Fisica dell'atmosfera

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La fisica atmosferica è una branca della fisica che studia l'atmosfera dei pianeti ed in particolar modo l'atmosfera terrestre ed è dunque parte delle scienze dell'atmosfera. I fisici atmosferici cercano di creare un modello matematico dell'atmosfera terrestre e di altri pianeti usando le equazioni della dinamica dei fluidi, modelli chimici, bilanciamento della radiazione, e processi di trasferimento radiativo e convettivo dell'energia in atmosfera. Per creare modelli dei sistemi meteorologici, i fisici dell'atmosfera impiegano anche elementi della teoria dello scattering, modelli di propagazione delle onde, fisica delle nubi, termodinamica dell'atmosfera, meccanica statistica e statistica spaziale. La fisica dell'atmosfera è strettamente legata alla meteorologia e alla climatologia ed include anche la progettazione e la costruzione di strumenti per lo studio dell'atmosfera e l'interpretazione dei dati ottenuti, includendo gli strumenti per il telerilevamento.

Radiazione[modifica | modifica sorgente]

Il Sole emette radiazione elettromagnetica a varie frequenze (radiazione solare), tuttavia la massima energia viene emessa nel campo della luce visibile che ha lunghezza d'onda tra 0,4 e 0,7 micrometri. Lunghezze d'onda minori sono tipiche della parte dello spettro denominata radiazione ultravioletta (UV), mentre quelle maggiori sono raggruppate nella parte dello spettro radiazione infrarossa. L'ozono è particolarmente utile nell'assorbire la radiazione di circa 0,25 micrometri. Questo accresce la temperatura della vicina stratosfera. Una parte della radiazione solare che arriva sulla Terra subisce parzialmente la riflessione da parte della superficie terrestre. Tale riflessione si chiama albedo. La neve riflette l'85% della radiazione, mentre la sabbia riflette il 25%, l'acqua solo il 5% della radiazione. Più inclinato è l'angolo tra l'atmosfera e i raggi solari, più sarà probabile che l'energia venga riflessa o assorbita dall'atmosfera stessa. [1]

Fisica delle nubi[modifica | modifica sorgente]

La fisica delle nubi si occupa dello studio dei processi che conducono alla formazione, crescita (nuvole "calde") e precipitazione delle nuvole.

Le nuvole sono composte da gocce microscopiche di acqua (nuvole "calde"), sottili cristalli di ghiaccio, o da entrambi (nuvole a fase mista). In condizioni opportune, le gocce si combinano originando una precipitazione, durante la quale esse possono raggiungere la terra. La meccanica precisa di come si formi e cresca una nuvola non è completamente nota, ma gli scienziati hanno sviluppato teorie in grado di spiegare la struttura delle nuvole tramite lo studio della microfisica delle singole gocce. Gli sviluppi della tecnologia radar e satellitare hanno anche consentito lo studio preciso delle nubi su larga scala.

Elettricità atmosferica[modifica | modifica sorgente]

Fulmine che si diparte da una nube e raggiunge la terra attraverso il circuito elettrico globale atmosferico.

L'elettricità atmosferica consiste nelle variazioni diurne regolari del circuito elettromagnetico atmosferico della Terra (o, in senso più ampio, ogni sistema elettrico dei pianeti nei loro strati dell'atmosfera). La superficie terrestre, la ionosfera e l'atmosfera sono noti come circuito elettrico atmosferico globale. I fulmini scaricano 30.000 ampere, a più di 100 milioni di volt, ed emettono luce, onde radio, raggi X e persino raggi γ [2]. Il plasma generato da un fulmine può arrivare a temperature di 28.000 K e la densità di elettroni può superare il valore di 1024/m3.

Maree atmosferiche[modifica | modifica sorgente]

Le maree atmosferiche di maggior importanza sono prevalentemente generate nella troposfera e nella stratosfera dove l'atmosfera è periodicamente scaldata in seguito all'assorbimento della radiazione solare da parte del vapore acqueo e dell'ozono. Le maree generate sono poi in grado di propagarsi da queste regioni e di salire fino alla mesosfera ed alla termosfera. Le maree atmosferiche possono essere misurate come fluttuazioni regolari nel vento, nella temperatura, nella densità e nella pressione. Nonostante le maree atmosferiche abbiano molto in comune con le maree oceaniche si distiguono da queste ultime per due caratteristiche chiave:

  • Le maree atmosferiche sono innanzitutto provocate dal riscaldamento dell'atmosfera da parte del sole, mentre quelle degli oceani sono prevalentemente provocate dal campo gravitazionale lunare. Ciò significa che la maggior parte delle maree atmosferiche hanno periodi di oscillazione legati alla durata di 24 ore del giorno solare, mentre quelle oceaniche hanno periodi più lunghi legati al giorno lunare (tempo tra due transiti lunari successivi) quantificabile in circa 24 ore e 51 minuti.
  • Le maree atmosferiche si propagano in un'atmosfera dove la densità varia in modo significativo con l'altitudine. Una conseguenza di ciò è che le loro ampiezze crescono esponenzialmente quando la marea sale in regioni progressivamente più rarefatte dell'atmosfera. Al contrario, la densità degli oceani varia solo leggermente in relazione alla profondità, e quindi le maree non variano necessariamente in ampiezza relativamente alla profondità.

Si noti che nonostante il calore solare sia responsabile della maggior ampiezza delle maree atmosferiche, i campi gravitazionali del Sole e della Luna provocano anch'essi maree atmosferiche. Come per gli oceani, le maree atmosferiche generate dal campo gravitazionale lunare sono molto più ampie di quelle generate dal campo solare (di fatti, le seconde possono essere considerate trascurabili).

A livello del suolo, le maree atmosferiche possono essere localizzate come oscillazioni lievi ma regolari della pressione superficiale con periodi di 24 e 12 ore. Tuttavia, a maggiori altitudini, le ampiezze delle maree diventano molto grandi. Nella mesosfera (altezza di ~ 50 - 100 km) le maree atmosferiche possono raggiungere velocità di 50 m/s e sono spesso la maggior causa di movimento dell'atmosfera.

Centri di ricerca[modifica | modifica sorgente]

In Italia, la ricerca è condotta dal ISAC-CNR. Nel Regno Unito, gli studi atmosferici sono sostenuti dal Meteorological Office. Divisioni statunitensi del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (famoso è il GFDL Geophysical Fluid Dynamics Laboratory del NOAA) coordinano i progetti di ricerca e l'elaborazione di modelli meteorologici e climatici sulla base della fisica atmosferica. Negli Stati Uniti si occupa a tutto campo di ricerca in scienze atmosferiche anche il NCAR (National Center of Atmospherich Research) mentre il National Astronomy and Ionosphere Center conduce anche studi sull'alta atmosfera.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Wheeling Jesuit University. Esplorando l'ambiente: la minaccia UV.
  2. ^ NASA. Emissione di raggi gamma per effetto dei fulmini.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]