Scienze della Terra per le superiori/Gli strati atmosferici


Gli strati dell'atmosferaModifica

 
L'atmosfera terrestre vista dallo spazio

L'atmosferaModifica

L'atmosfera è un involucro della Terra che ci permette di vivere e ci protegge. Questo involucro è caratterizzato da più strati sovrapposti. Gli strati che formano l'involucro aeriforme vengono chiamati anche sfere. Queste sfere vengono separate le une dalle altre da una zona chiamata pausa. L'aria contiene miscugli di gas, vapore acqueo e polveri che costituiscono il pulviscolo atmosferico. Il vapore acqueo si trova nelle sfere più basse dell'atmosfera, soprattutto nella troposfera. Il vapore acqueo presente in questo strato proviene soprattutto dall'evaporazione dell'acqua degli oceani.

Composizione Chimica dell'AtmosferaModifica

La composizione chimica media al suolo dell'atmosfera è la seguente:

  • Azoto (N2): 78,08%
  • Ossigeno (O2): 20,95%
  • Argon (Ar): 0,93%
  • Vapore acqueo (H2O): 0,33% in media
  • Biossido di carbonio (CO2): 0,0403%
  • Neon (Ne): 0,00181%
  • Elio (He): 0,0005%
  • Metano (CH4): 0,0002%
  • Idrogeno (H2): 0,00005%
  • Kripton (Kr): 0,000011%
  • Xeno (Xe): 0,000008%
  • Ozono (O3): 0,000004%I diversi colori del cielo sono dovuti alla dispersione di luce prodotta dall'atmosfera.

Sono anche presenti, in tracce, ossidi di azoto (NO, NO2; N2O), monossido di carbonio (CO), ammoniaca (NH3), biossido di zolfo (SO2), solfuro di idrogeno (H2S).

Non tutti gli strati hanno le stesse concentrazioni di gas: ad esempio il vapore acqueo è presente quasi soltanto nella troposfera, lo strato più basso, ed è praticamente assente nella termosfera e nell'esosfera, che viceversa contengono quasi tutto l'elio e l'idrogeno. L'ozono è contenuto in massima parte nella stratosfera, in cui costituisce un importante strato, chiamato appunto "strato dell'ozono".

 
Gli strati atmosferici.

StratosferaModifica

La Stratosfera è il secondo strato dell'atmosfera, è separata dalla troposfera grazie alla tropopausa e dalla mesopausa grazie alla stratopausa. [1]

La Stratosfera è stata scoperta nel 1902 da Léon Teisserenc de Bort e Richard Assman, separatamente ma nello stesso periodo, basandosi sulle differenze di temperatura e su esperimenti apportati a circa 11/14 km di altezza (base della stratosfera) [2]

Si estende fino ai 50 Km di altezza, il vapore acqueo è quasi assente rispetto e i gas sono molto più rarefatti rispetto alla troposfera.[3]

La Stratosfera è divisa a sua volta in fasce dalla temperatura, a differenza della troposfera le fasce più fredde si trovano più vicine alla Terra e possono raggiungere una temperatura di circa -55 °C, mentre la temperatura sale salendo di quota fino a raggiungere circa i 0°C intorno ai 50 km di altezza, nella stratopausa. Questo fenomeno avviene grazie all'ozono.[4]

L'ozono (O3). È un gas che si forma a causa dei raggi ultravioletti (quelli responsabili dell'abbronzatura) che colpiscono l'ossigeno biatomico (O2), lo rompono e gli atomi di ossigeno si riaggregano formando ozono, cioè un ossigeno triatomico. L'ozono stesso poi viene continuamente rotto e riformato (b) sotto l'azione dei raggi ultravioletti. In questo modo l'ozono diventa una barriera che blocca il 99% dei raggi ultravioletti, che altrimenti sarebbero dannosi per la vita sulla Terra (nell'uomo favoriscono i tumori della pelle).

In questi ultimi decenni lo strato di ozono è sotto osservazione perché si è assottigliato in corrispondenza dei poli, il famoso "buco" dell'ozono (ma in realtà è solo un assottigliamento). Se questo "buco" si allargasse troppo ci potrebbero essere delle conseguenze negative per la vita sulla Terra.

La temperatura della Stratosfera varia anche a causa del cambiamento delle stagioni,raggiungendo temperature particolarmente basse durante l'inverno. [5]

I venti della Stratosfera hanno direzione più costante sono più forti rispetto a quelli presenti nella troposfera, raggiungendo i 220 km/h nel vortice polare meridionale. [6]

Nella stratosfera si disintegrano completamente la maggior parte dei meteoriti che entrano nell'atmosfera e vi sono inoltre presenti delle nubi madreperlacee formate da cristalli di ghiaccio e polveri. [7] Nella parte più bassa possono formarsi delle nuvole di cristalli di ghiaccio dette cirri. Sono nuvole molto sottili che in genere appaiono come delle velature o leggere spennellature nel cielo azzurro.

