Pianeta terra

L'atmosfera

La Terra è circondata da un'atmosfera relativamente sottile (comunemente chiamata aria) costituita da una miscela di gas, principalmente azoto molecolare (78 percento) e ossigeno molecolare (21 percento). Sono presenti anche quantità molto più ridotte di gas come argon (quasi l'1 percento), vapore acqueo (media dell'1 percento ma altamente variabile nel tempo e nella posizione), anidride carbonica (0,0395 percento [395 parti per milione] e attualmente in aumento), metano (0,00018 percento [1,8 parti per milione] e attualmente in aumento) e altri, insieme a minuscole particelle solide e liquide in sospensione.

geoide: determinazione della figura terrestre

Il merito dell'idea che la Terra sia sferica è di solito dato a Pitagora (fiorito nel VI secolo a.C.) e

Poiché la Terra ha un campo gravitazionale debole (in virtù delle sue dimensioni) e temperature atmosferiche calde (a causa della sua vicinanza al Sole) rispetto ai pianeti giganti, manca dei gas più comuni nell'universo che possiedono: idrogeno ed elio. Mentre sia il Sole che Giove sono composti prevalentemente da questi due elementi, non possono essere conservati a lungo sulla Terra primordiale e rapidamente evaporati nello spazio interplanetario. L'alto contenuto di ossigeno nell'atmosfera terrestre è fuori dal comune. L'ossigeno è un gas altamente reattivo che, nella maggior parte delle condizioni planetarie, sarebbe combinato con altre sostanze chimiche nell'atmosfera, nella superficie e nella crosta. Viene infatti fornito continuamente da processi biologici; senza vita non ci sarebbe praticamente ossigeno libero. Le 1,8 parti per milione di metano nell'atmosfera sono anche molto lontane dall'equilibrio chimico con l'atmosfera e la crosta: anch'esse sono di origine biologica, con il contributo delle attività umane che supera di gran lunga gli altri.

I gas dell'atmosfera si estendono dalla superficie della Terra ad altezze di migliaia di chilometri, fondendosi infine con il vento solare - un flusso di particelle cariche che fluisce verso l'esterno dalle regioni ultraperiferiche del Sole. La composizione dell'atmosfera è più o meno costante con altezza ad un'altitudine di circa 100 km (60 miglia), con particolari eccezioni che sono il vapore acqueo e l'ozono.

L'atmosfera è comunemente descritta in termini di strati o regioni distinti. La maggior parte dell'atmosfera è concentrata nella troposfera, che si estende dalla superficie ad un'altitudine di circa 10-15 km (6-9 miglia), a seconda della latitudine e della stagione. Il comportamento dei gas in questo strato è controllato per convezione. Questo processo comporta i movimenti turbolenti e ribaltanti derivanti dalla galleggiabilità dell'aria vicino alla superficie che viene riscaldata dal Sole. La convezione mantiene un gradiente di temperatura verticale decrescente, ovvero un calo della temperatura con l'altitudine, di circa 6 ° C (10,8 ° F) per km attraverso la troposfera. Nella parte superiore della troposfera, che si chiama tropopausa, le temperature sono scese a circa -80 ° C (-112 ° F). La troposfera è la regione in cui esiste quasi tutto il vapore acqueo ed essenzialmente si verifica tutto il tempo.

La stratosfera secca e tenue si trova sopra la troposfera e si estende ad un'altitudine di circa 50 km (30 miglia). I moti convettivi sono deboli o assenti nella stratosfera; i movimenti invece tendono ad essere orientati orizzontalmente. La temperatura in questo strato aumenta con l'altitudine.

Nelle regioni stratosferiche superiori, l'assorbimento della luce ultravioletta dal Sole scompone l'ossigeno molecolare (O ₂); la ricombinazione di singoli atomi di ossigeno con molecole di O ₂ in ozono (O ₃) crea lo strato di ozono protettivo.

