L’atmosfera è l’involucro gassoso che circonda la superficie terrestre ed è trattenuta dall’attrazione gravitazionale del nostro pianeta. È una miscela di azoto biatomico (78,1%), ossigeno molecolare (20,9%), anidride carbonica (0,038%), argo (0,94%) e altri gas in quantità minori. Il cielo appare azzurro in quanto le molecole diffondono in tutte le direzioni la luce solare. L’atmosfera si divide in bassa e alta atmosfera, in base alla composizione. Nella bassa atmosfera è presente sia il vapore acqueo che il pulviscolo atmosferico, mentre essi sono assenti nella alta atmosfera, dove i moti dei gas sono ridotti, non vi è rimescolamento ed essi si dispongono in strati in base alla densità.
La pressione atmosferica è il rapporto tra il peso di una colonna d’aria e la superficie su cui poggia. Essa è concettualmente importante perché i movimenti delle masse d’aria sono causati da differenze di pressione atmosferica. Lo strumento utilizzato per misurarla è il barometro, inventato da Torricelli. La pressione atmosferica standard è 1 atm o 760mmHg.
L’atmosfera è suddivisibile in sfere, separate tra loro da zone di inversione nell’andamento della temperatura, dette “pause”:
- Troposfera: a diretto contatto con la superficie terrestre e mediamente alta 12km, è lo strato più denso di tutti (80% della massa complessiva). La temperatura diminuisce progressivamente, poiché essa è riscaldata dal basso. In essa avvengono i principali fenomeni meteorologici, a causa dei continui spostamenti di aria calda/fredda. Termina con la tropopausa.
- Stratosfera: si estende fino a 50km (stratopausa) di altezza, qui i fenomeni atmosferici sono assenti. Essa aumenta di temperatura con l’aumentare dell’altezza, in quanto tra i 30 e i 50km vi è l’ozonosfera, composta da O₃, che si forma per azione degli ultravioletti. L’ozono assorbe i raggi e riscalda gradualmente la stratosfera.
- L’assorbimento dei raggi UV dall’ozono avviene in 4 passaggi:
- Fotolisi ossigeno: O₂ + luce => 2O (assorbe UV-C)
- Formazione ozono: O₂ + O => O₃
- Scomposizione O₃: O₃ + luce => O₂ + O (assorbe UV-B)
- Conversione in O₂: O₃ + O => 2 O₂
- L’assorbimento dei raggi UV dall’ozono avviene in 4 passaggi:
- Mesosfera: si estende fino a 80km di altezza, dove termina con la mesopausa. I gas sono rarefatti e ionizzati dalle radiazioni solari, e la temperatura diminuisce progressivamente son la quota perché riscaldata dalla stratopausa.
- Termosfera: termina con la termopausa a 1000km di altezza. Anche qui i gas sono ionizzati e rarefatti, ma la temperatura aumenta progressivamente a causa del riscaldamento diretto da parte del sole, ma a causa della minima densità dell’aria, la temperatura percepita è assai bassa.
- Esosfera: si estende fino a 2000-2500km di altezza, dove l’atmosfera inizia a disperdersi nello spazio. Essa è caratterizzata da una bassissima densità dei gas, prevalentemente elio e idrogeno.
- Ionosfera: compresa tra i 50 e i 1000km, è quella fascia in cui sono presenti ioni, particelle cariche che riflettono le onde radio emesse dalla superficie terrestre. Le zone inferiori della ionosfera riflettono le onde più lunghe, mentre le zone superiori le onde corte.