Le interazioni tra la terra e l'atmosfera

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Data:	06.05.2008
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INTERAZIONI TERRA-ATMOSFERA
U.D.1: L’ATMOSFERA
Origine dell’atmosfera
La terra si è originata dalla nebulosa (nube di gas e polvere cosmica). Nello spazio ci sono molte nebulose. Quella che ha dato origine al sistema solare, per effetto della notazione il gas, si è concentrata al centro, le polveri si sono ammassate in periferia per formare i pianeti, alcuni gas sono riusciti a sfuggire all’azione gravitazionale del sole e hanno costituito i pianeti esterni (gassosi).
In origine la crosta e il mantello erano allo stato semiliquido, sono rimasti dei gas come metano (dall’esalazione dei vulcani) che costituivano l’atmosfera (ammoniaca, acido solfidrico, vapore acque, monossido di carbonio, anidride carbonica e acqua).
Un’atmosfera composta da questi gas, si chiama riducente, poiché non è presente l’ossigeno libero.. Si è poi passato all’attuale atmosfera, detta ossidante, anche grazie alle piante. L’ossigeno è comparso sulla terra grazie alla prima attività fotosintetica.
Composizione e struttura
L’attuale atmosfera è composta da:
• 78% azoto
• 21% Ossigeno allo stato biatomico
• 0.033% anidride carbonica, che è sempre stata presente per reazione di respirazione e fermentazione degli organismi ora per effetto dei combustibili è in ambiente. Viene ritenuto un gas naturale perché è prodotto dai cicli biogeochimici.
• Miscela di gas nobili, metano, idrogeno.
• Attorno ai 25 km di quota vi è l’ozono, costituito dalla fotolisi dell’ossigeno, cioè, quando una radiazione ultravioletta spezza il legame covalente tra le due molecole di ossigeno. Il singolo atomo si aggiunge ad una molecola biatomica di ossigeno e forma l’O3, l’ozono.
• L’anidride carbonica è sempre stata presente per reazione di respirazione e fermentazione degli organismi ora per effetto dei combustibili è in ambiente. Viene ritenuto un gas naturale perché è prodotto dai cicli biogeochimici.
• Vapore acqueo: le piante svolgono l’evapotraspirazione quindi varia molto nelle zone del pianeta in base a zone desertiche-oceani. La sua concentrazione varia da 0 a 5%.
• Oltre ai gas, sono presenti altre componenti, le impurità, che possono essere solide, liquide o gassose. Queste particelle costituiscono il pulviscolo atmosferico, riflettono la luce solare e perciò vediamo il cielo azzurro. Durante il crepuscolo, il cielo è rosso perché la radiazione è obliqua.
• Nuclei di condensazione: nuclei salini, sabbia dei deserti, sono responsabili della formazione delle nubi, il vapore acqueo condensa su di esse, e quando le nubi sono troppo pesanti, avvengono le precipitazioni.
Atmosfera: involucro gassoso che circonda la terra.
L’atmosfera è presente fino a dove non si risente più della forza di attrazione, nella magnetosfera, cioè non è più possibile che, le particelle permangono vicino alla terra.
Magnetosfera: ultimo strato, è talmente distante dalla terra che non c’è più attrazione gravitazionale e tendono a perdersi.
Dividiamo l’atmosfera in due grandi gruppi:
1. Omosfera: parte in cui c’è un rapporto volumetrico costante tra i vari gas (più vicina al suolo). La composizione chimica rimane quasi costante.
2. Eterosfera: il rapporto volumetrico varia. La composizione chimica cambia.
Il confine tra omosfera ed eterosfera è di 90 km di quota.
Superfici di discontinuità: la fine di uno strato e l’inizio di un altro.
Partendo dal basso:
Troposfera – contiene il 90% dei gas, il suo spessore varia da un minimo di 6 km ai poli ad un massimo di 18 km all’equatore (perché i poli risentono di più dell’azione della gravità).
Il 75% di vapore acqueo si trova in questa zona. é lo strato in cui avvengono i fenomeni metereologici.
È caratterizzata da un riscaldamento indiretto → il sole riscalda il suolo e la terra cede, sotto forma di infrarossi, calore alla troposfera.
Inversione termica: durante la notte il suolo si raffredda rapidamente, l’aria più vicina al suolo sarà quindi più fredda, mentre quella nello strato più alto sarà più calda. Questo porta alla nebbia o al ristagno dello smog.
Surriscaldamento del suolo (estate): soprattutto in città, l’asfalto si surriscalda e c’è una temperatura troppo elevata, per cui avviene un’intensa evapotraspirazione. Il vapore acque sale, condensa e provoca temporali.
Gradiente termico verticale: diminuzione della temperatura di 0.65°C ogni 100 metri.
Tropopausa - temperatura di –50 °C.
