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Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

• L’atmosfera terrestre è uno strato molto sottile d’aria: nei primi 30 km si trova il 99% dell’intera massa

• Liquefatta occuperebbe uno spessore di appena11 metri

• Grazie ad essa è possibile la vita sulla Terra

• E’ la sede dei fenomeni meteorologici

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Lezione 1: Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

COMPONENTI FISSI DELL’ATMOSFERA (SECCA)

• Azoto 78 %• Ossigeno 21 %• Gas in tracce• di cui Argon 0,93 %

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• azoto ed ossigeno

– Costituiscono da soli oltre il 99% dell’atmosfera

– non hanno alcun ruolo nei fenomeni meteorologici

• grande importanza meteorologica

– componenti variabili

• vapore acqueo

• pulviscolo atmosferico

Lezione 1: Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

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PROFILO TERMICO DELL’ATMOSFERA

• strati a profilo termico uniforme– Troposfera

• temperatura decrescente– stratosfera

• temperatura crescente– mesosfera

• temperatura decrescente– termosfera e esosfera

• temperature crescenti (superiori al migliaio di gradi)

Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

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Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

Troposfera

- altezza media circa 10 km- temperatura diminuisce con l’altitudune di 6°C ogni 1000m

-Include l’80% dell’atmosfera

-Il limite superiore è la tropopausa

E’ la sede di tutti i fenomeni meteorologici

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Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

• Stratosfera

– altezza massima circa 50 km

– temperatura inizialmente costante, poi aumenta

con la quota

• massima concentrazione ozono

• assorbimento radiazione solare UV

• La sommità è chiamata stratopausa

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• Mesosfera

– È la “sfera di mezzo” da 50 km a circa 80 km

– temperatura diminuisce rapidamente con l’altezza

fino a circa – 80°C

– Lo strato più alto è detto mesopausa

Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

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• Termosfera

– È la fascia tra gli 80 km e i 600 km

– temperatura aumenta fino a 200°C

– Presenza di particelle cariche che riflettono le

onde radio

Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

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• Esosfera

– È la fascia più esterna dell’atmosfera e si estende oltre i

600 km di altezza

– Aria estremamente rarefatta

– Le poche particelle di gas sono così veloci da sfuggire

all’attrazione gravitazionale della Terra

Caratteristiche, composizione e struttura dell’Atmosfera

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L'ozono è una diversa forma dell'ossigeno; infatti è un gas costituito da tre atomi di ossigeno (O3). Esso è presente in elevate concentrazioni in una fascia della stratosfera detta appunto ozonosfera.

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Si definisce comunemente buco dell'ozono la riduzione temporanea dello strato di ozono (ozonosfera) che avviene ciclicamente durante la primavera nelle regioni polari (la diminuzione può arrivare fino al 70% nell'Antartide e al 30% nella zona dell'Artide). Recentemente si è individuato un grave assottigliamento dello strato dell'ozono sopra il Polo Sud, divenuto talmente grande da far parlare di buco dell'ozono.

Per estensione il termine viene utilizzato per indicare il generico assottigliamento dello strato di ozono che si è riscontrato a partire dai primi anni ottanta (stimata intorno al 5% dal 1979 al 1990).Lo strato di ozono funge da filtro per le radiazioni ultraviolette (raggi UV), trattenendo da solo circa il 99% delle radiazioni.

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Lo strato di ozono intorno all'atmosfera terrestre si è formato in milioni di anni per effetto dell'attività delle alghe verdi-azzurre, a cui si deve anche gran parte dell'ossigeno attualmente presente nell'atmosfera. Lo strato di ozono ha consentito alla vita di lasciare le acque per conquistare le terre emerse senza subire le radiazioni ultraviolette solari ed è dallo strato di ozono che dipende la nostra stessa vita.

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La continua costruzione e demolizione di molecole di ozono è regolata dalle REAZIONI di CHAPMAN: O2 + radiazione UV -> O + O2O + 2O2 -> 2O3 O3 + radiazione UV -> O2 + O O2 + O -> O3 Con una serie di reazioni successive l’ozono viene quindi generato, distrutto e rigenerato, sempre ad opera di radiazioni ultraviolette, fino a quando un atomo di ossigeno non incontra un altro atomo di ossigeno libero col quale formare una molecola di O2 stabile.

