Atmosfera - Riassunto Filosofia PDF

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ATMOSFERA 1. COMPOSIZIONE E CARATTERISTICHE COMPOSIZIONE, SUDDIVVISIONE IN ALTA E BASSA ATMOSFERA Atmosfera: spesso involucro aeriforme che, trattenuto dalla forza di gravità, avvolge la parte solida e liquida della Terra Le molecole dei gas sono in continuo rapido movimento ( ricevono energia dal Sole) ma non si disperdono nello spazio grazie all’attrazione gravitazionale che li trattiene vicino alla Terra Il colore del cielo ci appare uniformemente azzurro perché le molecole dei gas atmosferici diffondono in tutte le direzioni la luce solare che le colpisce – la diffusione è massima per la componente azzurra della luce Bassa atmosfera – 100 km Azoto – 78% Ossigeno – 21% Argo – 1% Vapore acqueo ( reciproca interazione e influenza tra atmosfera e idrosfera) Pulviscolo atmosferico (cenere vulcanica, pollini, polveri) Alta atmosfera I moti dei gas sono ridotti e non c’è rimescolamento – stratificazione dei gas in base alla densità in conseguenza all’azione della forza di gravità esercitata dalla Terra Ossigeno – basso Elio – medio Idrogeno – alto PRESSIONE ATMOSFERICA Pressione atmosferica: peso di una colonna d’aria / superficie su cui la colonna grava – agisce con la stessa intensità in tutte le direzioni I movimenti delle masse d’aria sono legati a differenza di pressione atmosferica La pressione atmosferica standard è pari a 1013 hPa = 1013mbar SUDDIVISIONE DELL’ATMOSFERA: TROPOSFERA, STRATOSFERA, MESOSFERA, TERMOSFERA, ESOSFERA Suddivisione dell’atmosfera in strati concentrici dette sfere: zone in cui si ha un aumento o una diminuzione graduale della temperatura Il confine tra due sfere viene è detto pausa: zona nel quale si ha l’inversione dell’andamento della temperatura 

Troposfera – 12 km Vapore acqueo, pulviscolo atmosferico, sostanze inquinanti La temperatura diminuisce procedendo verso l’alto  è riscaldata dal basso L’aria fredda, più densa di quella calda, tende a tornare verso il basso provocando continui rimescolamenti  a causa della presenza di vapore acqueo, fenomeni metereologici

Tropopausa 

Stratosfera Medesima composizione dei gas ma le particelle sono più distanti fra loro Aumento della temperatura (benché ci si allontani dalla superficie terrestre) a causa della presenza dell’ozono Ozonosfera – 30 km L’ozono si forma a causa delle radiazioni ultraviolette solari e sono molecole instabili  assorbe la maggior parte delle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole (diminuendo la quantità di radiazioni che giungono sulla superficie terrestre) e libera calore provocano il graduale riscaldamento all’aumentare della quota

Stratopausa – 50 km

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Inizio ionosfera – ioni formano strati che riflettono le onde radio emesse dalla superficie terrestre 

Mesosfera Gas rarefatti e ionizzati dai raggi ultravioletti e dai raggi X provenienti dal Sole (radiazioni altamente energetiche colpiscono gli atomi dei gas e strappano loro elettroni trasformandoli in ioni) La temperatura diminuisce progressivamente con l’aumentare della quota poiché è riscaldata dallo strato sottostante di ozono

Mesopausa – 80 km 

Termosfera Gas rarefatti e ionizzati Costante aumento della temperatura con la quota a causa del riscaldamento diretto da parte del Sole  i raggi solari cedono direttamente energia alle particelle dei gas che si muovono più rapidamente La temperatura raggiunge i 1000 °C ma è una zona fredda  la temperatura misura la velocità delle particelle – il calore è l’energia che si trasferisce da un corpo a un altro e viene liberata quando le particelle si urtano ma gli urti sono rarissimi perché le particelle sono molto rarefatte Aurore polari

Fine ionosfera Termopausa – 1000 km 

Esosfera – 2000 km Le particelle atmosferiche sfuggono alla forza di gravità terrestre e migrano nello spazio interstellare Bassissima densità dei gas, composta quasi esclusivamente da idrogeno e elio

