °C. È composta da gas ancora più rarefatti ed è in questa zona che si disintegrano le meteoriti. (idrogeno e elio)

Importanza della termosfera

La termosfera si estende fino a 1000 km di altezza. È caratterizzata da una pressione atmosferica bassissima e da gas ormai tutti ionizzati (è perciò denominata anche ionosfera) che danno origine al fenomeno delle aurore polari (boreali e australi), visibili nelle regioni artiche e antartiche.

-Il campo magnetico terrestre fa deviare le particelle cariche elettricamente si provengono dal sole o che si formano a causa delle radiazioni ionizzanti se questo non accadesse le particelle cariche giungerebbe al suolo devastando tutti gli organismi viventi formano invece due strade a forma di ciambella detti fasce di Van Allen senza giungere al suolo. Nelle regioni polari le linee di forza si inclinano consentendo alle cariche elettriche di avvicinarsi al suolo Per questo si generano le aurore polari-

La termosfera è altresì importante perché riflette le onde elettromagnetiche rendendo possibile la comunicazione tra luoghi molto distanti sulla Terra, altrimenti non raggiungibili a causa della curvatura terrestre.

L’esosfera è la parte più alta ed esterna dell’atmosfera terrestre. È formata da gas estremamente rarefatti che sfuggono all’attrazione terrestre e si disperdono nello spazio; essa è infatti lo strato di passaggio dall’atmosfera allo spazio interplanetario. La pressione atmosferica è nulla e la temperatura è elevatissima.

Energia solare e biosfera

L'energia che alimenta la circolazione dell'aria che muove le correnti Marine che sostiene l'intera biosfera ha origine nel nucleo solare dove la temperatura supera i 15 milioni di gradi la densità è superiore di 150 volte quella dell'acqua la pressione è a 500 miliardi di volte quella della nostra atmosfera e la materia si trova sotto forma di plasma.

L'energia prodotta nel nucleo si trasferisce verso gli strati periferici della stella mediante processi radiativi e convettivi: questa energia impiega circa 10 milioni di anni per giungere alla fotosfera solare.

Nella fotosfera l'energia del Sole si libera sotto forma di radiazioni luminose che raggiungono la terra in un tempo pari a circa 8 minuti.

(La potenza della radiazione solare che raggiunge perpendicolarmente un metro quadrato di atmosfera terrestre nel suo strato più esterno è chiamata costante solare il suo valore è 1.366 Watt al metro quadro.)

Attraversando l'atmosfera però l'intensità dell'irraggiamento si attenua. Una parte dell'energia luminosa viene riflessa verso lo spazio dalle nubi e dispersa nell'aria, un'altra parte viene diffusa in tutte le direzioni dalle molecole dei gas atmosferici, un'altra viene assorbita dagli stessi gas e riemessa in tutte le direzioni con radiazione infrarossa; quindi l'energia che giunge al suolo è ridotta di circa la metà.

Di questo flusso fanno parte anche i combustibili fossili (petrolio, gas naturale, carbone) che hanno immagazzinato l'energia dalla fotosintesi nel passato.

Produzione primaria e clima

Si chiama produzione primaria l'energia accumulata nei composti organici che hanno origine dall' anidride carbonica. La quantità totale di questa energia è detta produzione primaria lorda.

Gran parte di essa viene impiegata per il metabolismo degli stessi organismi produttori mentre una parte chiamata produzione primaria netta resta disponibile per i consumatori che la incorporano (catena alimentare). La produzione primaria dipende anche dal posto in cui ci troviamo con l'aumentare della latitudine è limitata dalle zone desertiche o dalle basse temperature o da entrambe le condizioni.

Le condizioni atmosferiche ricavate sul lungo periodo definiscono il clima di una certa area geografica a sua volta il clima seleziona il tipo di ecosistemi adatti alle caratteristiche atmosferiche dell'area.

Le grandi varietà di climi sulla terra sono una conseguenza dell'irraggiamento solare. La varietà dei climi dipende dalla durata dell'esposizione alla luce e dall'inclinazione della radiazione incidente.

L'irraggiamento è influenzato dalla latitudine della superficie esposta dall'ora del giorno e dalla stagione.

In base alle variazioni annuali dell'irraggiamento solare sulla superficie terrestre si distinguono 5 ampie fasce chiamate zone astronomiche.

Due zone temperate comprese fra il tropico e il circolo polare di ciascuno dei due emisferi. Due zone polari delimitati dal circolo polare e comprendenti il polo del rispettivo emisfero.

