Troposfera: lo strato più basso dell'atmosfera

Lo strato più basso di atmosfera in cui operano gli organismi viventi è chiamato troposfera. È la regione dei forti movimenti aerei e delle formazioni nuvolose. Era una miscela di diversi gas che rimaneva abbastanza in abbondanza. Tuttavia, il vapore acqueo e la polvere si sono verificati nella troposfera in concentrazioni estremamente variabili.

L'aria nella troposfera, l'aria che respiriamo, è costituita da un volume di circa il 78% di azoto (N ₂ ), il 21% di ossigeno (O ₂ ), l'1% di argon (Ar) e lo 0, 03% di biossido di carbonio (CO ₂ ). Sono presenti anche tracce di altri gas, la maggior parte dei quali sono inerti. I dettagli di tutti questi gas sono riportati nella tabella 1.2.

Tabella 1.2. Dettagli di diversi gas nell'atmosfera del mondo:

Lo strato di maggiore interesse per il controllo dell'inquinamento è questo strato di troposfera, poiché questo è lo strato in cui la maggior parte degli esseri viventi esiste. Uno dei cambiamenti più recenti nella troposfera riguarda il fenomeno delle piogge acide. La pioggia acida o la deposizione acida si verificano quando le emissioni gassose di ossidi di zolfo (SO _x ) e ossidi di azoto (NO _x ) interagiscono con il vapore acqueo e la luce solare e sono chimicamente convertite in composti acidi forti come acido solforico (H ₂ SO ₄ ) e acido nitrico (HNO ₃ ).

Questi composti insieme ad altri prodotti chimici organici e inorganici, sono depositati sulla terra come aerosol e particolati (depositi secchi) o trasportati sulla terra da gocce di pioggia, fiocchi di neve, nebbia o rugiada (deposizione umida).

Stratosfera:

La stratosfera è la massa d'aria che si estende dal livello più alto della troposfera al livello più alto della stratosfera, a circa 50 km al di sopra della superficie della terra. L'ozono presente forma uno strato di ozono chiamato ozonosfera. È formato dall'ossigeno attraverso una reazione fotochimica in cui la molecola di ossigeno si divide per formare ossigeno.

O ₂ + (h = radiazione) = 2O

L'ossigeno atomico si combina con l'ossigeno molecolare e l'ozono si forma.

O ₃ + O = O ₃

Forma un ombrello chiamato ombrello dell'ozono che assorbe la radiazione ultravioletta dal sole. Inoltre, funge da coperta per ridurre il tasso di raffreddamento della terra. Pertanto, un equilibrio tra ozono e il resto dell'aria è un fattore significativo dell'ambiente.

mesosfera:

Al di sopra della stratosfera si trova la mesosfera in cui vi è una temperatura fredda e una bassa pressione atmosferica. La temperatura scende fino ad un minimo di -95 ° C a 80-90 km al di sopra della superficie terrestre. La zona è chiamata menopausa.

termosfera:

Sopra la mesosfera si trova la termosfera che si estende fino a 500 km al di sopra della superficie terrestre. È caratterizzato da un aumento della temperatura dalla mesosfera. La zona superiore alla termosfera in cui si verifica la ionizzazione delle molecole di ossigeno si chiama ionosfera.

exosphere:

L'atmosfera al di sopra della ionosfera è chiamata esosfera dello spazio esterno che prende l'atmosfera tranne quella dell'idrogeno e dell'elio e si estende fino a 32190 km dalla superficie della terra. Ha una temperatura molto elevata a causa delle radiazioni del sole.

Proprietà elementali dell'atmosfera:

I problemi di inquinamento derivano dalla confluenza di contaminanti atmosferici, condizioni meteorologiche avverse e, a volte, determinate condizioni topografiche. A causa della stretta relazione esistente tra l'inquinamento atmosferico e alcune condizioni atmosferiche, è necessario avere una certa comprensione della meteorologia.

La fonte di tutti i fenomeni meteorologici è un ordinamento base, ma variabile delle proprietà elementali dell'atmosfera - calore, pressione, vento e umidità. Tutto il tempo compreso il sistema di pressione, la velocità e la direzione del vento, l'umidità, la temperatura e le precipitazioni derivano in ultima analisi dalla relazione variabile tra calore, pressione, vento e umidità.