2. BILANCIO TERMICO ENERGIA SOLARE E ATMOSFERA Equilibrio energetico: l’energia in ingresso (ricevuta dall’atmosfera e dalla superficie terrestre) è quantitativamente uguale all’energia in uscita  la conferma sta nel fatto che la temperatura del pianeta si è mantenuta mediamente costante Costante solare: flusso di energia media che la Terra riceve dal Sole Il ritorno dell’energia nello spazio avviene attraverso due modalità:  Riflessione – le radiazioni sono direttamente respinte Dipende dalle caratteristiche della superficie colpita Albedo: potere riflettente di una superficie ( la Terra ha un’albedo grazie al potere riflettente delle nuvole e delle regioni ricoperte dai ghiacciai)  Irraggiamento – la superficie terrestre assorbe parte dell’energia solare, si riscalda e riemette energia sotto forma di energia termica 35% riflessa 18% assorbita dall’atmosfera 47% assorbita dalle acque, dalle rocce e dalle piante L’energia riemessa sotto forma di calore riscalda gli strati inferiori dell’atmosfera  dinamicità della troposfera IL BILANCIO TERMICO DEL PIANETA TERRA Bilancio energetico: energia solare assorbita – energia riemessa dalla Terra Basse latitudini (fascia intertropicale 38°N – 38° S) – bilancio energetico positivo (assorbe più energia di quanta ne riemette) Alte latitudini – bilancio energetico negativo (quantità di energia persa supera quella assorbita) Le temperature rimangono mediamente costanti  riequilibrio termico: trasferimento di calore da basse latitudini alle alte latitudini, dovuto da

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



Circolazione dei vent: masse d’aria calda si spostano verso le regioni polari, cedendo calore e innalzando le temperature – masse d’aria fredda polare si spostano verso regioni calde assorbendo calore sottraendo energia termica diminuendo le temperature) Corrent marine: correnti calde si spostano verso regioni fredde e cedono calore – correnti fredde si spostano verso regioni calde e sottraggono calore

3. TEMPERATURA DELL’ARIA TEMPERATURA ATMOSFERICA Escursione termica: temperatura massima – temperatura minima Isoterme: linee che uniscono località aventi la medesima temperatura Isoterme ridotte: linee che uniscono località aventi la medesima temperatura a livello del mare Inversione termica: aumento di temperatura verso l’alto Spesso è dovuta a un rapido irraggiamento terrestre  veloce raffreddamento del suolo che per conduzione raffredda l’aria con la quale è a contatto mentre sopra rimane aria più calda  Inversione per avvezione: masse d’aria marina fredda e densa si incuneano orizzontalmente sotto aria più calda  Drenaggio di aria fredda: scende dai versanti fino al fondovalle prendendo il posto di aria più calda 4. PRESSIONE ATMOSFERICA E MOTI DELL’ARIA MOTI CONVETTIVI E PRESSIONE ATMOSFERICA Cella convettiva: insieme dei flussi che consentono all’aria calda e leggera di risalire e a quella fredda e pesante di discendere Il movimento continuo delle masse d’aria è originato dalle variazioni di pressione atmosferica dovute da:  Alttudine: la pressione atmosferica è maggiore a livello del mare che in montagna  Temperatura: l’aria calda è meno densa dell’aria fredda e esercita una pressione minore  Umidità dell’aria: volume di aria umida più leggero (tende a salire) di un uguale volume di aria secca (tende a scendere)  abbondanti particelle di vapore acqueo più leggere AREE CICLONICHE E ANTICICLONICHE Isobare: linee chiuse e concentriche che uniscono punti che hanno la stessa pressione atmosferica La pressione decresce con l’aumentare dell’altitudine e della temperatura  le isobare sono ridotte al livello del mare e alla temperatura di 0°C Anticicloni: aree di alta pressione – valori di pressione aumentano procedendo verso il centro dell’area Area che ha valori di pressione atmosferica superiori a quelli presenti nelle aree circostanti Promontorio: corridoio di alte pressioni Cicloni: aree di bassa pressione – valori di pressione diminuiscono procedendo verso il centro dell’area Area che ha valori di pressione atmosferica inferiori a quelli presenti nelle aree circostanti Saccatura: striscia di basse pressioni Gradiente barico orizzontale: tasso della variazione di pressione tra due punti (ripidità di un pendio della pressione) Isobare vicine – gradiente alto, isobare lontane – gradiente basso I VENTI, BREZZE, MONSONI, VENTI PLANETARI I VENTI Nelle zone di bassa pressione l’aria è leggera e sale verso gli strati più alti Corrent ascendent: movimenti di piccola entità Ascendenze: movimenti di grandi dimensioni

