La troposfera - variazioni con l'altezza e la temperatura
Lo strato più basso della nostra atmosfera, prossimo alla superficie terrestre, è chiamato 'troposfera'. Non è altro che l'aria attorno a noi, tra il suolo e le nuvole più alte. Se guardiamo il cielo tendiamo a sovrastimare lo spessore di questo strato.
1. L'atmosfera (in blu) consiste di diversi strati, il più basso dei quali è la troposfera. Fai click sull'immagine per vedere il diagramma ingrandito. Ricorda: nella figura l'atmosfera è rappresentata con uno spessore molto più grande di quello reale, come puoi constatare nella foto. Fonti: foto freeware STRATO, diagramma: Univ. di Cambridge http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/
L'atmosfera ci protegge dall'intenso irraggiamento solare, fornisce l'ossigeno che ci consente di respirare e rende possibile la vita sulla terra. Ma è come una pellicola molto sottile.
Dimensioni della troposfera
Anche se la troposfera è lo strato più sottile dell'atmosfera, spessa circa 11 km attorno a un pianeta con un diametro di 12800 km, essa contiene circa il 90% dell'intera massa, ovvero il 90% delle molecole d'aria. La troposfera è estesa tra il suolo fino ad un'altezza di circa 7 km ai poli e 17 km all'equatore. Lo strato successivo di atmosfera, collocato al di sopra della troposfera, si chiama stratosfera. Il confine tra i due strati prende il nome di tropopausa. Ma come possiamo capire dove finisce la troposfera? La risposta sta nei cambiamenti di temperatura.
Il profilo della temperatura ed i movimenti verticali dell'aria
La temperatura cala con la quota. Più saliamo nella troposfera e più fa freddo. Te ne accorgi salendo in montagna. Però ad un certo punto questo non è più vero e l'andamento della temperatura cambia. Questo significa che siamo arrivati alla tropopausa. Alcuni ricercatori la chiamano una 'trappola fredda', perché l'aria che sale arrivata a quel punto non può salire ulteriormente. Immagina una particella d'aria in moto ascensionale. Vedi che a un certo punto questa interrompe il suo moto e non può salire oltre. Questo fenomeno è importante per la dinamica e la chimica della troposfera, per i processi di formazione delle nubi e per il tempo meteorologico. Qual'è la ragione? Il fatto è che l'aria calda è più leggera dell'aria fredda. Sperimentiamo questo fenomeno nella vita di tutti i giorni. Quando apri la porta in inverno prima senti freddo ai piedi perché l'aria fredda che entra è pesante e si spande sul pavimento. Allo stesso modo, quando al mattino la terra si riscalda sotto i raggi del sole, l'aria a livello del suolo diventa più calda dell'aria sovrastante che comincia a salire, proprio come un palloncino. Fintanto che l'aria circostante rimane più fredda e quindi più pesante, può continuare a salire.
2. Aria che sale Una particella d'aria calda (rossa) nella troposfera sale e si espande durante il suo viaggio. Si raffredda, come mostra l'attenuarsi del colore, ma è sempre comunque più calda dell'aria circostante. Arrivata alla tropopausa non può salire oltre e può solo espandersi orizzontalmente. Autore: Anja Kaiser
Arrivata alla tropopausa però non può andare oltre, perché finisce per incontrare dell'aria circostante che è più calda e leggera. Questa è la ragione per cui è così difficile per l'acqua (le nubi) e per i composti chimici attraversare questa invisibile barriera di temperatura che è la tropopausa. Di conseguenza, la maggior parte dei processi chimici e dei fenomeni meteorologici dell'atmosfera avvengono nella troposfera. Se il vapore acqueo non può salire oltre la tropopausa le nubi non si possono formare negli strati superiori perché le nubi sono fatte di goccioline d'acqua.
Questo cartone animato mostra la temperatura media al suolo (15°C) e alla tropopausa (-50°C) ed un semplice profilo di temperatura.
3. Profili di temperatura nella troposfera e bassa stratosfera (linea tratteggiata = adiabatica secca). Le scale delle temperature sono espresse in Kelvin (K) e, sotto, in gradi centigradi (°C). Fonti: adattata da un seminario di Elmar Uherek all' Università di Harvard Per ingradire fai click sulla figura (51 K)! icg.harvard.edu/~eps132/lecture.dir/lecture3a/notes.htm
In realtà le cose sono più complicate. Le temperature al suolo non sono le stesse ovunque così come la temperatura della tropopausa non è -50°C in tutto il globo. Poi ci sono le variazioni di temperatura stagionali. La figura esemplifica i diversi profili di temperatura alla diverse latitudini in estate e in inverno (che sono più o meno le stesse ai tropici). tropici: curva verde; tropopausa > 15 km regioni temperate: rosso acceso = estate; rosso scuro = inverno; tropopausa > 10 km regioni polari: blu = estate; blu scuro = inverno; tropopausa < 10 km
Qualche volta la regione di troposfera più vicina al suolo mostra delle peculiarità. Questa regione prende il nome di "strato limite planetario" (spesso si usa l'acronimo inglese: PBL). All'interno dello strato limite l'attrito, il trasporto di calore, l'evaporazione, e le sorgenti di inquinanti fanno cambiare le proprietà dell'aria in meno di un'ora. Lo spessore di questo strato può variare da poche centinaia di metri a circa due kilometri. La regione di troposfera sovrastante è chiamata troposfera libera. Tipicamente lo strato limite si innalza grazie al sollevamento di masse d'aria nelle ore del mattino.
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A proposito della stratificazione in atmosfera: Alta atmosfera- Principi - Unità 1 - Gli strati
A proposito di questa pagina:
Versione italiana: Laura Dini, Stefano Decesari (traduttore) e Michela Maione (revisione linguistica) autore: Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry - Mainz / Germany 1. revisione scientifica: Dr. Katja Mannschreck - GAW Hohenpeissenberg - 2003-08-07 2. revisione scientifica: Dr. Gerd Folberth - Meteorological Service of Canada / Univ. of Victoria - 2003-08-10 revisione didattica: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
