Bassa Atmosfera

Approfondimento

Distribuzione & concentrazione (1)

Abbiamo già imparato molto sui gas che sono presenti nella nostra atmosfera.  Molti di questi si trovano nella troposfera, che è lo strato più basso dell'atmosfera, ma le loro concentrazioni variano molto sia temporalmente che spazialmente. 

Come possiamo descrivere un gas nell'atmosfera?

Quantità

Un gas nell'atmosfera può essere:

a) un componente principale dell'aria (ossigeno, azoto, argon)
b) un gas in tracce principale (anidride carbonica, metano, ozono, biossido di azoto)
c) un gas in tracce minore (gas organici come butano, etanolo, CFC)

I gas in tracce sono gas che costituiscono solo una minuscola frazione dell'aria. I loro livelli possono essere molto bassi: una molecola su un miliardo o perfino su un trilione di molecole d'aria.

Il malinteso sull'unità' di misura "rapporto di mescolamento (ppm e ppb)"

In numerose pubblicazioni scientifiche la quantità di un composto nell'aria è espressa in ppm (parti per milione) o ppb (parti per miliardo). Anche qui useremo questa abbreviazione, perché è molto comune e la trovi ovunque. Ma può essere molto fuorviante.

Tre tipici errori:

1) Vedi spesso scritto: La concentrazione di CO₂ nell'aria è 385 ppm. Questo è sbagliato. 385 ppm è un rapporto di mescolamento e non una concentrazione. I rapporti di mescolamento esprimono il numero di molecole di un componente chimico in un numero fisso di molecole d'aria. Le concentrazioni sono, per esempio, il numero di moli di un composto in un volume fisso di aria, come 20 nmol m^-3. Sono unità di misura vere.

2) I rapporti di mescolamento invece non sono delle vere unità di misura. Un il rapporto di mescolamento di 385 ppm vuol dire che ci sono 385 molecole tra 1,000,000 molecole. L'espressione più corretta è 385 µmol/mol.

3) I termini miliardo e triliardo sono definiti in modo diverso in diversi paesi:
1 billion Americano = 1 milliard Britannico (utilizzato raramente) = 1,000,000,000
1 trillion Americano = 1 billion Britannico (utilizzato raramente) = 1,000,000,000,000
In many other languages, terms related to 1 British milliard (French: milliard, German: Milliarde) are more common than the American billion for 10⁹. So take care! - In molte altre lingue, i termini collegati a 1 milliard Britannico (Francese: milliard, Tedesco: Milliarde, Italiano: miliardo) sono più comuni del billion Americano per indicare 10⁹. Perciò fai attenzione!

usati spesso:	più correttamente:	questo significa:
ppm (parti per milione)	µmol / mol = 10-6 (micromol / mol)	1 in 1.000.000
ppb (parti per miliardo) Americano	nmol / mol = 10-9 (nanomol / mol)	1 in 1.000.000.000
ppt (parti per trilione) Americano	pmol / mol = 10-12 (pikomol / mol)	1 in 1.000.000.000.000

Distribuzione

In base alle condizioni locali e temporanee dell'atmosfera, un gas può essere:

Se un gas è distribuito omogeneamente questo significa che quel gas avrà rapporti di mescolamento simili ovunque nel globo ed anche alle diverse altitudini. Questo è il caso per i gas stabili con una lunga emivita. Questi gas sono rimossi dall'atmosfera molto lentamente e sono non reattivi oppure reagiscono molto lentamente.

Esempio: Protossido di azoto N₂O

2. Distribuzione del protossido di azoto nell'atmosfera. I grafici mostrano i rapporti di mescolamento, e relative barre di errore, misurati a altitudini e latitudini diverse sopra l'Oceano Pacifico. J.E. Collins et al., Journal of Geophysical Research, 101, D1 (1996)  p. 1975-84.

Il protossido di azoto N₂O è un gas distribuito in maniera omogenea: le quantità misurate in tutto il globo e a diverse altitudini sono simili. Tuttavia, negli ultimi 200 anni le sue concentrazioni sono aumentate, principalmente come conseguenza delle attività umane. 

Andamenti temporali

Le quantità di alcuni gas dipendono fortemente dalla forza del Sole. I livelli di questi gas nell'atmosfera hanno un ciclo giornaliero e a volte anche un andamento stagionale.

Variabilità giornaliera: l’esempio del radicale ossidrile OH

Il radicale ossidrile si forma in seguito alla distruzione dell'ozono da parte della luce solare. Perciò i livelli di OH atmosferico aumentano quando sorge il sole, raggiungendo un massimo dopo mezzogiorno per poi diminuire durante il pomeriggio fino a divenire trascurabili di notte (per maggiori informazioni vedi l'unità sull'ossidazione).

Variazioni stagionali: l'esempio della formaldeide

Gli incendi della vegetazione producono formaldeide (HCHO). Le concentrazioni di formaldeide, osservate dallo strumento satellitare GOME, sono alte durante le stagioni degli incendi (Marzo nel sud-est asiatico e Settembre in Brasile).

Alcuni gas sono aumentati o diminuiti sul lungo termine nel corso di decine, centinaia, migliaia o perfino milioni di anni. A partire dalla rivoluzione industriale, circa 200 anni fa, l'attività dell'uomo ha fatto aumentare le concentrazioni atmosferiche medie di molti gas. 

La stagione della crescita delle piante e l'impatto umano: l’esempio dell’anidride carbonica (CO₂)

L'anidride carbonica è un esempio molto adatto per capire la distribuzione globale di un gas. E' piuttosto stabile e perciò si distribuisce uniformemente a livello globale. I livelli di anidride carbonica atmosferica stanno aumentando continuamente a causa dell'attività dell'uomo. La maggior parte dell'anidride carbonica è emessa nell'Emisfero Settentrionale. L'Emisfero Settentrionale contiene molta più terra, e una popolazione umana molto più numerosa (pensa all'Europa, agli U.S.A., alla Cina e all'India) e perciò ha un consumo di energia molto più alto rispetto all'Emisfero Meridionale.

I livelli di anidride carbonica, perciò, aumentano prima di tutto nell'Emisfero Settentrionale e poi lentamente salgono anche in quello meridionale. Il trasporto attraverso l'equatore impiega tempo in quanto il mescolamento all’interno di un emisfero è molto più veloce del mescolamento tra i due emisferi. Assieme a questo cambiamento sul lungo termine vediamo che anche l'andamento annuale di CO₂ varia. In inverno, gli alberi e altre piante smettono di crescere e, di conseguenza, assorbono meno CO₂. Allo stesso tempo, noi uomini riscaldiamo le nostre case e emettiamo più CO₂. Di conseguenza le concentrazioni di CO₂ più alte si osservano a Maggio, cioè alla fine del periodo in cui si usa il riscaldamento mentre ad Ottobre, dopo la fine del periodo di crescita della vegetazione, si hanno circa 5 ppm in meno. I due grafici mostrano chiaramente entrambi gli andamenti.

A proposito di questa pagina:

Versione italiana: Laura Dini (traduttore) e Michela Maione (revisione linguistica)
autore: Dr.  Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
revisione scientifica: Dr. Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-18
ultimo aggiornamento: 2004-05-24