Come è fatta l`atmosfera?

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Unità 7
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Lezione
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I colori del cielo
Come è fatta l’atmosfera?
La composizione dell’atmosfera
Nelle antiche civiltà, i fenomeni atmosferici
erano venerati come divinità. Il vento, le nuvole
e la pioggia erano adorati nella speranza di renderli favorevoli agli esseri umani e rendere possibile la sopravvivenza di tutte le forme di vita.
Nell’antica
Cina i draghi
erano considerati
gli spiriti della
pioggia.
Quattrocento anni prima di Cristo, il filosofo
greco Aristotele si occupò dello studio dell’atmosfera e scrisse un trattato sull’aria, denominando meteorologia la scienza che ne studia la
composizione e i fenomeni che in essa avvengono. L’aria era considerata da Aristotele uno dei
principi primi dell’universo, insieme ad acqua,
terra e fuoco. L’idea che l’aria fosse un elemento
semplice perdurò fino al XVII secolo, quando gli
scienziati scoprirono che essa invece era costituita da vari elementi allo stato gassoso, tra i
quali azoto e ossigeno.
Oggi sappiamo che l’atmosfera è una complessa miscela di gas trattenuta intorno al Pianeta grazie alla forza di gravità esercitata dalla
Terra. Il limite superiore dell’atmosfera è situato
a circa 800 km di altezza dalla superficie terrestre, dove le molecole di gas non risentono più
della forza di attrazione del Pianeta e tendono a
sfuggire, confondendosi con le particelle che
provengono dal Sole e con i gas che si trovano
tra i pianeti del Sistema Solare. Il 90% della massa dei gas atmosferici è contenuto nei primi 20
km di altezza, dove avviene la maggior parte dei
fenomeni meteorologici.
I colori del cielo che osserviamo nelle
diverse ore della giornata o in particolari
condizioni meteorologiche sono una
diretta conseguenza delle interazioni tra le
radiazioni solari e le molecole di gas, le
particelle in sospensione e gli ioni che
formano l’atmosfera. Il cielo azzurro di una giornata serena e
soleggiata è provocato dalla diffusione della luce da parte delle
molecole di acqua allo stato di vapore contenute nella bassa
troposfera. Il cielo color arancio che sovrasta le città più
inquinate di tutti i continente, da Los Angeles a Pechino, da
Milano a Città del Messico, è invece causato dalla presenza di
gas inquinanti e polveri sottili che diffondono
prevalentemente le radiazioni a onda lunga attraversando gli
strati dell’atmosfera. Le tonalità infuocate, dal rosso
all’arancio, che tingono il cielo all’alba e al tramonto sono invece la
conseguenza non solo della composizione dell’atmosfera, ma soprattutto della
maggiore inclinazione dei raggi solari. Ma i colori più spettacolari sono quelli
delle aurore polari, un fenomeno provocato dalla collisione tra i gas
atmosferici e le particelle del vento solare: l'ossigeno atomico è responsabile
del colore verde, e l'ossigeno molecolare del rosso e l'azoto del colore blu.
La miscela di gas che forma la parte bassa
dell’atmosfera rappresenta l’aria vera e propria,
quella che noi respiriamo e che rende possibile
la vita. L’aria è costituita prevalentemente da
due gas, l’azoto, che rappresenta il 78% in volume, e l’ossigeno, che occupa il 21% in volume:
insieme, essi rappresentano il 99% dell’intero
volume dei gas che formano la bassa atmosfera.
Il restante 1% del volume è occupato dal gas argon, che ne costituisce lo 0,94%, da anidride
carbonica, che corrisponde allo 0,035%, e da altri gas in tracce, come ozono, idrogeno ed elio.
Nello strato d’aria più vicino alla superficie
terrestre sono presenti inoltre il vapor d’acqua,
la cui percentuale non è fissa, ma varia da luogo
a luogo secondo i climi e le stagioni, e il pulviscolo atmosferico, formato da cenere vulcanica,
pollini e polveri di varia origine, corpi solidi minutissimi spesso prodotti dalle attività umane.
Una struttura a strati
L’involucro gassoso che avvolge la Terra può
essere immaginato come costituito da una serie
di strati sovrapposti. Questa suddivisione in
strati viene fatta in base alle variazioni di temperatura che l’atmosfera presenta man mano
che si sale in quota.
Si passa da uno strato all’altro quando la tendenza della temperatura in uno strato si inverte,
ad esempio quando la temperatura, che tende a
diminuire salendo in quota, comincia improvvisamente ad aumentare. La separazione tra i vari
strati non è netta, ma avviene attraverso zone di
transizione chiamate pause.