Stratosfera – arriva fino a circa 50 km dal suolo. È caratterizzato da un aumento progressivo della temperatura, fino ad arrivare a +50°C nella stratopausa. Il riscaldamento è dovuto alla radiazione diretta, ovvero dalla presenza dell’ozono in una fascia tra i 15-60 km di quota, e il punto massimo è di 25, che cattura la radiazione ultravioletta e la assorbe, quindi si riscalda.
In questo strato abbiamo i fenomeni delle correnti a getto, che viaggiano da ovest verso est a velocità superiore a 300 km/h. I bombardieri nella seconda guerra mondiale non riusciranno a volare contro queste correnti.
Troposfera – si verifica una temperatura di +50°C.
Mesosfera – la temperatura torna a diminuire da +50 a –75°C in corrispondenza della mesopausa. Questo avviene perché ci allontaniamo dall’ozonosfera, che assorbe le radiazioni. Arriva fino ad una quota di 80 km.
Menopausa – si arriva ad una temperatura di –75°C.
Termosfera – la temperatura sale fino ai 1000°C intorno ai 300 km di quota. é caratterizzata dai moti di diffusione di particelle e i gas sono stratificati in funzione del loro peso atomico.
Ionosfera – tra i 60 e i 1000 km (comprende un po’ di mesosfera e tutta la termosfera). Si chiama così perché qui c’è la maggior concentrazione di particelle ionizzate, che hanno il compito di riflettere le onde radio.
Esosfera – di questo strato si conosce ben poco. All’interno ci sono delle particelle cariche elettricamente che sfuggono al campo gravitazionale terrestre.
Magnetosfera – costituita da elettroni e protoni liberi che provengono dal vento solare.
La radiazione solare e la costante solare
La radiazione solare ha due componenti, una corpuscolare (costituita da particelle subatomiche che costituiscono il vento solare che non arriva sulla terra, perché deviato dalla magnetopausa), e una ondulatoria (che riesce a raggiungere la terra).
Noi distinguiamo:
- radiazione ad onda corta, che comprende raggi r, x, uv e il 9% di tutta l’energia solare.
- Radiazione luminosa (41% del totale)
- 50% radiazione ad onda lunga (infrarossi, onde radio)
1. I raggi r hanno lunghezza d’onda 10-12 – 10-10 cm che è schermata già a 40 km di quota, sennò ionizzerebbero il dna.
2. I raggi x hanno lunghezza d’onda 10-18 cm, possono essere dei potenziali mutageni ma sono schermati dall’atmosfera a 200 km di quota.
3. UV hanno lunghezza d’onda 10-6 cm. Si divide in UVC (tutti bloccati dall’ozonosfera), UVB (passa solo il 10%) e UVA (arrivano tutti al suolo).
4. Luce visibile ha lunghezza d’onda 4*10-5 fino a 8*10-5. é divisa nei 7 colori dell’iride dal violetto al rosso.
5. Gli infrarossi vanno da 10-4 a 8-2 cm, molto meno energetici.
6. Onde radio 10-1 a 102 cm.
Costante solare: se consideriamo l’energia che il sole emette sappiamo che la terra può schermarla grazie all’atmosfera, ne viene quindi presa un miliardesimo.
La costante solare è quindi la quantità di energia che viene dal sole e che incide perpendicolarmente su una superficie circolare, posta per convenienza a una distanza media tra terra e sole.
È stimata per due calorie al minuto per cm2 o 2 langley al minuto.
Sulla superficie terrestre arrivano sono 0.5 langley al minuto, in 24 ore 720 langley/min
L’atmosfera riflette la radiazione, l’assorbe e la diffonde, fenomeno per cui le particelle diffondono la luce in tutte le direzioni.
Il bilancio termico della radiazione ad onda corta e lunga
Le radiazioni in arrivo sulla terra sono del 100%.
- Il 26% passa e arriva alla superficie
- Il 34% viene intercettata dai gas.
7% riflessa
16% assorbita
11% diffusa verso la superficie.
- Il 40% viene intercettata dalle nubi
24% riflessa
2% assorbita
14% diffusa verso la superficie
Quindi, in teoria né passerebbe…26 + 11 + 14 = 51% = radiazione globale.
La superficie terrestre ha un potere riflettente che viene chiamato Albedo. Ogni superficie ha il suo albedo (nubi 24%, neve 80%, rocce scure 0%, prato 20%)
La media globale dell’albedo è del 4% che va sottratto alla radiazione globale (del 51%)
51 – 4 = 47% = radiazione effettiva.
La temperatura atmosferica e i fattori che la condizionano
I fattori che condizionano la temperatura a livello locale sono:
- latitudine
- diversa durata dì/notte
- presenza di acqua (mare/fiumi)
- altitudine
- presenza vegetazionale (crea una sorta di microclima che è determinato da un aumento di temperatura)
- correnti marine (per esempio corrente del golfo)
- Presenza di agglomerati urbani
La pressione atmosferica e i fattori che la influenzano
Uno dei parametri che influiscono sulle correnti aeree (responsabili del trasporto di calore).
