1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO.

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1 1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE LEZIONE 16 * - ATMOSFERA: MOVIMENTI. PRECIPITAZIONI * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE INTRODUZIONE PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - ATMOSFERA: MOVIMENTI. PRECIPITAZIONI. CLIMA. PROCESSI GEOMORFICI - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI La circolazione atmosferica non funziona nella realtà con un meccanismo semplice come potrebbe essere. In un modello statico della Terra, infatti, l’aria calda che sale dalla fascia compresa fra i due Tropici si dovrebbe dirigere verso le zone polari nella troposfera superiore, scendere al suolo alle latitudine polari e ritornare verso la zona equatoriale nella troposfera inferiore. Il meccanismo però è più complesso per effetto della rotazione terrestre. A causa del movimento di rotazione, infatti, una massa d’aria che si sposta sulla superficie terrestre subisce una deviazione verso destra nell’emisfero boreale e verso sinistra in quello australe, in accordo con la legge di Ferrel. L’effetto della rotazione è facilmente rappresentabile tracciando una linea retta con un pennarello su un foglio di carta mentre questo viene fatto ruotare: la linea tracciata risulterà curva con direzione opposta a quella della rotazione impressa al foglio. L’ampiezza della curvatura è funzione della velocità relativa di rotazione del foglio e della velocità di tracciamento della linea: questa sarà più ampia se il tracciamento è più veloce. Modello di circolazione con Terra statica Modello di circolazione con Terra in movimento

4 4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI In uno scenario reale il movimento delle masse d’aria a prevalente componente orizzontale che prende origine da una differenza di pressione atmosferica fra due aree, prende il nome di vento. I venti tendono a ristabilire l’equilibrio barico spostandosi parallelamente alla superficie terrestre dalle zone a maggiore pressione verso le zone a minore pressione atmosferica. Del vento si definisce direzione e velocità che dipendono dal gradiente barico, dalla forza deviante della rotazione terrestre e dall’attrito. Gli strumenti che registrano direzione e velocità del vento sono rispettivamente l’anemoscopio e l’anemometro. C. Buys-Ballot, meteorologo olandese del XIX° secolo comprese che i venti tendono a soffiare secondo una direzione inclinata di 25°-30° rispetto alle isobare che collegano le zone di alta pressione a quelle di bassa pressione. anemometro

5 5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI GRADIENTE BARICO Quando in due luoghi vicini si verifica una differenza di pressione, l’aria si sposta dalle zone a pressione più alta verso le zone a pressione più bassa per ristabilire l’equilibrio. Se le linee isobare risultano più ravvicinate la differenza di pressione fra due punti risulterà maggiore; si registrerà quindi un trasferimento delle masse aeree più veloce. Se le isobare, invece, risulteranno più spaziate la variazione barica risulterà poco accentuata e il trasferimento delle masse aeree sarà animato da bassa energia. Si definisce gradiente barico orizzontale il rapporto fra la differenza di pressione che intercorre fra due punti e la loro distanza. Il gradiente è la forza principale che origina e alimenta il vento e viene espresso dalla relazione: F = - (1/  ).  p/  n con  = densità dell’aria;  p = differenza di pressione e  n = distanza. L’unità di misura del gradiente barico è pari a 1mb/111 km (grado di meridiano) o 100 Pa/111 km. A causa del gradiente l’aria si dovrebbe spostare secondo la via più breve e cioè perpendicolarmente alle isobare, originando così il vento di gradiente. Nella realtà ciò non accade per l’effetto originato dalla forza deviante di Coriolis. Differenze bariche e isobare

6 6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI FORZA DEVIANTE Viene anche definita effetto Coriolis. La forza deviante agisce su ogni corpo in movimento sulla Terra ed è definita accelerazione di Coriolis (A)che ha valore: A = 2  V sen  Dove V = velocità del vento;  = latitudine del luogo;  = velocità angolare della Terra (7,29 x 10 -5 radianti [1] ). La forza deviante è dunque direttamente proporzionale alla velocità del vento e varia con la latitudine; quindi è nulla all’equatore ed è massima ai poli (sen 0° = 0; sen 90° = 1). La deviazione avviene verso destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra nell’emisfero meridionale (Ferrel). [1] Il radiante consiste nel rapporto  °/r ; 1 radiante = arc  °, con  = 57° 17’ 44,806” ; la rotazione completa avviene in 2  radianti. Deviazione di Coriolis

7 7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI ATTRITO L’attrito delle masse d’aria con la rugosità della superficie terrestre contribuisce a modificare il loro movimento. Solo i livelli più bassi dell’atmosfera sono influenzati dall’attrito, in genere i primi 1000-1500 metri. La forza dell’attrito è anch’essa proporzionale alla velocità del vento ma diretta in senso opposto. Oltre questa zona d’influenza il vento soffia secondo una direzione pressoché parallela alle isobare, ortogonalmente al gradiente di pressione, girando secondo la legge di Buys-Ballot [1]. Questo vento è un vento teorico che risulta dall’equilibrio tra il gradiente di pressione e la forza di Coriolis e si definisce vento geostrofico. Sopra le grandi aree atmosferiche il flusso del vento è quasi completamente geostrofico ma al suolo parte come vento di gradiente e via via si spiralizza secondo una spirale detta di Ekmann (v. lezione 18) soffiando quindi parallelamente alle isobare e alimentando le celle bariche. Il vento geostrofico è più verificabile in caso di isobare diritte; se le isobare diventano accentuatamente curve, allora prevale il vento di gradiente. [1] ‘Se si riceve il vento alle spalle, la pressione è, nell’emisfero boreale, minore a sinistra e sul davanti; maggiore a destra e all’indietro. Il contrario avviene nell’emisfero australe’ o anche ‘Se ci poniamo di spalle al vento nell’emisfero nord, allarghiamo le braccia e ruotiamo di 30° verso destra, la nostra mano sinistra sarà diretta verso la zona di bassa pressione e la mano destra verso la zona di alta pressione’.

8 8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI Le montagne svolgono un’azione importante perché si oppongono al libero movimento dei venti cambiandone non solo direzione e velocità ma anche temperatura e umidità. Generalmente le masse d’aria risalgono il versante sopravento raffreddandosi (circa 0,6°C ogni 100 metri), condensa l’umidità e diventa secco. Superati gli alti crinali scende sul versante opposto, si riscalda per compressione adiabatica (0,6°C ogni 100 metri circa) e, in casi particolari si origina un vento caldo (che nella regione alpina di lingua tedesca chiamano FÖHN) che provoca innalzamenti di temperatura anche di 15°-20°. Il vento di föhn si verifica in una condizione barica che prevede anticiclone sul Mediterraneo e bassa pressione nelle regioni alpine settentrionali o anche viceversa. Fenomeni simili al föhn si verificano in tutte le grandi catene montuose (Alpi, Pirenei, Caucaso, Carpazi ecc.) N.B.: Il vento reale è formato da una rapida successione di raffiche intervallate da momenti di calma secondo lo schema di un moto turbolento. La velocità del vento è calcolabile mediante la carta del tempo. Schema di venti locali Origine del Föhn

9 9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI

10 10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI CIRCOLAZIONE PLANETARIA Il calore ricevuto dalla Terra dal Sole non è uniforme. La temperatura media nella fascia intertropicale si aggira sui 20°, quella delle zone polari sui 0°. Di fatto avviene una compensazione con riequilibrio termico attraverso movimenti di masse d’aria a scala planetaria con venti planetari originati dalla diversa distribuzione di alte e basse pressioni. La configurazione al suolo non è costante ma variabile con il variare delle stagioni, quindi con il periodo di insolazione. Le fasce di pressione subiscono spostamenti in latitudine. In alcuni casi c’è corrispondenza fra la situazione al suolo e quella in quota; in altri casi vi è azzeramento della situazione in quota; in altri ancora si registra inversione della stessa.

