Atmosfera: cos'è e come si compone

Di Redazione Studenti.

Cos'è e come si compone l'atmosfera: descrizione di troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera. Riscaldamento terrestre e venti

Cos'è l'atmosfera

Cos'è e come si compone l'atmosfera
Cos'è e come si compone l'atmosfera — Fonte: getty-images

L’atmosfera è un involucro di gas che circonda la terra, essa è trattenuta dalla forza di gravità. Senza l’atmosfera la vita sulla terra non sarebbe possibile, sia per la mancanza di ossigeno, sia perché i raggi solari sarebbero nocivi per la salute.

L’atmosfera è composta per il 78% da azoto, per il 21% da ossigeno e in misura minore da anidride carbonica elio, neon, argon, ozono e idrogeno. Negli strati più bassi dell’atmosfera è presente anche vapore acqueo e pulviscolo atmosferico. Negli strati più alti dell’atmosfera crescono le percentuali dei gas più leggeri (idrogeno, elio).

Quando la terra si è formata l’atmosfera aveva una composizione diversa da quella attuale.

Azoto e ossigeno sarebbero stati assenti, mentre idrogeno, elio ammoniaca e metano sarebbero stati i principali componenti dell’atmosfera.

Come si compone l'atmosfera

Nell’atmosfera si possono individuare diversi strati sovrapposti con caratteristiche diverse.

Vediamo quali sono.

Troposfera

La troposfera è lo strato più basso dell’atmosfera. Si estende per i primi 12 km e contiene circa il 75% della sua massa.

La gravità terrestre è maggiore in prossimità della superficie terrestre, dunque riesce ad attrarre la maggioranza delle particelle di gas e di polveri (ceneri vulcaniche, polveri fini da inquinamento, fumi).

Nella troposfera si concentra la maggior parte del vapore acqueo presente nell’aria e responsabile delle precipitazioni. La maggior parte del vapore acqueo deriva dall’evaporazione degli oceani. Il vapore si concentra nelle nuvole che portano precipitazioni sulla terra. I fenomeni atmosferici si verificano solo nella troposfera.

Le masse d’aria sono continuamente rimescolate dai venti, e la temperatura di questo strato diminuisce con l’altitudine (infatti in montagna il clima è più freddo).

Stratosfera

La stratosfera si estende tra i 12 e i 50 km di altezza.

In questo strato l’aria è più rarefatta, il vapore acqueo e il pulviscolo diminuiscono, non ci sono precipitazioni atmosferiche.

Nella parte più alta della stratosfera c’è lo strato di ozono, un gas formato da tre atomi di ossigeno O3, e che serve per filtrare le radiazioni ultraviolette che provengono dal sole e danneggiano la pelle. Le molecole di ozono sono instabili e si scindono a causa delle radiazioni ultraviolette in ossigeno molecolare O2 e un atomo di ossigeno atomico molto reattivo.

Le radiazioni ultraviolette assorbite in questo processo perdono energia prima di giungere a terra. Questo fatto ha un’enorme importanza per gli organismi viventi che sarebbero danneggiati dall’energia trasportata dai raggi UV (cancro della pelle, disturbi agli occhi).

I raggi UVB sono filtrati dallo strato di ozono, ma non è così per i raggi UVA che riescono ad arrivare a terra. Per ripararsi da queste radiazioni UV è necessari applicare creme solari protettive. L’ozono assorbe le radiazioni ultraviolette e riemette energia sotto forma di calore. Lo strato di ozono è una sorgente di calore, responsabile del graduale riscaldamento della stratosfera con la quota.

Mesosfera

Si estende tra i 60 e gli 80 km. I gas sono molto rarefatti, con un aumento percentuale di quelli più leggeri (idrogeno, elio). Nella troposfera la temperatura diminuisce progressivamente con la quota.

Termosfera

La termosfera si estende tra i 90 e i 450 km. In questo strato sono presenti ioni liberi ed elettroni, prodotti dai raggi UV e dai raggi X provenienti dal Sole.

A causa della ionizzazione dei gas (molto rarefatti) questo strato prende il nome di ionosfera. La ionosfera riflette le onde radio emesse dalla superficie terrestre, rendendo possibile le comunicazioni radio nei diversi punti del pianeta. La termosfera è caratterizzata da un costante aumento della temperatura con la quota.

Esosfera

L'esosfera si estende tra i 500 e i 2500 km. I gas sono molto rarefatti e poco attratti dalla gravità terrestre (non ruotano insieme alla terra).

Il riscaldamento terrestre

Il Sole emette radiazioni elettromagnetiche (onde) che trasportano energia. Una piccola parte di tali radiazioni arriva sulla Terra.

Di queste:

  • 1/3 è riflesso dall’atmosfera verso lo spazio (non arriva alla superficie terrestre);
  • 1/5 viene assorbito dall’atmosfera;
  • 1/2 arriva sulla superficie terrestre e da essa è assorbito.

Il bilancio termico del nostro pianeta è pari: tanta energia arriva dal Sole quanta ne viene riemessa dalla Terra.