L’aria è una miscela di gas, la pressione atmosferica = pressione dell’aria per unità di superficie (si misura in atm = 760 mm Hg). In meterologia si usano i bar (1 atm = 0.15 bar) si misura con il barometro (costruito mediante una scatola metallica).
Come si misura la pressione sulle carte? Con le isobare.
La distribuzione geografica della pressione si studia attraverso la carta delle isobare, linee che congiungono i punti con la stessa pressione atmosferica. La diversa disposizione che possono assumere le isobare dà luogo a cinque tipi isobarici.
L’area ciclonica, una depressione con aria calda e umida, con isobare chiuse e concentriche, nelle quali la pressione è minore al centro.
L’area anticiclonica, una zona di alta pressione con aria fredda e secca, con isobare chiuse e concentriche, nelle quali la pressione è maggiore al centro.
La saccatura, che si verifica quando un’area ciclonica si espande originando una cuspide.
Il cuneo, una saccatura dovuta a un’area anticiclonica.
Il pendio, area di pressione che varia con regolarità con isobare quasi rettilinee e parallele.
Per valutare le variazioni bariche in senso orizzontale si usa il gradiente barico orizzontale, definito come il rapporto tra la differenza di pressione tra la differenza di pressione tra due punti e la distanza che li separa, misurata perpendicolarmente alle isobare.
La pressione varia in funzione di:
- Temperatura → se prendiamo due cubi di aria, uno freddo e uno caldo (con maggiore energia cinetica, e minor densità), la pressione esercitata da 1m3 di aria calda è minore.
- Umidità → è data dalla presenza di vapore acqueo, che si sostituisce in parte ai gas (azoto e ossigeno)
H2O = 18 p.m.
N2 = 28 p.m.
O2 = 32 p.m.
Una massa di aria umida esercita una pressione minore di una massa di aria secca; La pressione diminuisce all’aumentare dell’umidità.
- Altitudine → Man mano che ci alziamo di quota, la pressione atmosferica diminuisce. È però condizionata dalla densità dell’aria se prendiamo come limite 6mila, diminuisce più velocemente fino ai 6mila metri perché l’aria è più densa, da 6mila in su la pressione diminuisce più velocemente.
I VENTI
Il vento è il movimento di una massa d’aria che si sposta da una zona ad alta pressione (anticiclonica) ad una a bassa pressione (ciclonica).
Ci sono i venti a bassa quota e i venti ad alta quota.
I venti a bassa quota, sono soggetti a tre forze:
FORZA DI GRADIENTE. Se la terra non ruotasse i venti sarebbero soggetti solamente a questa forza (che li fa muovere da una zona di alta pressione ad una zone di bassa pressione) sarebbero perciò venti perpendicolari alle isobare. Ma la terra ruota per cui il vento non sarà perpendicolare alle isobare ma sarà deviato a seconda della
FORZA DI CORIOLIES. Il vento seguirà un andamento curvilineo fino ad un punto detto equilibrio geostrofico (quando le forze di gradiente e di coriolies sono di pari intensità e opposte, per cui il vento risulterà parallelo alle isobare e avrà velocità costante).
FORZA DI ATTRITO. Interessa solo i venti che viaggiano a bassa quota, in quanto incontra degli ostacoli (rilievi etc) che devieranno il vento con un determinato angolo, subendo un’inclinazione minima di dieci gradi sul mare e massima di 45 gradi in montagna.
I venti ti alta quota, non sono soggetti alla forza di attrito ma solo a quella di Coriolies e di Gradiente.
Classificazione dei venti
Una volta i venti erano classificati a seconda della loro regolarità, adesso in base all’entità dello spostamento delle masse d’aria. Le scale della circolazione sono tre:
➢ Scala planetaria: il vento si muove da una latitudine all’altra. (alisei: dai tropici all’equatore; venti occidentali: dai tropici alle medie latitudini;venti polari: dai poli alle medie latitudini). Sono venti che spirano tutto l’anno.
➢ Scala ciclonica: zone più limitate di quelle della scala planetaria; Sono zone in cui c’è una differenza di pressione e di temperatura. Si riferisce ai cicloni extratropicali, cioè quelli che regolano il nostro tempo atmosferico. I cicloni tropicali e i monsoni sono un esempio. Sono molto importanti perché sono quelli responsabili delle perturbazioni atmosferiche.
➢ Scala locale: la più piccola. Riguarda zone specifiche. Venti locali: scirocco, bora, tramontana, ma anche le brezze di mare o di monte.
Scala planetaria
La scala planetaria è responsabile del meccanismo del calore ovvero, c’è una distribuzione equa del calore.
Il primo che si occupa di spiegare la circolazione è Hadley, attraverso la cella di Hadley.