Sopra la stratopausa relativamente calda si trova la mesosfera ancora più tenue, in cui le temperature diminuiscono nuovamente con l'altitudine a 80-90 km (50-56 miglia) sopra la superficie, dove viene definita la mesopausa. La temperatura minima raggiunta è estremamente variabile con la stagione. Le temperature quindi aumentano con l'aumentare dell'altezza attraverso lo strato sovrastante noto come la termosfera. Inoltre al di sopra di circa 80–90 km vi è una frazione crescente di particelle cariche o ionizzate, che da questa altitudine verso l'alto definisce la ionosfera. Spettacolari aurore visibili sono generate in questa regione, in particolare lungo zone approssimativamente circolari attorno ai poli, dall'interazione di azoto e atomi di ossigeno nell'atmosfera con esplosioni episodiche di particelle energetiche provenienti dal Sole.

La circolazione atmosferica generale della Terra è guidata dall'energia della luce solare, che è più abbondante alle latitudini equatoriali. Il movimento di questo calore verso i poli è fortemente influenzato dalla rapida rotazione terrestre e dalla forza di Coriolis associata a latitudini lontane dall'equatore (che aggiunge una componente est-ovest alla direzione dei venti), risultando in più celle di aria circolante in ciascuna emisfero. Le instabilità (perturbazioni nel flusso atmosferico che crescono nel tempo) producono le caratteristiche aree ad alta pressione e le tempeste a bassa pressione delle medie latitudini, nonché i flussi di getti veloci, che si spostano verso est, nella troposfera superiore che guidano i percorsi delle tempeste. Gli oceani sono enormi riserve di calore che agiscono in gran parte per appianare le variazioni delle temperature globali della Terra, ma le loro correnti e temperature che cambiano lentamente influenzano anche il tempo e il clima, come nel fenomeno meteorologico El Niño / Oscillazione meridionale (vedi clima: Circolazione, correnti, e interazione oceano-atmosfera; clima: El Niño / Oscillazione meridionale e cambiamento climatico).

L'atmosfera terrestre non è una caratteristica statica dell'ambiente. Piuttosto, la sua composizione si è evoluta nel tempo geologico in accordo con la vita e oggi sta cambiando più rapidamente in risposta alle attività umane. All'incirca a metà della storia della Terra, l'abbondanza insolitamente alta di ossigeno libero nell'atmosfera ha iniziato a svilupparsi, attraverso la fotosintesi da cianobatteri (vedi alghe blu-verdi) e la saturazione di pozzi naturali di ossigeno (ad es. Minerali relativamente poveri di ossigeno e idrogeno- gas ricchi trasudati dai vulcani). L'accumulo di ossigeno ha reso possibile lo sviluppo di cellule complesse, che consumano ossigeno durante il metabolismo e di cui sono composte tutte le piante e gli animali (vedi eucariote).

Il clima della Terra in qualsiasi luogo varia con le stagioni, ma ci sono anche variazioni a più lungo termine nel clima globale. Le esplosioni vulcaniche, come l'eruzione del 1991 del Monte Pinatubo nelle Filippine, possono iniettare grandi quantità di particelle di polvere nella stratosfera, che rimangono sospese per anni, diminuendo la trasparenza atmosferica e provocando un raffreddamento misurabile in tutto il mondo. Impatti molto più rari e giganti di asteroidi e comete possono produrre effetti ancora più profondi, tra cui gravi riduzioni della luce solare per mesi o anni, come molti scienziati ritengono che abbia portato all'estinzione di massa delle specie viventi alla fine del periodo cretaceo, 66 milioni di anni fa. (Per ulteriori informazioni sui rischi derivanti dagli impatti cosmici e sulle possibilità che si verifichino, vedere il pericolo di impatto sulla Terra.) Le variazioni climatiche dominanti osservate nella recente documentazione geologica sono le ere glaciali, che sono collegate alle variazioni dell'inclinazione della Terra e del suo orbitale geometria rispetto al sole.