11 11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI CIRCOLAZIONE A BASSA QUOTA La circolazione a bassa quota consiste dunque di venti che convergono all’Equatore dalle zone di alta pressione subtropicale con componente di Levante per l’effetto Coriolis. L’aria in queste zone di venti alisei (orientali o venti di levante) è costretta a salire nella zona di convergenza intertropicale e grandi quantità di calore vengono liberate per raffreddamento adiabatico. In alto si spostano verso il Polo ma non vi giungono perchè raffreddandosi ridiscendono al suolo alle latitudini intermedie, zone di bassa pressione, e diventano venti occidentali o di ponente per effetto Coriolis. Alle alte latitudini l’aria dell’alta pressione artica origina correnti orientali polari. Circolazione planetaria a bassa quota

12 12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI CIRCOLAZIONE A BASSA QUOTA, segue In questo schema di carattere generale intervengono variazioni originate dalle caratteristiche permanenti e semipermanenti della pressione che in parte dipendono dall’assetto morfologico e geografico della superficie terrestre. Fra queste variazioni permanenti citiamo le celle di alta pressione delle Bermude e delle Azzorre nell’Atlantico e quelle del Pacifico orientale e settentrionale. Zone di bassa pressione invernali di carattere semipermanente (scompaiono in estate) si riscontrano nel Pacifico settentrionale (area ciclonica delle Aleutine) e nell’Atlantico settentrionale (area ciclonica dell’Islanda, generatrice delle grandi perturbazioni invernali dell’Europa occidentale). E’ da notare che il gradiente di pressione fra emisfero meridionale e settentrionale è maggiore in inverno a causa del più alto gradiente termico. Infatti le grandi masse continentali dell’Asia e dell’Africa settentrionale sono più fredde d’inverno e originano alte pressioni invernali mentre per il motivo opposto originano basse pressioni estive. Vi è quindi sostanziale differenza fra circolazione atmosferica estiva e quella invernale. Emisfero settentrionale. Celle permanenti di pressione nel periodo invernale. Si notino le aree di alta pressione della Siberia, delle Bermude-Azzorre (H) e le basse pressioni dell’Islanda e delle Aleutine (L). H H H L L

13 13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI CIRCOLAZIONE AD ALTA QUOTA Alle alte quote viene a mancare l’azione frenante dell’attrito quindi la velocità del vento aumenta con l’altezza. Inoltre a causa del diverso spessore della troposfera e della tropopausa fra zona equatoriale (+) e zone polari (-), nelle aree polari ad alta quota, a causa di una differenza di circa 20°C in più, si origina un’area ciclonica per differenziazione termica. Questa determina un’inversione barica con venti diretti dall’Equatore verso il Polo i quali, deviati per l’effetto Coriolis, diventano correnti occidentali ad alta quota in zona stratosferica. Sono questi i venti geostrofici occidentali che fluiscono da ovest verso est seguendo i paralleli. Questi venti sono particolarmente forti in quanto viaggiano a oltre 300 km orari e circolano lungo una larga fascia sopra le latitudini intermedie. Circolazione dei venti nell’alta troposfera Venti geostrofici occidentali Circolazione dei venti nella stratosfera (sx) Circolazione dei venti nella stratosfera e nell’alta troposfera EQUATOREPOLO

14 14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: MOVIMENTI CIRCOLAZIONE AD ALTA QUOTA, segue Al di sopra della fascia intertropicale soffiano invece le correnti geostrofiche orientali forse ereditate dai persistenti venti Alisei sottostanti. Le correnti a getto che viaggiano nell’alta troposfera già a 13-14 km di altezza nella fascia subtropicale e a 10 km di altezza sul fronte polare, possono causare problemi alla circolazione aerea. Quando superano i 150 km orari queste correnti tangenziali a getto perdono il loro assetto di flusso continuo e formano sinuosità fino a 6000 km di lunghezza. Questa condizione ha fatto ipotizzare una relazione intercorrente fra correnti a getto dell’alta troposfera e l’originarsi di aree cicloniche e anticicloniche a quota più bassa: le sinuosità si deformano accentuandosi, si staccano in nuclei isolati fino a formare cellule a più alta o a più bassa pressione che sarebbero la causa delle perturbazioni al suolo. Venti geostrofici orientali

15 15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI UMIDITA’ DELL’ARIA Il vapor acqueo dell’atmosfera prende origine in massima parte dall’evaporazione dell’acqua degli oceani, poi dalle acque continentali e dalla traspirazione delle piante. A sua volta il vapor acqueo, condensandosi, origina nebbie e nubi quindi pioggia, neve, grandine. S’intende per umidità atmosferica la quantità di vapor acqueo contenuta nell’atmosfera; si differenzia in umidità assoluta e umidità relativa. IL CICLO DELL’ACQUA

16 16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI L’umidità assoluta espressa in g/m 3 misura la quantità di vapor acqueo contenuta nell’unità di volume. Dipende dalla temperatura: all’equatore si registrano valori medi di 20-25 grammi/mc; ai poli si giunge a stento a 1-2 g/mc. Oltre il limite (o punto) di saturazione l’aria non può più contenere vapore acqueo; questo limite varia con la temperatura: a 10° il limite di saturazione è di 9 g/mc; a 25° è di 23 g/mc. L’umidità relativa è il rapporto fra il vapor acqueo presente nell’unità di volume e quello potenzialmente contenibile; viene espressa come percentuale. L’aria satura contiene il 100% di umidità; nel Sahara l’umidità non supera il 10% del totale; nelle regioni dell’Europa centro- settentrionale raggiunge in inverno il 90%. Lo strumento che misura l’umidità relativa dell’aria è l’igrometro, basato sul principio della dilatazione del capello in presenza di acqua. N.B.: L’umidità assoluta aumenta con l’aumentare della temperatura; l’umidità relativa aumenta al diminuire della temperatura. Termometro e igrometro Umidità relativa nel mese di luglio