All’equatore c’è bassa pressione perché l’aria è calda e umida, mentre ai poli c’è alta pressione poiché non avviene l’evaporazione. L’aria si sposta dai poli all’equatore. L’aria che arriva all’equatore si scalda, diventa più leggera e quindi tende a salire. Ma ai poli non cè più aria e Hadley ipotizza che arrivi dall’alta quota. Per chiudere il ciclo dovrà aggiungrsi la freccia che dall’equatore va ai poli in alta quota. Questo avviene per la pressione. Perché a bassa quota c’è bassa pressione e ad alta quota c’è alta pressione? A causa dell’inversione barica, cioè, ad una certa quota si inverte la pressione perché all’equatore c’è bassa densità.
VENTI COSTANTI: venti che si trovano a bassa quota. Spirano tutto l’anno nella stessa direzione.
VENTI DI ALTA TROPOSFERA: sono diversi da quelli di bassa quota perché manca l’azione frenante dell’attrito, non essendoci il suolo. Sono diversi anche per il fenomeno dell’inversione barica. Quindi i venti si muoveranno dall’equatore verso i poli ma sono soggetti alla rotazione della terra, quindi dalla forza di Coriolì. Tendono quindi a deviare verso est e si muovono come delle fasce nella direzione dei paralleli. Inotorno ai 10-15 km dalla superficie terrestre, prendono un’elevata velocità, che va dai 300 ai 500 km/h, chiamate per questo correnti a getto. Questi venti si trovano tra i 3 e i 5 Km di quota e sono venti occidentali. C’è una ristretta fascia tra i due tropici, che corrisponde a quelle degli alisei, in cui questi venti si muovono da est verso ovest; questo fenomeno non è ben compreso, ma si presuppone una propagazione degli alisei, fino a 6 Km di quota, al di sopra della quale i venti non si muovono più verso ovest.
Fattore umidità
Si definisce umidità assoluta, la quantità di vapore acqueo contenuta nell’aria (cioè numero di grammi di vapore acqueo in un metro cubo di aria). La capacità dell’aria di contenere vapore acqueo dipende dalla temperatura. Maggiore è la temperatura, maggiore è la massa d’acqua che può contenere. Si arriva ad un valore limite, dove oltre questo l’aria è satura, ovvero ha raggiunto il punto di saturazione, l’equilibrio in cui un ugual numero di molecole passa dallo stato liquido allo stato solido e viceversa. Il punto di saturazione varia con la temperatura e quindi aumenta con l’aumentare di essa. Quando l’aria è satura e la temperatura diminuisce per cause esterne, si ha un aumento di particelle che passano allo stato liquido e si ha la condensazione o la sublimazione.
Il punto di rugiada è la temperatura in cui si raggiunge la saturazione. La condensazione avviene quando si scende sotto il punto di rugiada.
Umidità relativa: quantità effettiva di umidità contenuta nell’aria diviso l’umidità massima che può contenere quella stessa massa, il tutto moltiplicato per 100, mantenendo sempre la stessa temperatura.
L’umidità assoluta aumenta all’aumentare della temperatura. L’umidità relativa diminuisce con l’aumentare della temperatura.
Cause della diminuzione di temperatura a livello atmosferico
Come si raffredda una massa d’aria?
Raffreddamento per irraggiamento: si verifica quando il suolo, durante le ore notturne, emette radiazioni infrarosse (calore), quindi si raffredda. Lo strato d’aria che si trova a contatto con il suolo, si raffredda. Se si raffredda arrivando a 0°C abbiamo la rugiada, se scendo al di sotto degli 0°C si forma la brina. La nebbia invece si crea quando lo strato d’aria interessato non è solo vicino al suolo ma è più spesso. Questa si chiama nebbia da irraggiamento. La nebbia è analoga all’inversione termica, causata dallo smog che crea una kappa, che impedisce alla nebbia di dissolversi.
Raffreddamento per mescolamento: si ha quando due masse d’aria a temperature diverse vengono a contatto tra loro. Questo contatto solitamente avviene in prossimità di laghi o di mari. La massa d’aria che si trova sull’acqua è più calda, al contrario, la massa d’aria che si trova sul suolo è più fredda poiché la terra rilascia calore molto più velocemente. Se una leggera brezza spinge la massa d’aria più calda, verso la terra, si raffredda, perché si mescola con quella più fredda. A causa di questo, si forma la nebbia per avvezione.
Raffreddamento per risalita in quota (espansione): si verifica quando la massa d’aria non staziona al suolo ma risale. Durante la rapida salita, non c’è possibilità di scambio di calore con la massa d’aria che si trova intorno. Se non avviene scambio di calore il riscaldamento sarà adiabatico. Salendo, diminuisce la pressione è quindi applicabile la legge di Boyle (P*V=K), quindi Pressione e Volume sono inversamente proporzionali. Se la temperatura è costante al diminuire della pressione, si ha un aumento di volume, quindi ci sono più spazi tra le molecole e diminuiscono gli urti tra loro, per questo motivo diminuirà l’energia cinetica e quindi diminuisce anche la temperatura. Quando la temperatura diminuisce si verificherà il fenomeno della condensazione e quindi si formeranno le nubi.
