TUSCIA ROMANA INFO | Gea | Il clima | Surrisacaldamento del pianeta e effetto serra







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Il Piccolo Museo del Lavoro e dell'Industria Cambiamenti climatici e crisi climatico-ambientale

	Luciano Russo




Il surriscaldamento del Pianeta

e l'"effetto serra"








Cambiamenti climatici globali



Eventi drastici


Il più importante evento geologico dell'ultimo millennio è senz'altro l'impatto umano sull'ambiente naturale dovuto principalmente alla progressiva espansione di agricoltura e pesca. A questo però negli ultimi cento anni va ad aggiungersi la profonda alterazione dell'atmosfera causata da una incomparabilmente più rapida industrializzazione, dalla cui combustione di carbone e petrolio, ad un ritmo costantemente accelerante di almeno centomila volte maggiore di quello che la natura può sopportare, smaltire e controbilanciare, è conseguito il drammatico aumento della concentrazione dei cosiddetti "gas traccia" nell'atmosfera, a livelli mai prima registrati durante l'ultimo milione di anni!



Aria ed acqua


La vita sulla Terra, la "sfera blù", è possibile solo grazie alla presenza di due elementi essenziali, acqua ed aria, e alla protezione esterna di cui il pianeta gode grazie ad una particolare "atmosfera", una una miscela di gas, capace di ridurre al minimo le escursioni termiche tra la notte ed il giorno e tra le varie stagioni, filtrando e bloccando all'esterno nocive radiazioni solari. Quella che normalmente chiamiamo "atmosfera terrestre", è la parte interna, a contatto cioè con la Terra, dell'involucro gassoso che avvolge il nostro pianeta - dal greco ατμός "vapore" e σφαίρα "sfera", mentre il suo strato più esterno, solo circa l'1% della massa gassosa e quindi estremamente rarefatto, è chiamato "ionosfera", perché lì i gas atmosferici, a diretto contatto con le radiazioni solari, vengono fortemente "ionizzati" (la radiazione solare "strappa" cioè letteralmente gli elettroni dagli atomi e dalle molecole dei gas). La funzione protettiva della ionosfera è fondamentale per la vita sul nostro Pianeta, in quanto, con il suo spessore di alcune centinaia di chilometri, assorbe appunto gran parte delle radiazioni ionizzanti provenienti dallo spazio, che altrimenti ci colpirebbero direttamente.




Come una gigantesca cipolla



L'atmosfera terrestre è come una enorme cipolla i cui strati dall'esterno, avvicinandoci alla Terra dallo spazio, sono dapprima molto spessi e rarefatti fino a raggiungere sottigliezza e massima densità sulla superficie terrestre.







L'atmosfera ha una sua struttura e complessità, essendo formata da 5 diversi strati, ognuno con particolari caratteristiche. La vita sul nostro Pianeta è dunque possibile solo grazie alla fantastica e quasi totale protezione che questo "cipollone" ci offre contro le altrimenti letali cosidette "radiazioni solari".







L'atmosfera terrestre è composta principalmente da due gas: azoto per circa il 78% di volume ed ossigeno per circa il 21%. Meno del rimanente 1% sono cosiddetti "gas traccia", prevalentemente prodotti da attività umane, solo in minima parte derivanti da vegetazione e microrganismi: il più comune è l'argon, seguono poi vapore acqueo, anidride carbonica, neon, elio, metano, idrogeno, kripton, xeno e ozono, infine tracce di ossidi di azoto, monossido di carbonio, ammoniaca, biossido di zolfo e solfuro di idrogeno.





	"Classico" spaccato didattico dell'atmosfera terrestre, certo illustrativo ma estremamente "compresso" in verticale, soprattutto negli strati superiori, per cui falsante dal punto di vista delle dimensioni e proporzioni reali fra i vari strati. Di seguito una rappresentazione più corretta delle reali proporzioni degli strati dell'atmosfera con la piccola sfera nera all'estremità inferiore, l'immagine del pianeta Terra.
















	Il diametro della Terra all'equatore è pari a 12.756,1 km, qui, per motivi didattici, grafici e di spazio, comunque rimpicciolito di sproporzionate ben 10 volte, quindi la parte più densa dell'atmosfera terrestre, che dalla superficie del Pianeta = km 0 raggiunge appena i 10 km di altezza, risulta a tutti gli effetti come una pellicola che avvolge il Pianeta.