La vita nella Stratosfera è rara ma presente: I batteri riescono a sopravvivere nella stratosfera, facendo quindi parte della sua biosfera, infatti nel 2001 è stata esaminata della polvere trovata su una mongolfiera a 41 Km di altezza nella quale sono state trovate delle forme di batteri. Anche alcune specie di uccelli sono state riportate a volare negli strati più bassi della stratosfera.[8]

StratopausaModifica

La temperatura continua ad aumentare fino alla stratopausa, quando l'aria è più fredda ma relativamente calda intorno ai -3 °C. Fino a questo punto, l'aria si è riscaldata a causa dello strato di ozono, che assorbe i raggi UV e, nel processo, riscalda l'aria circostante. Sopra la stratosfera, lo strato di ozono si assottiglia di nuovo e, di conseguenza, la temperatura ricomincia a scendere. La pressione atmosferica è intorno ai 1/1000 sul livello del mare. [9]

MesosferaModifica

La mesosfera è il terzo dei 5 strati che compongono l'atmosfera. E' separata dalla Stratosfera grazie alla Stratopausa e dalla Termosfera grazie alla Mesopausa.

I confini esatti superiori e inferiori della mesosfera variano con la latitudine e con la stagione, ma il limite inferiore della mesosfera solitamente si trova ad un'altezza di circa 50 km sopra la superficie terrestre e la mesopausa è di solito ad altezze nei pressi di 100 km, se non a latitudini medie e superiori in estate dove si scende ad altezze di circa 85 km. La stratosfera, la mesosfera e la parte più bassa della termosfera sono indicate collettivamente come "atmosfera di mezzo".

La mesosfera è caratterizzata da una accentuata rarefazione degli elementi gassosi e da un graduale aumento di quelli più leggeri a scapito di quelli più pesanti. In questa parte dell'atmosfera la temperatura riprende a diminuire con l'altezza e raggiunge il valore minimo, variabile tra i −70 ed i -140 °C, intorno agli 80 km.[10]

Attorno agli 80 km di quota si possono osservare le nubi nottilucenti, costituite probabilmente di cristalli di ghiaccio e polveri. Queste nubi sono visibili d'estate ad alta latitudine o al crepuscolo, e si presentano come sottili e brillanti, intensamente illuminate dagli ultimi raggi del Sole. L'osservazione di queste nubi mostra che nell'alta mesosfera esiste un complesso sistema variabile di correnti aeree, che dovrebbero raggiungere velocità fino a 300 km/h. Connesse a questi moti sono le variazioni di altezza della mesopausa, come avviene anche nella tropopausa e nella stratopausa.

Milioni di meteore entrano nell'atmosfera, una media di 40 t l'anno anche se le stime non sono unanimi. All'interno della mesosfera, la maggior parte si scioglie o si vaporizza, risultato delle numerose collisioni con le particelle di gas presenti nella nostra atmosfera. Questo si traduce in una maggiore concentrazione di ferro e altri materiali sulla superficie terrestre. [11]

La mesosfera è stata attraversata soltanto tramite i vari tipi di razzo-sonda. Ancora oggi risulta essere la porzione di atmosfera meno conosciuta. La presenza di spettri rossi e getti blu (scariche elettriche o pseudo-fulmini all'interno della mesosfera bassa), nubi nottilucenti e altri fenomeni rende questa parte incompresa di atmosfera una delle più studiate dalla comunità scientifica.

MesopausaModifica

La mesopausa è il punto di minima temperatura tra la mesosfera e la termosfera, è la regione più fredda della Terra con temperature fino a -100 ° C, inoltre la mesopausa in estate è più fredda che in inverno.

Si presumeva che l'altitudine della mesopausa fosse di circa 85 km, Ma le osservazioni ad altitudini più elevate, negli ultimi 10 anni hanno dimostrato che in effetti la mesopausa è costituita da due minimi - uno a circa 85 km e un minimo più forte a circa 100 km.[12]

TermosferaModifica

La termosfera è il quarto strato dell'atmosfera e i trova tra i 100 e i 500 km di altitudine. Qui l'aria è molto rarefatta[13] e si raggiungono i massimi valori di ionizzazione. Le temperature salgono molto, fino a raggiungere i 2700°C verso gli 800 km. queste temperature elevate sono dovute alle reazioni nucleari tra le particelle ionizzate, che producono una grande quantità di energia termica. Inoltre la ionizzazione è anche causa del fenomeno delle aurore polari. [14]

TermopausaModifica

Si trova a circa 1000 km di altitudine ed ha da caratteristiche fisiche costanti.[14]