17 17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI PRECIPITAZIONI Superato il punto di saturazione, il vapor acqueo in eccesso viene eliminato per condensazione o per sublimazione. Il vapor acqueo aumenta per evaporazione da una superficie liquida o umida (mare, laghi, acquitrini ecc.). Il raffreddamento dell’aria che favorisce la condensazione avviene per contatto dell’aria con il suolo freddo o per brusca ascesa. La condensazione avviene sotto forma di minuscole goccioline (circa 1/100 mm) attorno a nuclei di condensazione quali cristalli di NaCl vicino le coste, pulviscolo atmosferico, prodotti di combustione ecc. che hanno capacità igroscopica e attirano le molecole di acqua vaporizzata generando nebbie e nubi, cioè la cosiddetta acqua sospesa. Dall’acqua sospesa si origina la pioggia e, al di sotto di 0° neve e grandine. Al suolo si forma direttamente la rugiada; al di sotto di 0° la brina. Rugiada Brina

18 18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI NEBBIA La nebbia è un ammasso di minute gocce d’acqua; praticamente è una nube al suolo. Si forma più frequentemente presso le coste, in montagna, nelle valli, sugli oceani. In area continentale è più frequente al mattino e si dissolve con il calore dei raggi solari. Una varietà delle nebbie è la foschia che si può definire come una nebbia più diradata e può comprendere anche particelle secche: fumo, polvere, inquinanti e allora prende il nome di smog. La nebbia si forma quando l’aria raggiunge o scende al di sotto del punto di rugiada o per evaporazione di acqua più calda dell’aria soprastante. Tra le cause del raffreddamento annoveriamo: la rapida radiazione notturna, con cielo sereno; l’advezione, aria che si muove su una superficie più fredda; l’espansione adiabatica, aria che sale lungo un versante. L’evaporazione rapida dell’acqua marina più calda della sovrastante aria produce la nebbia marina artica. Per la formazione della nebbia occorrono nuclei di condensazione sufficienti e questa è una condizione piuttosto frequente. Scarsi invece sono nell’aria i nuclei di congelamento per cui spesso si riscontra nebbia d’acqua anche al di sotto di 0°. Su suolo innevato la nebbia si forma solo a 0°. Foschia Rapporto di grandezza fra particelle di acqua sospesa Nebbia

19 19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI NUBI Le nubi sono aggregati di minuscole gocce e cristalli di ghiaccio. Si dividono in due gruppi: cumuliformi e stratiformi. - Le nubi cumuliformi si sviluppano in senso verticale, generate da correnti di aria ascendente. - Le nubi stratiformi si sviluppano in senso orizzontale e sono generate da correnti in quota che soffiano parallelamente alla superficie terrestre. L’addensamento delle nubi è maggiore fra i 1000 e i 3000 metri; oltre gli 8000 metri si registra rarefazione del vapore acqueo e temperature molto basse. Si formano nubi poco dense formate da aghetti di ghiaccio.

20 20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI PIOGGIA Le precipitazioni atmosferiche più frequenti si risolvono come pioggia ma comuni sono anche quelle a carattere di neve; meno frequente è la grandine. La grandine è tipica delle zone temperate; è formata da veloci correnti ascendenti in aria fredda e instabile: le gocce d’acqua vengono trascinate nelle parti alte delle nubi e ghiacciano, quindi scendono per gravità, aggregano altra acqua, risalgono, ghiacciano ancora, si accrescono e ricadono al suolo in fase solida. Temporale Grandine caduta Cristalli di neve Formazione della grandine Goccia d’acqua

21 21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI DISTRIBUZIONE DELLE PRECIPITAZIONI Le precipitazioni sono distribuite in maniera del tutto disuguale sulla superficie terrestre. Si originano così zone aride caratterizzate da prolungata siccità e zone umide ad elevata ricaduta di acqua meteorica. Lo strumento che misura le precipitazioni meteoriche è il pluviometro, costituito da un imbuto in un cilindro graduato con scala millimetrica. Serve per valutare anche la caduta di neve e grandine, dopo la loro liquefazione. Una variante del pluviometro è il pluviografo che registra i dati relativi alle precipitazioni. La distribuzione delle precipitazioni è diseguale in aree diverse ma lo è anche in una stessa area nel corso dell’anno. L’andamento delle precipitazioni atmosferiche si studia attraverso le isoiete, linee che uniscono i punti a eguale piovosità. Si redigono le relative carte tematiche, la carta delle isoiete con un riferimento mensile, stagionale o annuale. La ripartizione stagionale delle precipitazioni definisce il regime pluviometrico di una determinata regione. Si riconoscono i seguenti tipi principali di regime pluviometrico: tropicale, monsonico, mediterraneo, temperato, arido. Pluviometro semplice

22 22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI DISTRIBUZIONE DELLE PRECIPITAZIONI Isoiete di luglio

23 23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI TIPI DI REGIME PLUVIOMETRICO REGIME TROPICALE Il regime tropicale è caratterizzato da piogge abbondanti dopo il passaggio del Sole sullo zenit. A causa del forte riscaldamento dei suoli l’aria calda dilatandosi sale, si raffredda e condensa risolvendosi in pioggia. In corrispondenza dell’Equatore si registrano due massimi di piovosità in corrispondenza del passaggio del Sole allo zenit. In ogni caso all’Equatore si registra pioggia durante tutto l’anno. Ai Tropici, invece, si registra una sola stagione piovosa solstiziale che dura 3-4 mesi, in media 1500 mm. Nelle zone intermedie si registrano due stagioni umide alternate a due secche.

24 24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI REGIME MONSONICO Il regime monsonico è tipico delle regioni che gravitano intorno all’Oceano Indiano. E’ caratterizzato da una stagione piovosa in estate a causa della depressione barica che si registra sul subcontinente indiano che si riscalda più dell’oceano. Soffia così il monsone di mare, umido e piovoso. Segue una stagione secca nel semestre invernale: si registra una depressione barica sull’Oceano Indiano, anticiclone sul subcontinente indiano e da questo soffia il monsone di terra, secco. Nella regione indonesiana le piogge si registrano anche in inverno a causa della non eccessiva estensione delle terre.

25 25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI REGIME MEDITERRANEO Il regime mediterraneo è caratterizzato dallo spostamento stagionale delle aree anticicloniche. Si registra una stagione secca d’estate a causa dell’anticiclone tropicale delle Azzorre il quale migra a sud nella stagione invernale lasciando il Mediterraneo baricamente depresso. In inverno sul Mediterraneo occidentale si registra una stagione piovosa più lunga del Mediterraneo orientale perchè l’anticiclone vi staziona per un tempo minore, subendo nel contempo l’influenza dei venti atlantici. REGIME TEMPERATO Il regime temperato si suddivide in regime oceanico e regime continentale. E’ condizionato dai venti occidentali generalmente caldi e umidi. I cicloni carichi di pioggia nel nostro emisfero si muovono da Ovest verso Est, quindi le regioni poste sul lato occidentale dei continenti sono più piovose (Gran Bretagna, Francia, Portogallo, California, Oregon, Columbia ecc., regime oceanico) mentre le regioni situate sul lato orientale e le regioni interne dei continenti hanno precipitazioni concentrate generalmente nel solo periodo estivo o addirittura scarseggiano (regime continentale). REGIME ARIDO Il regime arido caratterizza le zone desertiche e quelle polari. Ai Poli le rare precipitazioni sono esclusivamente nevose e concentrate o in piena estate o in pieno inverno.