	Se ingrandissimo l'immagine dell'atmosfera nell'intervallo tra 0 km, cioè dalla superficie terrestre, e fino a circa 10 km di altezza, ci troveremmo nella cosiddetta "Troposfera", in altre parole l'"aria" del nostro habitat, quella che respiriamo, la pellicola lucente a contatto con la Terra. Nelle maggior parte delle immagini didattiche l'arcuatura dell'orizzonte terrestre viene esagerata a fine illustrativo, ma se si cercasse di mostrarne le reali proporzioni la rotondità della superficie terrestre e degli strati dell'atmosfera più vicini della Terra diventerebbe quasi impercettibile, ad accentuare drasticamente l'estrema "sottigliezza" e fragilità dello strato gassoso più denso. Bene: quel sottilissimo spazio è l'unico in cui la vita, come noi la conosciamo ad oggi, sia possibile, in altre parole la "pelle" viva del Pianeta.




L'Esosfera











Scendendo verso la Terra, il primo "strato" che incontriamo è l'"Esosfera", la parte più esterna dell'atmosfera terrestre, senza un vero limite superiore, tanto da arrivare a comprendere le cosiddette "Fasce di Van Allen", due superfici, una interna e una esterna, che ricoprono un volume cosiddetto "toroidale", cioè a forma di ciambella, il quale circonda la Terra intorno all'Equatore.













Le fasce sono il risultato della collisione del cosiddetto "vento solare" con il campo magnetico terrestre, una zona in cui particelle cariche, cosiddette "plasma", vengono trattenute dal campo magnetico. La radiazione solare intrappolata dalla Magnetosfera terrestre viene respinta là dove il campo magnetico è più intenso, cioè le regioni polari, continuando così a "rimbalzare" tra Nord e Sud attraverso le regioni tropicali e quella equatoriale. Quando la fascia esterna viene eccitata, alcune di queste particelle solari colpiscono l'alta atmosfera, dando luogo a fenomeni di fluorescenza noti come "aurore polari", rispettivamente "boreali" ed "australi". Chimicamente l'Esosfera è uno strato di elio e idrogeno, particelle di vento solare catturate a temperature di oltre 2.000°C man mano a diminuire verso la Terra, fino a che - a circa 550 km di quota - azoto e ossigeno diventeranno i principali componenti dell'atmosfera.




La Termopausa










Continuando a scendere verso la fascia interna di Van Allen, prima di raggiungere la Termosfera a 200 km dalla superficie terrestre, incontreremo la cosiddetta "Termopausa", strato fra Esosfera e Termosfera e limite superiore di Termosfera e Ionosfera al confine con la Esosfera esterna che stiamo per lasciare. Un confine a 800 km di altezza media dalla superficie terrestre da cui in poi sperimenteremo una drastica diminuzione della temperatura nella Termosfera, che raggiunge comunque il suo massimo proprio al confine con la Esosfera. In questa zona di elio e idrogeno, la temperatura cinetica è di circa 1.300 K (nella scala Kelvin lo 0 K è zero assoluto, equivalente a - 273,15 °C) e per convenzione la cosiddetta "costante solare" viene misurata proprio qui. Di fatto l'altitudine della Termopausa non è né uniforme né costante, ma dipende da variabili quali latitudine, ora del giorno, flussi solari, ecc. e la sua quota varia fra i 500 e i 1.000 km dalla superficie terrestre. Parte della Magnetosfera può addirittura scendere al di sotto di questo strato che delimita la fascia interna di Van Allen. Sebbene la Termopausa sia come strato "attribuito" all'atmosfera terrestre, le sue condizioni di pressione si rivelano talmente minime che il confine tra "spazio esterno" e atmosfera terrestre viene convenzionalmente fissato molto più in basso, a 100 km dalla Terra, la immaginaria cosiddetta "Linea di Kármán". Qui nella Termopausa orbitano i satelliti artificiali e, pur non subendo un rilevante aumento di temperatura dalla rarefatta atmosfera residua, ne accusano però, anche se molto lentamente, un progressivo rallentamento. Tutte le missioni spaziali umane - la ISS, Stazione Spaziale Internazionale, le navicelle nord-americane Shuttle, i Союз, Soyuz, sovietici poi russi, e la stazione modulare cinese 天宫空间站, Tiangong - si muovono ed operano tutti al di sotto di questo strato.




La Termosfera











Scendiamo ancora verso la "Termosfera", la quale, come detto, inizia a circa 200 km dalla superficie terrestre. Lo strato è composto da azoto ed ossigeno altamente rarefatti, i cui atomi e molecole vaganti sono ancora interamente esposti ad irraggiamento solare diretto, quindi "ionizzati", cioè elettricamente carichi a causa di una cessione o una acquisizione di uno o più elettroni del normale. Questo strato è molto sensibile alle attività solari, raggiungendo al suo limite esterno temperature anche di 1.700 °C. Quando le radiazioni diventano particolarmente intense si formano qui quegli spettacolari fenomeni detti "aurore" capaci di illuminare con sgargianti colori la notte dei cieli polari.