IonosferaModifica

La ionosfera è una zona dell'atmosfera tra i 60 e i 500 km di altitudine e corrisponde circa agli strati della mesosfera e della termosfera. Questa zona è caratterizzata dalla presenza di una grande quantità di particelle cariche elettricamente, gli ioni, causati dalle radiazioni ultraviolette del sole: si dice quindi ionizzata. La ionosfera è divisa in cinque strati, ognuno con caratteristiche differenti. Questi strati sono molto importanti poiché permettono la riflessione delle onde elettromagnetiche verso la Terra, soprattutto delle radioonde, fondamentali per le radiocomunicazioni.[14][13]

EsosferaModifica

L'esosfera è la parte più esterna dell'atmosfera[13] e si trova a circa 500 km d'altezza. I gas che la compongono sono molto rarefatti, è composta principalmente da atomi e ioni di idrogeno ed elio. La parte finale dell'esosfera è chiamata frangia dell'atmosfera. Qui le molecole più leggere riescono a liberarsi dall'attrazione gravitazionale, finendo nello spazio.[14]

Le aurore polariModifica

Le aurore polari sono dei fenomeni luminosi che si verificano in entrambi i poli terrestri. Se queste si verificano al polo nord sono dette aurore boreali, al contrario, se sono al polo sud sono dette australi. La loro estensione in verticale va da 65 a 900 km. Le aurore polari sono causate dall'ingresso nella parte più esterna dell'atmosfera di radiazioni. Queste sono sotto forma di protoni ed elettroni con molta energia prodotti dal sole; essi vengono catturati dal campo elettromagnetico terrestre ed eccitano le molecole dei gas atmosferici (in particolare le molecole di azoto e ossigeno atomico). Queste appena si diseccitano emettono la tipica luce delle aurore polari. Essa è per la maggior parte delle volte rossa, altre invece, verde. I nostri occhi riescono a percepire solo la luce verde, ma possiamo osservare quella rossa attraverso apposite strumentazioni. La loro luminosità è variabile, ma raggiunge i suoi massimi livelli prima della mezzanotte e dell'alba. La forma caratteristica delle aurore polari è quella dell'arco o di sistemi di archi. Esse infine avvengono circa ogni 27 giorni. [14]

Le proporzioni degli strati atmosfericiModifica

Nella parte sottile a destra dell'immagine sottostante si può notare come siano realmente gli strati atmosferici nelle reali proporzioni. Si può osservare infatti che gli strati inferiori siano sensibilmente più sottili rispetto a quelli superiori (l'esosfera è solo in piccola parte rappresentata nella figura). [15]

 
Gli strati atmosferici rappresentati nelle proporzioni reali.

Il ciclo dell'acquaModifica

 
Il ciclo dell'acqua
 
Vapore acqueo proveniente dalla traspirazione delle piante.


Il ciclo dell'acqua è quello che ne determina i cambiamenti di stato. Essa infatti grazie al calore del sole evapora dai mari, dagli oceani e da tutte le riserve d'acqua anche molto piccole presenti sulla terra. Una piccola quantità di quest'acqua proviene anche dalla traspirazione delle piante[13]. Essa si trasforma in vapore acqueo nell'atmosfera, che, trasportato dai venti e a causa di cambiamenti di temperatura e pressione nella troposfera, si condensa e forma le nubi, da cui scendono le precipitazioni. Le acque alimentano fiumi e ghiacciai e possono scorrere in superficie o in profondità nel terreno nelle falde acquifere o provocando il fenomeno del carsismo. Le acque giungono poi ai mari e il ciclo ricomincia.[16][14]



FontiModifica

  1. libro di testo
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Stratosphere
  3. http://artico.itd.cnr.it/index.php/sezione-1/gli-strati-dell-atmosfera
  4. https://scied.ucar.edu/shortcontent/stratosphere-overview
  5. https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/vortex_NH.html
  6. https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/vortex_NH.html
  7. http://artico.itd.cnr.it/index.php/sezione-1/gli-strati-dell-atmosfera
  8. https://en.wikipedia.org/wiki/Stratosphere
  9. http://www.actforlibraries.org/what-is-the-stratopause/
  10. https://web.archive.org/web/20100701030705/http://www.ace.mmu.ac.uk/eae/atmosphere/older/mesosphere.html
  11. Leinert C.; Gruen E. (1990). "Interplanetary Dust". Physics and Chemistry in Space (R. Schwenn and E. Marsch eds.). Springer-Verlag. pp. 204-275.
  12. https://en.wikipedia.org/wiki/Mesopause
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 Libro di scienze, Zanichelli. Titolo: "#Terra con chimica" multimediale edizione azzurra.
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 14,5 Enciclopedia l'Universale
  15. Scienze della Terra per le superiori/Gli strati atmosferici, visionato in data 30/05/2020
  16. Atlante geografico metodico De Agostini; 2016-2017