Diapositiva 1 - e
annuncio pubblicitario
FORESTE E CAMBIAMENTI CLIMATICI SFA (GAB) – II anno – II semestre A.A. 2013-2014 ATMOSFERA Caratteristiche Chimiche COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA Fisiche • TEMPERATURA • PRESSIONE • UMIDITÀ • …. RADIAZIONE Tutti gli oggetti emettono radiazione elettromagnetica λ ENERGIA λ < lunghezza d’onda (λ) > energia >λ = < energia Corpi più caldi emettono radiazioni con λ più piccole Proprietà radiative di un corpo: • Emittanza (capacità di emettere radiazione) • Assorbanza (capacità di assorbire radiazione – riscaldamento) • Riflettanza (capacità di riflettere radiazione) • Trasmittanza (capacità di farsi attraversare dalla radiazione) Corpi dotati di buona assorbanza sono anche buoni emettitori di radiazione SOLE vs. TERRA 15°C TEMPERATURA È la misura dell’agitazione termica media delle molecole Scale della temperatura: Fahrenheit (F): P. fusione: 32°F; P. ebollizione: 212°F Celsius (C): P. fusione: 0°C; P. ebollizione: 100°C, T(F) = (9/5) T(C) + 32 Kelvin (K): P. fusione: 273.15 K; P. ebollizione: 373.15 K, T(K) = T(C) + 273.15 T(F) 9 T(C) 32 5 T(K) T(C) 273.15 PRESSIONE È il peso per unità di superficie della colonna di atmosfera sopra una data altezza EttoPascal: 1 hPa = 100Pa = 10-4 MPa MegaPascal: 1 MPa = 106 Pa Atmosfera: 1 atm = 0.1 MPa Bar: 1 bar = 0.1 MPa millibar: 1 mb = 10-4 MPa mm Hg: 1 mmHg = 133.2 Pa LEGGE DI STEVINO P gh Densità del fluido (kg·m-3) Al livello del mare P = 1013.25 hPa Altezza della colonna di fluido (m) Accelerazione di gravità (9.8 m·s-2) P = [kg m-1 s-2] = [N m2] = [Pa] Pascal (unità per P nel SI) COMPOSIZIONE CHIMICA DELL’ATMOSFERA L’atmosfera è un insieme di gas (e particelle sottili) la cui composizione varia nello spazio e nel tempo Altri gas: • Neon (Ne): 18.2 ppm (0.00182 %) • Elio (He): 5.24 ppm (0.000524 %) • Metano (CH4): 1.8 ppm (0.00018 %) • Kripton (Kr): 1.14 ppm (0.000114 %) • Idrogeno (H): 0.5 ppm (0.00005 %) COMPOSIZIONE CHIMICA DELL’ATMOSFERA Elementi permanenti (≈99.9%): • Azoto (N2) • Ossigeno (O2) • Argon (Ar) Poco importanti per le dinamiche climatiche dell’atmosfera Elementi variabili: • Anidride carbonica (CO2) • Acqua (H2O) • Ozono (O3) • Metano (CH4) • Diossido di azoto (NO2) • Alocarburi • Aerosol Importanti per le dinamiche climatiche dell’atmosfera ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA ANIDRIDE CARBONICA (CO2) 390 ppm Immessa in atmosfera attraverso: • • • • • Eruzioni vulcaniche Respirazione animale / vegetale Degradazione della sostanza organica nel suolo Utilizzo combustibili fossili Deforestazione Rimossa dall’atmosfera attraverso: • • Fotosintesi Dissoluzione chimica (suolo, aria, acqua) Concentrazione di CO2 aumenta di ≈ 2 ppm/anno ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA VAPORE ACQUEO (H2O) Immessa in atmosfera attraverso: • Evaporazione dell’acqua dalla superficie terrestre (E suolo + evapotraspirazione) Rimossa dall’atmosfera attraverso il ciclo idrologico: • Precipitazioni La quantità di acqua in atmosfera dipende fortemente dalla temperatura UMIDITÀ: contenuto di vapore acqueo UMIDITÀ ASSOLUTA: g vapore / m3 aria UMIDITÀ SPECIFICA: kg vapore / kg aria umida MIXING RATIO: kg vapore / kg aria secca UMIDITÀ RELATIVA: e / eS ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA OZONO (O3) Si forma a causa della radiazione UV nell’alta stratosfera (rappresenta una barriera naturale ai raggi UV) BUCO DELL’OZONO I composti cloro-fluoro-carburi (CFC) danneggiano lo strato di ozono in atmosfera Aumento dei casi di: • Cancro della pelle • Cataratta Può avere effetti negativi sulla produttività agricola su scala locale O3 è nocivo alla salute e si può trovare nello smog ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA METANO (CH4) 1800 ppb Costituente principale del gas naturale Immesso in atmosfera attraverso: • Decomposizione batterica • Fermentazioni metaboliche (es. ruminanti; termiti) • Miniere • Giacimenti La concentrazione di CH4 è raddoppiata dal 1700 ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA OSSIDO DI DIAZOTO (N2O) 324 ppb Immesso in atmosfera attraverso: • Processi microbiologici (suolo e mari/oceani) • Incendi boschivi • Fertilizzanti • Combustibili fossili Ha un forte impatto sul riscaldamento globale (importante forzante radiativo) ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA ALOCARBURI Composti chimici contenenti alogeni (Cl, Fl, Br, I, At) legati a