Una intesa Aurora Australis il cui caratteristico anello sul Polo Sud è qui ripreso dallo spazio





Una Aurora ripresa in sezione da astronauti/cosmonauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale





Il fenomeno dell'Aurora come percepito da terra, qui in una zona settentrionale della Norvegia




La Mesopausa











Al limite inferiore della Termosfera, detto "Mesopausa", a circa 100 km dalla superficie terrestre, l'aria è sempre tanto rarefatta da non opporre significativa resistenza al moto dei corpi, permettendone quindi ancora spostamenti in *moto orbitale, cosa poi impossibile a quote inferiori. Proprio per questo motivo in astronautica la Mesopausa rappresenta il confine tra quello che chiamiamo "spazio interplanetario" o "vuoto interplanetario"* o "Alta" Atmosfera o "Eterosfera" e la Atmosfera "Bassa" o cosiddetta "Omosfera" perché "spazio considerato 'umano'", cui andiamo avvicinandoci sempre più rapidamente, la zona dell'Atmosfera terrestre più prossima al pianeta. La principale caratteristica della Omosfera è quella di essere in gran parte protetta dagli effetti dei flussi solari e dalla dispersione degli elementi nel vuoto, quindi la sua composizione chimica è più o meno costante nonostante variazioni di temperatura e densità. La cosiddetta Linea di Kármán coincide con la Mesopausa e segna appunto il confine convenzionale tra l'Atmosfera terrestre e lo Spazio esterno. Tale arbitraria linea di demarcazione ha soprattutto scopi pratici, dato che la FAI, Fédération Aéronautique Internationale, definisce come "aeronautico" un volo effettuato al di sotto e fino alla Linea di Kármán ed "astronautico" o "cosmonautico" un volo da e al di sopra tale linea. La Linea di Kármán prende il nome dal fisico e ingegnere ungherese, naturalizzato statunitense come tantissimi altri cervelli sottratti all'Europa, soprattutto dell'Est, Theodore von Kármán. Riesce a calcolare come ad una quota di circa 100 km dalla Terra la densità dell'Atmosfera non basta per voli aeronautici, dato che a questa altezza il velivolo "aereo" dovrebbe raggiungere una velocità superiore a quella orbitale per sostenersi in volo. Verissimo questo, c'è da sottolineare ancora una volta l'altro fattore cruciale e, cioè, come a tale quota le radiazioni solari provochino non soltanto un drastico e pericoloso aumento della temperatura ma anche altre modifiche sostanziali alla composizione dell'Atmosfera stessa.




La cosiddetta "Ionosfera"











Prossimi a lasciarci ormai alle spalle la "Termosfera", i suoi substrati soprattutto inferiori e quelli superiori del prossimo strato più interno dell'atmosfera terrestre, la "Mesosfera", costituiscono insieme la già citata "Ionosfera". Si può quindi definire Ionosfera tutta quella fascia dell'Atmosfera in cui in piccola parte i raggi cosmici e, in proporzione definitivamente dominante, le radiazioni solari provocano la ionizzazione dei gas componenti, tra i 60 e i 450 km di altitudine dalla superficie terrestre. Questa cosiddetta Ionosfera può inoltre venire ulteriormente suddivisa in substrati a seconda delle loro diverse proprietà elettriche, dovute sia alle diversità della rispettiva composizione gassosa che dalla decrescente intensità delle radiazioni solari a cui è esposta. Spessa centinaia di chilometri ma estremamente rarefatta, la temperatura diurna della Ionosfera varia dai 1.500 K dei substrati più esterni, più esposti alle radiazioni solari, ai 200 K di quelli più interni. Al variare dell'illuminazione solare variano anche le proprietà dei gas ionosferici, molto diverse quindi non solo tra giorno e notte ma anche a seconda dell'attività solare e della distanza della Terra dal Sole durante la sua rotazione ellittica intorno alla stella. Le proprietà della Ionosfera permettono particolari applicazioni radio con onde di frequenze inferiori ai 30 MHz, le cosiddette "onde corte", le quali possono venire totalmente e multiplamente riflesse su uno strato ionizzato, fra la superficie terrestre e la Ionosfera, un tipo di propagazione così efficiente per trasmissioni a lunga distanza intorno all'intero globo terrestre da essere per questo utilizzate dai radioamatori. I substrati della Ionosfera - classificati (dalla Terra verso lo spazio) in "D", "E", "Es" e "F" - si alternano durante giorno e notte: di giorno si forma il substrato D, e si fortificano notevolmente quelli "E" e "F", quest'ultimo differenziandosi in "F1" e "F2", mentre di notte restano solo i substrati "E" e "F". Continuando a scendere verso la superficie terrestre incontreremo quindi: - il substrato "F", tra i 450 e i 130 km, di ossigeno "atomico" O, che di giorno si divide ulterioriormente un sottostrato esterno "F2" soprattutto di ioni O+, da 450 a sopra i 240 km, e un sottostrato interno "F1" soprattutto di ioni NO+, da 240 fino a circa 130 km - segue verso l'interno il substrato "E", fra i 130 e i 90 km, di ossigeno "molecolare" O₂, che mantiene una debole ionizzazione anche di notte - poi il substrato "Es", sporadico e così sottile da raggiungere appena i 2 km, che si forma a 100 km e per corti periodi da minuti a ore, probabilmente per il calore provocato da sciami meteorici disintegrati in entrata nell'atmosfera - infine il substrato "D", quello più interno, fra i 90 e i 60 km dalla Terra, composto di ossido di azoto NO, che di notte svanisce.




