Riassunto esame Geografia fisica e cartografia, Prof. Deiana Giacomo, libro consigliato Geografia fisica - Comprendere il paesaggio, Mcknight & Hess

La geografia fisica

La geografia fisica è una parte dello studio della geografia che si occupa dello studio delle caratteristiche fisiche della Terra e dei processi naturali che avvengono nella Terra. Nella superficie terrestre si incontrano e interagiscono tra loro 4 principali sfere ambientali: litosfera (parte solida inorganica, comprende sia le rocce che i frammenti minerali), atmosfera (involucro gassoso che circonda la Terra), idrosfera (le acque presenti sulla Terra) e biosfera (comprende tutte le porzioni di Terra in cui è possibile l’esistenza degli esseri viventi).

Origine dell'universo e sistema solare

Si ipotizza che l’universo si sia originato circa 14 miliardi di anni fa, attraverso un’esplosione cosmica detta Big Bang, e per effetto della condensazione circa 5 miliardi di anni fa si è originato il sistema solare. Il sistema solare fa parte della galassia della Via Lattea, è formato da una stella, il Sole, che ne è il corpo centrale, e 9 pianeti che compiono il loro moto di rivoluzione verso est in orbite ellittiche (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno, Plutone).

Forma della Terra e prove della sfericità

Le prime rappresentazioni cartografiche risalgono circa al 1500. La forma della Terra ha un corpo sferico più dilatato in prossimità dell’Equatore, e più compresso agli estremi polari nell’asse di rotazione, questo per via della velocità di rotazione in base al raggio terrestre. La Terra ha raggio medio di circa 6300 km. Le prove della forma sferica sono ad esempio l’allontanamento delle imbarcazioni nell’acqua, la diversa incidenza dei raggi solari nel globo, e le immagini satellitari.

Coordinate geografiche

Usiamo come riferimento per identificare i punti sulla Terra l’asse di rotazione, ossia il diametro che connette Polo Nord e Polo Sud, nella quale nel suo punto medio, perpendicolare ad esso, passa il piano Equatoriale. I corrugamenti della superficie non hanno alcun effetto sulla Terra, difatti l’area più alta (Monte Everest, 8900 metri) e la profondità più alta (Fosse delle Marianne, 11000 metri), hanno dimensioni che ci sembrano molto elevate, ma che sono superflue per quella che è la dimensione della Terra.

Circoli massimi e minimi

Un circolo massimo è una linea di intersezione di un piano passante per il centro della sfera. Un circolo minimo è una linea di intersezione di un qualunque piano che non passa per il centro. Esistono 2 proprietà dei circoli massimi: rappresenta la circonferenza della sfera e divide la superficie in 2 metà uguali dette emisferi; due qualsiasi punti individuano un solo circolo massimo, e l’arco che risulterà dalla connessione dei due punti sarà il percorso più breve tra essi, detto linea ortodromica.

Reticolato geografico

Ogni qualvolta si studia un elemento naturale, bisogna tracciarne la posizione, rilevata dalle coordinate grazie al reticolato geografico, formato da latitudine (distanza angolare da un punto all’Equatore, rappresentata dai paralleli, che connettono tutti i punti con la stessa latitudine e non si intersecano mai) e longitudine (rappresentata dai meridiani, che si allargano fino a raggiungere una massima distanza nell’Equatore, e convergono ai poli). Dividiamo la Terra in 2 emisferi: quello settentrionale è detto emisfero boreale, mentre quello meridionale è detto emisfero australe.

• Equatore (0°)
• Polo Nord (90° N)
• Polo Sud (90° S)
• Tropico del Cancro (23,5° N)
• Tropico del Capricorno (23,5° S)
• Circolo Polare Artico (66,5° N)
• Circolo Polare Antartico (66,5° S)

La latitudine è l’arco di meridiano misurato tra il luogo e il parallelo di riferimento (Equatore, con latitudine 0°). La longitudine è l’arco di parallelo misurato tra il luogo e il meridiano di riferimento (meridiano di Greenwich in Inghilterra, scelto perché la gran parte delle marine mercantili utilizzavano già quel meridiano).

Valori di latitudine e longitudine

La latitudine può assumere due tipi di valori: latitudine nord e latitudine sud, da 0 a 90° nord e da 0 a 90° sud. La longitudine può assumere due tipi di valori: longitudine est e longitudine ovest, da 0 a 180° est e da 0 a 180° ovest. Un grado per la latitudine vale 111 km, mentre, poiché i meridiani convergono verso i Poli, la lunghezza di un grado di longitudine diminuisce allontanandosi dall'Equatore, fino a tendere a 0° nei Poli, poiché punto di convergenza. Il tempo globale e la variazione del fuso orario sono determinati dalla longitudine.

