L'atmosfera è l'involucro gassoso che avvolge la Terra: senza di essa non esisterebbero il cielo azzurro, il vento, le nuvole né la vita come la conosciamo. In questa lezione scopriremo di cosa è fatta, come si organizza in strati e perché regola il clima e protegge il pianeta.
Che cos'è l'atmosfera e perché è importante
L'atmosfera è la sottile pellicola di gas che circonda il nostro pianeta, trattenuta dalla forza di gravità e in continua interazione con la superficie terrestre. Se rappresentassimo la Terra come una mela, l'atmosfera utile alla vita avrebbe lo spessore della sua buccia, eppure svolge compiti fondamentali per ogni organismo. Essa fornisce l'ossigeno necessario alla respirazione, l'anidride carbonica utilizzata dalle piante e l'azoto che, attraverso il ciclo biogeochimico, raggiunge gli ecosistemi. Inoltre filtra le radiazioni solari più pericolose, in particolare i raggi ultravioletti, e modera l'escursione termica tra giorno e notte. Senza questo cuscinetto gassoso la temperatura media terrestre sarebbe di circa -18 °C anziché +15 °C, simile a quella lunare, dove si passa da +120 °C a -150 °C in poche ore. Possiamo quindi considerare l'atmosfera come uno scudo, un polmone e un termostato planetario allo stesso tempo.
La composizione chimica dell'aria
L'aria che respiriamo non è una sostanza pura ma una miscela omogenea di gas, in cui ogni componente conserva le proprie caratteristiche chimiche. I due gas più abbondanti sono l'azoto, che rappresenta circa il 78% del volume, e l'ossigeno, presente per circa il 21%; il restante 1% comprende argon, anidride carbonica, vapore acqueo, neon, elio, metano e tracce di altri gas. Tra i componenti minori spicca l'anidride carbonica, che pur essendo presente solo per circa lo 0,04% gioca un ruolo decisivo nell'effetto serra e nella fotosintesi clorofilliana. Anche il vapore acqueo è molto importante perché la sua quantità varia da zero, nei deserti, fino al 4% nelle regioni tropicali umide, ed è responsabile della formazione di nubi e precipitazioni. Per fare un esempio quotidiano, quando vediamo il nostro respiro condensare in inverno stiamo osservando proprio il vapore acqueo emesso dai polmoni che, raffreddandosi, diventa visibile. Questa miscela è rimasta relativamente stabile per milioni di anni, ma l'attività umana ne sta modificando rapidamente alcuni equilibri.
La struttura a strati dell'atmosfera
L'atmosfera non è uniforme, ma è suddivisa in strati sovrapposti che differiscono per temperatura, densità e composizione, ciascuno separato dal successivo da una zona di passaggio chiamata pausa. Lo strato più basso è la troposfera, che si estende dal suolo fino a circa 8-15 km di quota e contiene oltre il 75% della massa atmosferica e quasi tutto il vapore acqueo; qui avvengono tutti i fenomeni meteorologici e la temperatura diminuisce di circa 6,5 °C ogni chilometro di salita. Sopra si trova la stratosfera, fino a circa 50 km, dove la temperatura aumenta con la quota grazie alla presenza dello strato di ozono che assorbe i raggi ultravioletti, ed è proprio in questo strato che volano gli aerei di linea per evitare le turbolenze. Segue la mesosfera, fino a circa 80 km, lo strato più freddo, dove le temperature scendono fino a -90 °C e dove le meteore bruciano creando le scie luminose delle stelle cadenti. Più in alto si estende la termosfera, fino a circa 600 km, dove l'aria è rarefattissima ma la temperatura sale fino a 1500 °C e si verificano le aurore polari. Infine l'esosfera, la fascia più esterna, sfuma gradualmente nello spazio interplanetario senza un confine netto.
Pressione, temperatura e umidità
L'aria, pur essendo invisibile, ha una massa e quindi esercita un peso sulla superficie terrestre: questa forza per unità di area si chiama pressione atmosferica e al livello del mare vale in media 1013 hPa, cioè circa un chilogrammo per ogni centimetro quadrato. La pressione diminuisce con l'altitudine perché sopra di noi c'è meno aria: per questo in montagna l'acqua bolle a temperature più basse e gli alpinisti possono soffrire il mal di montagna sopra i 2500 metri. La temperatura dell'aria dipende invece dall'irraggiamento solare, dalla latitudine, dalla quota e dalla natura della superficie sottostante: terra e acqua si scaldano e si raffreddano con velocità diverse, generando le brezze marine che soffiano verso terra di giorno e verso il mare di notte. L'umidità misura la quantità di vapore acqueo presente nell'aria e si distingue in assoluta, espressa in grammi per metro cubo, e relativa, espressa in percentuale rispetto alla quantità massima possibile a quella temperatura. Quando l'aria umida si raffredda fino al punto di rugiada, il vapore si condensa formando nebbia, rugiada o nubi, come accade nei prati al mattino presto in autunno. Questi tre parametri, misurati con barometro, termometro e igrometro, sono alla base di ogni previsione meteorologica.
L'atmosfera in movimento: venti ed effetto serra
L'aria non sta mai ferma: il riscaldamento disuguale tra equatore e poli genera differenze di pressione che mettono in moto enormi masse d'aria, dando origine ai venti e alla circolazione atmosferica globale. Il vento soffia sempre dalle zone di alta pressione verso quelle di bassa pressione, ma a causa della rotazione terrestre viene deviato dalla forza di Coriolis: ecco perché i cicloni dell'emisfero nord ruotano in senso antiorario e quelli dell'emisfero sud in senso orario. Esistono venti costanti come gli alisei, venti periodici come i monsoni che invertono direzione tra estate e inverno, e venti locali come la bora di Trieste o il foehn delle valli alpine. L'atmosfera regola inoltre la temperatura del pianeta grazie all'effetto serra naturale: alcuni gas, soprattutto vapore acqueo, anidride carbonica e metano, lasciano passare la luce solare ma trattengono il calore irradiato dalla superficie, proprio come accade dentro un'automobile parcheggiata al sole. Questo meccanismo è essenziale per la vita, ma l'aumento delle emissioni antropiche di gas serra sta intensificando il fenomeno, provocando il riscaldamento globale. Studiare l'atmosfera significa quindi comprendere non solo il tempo di domani, ma anche il futuro climatico del pianeta.
Ricorda
Punti chiave da fissare nella memoria:
- L'atmosfera è una miscela di gas trattenuta dalla gravità: 78% azoto, 21% ossigeno, 1% altri gas.
- È divisa in cinque strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera.
- La pressione diminuisce con la quota; la temperatura varia secondo regole diverse in ogni strato.
- L'ozono stratosferico filtra gli UV; l'effetto serra naturale mantiene la temperatura adatta alla vita.
- I venti nascono dalle differenze di pressione e sono deviati dalla forza di Coriolis.
Esercizio di verifica attivo: prendi il quaderno e disegna in verticale una sezione dell'atmosfera, indicando i cinque strati con il loro spessore approssimativo e la direzione (crescente o decrescente) in cui varia la temperatura in ciascuno. Accanto al disegno, scrivi in quale strato si verificano: i fenomeni meteorologici, il volo degli aerei di linea, le stelle cadenti e le aurore polari. Infine, prova a spiegare con parole tue, in cinque righe, perché senza atmosfera la vita sulla Terra sarebbe impossibile.