Atmosfera

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Introduzione

Atmosfera Involucro di gas che circonda ogni corpo celeste dotato di un campo gravitazionale sufficientemente intenso. L’atmosfera della Terra è composta principalmente da azoto (78%) e ossigeno (21%), e contiene in quantità minori argo (0,9%) e anidride carbonica (0,03%); sono presenti anche percentuali variabili di vapore acqueo e tracce di idrogeno, ozono, metano, monossido di carbonio, elio, neon, cripto e xeno.

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Evoluzione

L’atmosfera attuale è il risultato di 4,5 miliardi di anni di evoluzione. Nella fase iniziale essa era costituita perlopiù dai gas emessi dai vulcani. Dal momento che oggi nelle eruzioni vulcaniche viene emesso un miscuglio di vapore acqueo, anidride carbonica, gas solforati e idrogeno, si ha ragione di credere che non troppo diversa fosse inizialmente la composizione dell’atmosfera. Da questa miscela primordiale, al diminuire della temperatura, iniziò a condensare vapore acqueo in gran quantità. L’acqua liquida così prodotta avrebbe formato gli oceani primordiali. L’anidride carbonica in parte sarebbe andata a reagire con le rocce della crosta terrestre – formando carbonati – e in parte si sarebbe disciolta negli oceani.

Molto più tardi, lo sviluppo di forme viventi in grado di effettuare la fotosintesi condusse alla produzione di ingenti quantità di ossigeno. Il contenuto di ossigeno dell’atmosfera e degli oceani, che circa 570 milioni di anni fa poteva garantire la respirazione dei soli organismi marini, aumentò progressivamente fino a permettere, intorno a 400 milioni di anni fa, anche la colonizzazione delle terre emerse.

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Stratificazione

L’atmosfera può essere divisa in diversi strati. Quello più basso, la troposfera, si estende fino a circa 15 km di quota nelle regioni tropicali e fino a circa 10 km alle latitudini temperate ed è caratterizzato da una diminuzione costante della temperatura di circa 5,5 °C per chilometro; è in questa fascia che si forma la maggior parte delle nubi.

Alla troposfera si sovrappone la stratosfera. Nella parte bassa di questa fascia, la temperatura rimane pressoché costante all’aumentare della quota (aumenta leggermente nelle regioni tropicali); quindi, all’interno dello strato di ozono (ozonosfera), cresce più rapidamente e, al limite superiore della stratosfera, a circa 50 km di altitudine, raggiunge valori prossimi a quelli registrati sulla superficie terrestre. Lo strato compreso tra 50 e 80 km di quota, detto mesosfera, è caratterizzato da una marcata diminuzione della temperatura con la quota.

Lo studio della propagazione e della riflessione delle onde radio ha mostrato che, a partire da circa 80 km di quota, la radiazione ultravioletta, i raggi X e i fasci di particelle provenienti dal Sole hanno un effetto ionizzante sui gas che costituiscono l’atmosfera, aumentandone la conducibilità elettrica e la capacità di riflessione di onde radio di una certa lunghezza d’onda.

A causa della concentrazione relativamente alta degli ioni nell’aria, lo strato che si estende fino a circa 640 km di altezza è detto ionosfera. Tuttavia, in riferimento alle elevate temperature che vi si registrano (fino a circa 1200 °C alla quota di 400 km), la stessa regione è talvolta indicata come termosfera. La zona situata al di sopra della ionosfera, detta esosfera, si estende fino a circa 800 km d’altezza; al di sopra di questa quota inizia la magnetosfera, la regione dello spazio dove si trovano ioni di gas atmosferici rarefatti che risentono fortemente del campo magnetico terrestre e del vento solare.

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Densità e pressione

La densità dell’aria secca al livello del mare è circa 1/800 volte inferiore alla densità dell’acqua, ma salendo in quota essa diminuisce rapidamente, in modo direttamente proporzionale alla pressione e inversamente proporzionale alla temperatura. La pressione atmosferica normale a livello del mare è pari a circa 760 torr, cioè 760 mm di mercurio (1 torr equivale alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm), ma all’aumentare della quota diminuisce rapidamente, dimezzandosi ogni 5,6 km circa; a 80 km essa è approssimativamente uguale a 0,007 torr. Questo significa che la metà dell’intero contenuto d’aria dell’atmosfera si trova al di sotto dei 6 km di altitudine.