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• cause naturali: nubi di cloro che si formano nei vortici e eruzioni vulcaniche, che emettono diverse particelle che possono interagire con l’ozono, tra cui acido cloridico, aerosol e cloro;

• Cause artificali, cioè sostanze chimiche prodotte e utilizzate dall’uomo

•CFC(clorofluorocarburi),

•HCFC (Idroclorofluorocarburi),

•gas Halon o Bromofluorocarburi,

•metilcloroformio e il tetracloruro di carbonio (comuni solventi industriali);

•composti volatili costituiti da atomi di cloro o bromo.

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L'assenza dell'ozono fa venire meno il filtro naturale nei confronti dei raggi UV solari, che in piccole dosi ci abbronzano e ci forniscono l’energia necessaria per la sintesi della vitamina D, ma in dosi più elevate provocano gravi danni:

• danni agli occhi;• crescita del rischio di cancro della pelle e mutazioni nel DNA delle cellule

epiteliali;• inibizione della fotosintesi clorofilliana, con conseguente minore crescita

delle piante, diminuzione dei raccolti e minore produzione di fitoplancton oceanico (il primo anello della catena alimentare marina) ;

• riscaldamento degli oceani al punto da rendere impossibile ogni forma di vita.

Si è calcolato che una diminuzione dell’1% dell’ozono nell’atmosfera comporterebbe un aumento medio del 2% dell’intensità delle radiazioni che raggiungono il suolo.

Se non ci fosse l’ozonosfera soltanto alcuni insetti con esoscheletro riuscirebbero a resistere ai raggi UV in un mondo desertico e privo di verde.

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Per limitare i danni prodotti dal cloro bisogna innanzitutto eliminare dal mercato i CFC, i principali fornitori di cloro. Per poter fare ciò è necessario prima provvedere alla sua sostituzione con qualche composto simile e meno pericoloso. Perciò sono già stati realizzati dei prodotti sostitutivi dei CFC con meno cloro ma altrettanto efficaci. La sfida tuttavia è anche trasferire nuove tecnologie nei Paesi del terzo mondo. Se ad esempio Indiani e Cinesi portassero a termine i loro piani di costruzione di milioni di frigoriferi utilizzando i CFC, l’immissione di questi prodotti nell’atmosfera si moltiplicherebbe in breve tempo. Naturalmente non si può nemmeno impedire a miliardi di persone di nutrirsi meglio e di raggiungere un maggiore benessere.

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L'atmosferacostituisce un sistema dinamico molto complesso:

movimenti e spostamenti sono responsabili dei diversi climi e del tempo meteorologico, delle perturbazioni e

dei venti.

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Il tempo meteorologico• è lo stato dell'atmosfera in un dato istante.

Non va confuso con il clima, che è lo stato dell'atmosfera in un periodo molto lungo.

• Lo strato atmosferico che interessa maggiormente i meteorologi è la troposfera, quello più vicino alla superficie terrestre.

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• Per prevedere l'evolversi della situazione meteorologica è necessario analizzare ed elaborare una serie di dati come la temperatura, l'umidità e la pressione atmosferica.

• Inoltre vanno studiati e tenuti in considerazione i venti, le correnti e le idrometeore. Queste ultime comprendono tutti i fenomeni atmosferici che riguardano la condensazione del vapore acqueo come le nubi e le precipitazioni di pioggia, neve e così via

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Da cosa ha origine il vento?

• Le varie zone della Terra sono sottoposte ad una differente pressione atmosferica: più l'aria è pesante, maggiore è la pressione atmosferica.

• La pressione, a sua volta, dipende dalla temperatura e dall'umidità. Se la temperatura sale, la pressione diminuisce; se scende, la pressione aumenta. Se l'umidità aumenta l'aria si fa leggera, se invece cala, l'aria si appesantisce.

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• Le masse d'aria tendono a spostarsi dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione. Questi spostamenti d'aria sono appunto i venti, dovuti al mutare dell'umidità e della temperatura. 

