La struttura dell'atmosfera

L'atmosfera è l'involucro gassoso che racchiude il pianeta Terra. E' composta principalmente di azoto (78%) ed ossigeno (21%), mentre il restante 1% è dato da altri gas tra i quali vapor d'acqua, ozono, argon ed anidride carbonica. La concentrazione di questi gas minori non è costante su tutta la colonna atmosferica, ma si trovano prevalentemente attorno a determinate altezze (la bassa atmosfera per il vapor d'acqua e un altezza di circa 45-50 km per l'ozono) . Proprietà fisiche. La pressione atmosferica indica il peso della colonna d'aria che sovrasta una superficie di 1 metro quadrato, e mediamente vale 1013 hPa (o millibar) che corrispondono allo stesso peso di una colonna d'acqua poco più alta di 10 metri. La pressione e la densità dell'aria diminuiscono con la quota seguendo una legge in prima approssimazione esponenziale. Non esiste un confine superiore netto dell'atmosfera, con la densità che tende a sfumare gradualmente verso lo spazio interplanetario. Per quanto riguarda invece l'interazione con la radiazione solare, c'è da dire che l'atmosfera è praticamente trasparente: il riscaldamento dell'aria avviene o per contatto con il suolo riscaldato dal sole, o per fenomeni chimico-fisici legati alla presenza dell'ozono. L'andamento della temperatura con la quota non è sempre lo stesso, ma presenta diversi comportamenti: ognuno di questi identifica uno strato dell'atmosfera, mentre le fasce ristrette in cui si passa da uno strato ad un altro vengono dette pause.La troposfera. La troposfera è lo strato più basso dell'atmosfera, ed è quello in cui si sviluppano i fenomeni meteorologici. La sua altezza varia con la latitudine, passando da circa 7-8 km ai poli fino a circa 17-18 km all'equatore. Dal momento che il riscaldamento dell'aria avviene dal basso (precisamente dal suolo, che si scalda grazie alla radiazione solare), la temperatura, in media, tende a diminuire con la quota di circa 7° ogni km; una volta raggiunta la tropopausa, la temperatura tende a stabilizzarsi attorno a -60°. Per motivi di natura fisica legati alla diminuzione della temperatura con la quota, la troposfera è uno strato instabile, dove cioè si sviluppano moti verticali delle masse d'aria; ne conseguono la formazione di nubi e dei fenomeni di precipitazione. Da questa caratteristica viene anche il nome troposfera: la parola tropos, infatti, in greco siginifica "variazione", "cambiamento" e sta ad indicare la natura piuttosto "vivace" di questo primo strato.La stratosfera. Al di sopra della troposfera, si sviluppa la statosfera, separata dalla prima da uno strato relativamente sottile chiamato tropopausa, in cui la temperature rimane pressochè costante. La caratteristica principale della stratosfera è quella per cui la temperatura tende a risalire con la quota: da circa -60° a circa 10-12 km di quota, si arriva a circa 0°. Tutto questo grazie alla presenza, a circa 40-45 km di altezza, di uno strato di ozono, il quale, reagendo con la radiazione solare in ingresso, riscalda l'atmosfera. La stratosfera, che termina alla quota di circa 50 km, è invece uno strato stabile, in cui non si sviluppano moti verticali. I fenomeni meteorologici sono del tutto assenti, ad eccezione della formazione di qualche cirro, nube sottile ed assolutamente non in grado di produrre precipitazioni.La mesosfera. In questo strato, che si estende tra i 50 e gli 80 km di quota, la temperatura riprende a scendere con l'altezza, fino a portarsi a circa -80° sulla sommità superiore dello strato. E' sede di moti atmosferici, con venti che possono raggiungere intensità superiori a 300 km/h, ed in questo strato si formano le nubi nottilucenti, formazioni nuvolose sottili e brillanti visibili d'estate al crepuscolo formate da cristalli di ghiaccio e polveri. La mesosfera è caratterizzata dalla rarefazione dei gas e da un aumento degli elementi leggeri a scapito di quelli più pesanti. In questo strato, inoltre, i meteoriti attratti dal pianeta tendono a disintegrarsi, formando le note scie luminose chiamate stelle cadenti.La termosfera. Il quarto strato dell'atmosfera si estende tra 80 e 200 km di quota ed è caratterizzato da un nuovo aumento della temperatura con l'altezza. Data l'estrema rarefazione dell'atmosfera a queste quote, la temperatura deve venire intesa come temperatura cinetica delle particelle, dovuta cioè all'energia con cui si muovono, e sulla sommità dello strato può raggiungere i 1000°C. All'interno della termosfera si trova la ionosfera, strato di gas ionizzati grazie alla radiazione solare che strappa gli elettroni dagli atomi dei gas. Lo strato ionosferico è sfruttato nel campo delle telecomunicazioni in quanto capace di riflettere le onde radio inviate dalla superficie.L'esosfera. L'ultimo strato dell'atmosfera, il più esterno, non ha un vero limite superiore, dal momento che la presenza di gas tende a sfumare gradualmente. La temperatura cinetica delle particelle, prossima ai 2000°, le porta ad avere delle velocità superiori a quella di fuga terrestre (11,2 km/s), favorendone quindi la dispersione nello spazio interplanetario. E' composta da gas leggeri, principalmente idrogeno ed elio, e da particelle che componevano il vento solare.