ATMOSFERA involucro gassoso che circonda la Terra solida e
liquida. Rimane aderente alla superficie terrestre grazie alla forza di
gravità.
Origine dell’atmosfera
Si fa risalire a circa 5 miliardi di anni fa la formazione della Terra
Nei primi 500 milioni di anni era presente una densa atmosfera di vapori e
gas prodotti dal degasaggio dell’interno del pianeta (formazione delle rocce e
vulcanesimo).
Probabilmente erano presenti:
- Idrogeno (H2)
- Acqua in forma di vapore (H2O)
- Metano (CH4)
-Diossido di carbonio (CO2)
si forma per reazione di H2 con CO2
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Origine dell’atmosfera
2
Prima di 3,5 miliardi di anni fa l’atmosfera era probabilmente formata da:
- Diossido di carbonio (CO2)
- Monossido di carbonio (CO)
- Acqua (H2O)
- Azoto (N2)
- Idrogeno (H2)
il metano fu probabilmente scisso dalla radiazione solare
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Origine dell’atmosfera 3
L’ ossigeno libero non era presente. Prova di ciò è riscontrabile nelle rocce
più antiche dove è possibile trovare elementi quali il Ferro e l’Uranio nei loro
stati ridotti.
Questi elementi allo stato ridotto non sono più presenti nella forme ridotte in
rocce con età inferiore ai 2.5-3 miliardi di anni
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COMPONENTI
VAPOR D’ACQUA
AZOTO (78%)
OSSIGENO (21%) stato
Formazione di nubi e
Fissato dai batteri
libero, mol. bi-triatomiche
precipitazioni. Assorbe
azotofissatori nel
(O3, ozono).
En. Irradiata dalla Terra e
suolo, restituito poi
Prodotto da piante.
emanata dal sole.
all’atmosfera.
ALTRO:
ANIDRIDE CARBONICA
CO, SO2, H2SO4 ,
(0,03%) Prodotta da: vulcani,
H2S, in zone abitate
processi di combustione,
e industriali.
respirazione…
PULVISCOLO utilizzata sempre da vegetali.
Minerali portati
dal vento, spore,
batteri…
L’OZONO è presente nella bassa atmosfera dove si forma durante i temporali per
azione delle scariche elettriche sull’ossigeno.
3O2----- 2O3. Esso è presente in quantità notevoli nelle FASCIA DI OZONO fra i
15 e 50 km di altezza.
Nell’atmosfera esiste un’ EQUILIBRIO CHIMICO che mantiene invariate le
percentuali dei gas concentrati. Oggi esso è minacciato dalle attività umane.
L'attuale concentrazione dell'anidride
CO2 carbonica (CO2) di 358 parti per
milione (0.0358%) è del 30% più alta
rispetto a 200 anni fa
PULVISCOLO ATMOSFERICO
•
Il pulviscolo atmosferico particelle solide organiche o inorganiche (AEROSOL)
sospese
• Componenti del pulviscolo:
• polveri e fibre
• residui di combustioni ed emissioni inquinanti,
• pollini acari dermatofagi, microrganismi, e altri biocontaminanti (muffe,
spore fungine, micotossine, virus, residui di insetti, escrezioni animali e di
parassiti etc)
• Negli strati più alti: polveri cosmiche e particelle provenienti da eruzionii vulcaniche.
Il pulviscolo ha effetti sulla propagazione e l'assorbimento delle radiazioni, sulla visibilità
atmosferica, sulla salute.
Concentrazioni diverse (g/m3) nei diversi ambienti:
• 0,05 - 0,10 in campagna
• 0,10 - 0,20 in città
• 0,20 - 0,40 in zone industriali.
• Il diametro di ciascuna particella va da 0,005 - 100 µm
(Particulate matter, abbreviato in PM: ad esempio le particelle sospese con dimensioni
inferiori a 10 µm vengono indicate come PM10.)
Zone concentriche
(T variabile con l’altitudine)
separate da Pause
(T costante)
STRUTTURA VERTICALE DELL’ATMOSFERA
http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/atmosphere.html
OMOSFERA: (TROPO, STRATO, MESOSFERA)
TROPOSFERA
•Sfera schiacciata ai poli
• dai 6 ai 20 km;
• progressiva diminuzione della
t° con l’altezza (6.4°C ogni
1000m);
• composizione chimica
costante perché le masse d’aria
sono tenute sempre in
movimento dalle correnti.
Nella Troposfera avvengono
molti dei fenomeni
metereologici.
Tropopausa: 2 interruzioni
per emisfero: 30° e 60° di
latitudine N e S
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La Stratosfera
•DA 20 A 50KM DI H
•gas stratificati secondo il peso
specifico, poco vapor acqueo
assenza di CO2;
• la t° è bassa ma raggiunge i
20°C sopra lo strato di ozono
che assorbe i raggi ultravioletti
del Sole.
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Tra la Stratosfera e lo strato
successivo si frappone la
“Stratopausa”
FORMAZIONE DELL’OZONO
•
O2 -----> 2 O
O + O2 -----> O3
La lunghezza d'onda della luce responsabile di questa
reazione è in questo caso minore o uguale a 240 nm UVC
• L’ozonosfera assorbe molti raggi UV (fra 240 e 320 nm)
che possono causare tumori alla pelle e danni alla
vegetazione e si ritrasforma in ossigeno biatomico (effetto
termico)
• L’equilibrio fra le reazioni consente di mantenere
costante la quantità di ozono
• Al livello del suolo l'ozono è un pericolo in quanto
rappresenta il principale costituente del cosiddetto smog
fotochimico.