Effetti del riscaldamento globale

Con l'espressione riscaldamento globale indichiamo l'aumento che la temperatura media atmosferica misurata al livello del suolo ha subito nel tempo.

Gli effetti del riscaldamento atmosferico sono: la riduzione di tutti i ghiacciai, l'aumento dei fenomeni come siccità e uragani, un calo della produzione agricola dovuto alla siccità, l'innalzamento del livello delle acque marine, la liberazione di gas come il metano e l'aumento di CO2 (effetto serra), la diffusione nelle zone temperate di insetti e microrganismi portatori di malattie tropicali (malaria).

Tra le misure correttive individuate vi sono l'abbattimento delle emissioni di gas serra mediante l'Impiego di fonti di energia alternative combustibili fossili e un abbassamento della anidride carbonica mediante il rimboschimento affinché la fotosintesi sottragga la CO2 atmosferica.

Nel 1997 è stato approvato il protocollo di Kyoto firmato da più di 180 paesi tra cui l'intera Unione Europea che obbliga i paesi firmatari a ridurre le emissioni di gas serra.

L'effetto serra è il fenomeno naturale che riscalda il pianeta per effetto di alcuni gas presenti nell'atmosfera terrestre. Detti gas serra. Questi gas trattengono il calore delle radiazioni solari impedendogli di tornare nello spazio. Principali gas serra sono l'anidride carbonica (CO2), il metano (CH4), il protossido di azoto, vapore acqueo (H2O).

Circolazione atmosferica e celle convettive

Tutti i fenomeni meteorici si svolgono all'interno della troposfera. La circolazione atmosferica è data dai seguenti fattori:

Riscaldamento delle masse oceaniche e continentali dovuto a:

• l'irraggiamento solare;
• la rotazione della Terra sul proprio asse;
• l'attrito interno dell'atmosfera;
• l'evaporazione e la condensazione dell'acqua.

L'irraggiamento solare è massimo nella cintura equatoriale dove l'aria calda è umida genera bassa pressione e tende a salire verso l'alto. Nelle regioni polari invece la bassa temperatura genera alta pressione.

Se la terra non ruotasse attorno al proprio asse la circolazione atmosferica sarebbe costituita da due Celle convettive conventi al suolo diretti dai Poli all'equatore e venti in quota diretti dall'Equatore ai poli. Il moto di rotazione terrestre invece innesca delle forze apparenti "le forze di Coriolis" che frammentano il sistema convettivo in più celle.

Una conseguenza di queste forze sui moti dell'aria è che i venti che convergono sull'equatore (Alisei) provenendo da latitudini maggiori sono deflessi verso ovest.

La circolazione generale dell'atmosfera può essere suddivisa in 3 grosse macrocelle di circolazione in maniera simmetrica per ciascun emisfero.

Tale cella va dalla zona di bassa pressione equatoriale, calda ed umida, alla zona subtropicale di alta pressione.

L'aria calda ed umida, in prossimità dell'Equatore, si sposta verso l'alto e, dopo essersi liberata dell'umidità per mezzo delle piogge, scende in basso in prossimità dei Tropici. Qui si formano dei venti, che si dirigono dai Tropici all'Equatore, che prendono il nome di alisei.

La seconda fascia è la cella di Ferrel, che si estende tra i tropici e il circolo polare. Parte dell'aria che era scesa ai tropici, invece di dirigersi all'equatore si sposta verso il circolo polare, richiamata dalla bassa pressione presente in quella zona, piegando e formando i venti occidentali.

La terza fascia è la cellula polare. L'aria secca scende al polo formando una zona di alta pressione e, sempre piegando, si dirige verso le basse pressioni sotto il circolo polare andando a formare i venti polari. L'aria fredda si scontra con quella calda e umida proveniente dai tropici senza mescolarsi lungo un piano inclinato che è il fronte polare. Risalendo è richiamata verso il polo chiudendo così il terzo circuito.

Correnti a getto e vortice polare

Le correnti a getto sono intensi flussi d'aria che scorrono parallelamente alla superficie terrestre da ovest a est con velocità superiori a 90 km orari. Le correnti a getto subtropicale hanno un andamento uniforme mentre le correnti a getto polari formano incurvature che tendono a spostarsi e longitudinalmente da ovest a est.

Vi sono anche le correnti a getto polari e notturne si formano a una quota di 25 km sopra le regioni polari durante i mesi invernali circondano completamente Il vortice polare la direzione occidentale si generano a causa dell'escursione termica durante le notti invernali che durano sei mesi raggiungono una velocità di 160 km orari.