Conosciamo meglio la nostra atmosfera e la sua troposfera, due concetti strettamente legati ma distinti, come già anticipato in precedenza. Ciò permetterà anche una maggior consapevolezza sulle peculiarità dell’inquinamento atmosferico e delle sue manifestazioni.
Gli inquinanti atmosferici non si comportano tutti in maniera univoca nell’atmosfera terrestre. Quando sono emessi, ciascuno di essi ha un proprio periodo di permanenza che varia da pochi giorni a qualche anno in base alle modalità di reazione ed interazione con l’aria ed le sue componenti.
Inoltre, fattori come temperatura, densità, concentrazioni, precipitazioni, radiazioni solari ed in generale le condizioni meteo-climatiche cambiano costantemente i tempi di rimozione e dispersione di queste sostanza dannose.
Come visto, generalmente l’inquinamento atmosferico è circoscritto alla troposfera, la parte più vicina al suolo e costantemente in rimescolamento, ma in alcuni casi gli effetti delle sostanze inquinanti raggiungono anche gli strati atmosferici più alti come la stratosfera, causando notevoli effetti a livello globale (riduzione dell’ozono, effetto serra etc.)
In linea generale, l’atmosfera terrestre non è strutturalmente omogenea, perché le sue caratteristiche chimiche e le proprietà fisiche variano da zona a zona, base all’altitudine, alle latitudini e alla conformazione dei territori sottostanti.
Possiamo distinguere infatti al suo interno delle singole regioni ben definite, separate da altrettante zone di transizione dette “pause” ; tenendo presente alcuni tipi di parametri, il mondo accademico ha sviluppato diverse classificazioni che riguardano la suddivisione dell’atmosfera.
L’Omosfera e l’Eterosfera
Generalmente nelle scienze dell’atmosfera si applica una prima classificazione in base alle caratteristiche chimico-fisiche.
Seguendo questo criterio, l’atmosfera viene divisa in due parti: l’omosfera, chiamata anche turbosfera, e l’eterosfera.
L’omosfera (bassa atmosfera) è la zona che si estende dalla superficie terrestre fino a 80-100 km in quota, in cui composizione chimica dell’aria non subisce variazioni notevoli, restando – come afferma il suffisso “omo” – abbastanza uniforme a causa dei rimescolamenti continui a cui sono sottoposti i gas che la costituiscono.
In parole povere, le proporzioni delle componenti restano perlopiù costanti, e quindi la composizione non è dissimile da quella secca e pulita che si trova anche al suolo, quella che la maggior parte degli studenti conosce: 78 % di azoto, 21 % di ossigeno, 1 % residuo altri gas (anidride carbonica, argo, ammoniaca, neon, elio, metano, cripto, ozono, xeno, idrogeno etc.).
Superata la soglia degli 80-100 km, inizia poi l’eterosfera (alta atmosfera). In questa zona avvengono diversi fenomeni chimico-fisici che rendono la composizione dell’aria variabile e dunque non omogenea, in contrapposizione all’omosfera. Lo stesso suffisso “etero” lo ricorda efficacemente; i gas costituenti sono molto rarefatti e si stratificano in base alla loro densità.
Piccola curiosità: la linea di Kármán
Il livello di separazione fra le due aree appena delineate è chiamato mesopausa, od anche omopausa, e la sua collocazione a circa 80-85-100 km dalla superficie terrestre ricorda anche un curioso particolare.
Più precisamente, a 100 km d’altezza sul livello del mare è convenzionalmente posta la cosiddetta linea di Kármán, ovvero la quota presa in considerazione per convalidare alcuni record relativi all’aeronautica e all’astronautica. La Federazione Aeronautica Internazione (FAI: Fédération Aéronautique Internationale) infatti utilizza questo valore per stabilire quando un veicolo compie un volo spaziale.
Come comprensibile, la linea di Kármán è immaginaria, ma assume un preciso significato scientifico: è l’altitudine oltre la quale l’aria diventa troppo rarefatta per generare una portanza tale da consentire il volo ad un aereo convenzionale e sostenerne il peso.
