Nel biennio del liceo artistico le scienze naturali hanno circa 2 ore a settimana, e quasi tutto il tempo che resta lo prendono le consegne di indirizzo: tavole, disegno, laboratorio. Atmosfera e idrosfera si fanno tra ottobre e novembre, e la verifica cade tra quattro e sette settimane da oggi. Con così poche ore il professore va veloce, e la verifica chiede in genere definizioni, un paio di numeri da ricordare e qualche conversione. Qui trovi i concetti nell’ordine in cui li chiedono, con i dati essenziali e due mini-esercizi svolti.
L’atmosfera: di cosa è fatta
L’atmosfera è lo strato di gas che circonda la Terra, tenuto attorno al pianeta dalla gravità. L’aria secca è composta da:
| Gas | Percentuale in volume |
|---|---|
| Azoto () | circa 78% |
| Ossigeno () | circa 21% |
| Argon e altri gas | circa 1% |
| Anidride carbonica () | circa 0,04% |
Azoto e ossigeno fanno quindi il 99% dell’aria. L’anidride carbonica è pochissima, ma conta moltissimo per il clima, come vedremo. Il vapore acqueo non compare in tabella perché varia da luogo a luogo e da momento a momento: ti basta sapere che c’è, in quantità piccola ma variabile, ed è lui a dare nuvole e pioggia.
Gli strati dell’atmosfera
Si distinguono in base all’andamento della temperatura. Dal basso verso l’alto:
- Troposfera. È lo strato dove viviamo e dove avvengono i fenomeni meteorologici. Arriva a circa 8-16 km, più bassa ai poli, più alta all’equatore. La temperatura diminuisce salendo, in media di circa 6,5 °C ogni chilometro. Qui sta quasi tutto il vapore acqueo.
- Stratosfera. Fino a circa 50 km. Contiene lo strato di ozono, che assorbe gran parte dei raggi ultravioletti del Sole: per questo la temperatura qui sale con la quota.
- Mesosfera. Fino a circa 80-85 km: la temperatura torna a scendere ed è il punto più freddo dell’atmosfera.
- Termosfera. Oltre la mesosfera, con aria rarefattissima e temperature molto alte. Qui si formano le aurore.
- Esosfera. Lo strato più esterno, che sfuma gradualmente nello spazio. Il passaggio non ha un confine netto.
Per ricordare l’ordine, una regola semplice: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera, sempre dal suolo verso lo spazio. Se in verifica ti chiedono “in quale strato avviene il meteo”, la risposta è la troposfera.
La pressione atmosferica
L’aria ha un peso, e il peso della colonna d’aria sopra di noi preme su ogni superficie. Questa è la pressione atmosferica. A livello del mare il valore medio è:
L’ettopascal è cento pascal: . Salendo di quota la pressione diminuisce, perché sopra di te c’è meno aria; e diminuisce in fretta: a 5-6 km è già circa la metà di quella al suolo. Per questo in montagna si respira peggio: l’aria contiene la stessa percentuale di ossigeno, ma ne arriva meno a ogni respiro.
Per passare da un’unità all’altra servono la tabella e un po’ di attenzione al verso della conversione. Se hai bisogno di rinfrescare le equivalenze e la notazione scientifica, trovi il metodo in conversioni di unità di misura e notazione scientifica.
| Per convertire | Operazione |
|---|---|
| hPa in atm | dividi per 1013 |
| atm in hPa | moltiplica per 1013 |
| hPa in Pa | moltiplica per 100 |
| mmHg in hPa | moltiplica per 1,333 |
Esercizio 1. La mappa meteo dice 980 hPa. Quanti atm sono? E quanti pascal?
Controllo: 980 è un po’ meno di 1013, quindi il risultato in atm deve essere appena sotto 1. Lo è. Una pressione così bassa è tipica di una perturbazione.
Esercizio 2. Un barometro segna 1,05 atm. Quanti hPa sono?
Controllo: il valore è sopra 1013, quindi siamo in una zona di alta pressione, tempo in genere stabile. Se avessi diviso invece di moltiplicare, avresti trovato un numero minuscolo, che il controllo “sopra o sotto la media” segnala subito come sbagliato.
Come nascono i venti
Il vento è aria in movimento, e il motore è la differenza di pressione: l’aria si sposta dalle zone di alta pressione verso quelle di bassa pressione, come l’acqua che scende da un livello più alto a uno più basso. Più è grande la differenza fra due zone vicine, più il vento è forte.
Ma perché la pressione cambia da un posto all’altro? Per il riscaldamento ineguale della superficie. Dove il suolo si scalda, l’aria sopra si scalda, diventa meno densa e sale: al suolo resta una zona di bassa pressione, un ciclone (o depressione), spesso associato a nuvole e pioggia. Dove l’aria si raffredda, diventa più densa e scende: al suolo si crea una zona di alta pressione, un anticiclone, di solito con cielo sereno.
