Aria - scamat

L'ARIA
L'aria
L'aria secca è una miscela di gas formata da:
Nome
Formula
%
Massa
(u.m.a.)1
Azoto
N2
78,00
28
Ossigeno
O2
21,00
32
An. carbonica
CO2
0,03
44
Gas rari
tracce
L'aria contiene inoltre:
• pulviscolo atmosferico: particelle solide finissime (polveri, polline, spore
batteriche e spore di funghi)
• Vapore acqueo (H2O di massa 18 u.m.a.) che ne determina l'umidità e può
raggiungere una quantità max del 7%.
Proprietà dell'aria
•
•
•
•
L’aria occupa uno spazio, ma non ha una forma ed un volume proprio
L’aria è comprimibile ed elastica
L’aria ha un peso (1 litro di aria secca a 20°C pesa circa 1,25 g); l'aria umida
è più leggera2
L’aria calda occupa uno spazio maggiore dell’aria fredda.
L'atmosfera
L'atmosfera è la parte gassosa che circonda la Terra (atmos=vapore):
• non sfugge dalla Terra perché i gas sono attratti dalla forza di gravità che è
maggiore vicino alla superficie della Terra.
• il 75% (¾) della sua massa è concentrata nei primi 10-12 km.
• si estende per circa 1000 km dalla superficie terrestre.
1 6x1023 particelle di azoto pesano 28 g; 6x1023 particelle di ossigeno pesano 32 g; 6x1023
particelle di an. carbonica pesano 44 g.
2 L'aria umida ha un peso minore perché la molecola dell'acqua pesa meno degli altri gas.
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L'ARIA
L'atmosfera viene suddivisa in strati in funzione dei cambiamenti di
temperatura, di densità e di composizione.
1. Troposfera (0-12 km dal livello del mare) ove avvengono i fenomeni
meteorologici (venti, nubi, precipitazioni). E' riscaldata dalla Terra e la
temperatura diminuisce dal basso verso l'alto circa 6° C ogni chilometro.
Il limite superiore della troposfera è detto tropopausa.
2. Stratosfera (12-50 km). In essa a circa 20-30 km è presente uno strato di
ozono detto ozonosfera. L'ozono (O3) ha la funzione di filtrare i raggi
ultravioletti (UV) che oltre una certa quantità sono dannosi agli esseri
viventi.
3. Mesosfera (50-95 km) ove si incendiano le meteore.
4. Termosfera (95-500 km) ove hanno sede le aurore polari.
5. Esosfera (500-1000 km) lo strato più esterno e più rarefatto.
Ossigeno
E’ quasi interamente prodotto dai vegetali grazie alla fotosintesi clorofilliana3.
•
Favorisce la combustione e l’ossidazione
Si può trasformare in ozono (O3) che assorbe le radiazioni ultraviolette.
•
Viene utilizzato dagli organismi per la respirazione4
•
Anidride carbonica
•
Viene prodotta dalla respirazione e dalle attività dell’uomo, ad esempio la
combustione (legna, carbone, metano, benzina, ….)
•
L’anidride carbonica impedisce la combustione
•
Assorbe le radiazioni solari riflesse dalla Terra generando l’effetto serra. 5
•
Viene utilizzata dai vegetali nella fotosintesi clorofilliana
Azoto
L’azoto può essere prodotto dall’azione di batteri presenti nel suolo a partire da
nitrati. L'azoto:
•
Reagisce difficilmente con gli altri elementi o composti: l’azoto è quindi un
gas inerte.
•
Rallenta la combustione perché diluisce l’ossigeno
•
Viene trasformato in nitrati da batteri azotofissatori che vivono nelle radici
delle leguminose e quindi utilizzato dalle piante attraverso il suolo.
3 H2O + CO2 + energia solare = C6H12O6 + O2 (Acqua + an. Carbonica = glucosio +
ossigeno)
4 C6H12O6 + O2 = H2O + CO2 + energia chimica
5 L’effetto serra naturale garantisce sulla Terra una temperatura adeguata alla vita.
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L'ARIA
L'umidità atmosferica
Umidità atmosferica: Quantità di vapore acqueo presente nell'aria in un certo
istante.
L'umidità dipende dalla temperatura.
• L'aria più calda può contenere più vapore acqueo.