Pertanto, superato questo punto l’aereo in parola o cade al suolo oppure dovrebbe raggiungere una velocità orbitale per restare in volo a mezz’aria. Quest’altezza peraltro non è costante, ma dipende da alcuni fattori (velocità relativa all’area, superficie alare, densità dell’aria, coefficiente di portanza) fra loro interconnessi da alcune intricate formule matematiche.
Per motivi di semplicità la linea di Kármán è arrotondata al centesimo km, più facile da ricordare. Superato questo traguardo, per la FAI si può ufficialmente parlare di astronautica: sotto quota 100 km siamo ancora invece nella sfera dell’aeronautica.
Con le opportune premesse, superare i 100 km significa assumere in un preciso ruolo, che tutti i bambini e bambine sognano: essere qualificati come astronauti.
Altre distinzioni dell’atmosfera
Un altro approccio scientifico, il più conosciuto ai più, è quello suddividere i vari settori atmosferici in relazione all’andamento della temperatura con l’aumentare della quota.
l’Organizzazione meteorologica mondiale (WMO: World Meteorological Organization) statuisce cinque strati in ordine ascendente: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera.
Nella troposfera si trovano circa il 90% del totale della massa dei gas atmosferici e sostanzialmente quasi tutto il vapore acqueo; in essa la temperatura decresce con l’altitudine al tasso medio di 6,5 °C per km fino al suo limite superiore che è rappresentato dal cosiddetto minimo termico (-50 °C) della tropopausa.
Quest’ultima rappresenta la zona di transizione fra la stessa troposfera e la sovrastante stratosfera, dove poi successivamente la temperatura torna ad aumentare. Le peculiarità della troposfera sono i movimenti incessanti delle grandi masse d’aria sia orizzontali (venti) sia verticali (correnti ascensionali)
Infine, seguendo invece le proprietà elettriche e le caratteristiche magnetiche delle particelle dei gas dell’aria, dalla superficie terrestre fino allo spazio troviamo l’atmosfera neutra, ionosfera inferiore, ionosfera superiore e magnetosfera.
Le partizioni dell’atmosfera influenzano anche le materie scientifiche applicabili. Se fino a 300 km la dinamica dei fluidi (fluidodinamica) – ovvero lo studio del comportamento dei liquidi e degli aeriformi in movimento – la fa da padrona, oltre questa altezza è necessario ampliare gli orizzonti.
Seppure con un ampio margine di sovrapposizione, da qui in poi i fenomeni magnetici non sono più trascurabili, ed entra in soccorso degli scienziati la magnetofluidodinamica (in inglese MHD: magnetohydrodynamics), ovvero la disciplina che studia la dinamica dei fluidi che sono elettricamente conduttivi in presenza di un campo magnetico: plasmi, metalli liquidi, ma anche la semplice acqua salata e gli elettroliti
Una parola difficile ma che concentra in sé tre elementi: magneto- che significa per l’appunto campo magnetico; idro- ovvero liquido, ma anche estensivamente può essere applicata a tutti i fluidi; e -dinamico che vuol dire in sostanza “movimento”.
I campi di applicazione della magnetofluidodinamica non finiscono qui, perché ha tantissime linee di sviluppo nell’ingegneria, nell’industria, nell’astrofisica e nella fusione nucleare controllata.
Il nostro mondo
Se diamo un breve sguardo ad uno solo dei libri che concernono la fisica dell’atmosfera, le stesse fluidodinamica e magnetofluidodinamica etc. vedremmo una miriade di formule e definizioni astratte.
Non è necessario conoscerle a menadito, non è utile imparare a memoria concetti che poco hanno a che fare con la vita quotidiana, ma sarebbe abbastanza utile quantomeno sapere in linea di massima quali leggi e che discipline servono per governare il mondo intorno a noi, ovvero l’ambiente in cui viviamo, l’aria che respiriamo, l’acqua che beviamo ed il fuoco che ci riscalda.
In conclusione, l’atmosfera, ma anche lo stesso spazio vitale che ci circonda è un sistema complesso di cui noi uomini e donne ne siamo partecipi e protagonisti. Ne parleremo ancora.
Bibliografia ed approfondimenti
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