Bisogna distinguere tra:
Gradiente – verticale – adiabatico – secco è il tasso di diminuzione della temperatura di una massa d’aria secca (pari a 1°C ogni 100 m di quota);
Gradiente – verticale – adiabatico – umido è il tasso di diminuzione della temperatura di una massa d’aria umida (pari a 0,6°C ogni 100 m di quota).
Questa differenza dipende dal fatto che l’aria che ha umidità, è formata per evaporazione. Quest’aria sottrae calore all’ambiente durante l’evaporazione; durante la salita in quota, si condensa e il calore latente viene restituito (la temperatura diminuisce sensibilmente). Quindi si ha formazione di nuvole e successivamente di precipitazioni su zone di bassa pressione.
Su zone d’alta pressione invece, si ha una discesa di massa d’aria fredda e secca (quindi più pesante), che tende a riscaldarsi. Aumentando la temperatura, tende a dissolvere le eventuali nuvole presenti e quindi in una zona d’alta pressione, si ha bel tempo.
Modalità con cui le masse d’aria sono costrette ad innalzarsi
Ci sono tre meccanismi con cui le masse d’aria s’innalzano.
1) Meccanismo convettivo: l’aria calda e umida, comincia a salire a colonna, essendo più leggera. Nelle fasce equatoriali le piante traspirano ed emettono gocce d’acqua, che, con le temperature elevate, evaporano. Quando questo vapore acqueo arriva in quota, condensa per via del raffreddamento e creano le nuvole cumiliformi che provocheranno poi le piogge convettive. Nelle nostre zone avviene nei mesi estivi e si verificano precipitazioni intense. Un fenomeno connettivo che si ha nelle zone non urbane è, per esempio, il bosco-prato, poiché l’aria è più umida e più calda, quindi si ha l’innalzamento in quota e poi la pioggia.
2) Meccanismo orografico: determinato dalla presenza di un rilievo. Tutto ciò avviene quando una massa d’aria si muove orizzontalmente, incontra un rilievo ed è quindi costretta a salire. Se oltre ad essere calda, l’aria è anche umida, la temperatura tende e diminuire per espansione, questo porta alla condensazione e alla conseguente formazione delle nubi. Le nubi si formano più in basso rispetto all’altezza della cima del rilievo, quindi le precipitazioni saranno solo nel lato in cui è salito il vapore acqueo, sul versante dove la massa d’aria è risalita. Quando la massa d’aria ha perso tutta l’umidità, supera la montagna, ma, essendo fredda e secca, scende e si riscalda adiabaticamente (si alza la pressione, quindi il volume si abbassa e diminuisce lo spazio tra le particelle, di cui aumentano gli urti e s’innalza la temperatura). Questo processo da vita ai venti fohn.
3) Meccanismo ciclonico: è responsabile di tutte le perturbazioni nelle nostre zone. Avviene quando l’aria calda si sposta in orizzontale e si scontra con un’altra massa ma questa volta fredda. L’aria calda è costretta a salire, perché quella fredda è più pesante e rimane sotto. Così si formano le piogge cicloniche alle nostre latitudini, che durano diversi giorni, mentre all’equatore ci saranno le piogge torrenziali, i tifoni etc.
Scala ciclonica
La scala ciclonica comprende i cicloni extratropicali e quelli tropicali. Comprende la parte terrestre che va dai tropici in su.
Cicloni extratropicali: (a medie latitudini) sono fenomeni che interessano zone molto estese, fino a 3000 Km. Sono più diffusi e più frequenti di quelli tropicali. Ad essi, è legato l’andamento del tempo atmosferico delle nostre regioni.
La loro formazione è legata a due cause:
1) Incontro, a bassa quota, tra masse d’aria calda di provenienza tropicale e masse di provenienza polare.
2) Estensione a bassa quota delle onde di Rosby.
Massa d’aria: una porzione d’aria che si estende orizzontalmente per qualche migliaio di chilometro e che ha delle condizioni costanti di temperatura ed umidità.
Distinguiamo due principali tipi di masse d’aria.
T: masse d’aria tropicale calda P: masse d’aria polare fredda
Entrambe possono essere divise in: Tm: tropicali marittime Pm: polari marittime {UMIDE}
Tc: tropicali continentali Pc: polari continentali {SECCHE}
Queste masse d’aria sono così estese da poter passare diversi giorni ad attraversare una regione. In questo periodo, le condizioni meteorologiche della regione saranno simili a quelle della regione di partenza della massa d’aria per tutto il periodo di permanenza. In seguito, masse d’aria di tipo diverso attraversano l’area e provocano, così, la variabilità del tempo.
Le masse d’aria cambiano le loro caratteristiche perché prendono quelle del luogo.
Che cosa succede quando si ha uno scontro tra una massa d’aria calda e una fredda?