Un esempio che puoi vedere al mare è la brezza. Di giorno la sabbia si scalda più dell’acqua, l’aria sopra la terra sale e la pressione scende lì; l’aria più fresca del mare si sposta verso terra e senti la brezza dal mare. Di notte succede il contrario, perché la terra si raffredda più in fretta.
Su scala planetaria, la rotazione della Terra devia i venti: nell’emisfero boreale verso destra, in quello australe verso sinistra (forza di Coriolis). Se ti serve ripassare il perché dei moti terrestri, il post su moti della Terra e stagioni spiega rotazione e rivoluzione.
L’effetto serra
Il Sole riscalda la superficie della Terra, che a sua volta restituisce calore verso lo spazio. Alcuni gas dell’atmosfera, i gas serra (vapore acqueo, anidride carbonica, metano), trattengono parte di questo calore. Questo è l’effetto serra naturale, ed è una cosa buona: senza di esso la temperatura media del pianeta sarebbe circa −18 °C invece dei circa 15 °C attuali, e l’acqua sarebbe in gran parte ghiacciata.
Il problema è l’aumento dell’effetto serra. Bruciando carbone, petrolio e gas, e con la deforestazione, le attività umane hanno immesso molta anidride carbonica in più: da circa 280 parti per milione prima della rivoluzione industriale a oltre 420 oggi. Più gas serra significa più calore trattenuto e quindi un riscaldamento globale. In una domanda aperta la distinzione da scrivere è questa: l’effetto serra naturale rende la Terra abitabile, l’aumento dovuto alle attività umane altera il clima.
L’idrosfera e il ciclo dell’acqua
L’idrosfera è l’insieme di tutta l’acqua del pianeta: oceani, mari, laghi, fiumi, ghiacciai, acque sotterranee e vapore atmosferico. Gli oceani coprono circa il 71% della superficie terrestre e contengono circa il 97% dell’acqua. Il resto è acqua dolce, e della piccola parte dolce la gran parte è ferma sotto forma di ghiaccio, in ghiacciai e calotte polari.
Il ciclo dell’acqua è il movimento continuo dell’acqua fra queste riserve, alimentato dall’energia del Sole. Le fasi, nell’ordine:
- Evaporazione: l’acqua di mari, laghi e fiumi, scaldata dal Sole, passa allo stato di vapore. Anche le piante ne rilasciano, con la traspirazione.
- Condensazione: salendo, il vapore si raffredda e diventa goccioline: nascono le nuvole.
- Precipitazioni: pioggia, neve o grandine riportano l’acqua al suolo.
- Ruscellamento e infiltrazione: una parte scorre in superficie verso fiumi e mari, un’altra penetra nel terreno e alimenta le falde.
Poi si ricomincia: non si crea e non si distrugge acqua, si sposta.
Acque marine e continentali
Le acque marine sono salate: la salinità è la quantità di sali disciolti, in media circa 35‰, cioè 35 grammi di sali in ogni chilogrammo di acqua. Varia da mare a mare: è un po’ più alta nel Mediterraneo (circa 38‰) perché l’evaporazione è forte.
Esercizio 3. Quanto sale si ottiene facendo evaporare completamente 2 kg di acqua di mare con salinità 35‰?
Il 35‰ vuol dire 35 g per ogni 1000 g. Per 2000 g:
Con 500 g di acqua, un quarto di 2000 g, ne avresti un quarto di 70 g: 17,5 g. Il simbolo ‰ si legge “per mille”, non “per cento”: confonderli porta a un risultato dieci volte sbagliato, e se hai dubbi su percentuali e proporzioni ripassa proporzioni e percentuali in prima.
Le acque continentali sono quelle dolci della terraferma: fiumi, laghi, ghiacciai e acque sotterranee. I fiumi nascono da sorgenti, ghiacciai o piogge e arrivano al mare; i laghi sono bacini che raccolgono l’acqua; le falde acquifere sono acqua accumulata nel sottosuolo, e le sorgenti sono dove una falda affiora.
Come prepararsi alla verifica
Per studiare con efficienza conviene fare uno schema da disegnare a mano, cosa che ai ragazzi dell’artistico riesce bene: gli strati dell’atmosfera in colonna con temperatura e fenomeni, e il ciclo dell’acqua come un anello con le frecce. Poi rifai le conversioni senza guardare. Se il programma comprende anche il suolo e i terremoti, ti serve il post su tettonica a placche, margini, vulcani e terremoti, e per il quadro della disciplina c’è la pagina scienze. Se invece la matematica del biennio ti fa inciampare nei calcoli di questi esercizi, guarda numeri, frazioni e potenze in prima.
Quando senti di aver capito, prova la simulazione gratuita: ti dice subito cosa ricordi e cosa no. Se vuoi lavorarci con me, scrivimi dai contatti: la prima chiacchierata è gratuita e, se serve, si può partire da una lezione di prova.