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Nelle zone di alta pressione l’aria è pesante e scende verso il suolo Corrent discendent: movimenti di piccola entità Subsidenze atmosferiche: movimenti di grandi dimensioni Differenza di pressione tra due aree adiacenti  l’aria si sposta dalla zona di alta pressione verso quella di bassa pressione Vento: flusso di una massa d’aria orizzontale dovuto a differenze di pressione La velocità del vento è direttamente proporzionale alla differenza di pressione e inversamente proporzionale alla distanza tra le aree  gradiente alto – venti veloci, gradiente basso – venti lenti Vento di gradiente: il flusso d’aria si dirige verso la zona di bassa pressione intersecando ad angolo retto le isobare dove il gradiente barico orizzontale è massimo  è un evento raro perché la Terra ruota e l’effetto Coriolis devia la direzione originaria del vento – le masse d’aria in movimento seguono una traiettoria vorticosa I venti escono dalle aree anticicloniche ruotando in senso orario ed entrano nelle aree cicloniche ruotando in senso antiorario Venti geostrofici: spirano nell’alta troposfera in direzione parallela alle isobare ( non c’è attrito) LE BREZZE Brezze: venti che spirano durante il dì in un verso e durante la notte nel verso opposto  Brezza di mare: spira di giorno dal mare verso la costa  il mare si riscalda più lentamente rispetto alla terra (sul mare alta pressione – sulla terra bassa pressione)  Brezza di terra: spira di notte dalla costa verso il mare  la terra perde più velocemente calore rispetto al mare (sulla terra alta pressione – sul mare bassa pressione)  Brezza di valle: spira di giorno dalla valle verso la montagna  la montagna è raggiunta prima dai raggi solari, l’aria sovrastante si riscalda prima rispetto alla valle (sulla valle alta pressione – sulla montagna bassa pressione)  Brezza di monte: spira di notte dalla montagna verso la valle  la montagna si raffredda più velocemente calore rispetto alla valle (sulla montagna alta pressione – sulla valle bassa pressione) I MONSONI Monsoni: vento che per sei mesi spira dal mare verso la terra portando pioggia e per sei mesi dalla terra verso il mare Un vasto continente (Asia), un oceano esteso (Indiano), la transizione di questi in una zona a forte irraggiamento solare costituiscono condizioni favorevoli per l’instaurarsi di notevoli differenza di pressione e umidità Monsone estvo: l’atmosfera sopra la terra si riscalda più rapidamente dell’atmosfera sopra l’oceano  la bassa pressione sul continente richiama aria dall’oceano dove per forte evaporazione si formano estese masse di nubi che si spostano verso terra scaricando grandi quantità di pioggia Monsone invernale: l’atmosfera sopra l’oceano è più calda rispetto all’atmosfera sopra la terra  la bassa pressione sull’oceano richiama aria dal continente I VENTI PLANETARI Venti polari NE – SO Venti occidentali SO – NE Alisei NE – SO Zona delle calme equatoriali – convergono gli alisei dei due emisferi Alisei SE – NO Venti occidentali NO – SE Quaranta Ruggent (40° S): i venti occidentali raggiungono notevoli velocità  non incontrano l’ostacolo di terre emerse Venti polari SE – NO L’effetto Coriolis devia i venti dalla direzione originaria e il progressivo raffreddamento dell’aria verso quote più elevate provoca la formazione di un sistema con più celle convettive per ciascun emisfero Alte pressioni polari – divergenza polare (di venti polari) Basse pressioni subpolari (60°) – convergenza delle medie latitudini o subpolare (di venti occidentali e venti polari) Alte pressioni subtropicali (30°) – divergenza subtropicale (di alisei e venti occidentali) Basse pressioni equatoriali – convergenza equatoriale (degli alisei)