Rappresentazione della Terra

La forma più consona per rappresentare la Terra è l’ellissoide di rotazione, che ha 2 vantaggi: ha una forma più vicina alle vere dimensioni della Terra ed ha una formula matematica che la dimostra. Abbiamo un ellissoide geocentrico (centrato nel centro della Terra, usato per rappresentare l’intero globo) e un ellissoide locale (spostato in maniera arbitraria in modo funzionale rispetto all’area geografica, è molto vantaggioso se si rappresentano piccole aree di territorio). L’ellissoide utilizzato globalmente è detto ellissoide WGS-84, usato anche dal GPS.

Rotazione e rivoluzione della Terra

La Terra ruota sul proprio asse verso Est, con un periodo completo di 24 ore. La rotazione fa muovere tutti i punti tranne i Poli, e ha diverse conseguenze sulle caratteristiche fisiche della superficie terrestre: spostamento apparente dei flussi di aria e di acqua (Effetto Coriolis); ogni punto è portato a essere soggetto dell’attrazione gravitativa; distribuzione delle masse; alternanza di luce e oscurità. Dal Polo Nord all’Equatore abbiamo un progressivo aumento della velocità di rotazione, poiché aumenta il raggio massimo della Terra. Non percepiamo questo movimento poiché noi stessi ci muoviamo con essa.

Ci sono 3 tipi di giorni: giorno sidereo (23,56 h, rotazione misurata rispetto alle stelle), giorno solare (circa 24 h), e giorno civile (esattamente 24h). Un altro importante moto è il moto di rivoluzione intorno al Sole, che si compie in 365,25 giorni. Questo intervallo di tempo è definito come anno tropico. Il percorso seguito dalla Terra nel percorso è un’ellisse, perciò la distanza Terra-Sole (unità astronomica) non è costante, ma varia dal Perielio (3 gennaio, semiasse più vicino al Sole) ad Afelio (4 luglio, semiasse più lontano dal Sole).

Il piano che passa per il Sole e per ogni punto dell’orbita terrestre è detto piano dell’eclittica. L’asse terrestre rispetto al piano dell’eclittica ha un’inclinazione di 23,5°, ed è sempre rivolto verso la Stella Polare (polarità dell’asse).

Effetti della rotazione, rivoluzione e inclinazione

L’effetto combinato di rotazione, rivoluzione, inclinazione e polarità è tale che l’angolo di incidenza dei raggi solari sulla superficie terrestre varia durante tutto l’anno. Più è diretto l’angolo con il quale la luce solare raggiunge la Terra, più efficace sarà il suo riscaldamento. Quando cadono a 90°, l’energia solare sarà massima, quando saranno obliqui quindi minori di 90°, sarà minore. Per via della rotazione si verificano delle mutazioni a lungo termine dell’asse terrestre, legate alla rotazione di esso. Il sistema solare si inserisce nel sistema dell’universo e le forze di altri pianeti portano l’asse terrestre a spostarsi ogni circa 26000 anni. L’asse terrestre, che ha un’inclinazione di 23,5°, varia tra i 21,5° e i 24,3°. Queste mutazioni hanno importanti implicazioni nei cambiamenti climatici.

Solstizi ed equinozi

Il Sole illumina sempre metà della Terra. In concomitanza del 21 giugno (solstizio d’estate) i raggi solari sono perpendicolari al parallelo del Tropico del Cancro (23,5° N), ed è qui che abbiamo quindi il circolo di illuminazione, nel quale ci saranno 24 ore di luce, mentre al di fuori del circolo avremo 24 ore di oscurità. Questi paralleli che definiscono le 24 ore di luce e oscurità nei solstizi vengono detti circoli polari, a 65,5° N Circolo Polare Artico, a 65,5° S Circolo Polare Antartico.

In concomitanza del 22 dicembre (solstizio d’inverno) i raggi sono perpendicolari al parallelo del Tropico del Capricorno (23,5° S), avremo quindi lo stesso processo di prima ma a emisferi invertiti, con il Circolo Polare Artico avrà 24 ore di oscurità, mentre il Circolo Polare Antartico avrà 24 ore di luce.

In concomitanza del 21 marzo (equinozio di primavera) e del 23 settembre (equinozio d’autunno) i raggi hanno posizioni virtualmente identiche, sono quindi perpendicolari all’Equatore, il circolo d’illuminazione raggiunge entrambi i Poli e i periodi di luce e oscurità sono di 12 ore ciascuno. Gli equinozi rappresentano i punti intermedi nello spostamento dei raggi solari tra il Tropico del Cancro e il Tropico del Capricorno.