composti organici (C) Tra questi i CFC responsabili della degradazione dello strato di ozono Sono composti di sintesi utilizzati in processi industriali, nella lotta agli incendi, come fumiganti, refrigeranti e propellenti Contribuiscono al riscaldamento globale nella troposfera ELEMENTI VARIABILI DELL’ATMOSFERA AEROSOL Particelle sottili solide/liquide • Assorbono e riflettono la radiazione • Favoriscono la condensazione del vapore acqueo agendo da elementi di nucleazione Immessi in atmosfera attraverso: • Polveri naturali (deserti) • Incendi boschivi • Vulcani • Mare • Foreste • Combustibili fossili STRUTTURA DELL’ATMOSFERA Dipende dalle proprietà chimico-fisiche dei diversi elementi che compongono l’atmosfera Il numero di molecole che compongono l’atmosfera diminuiscono con l’altezza Gradiente barico nella bassa troposfera: 1 hPa / 8.23 m 0.1 Kg m3 1.275 Kg m3 99% di tutta la massa dell’atmosfera Densità aria STRUTTURA DELL’ATMOSFERA ≈0 TROPOSFERA 0 - 15 km dalla superficie Contiene più del 50% della massa dell’atmosfera È la fascia dell’atmosfera dove si concentrano gli elementi a più elevata densità, tra cui H2O (1-4 % del volume totale), CO2 e aerosol È la fascia dell’atmosfera dove avvengono i fenomeni meteorologici TROPOSFERA È riscaldata dal basso (radiazione terrestre) EFFETTO SERRA La temperatura diminuisce fino al limite della troposfera (TROPOPAUSA): ≈ 16 km ai tropici ≈ 9 km ai poli Tasso di riduzione di T in prossimità della superficie terrestre ΔT altitudinale ≈ 0.56 °C/100 m STRATOSFERA 15 - 50 km dalla superficie Fino al 99% della massa dell’atmosfera UV Componente UV della radiazione solare assorbita dalla fascia di O3 (OZONOSFERA ≈ 30-40 km) UV O3 Cade perché è più pesante O2 O2 O O O O2 O2 O 3 O 3 O 3 O3 O3 O 3 O3 O2 O2 O O3 La fascia di ozono è caratterizzata da un equilibrio dinamico La temperatura aumenta fino al limite della stratosfera (STRATOPAUSA: ≈ 50 km) Buco dell’ozono è causato da CFCs che reagiscono con O MESOSFERA 50-80km Temperatura diminuisce con l’altezza fino al limite della mesosfera (MESOPAUSA: ≈ 80 km) Si registrano le temperature più basse dell’atmosfera 130 K ≈ -145 °C TERMOSFERA 80-500 km Composto sostanzialmente da atomi di O e N, che assorbono radiazione a basse λ (0.2 μm) Temperatura aumenta con l’altezza fino a ≈ 200 km Max T ≈ 2000 K ≈ 2270 °C È sede delle aurore RISCALDAMENTO DELL’ATMOSFERA AVVIENE PER CONVEZIONE L’atmosfera può essere semplificata come un insieme di particelle (bolle) d’aria (fluidi) immiscibili Processi termodinamici dell’atmosfera possono essere assimilati a trasformazioni adiabatiche (senza scambio energetico con l’ambiente esterno) GRADIENTE ADIABATICO SECCO • Privo di umidità • dT/dH = 9.8 °C · km-1 SATURO • Umidità a saturazione (100% UR) • dT/dH ≈ 4 °C · km-1 nella bassa troposfera • dT/dH ≈ 6-7 °C · km-1 nella media troposfera Alle medie latitudini il gradiente termico (adiabatico umido) medio è dt/dH ≈ 5.6 °C · km-1 (0.56 °C / 100 m) DIAGRAMMA TERMODINAMICO SKEW T Utile per studiare i movimenti verticali delle masse d’aria Isobare Isoterme Poiché la pressione dell’aria varia con l’altitudine, P “rappresenta” anche l’altezza dalla superficie Adiabatiche secche Isoterme Adiabatiche sature MACQUA Mixing ratio costante MARIA Trasformazione adiabatica secca Particella d’aria più calda dell’aria circostante tende a salire (legge di Archimede) No scambi con l’ambiente circostante dT 9.8C km1 dh Aria risalendo aumenta di volume e la temperatura diminuisce Trasformazione adiabatica satura Risalendo, il vapore condensa rilasciando calore latente, diminuendo il tasso di raffreddamento Media troposfera dT 7C km1 dh Bassa troposfera dT 4C km1 dh SVILUPPO DI UNA BOLLA CONVETTIVA Dissoluzione bolla convettiva T di rugiada T bolla T aria Stabilità Inibisce il rimescolamento delle masse d’aria Condizione negativa per la dispersione degli inquinanti Inversione termica è una condizione di stabilità Si intersecano gradiente termico e adiabatica satura: si dissipa la cella convettiva GRADIENTE TERMICO VERTICALE GRADIENTE TERMICO VERTICALE Aumento frequenza eventi estremi TREND DI UMIDITÀ SPECIFICA (US= kg vapore / kg aria umida) TREND DI UMIDITÀ SPECIFICA (US= kg vapore / kg aria umida) La quantità di H2O nella bassa troposfera è maggiore rispetto al passato Situazione normale Stabilità dell’atmosfera - siccità Instabilità dell’atmosfera – precipitazioni abbondanti, alluvioni, tornado….
