L'aria è il miscuglio di gas che ci circonda, ci permette di respirare e forma l'atmosfera terrestre. Anche se non la vediamo, ha un peso, occupa uno spazio ed esercita una pressione. L'atmosfera protegge il nostro pianeta come una grande coperta invisibile, regola la temperatura e ospita i fenomeni meteorologici.
Che cos'è l'aria
L'aria è una sostanza che riempie ogni angolo della stanza in cui ti trovi, eppure è trasparente, inodore e insapore: per questo motivo spesso ci dimentichiamo che esiste. In realtà l'aria è un miscuglio omogeneo di gas diversi, mescolati in modo così uniforme che nessun gas si separa dagli altri spontaneamente. I componenti principali sono l'azoto, che da solo costituisce circa il 78% del volume, e l'ossigeno, che ne rappresenta circa il 21%. Il restante 1% è formato da gas in piccolissime quantità, come l'argon, l'anidride carbonica, il vapore acqueo e altri gas chiamati rari. Per capire che l'aria esiste davvero, prova a soffiare su una candela: la fiamma si piega perché viene spostata da qualcosa di concreto. Allo stesso modo, quando muovi velocemente un foglio di carta vicino al viso, senti una corrente fresca, segno che l'aria si sposta e ti tocca la pelle.
I componenti dell'aria e le loro funzioni
Ogni gas presente nell'aria ha una sua precisa funzione e tutti insieme rendono possibile la vita sulla Terra. L'azoto è il gas più abbondante e svolge il ruolo di diluente: senza di esso l'ossigeno sarebbe troppo concentrato e bruceremmo qualunque cosa con la minima scintilla. L'ossigeno è invece il gas indispensabile per la respirazione di animali, piante e per le combustioni, come quella della legna nel camino o del gas in cucina. L'anidride carbonica, anche se rappresenta solo lo 0,04% dell'aria, è fondamentale per la fotosintesi delle piante, che la usano insieme alla luce solare per produrre il loro nutrimento. Il vapore acqueo, presente in quantità variabili, è all'origine delle nuvole, della pioggia e della nebbia che vedi nelle mattine fredde d'inverno. Pensa a quando apri la bocca in una giornata gelida e vedi il fiato: quello è proprio vapore acqueo che si condensa diventando visibile.
Le proprietà fisiche dell'aria
Nonostante sembri inafferrabile, l'aria possiede proprietà ben precise che possiamo misurare e osservare. Prima di tutto, l'aria ha un peso: un metro cubo di aria a livello del mare pesa circa 1,3 kg, quanto una bottiglia grande di succo di frutta. In secondo luogo, occupa uno spazio: se provi a immergere un bicchiere capovolto in una bacinella d'acqua, vedrai che l'acqua non entra perché l'aria intrappolata dentro le impedisce il passaggio. L'aria è anche comprimibile, cioè può essere schiacciata in un volume più piccolo, come accade quando gonfi la ruota della bicicletta con la pompa. Infine, l'aria è elastica: una volta compressa, tende a tornare al suo volume originale, ed è proprio questa proprietà che fa rimbalzare i palloni e funzionare gli ammortizzatori. Tutte queste caratteristiche dimostrano che l'aria, pur essendo invisibile, è materia a tutti gli effetti.
La pressione atmosferica
L'aria che ci sovrasta forma una colonna alta più di cento chilometri e tutto questo peso preme su di noi e su ogni superficie: questa forza si chiama pressione atmosferica. A livello del mare il valore medio è di 1013 ettopascal, una pressione enorme che non avvertiamo solo perché il nostro corpo è abituato e spinge con la stessa forza verso l'esterno. La pressione diminuisce salendo in quota, perché sopra di noi c'è una colonna d'aria sempre più corta: per questo in montagna gli alpinisti possono sentire le orecchie tappate o avere il mal di montagna. Lo strumento che misura la pressione si chiama barometro e fu inventato dallo scienziato italiano Evangelista Torricelli nel 1644. Un esempio quotidiano della pressione atmosferica è la ventosa che attacchi al vetro: quando la schiacci espelli l'aria sottostante e la pressione esterna la tiene incollata. Anche bere con la cannuccia funziona grazie alla pressione: aspirando crei una zona a pressione minore nella bocca e l'aria esterna spinge il liquido verso l'alto.