Abbiamo anche una variazione del dì e della notte. Dal solstizio d’inverno al solstizio d’estate abbiamo un aumentare graduale del dì in ogni punto a Nord dell’Equatore, mentre dal 21 giugno al 23 settembre le giornate diventano più corte nell’emisfero settentrionale e più lunghe nell’emisfero meridionale.

Stagioni

Abbiamo 2 tipi di stagioni: stagioni astronomiche e stagioni meteorologiche. Tra loro esse divergono poiché subentrano i fattori meteorologici, difatti solstizio e equinozio non coincidono mai col giorno più freddo e più caldo dell’anno.

Forma della Terra e geoide

La forma della Terra viene dedotta sulla base delle leggi di gravitazione universale. Abbiamo 2 forze agenti: gravità e forza centrifuga correlata alla rotazione del globo. La Terra non è un corpo omogeneo, ma ha una distribuzione di massa particolare. Il geoide può essere definito come la superficie equipotenziale (dove la gravità ha lo stesso valore) del campo di forze della gravità passante per il livello del mare. È quella forma che avrebbe la Terra se fosse costituita solo da oceani.

Il geoide è in stretta relazione con la distribuzione delle masse e con la forza di gravità, e per determinarlo basta determinare con un gravimetro la forza di gravità (calcolabile in ogni punto del globo). Lo svantaggio è che non possiamo rappresentarlo dal punto di vista matematico, poiché dovremmo avere un’enorme quantità di dati gravimetrici. Le differenze tra geoide e ellisse sono quindi che l’ellissoide è una superficie perfettamente regolare che funziona come un modello orizzontale di semplificazione della forma della Terra, il geoide segue le variazioni altimetriche. Il geoide non è definibile matematicamente, ma lo si può solo misurare.

La quota che conferisce il GPS si basa sull’ellissoide, non fa riferimento a mare o montagna. Dà quote rispetto alla superficie dell’ellissoide. L’ellissoide è completamente sconnesso dalla forma della Terra e del geoide. Per la posizione altimetrica di un punto faremo riferimento alla superficie del geoide.

L'atmosfera

L’atmosfera è un involucro gassoso che circonda la Terra, in cui le molecole sono trattenute dalla forza di gravità. È fondamentale per l’uomo per la respirazione, funge da filtro della radiazione solare ed è mantenuta unita alla Terra dall’attrazione gravitazionale.

La prima atmosfera primordiale si originò circa 5 miliardi di anni fa con la formazione della Terra, coi materiali più pesanti che tendono ad andare verso il centro per la gravità, mentre negli strati più esterni troviamo elementi gassosi, rilasciati dalle principali fratture degli impatti coi meteoriti e dalle eruzioni vulcaniche del tempo. Erano prevalentemente azoto, anidride carbonica, vapore acqueo e piccole percentuali di ossigeno. Si formano le prime molecole organiche, e gli organismi vegetali assumendo CO2 rilasciano ossigeno con la fotosintesi, aumentando la quantità di ossigeno.

Circa il 98% dell’atmosfera sta sotto i 26000 metri, mentre la metà sta sotto i 6000 metri. La troviamo ovunque poiché occupa ogni spazio, anche nel sottosuolo. È composta da una miscela di gas quali: azoto (78%), ossigeno (21%), argon (1%) ed elementi in traccia (0,9%).

L’atmosfera è inodore e insapore, e nel momento in cui emana odore vuol dire che essa è stata inquinata. L’azoto non dà alcun beneficio all’uomo, è prodotto dalla combustione e dalla decomposizione della materia organica, ma anche da rocce e da eruzioni vulcaniche. Viene utilizzato per processi biologici e la sua percentuale rimane sempre invariata. L’ossigeno è prodotto dalle piante e fondamentale per la nostra respirazione, ma anche consumato in molti processi organici e inorganici. L’argon occupa l’1% dell’atmosfera, mentre gli elementi in traccia (0,9%) sono in dimensioni così ridotte che non portano alcuna modifica al clima.

Componenti atmosferici

Il vapore acqueo è la fonte di alimentazione di nubi e precipitazioni ed entra in gioco nei processi di energia termica. La sua percentuale determina l’umidità atmosferica. Il diossido di carbonio (CO2) è distribuito negli strati atmosferici più bassi. Entrambi regolano la temperatura, sono in graduale incremento ed influenzano il clima poiché sono in grado di assorbire la radiazione infrarossa. Sono coinvolti nell’effetto serra. Con l’effetto serra naturale la temperatura media globale sarebbe di 25°, mentre con l’effetto serra rinforzato, ossia con attività antropiche e con gas serra coinvolti, la temperatura aumenterebbe.

