Il clima e la storia dell'uomo

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 ξ  Dove si forma il clima? 
I.1.1 L’atmosfera terrestre 
 
L’atmosfera terrestre è l’involucro gassoso che ricopre la 
superficie del nostro pianeta ed arriva ad un altezza di  circa 
700-1000 km. Grazie all’atmosfera la vita è divenuta 
possibile sul nostro pianeta, infatti quest’ultima oltre a 
consentire alle forme aerobiche la respirazione, è uno scudo 
che grazie al suo spessore ed alla forza di attrito che genera 
calore, ci difende dai meteoriti che cadrebbero sulla 
superficie del pianeta. Ne è dimostrazione la superficie 
lunare completamente solcata da crateri formati 
presumibilmente da impatti meteorici. La nostra atmosfera 
protegge le creature viventi dall’arrivo dei raggi 
ultravioletti più pericolosi ( UV-C e UV-B) che colpiscono 
il DNA nel nucleo delle cellule, portando ad errori nella 
replicazione e di conseguenza nella formazione delle 
proteine e degli elementi necessari alla cellula. La diretta 
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conseguenza di tutto ciò è l’insorgere di tumori. La 
presenza dell’atmosfera permette una bassa escursione 
termica sulla superficie del pianeta i cui valori sono tra 
+50° e –80° centigradi. Se si considerano gli altri pianeti 
del sistema solare tale escursione sembra minima. 
Questo è possibile solo perché il calore del sole in parte 
viene bloccato nell’atmosfera ed in parte trasferito a 
quest’ultima dal suolo, che l’aveva precedentemente 
immagazzinato. Durante la notte l’atmosfera restituisce al 
suolo per conduzione termica il calore evitando un 
eccessivo raffreddamento. 
 
 
 