26 26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI PERTURBAZIONI E FRONTI Le perturbazioni atmosferiche si sviluppano nelle zone in cui convergono masse d’aria diverse per temperature e umidità. Percorrono le medie latitudini in direzione ovest-est. Si definisce massa d’aria una parte estesa dell’atmosfera con temperatura e pressione abbastanza omogenee sia in senso orizzontale che verticale. Una massa d’aria si forma quando una parte di troposfera staziona per un tempo sufficientemente lungo su un’area geografica omogenea (oceano o continente); queste aree che devono essere sufficientemente estese si definiscono regioni di origine. Le principali regioni di origine sono costituite da: pianure continentali poste alle alte latitudini dove l’aria ristagna e diventa fredda e secca; zone desertiche tropicali dove l’aria che ristagna diventa calda e asciutta; aree oceaniche tropicali e intermedie su cui si formano masse d’aria caldo-umide e freddo-umide. Le masse d’aria che si formano nelle regioni d’origine vengono poi mobilizzate dalla circolazione atmosferica generale che assicura attraverso il riequilibrio termico il bilancio termico del globo e influenzano tempo e clima delle regioni verso cui emigrano. Quando due masse d’aria differenti vengono a contatto, non si mescolano rapidamente ma tendono a rimanere distinte attraverso una superficie di discontinuità larga alcuni chilometri.

27 27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI PERTURBAZIONI E FRONTI, segue La superficie ideale di discontinuità viene definita come FRONTE e si differenzia in fronte caldo e fronte freddo. Il fronte caldo si ha quando l’aria più calda invade la zona dell’aria fredda: si verifica un’ascesa dell’aria calda sopra la fredda con formazione di nubi stratificate e cumuliformi. Il fronte freddo si ha quando l’aria più calda costretta a salire dall’avanzata della massa fredda dà origine a cumulonembi e temporali. I fronti sono particolarmente attivi nelle zone temperate perchè qui si hanno i più forti contrasti fra masse d’aria diverse. Sono peraltro più accentuati nel periodo invernale per i più elevati contrasti di temperatura e pressione. Nelle regioni tropicali le differenze di temperatura e pressione sono troppo deboli quindi qui vi sono scarse discontinuità. Fronte caldoFronte freddo

28 28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI AREE CICLONICHE Sono perturbazioni molto estese con diametro tra 1500 e 3000 km. Condizionano e determinano il tempo delle fasce temperate. Sono originate dall’incontro a bassa quota fra aria calda tropicale e aria fredda polare. MECCANISMO DI EVOLUZIONE DI UN CICLONE L’aria fredda tende a incunearsi sotto l’aria più calda. Si origina una saccatura che si riduce sempre di più man mano che l’aria calda viene sollevata e scalzata. Quando tutta l’aria calda è sollevata, si forma il ciclone occluso. La velocità del vortice diminuisce, la depressione si colma e si estingue. I cicloni o perturbazioni si formano generalmente in famiglie di 3- 4 – 5 e si muovono da ovest verso est ad una velocità di 40-50 km/ora e si estinguono in 6-7 giorni. Evoluzione di un ciclone Area ciclonica

29 29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI CICLONI TROPICALI I cicloni tropicali sono molto violenti: si tratta di profondissime depressioni bariche di limitata estensione (150-200 km di diametro e solo raramente raggiungono i 1000 km). Presentano un occhio centrale con area interna di convergenza, calma e serena. L’anello esterno si presenta come una muraglia di nubi fino a grandi altezze (13-15 km). Il vento può soffiare fino a 500 km/ora con temporali e basse temperature nella fascia esterna. Si originano sopra gli oceani fra i 5° e i 20° di latitudine nei mesi più caldi quando la temperatura dell’acqua raggiunge valori di 27°C. L’aria è anch’essa più calda e per effetto della rotazione terrestre si innesca un vortice ciclonico (antiorario nel nostro emisfero) che si sposta compatto alla velocità di 25-40 km/ora e si estingue sulla terraferma dopo aver provocato distruzioni. Qui evolvono a semplici perturbazioni. Vengono denominati uragani, tifoni, willy, willies. Uragano Katrina, 2005 Zone di formazione e percorsi dei cicloni tropicali

30 30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI TORNADI I tornadi si differenziano in trombe d’aria e trombe marine. Le trombe d’aria sono vortici di piccolo diametro ma molto intensi che si staccano da una nube temporalesca, generalmente un cumulonembo. Il diametro raramente supera i 200 metri; in compenso il moto vorticoso raggiunge velocità di 500- 800 km/ora e provoca un forte risucchio con grande potenza distruttiva. Hanno generalmente vita molto breve nel senso che si esauriscono dopo aver percorso pochi km. Si tratta di eventi estivi formandosi in un periodo che va da marzo a ottobre, prevalentemente nelle ore pomeridiane, ma vi sono eccezioni. Le trombe marine sono più rare; avvengono anch’esse d’estate e di giorno nei mari caldi e sono in grado di affondare navi. Evoluzione di un tornado Tromba marina

31 31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PRECIPITAZIONI PREVISIONE DEL TEMPO Le masse d’aria in movimento hanno comportamento prevedibile; ciò facilita la creazione di servizi meteorologici nazionali il cui compito è la previsione del tempo. In linea generale il meccanismo evolutivo delle perturbazioni atmosferiche è oggi facilmente individuabile con l’aiuto delle riprese da satellite in tempo reale. Di difficile previsione sono invece i sistemi perturbativi minori come i tornados e i temporali nell’ambito di una perturbazione prevista. Sul nostro pianeta sono attive almeno 10.000 stazioni meteorologiche (la metà sul mare) e oltre 600 stazioni di osservazione ad alta quota (palloni sonda fino a 20-30 km di altezza e satelliti). Dagli Uffici meteorologici vengono redatte le carte sinottiche con rappresentazione grafica della situazione meteorologica in un dato istante. Una ragionevole previsione non può superare un arco di 3 settimane. Sono oggetto di previsione la pressione atmosferica, la temperatura, le precipitazioni, lo stato del cielo, lo stato del mare. Carte di previsione del tempo

32 32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA S’intende per CLIMA la sintesi del tempo atmosferico sulla base di osservazioni prolungate nel tempo che, per essere attendibili, devono essere almeno di intervalli trentennali. Il clima è relativamente costante laddove il tempo meteorologico è estremamente variabile e ciò è vero almeno per un ordine di tempo che abbia come base la durata media della vita di un uomo. In un arco di tempo più ampio anche il clima varia come sono variate tante condizioni ambientali nel succedersi del tempo e più ancora delle ere geologiche. Recentemente sono state sviluppate nuove tecniche per ricostruire i climi del passato. D’altra parte è indubbio l’enorme impatto sociale che può rivestire al giorno d’oggi anche un lieve cambiamento climatico. Per nostra comodità il clima della Terra viene differenziato arealmente e ripartito per regioni tenendo conto di alcuni fattori quali: latitudine, orografia, distribuzione di terre e mari, correnti marine, vegetazione, umidità, precipitazioni, aree urbane. La classificazione che viene generalmente adottata è quella di W. Köppen che prevede diverse regioni climatiche distribuite sul nostro pianeta. Stato del tempo meteorologico rilevato da satellite Fasce climatiche

