L'atmosfera: definizione e spiegazione

L’atmosfera è uno strato vitale di gas che circonda la Terra, svolgendo funzioni cruciali per la vita e gli ecosistemi del nostro pianeta. Questo involucro gassoso non solo ci protegge dalle radiazioni nocive dello spazio e dai detriti meteorici, ma regola anche la temperatura, rendendo possibile la vita sulla Terra come la conosciamo. La comprensione delle sue componenti, della struttura e delle dinamiche è fondamentale per studiare il clima, la meteorologia, la biologia e molte altre aree della scienza e della ricerca ambientale.

La composizione dell’atmosfera è dominata dall’azoto (circa il 78%) e dall’ossigeno (circa il 21%), con tracce di altri gas come l’anidride carbonica, l’argon e il vapore acqueo. Questi componenti non sono distribuiti uniformemente, ma variano in concentrazione a seconda dell’altitudine, della temperatura e dell’attività biologica. Il vapore acqueo, in particolare, ha un ruolo significativo nella regolazione del clima terrestre attraverso il ciclo dell’acqua e l’effetto serra.

L’atmosfera è strutturata in diversi strati, ciascuno con caratteristiche distintive in termini di temperatura, composizione e fenomeni meteorologici. Dal basso verso l’alto, questi strati includono:

• la troposfera, dove si verificano la maggior parte dei fenomeni meteorologici;
• la stratosfera, sede dell’ozonosfera che ci protegge dai raggi ultravioletti del sole;
• la mesosfera, dove si disintegrano la maggior parte dei meteoriti;
• la termosfera, che include la ionosfera importante per la trasmissione delle onde radio;
• l’esosfera, il confine esterno dove l’atmosfera terrestre sfuma nello spazio.

Ogni strato dell’atmosfera svolge ruoli unici e interagisce con gli altri in modi complessi, influenzando il tempo, il clima e le condizioni di vita sulla Terra. Ad esempio, i movimenti e le interazioni dei gas nella troposfera danno luogo a venti, nubi, piogge e altri fenomeni meteorologici. Allo stesso tempo, la stratosfera e la sua ozonosfera giocano un ruolo cruciale nel filtrare la radiazione ultravioletta solare, proteggendo gli esseri viventi dai suoi effetti nocivi.

Vediamone insieme le caratteristiche.

• Le funzioni dell’atmosfera
• I principali componenti dell’atmosfera
• La struttura dell’atmosfera
• Le caratteristiche fisiche dell’atmosfera
• I movimenti dell’atmosfera
• L’atmosfera e i fenomeni meteorologici

Le funzioni dell’atmosfera

La terra è circondata da uno spesso strato di aeriformi che costituisce l’atmosfera, un involucro composto principalmente da gas e vapore acqueo che resta vicino alla terra grazie alla presenza della forza di gravità.

Senza atmosfera non esisterebbe la vita sulla terra, infatti l’aria ha svariate funzioni:

• Permette la FOTOSINTESI dei vegetali;
• È responsabile della RESPIRAZIONE CELLULARE degli organismi aerobi;
• PROTEGGE la terra dalle radiazioni solari;
• DISTRIBUISCE il calore del sole alla terra;
• IMPEDISCE eccessivi sbalzi di temperatura sulla terra;
• PROTEGGE la terra dalla caduta di meteoriti proveniente dallo spazio;
• Contribuisce al CICLO DELL’ACQUA;
• MODELLA IL PAESAGGIO;
• RIFLETTE le onde radio.

I principali componenti dell’atmosfera

I componenti principali dell’atmosfera, a livello del mare, sono:

• AZOTO (£$N_2$£) circa il 78%. Si presenta come molecola biatomica e viene utilizzato per la sintesi delle proteine, per questo è un componente fondamentale per la vita. Non può essere introdotto direttamente nell’organismo, ma sotto forma di nitrati (£$NO_{3-}$£)e nitriti (£$NO_{2-}$£). Solo alcuni batteri delle leguminose riescono ad assorbirlo direttamente;
• OSSIGENO (£$O_2$£) circa il 21%. È indispensabile per la vita degli organismi aerobi. Viene prodotto mediante fotosintesi ed è consumato durante la combustione;
• ANIDRIDE CARBONICA (£$CO_2$£) circa 0,03%.Ostacola la dispersione del calore dalla terra verso lo spazio. Purtroppo la concentrazione di anidride carbonica in atmosfera è in continuo aumento e questo è nocivo per la respirazione degli essere viventi.
• ALTRI GAS quali idrogeno, metano, elio, argon;
• PULVISCOLO ATMOSFERICO insieme di polveri di varia natura (combustioni, processi industriali, eruzioni vulcaniche…);
• VAPORE ACQUEO derivante dall’evaporazione dell’acqua presente in idrosfera liquida.

La struttura dell’atmosfera

Le porzioni che compongono l’atmosfera sono dette sfere (strati) e sono divise da pause nelle quali cambiano gradualmente condizioni fisiche.

