03 – L’Atmosfera terrestre Scuola di Scienze e Tecnologie L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura Corso di “Geografia fisica” Modulo “Fisica dell’atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci 03 – L’Atmosfera terrestre

Suddivisione dell’Atmosfera terrestre La Terra in senso stretto (Litosfera e Idrosfera) è circondata da uno strato di gas e vapori (che ingloba anche piccole particelle solide), progressivamente più rarefatto man mano che ci si innalza, detto Atmosfera. Nell’ambito dell’Atmosfera, salendo di quota possono essere riconosciuti 5 strati successivi, di spessore variabile: la Troposfera la Stratosfera la Mesosfera la Termosfera l’Esosfera Quest’ultima, particolarmente rarefatta, sfuma nel vuoto cosmico. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Caratteristiche fisiche dell’Atmosfera terrestre Salendo nell’Atmosfera, la pressione atmosferica (data dal “peso” della colonna di gas sovrastante) ovviamente diminuisce (più rapidamente all’inizio, in modo progressivamente più lento fino ad annullarsi); alla Tropopausa, è già meno di un quinto di quella al livello del mare. La temperatura, invece oscilla in modo meno regolare, invertendo la tendenza ad ogni passaggio di livello: Troposfera: scende fino a -73 - -83°C Stratosfera: risale fino a 0 – 30 °C Mesosfera: riscende fino a -83 - -123 °C Termosfera: risale fino a 480° - 1700 °C nell’Esosfera la temperatura, teorica, rimane grossomodo costante Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Composizione chimica dell’Atmosfera terrestre La composizione chimica dell’Atmosfera varia a seconda dell’altezza dal suolo; il vapore acqueo è quasi esclusivo della Troposfera, mentre He e H sono tipici della Termosfera e dell’Esosfera. L’ozono è particolarmente abbondante nella parte bassa della Stratosfera (Ozonosfera) Al suolo, la composizione chimica dell’Atmosfera è in media la seguente: Azoto (N2): 78,08% Ossigeno (O2): 20,95% Argon (Ar): 0,93% Vapore acqueo (H2O): 0,33% in media (variabile da 0 a circa il 5-6%) Anidride carbonica (CO2): 0,032% (320 ppm) Neon (Ne): 0,00181% (18 ppm) Elio (He): 0,0005% (5 ppm) Metano (CH4): 0,0002% (2 ppm) Idrogeno (H2): 0,00005% (0,5 ppm) Kripton (Kr): 0,000011% (0,11 ppm) Xeno (Xe): 0,000008% (0,08 ppm) Ozono (O3): 0,000004% (0,0364 ppm) Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

La Troposfera La totalità dei fenomeni meteorologici avviene nell’ambito della Troposfera, che a causa della rotazione terrestre ha uno spessore variabile, in funzione della latitudine, tra i circa 8 Km (al di sopra dei Poli) e i circa 16-20 Km (al di sopra dell’Equatore). Nella Troposfera, salendo di quota, in media la temperatura decresce abbastanza linearmente secondo il gradiente termico verticale, pari a circa 6.4°C per ogni Km. Di conseguenza, alla Tropopausa, al di sopra dei Poli si avranno temperature intorno ai -46 °C, mentre al di sopra dell’Equatore si raggiungeranno i -80 °C. Anche la pressione atmosferica decresce, ma in modo esponenziale, così come l’umidità atmosferica. -46 °C -80 °C Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

La pressione atmosferica La colonna d’aria che sovrasta un punto, essendo sottoposta all’attrazione gravitazionale, esercita con il suo peso una pressione verso il basso, misurabile tramite un barometro. E’ quindi ovvio che, salendo di quota, alla riduzione di spessore e di densità dell’aria si assocerà un calo, via via più rapido, della pressione atmosferica.  Altitudine  in metri  Pressione  in centesimi di atm 100.0      1 000 88.6      2 000 78.5      4 000 60.8      6 000 46.5      8 000 35.0    10 000 26.0    15 000 11.5    20 000 6.9    30 000 1.2    50’000 0.1    70’000 0.01 Al livello del mare la pressione è in media pari a quella esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm, ovvero 1013.2 millibar = 1 atmosfera). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

La Stratosfera e l’Ozonosfera La composizione chimica della Stratosfera è molto simile a quella della Troposfera (entrambe fanno parte dell’Omosfera), fatta eccezione per la rilevante concentrazione di ozono (O3) che caratterizza la sua porzione tra i 15 e i 35 Km di quota circa (Ozonosfera), dovuta all’effetto ionizzante di parte della radiazione solare (l’ozono si forma quindi in loco e non proviene dalla Troposfera, dove è pressoché assente). Il suo effetto principale è di trattenere buona parte delle radiazioni solari nella lunghezza d’onda dell’Ultravioletto (radiazioni ionizzanti e mutagene, dannose per la vita). L’Ozono, è però fortemente attaccato da alcuni gas (come i CFC), che riducono fortemente lo spessore e l’efficacia protettiva dell’Ozonosfera Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

L’alta Atmosfera La Mesosfera si estende da circa 50 a circa 85 Km di quota; anch’essa mostra una composizione chimica simile a quella della Troposfera e della Stratosfera (insieme a cui forma l’Omosfera). La Termosfera è posta al di sopra della Mesosfera (oltre la Mesopausa) e si estende fiono a una quota di circa 200 Km; è caratterizzata dalla perdita di omogeneità chimica. La sua porzione basale (Ionosfera) costituisce un importante livello riflettente per le onde radio (soprattutto durante la notte, quando non si hanno effetti connessi con l’assorbimento della radiazione solare). Al di sopra, abbiamo la Metasfera, che sfuma nell’Esosfera (talmente rarefatta da non consentire la misurazione della temperatura) che a sua volta sfuma nel vuoto cosmico) Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

La Magnetosfera Il campo magnetico terrestre protegge la superficie della Terra dalle particelle cariche del vento solare. È compresso dal lato del giorno (ovvero del Sole, verso cui si estende per circa 60’000 km) in seguito alla spinta delle particelle costituenti il vento solare, mentre è molto più spesso dal lato al buio, dove si estende per circa 250’000 Km. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci