L'atmosfera

L'atmosfera

Il nostro pianeta è interamente avvolto da un involucro aeriforme, che è trattenuto dalla forza di attrazione della Terra e perciò costretto a seguirla nei movimenti che essa compie negli spazi celesti. Sotto l'azione della gravità e della forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre, questa coltre di aria deve aver assunto una forma analoga a quella del globo terrestre; per questo motivo, pur non potendo individuare il suo limite superiore con precisione, la chiamiamo Atmosfera (dal greco atmos, vapore e sphaira, sfera). Le viene comunque attribuito uno spessore convenzionale di 1000 km.

L'atmosfera è un miscuglio di gas, che non presenta caratteristiche omogenee nelle sue varie parti. La sua composizione nella porzione più bassa, in prossimità della superficie terrestre, è ormai ben conosciuta. Oltre al vapore acqueo, la cui quantità è estremamente variabile e diminuisce rapidamente man mano che si procede verso l'alto, l'aria che ci circonda contiene mediamente:

• Il 78% di Azoto (N ). Un gas che risulta inerte nella funzione respiratoria del mondo organico e che viene assorbito dall'aria da alcune piante, come le leguminose.
• Il 21% di Ossigeno (O ). L'elemento attivo e vitale per eccellenza. Inoltre ad altezze superiori ad una decina di km l'atmosfera non contiene solo l'ossigeno biatomico ma anche quello in molecole triatomiche cioè l'ozono (O ); questo gas assorbe le radiazioni ultraviolette dello spettro solare, estremamente nocive per gli esseri viventi.
• Lo 0,9% di Argon (Ar).
• Lo 0,03% di Anidride Carbonica (CO ), che viene assorbita dai vegetali con la funzione clorofilliana ed è da questi utilizzata per fissare il carbonio. Essa contribuisce anche a trattenere il calore irradiato dalla Terra nello spazio, per cui le sue variazioni influiscono sulla temperatura dell'aria.
• Altri gas, come neon, elio, kripton, xenon, idrogeno, ozono, anidride solforosa, ammoniaca, ossido di carbonio, che compaiono in quantità trascurabile, che si aggira attorno allo 0,01%.

La propagazione del suono nell'atmosfera

Il suono si propaga nell'aria mediante collisioni multiple tra particelle. Consideriamo di avere un altoparlante come sorgente sonora. Il magnete si muove avanti e indietro seguendo l'ampiezza del segnale elettrico che viene applicato all'induttore su cui si appoggia. Così facendo sposta delle particelle d'aria comprimendole prima e dilatandole poi:

[Compressione e dilatazione delle particelle d'aria.]

Partendo dalla sorgente sonora, seguiamo la propagazione del suono, supponendo che prima avvenga una compressione verso destra, poi una dilatazione verso sinistra. L'altoparlante si muove e spinge le particelle d'aria che si trovano alla sua destra (fase A) operando una compressione. Queste, a loro volta vanno a spingere le particelle che sono a loro vicine e trasferiscono loro l'energia che hanno ricevuto dall'altoparlante. In seguito l'altoparlante torna indietro ed esegue una compressione nel verso opposto, ovvero una dilatazione verso sinistra, creando una depressione davanti a sé che viene colmata dalle particelle d'aria che si trovano nelle immediate vicinanze. Queste particelle che si muovono creano a loro volta una depressione alla loro destra e così via. Questo procedimento fa sì che le particelle trasmettano l'energia oscillando e non muovendosi fisicamente nella direzione di propagazione del suono.

Andamento sinusoidale della pressione atmosferica

Una struttura a strati

Una prima grande suddivisione separa l'atmosfera in bassa atmosfera o omosfera (fino a 100 km di altezza) e alta atmosfera o eterosfera (oltre i 100 km di altezza).

L'omosfera è detta così perché la sua composizione chimica è uguale in ogni sua parte, poiché i diversi gas che compongono il miscuglio gassoso mantengono inalterate le proporzioni reciproche, anche se naturalmente si fanno sempre più rarefatti con l'altezza. Ciò avviene grazie ai fenomeni di rimescolamento che caratterizzano questa zona.

L'eterosfera invece presenta una stratificazione dei diversi gas secondo il diverso peso molecolare ed ha quindi una composizione chimica diversa da quella dell'omosfera.

Sulla base dei dati e degli studi più recenti, un'ulteriore suddivisione dell'atmosfera fa sì che si possano distinguere varie parti sovrapposte, aventi ognuna caratteristiche particolari, separate l'una dall'altra da zone di transizione chiamate "pause", poste a quote variabili con la latitudine e con le stagioni.

Dalla superficie terrestre fino ad un'altezza media di 10-15 km troviamo la troposfera, il cui limite superiore è denominato tropopausa; dalla tropopausa ai 50-60 km si estende la stratosfera, limitata superiormente dalla stratopausa; al di sopra di questo livello e fino all'altezza di 80 km circa si sviluppa la mesosfera, il cui limite superiore è dato dalla mesopausa; dagli 80-90 km ai 400-500 km si estende la termosfera, che termina verso l'alto con la termopausa; infine, oltre la termosfera ha inizio l'esosfera.