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Cella polare: venti di superficie dai poli verso le basse pressioni subpolari – venti di quota dalle basse pressioni subpolari verso i poli Fronte polare – scontro di masse d’aria fredde (derivanti dalle alte pressioni polari che si spostano verso le basse pressioni subpolari) e calde (convogliate verso nord dalla cella di Ferrel) Cella di Ferrel: venti di superficie dalle alte pressioni tropicali verso le basse pressioni subpolari – venti di quota dalle basse pressioni subpolari verso le basse latitudini Cella di Hadley: venti di superficie dai tropici verso le basse pressioni equatoriali – venti di quota dalle basse pressioni equatoriali verso i tropici CIRCOLAZIONE NELL’ALTA TROPOSFERA Poli – bassa pressione Equatore – alta pressione L’inversione rispetto alla bassa troposfera dipende dallo spessore (all’equatore doppio rispetto ai poli)  a causa del raffreddamento dovuto alla quota, nell’alta troposfera l’aria all’equatore è più fredda di quella ai poli (pressioni più elevate in corrispondenza dell’equatore) L’aria si muove dall’equatore verso i poli (perché si sposta dalle alte alle basse pressioni) ma subisce la deviazione causata dall’effetto Coriolis  si originano correnti occidentali (circolazione in alta quota a quasi tutte le latitudini) e correnti orientali (fascia ristretta intorno all’equatore) CORRENTI A GETTO Corrente a getto: flusso d’aria compatto che si muove a grande velocità ai limiti superiori della troposfera Corrente a getto subtropicale (25° – 35°N): rettilinea (in inverno verso l’equatore – in estate verso nord) Corrente a getto del fronte polare (60°N): forma profondi saccature e meandri che periodicamente si accentuano determinando la chiusura delle saccature  si formano vortici di aria calda tropicale in aria fredda polare (zone di bassa pressione a nord – cicloni extratropicali delle medie latitudini) e vortici di aria fredda polare in aria calda tropicale (zone di alta pressione a sud – anticicloni tropicali) – per ristabilimento dell’equilibrio barico le celle di alta e bassa pressione si esauriscono e il ciclo ricomincia 5. FENOMENI METEREOLOGICI L’UMIDITÀ ATMOSFERICA Umidità assoluta: quantità di vapore acqueo contenuta in un determinato volume d’aria – è direttamente proporzionale alla temperatura Massa d’aria satura: contiene la quantità di vapore acqueo massima possibile in relazione alla sua temperatura Punto di rugiada: temperatura alla quale la massa d’aria diviene satura Umidità relativa: umidità assoluta / massima quantità di vapore acqueo che potrebbe essere contenuta nella massa d’aria alla medesima temperatura Aria secca – umidità relativa minore del 35 – 40 % Aria umida – umidità relativa superiore del 70% Il freddo e il caldo si avvertono in modo molto più sensibile se l’aria è umida  il vapore acqueo è un migliore conduttore di calore rispetto ai gas dell’aria LA NEBBIA E LE NUVOLE, LA FORMA DELLE NUVOLE LA NEBBIA E LE NUVOLE La condensazione del vapore acqueo avviene quando è in eccesso rispetto alla quantità massima che può essere contenuta in una massa d’aria a quella temperatura Le manifestazioni visibili della condensazione sono  Nebbia: una massa d’aria calda e umida cede calore a un corpo freddo e si raffredda  l’abbassamento di temperatura determina un eccesso di vapore acqueo che condensa  Nuvole: una massa d’aria calda sale e si espande – le molecole occupano un volume maggiore e compiono un lavoro sull’ambiente  le molecole perdono energia e il gas si raffredda (l’abbassamento di temperatura è dovuto a una variazione di pressione – trasformazione adiabatca) e il vapore acqueo in eccesso condensa Gradiente adiabatico secco: diminuzione di temperatura di una massa d’aria con la quota