La Mesosfera











Ed eccoci nella Mesosfera, tra gli 80 e i 50 km dalla superficie terrestre: in questa parte dell'Atmosfera non ci sono ancora né venti né correnti ascensionali. La Mesosfera, dal Greco μέση, mésē, "mezzo" e σφαίρα, sphaíra, "palla, sfera" è il terzo dei cinque strati in cui suddividiamo l'Atmosfera, quindi quello "di mezzo", fra Mesopausa e Stratopausa. I confini superiori e inferiori della Mesosfera non sono però né esatti né fissi, variando anch'essi con la latitudine e l'alternarsi delle stagioni: il suo limite inferiore si mantiene comunque a circa 50 km e la Mesopausa a circa 85-100 km. A volte la parte inferiore della Termosfera, la Mesosfera e la Stratosfera vengono anche considerate insieme come "Atmosfera di mezzo". Nella Mesofera hanno origine i cosiddetti fenomeni delle "stelle cadenti", piccoli meteoriti che all'attrito con l'atmosfera sempre più densa, bruciano lasciando scie luminose prima di eventualmente, in pochissime eccezioni, raggiungere la Terra. Entriamo quindi in questo strato ad una temperatura alla Mesopausa anche inferiore ai 130 K, vale a dire anche più bassa di -143°C (!), di fatto il luogo più freddo di tutta l'Atmosfera, per poi aumentare con il diminuire dell'altezza fino agli 80°C al limite inferiore. A circa 80 km di quota è possibile osservare d'estate, al crepuscolo, il fenomeno delle "nubi nottilucenti", molto probabilmente cristalli di ghiaccio e polveri finissime.




La Stratopausa











La Stratopausa è il livello dell'Atmosfera di confine tra la Mesosfera e la Stratosfera ad un'altitudine dai 50 ai 55 km. Continuando a scendere verso la Terra dagli 80°C al limite inferiore della Mesosfera passiamo la Mesopausa per entrare nella Stratosfera, strato in cui la temperatura cresce con l'altitudine. La Stratopausa è l'intervallo con la più alta temperatura della Stratosfera, intorno agli 0°C, un fenomeno dovuto alla decomposizione dell'ozono sotto l'effetto dei raggi ultravioletti, un processo che genera calore. La Stratopausa, a differenza della successiva cosiddetta Tropopausa, non ha dimensioni verticali ben definite. Può essere considerata più una zona di transizione a separare la Stratosfera sottostante dallo strato immediatamente superiore, cioè la Mesosfera. Dobbiamo anche considerare come sia estremamente rarefatta, dato che la sua "pressione atmosferica" è appena circa un millesimo di quella sul livello del mare. Ed ecco che, nella Stratosfera, andremo anche ad attraversare proprio quel delicatissimo, vulnerabilissimo ma cruciale scudo di protezione del Pianeta rappresentato dallo strato di Ozono, unico in grado di assorbire quasi del tutto i raggi solari ultravioletti. Questi micidiali "raggi ultravioletti" vengono spesso nominati discutendo di "effetto serra", ma molto probabilmente solo da pochissimi a fondo compresi. Hanno una lunghezza d'onda inferiore ai 300 nm, leggi "nanometri" o a 10^-9 metri, vale a dire un miliardesimo di metro, ovvero un milionesimo di millimetro, fatidicamente letali per qualsiasi forma di "vita" come da noi ad oggi conosciuta!




