L'atmosfera è l'involucro gassoso che avvolge la Terra: ci protegge dalle radiazioni, regola la temperatura e rende possibile la vita sul pianeta.
L'atmosfera è una miscela di gas trattenuta dalla gravità terrestre e suddivisa in strati con proprietà fisiche molto diverse fra loro. La sua composizione è rimasta relativamente stabile per milioni di anni grazie a un delicato equilibrio fra processi geologici, chimici e biologici. Studiarla significa comprendere fenomeni come il meteo, l'effetto serra naturale, l'ozono stratosferico e la propagazione del suono e della luce. In questa scheda affronteremo prima la sua composizione chimica e poi la sua struttura verticale, due chiavi indispensabili per leggere i fenomeni atmosferici. Capire l'atmosfera è anche il primo passo per ragionare in modo consapevole sui cambiamenti climatici del nostro tempo.
Composizione chimica dell'atmosfera
L'aria secca, vicino al livello del mare, è una miscela omogenea formata in larghissima parte da due gas: l'azoto molecolare, che rappresenta circa il 78% del volume, e l'ossigeno molecolare, che si attesta intorno al 21%. Il restante 1% è una mescolanza di gas minori, fra cui l'argon (circa 0,93%), l'anidride carbonica (circa 0,04%), il neon, l'elio, il metano e il vapore acqueo, quest'ultimo molto variabile a seconda della località. Pur essendo presenti in quantità minime, alcuni di questi gas svolgono ruoli fondamentali: l'anidride carbonica e il vapore acqueo, ad esempio, sono i principali gas serra naturali, capaci di trattenere il calore irradiato dalla superficie terrestre. L'ossigeno, prodotto in gran parte dalla fotosintesi degli organismi vegetali e del fitoplancton, è indispensabile per la respirazione cellulare degli animali e di molti microrganismi.
È importante distinguere fra i componenti permanenti dell'atmosfera, le cui proporzioni si mantengono costanti, e i componenti variabili come vapore acqueo, ozono e polveri, che cambiano nel tempo e nello spazio. Il vapore acqueo, per esempio, può variare da quasi zero nei deserti freddi fino al 4% nelle regioni equatoriali umide, e la sua condensazione genera nuvole e precipitazioni. L'ozono, invece, è concentrato in uno strato della stratosfera dove assorbe gran parte dei raggi ultravioletti, proteggendo gli organismi viventi da danni al DNA. Anche le attività umane modificano la composizione atmosferica: la combustione di carbone, petrolio e gas naturale immette ogni anno miliardi di tonnellate di anidride carbonica, intensificando l'effetto serra. Un esempio concreto si osserva nelle grandi città italiane d'inverno, quando l'inversione termica blocca le polveri sottili emesse dal traffico e dal riscaldamento domestico nei bassi strati, peggiorando la qualità dell'aria respirata.
Struttura verticale: gli strati dell'atmosfera
L'atmosfera non è uniforme verticalmente: man mano che ci si allontana dal suolo, pressione e densità diminuiscono in modo esponenziale, mentre la temperatura segue un andamento più complesso, che permette di suddividerla in cinque strati principali. Procedendo dal basso verso l'alto incontriamo nell'ordine i seguenti livelli:
- Troposfera, da 0 a circa 10-12 km, dove avvengono quasi tutti i fenomeni meteorologici e la temperatura diminuisce di circa 6,5 °C per chilometro.
- Stratosfera, fino a circa 50 km, sede dello strato di ozono, in cui la temperatura risale grazie all'assorbimento dei raggi ultravioletti.
- Mesosfera, fino a circa 80 km, dove la temperatura torna a scendere fino a valori molto bassi e si disintegrano gran parte delle meteore.
- Termosfera, fino a circa 500 km, caratterizzata da temperature elevatissime e dalla ionizzazione dei gas, responsabile delle aurore polari.
- Esosfera, oltre i 500 km, lo strato più rarefatto, dove le molecole sfuggono lentamente nello spazio interplanetario.
Fra uno strato e l'altro si trovano zone di transizione chiamate pause (tropopausa, stratopausa, mesopausa), in cui la temperatura inverte il proprio andamento. La troposfera, pur essendo lo strato più sottile, contiene circa il 75% della massa totale dell'atmosfera ed è la parte che ci interessa direttamente per il clima e la vita quotidiana. Nella stratosfera, invece, volano gli aerei di linea, perché l'aria stabile e priva di turbolenze permette voli più sicuri e a minor consumo. La conoscenza di questi strati permette di interpretare fenomeni apparentemente lontani fra loro, come la formazione delle nubi temporalesche e la bellissima danza delle aurore boreali.
Ricorda
- L'aria secca è composta per circa il 78% di azoto, 21% di ossigeno e 1% di altri gas, fra cui anidride carbonica e argon.
- L'atmosfera è divisa verticalmente in cinque strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera, separati da zone di transizione dette pause.
- Gas in piccole quantità, come ozono, anidride carbonica e vapore acqueo, hanno ruoli enormi nel proteggere la vita e nel regolare il clima terrestre.
Piccolo esercizio di verifica: sul quaderno, disegna una colonna verticale che rappresenti l'atmosfera, indica i cinque strati con i rispettivi intervalli di altitudine e, accanto a ciascuno, scrivi una caratteristica peculiare (un fenomeno o un gas tipico). Confronta poi il tuo schema con i dati riportati nella spiegazione.