• La troposfera (dal greco "tropos", cambiamento), è la parte più bassa e quindi più densa dell'atmosfera, il regno delle più vaste perturbazioni meteorologiche (nubi, precipitazioni e venti) e della vita; in essa è concentrato il 75% dell'intera massa atmosferica. L'aria della troposfera viene riscaldata essenzialmente dalla superficie terrestre e per questo motivo la sua temperatura diminuisce con l'altezza, in media di circa 0,6°C ogni 100 metri.
• La stratosfera possiede la stessa composizione chimica della troposfera, ma è di gran lunga più rarefatta. Il pulviscolo, l'anidride carbonica e il vapore acqueo sono praticamente assenti e non si verificano processi di formazione nuvolosa connessi con precipitazioni; intorno ai 20-30 km appaiono a volte delle sottili nubi iridescenti dette nubi madreperlacee, formate probabilmente da minuscoli aghi di ghiaccio.  All'interno della stratosfera è inoltre presente, tra i 20 e i 30 km di altezza, lo strato di ozono, chiamato ozonosfera. L'ozono si produce dall'interazione della radiazione ultravioletta con l'ossigeno biatomico [3O → 2O ]. L'ozonosfera assorbe la radiazione ultravioletta, contribuendo ad eliminare i rischi che essa provocherebbe, essendo altamente energetica e quindi pericolosa per la vita sulla terra, e allo stesso tempo provoca un aumento dell'energia cinetica delle particelle ed un conseguente aumento della temperatura; per questo la stratosfera risulta più calda al suo limite superiore rispetto a quello inferiore, passando da una temperatura di -50°C a una di +10-17°C.
• La mesosfera è caratterizzata da un'accentuata rarefazione degli elementi gassosi e da un graduale aumento di quelli più leggeri a scapito di quelli più pesanti. In questa parte dell'atmosfera la temperatura riprende a diminuire con l'altezza e raggiunge il valore minimo, variabile tra i -70° e i -90°C, intorno agli 80 km, a questa quota si possono osservare, al crepuscolo d'estate, le sottili e brillanti nubi nottilucenti, molto probabilmente costituite da polveri di origine meteorica o vulcanica. La maggior parte delle meteore si disintegrano nella mesosfera.
• Nella termosfera la temperatura aumenta notevolmente fino a raggiungere a circa 500 km di altezza un valore massimo intorno ai 1500-2000°C. Si tratta di temperature cinetiche in quanto i gas sono troppo rarefatti per produrre fenomeni sensibili di propagazione del calore. Un aspetto interessante di questa sezione atmosferica è la ionosfera, fondamentale per la trasmissione delle onde radio. La ionosfera interagendo con il vento solare genera le "aurore polari".
• L'esosfera è la parte più esterna, più lontana da noi, e perciò la meno conosciuta dell'involucro aeriforme che circonda il nostro pianeta. Sappiamo però mediante metodi di osservazione indiretti e calcoli teorici che la temperatura di questa parte dell'atmosfera aumenta con l'altezza, fino a raggiungere e forse superare i 2000°C.

La ionosfera e la trasmissione delle onde radio

L'eterosfera è molto importante per la sua struttura elettrica.

La radiazione solare, soprattutto quella ad alta energia, come i raggi X ed i raggi cosmici (i quali non hanno esclusivamente origine solare), è in grado di rompere legami chimici, producendo elementi allo stato atomico, e di strappare elettroni, causando la formazione di particelle cariche o ioni. Mentre nella bassa atmosfera che è sufficientemente densa, tali particelle ritornano presto neutre tramite le interazioni reciproche, nella alta atmosfera ciò non avviene. L'alta rarefazione, riducendo la probabilità delle interazioni, consente a molte particelle ionizzate di sopravvivere per periodi più lunghi.

La presenza di particelle ionizzate inizia al di sopra degli 80-90 km ed aumenta progressivamente fino a raggiungere un massimo intorno ai 300 km, dove sono presenti mediamente 2 ioni ogni 1000 particelle, per poi diminuire. Tale fenomeno interessa in particolare la termosfera, che perciò viene denominata anche ionosfera, ma in realtà si manifesta già nella mesosfera e non ha un limite superiore.

La presenza di tali ioni ha una grande importanza pratica poiché essi costituiscono degli strati capaci di riflettere le onde elettromagnetiche usate nelle radiocomunicazioni.

Sono stati individuati quattro strati riflettenti:

• Lo Strato D (60-80 km), che riflette le onde lunghe;
• Lo Strato E (90-120 km), che riflette le onde medie;
• Lo Strato F (200-250 km), che riflette le onde corte;
• Lo Strato F (400-500 km), che riflette le onde cortissime.

Tali strati non sono in grado di riflettere le onde ancor più corte utilizzate per le trasmissioni televisive, le quali necessitano di ripetitori opportunamente collocati sulla Terra o su appositi satelliti artificiali.

"Se considero la poesia come un oggetto ritengo ch'essa sia nata dalla necessità di aggiungere un suono vocale (parola) al martellamento delle prime musiche tribali. Solo molto più tardi parola e musica poterono scriversi in qualche modo e differenziarsi. Appare la poesia scritta, ma la comune parentela con la musica si fa sentire. Lentamente la poesia si fa visiva perché dipinge immagini, ma è anche musicale: riunisce due arti in una."

(Eugenio Montale, dal discorso tenuto in occasione del

Conferimento del premio Nobel per la letteratura, 1975)

"Lessi Croce, l'Estetica, dove dice che tutti gli italiani fino a diciotto anni possono diventare poeti, dopo i diciotto chi continua a scrivere poesie o è un poeta vero o è un cretino. Io, poeta vero non lo ero. Cretino nemmeno. Ho scelto la via di mezzo: cantante."

(Fabrizio De Andrè, stralcio di intervista rilasciata a "L'Europeo", 1969)