L’IPCC (principale organismo internazionale per la valutazione dei cambiamenti climatici) stima che, con questi trend, la temperatura media nell’arco di 30 anni incrementerà di circa 1,5°. I cambiamenti climatici fanno sì che avvengano eventi calamitosi alternati a lunghi periodi di aridità, che porterebbero conseguenze molto gravi in ogni attività antropica. L’innalzamento del livello del mare, legato all’innalzamento di temperatura, durerà invece fino al 2100, e correlato ai movimenti tettonici delle coste porterà grandi modifiche alle morfologie costiere.

L’ozono (O3) è presente in quantità minore rispetto agli altri gas. Lo troviamo tra i 15 e i 48 km di quota a formare lo strato dell’ozono, che assorbe la radiazione solare. Si forma in modo naturale per interazione delle molecole di ossigeno con la radiazione ultravioletta del Sole. Alcuni gas, come i clorofluorocarburi, sono deleteri per l’ozono poiché rilasciano del cloro che, reagendo con la radiazione ultravioletta, formano una molecola in grado di demolire grandi quantità di ozono. L’ozono cattivo si forma invece nella troposfera dall’incontro della luce solare con idrocarburi emessi dai gas di scarico.

In atmosfera abbiamo anche particelle solide formate in prevalenza da acqua e ghiaccio, ma troviamo anche pulviscolo atmosferico (ceneri vulcaniche, polline, salsedine e polvere). Molte particelle sono igroscopiche, ossia assorbono l’acqua. Ogni volta che avvengono precipitazioni, vuol dire che la molecola d’acqua ha interagito con il pulviscolo atmosferico.

Struttura verticale dell'atmosfera

La struttura verticale dell’atmosfera è suddivisa in strati termici: troposfera (strato di 20 km, più vicina alla superficie terrestre e in cui avvengono i fenomeni meteorologici), stratosfera (tra i 20 e i 50 km), mesosfera (tra i 50 e gli 85 km), termosfera (tra gli 85 e i 690 km) ed esosfera (tra i 690 e i 10000 km). Queste distanze variano nel tempo e nello spazio.

Salendo di quota, la temperatura diminuisce fino ad arrivare alla tropopausa, ossia il punto che delimita la troposfera dalla stratosfera, in cui arriva a 55°, per poi risalire e ricominciare il ciclo di variazione, con temperature diverse. Quantità di anidride carbonica e variazione di temperatura sono in stretta relazione, difatti entrambe sono in costante aumento.

Si calcola col barometro. La pressione è maggiore (più densa) alle basse altitudini e minore (meno densa) alle alte altitudini. Nel mare abbiamo una pressione maggiore, mentre al suolo abbiamo pressione di 1 atmosfera (1000 mBar).

Tempo atmosferico e clima

Il tempo atmosferico o meteorologico è un insieme di fenomeni e condizioni che si generano a causa delle reazioni che provoca la radiazione solare che incide sull’atmosfera, ed è condizionato sia dai movimenti della Terra che dalla superficie terrestre. Sono quindi condizioni atmosferiche di breve durata, ed è la sommatoria di temperatura, pressione atmosferica, umidità, precipitazioni etc.

L’atmosfera ha comportamenti dipendenti da variabili fisiche dette elementi meteorologici. I più importanti sono temperatura, umidità, pressione e vento.

Il clima è l’insieme delle condizioni atmosferiche giornaliere nell’arco di un lungo periodo, considerando valori medi ed estremi. I fattori del clima sono la latitudine (in funzione della latitudine abbiamo diverse inclinazioni dei raggi solari), distribuzione di continenti e oceani (essi reagiscono in maniera differente rispetto alla temperatura), circolazione atmosferica e degli oceani (trasportano masse di vapore e di energia), altitudine (va a diminuire con l’aumentare di essa), barriere topografiche (condiziona la migrazione delle masse, ad esempio l’aria sale dalle pendici di un monte e arrivando alla cima si raffredda, poi superandola si riscalda assorbendo l’umidità) e tempeste.

Energia termica e temperatura

Il calore è la quantità di energia cinetica subita da un corpo, la velocità di vibrazione di determinate particelle. È una forma di energia detta energia termica, e fa aumentare la temperatura. La temperatura misura il livello di calore di una sostanza, e si misura col termometro. Il suo valore può essere espresso in Celsius, Fahrenheit o Kelvin. Il calore può essere prodotto dal Sole, da combustione, dall’attrito o dall’energia elettrica. Gli effetti del calore sono la dilatazione e i cambiamenti di stato, e si trasmette sempre da un corpo più caldo ad un corpo più freddo per convezione, conduzione o irraggiamento.