Dal basso verso l’alto (allontanandosi dalla terra) la pressione atmosferica diminuisce in quanto l’aria è sempre meno densa.

Vediamo ora nel dettaglio la stratigrafia dell’atmosfera:

• TROPOSFERA è il luogo in cui avvengono tutti i fenomeni meteorologici. Ai poli raggiunge 8 km di altezza mentre sopra l’equatore raggiunge i 18 km circa. La temperatura in troposfera decresce man mano si sale allontanandosi dalla Terra;
• TROPOPAUSA è la pausa tra troposfera e stratosfera;
• STRATOSFERA raggiunge i 50 km di altezza. Le molecole di ossigeno assorbono energia e intercettano le radiazioni ultraviolette proveniente dal sole, per questo in stratosfera la temperatura aumenta rispetto alla troposfera. Le radiazioni spezzano i legami dell’ossigeno e le singole molecole si legano formando l’ozono. Le molecole inquinanti che giungono sin qui impediscono la formazione di ozono e si crea il noto buco dell’ozono che è pericoloso per l’uomo;
• STRATOPAUSA è la pausa tra stratosfera e mesosfera;
• MESOSFERA è compresa fra 50 e 90 km di altezza ed è caratterizzata da pressione molto bassa e temperature fino a -75°C. Nella mesosfera si ha l’impatto dei materiali solidi provenienti dallo spazio che tendono a cadere sulla terra. Durante questo impatto si surriscaldano e si sbriciolano lasciando una scia luminosa;
• MESOPAUSA è la pausa tra mesosfera e termosfera;
• TERMOSFERA arriva fino a 300 km. E’ lo strato riscaldato direttamente dal sole quindi raggiunge temperature molto elevate man mano si sale. Il principale elemento presente in termosfera è l’ossigeno ionizzato formato da un singolo atomo;
• ESOSFERA è la zona di transizione tra l’atmosfera terrestre e lo spazio interplanetario. Raggiunge temperature fino a 2000°C. E’ costituita da elio e idrogeno che si disperdono nello spazio.

Le caratteristiche fisiche dell’atmosfera

Gli agenti che condizionano le condizioni atmosferiche sono principalmente tre:

• TEMPERATURA; è il grado di energia termica che un oggetto possiede e la sua capacità di scambiare calore con altri corpi. La temperatura dipende da latitudine e longitudine, dalla presenza di mari e oceani, dalla presenza o meno di nubi e di attività umane;
• PRESSIONE; è il peso esercitato dall’atmosfera su un’unità di superficie. Dipende da altitudine, temperatura e umidità. La pressione alta porta bel tempo, mentre la pressione bassa porta brutto tempo;
• UMIDITÀ; rappresenta la quantità di vapore acqueo contenuta nell’aria. Un tasso di umidità elevato fa percepire temperature elevate in caso di caldo e basse in caso di freddo.

I movimenti dell’atmosfera

Quando temperatura, pressione e umidità variano all’interno dell’atmosfera ecco che si creano dei movimenti orizzontali e verticali.

• I MOVIMENTI VERTICALI o correnti sono dati dalla variazione di temperatura in quanto l’aria calda tende a salire, mentre quella fredda tende a scendere;
• I MOVIMENTI ORIZZONTALI sono dati dalla variazione di pressione. L’aria tende a spostarsi dalle zone ad alta pressione verso quelle a bassa pressione. Questo genera i venti.

L’atmosfera e i fenomeni meteorologici

Il vapore acqueo presente in atmosfera proviene dall’evaporazione degli oceani, dal suolo e dalla traspirazione delle piante. In base a come si muovono le masse di aria varia la concentrazione di vapore acqueo in atmosfera e si presentano diversi fenomeni meteorologici:

• L’ARIA: quando in un volume di aria si concentra la massima quantità di vapore acqueo possibile allora si dice che l’aria è satura;
• Il VENTO : è formato dal movimento dell’aria che si sposta da zone di alta pressione verso zone a bassa pressione. Si possono avere venti periodici (come le brezze e i monsoni), venti costanti (come gli alisei) oppure venti irregolari;
• Le NUBI: sono formate da goccioline d’acqua che si formano al raffreddamento delle masse di aria ricche di umidità;
• La PIOGGIA: si forma quando le gocce di acqua che si generano in aria diventano troppo pesanti per restare sospese e cadono al suolo per la presenza della gravità. Se la temperatura dell’aria è superiore a 0°C le precipitazioni sono liquide, se invece la temperatura scende sotto 0°C allora si forma la neve;
• La GRANDINE: si forma nelle nuvole dove le gocce d’acqua subiscono continui spostamenti dal basso verso l’alto e viceversa e quindi sono soggette a sbalzi di temperatura repentini. Il chicco di ghiaccio continua a subire trasformazioni fino a quando cade al suolo perché non può più essere sostenuto dal vento;
• La NEBBIA: si forma quando il vapore acqueo si aggrega in gocce che restano sospese in aria restando vicine al suolo. Spesso però la nebbia si forma per il contatto di aria fredda con il suolo;