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L’ATMOSFERA:
COMPOSIZIONE, STRUTTURA E RELAZIONE CON IL MONDO VIVENTE
La superficie terrestre è lambita da un “oceano” gassoso, che la avvolge in un involucro impalmpabile:
l’atmosfera. Questa, per la maggior parte addensata nei primi 10-12 km di altezza, si estende in forma
sempre più rarefatta fino a oltre 2000 km dalla superficie.
Composizione dell’aria
COMPONENTE GASSOSO
% IN VOLUME
Azoto (N2)
Ossigeno (O2)
78,08
20,95
Nell’immagine a
sinistra (Nasa)
l’atmosfera appare
come un anello
sfumato intorno alla
terra.
Altri gas
Argo (Ar)
Diossido di carbonio
(CO2)
Neon (Ne), Elio (He),
Kripto (Kr), Xeno
(Xe), Idrogeno (H2),
Metano (CH4), Ozono
(O3)
Vapore acqueo
0,93
0,038
0,002
0-4
LA COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA
La parte più bassa dell’atmosfera comprende l’aria che respiriamo, un miscuglio di gas formati per poco
meno di quattro quinti in volume (circa il 78%) da azoto, per poco più di un quinto (circa 21%) da ossigeno e
per una piccola frazione residua da argo, anidride carbonica o diossido di carbonio e altri gas presenti in
tracce; questi dati si riferiscono all’aria secca, cioè priva di umidità: l’aria, infatti, contiene sempre quantità
variabili di vapore acqueo (umidità atmosferica) in percentuali variabili tra lo 0% e il 4%.
Di Alessia Cesana
LA STRUTTURA DELL’ATMOSFERA
Studiando come variano le caratteristiche dell’atmosfera alle varie quote, in particolare la temperatura,
oltre che la densità e la composizione, si è potuto osservare che l’involucro gassoso complessivo può essere
considerato formato da una serie di strati o “sfere” che si distinguono specialmente per il differente
andamento della temperatura: se in uno strato la temperatura aumenta, in quello successivo diminuisce o
viceversa; i vari strati sono separati da sottili fasce, dove si verifica l’inversione dell’andamento della
temperatura: queste superfici di discontinuità, dove ogni strato sfuma nel successivo, sono chiamate pause.
Procedendo dal basso verso l’alto si incontrano i seguenti strati: la troposfera, la stratosfera, la mesosfera,
la termosfera e l’esosfera.
Rappresentazione schematica degli strati in cui viene suddivisa l’atmosfera in base all’andamento della temperatura
LA TROPOSFERA è lo strato a diretto contatto con la
superficie terrestre, in cui è presente l’aria che respiriamo.
Si estende ad altezze variabili con la latitudine: da valori di
8-10 km sopra i Poli a valori di 16-18 km sopra l’Equatore
(come valore medio si considerano 12 km). È lo strato più
denso dell’atmosfera, dove si concentra circa il 90% della
sua massa gassosa e gran parte del vapore acqueo
(umidità atmosferica) ed è pertanto sede delle
perturbazioni meterologiche (venti, precipitazioni), cioè di
fenomeni continuamente “mutevoli”.
Nella troposfera si trovano disperse anche fini particelle
solide formate da sabbie e polveri sollevate dai venti,
ceneri di origine vulcanica, minuscoli cristalli di sale che
derivano dagli spruzzi del mare, pollini e microrganismi
quali funghi e batteri: nel loro insieme costituiscono il
pulviscolo atmosferico, che comprende anche le emissioni
inquinanti (fumi e gas) originate dall’attività umana; queste
particelle in sospensione nell’aria svolgono un compito
importante, in quanto su di esse avviene la condensazione
del vapore acqueo, e ciò favorisce la formazione delle nubi
e delle precipitazioni.
Salendo in quota, l’aria diventa sempre più rarefatta (cioè
meno densa): già a 5000-6000 m l’ossigeno diventa
talmente scarso da rendere molto difficile la respirazione.
La troposfera viene riscaldata soprattutto dalla superficie
terrestre, per cui la sua temperatura, che mediamente è di
15° C a livello del mare, tende a diminuire con una certa
regolarità salendo verso l’alto. All’altezza della
tropopausa, il confine superiore della troposfera, la
temperatura raggiunge i valori più bassi (intorno a -70° C)
per poi risalire.
La STRATOSFERA si estende al di sopra della tropopausa
mediamente fino a circa 50 km di altezza. In essa i gas sono
molto rarefatti (circa 1/1000 della densità rispetto al livello
del mare) e tendono via via a disporsi secondo il loro peso
molecolare, cioè a “stratificarsi”.
Per la quasi totale assenza di umidità, non si formano nubi
e quindi sono assenti le perturbazioni. La temperatura,
molto bassa alla base della stratosfera, tende ad
aumentare fino a valori compresi tra 15 e 20° C nella parte
superiore, al confine con la stratopausa. Questo
riscaldamento è connesso alla presenza di ozono, un gas
formato da tre atomi di ossigeno (O3), particolarmente
concentrato in una zona compresa all’incirca tra 25 e 40
km di altezza detta ozonosfera o fascia di ozono. L’ozono,
che si forma continuamente a partire dall’ossigeno (O2),
assorbe gran parte dei raggi ultravioletti provenienti dal
Sole in grado di danneggiare gli organismi viventi e nel
corso di questo processo si libera calore che fa aumentare
la temperatura della stratosfera. Nel corso degli ultimi
decenni si osservata una preoccupante diminuzione della
concentrazione di ozono causata da sostanze inquinanti
immesse dall’uomo nell’atmosfera.