I.1.2 Struttura verticale dell’atmosfera 
secondo il gradiente termico verticale 
L’atmosfera è stata suddivisa dai fisici in vari strati sulla 
base delle caratteristiche del profilo verticale della 
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temperatura, denominato gradiente termico verticale. 
Tale classificazione viene giustificata dal fatto che la 
variazione termica dell’atmosfera con l’altezza è 
responsabile della gran parte dei moti verticali, della 
formazione delle nubi e della diffusione degli aerosol. 
Secondo il gradiente termico, l’atmosfera è divisa in: 
TROPOSFERA 
STRATOSFERA 
MESOSFERA 
TERMOSFERA 
Tra uno strato e l’altro vi è una zona intermedia che assume 
il suffisso di pausa. 
Gli effetti del clima più rilevanti avvengono nella 
troposfera, quindi ci soffermeremo maggiormente sulla 
descrizione di quest’ultima. 
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I.1.3 La troposfera 
La troposfera è lo strato d’aria adiacente al suolo  che si 
estende verticalmente fino ad un’altezza di circa 11 km. 
Questo in media perché lo strato atmosferico ha uno 
spessore diverso tra i poli e l’equatore. La temperatura 
diminuisce con un gradiente di circa 6,5° C per km di 
altezza. Una delle caratteristiche fondamentali 
dell’atmosfera è la sua capacità di rimescolamento degli 
strati d’aria che la compongono. Infatti quando il cielo è 
sereno la maggior parte delle molecole riesce ad 
attraversare la troposfera in pochi giorni. In presenza di 
temporali o forti venti, in pochi minuti le particelle, i 
cosiddetti aerosol, possono arrivare al limite della 
troposfera. Ne consegue che il tempo medio di residenza di 
tali corpuscoli sia molto breve. La rimozione degli aerosol 
avviene anche grazie ai processi di rain-out (formazione dei 
nuclei di condensazione della neve o della grandine intorno 
al pulviscolo) e di wash-out (la cattura del pulviscolo 
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tramite la caduta delle gocce di pioggia).  Il 
rimescolamento della troposfera è influenzato dalle 
caratteristiche del suolo, la cui influenza si fa sentire fino 
alla tropopausa.  Tra 1-1,5 km dal suolo si estende uno 
strato chiamato Planetery Boundary Layer (PBL) 
caratterizzato da un forte rimescolamento verticale, dovuto 
in parte agli ostacoli incontrati sul suolo: quali rocce, 
costruzioni ed in parte dall’attrito dei moti convettivi 
formati dalle bolle di aria calda che dal suolo ascendono 
verso l’alto. L’altezza del PBL non è costante durante il 
giorno e varia da regione a regione. Durante il giorno, in 
seguito al surriscaldamento del suolo, il PBL può arrivare 
ad un’ altezza massima di 2 km mentre durante la notte, in 
genere non supera i 100 m. Bisogna anche dire che in 
seguito a perturbazioni di varia natura il PBL può essere 
interrotto. All’interno del PBL riconosciamo altri due strati 
le cui caratteristiche sono legate a quelle dell’orografia del 
territorio. Il primo: laminar boundary layer è 
direttamente aderente al suolo ed ha uno spessore di pochi 
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millimetri, si tratta di una  sorta di cuscinetto d’aria tra il 
terreno e gli strati sovrastanti d’aria. Il secondo: turbulent 
surface layer è lo strato dove sussiste la maggiore 
turbolenza e ha un’altezza massima di 100 m durante il 
giorno e di pochi metri durante la notte.  
Oltre ad essere la sede della turbolenza atmosferica, la 
troposfera possiede altre peculiarità: 
 ξ  La temperatura diminuisce con l’altezza di 6,5° C/km. 
Sappiamo che la temperatura al suolo è dovuta allo 
equilibrio che s’ instaura tra calore ricevuto dal sole e 
calore perso tramite la radiazione infrarosso. Ad una 
quota maggiore i flussi di calore ricevuti dal suolo si 
attenuano,  e di conseguenza l’equilibrio termico viene 
raggiunto ad una temperatura minore. Durante la notte 
il suolo è più freddo e sottrae calore agli strati d’aria 
sovrastanti, che a loro volta fanno lo stesso con gli 
altri strati fino a circa 500 m d’altezza. Si ha quindi 
l’inversione termica cioè la temperatura non 
diminuisce con l’altezza. Durante il giorno il suolo 
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risulta più caldo e l’aria sovrastante ha una minore 
temperatura, quindi nei primi 100-800 m la 
temperatura diminuisce con la quota anche di 10° 
C/km. 
 ξ  L’estensione verticale della troposfera varia in base 
alla latitudine, infatti all’equatore arriva a 18 km di 
altezza, nei poli raggiunge gli 8 km ed alle medie 
latitudini 12 km. 
 ξ  La superficie ideale che divide la troposfera dalla 
stratosfera denominata: tropopausa subisce due 
interruzioni: intorno ai 30°e i 60° di latitudine. Tali 
discontinuità sono dovute alla circolazione generale 
dell’atmosfera. Questo moto è formato da 3 celle di 
aria che si trovano tra: 0-30°, 30-60° e 60-90°. Le 3 
celle permettono scambi d’aria tra la troposfera e la 
stratosfera. 
 ξ  La troposfera possiede la gran parte del vapore acqueo 
di tutta l’atmosfera, responsabile dell’effetto serra, è 
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infatti il vapore acqueo il principale tra i gas serra 
della nostra atmosfera. 
 ξ  Il campo barico orizzontale, alle quote medio-alte 
della troposfera è caratterizzato da una profonda 
depressione sulla verticale dei poli (vortice polare) e 
da una fascia d’alta pressione sulla zona equatoriale. Il 
vento intorno ai centri di bassa pressione ruota in 
senso anti-orario nell’emisfero nord ed orario 
nell’emisfero sud. Ne consegue che a quote alte la 
circolazione atmosferica è di tipo zonale, cioè diretta 
secondo i paralleli e diretta da ovest verso est. 
 ξ  La gran parte degli aerosol sono presenti nella 
troposfera. 
 ξ  Nella troposfera vi risiede il 75% della massa d’aria. 
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I.1.4  La stratosfera 
La stratosfera è il secondo strato dell’atmosfera, ha uno 
spessore di 40 km circa ed è divisa in 2 ulteriori strati: il 
primo di spessore di 10 km, adiacente alla tropopausa nel 
quale la temperatura non varia, il secondo spesso 30 km 
nella quale la temperatura aumenta con la quota. Il 
passaggio da troposfera a stratosfera è caratterizzato da una 
diminuzione di vapore acqueo e ad un aumento d’ozono. I 
forti gradienti verticali d’ozono e vapore indicano una 
mancanza di rimescolamento tra l’aria umida povera di 
ozono della troposfera e quella secca ricca di ozono della 
stratosfera. La temperatura nella stratosfera varia dai: -70° 
C all’equatore, ai –60° C al polo nord e –80° C al polo sud. 
Nello strato superiore la temperatura aumenta a causa 
dell’assorbimento dei raggi ultravioletti da parte 
dell’ozono. In questa zona si ha la maggiore 
concentrazione di questo gas è il cosiddetto “strato di 
ozono” o ozonosfera. 
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I.1.5 La mesosfera 
La mesosfera arriva ad una quota di 85 km, si tratta di una 
regione dove la temperatura diminuisce con la quota, 
quindi si ha un parziale rimescolamento dell’aria. Durante 
l’estate possono innescarsi dei moti convettivi, che 
permettono la formazione di sottili nubi (nubi nottilucenti). 
Tali nubi sono  formate grazie al pulviscolo di origine 
vulcanica e meteorica che fungono da nucleo di 
aggregazione per il vapore acqueo. 
 