DISTRUZIONE OZONO
• equilibrio modificato
dal cloro, un gas
presente in sostanze
dette
cloroflurocarburi
(commercialmente
freon).
CCl3F triclorofluorometano
CCl2F2
• Quando un atomo di
cloro collide con una
molecola di ozono si
appropria del terzo
atomo di ossigeno per
cui si vengono a
formare una molecola
di O2 e un radicale di
monossido di cloro
(ClO).
•Tale radicale è notevolmente attivo
per cui si combina facilmente con
atomi di ossigeno liberando ancora
il cloro che resta disponibile per
ricominciare il ciclo
La Mesosfera
•La “Mesosfera” fino a 80 chilometri
di altezza. La temperature
diminuiscono fino a a valori di circa –
90°C
•Le sostanze chimiche presenti sono
in uno stato eccitato a causa
dell’energia proveniente dal sole.
•gas rarefatti
•si disintegrano la maggior
parte dei meteoriti.
La Termosfera
La “Termosfera” o IONOSFERA
• gas sono sottoforma di ioni carichi a
causa delle radiazioni solari
ionizzanti (gamma, X) non si
riassociano perché rarefatti;
•fino a una altezza di 600 chilometri.
•la temperatura torna a crescere e può
raggiungere valori superiori a 1500-2000°C
(temperatura cinetica)
•zona di riflessione delle
onde radio (1901 Marconi)
•fenomeni luminosi delle aurore
polari a 65°N e 65°S
.
http://liftoff.msfc.nasa.gov
La Esosfera
La “Esosfera” segue la Termosfera e
arriva fino allo spazio aperto 600-1500
km (atmosfera solare)
In questa regione l’idrogeno (H2) e
l’elio (He) sono i componenti principali
e sono presenti a densità molto basse.
•particelle libere di muoversi e
capaci di sfuggire alla forza di
gravità
•t° tende ad aumentare
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MAGNETOSFERA: oltre i 600 km di h
La terra si comporta come un dipolo magnetico, ossia come una
calamita, le cui linee di forza generano attorno al pianeta un campo
magnetico
• Il bordo esterno: 65000 km di h (zona di influenza del campo
magnetico terrestre)
• la magnetosfera protegge la Terra dalle radiazioni ad alta energia
provenienti dal sole
• le particelle ionizzate provenienti dal sole (il vento solare )
intrappolate, si accumulano in regioni, disposte lungo l'equatore
magnetico, dette fasce di Van Allen
• 1957 e 1958 l'Explorer 1 contatore geiger, costruito da Van Allen.
L'apparecchio, non misurò alcuna particella. in corrispondenza
delle fasce di Van Allen. ( quantità di particelle talmente grande
che lo strumento non era in grado di registrarle)
• fascia interna,
3000 km protoni
ad alta energia
prodotti dagli urti
tra i raggi cosmici
e gli atomi
dell'atmosfera.
• particelle di tale
•fascia esterna, (25 000 km) protoni ed
energia perforano
elettroni di energia molto inferiore. Il numero
facilmente le
delle particelle dipende dall’attività solare e
dalla stagione.
pareti di satelliti e
stazioni spaziali:
•tempeste solari: aumento del numero di
particelle del vento solare
•vengono deviate dal campo magnetico
terrestre, si dirigono verso i suoi poli
•collisione con gli ioni dell'alta atmosfera, con
debole luminescenza del cielo (emissione di
onde a lunghezza d’onda visibile)
Le RADIAZIONI SOLARI sono la fonte di En. Per l’atmosfera. Esse
raggiungono la Terra sottoforma di:
RAD.
ELETTROMAGNETICHE
di natura ondulatoria
Raggi X, luce visibile, raggi
ultravioletti e radiazioni
infrarosse.
VENTO SOLARE
di natura corpuscolare.
Fermate quasi sempre
dal campo magnetico.
BILANCIO TERMICO
COSTANTE SOLARE =0,14 W/cm2
Riferito allo strato esterno dell’atmosfera.
Quantità media di radiazione solare in un giorno
La Terra riceve il 51% circa delle radiazioni solari, la quantità comunque varia. La
terra riflette una parte delle radiazioni che riceve (4% circa) e che si vanno a
sommare con quelle riflesse dalle nubi e dall’atmosfera e ne assorbe il 47%
trasformandolo in IR
ALBEDO
Percentuale di radiazioni riflesse dalla Terra (superficie e atmosfera)
=35% circa
il 18 % è assorbito dall’atmosfera
Se si considera il
sistema SOLETERRAATMOSFERA si
può constatare che
il Sole scalda la
Terra e la terra
l’aria (effetto serra).
31%
47%
18%
4%
ass terra
rifl terra
ass atm
rifl atm
come la terra scalda l’atmosfera
• per contatto il calore
terrestre passa a CO2 e
vapore acqueo
• parte di questo calore
viene utilizzato per
l’evaporazione
dell’acqua (calore
latente di
evaporazione)
• Q= m*cl
• per convezione io
calore viene spostato
in senso orizzontale e
verticale
nell’atmosfera