La cosiddetta "Ozonosfera"











Intorno alla quota della Stratopausa entriamo quindi la cosiddetta "Ozonosfera", lo strato dell'Atmosfera terrestre in cui va a concentrarsi la maggior parte dell'Ozono o O₃, un gas serra molto "peculiare", infatti: - non proviene dalla superficie terrestre, come diversi altri gas serra, ma si forma nella Stratosfera - ha la fantastica e per noi vitale capacità di trattenere ed assorbire parte dell'energia che proviene direttamente dal Sole! Dagli oltre 2.000°C dell'estrema Esosfera fino agli strati bassi della Mesosfera la temperatura è sempre diminuita allontanandoci dal Sole ed avvicinandoci alla Terra. Normalmente, partendo dal nostro Pianeta e spostandoci verso lo spazio siderale, diremmo al contrario, pur senza cambiare il significato della nostra affermazione, che la temperatura aumenti avvicinandoci al Sole! Ma nella bassa Stratosfera, al di sopra della cosiddetta Tropopausa, c'è uno strato di Ozono, appunto la cosiddetta "Ozonosfera", il quale provoca il fenomeno di una brusca inversione di tendenza termica: infatti da qui in poi più ci avvicineremo alla Terra, più la temperatura aumenterà! Troviamo l'Ozonosfera tra 35-15km di altitudine dalla superficie terrestre. Normalmente la Ozonosfera assorbe circa il 99% delle radiazioni solari UV, cioè le "ultraviolette". Purtroppo in alcuni punti questo strato si è tanto assottigliato da creare il cosiddetto fenomeno del "buco nell'Ozono": soprattutto nelle Zone Artica ed Antartica, la rarefazione o mancanza di Ozono dovuta alla sua distruzione da parte dell'uomo, fa sì che questo scudo non riesca più, o non sempre, ad offrire efficace protezione dai raggi solari ultravioletti, i quali riescono così a raggiungere la superficie terrestre. Gli UV danneggiano seriamente tutti gli esseri viventi che popolano la Troposfera, causando, in particolare nell'umano, tumori alla pelle e cecità dovuta al deterioramento irreversibile della retina.










Il fatto che le radiazioni solari ultraviolette vengano filtrate dalle molecole di Ozono, con un innalzamento della temperatura a 35 km di altezza sopra la superficie terrestre, evita correnti ascensionali e discensionali ed il derivante mescolamento verticale dell'Atmosfera. La Troposfera sottostante viene così stabilizzata. L'importanza di questa zona dell'Atmosfera terrestre è cruciale per gli organismi viventi, proteggendoli dall'effetto nocivo di alcune radiazioni solari ultraviolette. Le radiazioni elettromagnetiche solari con lunghezze d'onda molto corte ma di notevole energia, come Raggi Gamma, Raggi X e Raggi Ultravioletti "Lontani", parte minima delle radiazioni solari, vengono interamente bloccate ed "assorbite" nelle già nella Ionosfera. Le rimanenti radiazioni elettromagnetiche solari, con lunghezze d'onda meno corte, comprese cioè in uno spettro dai 100 agli 800 nm - leggi "nanometri" o a 10^-9 metri, vale a dire un miliardesimo di metro, ovvero un milionesimo di millimetro - che proseguono verso la Terra sono infatti di tre tipi: - quelle Infrarosse, sotto forma di calore, con lunghezze d'onda dai 700 nm al millimetro, che, al pari di "microonde" da 0,1 a 1 0 cm e "onde radio" da 10 cm in su, entrambi di poca rilevanza a livello di energia, riescono a penetrare l'Atmosfera con estrema facilità - quelle Visibili, la "luce" visibile, dai 400 ai 749 nm - quelle Ultraviolette, che tutte, pur con differenti ruoli ma altrettanto essenziali funzioni, determinano il fantastico meccanismo del fragile equilibrio dinamico dell'Ozono, in continua dissoluzione e rigenerazione:







- le "UV-A", con lunghezze d'onda tra i 315 e i 400 nm, la parte meno energetica dei Raggi Ultravioletti, che riescono ad attraversare lo strato di Ozono e a colpire la superficie terrestre - le "UV-B", con lunghezze d'onda dai 280 ai 315 nm, che vengono quasi completamente assorbite dall'Ozono decomponendosi in atomi liberi di Ossigeno o O - le "UV-C", con lunghezze d'onda tra 100 e 280 nm, che vengono assorbite dall'Ossigeno biatomico o O₂ disgregandone gli atomi che poi vanno a riaggregarsi in molecole di Ozono o O₃, creando appunto l'Ozonosfera. In sostanza, grazie all'azione filtrande di Ionosfera e Ozonosfera le radiazioni solari che riescono a raggiungerci sulla superficie terrestre sono il benefico calore necessario a crearvi e mantenervi la vita, la luce che rappresenta anch'essa un fattore cruciale, non solo per la "visibilità", ma, insieme alla clorofilla, per quel processo di fotosintesi che permette alle piante di ottenerne energia, e la parte "buona" dei raggi ultravioletti.