Quando due masse d’aria (una polare e l’altra tropicale) s’incontrano, mantengono inalterate le proprie caratteristiche peculiari: umidità, temperatura e pressione. La superficie di contatto, che sarà comunque irregolare (non è sempre retta), prende il nome di “fronte” che assume dimensioni massime di 30 Km e può essere di tre specie:
1) FRONTE CALDO: si forma quando l’aria calda avanza e spinge contro una massa d’aria fredda. L’aria calda tende a scivolare su quella fredda lungo una superficie inclinata, si raffredda per contatto e per espansione, il vapore acqueo si condensa. Si formano così, le nubi stratiformi, poco spesse ma estese, che origineranno piogge o neve persistenti, non violente, e avranno una grand’estensione, intorno ai 300 km.
2) FRONTE FREDDO: è l’aria fredda ad avanzare. Essa s’incunea sotto all’aria calda, costringendo quest’ultima a salire velocemente, in modo verticale. Essa si raffredda in modo adiabatico, per espansione: così si ottengono le nubi cumuliformi, molto dense ed estese in altezza. Abbiamo piogge molto intense ma rapide, con un’estensione inferiore al fronte caldo, poiché non arrivano a 100 km. NB: il fronte freddo, che viaggia in modo più veloce di quello caldo, può provocare brusche variazioni meteorologiche.
3) FRONTE OCCLUSO: evoluzione del fronte freddo, in altre parole, l’aria fredda, incuneandosi sotto l’aria calda, la isola dal suolo. L’aria calda sale, resta sospesa e non c’è contatto con il suolo. La perturbazione si estingue e finisce il passaggio del ciclone.
Cicloni tropicali: si manifestano ai tropici. Essi sono fenomeni molto violenti, ma poco estesi (300- 600 km) {mentre gli extratropicali sono estesi verso i 3mila km}. I cicloni tropicali non hanno mai fronti poiché non c’è contatto tra una massa d’aria calda e una fredda, visto che ai tropici c’è solo aria calda e non arriva quella dai poli. Oltre ad essere calda, l’aria è anche umida, e per questo c’è una forte pressione. Il ciclone si forma perché c’è una forte pressione. La forza di Coriolis, che aumenta progressivamente dall’equatore ai poli, è meno forte rispetto a quella che si ha alle medie latitudini.
Si muovono da oriente (est) verso occidente (ovest), come gli alisei.
E’ difficile capire la loro origine, ma si prendono in considerazione due ipotesi in proposito:
- Quando, in una zona di bassa pressione, si convogliano venti diversi provenienti dalle zone di alta pressione.
- Condizioni di temperatura superiori ai 25°C ( di solito 27°) sul mare. Sul mare perchè c’è molta evaporazione, l’aria calda e umida tende a salire, originando movimenti ascendenti vorticosi. Così facendo si crea un centro di raggio 150-500 Km di bassa pressione; l’aria, che tende a salire, si raffredda e si condensa. Il vuoto lasciato in basso viene riempito da altri venti che possono raggiungere velocità elevate di 200Km/h.
I cicloni presentano tutti il cosiddetto “occhio del ciclone”: una zona di diametro compreso tra 10-20Km, dove l’aria che era risalita tende a ridiscendere, si riscalda e spazza via le nuvole, creando un “tubo di zona” di assoluta calma e serenità. Tutt’attorno si crea una muraglia d’aria con piogge.
I cicloni possono durare 2-3 settimane e si estinguono quando arrivano sulla terra ferma.
Sono tipici del pacifico occidentale, dei Carabi, dell’oceano indiano, delle coste settentrionali dell’Australia.
I cicloni sono anche detti uragani o tifoni, non vanno confusi con i tornado (o trombe d’aria): perturbazioni di più piccola estensione (10 Km massimo) che sono, però, più violenti dei cicloni tropicali. Sono dei vortici d’aria che partono sempre dalla base di un cumulo nembo (nubi estese in altezza). Sono generati dal gradiente barico. Hanno forma ad imbuto e correnti vorticose ascendenti che si sviluppano attorno ad un asse verticale creando una sorta di risucchio (le case implodono perché viene risucchiata l’aria all’interno). Hanno un diametro di circa 250 metri. Sono fenomeni di breve durata, frequenti negli Stati Uniti e in Australia.
Temporale: violenta perturbazione atmosferica di breve durata e limitata estensione. Causa: movimento convettivo di risalita dell’aria.
E’ dovuto alla formazione di cumuli nembi. E’ formato da correnti verticali ascendenti; si ha una forte evaporazione, l’aria si surriscalda, si alza e si hanno movimenti convettivi.
ci sono tre fasi:
1) periodo di calma e diminuzione della pressione: l’aria calda e umida tende a salire (tra i 9-10 Km di quota) creando un vuoto sotto. Non ci sono precipitazioni, ma si sente un vento forte. Si crea una separazione di cariche elettriche: gli ioni con carica positiva (+), si distribuiscono alla base della nube e al suolo; quelle negative (-) si distribuiscono in mezzo.
2) Precipitazione: piove, ma a causa delle correnti ascendenti, alcune gocce vengono respinte più in alto e se raggiungono dieci km di quota, incontrano una bassa temperatura, e si forma la grandine.