• Lo schema generale della circolazione atmosferica segue un meccanismo di circolazione termica a circuito chiuso chiamato cellula di Hadley, dal nome del suo scopritore, George Hadley, studioso del XVIII secolo.

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Cellula di Hadley

• L'aria dell'equatore, fortemente riscaldata dal Sole, tende a salire formando una corrente ascensionale e lasciando sotto di sé una zona di bassa pressione. Una volta salita, l'aria si raffredda e si sviluppano le piogge caratteristiche del clima umido delle zone equatoriali. Perso il vapore acqueo e divenuta fredda, l'aria ridiscende a nord e a sud dell'equatore, in due fasce simmetriche di altra pressione (alte pressioni subtropicali). 

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• Quindi, generalizzando, si possono distinguere zone di alta pressione in corrispondenza delle regioni polari e di quelle subtroplicali, e zone di basse pressioni nelle regioni equatoriali e temperate.

• La differenza tra le alte pressioni subtropicali e le depressioni equatoriali dà origine a uno spostamento d'aria verso l'equatore.

• Il risultato dell'equilibrio di queste forze sono gli alisei

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Gli AliseiGli alisei hanno direzione e velocità più o

meno costanti e soffiano da nord-est nell'emisfero boreale e da sud-est nell'emisfero australe.

Se la Terra non girasse su se stessa i venti si muoverebbero da nord e da sud in direzione dell'equatore, ma a causa del moto di rotazione terrestre da ovest verso est, vengono deviati (forza di Coriolis).

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I monsoni• Ci sono venti che cambiano direzione nel

corso dell'anno: i monsoni. Per sei mesi soffiano dal mare verso il continente e per il resto dell'anno spirano da terra verso l'oceano. Altri venti sono solo locali e variabili, cioè non soffiano costantemente come gli alisei: quelli che più interessano l'Italia sono lo scirocco (vento caldo che arriva dall'Africa), il libeccio (da sud-ovest), il maestrale (dalla Francia), la tramontana (da nord).

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Perché piove?

• Le nubi sono composte da gocce d'acqua e da aghetti di ghiaccio di piccolissime dimensioni.

• Se la temperatura del cielo raggiunge i - 40 ° C, gli aghetti di ghiaccio tendono ad ingrossarsi a spese delle goccioline d'acqua.

• Quando diventano sufficientemente pesanti, i cristalli precipitano verso terra.

• Quando il suolo e l'aria più vicina alla superficie hanno temperature molto basse, l'acqua può arrivare a terra in forma di neve.

• Viceversa, se la temperatura è troppo alta, come accade nelle regioni desertiche, l'acqua finisce per evaporare prima di giungere sul terreno.

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Le nubi sono costituite da piccolissime gocce d'acqua e da aghetti di ghiaccio in sospensione

• si formano attorno a microscopici, invisibili nuclei di pulviscolo, che sono presenti nell'atmosfera.

• nuvole a sviluppo verticale dette cumuliformi - altitudini 5.000 ai 18.000 metri.

• nubi estese in senso orizzontale dette stratiformi. • - stratocumuli• - i nembostrati • - strati a bassa quota (max 2.500 metri)• - gli altostrati e gli altocumuli (da 2.500 a 6.000 metri)• - i cirri, i cirrostrati e i cirrocumuli (oltre i 6.000 metri). 

• - chiare: nubi alte, trasparenti, costituite prevalentemente da aghetti di ghiaccio

• - scure: si tratta di nubi costituite da gocce d'acqua che la luce non può attraversare, portano la pioggia.

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Il riscaldamento terrestre

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L’energia solare• In media, solo il 47% della radiazione globale viene

assorbita dal suolo.• Il restante 53% viene riflesso nello spazio, diffuso o

assorbito nell'atmosfera o ancora restituito al suolo.• La superficie terrestre emette nuovamente, a sua

volta, una radiazione.• Grazie alla presenza nell'atmosfera di anidride

carbonica (CO2), la maggior parte di questa radiazione emessa nuovamente dalla Terra - il 90% - viene trattenuta e rimandata sulla superficie.

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