La Stratosfera











La *Stratosfera* ci viene incontro a 60-50 km dalla superficie terrestre e si trova al di sopra della cosiddetta Tropopausa, il confine verso l'ultima sezione dell'Atmosfera terrestre, l'unica cioè i cui può svilupparsi la vita. Nella nostra discesa verso la Terra, iniziamo ad entrarvi a circa 50 km di altitudine, incontrandovi una temperatura massima di -3°C, per terminare in basso ad un'altitudine di circa 12 km o, per essere più precisi, di circa 8 km ai Poli e 20 km all'Equatore, e le temperature diminuiranno drasticamente scendendo di quota, dato che uno strato di Ozono assorbe e blocca molta dell'energia solare. Contrariamente infatti a quanto avviene nello strato sottostante, la nostra Troposfera, nella Stratosfera il "gradiente termico verticale" è positivo anche se piccolo, cioè la temperatura aumenta con la quota. Come già accennato questo incremeto di temperatura all'aumentare della quota dipende dalla dissociazione delle molecole di Ozono o O₃ che si formano nella Stratosfera. L'Ozono è un gas con molecole formate da tre atomi di Ossigeno, le quali, all'urto dei raggi solari ultravioletti, semplicemente si dissolvono nei tre singoli atomi. Questo processo chimico ha due effetti: - genera calore in proporzione al numero delle molecole dissolte, quindi più potenti le radiazioni, più molecole di Ozono vengono dissolte, più calore viene generato come biprodotto - blocca i raggi ultravioletti letali per la vita, dato che la loro energia viene "assorbita" dal processo di dissolvimento delle molecole di Ozono. Negli strati bassi della Stratosfera volano sempre più numerosi jet di linea, come i, per motivi commerciali, "grandi aerei" oggi in uso per i voli intercontinentali.




La Tropopausa











Siamo ormai vicinissimi alla nostra meta e stiamo per attaversare la Tropopausa, cioè lo strato di Atmosfera che separa la Stratosfera dalla Troposfera, quella ultima parte dell'atmosfera in cui avvengono tutti i fenomeni meteorologici, che ci avvolge e respiriamo sulla Terra, composto gassoso essenziale alla vita. Incontriamo la Tropopausa ad una quota media di circa 12 km, la quale di fatto varia da circa 8 km ai Poli ("Tropopausa Polare") a circa 17 km all'Equatore ("Tropopausa Equatoriale") e viene condizionata non solo dalla latitudine ma anche dall'alternarsi delle stagioni. La temperatura di circa -55°C si rivela in questo strato pressoché costante sia ai Poli che all'Equatore, ovvero la medesima che ci ha accompagnato nella secca Stratosfera da un'altitudine di circa 20 km. Scientificamente possiamo definire la Tropopausa come lo strato dell'Atmosfera in cui avviene una inversione ambientale del gradiente di temperatura, che diventa dai valori negativi della Troposfera positivo nella Stratosfera, cioè una "superficie di discontinuità". È anche possibile definire la Tropopausa in termini di composizione chimica, dato che la bassa Stratosfera ha concentrazioni di Ozono di molto superiori all'alta Troposfera, ma, al contrario, concentrazioni di vapore acqueo molto basse. La maggior parte degli aerei commerciali volano proprio al di sopra della Stratopausa, cioè nella Stratosfera più bassa, dato che le nuvole vi sono di solito assenti come pure significative perturbazioni atmosferiche. La Tropopausa non rappresenta comunque un confine netto, dato che particolarmente "vigorosi" eventi meteorologici, quelli dotati di eccezionale energia, come ad esempio violenti temporali tropicali, possono attraversarla ed entrare fino nella bassa Stratosfera, oscillandovi verticalmente anche se per corti periodi nell'ordine dell'ora. Inoltre, appena passata la Tropopausa entreremo nel fenomeno cosiddetto delle jet stream o "correnti a getto", correnti d'aria ad una velocità così alta come 200-300 km/h.