La struttura dell'atmosfera
L'atmosfera non è una massa uniforme di aria, ma è organizzata in cinque strati sovrapposti, ognuno con caratteristiche diverse. Il primo strato, partendo dal suolo, è la troposfera, che arriva fino a circa 12 km di altezza ed è dove avvengono tutti i fenomeni meteorologici come nuvole, pioggia e vento. Sopra c'è la stratosfera, fino a 50 km, che contiene il famoso strato di ozono capace di filtrare i raggi ultravioletti più pericolosi del Sole. Seguono la mesosfera, fino a 80 km, dove bruciano la maggior parte delle meteore creando le stelle cadenti, e la termosfera, che si estende fino a 500 km e ospita le suggestive aurore polari. L'ultimo strato è l'esosfera, una zona di transizione rarefatta dove l'atmosfera si dissolve gradualmente nello spazio. Gli aerei di linea volano nella parte alta della troposfera, mentre la Stazione Spaziale Internazionale orbita nella termosfera, a circa 400 km di altitudine.
L'importanza dell'atmosfera per la vita
L'atmosfera è una vera e propria scudo che rende possibile la vita sulla Terra, svolgendo contemporaneamente molte funzioni essenziali. Ci protegge dai raggi ultravioletti grazie allo strato di ozono, che assorbe le radiazioni che danneggerebbero le cellule degli esseri viventi causando scottature gravi e malattie. Ci difende anche dai meteoriti: la maggior parte dei sassi spaziali che incontrano la Terra brucia nell'attraversare l'atmosfera per attrito con l'aria, trasformandosi in scie luminose. L'atmosfera regola inoltre la temperatura del pianeta attraverso l'effetto serra naturale, che trattiene parte del calore solare e impedisce alle notti di diventare gelide come accade sulla Luna. Senza atmosfera, la temperatura terrestre oscillerebbe tra +120°C di giorno e -150°C di notte, esattamente come succede sulla superficie lunare. Infine, fornisce l'ossigeno per respirare e l'anidride carbonica per la fotosintesi, garantendo i cicli vitali di tutti gli organismi viventi.
I movimenti dell'aria e il vento
L'aria non sta mai ferma: si sposta continuamente formando correnti e venti che modellano il clima del pianeta. Il vento nasce dalla differenza di pressione tra due zone vicine: l'aria si muove sempre dalle zone di alta pressione verso quelle di bassa pressione, cercando di equilibrare i valori. Quando il Sole riscalda l'aria, questa diventa più leggera e sale verso l'alto, lasciando spazio all'aria più fredda e pesante che scende: si crea così una corrente convettiva. Puoi osservare questo fenomeno aprendo la porta di una stanza riscaldata in inverno: l'aria calda esce in alto mentre quella fredda entra in basso, e lo senti chiaramente vicino ai piedi. Al mare durante il giorno soffia la brezza dal mare verso la terra, perché la sabbia si scalda più velocemente dell'acqua e l'aria sopra la spiaggia sale, richiamando aria fresca dal mare. La forza del vento si misura con la scala Beaufort, che va da 0 (calma assoluta) a 12 (uragano), mentre la direzione si rileva con la banderuola.
Ricorda
- L'aria è un miscuglio di gas: 78% azoto, 21% ossigeno e 1% altri gas (anidride carbonica, argon, vapore acqueo).
- L'aria ha peso, occupa spazio, è comprimibile ed elastica: è materia a tutti gli effetti.
- La pressione atmosferica a livello del mare è di circa 1013 ettopascal e si misura con il barometro.
- L'atmosfera è divisa in cinque strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera.
- L'atmosfera protegge dai raggi UV, dai meteoriti e regola la temperatura grazie all'effetto serra naturale.
- Il vento nasce dalle differenze di pressione e dai movimenti di aria calda e fredda.
Esercizio di verifica sul quaderno: disegna una sezione verticale dell'atmosfera indicando i cinque strati con le rispettive altezze; per ogni strato scrivi una caratteristica importante e un fenomeno o oggetto che si trova al suo interno (esempio: nuvole, ozono, meteore, aurore boreali, satelliti). Sotto al disegno, spiega con parole tue perché l'atmosfera è fondamentale per la vita sulla Terra, citando almeno tre motivi diversi.