33 33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA LE AREE CLIMATICHE SECONDO KOPPEN

34 34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA RICOSTRUZIONE DEI CLIMI DEL PASSATO La ricostruzione dei climi del passato è importante per la ricostruzione dei paleoambienti e per la previsione di mutamenti futuri. Le prove più attendibili dei mutamenti climatici provengono dai dati rilevati dalla rete di osservazioni meteorologiche istituita a partire dal 1873 (Vienna). La documentazione è però frammentaria; è invece completa solo per gli ultimi 30-35 anni. Attualmente ci si affida ai dati globali rilevati in tempo reali dalla rete dei satelliti meteorologici messi in orbita attorno alla Terra. Anche per il passato le fonti di informazione sono molteplici ma vanno opportunamente controllate. DATI DI RILEVAMENTO CLIMATICO DATI STRUMENTALI I dati strumentali permettono il rilevamento delle maggiori variabili climatiche (temperatura, pressione atmosferica, pioggia, umidità, vento) attraverso registrazioni iniziate fin dal XVII° secolo e sistematicamente dal XIX° secolo. I dati storici si riferiscono a misure effettuate al suolo; quelle in quota iniziano infatti a essere rilevate solo nella seconda metà del XX° secolo. I dati sono esaurienti e continui per buona parte dell’emisfero boreale mentre per l’emisfero australe si lamentano numerosi vuoti, ma nel complesso sono di relativa utilità per ricostruire le variazioni del clima del passato. Tra i fattori limitanti: registrazioni strumentali da controllare, mancanza di omogeneità nelle misure, diversità degli strumenti impiegati, metodologie di rilevamento non standardizzate ecc.

35 35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA Segue DATI DI RILEVAMENTO CLIMATICO FONTI STORICHE Le fonti storiche che si basano su resoconti documentari, se recenti e dirette, vengono definite primarie. Se datate e frutto di successive elaborazioni nel tempo vengono definite secondarie. In queste ultime sovente si rinvengono errori. Generalmente si tratta di informazioni riguardanti fenomeni ricorrenti come date del raccolto, resa delle messi ecc. oppure che riguardano eventi climatici eccezionali: tempeste, inondazioni, siccità, rigidità climatica, gelate di laghi e fiumi ecc. Esiste un’enorme quantità di dati ma bisogna ancora analizzarli, soprattutto per quanto riguarda le regioni asiatiche. Con questo tipo di documenti è possibile risalire fino all’epoca romana, vi sono però problemi di esatta datazione. Nell’interpretazione occorre fare molta attenzione perchè i resoconti sono di carattere qualitativo e soggettivo; purtroppo non si dispone di informazioni di carattere rigorosamente scientifico.

36 36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA Segue DATI DI RILEVAMENTO CLIMATICO PROVE INDIRETTE Le prove indirette si basano su dati climatici indiretti riscontrabili su scala geologica. Fra questi: - nuclei di sedimenti prelevati nei mari profondi in carote di circa 5 metri di lunghezza recuperate da spedizioni oceanografiche. Ci danno indicazioni sul clima del passato. - analisi statistica su flora e fauna fossili. Ci forniscono indicazioni sulla temperatura del passato. Per la datazione si ricorre all’analisi isotopica o a quella paleomagnetica. - pollini fossili la cui associazione ci fornisce informazioni sul regime climatico e sulla loro variazione per i periodi più recenti. - criostratigrafia eseguita sui ghiacci dell’Antartide e della Groenlandia: ci fornisce indicazioni sulle variazioni climatiche degli ultimi 100.000 anni. - terrazzi marini rilasciati sulle coste dei continenti e delle isole che ci forniscono indicazioni sulla variazione del livello del mare. - anelli degli alberi secolari come per esempio le Sequoie che ci danno informazioni sulla variabilità dei parametri climatici basandosi sulla maggiore o minore velocità di accrescimento dell’albero. I ghiacci dell’Antartide ci svelano gran parte della storia climatica della Terra più recente Anche da un legno fossile silicizzato è possibile trarre indicazioni di carattere paleoclimatico

37 37 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA segue DATI DI RILEVAMENTO CLIMATICO PROVE INDIRETTE, segue E ancora: stratigrafie di laghi e stagni con resti fossili a caratterizzazione paleoclimatica, variazione dei limiti vegetazionali, movimenti dei ghiacciai, siti archeologici ecc. databili con il metodo del radiocarbonio ecc.. Milankovic (e prima ancora Herschel nel 1830) ipotizza che i grandi cambiamenti climatici che hanno interessato la Terra siano dovuti a cause astronomiche: la variazione dell’eccentricità dell’orbita (+ 14 milioni di km) e la precessione degli equinozi condurrebbero ad un allungamento delle stagioni; la variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre provocherebbe una diversa incidenza dei raggi solari e quindi una variazione dell’insolazione e dell’assorbimento di energia solare. Indicatori climatici

38 38 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA STORIA CLIMATICA DELLA TERRA E’ possibile ricostruire a grandi linee la storia climatica della Terra a partire dalle formazioni sedimentarie più antiche che risalgono a circa 3800 MAF anche se oltre 2800 MAF le rocce sono generalmente metamorfosate. Le prime indicazioni sono però frammentarie e d’altronde le prime informazioni paleogeografiche di una certa attendibilità si riferiscono solo al tardo Precambriano e riguardano prevalentemente la posizione reciproca di continenti e oceani. Sulla base di modelli alfanumerici apprendiamo che 4250 MAF la temperatura media della Terra era di circa 37°C e 3500 MAF la stessa era scesa a 25°C. Queste indicazioni si basano sul contenuto di anidride carbonica supposta molto maggiore nella paleoatmosfera terrestre rispetto all’attuale: vi si verificava un consistente effetto serra. V’è da dire, però, che dati isotopici effettuati su una selce ipotizzerebbero circa 3000 MAF una temperatura di circa 70°C. Certo è che la prima glaciazione nota che ha interessato il nostro pianeta data 2800-1700 MAF. (Formazione di Bruce, Lago Ramsey, Ontario Canada: rocce striate e montonate in tre livelli stratigrafici, glaciazione Huroniana). Sulla base delle analisi petrologiche sappiamo che 950 MAF la Terra era ancora calda ma 940 MAF si registra la glaciazione di Gnejsö. Massa d’aria fredda Dalle carote dei ghiacci dell’Antartide si ricostruisce la storia climatica della Terra degli ultimi 100.000 anni.