La fisica della fusione dell'idrogeno porta gli astronomi a concludere che il Sole era meno luminoso del 30% durante la prima storia della Terra di quanto non sia oggi. Quindi, a parità di tutto il resto, gli oceani avrebbero dovuto essere congelati. Le osservazioni dei vicini planetari della Terra, Marte e Venere, e le stime del carbonio bloccato nella crosta terrestre al momento suggeriscono che c'era molto più anidride carbonica nell'atmosfera terrestre durante i periodi precedenti. Ciò avrebbe aumentato il riscaldamento della superficie attraverso l'effetto serra e avrebbe quindi permesso agli oceani di rimanere liquidi.

Oggi c'è 100.000 volte più anidride carbonica sepolta nelle rocce carbonatiche nella crosta terrestre che nell'atmosfera, in netto contrasto con Venere, la cui evoluzione atmosferica ha seguito un corso diverso. Sulla Terra, la formazione di gusci di carbonato da parte della vita marina è il principale meccanismo per trasformare l'anidride carbonica in carbonati; anche i processi abiotici che coinvolgono acqua liquida producono carbonati, sebbene più lentamente. Su Venere, tuttavia, la vita non ha mai avuto la possibilità di sorgere e generare carbonati. A causa della posizione del pianeta nel sistema solare, la prima Venere ricevette il 10-20 percento di luce solare in più rispetto alle cadute sulla Terra anche oggi, nonostante il giovane Sole più debole al momento. La maggior parte degli scienziati planetari ritiene che l'elevata temperatura superficiale risultante abbia impedito all'acqua di condensarsi in un liquido. Invece, è rimasto nell'atmosfera come vapore acqueo, che, come l'anidride carbonica, è un gas serra efficiente. Insieme, i due gas hanno fatto aumentare ancora di più le temperature superficiali in modo che enormi quantità di acqua sfuggissero alla stratosfera, dove era dissociata dalla radiazione ultravioletta solare. Con condizioni ora troppo calde e secche per consentire la formazione abiotica di carbonato, la maggior parte o tutto l'inventario del carbonio del pianeta è rimasto nell'atmosfera come biossido di carbonio. I modelli prevedono che la Terra potrebbe subire la stessa sorte in un miliardo di anni, quando il Sole supera la sua luminosità attuale del 10-20 percento.

Tra la fine degli anni '50 e la fine del 20 ° secolo, la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre è aumentata di oltre il 15% a causa della combustione di combustibili fossili (ad es. Carbone, petrolio e gas naturale) e della distruzione delle foreste pluviali tropicali, come quello del bacino del Rio delle Amazzoni. I modelli al computer prevedono che un raddoppio netto di anidride carbonica entro la metà del 21 ° secolo potrebbe portare a un riscaldamento globale di 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) mediato sul pianeta, che avrebbe profondi effetti sul livello del mare e agricoltura. Sebbene questa conclusione sia stata criticata da alcuni sulla base del fatto che il riscaldamento osservato finora non ha tenuto il passo con la proiezione, le analisi dei dati sulla temperatura degli oceani hanno suggerito che gran parte del riscaldamento durante il 20 ° secolo si è effettivamente verificato negli oceani stessi - e lo farà alla fine compaiono nell'atmosfera.

Un'altra preoccupazione attuale per quanto riguarda l'atmosfera è l'impatto delle attività umane sullo strato di ozono stratosferico. Complesse reazioni chimiche che coinvolgono tracce di clorofluorocarburi artificiali (CFC) sono state trovate a metà degli anni '80 creando buchi temporanei nello strato di ozono, in particolare sopra l'Antartide, durante la primavera polare. Ancora più inquietante è stata la scoperta di un crescente impoverimento dell'ozono sulle latitudini temperate altamente popolate, poiché si è scoperto che la radiazione ultravioletta a lunghezza d'onda corta che lo strato di ozono assorbe efficacemente causa il cancro della pelle. Gli accordi internazionali in atto per fermare la produzione dei CFC più distruttivi che distruggono l'ozono alla fine fermeranno e invertiranno l'esaurimento, ma solo entro la metà del 21 ° secolo, a causa del lungo tempo di permanenza di questi prodotti chimici nella stratosfera.