3) Diminuzione delle correnti ascendenti: l’acqua cade tutta per gravità e la nube si espande dissolvendosi.
U.D.3: L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Conseguenze biologiche della riduzione dell’ozono stratosferico
L’ozono si colloca a 25 Km di quota, la radiazione ultravioletta viene catturata ed assorbita dall’O3, ma come?
La radiazione ultravioletta ha lunghezza d’onda alta 100-400 Nm. Fino ai 100-220 Nm la radiazione viene schermata dall’ossigeno mentre quelle dei 220 ai 320 sono schermate dall’ozono. Dai 220 ai 290 corrisponde alla radiazione UVC e viene totalmente schermata dall’ozono.
Dai 290 ai 320, gli UVB dal 10 al 20% passano l’ozono e arrivano al suolo.
Dai 320 sono UVA che passano totalmente.
In seguito all’emissione dei clorofluorocarburi, lo strato di ozono diminuisce, specie ai poli, ma se diminuisce dell’1% si ha un aumento del 2% di UVB sul suolo (responsabili delle scottature, ma sono anche penetranti e possono danneggiare il sistema immunitario, possono creare scompense di crescita in piante e animali in quanto hanno energia superiore alla luce visibile e possono mutare il DNA. Causano anche il melanoma maligno, si sviluppa a partire dai nei perché in cinque condizioni possono creare il melanoma, da tenere quindi sotto controllo che:
1) il neo non aumenti di volume
2) i contorni restino netti e non irregolari
3) non cambino colore
4) non facciano male
5) non si ulcerino
Negli ultimi anni c’è un aumento dei tumori della pelle. C’è un aumento esponenziale dell’incidenza del cancro della pelle in funzione dell’esposizione alle radiazioni UV. Gli effetti dell’esposizione agli UV si verificano dopo anni.
Esistono anche indizi che un aumento dei livelli di UVB si associ all’insorgere della cataratta, che è l’opacizzazione del cristallino. Una volta riguardava individui dai cinquant’anni in su, ora il livello di età si sta abbassando, dovuta al fatto che gli UVB vanno a danneggiare l’occhio.
Sulle piante sono invece state riscontrate delle ustioni e la cuticola che riveste le piante sta diminuendo.
L’inquinamento da ozono a bassa quota
Se l’ozono lo troviamo a contatto con il suolo, nella troposfera, è un inquinante, è un forte ossidante ha azioni decoloranti e disinfettanti. C’è una quantità di O3 prodotta naturalmente ad alta quota per effetto della radiazione solare, che poi raggiunge il suolo andandosi a sommare all’ O3 generato da incendi, vulcani, scariche elettriche.
Il problema sorge con l’azione dell’uomo che ha provocato un aumento di concentrazione dell’ozono in seguito:
- al traffico automobilistico→ per reazioni fitochimiche NO2 → NO + O → O+O2 →O3
- uso di fotocopiatrici e stampanti laser in ambienti chiusi (uffici)
Quali sono le conseguenze?
- aumento di cefalee
- malesseri
- sonnolenza
- dispnee (difficoltà di respirazione accompagnate da un senso di soffocamento – oppressione polmonare-)
Per evitare ciò, ogni paese ha stabilito un MAC (massima concentrazione ammissibile).
Il MAC, in Italia, per otto ore di lavoro è di 0,10 ppm (0,10 grammi in un chilo di aria).
La concentrazione di ozono naturale prodotta è di 0,02 – 0,05 ppm.
A livello superiore di questo MAC avviene un’irritazione agli occhi.
A 0,15 ppm aumenta l’asma per chi già ne soffre.
A più di 1,00 ppm si arriva ad avere problemi all’apparato respiratorio che vanno, nei casi meno gravi, dal restringimento delle vie polmonari, fino ad arrivare, nei casi più gravi, all’edema polmonare.
L’ozono sugli organismi, sulle cellule, accelera il processo di invecchiamento.
Sui vegetali deteriora la cuticola, penetra all’interno delle cellule, reagisce con l’acqua del citoplasma formando ioni ossidrili che intaccano i cloroplasti, provocando un invecchiamento precoce (fino alla morte).
L’effetto serra e il riscaldamento planetario
Si è verificato un aumento della CO2 nell’atmosfera, a partire dall’era industriale.
Era pari a 310 ppm negli anni ’60.
Era pari a 400 ppm nel 2000
Se si mantengono così costanti, nel 2050 avremo un raddoppio con un conseguente aumento della temperatura tra 3° e 5°C. Tra il 1860 e il 1985 l’aumento è stato del 20%.
Non c’è solo la CO2 che è responsabile dell’effetto serra ma anche ossidi di azoto, fluoroclorocarburi, ozono e metano.
Siccome questi gas sono permeabili ai raggi ad onda corta e non a onda lunga, creano così una cappa che li riflette al suolo (una volta entrati nella terra non li lasciano uscire).