39 39 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA STORIA CLIMATICA DELLA TERRA, segue Prove indubbie di glaciazione risalgono a circa 770 MAF (glaciazione Sturtiana) e 615 MAF (glaciazione Varangiana). Durano ognuna 100 milioni di anni circa, furono molto estese ma per quel che ci risulta non avevano carattere globale. Nel Paleozoico si sono registrati climi generalmente caldi; le rocce sedimentarie sono più diffuse e meglio conservate. Si diffondono gli animali con guscio e quindi iniziamo a registrare importanti testimonianze fossili. Vi sono però chiare evidenze di periodi glaciali che hanno interessato l’antica Pangea: - a 430 MAF risale la glaciazione Ordoviciana. Nel Sahara sono stati rinvenuti sedimenti gradati da dilavamento glaciale e valli con sezione a U il cui fondo si presenta levigato e strato. - risale ad un periodo compreso fra 330 MAF e 250 MAF la glaciazione Permo-carbonifera. In questo lungo periodo prevalgono climi freddi e umidi con centro di glaciazione vicino al Polo sud geografico. Massimi evaporitici e glaciali nel Fanerozoico (da Frakes, 1979)

40 40 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA STORIA CLIMATICA DELLA TERRA, segue Il Mesozoico registra un clima tendenzialmente caldo. La temperatura dei fondali marini non scese mai al di sotto dei 14°C mentre la temperatura delle acque marine superficiali registravano valori di 10-20°C nelle regioni polari e di 15-30°C nella fascia equatoriale. Un leggero raffreddamento si verifica all’inizio del Giurassico mentre nel Cretacico si avverte un riscaldamento a larga scala soprattutto alle alte latitudini seguito alla fine del Cretacico e del Mesozoico (65 MAF) un raffreddamento globale che portò alla scomparsa di numerose specie di organismi viventi sia di mare che di terra. Nel Cenozoico si registrano quattro marcati raffreddamenti: uno 60 MAF nel Paleocene medio, uno 45 MAF nell’Eocene medio, un altro 38 MAF nell’Oligocene inferiore, il più rigido, e uno ancora 28 MAF nell’Oligocene medio. Nel corso della glaciazione dell’Oligocene inferiore, 38 MAF, la temperatura degli oceani si abbassò di circa 3°C- 5°C e in superficie di circa 10°C. Forse inizia a formarsi il primo ghiaccio antartico e per la prima volta si accumula acqua fredda sul fondo dei mari. Altri periodi freddi di registrano 25 MAF, nel Miocene inferiore e 15 MAF nel Miocene superiore quando si formano i primi ghiacciai di tipo alpino e la calotta glaciale antartica occidentale; quella orientale si formerà più tardi fino a circa 4 MAF. Nel Pliocene superiore fra 2,5 e 3 MAF il ghiaccio marino artico diventa permanente.

41 41 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA STORIA CLIMATICA DELLA TERRA, segue Nel Quaternario, negli ultimi 2 milioni di anni si registra un’alternanza di periodi freddi e caldi con fluttuazione delle calotte di ghiaccio continentali. Si segnalano quattro grandi, forse cinque, periodi di freddo: - glaciazione del Donauda 1,5 a 1,0 MAF - glaciazione di Gunz da 0,65 a 0,5 MAF - glaciazione di Mindel da 0,4 a 0,3 MAF - glaciaizone di Rissda 0,20 a 0,12 MAF - glaciazione di Würmda 0,08 a 0,01 MAF Oltre questi periodi estesi di freddo si registrano in Europa altri eventi di breve durata: in tutto 17 cicli periodo glaciale - periodo interglaciale. Le grandi variazioni climatiche del Quaternario vengono suddivise per comodità in tre fasi: fase fredda (o età del ghiaccio), fase interstadiale, fase calda (come l’attuale).

42 42 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA STORIA CLIMATICA DELLA TERRA, segue L’ultima glaciazione, quella würmiana, ha raggiunto il periodo più intenso circa 18.000 anni fa: il livello del mare scese per circa 85 metri al di sotto dell’attuale e il ghiaccio ricopriva interamente gli oceani alle alte latitudini; la Corrente del Golfo si spingeva solo verso est lambendo la penisola iberica. La temperatura oceanica era di 2-3°C inferiore a quella attuale. Alle medie latitudini la temperatura superficiale dell’Atlantico oscillava fra i 12°C e i 18°C; nel Pacifico settentrionale la temperatura dell’acqua era inferiore di 6-8°C rispetto all’attuale. In inverno il ghiaccio marino antartico si spingeva fino alla latitudine di 46° S; l’America settentrionale, l’Europa settentrionale, l’Asia settentrionale, la Groenlandia e l’Antartide erano ricoperte da una coltre di ghiaccio spessa 3 km. La temperatura globale era di circa 5°C inferiore all’attuale (quindi circa 12°); il Monsone asiatico era debole e girava verso sud. Fluttuazioni glaciali nel Verbano

43 43 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA IL REGIME CLIMATICO ATTUALE Il riscaldamento dell’Atlantico è durato da 16.000 a 7.000 anni fa. Nel frattempo si sono registrati avanzamenti glaciali minori ogni 2500 anni circa; queste variazioni sono state accertate nello studio delle carote della calotta antartica orientale. E’ stato così possibile accertare anche che: dal 6000 al 3000 a.C. la temperatura media della Terra era di circa 2°C superiore all’attuale; dal 1000 al 500 a.C. il clima è stato più freddo e più umido; dal 500 a.C. all’ a.d. 400 si è registrato un lieve raffreddamento; dall’anno 800 al 1200 di nuovo una fase calda: i Vichinghi avevano insediamenti permanenti in Islanda e Groenlandia; dal 1200 al 1700 circa si verifica la piccola età del ghiaccio con raffreddamento generalizzato del pianeta, pur con qualche fluttuazione; dal 1700 al 1900 di nuovo un riscaldamento generalizzato con picco agli inizi del XX° secolo; intorno alla metà del XX° secolo, una nuova inversione di tendenza verso un raffreddamento; al giorno d’oggi si registra una tendenza ad un nuovo riscaldamento. E’ da chiarire che queste variazioni climatiche non sono sincrone e spesso non investono tutti i luoghi del nostro pianeta. Solo nella piccola età del ghiaccio si è registrato un andamento generalizzato a scala planetaria così come anche la tendenza al riscaldamento degli inizi del XX° secolo. Bruegel: piccola era del ghiaccio (XVII° sec.)