L'interazione di questi quattro elementi può essere osservata su diversi livelli di scala. Queste scale di movimento sono legate al movimento di massa dell'aria che può essere globale, continentale, regionale o locale. In base alla loro gamma geografica di influenza, la scala del movimento può essere designata come macro scala, mesoscala o micro scala.

Scala macro:

Il movimento atmosferico su questa scala coinvolge i modelli planetari di circolazione, la grande diffusione delle correnti d'aria sull'emisfero. Questi fenomeni si verificano su scale di migliaia di chilometri e sono esemplificati dalle aree semipermanenti di alta e bassa pressione su oceani e continenti.

Il movimento dell'aria sulla scala globale non è semplicemente nella direzione longitudinale dall'equatore ai poli o viceversa perché il doppio effetto del differenziale termico tra i poli e l'equatore e della rotazione della terra lungo i suoi assi stabilisce un modello più complicato di circolazione dell'aria . È sotto questa doppia influenza della conversione termica e della forza di coroli (effetto della rotazione terrestre sulla velocità e direzione del vento) che si formano aree di alta e bassa pressione, fronti freddi o caldi, uragani e tempeste invernali.

Uno degli elementi primari che influenzano il movimento di massa aerea su questa scala è la distribuzione di terra e di masse d'acqua sulle superfici della terra. La grande differenza tra le capacità conduttive delle masse terrestri e oceaniche spiega lo sviluppo di molti dei nostri sistemi meteorologici.

Mesoscale:

Lo schema di circolazione si sviluppa su unità geografiche regionali, principalmente a causa dell'influenza della topografia regionale o locale. Questi fenomeni si verificano su scale di centinaia di chilometri. Movimento dell'aria delle superfici terrestri - la posizione delle catene montuose, dei corpi oceanici, della forestazione e dello sviluppo urbano.

microscala:

Il fenomeno della microscala si verifica su aree di meno di 10 chilometri. Si verifica all'interno dello strato di attrito, lo strato di atmosfera al livello del suolo, dove gli effetti dello stress di attrito e dei cambiamenti termici possono causare deviazioni del vento da un modello standard.

Lo stress da attrito incontrato quando l'aria si muove sopra e attorno a caratteristiche fisiche irregolari come edifici, alberi, cespugli o rocce provoca turbolenze meccaniche che influenzano il modello del movimento dell'aria. Il calore radiante proveniente da tratti di asfalto urbano e cemento, sabbie del deserto o altre superfici simili provoca turbolenze termiche che influenzano anche i modelli di movimento dell'aria.

Nella maggior parte dei casi, i modelli di circolazione in macroscala hanno una scarsa influenza diretta sulla qualità dell'aria. È il movimento dell'aria su livelli di mesoscala e micro scala che è di vitale importanza per i responsabili del controllo dell'inquinamento atmosferico.

Calore:

Il calore è una variabile di atmosfera critica. È un importante catalizzatore di condizioni climatiche. L'energia termica nell'atmosfera proviene dal Sole come radiazione a onde corte (circa 0, 5 μm), principalmente sotto forma di luce visibile. La terra emette onde molto più lunghe (media di 10 μm) di quelle che riceve, per lo più sotto forma di radiazione di calore non visibile.

Alcuni raggi del sole sono disseminati da molecole d'aria che intervengono. È questa dispersione di raggi di diverse lunghezze d'onda che conferisce al cielo limpido il suo profondo colore blu. La dispersione è più intensa quando il Sole si muove vicino all'orizzonte ed è questo fenomeno che produce il sorgere del sole rosso e i tramonti.

La superficie terrestre è il primo assorbitore di energia solare. Quindi la troposfera è riscaldata principalmente dal suolo e non dal sole.

Quattro importanti modi in cui il trasferimento di calore si verifica nella troposfera sono attraverso l'effetto serra, il ciclo di condensazione - evaporazione, conduzione e convezione.

Ciclo di condensazione-evaporazione:

L'evaporazione dell'acqua richiede l'uso di energia e questa energia viene assorbita dall'atmosfera e immagazzinata nel vapore acqueo. Dopo la condensazione, questa energia termica viene rilasciata. Poiché l'evaporazione di solito avviene sulla o vicino alla superficie terrestre, mentre la condensazione si verifica normalmente nelle regioni superiori della troposfera, il processo di evaporazione - condensazione tende a spostare il calore dalle regioni inferiori a quelle più alte.