La MESOSFERA si estende oltre la stratopausa fino a circa
90 km di altezza. In questo strato la temperatura
diminuisce rapidamente con l’altezza fino a circa -80° C in
corrispondenza della mesopausa e i gas presenti sono
molto rarefatti e in parte presenti, anziché come molecole,
come particelle elettricamente cariche (ioni): sono la parte
inferiore di una fascia ionizzata presente nello strato
successivo.
In questo strato si verifica il fenomeno delle stelle cadenti:
sono piccoli frammenti rocciosi in arrivo dallo spazio che
incontrando l’atmosfera bruciano per attrito lasciando scie
luminose; sulle polveri residue possono formarsi cristalli di
ghiaccio che formano le cosiddette nubi nottilucenti,
spesso visibili nelle notti d’estate, perché brillano
riflettendo la luce del Sole.
La TERMOSFERA si estende oltre la mesopausa fino a circa
500 km di altezza e i gas sono ancora più rarefatti che nella
mesosfera; la temperatura aumenta fino a toccare valori
che in corrispondenza della termopausa superano anche
2000° C. Queste temperature non vanno intese nel senso
comune: si tratta infatti di temperature “cinetiche”: per
l’estrema rarefazione dei gas, le loro poche molecole
hanno molto spazio a disposizione e si muovono
mediamente a velocità altissime che, per prodursi in
condizioni normali, al suolo, richiederebbero quelle elevate
temperature; in realtà, l’energia termica che le molecole
della termosfera sarebbero in grado di trasferire ad altri
corpi è piccolissima: un comune termometro misurerebbe
temperature bassissime di molte decine di gradi sottozero.
Nella termosfera le particelle gassose sono presenti
prevalentemente in forma di ioni, in seguito agli urti che
subiscono da parte delle radiazioni solari più energetiche
(raggi cosmici, costituiti soprattutto da protoni, che
formano il vento solare) che “strappano” elettroni dai loro
atomi: in questo modo formano un’estesa fascia ionizzata
chiamata ionosfera (che sconfina nella mesosfera), i cui
strati riflettono i segnali radio a onde medie, corte e
cortissime e permettono le comunicazioni radio a grandi
distanze, superando il limite posto dalla curvatura della
Terra.
Nella termosfera si incendiano disintegrandosi piccoli
meteoriti e sciami di polveri solide che danno origine al
fenomeno delle stelle cadenti; inoltre, la presenza della
fascia ionizzata è anche all’origine di spettacolari fenomeni
luminosi noti come aurore polari.
L’ESOSFERA, lo strato più esterno dell’atmosfera, si
estende oltre i 500 km e le particelle gassose, costituite da
atomi di elio e idrogeno, diventano via via talmente
rarefatte che, oltre la soglia dei 2000-2500 km circa (il
limite convenzionale dell’esosfera), so passa al vuoto
siderale quasi totale.
VERIFICA DELLE CONOSCENZE
1. Scegli il completamento corretto.
In un volume di aria secca, le parti di ossigeno e di
azoto stanno tra loro all’incirca nel rapporto:
a. 2 : 1
b. 1 : 3
c. 1 : 4
d. 2 : 5
L’aria che respiriamo fa parte della:
a. Stratosfera
b. Troposfera
c. Mesosfera
d. Termosfera
È lo strato in cui è presente la fascia della ionosfera.
a. Esosfera
b. Stratosfera
c. Mesosfera
d. Termosfera
Un gas presente in abbondanza nell’atmosfera primitiva
della Terra e che ora rappresenta solo lo 0,038 % in
volume dell’aria è:
a. L’argo
b. Il metano
c. Il diossido di carbonio
d. L’idrogeno
L’ozono è presente specialmente in una fascia:
a. Che si trova nella mesosfera.
b. Compresa tra 15 e 25 km di altezza.
c. Che si trova nella stratosfera tra 50 e 60 km di
altezza.
d. Compresa tra 25 e 40 km di altezza.
2. Completa le seguenti definizioni scrivendo i termini opportuni.
a. Lo strato più esterno dell’atmosfera......................................................................................................................
b. Lo strato in cui si trova la fascia di ozono ...............................................................................................................
c. Lo strato in cui hanno sede le aurore polari ...........................................................................................................
d. Lo strato in cui si verifica il fenomeno delle stelle cadenti .....................................................................................
e. Lo strato in cui si verifica la maggior parte dei fenomeni meteorologici .................................................................
f.
Lo strato compreso fra la stratosfera e la termosfera ............................................................................................
g. La superficie di discontinuità fra la stratosfera e la troposfera ...............................................................................
h. Lo strato che si estende fino a circa 500 km ..........................................................................................................
3. Seguendo quali criteri viene suddivisa l’atmosfera?
...............................................................................................................................................
4. Dove è presente il pulviscolo atmosferico?
...............................................................................................................................................
5. Come varia la temperatura dell’atmosfera dal livello del mare fino alla mesopausa?
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
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