44 44 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: CLIMA CAUSE DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI Come già ricordato, diverse sono le cause che provocano significativi cambiamenti climatici. Ricordiamo fra queste: - variazione dell’emissione di energia solare; - variazioni nella composizione dell’atmosfera terrestre; - variazioni della geografia terrestre (distribuzione di terre e mari); - attività vulcanica più o meno intensa; - cause astronomiche (Milankovic); - meccanismi interni di cambiamento (variazioni albedo, variazione calotte, ecc) -variazioni ambientali in senso lato. A causa dell’aumento della concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera terrestre, nel XXI° secolo si ipotizza un possibile aumento della temperatura globale di circa 2-3°C. Grandi eventi della storia della Terra

45 45 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI Si definiscono agenti esogeni le azioni, le forze, i fenomeni propri dell’atmosfera che avvengono sulla superficie della Terra o nel suo immediato sottosuolo, a causa dell’azione fisica o chimica che essi esercitano sui materiali della litosfera (rocce, minerali e derivati). Vengono studiati in riferimento ai poderosi effetti che producono nei confronti della morfologia della superficie terrestre, modificandola continuamente. I principali agenti esogeni appartengono alla sfera della cosiddetta Terra fluida (atmosfera, idrosfera) e sono: - vento - temperatura - precipitazioni atmosferiche - gelo La complessa azione degli agenti esogeni va sotto il nome di degradazione meteorica o anche degradazione atmosferica; viene anche definita processo geomorfologico o geomorfico. Il ventoLa temperatura La pioggia Il gelo L’ATMOSFERA MODIFICA IL PAESAGGIO TERRESTRE

46 46 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DEL VENTO Il vento esercita un’azione modificatrice sulla superficie terrestre. La sua azione (detta anche azione eolica) si manifesta come erosione, trasporto, deposito. AZIONE DEL VENTO - EROSIONE La degradazione meteorica combinata con la secchezza del clima dà origine alla deflazione (distacco di particelle di roccia dalla superficie). In questa condizione le particelle minute vengono asportate e il suolo viene eroso: la superficie rocciosa rimane sempre esposta liberamente. Sul suolo roccioso esposto avviene il distacco di piccoli frammenti. Si forma così il pavimento del deserto, di aspetto ciottoloso (hammada, serìr). Un aspetto del deserto del Sahara con in primo piano l’hammada (detto pavimento del deserto perché roccioso e frammentato Uno struzzo corre sul suolo ciottoloso predesertico

47 47 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DEL VENTO - TRASPORTO La direzione e la forza del vento possono variare ampiamente; notevole è la capacità di trasporto delle particelle: una brezza tesa (15 km/ora) può trasportare facilmente polvere o anche sabbia. La frequenza e l’intensità dei venti assieme alla temperatura e alle precipitazioni influenzano notevolmente formazione e distribuzione delle forme eoliche di erosione e di deposito. La secchezza di un vento è essenziale perchè esso possa erodere o trasportare: le particelle umide infatti sono coesive, tendono cioè ad aggregarsi e, diventando più pesanti, ricadono facilmente al suolo. Anche la rugosità della superficie terrestre assume un ruolo importante: essa infatti favorisce la turbolenza dell’aria e quindi l’erosione. Due aspetti di paesaggio desertico caratterizzato da elevata secchezza o aridità

48 48 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DEL VENTO - MODALITA’ DEL TRASPORTO La principale forma di trasporto per opera del vento avviene per saltazione, oltre che per sospensione e per strisciamento. Attraverso la saltazione la sabbia può essere sollevata fino a 50 cm dal suolo. Con vento forte si forma una nube di sabbia e polvere che esercita azione erosiva (corrasione). Il materiale più fine può essere sospinto anche ad altezza considerevole e trasportato per centinaia di km. I forti impatti da ricaduta esercitano anche un'altra forma di erosione eolica causata dallo strisciamento in avanti (reptazione). L’aria ha una capacità enorme a trattenere polveri in sospensione (1 kmc di aria può trattenere fino a 1000 tonnellate di polveri: su 100 kmq di territorio possono rimanere sospese anche 1 x10 5 tonnellate di polvere fine. Le polveri sono costituite essenzialmente da minerali argillosi. Nota: I granuli delle sabbie eoliche hanno un aspetto smerigliato per effetto della rara dissoluzione e non per effetto degli impatti. Forme di corrasione Modello di trasporto eolico

49 49 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DEL VENTO - DEPOSITO Il trasporto delle sabbie ad opera del vento origina le dune. Le dune dunque sono strutture mobili a rapido rifornimento di sabbia. I luoghi dove si formano sono i deserti e i litorali. La disposizione delle dune è determinata da: - tipo e quantità di sabbia - direzione, durata e intensità del vento. L’accrescimento delle dune avviene con una modalità tipica riconoscibile nella stratificazione incrociata, struttura interna delle dune originata dall'accumulo di livelli di sabbia diversamente orientati a causa del continuo mutare della direzione del vento.

50 50 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DELLA TEMPERATURA L’energia solare fornisce calore e innesca tutti i movimenti dell’atmosfera che sono alla base di gran parte dei fenomeni fisici e biologici della superficie terrestre. Il Sole emette 5,2 x 10 24 Kcal/minuto; la Terra intercetta solo lo 0,5 x 10 -9 (mezzo miliardesimo) dell’energia totale emessa. L’energia massima della radiazione solare viene emessa intorno ai 0,5  m. Vi sono variazioni stagionali e latitudinali nella ricezione dell’energia solare che dipendono dall’angolo che i raggi del Sole formano con l’orizzonte e dalla durata del giorno. La Terra ha una temperatura media di circa 17°C (290 °K) e riceve direttamente solo il 26% delle radiazioni solari e indirettamente il 25% ma ne perde il 4% per effetto dell’albedo. Quindi la radiazione effettiva che raggiunge la superficie terrestre è pari al 47% del mezzo miliardesimo intercettato dal nostro pianeta. La circolazione atmosferica tende a riequilibrare la temperatura fra le diverse zone della superficie terrestre. Termografia all’infrarosso di un centro abitato

51 51 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DELLA TEMPERATURA La temperatura del suolo è ben diversa rispetto a quella dell’aria; generalmente è maggiore. E’ noto che la temperatura dell’aria si fa sempre più fredda man mano che ci si eleva in altezza, quindi il calore dell’aria deriva più per irraggiamento dalla Terra che direttamente dal Sole. I fattori che influenzano la temperatura dell’aria oltre l’altitudine sono: inclinazione dei raggi solari, distribuzione delle terre e dei mari, e la presenza di vegetazione. La differenza fra temperatura massima e temperatura minima viene definita escursione termica. Il suolo dunque si riscalda più rapidamente dell’aria e altrettanto più rapidamente si raffredda. La forte escursione termica determina un’altrettanto forte tensione differenziale sui materiali esposti della superficie terrestre che, come è noto, sono formati da minerali diversi ciascuno dei quali ha proprie caratteristiche fisiche. Tra queste anche un coefficiente di dilatazione termica che è diverso da minerale a minerale. La tensione fra le superfici di contatto dei minerali sottoposti a sforzi differenziali per effetto dei diversi coefficienti di dilatazione termica, provoca nel tempo uno stato di debolezza sulle superfici dei materiali esposti e il distacco di particelle.