La Troposfera

La pelle viva della Terra











Finalmente a casa! La Troposfera - dal Greco τροπός "variazione", perché è solo qui che esistono quei gas a quegli alti valori di pressione e densità atmosferica tali da farne "luogo di vita", habitat naturale di gran parte delle piante e degli animali, essere umano compreso - ci accoglie in tutto il suo splendore. Il suo "spessore" è appena di 17 km all'Equatore e 8 km ai Poli. Qui, altamente compresso, si accumula ben l'80% della massa gassosa totale dell'Atmosfera e addirittura il 99% del vapore acqueo totale in essa contenuto. Qui hanno luogo quasi tutti i fenomeni meteorologici. Qui avviene anche una vera e propria "inversione termica" e, al contrario di tutti gli altri strati, la temperatura aumenta con il diminuire dell'altitudine, nell'avvicinarci cioè alla superficie terrestre. Il fenomeno, a noi esseri viventi così favorevole, dipende dal fatto che questo strato viene riscaldato alla base dal contatto con la Terra, la quale a sua volta assorbe ed accumula calore dall'energia del Sole che la illumina: dai -60/-50°C a 12-10.000 m di altezza fino a raggiungere le temperature cui siamo abituati - sulla gran parte del Pianeta più o meno gradevoli, "calde" o "fredde" che vogliamo, ma pur sempre "vivibili"! La Troposfera è quindi lo strato più basso dell'Atmosfera terrestre, e varia in altezza intorno ad una media dai 9 km agli 11 km circa, con un minimo di 5,6 km ai Poli ed un massimo di 17 km all'Equatore. In assenza di inversioni termiche e senza considerare il tasso di umidità, il gradiente medio di temperatura in questo strato è di 6,5°C per chilometro. Dato che lo "spessore" della Troposfera e, di conseguenza, la quota di posizionamento della Tropopausa, dipende dalla temperatura media dell'intero strato sottostante, ecco che i suoi livelli di picco si trovano sull'Equatore e le altezze minime sopra i Poli. Questo spiega perché lo strato atmosferico più freddo della Troposfera si trovi molto più in alto all'Equatore che ai Poli ed inoltre la Tropopausa sia in effetti uno strato "dinamico", frutto anche di vorticità.




L'inquinamento dell'aria



I gas "traccia" e quelli "serra"



I gas "traccia"


Per il 99% la nostra Atmosfera consiste dunque di due gas: azoto (N_²) per circa il 78% di volume ed ossigeno (O_²) per circa il 21% di volume. Il rimanente 1% sono cosiddetti "gas traccia", perchè appunto presenti solo in piccolissime concentrazioni, in minima parte derivanti da vegetazione e microrganismi, ma per lo più prodotti da attività umane. Il più comune è il gas nobile argon (Ar), seguito da vapore acqueo, anidride carbonica, altri gas nobili come neon (Ne), elio (He), kripton (Kr) e xeno (Xe) - tutti pressoché "inerti", perché non danno generalmente luogo a reazioni chimiche nell'atmosfera. C'è poi il metano (CH₄) e l'idrogeno (H_²), quest'ultimo in quantità davvero minime e così leggero da riuscire ad eludere la forza gravitazionale terrestre e disperdersi nello spazio. L'ozono (O_³) e tracce di ossidi di azoto (NO, NO_², N_²O), monossido di carbonio (CO), ammoniaca (NH_³), biossido di zolfo (SO_²) e solfuro di idrogeno (H_²S).



I gas "serra"


Nonostante i gas traccia siano presenti solo in quantità minime nell'atmosfera, alcuni di essi - i cosiddetti "gas serra" - hanno una cruciale importanza per la vita sulla Terra. I gas serra si trovano soprattutto nella Troposfera, cioè nella parte dell'atmosfera a contatto con la superficie terrestre, come l'anidride carbonica, il metano, l'ossido di diazoto o protossido di azoto (N_²O, noto anche come "gas esilarante" per i suoi effetti euforizzanti sull'uomo, con impieghi medici come analgesico e anestetico), vapore acqueo ed ozono. Sono chiamati gas serra perché responsabili del naturale e benefico "effetto serra" sulla Terra, capaci cioè di mantenere sul pianeta una temperatura più elevata e soprattutto di attenuare notevolmente le escursioni termiche giornaliere e stagionali, dovute al variare dell'intensità dell'irraggiamento solare sulla superficie terrestre.



