ATMOSFERA TERRESTRE ED EFFETTO SERRA

1 luglio 2022
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Possiamo definire l’atmosfera terrestre come un insieme di involucri gassosi che riveste il pianeta Terra.

È composta per il 78% da azoto, per il 21% da ossigeno e il restante 1% si divide tra argon, anidride carbonica e tracce di altri elementi.

Può essere suddivisa in più strati di diverso spessore:

  1. La troposfera – È lo strato più basso dell’atmosfera terrestre quello in cui siamo immersi, dove i vari gas hanno la più alta concentrazione. Il suo spessore è di circa 10-15 km a partire dalla crosta terrestre. La troposfera viene riscaldata dal calore proveniente dalla superficie della Terra e la sua temperatura diminuisce salendo verso l’alto. Nella troposfera avvengono i fenomeni atmosferici come il vento, la formazione delle nuvole, le precipitazioni.

 

  1. La stratosfera – In questo strato, che si estende dal limite con la troposfera (che viene definito “tropopausa”) fino a circa 50 km di altezza, i gas sono molto più rarefatti rispetto a quelli della troposfera. La temperatura aumenta sempre con l’altezza, per la presenza, intorno ai 40 km, di uno strato di ozono (O3) che ha delle caratteristiche peculiari che andremo ad illustrare più avanti.

 

  1. La mesosfera – In questo strato, che si estende dal limite con la stratosfera (che viene definito “stratopausa”) fino a 80 Km di quota, la temperatura riprende a diminuire con l’aumentare dell’altezza.  Una caratteristica peculiare della mesosfera, oltre all’estrema rarefazione degli elementi, è che in questo strato hanno origine le “stelle cadenti”, cioè i piccoli frammenti meteorici che bruciano prima di raggiungere la Terra, lasciando scie luminose.

 

  1. La termosfera – In questo strato, che si estende dal limite con la mesosfera (che viene definito “mesopausa”) fino a oltre 500 Km, è presente una zona, detta “ionosfera”, caratterizzata dalla presenza di particelle cariche, che si formano per la scissione degli elementi gassosi da parte dei raggi cosmici provenienti dalle altre stelle e dal Sole. Il fenomeno può essere osservato molto bene dalla terra, soprattutto nelle zone polari, attraverso i famosi fenomeni delle Aurore Boreali (nell’emisfero Boreale, quindi a nord dell’equatore) e delle Aurore Australi (nell’emisfero australe, quindi a sud dell’equatore).

 

  1. L’esosfera – Rappresenta lo strato più esterno dell’atmosfera e si estende dal limite con la termosfera (che viene definito “termopausa”) non avendo un vero limite superiore, in quanto sfuma progressivamente verso lo spazio interplanetario. I pochi elementi gassosi sono molecole leggere come idrogeno e elio presenti in percentuali estremamente basse.

 

Fig. 1 Schema di sintesi relativo alla stratificazione dell’atmosfera terrestre

 

EFFETTO SERRA

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Abbiamo sentito parlare centinaia di volte di Effetto Serra, in questo breve articolo cercheremo di comprendere le caratteristiche e l’importanza di questo fenomeno e, soprattutto, come incide sul clima terrestre.

Iniziamo a specificare che, oltre ai costituenti principali dell’atmosfera terrestre dei quali abbiamo parlato nel paragrafo precedente (ossigeno e azoto), l’atmosfera contiene anche i cosiddetti Gas Serra, ovvero l’anidride carbonica (CO2), il metano (CH4) e il protossido di azoto (N2O).

 

Questi gas possiedono la proprietà fisica di assorbire le radiazioni termiche a onda lunga rilasciate dalla superficie terrestre e di emetterle nuovamente. Parte di queste radiazioni viene riflessa sulla superficie terrestre provocando un aumento della temperatura e una riduzione del raffreddamento attraverso la radiazione di calore.

L’effetto serra naturale rende possibile la vita sulla terra, così come questa si è sviluppata finora.

Senza Gas Serra la temperatura media sulla terra sarebbe di circa -18° C e la vita su di essa si sarebbe sviluppata in modo diverso.

Il problema, come spesso accade, è l’azione dell’uomo, meglio nota come “antropizzazione”; difatti, l’emissione di gas serra da parte dell’uomo, amplifica l’effetto serra naturale.

In particolare, l’equilibrio naturale tra radiazione incidente e radiazione riflessa è alterato dai gas serra prodotti dall’uomo. Dall’inizio dell’industrializzazione le emissioni dei gas che influenzano il clima, come l’anidride carbonica (CO2), il metano (NH4) e il protossido di azoto (N2O), stanno aumentando sensibilmente. Al giorno d’oggi si registra circa il 40% di CO2 in più rispetto all’inizio dell’era industriale. Pertanto la superficie terrestre dall’inizio del 1900 si è riscaldata a livello globale di oltre 1 °C.