52 52 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DELLA TEMPERATURA Questo fenomeno, che viene definito disgregazione meccanica, è una forma davvero imponente di azione morfologica ed è tra le principali cause che originano detriti che verranno poi mobilizzati da altri agenti esogeni quali l’acqua o il ghiaccio. L’azione della temperatura (definita anche azione termoclastica), che determina il denudamento delle rocce è tanto più forte quanto maggiore è l’escursione termica soprattutto giornaliera ma anche stagionale. Essa agisce in maniera diversa da luogo a luogo e dipende anche dalla natura dei materiali. L’azione termoclastica dovuta ai forti sbalzi di temperatura origina forme erosionali talora molto caratteristiche

53 53 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DELL’ACQUA METEORICA L’umidità atmosferica deriva soprattutto dall’evaporazione dell’acqua degli oceani, poi anche dall’evaporazione delle acque continentali e dalla traspirazione delle piante. L’umidità dell’aria si manifesta come vapore acqueo (nubi e nebbie ne rappresentano la parte visibile), pioggia, neve e grandine. Tutte queste componenti contribuiscono all’azione esogena dell’acqua ed esercitano un’azione tanto chimica quanto fisica sui materiali della superficie terrestre. La pioggia che cade sulla terra asporta le particelle libere facendole scorrere più a valle e offrendo la superficie dilavata a nuova aggressione esogena. L’azione più sensibile in senso assoluto è però determinata dall’acqua corrente sia essa dilavante che ruscellante, che è di gran lunga il più distruttivo degli agenti esogeni. Diverse forme di condensa dell’umidità dell’aria Nubi temporalesche L’uragano Katrina

54 54 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI AZIONE DEL GELO L'azione del gelo si esercita intorno al punto di congelamento dell'acqua, quindi in zone dove avviene il passaggio di stato fisico liquido-solido in presenza di umidità al suolo. L'acqua che ghiaccia aumenta di volume del 9% circa. Vanno soggette a questo particolare tipo di azione termoclastica soprattutto le rocce porose (arenarie, tufi, marne) e le rocce fessurate (calcari, graniti). Questo tipo di azione esogena viene definita azione crioclastica. Quando le rocce calcaree sono microfessurate, si comportano come rocce porose. Nelle rocce granitiche si ha produzione di grossi blocchi che rotolano a valle. L'azione del gelo può determinare la deformazione di sedimenti di tipo plastico (per es. argille) che viene definita crioturbazione. Il soliflusso è invece costituito da movimento gravitativo di scivolamento lungo i versanti. La falda di detrito che si raccoglie ai piedi di una parete rocciosa è in larga parte originata dall’azione termoclastica e in particolare da quella crioclastica La forma a U di questa valle è stata originata dall’azione erosiva di un ghiacciaio ora scomparso

55 55 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI DEGRADAZIONE ATMOSFERICA L'aggressione degli agenti esogeni nei confronti della superficie solida della terra si concretizza in una lenta, progressiva degradazione chimica e fisica delle rocce, processo che va sotto il nome di erosione. DEGRADAZIONE CHIMICA La degradazione chimica prende anche il nome di disfacimento ed è dovuta essenzialmente all'azione dell'acqua e delle sostanze in essa disciolte o presenti in forma gassosa o solida. Molto attivo il ruolo di ossigeno (O 2 ) e anidride carbonica (CO 2 ). L'ossigeno esercita azione ossidante, soprattutto l'ossigeno dell'aria in presenza di acqua. Si determina così l'ossidazione dei minerali, soprattutto dei solfuri e dei solfosali. Ciò porta alla formazione di ossidi di ferro che pigmenta la roccia in giallo (FeO) oppure in rosso (Fe 2 O 3 ). La dissoluzione è un particolare tipo di degradazione chimica che provoca un'azione solvente, per esempio sul salgemma e sulle evaporiti (gesso, anidrite).

56 56 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI DEGRADAZIONE ATMOSFERICA – DEGRADAZIONE CHIMICA L'anidride carbonica è talora presente nella acque di ruscellamento o di dilavamento o di infiltrazione come acido carbonico (H 2 CO 3 ). Le acque acide provocano un'azione solvente sul carbonato di calcio (rocce calcaree) : CaCO 3 + H 2 O + CO 2  Ca(HCO 3 ) 2 oppure, per idrolisi sui feldspati (graniti, lave, ecc.): 2 KalSi 3 O 8 + H 2 CO 3 + H 2 O  Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (caolinite) + 4 SiO 2. Per degradazione chimica si originano le tipiche forme carsiche da dissoluzione sia superficiali che sotterranee (Istria, Puglia ecc.).

57 57 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI DEGRADAZIONE ATMOSFERICA – DEGRADAZIONE FISICA La degradazione fisica prende anche il nome di disgregazione. In regioni aride l’azione prevalente è quella termoclastica dovuta alla sostenuta escursione termica giornaliera (deserti, alta montagna). Per effetto dell’azione termoclastica si ha produzione di frammenti, schegge, blocchi, massi. La degradazione meteorica comprende dunque quel complesso di processi chimici e fisici che si verificano sulla superficie delle terre emerse per opera di agenti naturali che conducono al disfacimento, denudazione, alterazione, decalcificazione ecc. delle rocce affioranti. A causa della degradazione i rilievi tendono ad abbassarsi e i terreni piani ad innalzarsi, per cui si tende ad un livellamento finale che però non viene mai raggiunto. La degradazione è maggiore nei terreni poco coerenti ed eterogenei, minore in quelli compatti ed omogenei. I processi chimici e fisici agiscono continuamente sulle forme del paesaggio esposto all’azione atmosferica aggredendole e creando detriti che possono essere rimossi dal vento o dall’acqua e ridepositati altrove.

58 58 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI DEGRADAZIONE ATMOSFERICA L’efficacia di ciascun tipo di degradazione dipende dalla natura e struttura della roccia, dal clima, dalla presenza di copertura vegetale e da altri fattori collaterali. La prima azione di aggressione è compiuta dall’ atmosfera. I processi atmosferici e in genere la dinamica esogena producono intensi fenomeni reattivi sulle terre emerse della superficie terrestre. L’insieme di questi fenomeni viene descritto come degradazione atmosferica che comporta la decomposizione superficiale delle rocce. Per comprendere i meccanismi dell’evoluzione morfologica della superficie terrestre continentale è opportuno fare una distinzione fra le sue principali componenti solide che sono: - roccia in posto - depositi superficiali - suolo. A BB C Roccia in posto (A), deposito superficiale (B); suolo (C).

59 59 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 16. ATMOSFERA: PROCESSI GEOMORFICI DEGRADAZIONE ATMOSFERICA Si definisce roccia in posto una massa rocciosa che giace nella sua posizione naturale, determinata nel corso dei tempi dalla dinamica endogena e dalla storia geologica regionale. Si definisce detrito superficiale o deposito superficiale la coltre di materiali incoerenti che deriva dall’alterazione in posto della roccia e che può subire un’azione di trasporto più o meno lunga. Si definisce suolo l’ulteriore prodotto dell’alterazione superficiale della roccia o del suo detrito che avviene in diverse fasi o meccanismi: 1. formazione di detrito eluviale (da eluvium = materiale alterato rimasto in posto o quasi) sul quale può attecchire la vegetazione 2. azione modificatrice della vegetazione la quale determina un arricchimento progressivo in sostanze organiche del terreno attraverso: a. le radici che secernono sostanze acide b. i batteri che elaborano i resti vegetali; gli acidi solforati dei batteri + decomposizione dei vegetali danno luogo alla formazione degli acidi humici, molto reattivi. Parti di un suolo