Naturalmente non tutte le zone della Terra hanno lo stesso irraggiamento, perciò ci saranno zone più calde (zone equatoriali in cui i raggi solari sono quasi perpendicolari) e zone più fredde (poli, in cui i raggi solari arrivano molto obliqui).

Venti e correnti marine riescono a ridistribuire parzialmente il calore dei raggi solari.

L'Effetto serra è una delle ragioni dello sciogliemnto dei ghiacciai
L'Effetto serra è una delle ragioni dello sciogliemnto dei ghiacciai — Fonte: getty-images

Le radiazioni che giungono sulla superficie terrestre sono da essa rimesse.

Queste radiazioni sono tuttavia diverse da quelle che arrivano dal sole (hanno una lunghezza d’onda inferiore), esse possono essere intrappolate da alcuni gas presenti nell’atmosfera (anidride carbonica, metano, ossidi di azoto) contribuendo al riscaldamento terrestre.

Questo effetto prende il nome di effetto serra ed è responsabile del riscaldamento terrestre.

La temperatura media sulla Terra è di 35°C, ma senza l’effetto dei gas serra sarebbe molto inferiore. Negli ultimi anni, a causa dell’inquinamento dovuto all’uso dei combustibili fossili (es. petrolio, metano ecc.), c’è stato un aumento dei gas serra nell’atmosfera (in particolare l’anidride carbonica CO2) con conseguente aumento della temperatura terrestre (0,75°C dalla fine dell’Ottocento). Questo fenomeno ha portato e sta portando ancora allo scioglimento di parte dei ghiacci polari e ad un aumento del livello dei mari.

Purtroppo l’emissione di anidride carbonica è in aumento nei paesi industrializzati e in quelli in via di sviluppo.

Sostanze inquinanti in atmosfera

Gli scarichi industriali, i veicoli a motore e i riscaldamenti domestici, i vulcani producono inquinamento dell’atmosfera sia con polveri sottili che con gas tossici.

I principali agenti inquinanti sono:

  • Anidride carbonica (CO2): è responsabile dell’effetto serra. Si forma nei processi di combustione di combustibili fossili.
  • Monossido di carbonio (CO): provoca una ridotta capacità del sangue di trasportare ossigeno. Si forma nella combustione.
  • Ossidi di zolfo: si formano nella combustione di petrolio e carbone. Sono responsabili delle piogge acide.
  • Ossidi di azoto: si formano nella combustione di petrolio e carbone. Sono responsabili delle piogge acide.
  • Clorofluorocarburi (CFC): presenti nelle bombolette spray e nei sistemi refrigeranti. I CFC si legano all’ozono distruggendolo. Alla fine degli anni Novanta si è notato un assottigliamento dello strato di ozono sull’Antartide. Tale fenomeno sembra sia associato all’uso indiscriminato di CFC. Il buco dello strato di ozono ha impedito lo schermo dei raggi UV, con gravi danni per la salute.

I venti

Una massa d’aria esercita sulla superficie terrestre una pressione che si chiama pressione atmosferica e si misura in Pascal (Pa).

Come varia la pressione atmosferica?

  • La pressione atmosferica diminuisce con l’altitudine (è maggiore al mare che in montagna).
  • L’aria calda è meno densa dell’aria fredda ed esercita una pressione minore (bassa pressione).
  • L’aria umida è più leggera dell’aria secca.

Questo significa che masse d’aria calda e umida costituiscono zone di bassa pressione atmosferica, mentre masse di aria fredda e secca danno zone di alta pressione.

Una massa di aria si sposta sempre dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione, con un flusso d’aria chiamato vento.

La brezza di mare

La brezza di mare è un flusso d’aria (vento) che soffia in modo opposto di giorno e di notte.

Nelle ore più calde del giorno la terraferma si scalda di più del mare, perciò l’aria a terra è più leggera (minor pressione) di quella sul mare (maggior pressione).

Il flusso del vento di giorno è:

mare (alta pressione)→terra (bassa pressione)

Di notte la terra si raffredda di più del mare perciò il flusso della brezza è:

terra (alta pressione) → mare (bassa pressione)

Circolazione dei venti nella bassa troposfera

Come avviene la circolazione dei venti nella bassa troposfera? Su scala planetaria, nella bassa troposfera sono presenti tre grandi sistemi di venti costanti per ogni emisfero:

  • Venti orientali (polari)
  • Venti occidentali (alle medie latitudini)
  • Alisei (tra l’equatore e i tropici)

I venti costanti si originano da differenze permanenti di pressione atmosferica che si originano tra le diverse latitudini.

Subiscono inoltre l’influenza della forza di Coriolis (dovuta alla rotazione terrestre), che li fa deviare verso destra nell’emisfero boreale e verso sinistra in quello australe.

A 5 km da terra non c’è l’attrito del terreno perciò i venti sono più regolari e seguono la rotazione terrestre (venti occidentali), tranne in prossimità dell’equatore in cui spirano correnti orientali (a causa degli alisei).

Al limite superiore della troposfera ci sono flussi d’aria (fiumi d’aria) molto veloci chiamati correnti a getto. Esse sono:

  • corrente a getto subtropicale (abbastanza regolare ma cambia posizione nel corso dell’anno)
  • corrente a getto del fronte polare (molto irregolare).