Ai poli c’è alta pressione, l’aria non si mescola, anzi, ristagna al suolo. Se si riscaldasse, non potrebbe più raffreddarsi perché non avviene il mescolamento. La stabilità della troposfera polare ostacolando il mescolamento verticale dell’aria, limita la quantità di calore che dalla superficie può trasferirsi verso l’alto.
Se la temperatura si alza (4° in 100 anni circa a livello globale), nelle regioni polari dovrebbe ridursi anche l’estensione della superficie marina ghiacciata, che è responsabile dell’albedo (che diminuisce). Questa superficie è sostituita dall’acqua e quindi diminuisce l’albedo; ciò influenza la quantità di radiazione che arriva al suolo, che aumenterà.
Ai tropici, c’è un aumento della temperatura, con un conseguente aumento dell’evaporazione che crea vapore acqueo, responsabile della controradiazione, e fa quindi aumentare l’effetto serra, facendo aumentare ulteriormente la temperatura.
Avviene però la condensazione e si creano le nubi che possono far passare le radiazioni assorbirle o rifletterle, che quindi schermano un po’. Si ritiene che questa risposta negativa sarebbe più debole di quella positiva dovuta all’effetto combinato dell’aumento del vapore acque nell’atmosfera e della diminuzione dell’estensione del pack.
L’aumento di vapore acque nelle zone intertropicali favorisce una diminuzione di pressione e un aumento della temperatura quindi, abbiamo la formazione di cicloni.
Problematiche le zone desertiche. Sugli organismi gli effetti sono devastanti: raddoppio dei giorni dell’anno in cui la temperatura raggiungerà valori elevati nelle zone temperate quindi danneggerà persone particolarmente sensibili al caldo (bambini, anziani, soggetti con malattie respiratorie o cardiache croniche). Più indirettamente l’aumento della temperatura planetaria, potrebbe estendere l’habitat di insetti vettori di malattie umane quali la malaria a regioni abitate da popolazioni non soggette a queste malattie. Anche la produzione di alimenti nelle zone temperate potrebbe probabilmente risentire dell’attacco di insetti in precedenza ussiti dalle basse temperatura dell’inverno, ma che potrebbero sopravvivere e riprodursi in condizioni climatiche più miti.
Le piogge acide: effetti sugli ecosistemi idrici, sui vegetali e sulla salute dell’uomo
La pioggia non è da considerarsi neutra, solitamente ha un PH pari a 5.6. Determinate sostanze come CO2, ossidi di zolfo e azoto, reagendo con l’acqua creano l’acidità.
Questi gas si producono naturalmente, per esempio con le eruzioni vulcaniche, incendi, degradazione microbica delle sostanze organiche.
Ma l’uomo da il suo contributo, aumentando questi gas, così l’acqua ha diminuito ancora il PH. In Virginia la neve nel 1979 aveva PH pari a 1.7, mentre la nebbia in Scozia 2.5.
Le nazioni più colpite sono quelle che subiscono l’effetto dei venti dominanti, dovendo subire le piogge derivanti dalle nubi acide provenienti dagli altri posti, come Svezia, Germania e Norvegia.
Il PH della nebbia padana è di 4.5 come anche i laghi di Como e Maggiore.
A Milano capita di avere un PH pari a 3, più acida dell’aceto (3.6).
Questo, provoca danni a livello della vegetazione, a livello degli esseri umani, a livello degli animali, agli ecosistemi idrici e ai monumenti.
A livello di vegetazione, le piogge acide influiscono in due modi:
1) Modificazione attraverso le foglie → Di tutti gli inquinanti, la SO2 (anidride solforosa) e la NO2 sono le più dannose. Penetra nelle foglie, assorbita dalle cellule. Reagisce con l’acqua e forma acido solforoso che da poi origine agli anioni solfito che vengono poi ossidati a solfati. La pianta non riesce a smaltire i solfati, riducendoli a solfiti che distruggono la clorofilla. Di conseguenza, la fotosintesi diminuisce, avviene la decolorazione delle foglie, si parla di necrosi dei tessuti e muore. Evidente soprattutto nella parte alta, in Val Susa l’abete rosso inizia ad avere le punte marroni e poco per volta anche in basso.
2) Modificazione a livello di composizione chimica del terreno. Se il terreno è povero o totalmente privo di calcare, gli inquinanti acidi determinano modificazioni dello scambio cationico con perdite di ioni Ca++, Mg++, K+, Na+ (l’H+ si sostituisce a questi cationi); ne consegue la liberazione di ioni metallici, alcuni dei quali tossici per le piante. In particolare un forte abbassamento del PH è accompagnato dalla liberazione di composti tossici dell’Al+++; l’Al viene solubilizzato e può interferire con l’assorbimento delle sostanze nutritive da parte delle radici degli alberi.
Aree fortemente colpite sono quelle in cui le masse rocciose sono costituite da granito.
L’abbassamento del PH compromette anche i processi microbici come l’azotofissazione dell’Azotobacter.