L'ATMOSFERA

L'atmosfera

Scuderi Megan, Sciuto Alice, Zampollo Anna

Indice

1. Cos'è l'atmosfera?

5. L'effetto serra

6. Le funzioni dell'atmosfera

2. Composizione dell'aria

7. I colori del cielo

3. Struttura dell'atmosfera

8. The End

4. Gli strati dell'atmosfera

Cos'è l'atmosfera?

É l'involucro aeriforme che avvolge la Terra. Sotto l'azione della gravità e della forza centrifuga, questo strato d'aria ha assunto una forma analoga a quella del globo terrestre. L'aria è fatta di materia pur essendo leggera e impalpabile. Essa ha un peso e quindi una massa.

Com'è fatta l'aria

L'aria è materia allo stato aeriforme. È un miscuglio di diversi gas:

• L'azoto, un gas che non serve per la respirazione;
• L'ossigeno, che viene prodotto dalle piante attraverso il pocesso della fotosintesi;
• L'anidride carbonica, un gas indispensabile per le piante.

Nell'aria è presente il vapore acqueo, che determina l'umidità atmosferica.

L’involucro gassoso che avvolge il nostro pianeta è una miscela di gas di composizione variabile, contenente anche particelle liquide e solide. Convenzionalmente si distingue tra bassa atmosfera ( o omosfera), fino ai 90 km di quota, e alta atmosfera ( o eterosfera), al di sopra di questo limite.

La bassa atmosfera

L'alta atmosfera

Una struttura a strati

Attualmente si ritiene che l’atmosfera sia costituita da strati sovrapposti di densità decrescente, detti sfere, con temperatura e composizione differenti e delimitati da zone di transizione, dette pause, situate a quote variabili in funzione della latitudine e delle stagioni.

Strati dell'atmosfera

La mesosfera

La stratosfera

La troposfera

La termosfera

L'esosfera

MESOPAUSA

IONOSFERA

TROPOPAUSA

TROPOPAUSA

In pochi km cessano le perturbazioni tipiche dello strato sottostante, la Troposfera, e la temperatura tocca i - 55°C. Un sottile strato dello spessore di 100-300 metri la separa dalla Stratosfera.

MESOSFERA

La mesosfera si estende approssimativamente da 50 a 80-90 km ed è caratterizzata dalla temperatura che torna a diminuire raggiungendo -90, -80 °C all'altitudine di 80 km, fino a toccare anche i -100°C. Qui l'atmosfera non subisce più l'influsso della superficie terrestre ed è costante a tutte le latitudini. La Mesosfera è caratterizzata da una accentuata rarefazione degli elementi gassosi e da un graduale aumento di quelli più leggeri a scapito di quelli più pesanti.

In questo strato hanno origine le stelle cadenti, i piccoli sciami meteorici, che di solito non riescono a raggiungere la superficie e bruciano prima di raggiungere la terra, lasciando scie luminose.

mesopausa

Luogo più freddo a livello naturale sulla Terra, con temperature inferiori a -90°C.

Oltre la mesopausa, alla quota di circa 100 km, troviamo la cosiddetta "linea di karman" .

Si trova ad un altezza di circa 100 km ma a latitudini medie e superiori in estate si scende ad altezze di circa 85 km.

Al confine tra mesopausa e termosfera comincia ad aver luogo il fenomeno delle Aurore Polari.

Termosfera

Si estende per diverse centinaia di chilometri (fino a circa 500 km). Le temperature nella termosfera raggiungono i 500 – 2000 °C aumentando la quota. Nella termosfera orbita la Stazione Spaziale Internazionale, a circa 400 km di quota. Qui si trovano anche i satelliti posizionati in orbita bassa.

IONOSFERA

Al di sopra dei 70-80 km di altezza dal suolo, le radiazioni solari ad alta frequenza (raggi X e ultravioletti), unite ai raggi cosmici, provocano la ionizzazione dei gas atmosferici, ionosfera. Strati ionizzati D, E, F1 e F2. La ionosfera è sede delle aurore polari.

ESOSFERA

E' la parte più esterna (e quindi meno conosciuta) dell’atmosfera; la temperatura continua ad aumentare con la quota, fino a toccare presumibilmente i 2000 °C (temperatura cinetica).

Non ha un vero limite, infatti sfuma progressivamente verso lo spazio interplanetario. Le molecole gassose presenti sono così rare che nel loro insieme non si comportano come un vero gas. Possono sfuggire all’attrazione gravitazionale terrestre e andare nello spazio.

Vi orbitano i satelliti artificiali che si muovono attorno alla Terra.

Le particelle del vento solare, catturate dal campo magnetico terrestre, si concentrano in due zone ad anello, dette fasce di Van Allen.

Lo spazio nel quale si estendono le linee di forza del campo magnetico terrestre è denominato magnetosfera.

EFFETTO SERRA

L’effetto serra è un fenomeno naturale in grado di trattenere maggiormente il calore del sole sulla superficie terrestre, prima che questo venga disperso. Responsabili di questo fenomeno sono i gas serra in atmosfera che fungono da barriera, permettendo l’ingresso della radiazione solare dall’esterno, ma ostacolando la dispersione del calore verso l’esterno.