Conduzione:

Il trasferimento di calore dalla terra all'atmosfera si realizza anche attraverso il processo di conduzione, trasferimento di calore tramite contatto fisico diretto di aria e terra. Quando l'aria si muove verso il basso, entra in contatto con il terreno più caldo e porta il calore dalla terra nell'atmosfera.

Convezione:

È un processo iniziato dall'innalzamento di aria calda e dall'aspirazione di aria fredda ed è una forza importante nel trasferimento di calore dalla terra alla troposfera. La convezione è un fattore primario nel movimento delle masse d'aria sulla macroscala.

Pressione:

La pressione è una variabile importante nel fenomeno meteorologico. Poiché l'aria ha un peso, tutta l'atmosfera si abbassa sulla terra sottostante. Questa pressione è comunemente misurata con un barometro a mercurio. Sulle mappe meteorologiche, la distribuzione della pressione in tutta l'atmosfera è rappresentata da isobare-linee che collegano punti di uguale pressione atmosferica. Queste linee delineano le celle ad alta e bassa pressione che influenzano lo sviluppo dei principali sistemi meteorologici.

I modelli di pressione sulla terra sono in costante flusso mentre la pressione dell'aria sale nelle stesse regioni e cade in altre. La posizione dei continenti, le differenze di rugosità superficiale e radiazione, l'energia eolica e gli schemi di circolazione globale si combinano tutti per forzare lo sviluppo di sistemi o celle ad alta e bassa pressione. La circolazione o il movimento di questi sistemi ad alta e bassa pressione è responsabile di molti cambiamenti climatici.

Vento:

Il vento è semplicemente aria in movimento. Nella scala macro il movimento ha origine nella distribuzione ineguale della temperatura e della pressione atmosferica sulla superficie terrestre ed è influenzato in modo significativo dalla rotazione terrestre. La direzione del flusso del vento è da alta a bassa, ma la forza di Coriolis (cioè effetto della rotazione terrestre sulla velocità e direzione del vento), tende a deflettere le correnti d'aria da questi modelli previsti.

Sulla mesoscala e sulla micro scala, le caratteristiche topografiche influenzano in modo critico il flusso del vento. Le variazioni di superficie hanno un effetto evidente sulla velocità e direzione del movimento dell'aria. Inoltre, le brezze marine e terrestri, i venti delle valli montane, le nebbie costiere, i sistemi di precipitazione al vento, le isole termiche urbane sono tutti esempi dell'influenza della topografia regionale e locale sulle condizioni atmosferiche.

La varianza della capacità conduttiva di terra e acqua spiega un altro effetto della topografia sulla direzione del vento. Poiché la terra si riscalda e si raffredda più rapidamente dei vicini corpi d'acqua, i venti costieri cadono in un modello di brezza marina diurna e di brezza terrestre serale.

La velocità del vento viene solitamente misurata da un anemometro, uno strumento tipicamente costituito da tre o quattro calotte emisferiche disposte attorno ad un asse verticale. Più veloce è il tasso di rotazione per i cappucci, maggiore è la velocità del vento.

Umidità:

L'evaporazione della condensa alle precipitazioni è un ciclo costantemente ripetuto nel nostro ambiente. L'umidità viene prima trasferita dalle superfici terrestri all'atmosfera. Il vapore acqueo si condensa e forma nuvole.

Il ciclo si completa quando il vapore condensato viene restituito alla superficie terrestre sotto forma di precipitazioni, pioggia, grandine, neve o nevischio. La topografia svolge un ruolo importante nella distribuzione dell'umidità. Le montagne tendono a forzare l'innalzamento di aria carica di umidità, con conseguente precipitazione più pesante sul lato sopravvento di un intervallo.

Umidità relativa:

La quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera è misurata in termini di umidità. Maggiore è la temperatura dell'aria, maggiore è il vapore acqueo che può contenere prima che si saturi. A livello del suolo, un aumento di temperatura di 11, 1 ° C raddoppia approssimativamente la capacità di umidità dell'atmosfera.

L'umidità relativa viene misurata da uno strumento chiamato psicrometro. Il termometro a bulbo secco di uno psicrometro indica la temperatura dell'aria, mentre il termometro a bulbo umido misura la quantità di raffreddamento che si verifica quando l'umidità sul bulbo evapora. Con la differenza delle due letture e della temperatura del bulbo secco si possono ottenere letture di umidità relativa dalle tabelle dello psicrometro.