 
 
I.1.6 La termosfera 
 La termosfera è l’ultimo strato dell’atmosfera terrestre, si 
estende per diverse centinaia di km con temperature che 
oscillano intorno ai 1000° C tra il giorno e la notte. Nella 
parte più bassa predominano l’ossigeno e l’azoto. A quote 
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superiori i 200 km il principale componente è l’ossigeno 
atomico. 
 
 
 
I.2.1  
La composizione chimica dell’atmosfera 
 
Ogni giorno passano nei nostri polmoni circa 14.000 litri, 
viene spontaneo chiedersi come sia composta la nostra 
atmosfera. Una prima risposta ci è stata fornita da 
Lavoisier, il quale affermò che l’atmosfera è un miscuglio 
di gas. Oggi abbiamo una visione più chiara ed esaustiva 
degli elementi e dei quantitativi di questo “miscuglio di 
gas”. 
 
 
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Componente Formula Peso 
Molecolare
Concentrazioni 
in volume 
Azoto N
2
 28,01 78,084% 
Ossigeno O
2
 31,99 20,94% 
Argo Ar 39,99 0,917% 
Biossido di 
carbonio 
CO
2
 44,00 370 ppm* 
Neon Ne 20,17 18,2 ppm 
Elio He 4,00 5,24 ppm 
Krypto Kr 83,80 1,14 ppm 
Xeno Xe 131,29 0,086 ppm 
Ossido di 
azoto 
N
2
O 44,01 0,31 ppm 
Idrogeno H
2
 2,01 0,5 ppm 
Metano CH
4
 16,04 1,7ppm 
Biossido di NO
2
 46,00 0,001 ppm 
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azoto 
Ozono O
3
 47,99 0,03 ppm 
Biossido di 
zolfo 
SO
2
 64,05 0,01 ppm 
Monossido 
di carbonio 
CO 28,14 0,1 ppm 
Ammoniaca NH
3
 17,03 0,01 ppm 
Monossido 
di azoto 
NO 30,00 0,0001 ppm 
Solfuro di 
idrogeno 
H
2
S 34,075 0,01 ppm 
Cloruro di 
idrogeno 
HCL 36,46 0,01 ppm 
Bromo Br
2
  159,80 Tracce 
Iodio I
2 
253,81 Tracce 
Tabella 1 La composizione chimica dell’atmosfera 
*ppm parti per milione di volume 
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A prima vista può sembrare che gas con concentrazioni  
ridotte a pochi microgrammi  per metro cubo siano 
irrilevanti o innocue, ma purtroppo non sempre è così. 
Una caratteristica importante d’ ogni sostanza è il suo peso 
molecolare: l’aria secca ha un peso pari a 28,9. Questo dato 
è utile dal punto di vista pratico, in quanto se un gas tossico 
dovesse essere immesso nell’aria, tramite la comparazione 
tra il suo peso molecolare e quello dell’aria, si può valutare 
il rischio di ristagno al suolo.  
Tra i 0 e gli 80 km la composizione dell’aria è 
costante,oltre tale quota la composizione è particolarmente 
eterogenea. Bisogna altresì precisare che il 99% della 
massa atmosferica risiede nei primi 30 km e addirittura il 
50% nei primi 5 km. 
I gas minoritari hanno variazioni nella loro concentrazione 
derivanti da perturbazioni di tipo: