Viviamo sul fondo di un oceano invisibile chiamato atmosfera, uno strato di gas che circonda il nostro pianeta. Azoto e ossigeno rappresentano il 99 per cento dei gas nell’aria secca, con argon, anidride carbonica, elio, neon e altri gas che costituiscono porzioni minute. Anche il vapore acqueo e la polvere fanno parte dell’atmosfera terrestre. Altri pianeti e lune hanno atmosfere molto diverse, e alcuni non hanno affatto atmosfere.,
L’atmosfera è così diffusa che la notiamo a malapena, eppure il suo peso è pari a uno strato d’acqua profondo più di 10 metri (34 piedi) che copre l’intero pianeta. Il fondo 30 chilometri (19 miglia) dell’atmosfera contiene circa il 98 per cento della sua massa. L’atmosfera-l’aria-è molto più sottile ad alta quota. Non c’è atmosfera nello spazio.
Gli scienziati dicono che molti dei gas nella nostra atmosfera sono stati espulsi in aria dai primi vulcani. A quel tempo, ci sarebbe stato poco o nessun ossigeno libero che circonda la Terra., L’ossigeno libero è costituito da molecole di ossigeno non attaccate ad un altro elemento, come il carbonio (per formare anidride carbonica) o l’idrogeno (per formare acqua).
L’ossigeno libero potrebbe essere stato aggiunto all’atmosfera da organismi primitivi, probabilmente batteri, durante la fotosintesi. La fotosintesi è il processo che una pianta o un altro autotropo utilizza per produrre cibo e ossigeno dall’anidride carbonica e dall’acqua. Più tardi, forme più complesse di vita vegetale hanno aggiunto più ossigeno all’atmosfera. L’ossigeno nell’atmosfera odierna probabilmente impiegò milioni di anni per accumularsi.,
L’atmosfera agisce come un gigantesco filtro, tenendo fuori la maggior parte delle radiazioni ultraviolette mentre lascia entrare i raggi di riscaldamento del sole. La radiazione ultravioletta è dannosa per gli esseri viventi ed è ciò che causa le scottature. Il calore solare, d’altra parte, è necessario per tutta la vita sulla Terra.
L’atmosfera terrestre ha una struttura stratificata. Dal suolo verso il cielo, gli strati sono la troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la termosfera e l’esosfera. Un altro strato, chiamato ionosfera, si estende dalla mesosfera all’esosfera. Oltre l’esosfera c’è lo spazio esterno., I confini tra gli strati atmosferici non sono chiaramente definiti e cambiano a seconda della latitudine e della stagione.
Troposfera
La troposfera è lo strato atmosferico più basso. In media, la troposfera si estende da terra a circa 10 chilometri (6 miglia) di altezza, che vanno da circa 6 chilometri (4 miglia) ai poli a più di 16 chilometri (10 miglia) all’Equatore. La parte superiore della troposfera è più alta in estate che in inverno.
Quasi tutto il tempo si sviluppa nella troposfera perché contiene quasi tutto il vapore acqueo dell’atmosfera., Le nuvole, dalla nebbia bassa ai tuoni ai cirri d’alta quota, si formano nella troposfera. Le masse d’aria, aree di sistemi ad alta pressione e bassa pressione, sono mosse dai venti nella troposfera. Questi sistemi meteorologici portano a cambiamenti meteorologici quotidiani, nonché a modelli meteorologici stagionali e sistemi climatici, come El Nino.
L’aria nella troposfera si assottiglia all’aumentare dell’altitudine. Ci sono meno molecole di ossigeno in cima al Monte Everest, Nepal, per esempio, che ci sono su una spiaggia alle Hawaii. Questo è il motivo per cui gli alpinisti usano spesso contenitori di ossigeno quando scalano alte vette., L’aria sottile è anche il motivo per cui gli elicotteri hanno difficoltà a manovrare ad alta quota. Infatti, un elicottero non è stato in grado di atterrare sul Monte Everest fino al 2005.
Quando l’aria nella troposfera si assottiglia, la temperatura diminuisce. Questo è il motivo per cui le cime delle montagne sono di solito molto più fredde delle valli sottostanti. Gli scienziati erano soliti pensare che la temperatura continuasse a scendere man mano che l’altitudine aumentava oltre la troposfera. Ma i dati raccolti con palloncini meteo e razzi hanno dimostrato che questo non è il caso. Nella stratosfera inferiore, la temperatura rimane quasi costante., All’aumentare dell’altitudine nella stratosfera, la temperatura aumenta effettivamente.
Il calore solare penetra facilmente nella troposfera. Questo strato assorbe anche il calore che viene riflesso dal terreno in un processo chiamato effetto serra. L’effetto serra è necessario per la vita sulla Terra. I gas serra più abbondanti dell’atmosfera sono anidride carbonica, vapore acqueo e metano.
In rapido movimento, venti ad alta quota chiamati flussi a getto turbinano intorno al pianeta vicino al limite superiore della troposfera. I flussi a getto sono estremamente importanti per l’industria aerea., Gli aerei risparmiano tempo e denaro volando in flussi a getto invece della troposfera inferiore, dove l’aria è più spessa.
Stratosfera
La troposfera tende a cambiare improvvisamente e violentemente, ma la stratosfera è calma. La stratosfera si estende dalla tropopausa, il limite superiore della troposfera, a circa 50 chilometri (32 miglia) sopra la superficie terrestre.
Forti venti orizzontali soffiano nella stratosfera, ma c’è poca turbolenza. Questo è l’ideale per gli aerei che possono volare in questa parte dell’atmosfera.
La stratosfera è molto secca e le nuvole sono rare., Quelli che si formano sono sottili e esili. Sono chiamati nuvole madreperlacee. A volte sono chiamati nuvole di madreperla perché i loro colori sembrano quelli all’interno di un guscio di mollusco.
La stratosfera è cruciale per la vita sulla Terra perché contiene piccole quantità di ozono, una forma di ossigeno che impedisce ai raggi UV dannosi di raggiungere la Terra. La regione all’interno della stratosfera in cui si trova questo sottile guscio di ozono è chiamata strato di ozono. Lo strato di ozono della stratosfera è irregolare e più sottile vicino ai poli. La quantità di ozono nell’atmosfera terrestre sta diminuendo costantemente., Gli scienziati hanno collegato l’uso di sostanze chimiche come i clorofluorocarburi (CFC) alla riduzione dell’ozono.
Mesosfera
La mesosfera si estende dalla stratopausa (il limite superiore della stratosfera) a circa 85 chilometri (53 miglia) sopra la superficie della Terra. Qui, le temperature iniziano di nuovo a scendere.
La mesosfera ha le temperature più fredde nell’atmosfera, immergendo a partire da -120 gradi Celsius (-184 gradi Fahrenheit, o 153 kelvin). La mesosfera ha anche le nuvole più alte dell’atmosfera. Con tempo sereno, a volte puoi vederli come ciuffi argentati subito dopo il tramonto., Sono chiamati nuvole nottilucenti o nuvole lucenti di notte. La mesosfera è così fredda che le nuvole nottilucenti sono in realtà nuvole di vapore acqueo ghiacciate.
Le stelle cadenti—l’ardente esaurimento di meteore, polvere e rocce provenienti dallo spazio—sono visibili nella mesosfera. La maggior parte delle stelle cadenti hanno le dimensioni di un granello di sabbia e bruciano prima di entrare nella stratosfera o troposfera. Tuttavia, alcune meteore hanno le dimensioni di ciottoli o persino massi., I loro strati esterni bruciano mentre corrono attraverso la mesosfera, ma sono abbastanza massicci da cadere attraverso la bassa atmosfera e schiantarsi sulla Terra come meteoriti.
La mesosfera è la parte meno compresa dell’atmosfera terrestre. È troppo alto per gli aerei o i palloni meteorologici per funzionare, ma troppo basso per i veicoli spaziali. I razzi sonda hanno fornito a meteorologi e astronomi i loro unici dati significativi su questa importante parte dell’atmosfera. I razzi sonda sono strumenti di ricerca senza equipaggio che raccolgono dati durante i voli sub-orbitali.,
Forse perché la mesosfera è così poco compreso, è sede di due misteri meteorologici: sprite ed elfi. Sprite sono rossastre, scariche elettriche verticali che appaiono in alto sopra thunderheads, nella stratosfera superiore e mesosfera. Gli elfi sono scariche fioche a forma di alone che appaiono ancora più alte nella mesosfera.
Ionosfera
La ionosfera si estende dalla metà superiore della mesosfera fino all’esosfera. Questo strato atmosferico conduce elettricità.
La ionosfera prende il nome dagli ioni creati da particelle energetiche provenienti dalla luce solare e dallo spazio esterno., Gli ioni sono atomi in cui il numero di elettroni non è uguale al numero di protoni, dando all’atomo una carica positiva (meno elettroni dei protoni) o negativa (più elettroni dei protoni). Gli ioni sono creati come potenti raggi X e raggi UV bussare elettroni off atomi.
La ionosfera—uno strato di elettroni liberi e ioni—riflette le onde radio. Guglielmo Marconi, il” Padre del Wireless”, contribuì a dimostrarlo nel 1901 quando inviò un segnale radio dalla Cornovaglia, in Inghilterra, a St. John’s, Terranova, in Canada., L’esperimento di Marconi dimostrò che i segnali radio non viaggiavano in linea retta, ma rimbalzavano su uno strato atmosferico: la ionosfera.
La ionosfera è suddivisa in strati distinti, chiamati strati D, E, F1 e F2. Come tutte le altre parti dell’atmosfera, questi strati variano con la stagione e la latitudine. I cambiamenti nella ionosfera avvengono effettivamente su base giornaliera. Lo strato D basso, che assorbe le onde radio ad alta frequenza, e lo strato E in realtà scompaiono di notte, il che significa che le onde radio possono raggiungere più in alto nella ionosfera., Ecco perché le stazioni radio AM possono estendere la loro portata di centinaia di chilometri ogni notte.
La ionosfera riflette anche le particelle del vento solare, il flusso di particelle altamente cariche espulse dal sole. Questi display elettrici creano aurore (light display) chiamate Luci del Nord e del Sud.
Termosfera
La termosfera è lo strato più spesso dell’atmosfera. Solo i gas più leggeri-principalmente ossigeno, elio e idrogeno—si trovano qui.,
La termosfera si estende dalla mesopausa (il limite superiore della mesosfera) a 690 chilometri (429 miglia) sopra la superficie della Terra. Qui, molecole di gas sottilmente sparse assorbono i raggi X e le radiazioni ultraviolette. Questo processo di assorbimento spinge le molecole nella termosfera a grandi velocità e alte temperature. Le temperature nella termosfera possono salire a 1.500 gradi Celsius (2.732 gradi Fahrenheit o 1.773 kelvin).
Anche se la temperatura è molto alta, non c’è molto calore. Com’e ‘ possibile?, Il calore viene creato quando le molecole si eccitano e trasferiscono energia da una molecola all’altra. Il calore avviene in un’area di alta pressione (si pensi all’acqua che bolle in una pentola). Poiché c’è pochissima pressione nella termosfera, c’è poco trasferimento di calore.
Il telescopio spaziale Hubble e la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) orbitano intorno alla Terra nella termosfera. Anche se la termosfera è il secondo strato più alto dell “atmosfera terrestre, satelliti che operano qui sono in” orbita bassa Terra.,”
Esosfera
L’area fluttuante tra la termosfera e l’esosfera è chiamata turbopausa. Il livello più basso dell’esosfera è chiamato exobase. Al limite superiore dell’esosfera, la ionosfera si fonde con lo spazio interplanetario, o lo spazio tra i pianeti.
L’esosfera si espande e si contrae quando entra in contatto con le tempeste solari. Nelle tempeste solari le particelle vengono lanciate nello spazio da eventi esplosivi sul sole, come i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale (CME).,
Tempeste solari possono spremere l’esosfera a soli 1.000 chilometri (620 miglia) sopra la Terra. Quando il sole è calmo, l’esosfera può estendersi per 10.000 chilometri (6.214 miglia).
L’idrogeno, l’elemento più leggero dell’universo, domina la sottile atmosfera dell’esosfera. Sono presenti solo tracce di elio, anidride carbonica, ossigeno e altri gas.
Molti satelliti meteorologici orbitano intorno alla Terra nell’esosfera. La parte inferiore dell’esosfera include l’orbita terrestre bassa, mentre l’orbita terrestre media è più alta nell’atmosfera.,
Il limite superiore dell’esosfera è visibile nelle immagini satellitari della Terra. Chiamata geocorona, è l’illuminazione blu sfocato che circonda la Terra.
Atmosfere extraterrestri
Tutti i pianeti del nostro sistema solare hanno atmosfere. La maggior parte di queste atmosfere sono radicalmente diverse da quelle della Terra, sebbene contengano molti degli stessi elementi.
Il sistema solare ha due tipi principali di pianeti: pianeti terrestri (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e giganti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno).,
Le atmosfere dei pianeti terrestri sono in qualche modo simili a quelle della Terra. L’atmosfera di Mercurio contiene solo una sottile esosfera dominata da idrogeno, elio e ossigeno. L’atmosfera di Venere è molto più spessa di quella terrestre, impedendo una visione chiara del pianeta. La sua atmosfera è dominata dall’anidride carbonica e presenta nuvole vorticose di acido solforico. L’atmosfera su Marte è anche dominata dall’anidride carbonica, anche se a differenza di Venere, è piuttosto sottile.
I giganti gassosi sono composti da gas. Le loro atmosfere sono quasi interamente idrogeno ed elio., La presenza di metano nelle atmosfere di Urano e Nettuno conferisce ai pianeti il loro colore blu brillante.
Nelle atmosfere inferiori di Giove e Saturno, nuvole di acqua, ammoniaca e idrogeno solforato formano bande chiare. I venti veloci separano le bande di colore chiaro, chiamate zone, dalle bande di colore scuro, chiamate cinture. Altri fenomeni meteorologici, come cicloni e fulmini, creano modelli nelle zone e nelle cinture. La grande macchia rossa di Giove è un ciclone secolare che è la più grande tempesta del sistema solare.
Le lune di alcuni pianeti hanno le loro atmosfere., La più grande luna di Saturno, Titano, ha una spessa atmosfera fatta principalmente di azoto e metano. Il modo in cui la luce solare rompe il metano nella ionosfera di Titano aiuta a dare alla luna un colore arancione.
La maggior parte dei corpi celesti, compresi tutti gli asteroidi nella fascia degli asteroidi e la nostra luna, non hanno atmosfere. La mancanza di un’atmosfera sulla Luna significa che non sperimenta il tempo. Senza vento o acqua per eroderli, molti crateri sulla Luna sono stati lì per centinaia e persino migliaia di anni.,
Il modo in cui l’atmosfera di un corpo celeste è strutturata e di cosa è fatta permettono agli astrobiologi di speculare sul tipo di vita che il pianeta o la luna possono essere in grado di sostenere. Le atmosfere, quindi, sono indicatori importanti nell’esplorazione dello spazio.
L’atmosfera di un pianeta o di una luna deve contenere sostanze chimiche specifiche per sostenere la vita come la conosciamo. Queste sostanze chimiche includono idrogeno, ossigeno, azoto e carbonio. Anche se Venere, Marte e Titano hanno gas atmosferici simili, non c’è nessun posto nel sistema solare oltre alla Terra con un’atmosfera in grado di sostenere la vita., L’atmosfera di Venere è troppo spessa, Marte troppo sottile e Titano troppo freddo.