L'Anidride Carbonica


A parte il vapore acqueo (H_²O), il gas traccia dominante per volume è l'anidride carbonica (CO_², a temperatura e pressione ambiente incolore ed inodore, allo stato solido chiamato "ghiaccio secco" che sublima -78°C) di per sé una sostanza fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. Presente nell'atmosfera terrestre soltanto in concentrazioni minime, pari a circa 370 ppm (parti per milione) di volume di aria, è ormai scientificamente provata la stretta relazione tra il suo rapido aumento di concentrazione nell'atmosfera negli ultimi 100 anni - a causa dell'intenso utilizzo di combustibili fossili - ed il fenomeno di surriscaldamento globale, con rapida riduzione dei ghiacci, non solo polari, ed espandente desertificazione del nostro pianeta. In condizioni "normali" l'anidride carbonica e gli altri gas serra aiutano a mantenere la temperatura della Terra ben 33°C più calda di quello che altrimenti sarebbe senza atmosfera, in un equilibrio autoregolato dalla natura. Le sregolate attività umane degli ultimi decenni hanno però causato una tale emissione aggiuntiva di gas serra, da rompere questo fragile equilibrio portando le temperature del pianeta a livelli sempre crescenti, con un globale surriscaldamento della Terra e radicali cambiamenti climatici, meteorologici e biologici.



L'Ozono


Il gas ozono (O_³), mentre nella Troposfera agisce da gas serra, nella Stratosfera, invece, dove è presente in alte concentrazioni, va a costituire un vero e proprio strato "filtro", la cosiddetta "Ozonosfera", il quale aiuta appunto a filtrare le radiazioni solariultraviolette, proteggendo la vita sulla Terra dai lori effetti devastanti. Da tener presente però la estrema fragilità di questo importante scudo protettivo: l'aria della Stratosfera è infatti molto "sottile", cioè rarefatta. Per meglio capire le dimensioni e proporzioni della Ozonosfera, se tutto l'ozono presente nella Stratosfera venisse compresso alla ordinaria pressione sul livello del mare, l'intero strato protettivo della Ozonosfera non sarebbe più spesso di 3 mm! Durante il XX sec le nostre attività umane non hanno semplicemente cambiato le concentrazioni dei gas serra, ma ne hanno addirittura sconvolto la composizione, introducendo nell'atmosfera gas traccia completamente nuovi, prima inesistenti. Un esempio fra tutti alcuni cosiddetti "alogenuri alchilici" (già di per se un nomaccio), in particolare i vari clorofluorocarburi (CFC), commercializzati e quindi da noi conosciuti meglio come "freon", usati allo stato liquido per il sistema di raffreddamento nei frigoriferi. Questi gas reagiscono "fotoliticamente", cioè alla presenza di luce, in questo caso particolare alla presenza nell'alta atmosfera delle radiazioni ultraviolette del Sole, rilasciando cosiddetti "radicali cloro", i quali catalizzano e vanno a distruggere lo strato protettivo di ozono della Ozonosfera…



Gli aerosol


Altri gas traccia emanano nell'atmosfera da fenomeni naturali, quali eruzioni vulcaniche, fulmini e lampi, incendi di foreste ecc.: i cosiddetti "aerosol" sono infatti minuscole particelle di polveri fine e microgocce in sospensione di cui la nostra atmosfera è letteralmente piena. Sabbie, sali, ghiacci e ceneri nei gas provenienti da questi fenomeni includono spesso ossido di azoto (NO) e diossido di zolfo o anidride solforosa (SO_²).









Fenomeni quasi del tutto naturali, anche se alcuni "aiutati" dall'uomo: fulmini, eruzioni vulcaniche esplosive nel Pacifico, incendi dolosi nostrani, giganteschi incendi nelle grandi foreste del mondo - alcuni naturali, ma i più "pianificati" da multinazionali per il disboscamento selvaggio a caccia di legni pregiati, tempeste polari artiche, tempeste di sabbia sahariane...



Ma oltre alle quantità da sempre emesse in natura, la loro concentrazione è stata drasticamente incrementata da insensate quanto incontenibili attività umane! Fabbriche che vomitano fuliggini e particelle di anidride solforosa, gas di scarico da motoveicoli a benzina e nafta e da aerei, civili e militari, ogni tipo di armi impiegate in guerre più o meno necessarie, fertilizzanti sintetici usati in agricoltura, enormi quantità di energia "sporca" prodotta da centrali termoelettriche, che bruciano combustibili fossili.









E questa tutta roba nostra: fabbriche, traffico aereo, produzione di energia elettrica in centrali termoelettriche a carbone, gas di scarico di milioni e milioni di automobili...



Gli aerosol sono così microscopici da diffondersi senza difficoltà ovunque e così impercettibili da essere spesso difficilmente monitorati, se non a danno già fatto, come provocando piogge acide, che uccidono laghi e vegetazione, e malattie respiratorie nell'uomo, ad esempio asma. Inoltre gli aerosol, avendo la capacità di assorbire e diffondere la luce del sole, contribuiscono decisamente ai cambiamenti climatici globali.




















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