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Gradiente adiabatico umido: diminuzione di temperatura di una massa d’aria con la quota dopo l’inizio della condensazione  la condensazione libera calore quindi il raffreddamento è minore La condensazione del vapore acqueo avviene anche grazie (oltre che all’abbassamento di temperatura) alla presenza di particelle che fungono da nuclei di condensazione: granuli che offrono una superficie su cui l’acqua può condensare LA FORMA DELLE NUVOLE  Cumuli: bolle d’aria calda e umida che continuano a salire finché rimangono più calde e meno dense dell’aria circostante (sviluppo verticale) – segnalano la presenza di moti convettivi  Strati: la salita dell’aria calda e umida si arresta rapidamente perché raggiunge rapidamente la temperatura dell’aria circostante (sviluppo orizzontale) – la nuvola si allarga e forma lo strato  incontro tra massa d’aria calda che si muove verso l’aria fredda sovrapponendosi a questa e salendo si raffredda  Cirri: costituite da cristalli di ghiaccio  Nuvole orografiche: massa d’aria calda e umida trasportata dal vento verso una montagna, per superarla si innalza, si espande e si raffredda Si formano sul versante sopravento dove si possono verificare precipitazioni – sul versante sottovento le nuvole scompaiono  l’aria più pesante (più fredda e secca) ridiscende e si riscalda per compressione  il punto di rugiada si alza e l’acqua presenta nella massa d’aria torna allo stato di vapore – si forma il fohn: vento caldo e secco che scende dalle montagne perché parte dell’umidità è stata perduta sul versante sopravento 6. LE PRECIPITAZIONI E I REGIMI PLUVIOMETRICI LE PRECIPITAZIONI Precipitazioni atmosferiche: prodotti della condensazione e della solidificazione del vapore acqueo, si formano in atmosfera per precipitare al suolo Pioggia: goccioline di acqua troppo pesati per rimanere in sospensione Grandine: goccioline traportate in alto in grosse nuvole cumuliformi temporalesche congelano e scendono verso la parte media della nuvola – nuova acqua si aggiunge e congela quando i chicchi sono trasportati nuovamente in alto Neve: cristalli di ghiaccio si aggregano in fiocchi Rugiada: condensazione di gocce d’acqua su una superficie a causa dell’irraggiamento terrestre e conseguente raffreddamento della superficie di contatto Brina: molecole di vapore passano direttamente allo stato solido sulle superfici fredde quando la temperatura dell’aria scende bruscamente sotto lo zero REGIMI PLUVIOMETRICI Zona arida: bilancio idrologico passivo – evapotraspirazione supera le precipitazioni (molto scarse) Zona umida: bilancio idrologico attivo – precipitazioni superano l’evapotraspirazione (molto abbondanti) Isoiete: linee congiungenti tutti i luoghi che ricevono la stessa quantità media di precipitazioni in un dato periodo di tempo Regime pluviometrico: ripartizione stagionale e mensile delle precipitazioni in una data ragione  Regime equatoriale: precipitazioni piovose durante tutto l’anno con due massimi in concomitanza con gli equinozi  Regime subequatoriale: due stagioni umide e due stagioni secche  Regime tropicale: un periodo piovoso in coincidenza con il solstizio estivo e periodo asciutto per tutto il resto dell’anno  Regime monsonico: stagione piovosa estiva (venti umidi dal mare) e stagione asciutta invernale (venti secchi da terra)  Regime mediterraneo: stagione secca estiva e stagione piovosa invernale  Regime marittimo: buone quantità di precipitazioni durante tutto l’anno  Regime contnentale: precipitazioni estive  Regime polare: precipitazioni scarse e prevalentemente nevose LE PERTURBAZIONI ATMOSFERICHE Le perturbazioni atmosferiche sono associate a aree di bassa pressione (cicloni)  l’aria che sale è calda e umida e espandendosi in quota si raffredda, raggiungendo facilmente il punto di rugiada formando nubi e precipitazioni

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Fronte: superficie di contatto tra due masse d’aria con caratteristiche di umidità e temperatura differenti Le perturbazioni atmosferiche prevalenti in Italia sono i cicloni delle medie latitudini, dove si individuano  Fronte freddo: parte in cui l’aria fredda avanza orizzontalmente costringendo l’aria calda ad alzarsi verticalmente  si formano nubi cumuliformi con precipitazioni da intense a violente  Settore caldo (zona intermedia): tempo variabile e poco perturbato  Fronte caldo: parte del ciclone in cui l’aria calda scorre ...