ATMOSFERA

Origine dell’atmosfera 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 http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/ATM_CHEM/historical_atmosphere.html

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 http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/ATM_CHEM/historical_atmosphere.html

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 http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/ATM_CHEM/historical_atmosphere.html

Composizione chimica COMPONENTI VAPOR D’ACQUA Formazione di nubi e precipitazioni. Assorbe En. Irradiata dalla Terra e emanata dal sole. AZOTO (78%) Fissato dai batteri azotofissatori nel suolo, restituito poi all’atmosfera. OSSIGENO (21%) stato libero, mol. bi-triatomiche (O3, ozono). Prodotto da piante. ALTRO: CO, SO2, H2SO4 , H2S, in zone abitate e industriali. ANIDRIDE CARBONICA (0,03%) Prodotta da: vulcani, processi di combustione, respirazione… utilizzata sempre da vegetali. PULVISCOLO 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. CO2 L'attuale concentrazione dell'anidride 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.)

(T variabile con l’altitudine) Struttura 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 http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/ATM_CHEM/troposphere.html

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. Tra la Stratosfera e lo strato successivo si frappone la “Stratopausa” http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/atmosphere.html

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 gas rarefatti 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) fenomeni luminosi delle aurore polari a 65°N e 65°S . zona di riflessione delle onde radio (1901 Marconi) 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 http://liftoff.msfc.nasa.gov

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 energia perforano facilmente le pareti di satelliti e stazioni spaziali:   fascia esterna, (25 000 km) protoni ed elettroni di energia molto inferiore. Il numero delle particelle dipende dall’attività solare e dalla stagione. 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)

Energia per l'atmosfera Le RADIAZIONI SOLARI sono la fonte di En. Per l’atmosfera. Esse raggiungono la Terra sottoforma di: VENTO SOLARE di natura corpuscolare. Fermate quasi sempre dal campo magnetico. RAD. ELETTROMAGNETICHE di natura ondulatoria Raggi X, luce visibile, raggi ultravioletti e radiazioni infrarosse. BILANCIO TERMICO COSTANTE SOLARE =0,14 W/cm2 Riferito allo strato esterno dell’atmosfera.

il 18 % è assorbito dall’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 SOLE-TERRA-ATMOSFERA si può constatare che il Sole scalda la Terra e la terra l’aria (effetto serra).

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