• Se la temperatura scende il vapore acqueo
◦ può condensare sotto forma di goccioline e si deposita come rugiada o,
se le goccioline sono piccolissime, rimane sospeso come nebbia.
◦ Può sublimare sotto forma di cristalli di ghiaccio come brina.
Nubi e precipitazioni
L'aria calda e umida più leggera di quella circostante sale, si espande e si
raffredda progressivamente formando le nubi (ammasso di goccioline
microscopiche e leggerissime). Le goccioline si formano per condensazione del
vapore attorno a particelle di pulviscolo, detti
nuclei di condensazione.
• Se le goccioline si uniscono in gocce
più grosse precipitano come pioggia o
come fiocchi di neve nel caso in cui la
temperatura è uguale o minore di
0°C.
• Se nelle nubi esistono forti correnti di
aria ascendenti i cristalli di ghiaccio
ripetutamente spinti verso l'alto
formano granuli di ghiaccio compatto,
i chicchi di grandine.
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L'ARIA
Pressione atmosferica
Pressione esercitata dall'aria sulla superficie terrestre.
Una colonna d'aria larga 1 cm2 e alta quanto tutta l'atmosfera pesa 1033 g.
L'aria che sovrasta una mattonella (625 cm2) pesa 1,033x625 kg = 650 kg circa.
L'unità di misura della pressione atmosferica è detta atmosfera (atm):
1 atm=1033 g/cm2= 760 mmHg=1013 millibar
1 atm= 101325 Pa
1 mbar=100 Pa
1 Pa=0,01 mbar
Pa (Pascal) è l'unità di misura della pressione nel S.I.
La pressione atmosferica dipende dalla temperatura, dall'umidità e dall'altitudine:
la pressione diminuisce all'aumentare della temperatura, dell'altitudine e
dell'umidità.
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L'ARIA
Misura umidità
Umidità assoluta: grammi di vapore acqueo (in grammi) in 1 m3 d'aria (g/m3);
Aumenta all'aumentare della temperatura. Un volume d'aria, a una data
temperatura, è saturo se contiene la quantità massima di vapore.
La temperatura di rugiada è la temperatura a cui l'aria diventa satura.
Ad esempio l’aria diventa satura
°C
g/m3
-40
0,1
-30
0,3
-20
1,0
-10
2,25
0
4,5
10
11,0
20
17,3
30
30,4
40
56,0
Se l'aria, a una data temperatura, satura il vapore acqueo condensa e si ha la
rugiada o la brina quando condensa su superfici fredde, si ha la nebbia quando
condensa al di sopra del suolo.
Umidità relativa: è il rapporto (quoziente) percentuale tra la quantità di vapore
contenuto in una massa d'aria e la quantità massima che il volume d'aria può
umidità assoluta
x100 .
contenere ad una data temperatura e pressione 
umidità saturazione
Alla temperatura di rugiada l'umidità relativa è 100%.
Esempio
Una massa d'aria a 20°C contiene 11g/m3 di vapore acqueo. Qual è l'umidità relativa?
umidità assoluta
11
x100 =
x100=63,58 %
umidità saturazione
17,3
Ciò significa che per raggiungere la saturazione occorre il 36% di umidità.
A 10°C la stessa quantità di vapore fa raggiungere il 100% di umidità relativa
(saturazione).
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L'ARIA
Movimenti dell'aria
L'aria verticalmente si muove da una zona a temperatura più alta ad una a
temperatura più bassa.
L'aria calda si dilata, diventa meno
densa e, quindi, sale verso gli strati
più alti.
L'aria calda in alto si
raffredda, diventa più densa e,
quindi, più pesante e scende in basso.
In basso si riscalda nuovamente e
sale.
Questi movimenti circolari sono noti
come moti convettivi.
L'aria orizzontalmete si sposta da una zona a pressione più alta (A), detta
anticiclonica, ad una a pressione più bassa (B) detta ciclonica.
L'aria si muove secondo orbite
circolari da una zona anticiclonica ad
una zona ciclonica. Al di sotto dei
2000 metri ha origine il vento. Ad
alta quota il movimento dell'aria è
inverso a quello di Bassa quota.
Nell'emisfero nord il vento
ruota in senso orario nelle alte
pressione mentre in senso
antiorario nelle basse pressioni.
Viceversa, nell'emisfero sud.
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L'ARIA
I venti
Venti costanti che spirano
sempre nella stessa direzione e
nello stesso verso.
• Alisei che spirano dai
tropici all'equatore. Ai
tropici rispetto l'equatore
la pressione è sempre più
alta . La fascia tropicale è
costantemente
anticiclonica motivo per Schema semplificato della formazione del
cui è ricca di zone vento (http://it.wikipedia.org/wiki/Vento)
desertiche. La fascia equatoriale è prevalentemente ciclonica ed è quindi
caratterizzata da frequenti temporali (foresta equatoriale).
• Venti occidentali che spirano dai tropici verso i circoli polari.
• Venti orientali che spirano dai poli verso i circoli polari.
Le aree desertiche sono quelle gialle
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L'ARIA
Venti periodici che periodicamente invertono il loro verso.
• Monsoni che spirano in estate dal mare verso la terraferma portando
abbondanti piogge. In inverno spirano dalla terraferma al mare causando
lunghi periodi di siccità.
Nel periodo primaverile il continente (B) si riscalda più del mare (A): le masse d'aria
si innalzano e il loro vuoto è coperto da venti freschi e umidi provenienti dal mare, e
dunque arrivano forti temporali lungo la pianura birmana e indiana. Durante
l'inverno il continente (A) si raffredda e le acque oceaniche (B) equatoriali sono più
calde. Perciò le masse d'aria si spostano dalla terra (A) verso il mare (B), e quindi in
inverno venti secchi e abbastanza freddi spirano dall'interno dell'Asia verso
l'Oceano Indiano.
• Brezze interessano aree meno estese in prossimità di bacini d'acqua o di
valli..
Brezza di mare e di terra. Di giorno la terraferma si riscalda più
velocemente (B) rispetto all'acqua di un lago (A) o di un mare; di notte
viceversa la terraferma (A) si raffredda più velocemente rispetto l'acqua (B).
Allora di giorno l'aria si muove dal mare alla terraferma (brezza di mare),
mentre di notte si muove dalla terraferma al mare (brezza di notte).
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L'ARIA
Brezza di monte e di valle.
Le brezze di monte sono venti
che spirano nelle notti calme e
serene, con intensità maggiore in
inverno, lungo i fianchi della
montagna verso il fondovalle tra
le ore 21 e le ore 10 del mattino.
Simile alla brezza di monte è la
brezza di ghiacciaio che da un
ghiacciaio durante la notte.
Le brezze di valle sono venti
ascendenti che spirano durante il
giorno, prevalentemente nel
pomeriggio,
con
intensità
maggiore in estate.
Venti locali
Vento
Provenienza
Caratteristica
Bora
Nord-Est dal Carso
all'Adriatico
Freddo e con alta velocità (>120
Km/h)
Maestrale
Nord-ovest dalla Francia Forte e freddo fino a 80 km/h
al Tirreno
Libeccio
Sud-ovest dalla Libia alle Soffia a raffiche; è un vento
coste tirreniche
umido che apporta precipitazioni
Scirocco
Sud-est dalla Siria
Grecale
Sud-est dalla Grecia sulle
coste sud-orientali
dell'Italia meridionale
E' caldo e secco in Sicilia e umido
nella penisola dove apporta
piogge.
Tramontana Da nord a sud
Vento gelido e impetuoso, tipico
nel medio-Tirreno
Fohn
Interessa la Pianura Padana ed è
portatore di pioggia.
Dal Nord Europa
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L'ARIA
Bilancio energia solare
L'energia solare arriva dovunque, non costa, ed è rinnovabile.
Non tutta l'energia irradiata dal Sole raggiunge la superficie della Terra:
• una parte viene riflessa nuovamente nello spazio;
• un'altra parte viene dispersa e diffusa in tutte le direzioni dalle molecole
d'aria e dalle particelle di polvere dell'atmosfera;
• una parte ancora viene assorbita dal vapore acqueo, dall'anidride carbonica
e dall'ozono.
• Poco più del 50 % circa raggiunge la superficie terrestre
Di tutta l'energia che raggiunge la superficie terrestre solo una parte ritorna
nell'atmosfera sotto forma di calore.
Quest'ultima parte di energia è quella responsabile dei movimenti dell'aria e,
quindi, dei fenomeni atmosferici.
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