EFFETTO SERRA

Naturale

In assenza dei gas serra in atmosfera, le temperature medie non consentirebbero la presenza di acqua liquida sulla Terra, oltre ad avere enormi sbalzi di temperatura tra il giorno e la notte su tutta la superficie terrestre.

Antropico

Aumento della concentrazione di gas serra.

FUNZIONI dell'atmosfera

Serve da scudo contro i raggi nocivi, che provengono dal Sole, e contro l’ingresso di asteroidi.

Mantiene la temperatura sopra la superficie a livelli che gli esseri viventi possono sopportare attraverso l’effetto serra.

Mantiene i gas utilizzati nella respirazione e nella fotosintesi.

I COLORI DEL CIELO

Spazio profondo

Lo spazio interpalnetario è assolutamente nero.

Il cielo è azzurro

Il colore del cielo dipende dall’atmosfera e dai gas presenti in essa: lo scattering di Rayleigh.

Paradosso di Olbers

Come è possibile che il cielo notturno sia buio nonostante l'infinità di stelle presenti nell'universo?

Paradosso di orbels

Grazie per l'attenzione!

STRATOSFERA

La stratosfera è costituita da gas più rarefatti ma non diversi da quelli presenti nella troposfera, a eccezione del vapore acqueo e del diossido di carbonio, che diminuiscono notevolmente con la quota. Dalla quota approssimativa di 20 km, la temperatura aumenta con un gradiente variabile tra 1° C e 3 °C per kilometro di quota. Questo aumento di temperatura è provocato dal processo di formazione dell’ozono (O3).

La maggior parte dell’ozono è concentrata in uno strato, detto ozonosfera, che si sviluppa mediamente tra i 20 e i 50 km di quota e in cui si osserva un’inversione termica

Simulazione di un cielo notturno visto dalla Terra.

L'alta atmosfera non è omogenea, perchè i gas che la costituiscono sono stratificati in funzione della loro densità. Tra i 90 e i 200 km di quota, infatti, predomina l’azoto molecolare; tra i 200 e i 1100 km aumenta la percentuale di gas leggeri (idrogeno ed elio) e l’ossigeno è allo stato monoatomico; tra i 1100 e i 3500 km prevale l’elio, che nella bassa atmosfera è presente solo in piccole tracce; al di sopra dei 3500 km si trova solo l'idrogeno atomico.

Latitudine 20° - 50° Getto subtropicale Latitudine 30°- 70° Getto subpolare

TROPOSFERA

La troposfera è lo strato più basso e più denso dell’atmosfera e ne comprende circa i 3/4 dell’intera massa. Ospita la quasi totalità del vapore acqueo E' sede delle perturbazioni meteorologiche.

• Spessore maggiore al di sopra della scia equatoriale (15-17 Km)
• Spessore minore in corrispondenza delle calotte polari (6-8 Km)

Paradosso di Olbers

Proposto da Olbers nel 1826

La luminosità d'irraggiamento dipende esclusivamente dalla densità delle stelle e dalla loro luminosità assoluta.

Risolto da Hubbles nel 1929

Il segnale più comune della presenza dell'aria è il vento. L'aria:

• Occupa uno spazio;
• È comprimibile;
• È elastica.

Correnti a getto

La Tropopausa è caratterizzata da parecchie "inversioni" termiche, dove il gradiente termico inverte il segno, e anche dalle "sacche isoterme" (= a temperatura costante) sovrapposte, continuamente disperse e rinnovate dai movimenti verticali dell'aria e dalla presenza di forti correnti orizzontali di grande intensità dette "correnti a getto" (jet stream).

Latitudine 20° - 50° Getto subtropicale Latitudine 30°- 70° Getto subpolare

La circa metà della massa atmosferica è compresa nei primi 5 km di spessore. Il 95% di essa si trova al di sotto dei 20 km.

La bassa atmosfera ha una composizione costante, per la presenza di moti ascendenti e discendenti dell'aria, detti moti convettivi, che provocano il rimescolamento dei gas. É abbondante anche il pulviscolo atmosferico, formato da polveri fini derivanti dall'erosione dle suolo, da eruzioni vulcaniche, da processi di combustione, pollini e spore.

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Le particelle presenti nell’atmosfera diffondono maggiormente la luce blu rispetto agli altri colori. Questo avviene perché la luce blu ha lunghezze d’onda più corte e viene più intensamente diffusa dalle particelle atmosferiche di dimensioni inferiori alle lunghezze d’onda della luce stessa. Quando la luce blu viene diffusa in tutte le direzioni, noi la percepiamo come proveniente da tutte le parti del cielo. Di conseguenza, il cielo appare di colore blu per noi osservatori sulla superficie terrestre. Le altre lunghezze d’onda dei colori visibili, come il rosso e il verde, sono anch’esse diffuse, ma in misura minore rispetto al blu.