 

BUCO DELL’OZONO

L’ozono è una molecola composta da tre atomi di ossigeno (O3) e si trova naturalmente in tracce nell’alta atmosfera (la stratosfera). In particolare, la porzione di stratosfera in questione prende il nome di “ozonosfera” ed è appunto uno strato dell’atmosfera che protegge il nostro pianeta dai raggi solari nocivi.

Iniziamo a chiarire che il “buco” dell’ozono concretamente non è una fessura, è più corretto immaginarlo come un assottigliamento, ovvero una riduzione dello spessore dell’ozonosfera. Questo processo sta avvenendo in maniera sempre più accentuata e la responsabilità di questo processo che possiamo definire distruttivo per il nostro pianeta ce l’ha principalmente l’uomo!

L’attività antropica è difatti la principale causa dell’immissione in atmosfera di grandi quantità di sostanze ricche in elementi alogeni quali cloro, bromo e fluoro, cioè sostanze definite “ozono-distruttive”, i cui rappresentanti sono i famigerati clorofluorocarburi (CFC) e bromofluorocarburi (BFC).

Sono sostanze gassose a base di cloro, fluoro e carbonio, utilizzate nella produzione di schiumogeni, refrigeranti, bombolette spray e polistirolo espanso. Se sottoposti all’azione dalla luce solare possono liberare cloro, che reagisce con l’ozono, spezzandone i legami e diminuendone la concentrazione nell’ozonosfera.

 

Dott. Geol. Matteo Montesani

La forma della Terra

19 aprile 2020
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Introduzione

L’argomento di questo articolo è la Geodesia, ovvero lo studio e la rappresentazione della Terra.

È davvero difficile accettare che in una realtà tecnologicamente avanzata come quella dei giorni nostri esistano i terrapiattisti, gente che associa la forma del nostro pianeta a una pizza gigante.

Secondo Gianluca Ranzini, astrofisico e giornalista della rivista Focus, il terrapiattismo moderno deve le sue origini a un controverso personaggio dell’Inghilterra del XIX secolo di nome Samuel Birley Rowbotham, che provava con i suoi esperimenti a dimostrare che la Terra è piatta.

La Flat Earth Society, società della terra piatta, conta qualche migliaio di iscritti nel globo (come loro stessi affermano, senza cogliere l’ironia di tale affermazione).

La democrazia e il progresso tecnologico sono state sicuramente due grandi conquiste dell’umanità; nonostante ciò, ogni medaglia ha due facce e la faccia oscura di questa medaglia è correlata al fatto che le suddette conquiste hanno consentito di portare a tutti quanti (proprio a tutti) le proprie idee a una platea mondiale.

In questo scenario è facilitata fortemente la condivisione di fake news e la diffusione a macchia d’olio di teorie prive di alcuna validità scientifica come per l’appunto il terrapiattismo; quest’ultimo, ahimè, è stato anche valorizzato e portato avanti da personaggi famosi e influenti e di riflesso anche da molti dei loro fan.

Davanti a una persona che sostiene il terrapiattismo si potrebbe anche sorridere e far finta di nulla; tuttavia, è comunque utile dissipare ogni dubbio che possa sorgere a riguardo.

Alla luce di questo, l’obiettivo dell’intervento di oggi sarà quello di dare alcune indicazioni scientificamente riconosciute e approvate sulla forma della Terra aiutandoci con alcuni esempi[1].

Per la stesura del presente articolo, dal momento che concerne un campo tanto ostico quanto importante, ho richiesto la collaborazione del Dr. Innocenzo De Marco, fisico e dottorando presso l’Università di Leeds e ricercatore presso Toshiba Europe Ltd, il quale ha collaborato con me nella stesura dell’intervento.

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[1] Al fine di rendere l’articolo accessibile e comprensibile a tutti, verranno schematizzati i risultati delle dimostrazioni scientifiche alle quali si è arrivati nel corso dei secoli, senza riportare i complessi calcoli matematici che hanno condotto alle dimostrazioni di cui sopra.

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La forma della Terra

L’idea che la Terra sia piatta è ragionevole, a prima vista: le enormi dimensioni del pianeta rendono la curvatura praticamente invisibile all’occhio umano. Una fotocamera con zoom sufficientemente potente può scattare una foto a un pallone da basket abbastanza ravvicinata da farne sembrare piatta la superficie.

Che la Chiesa e la società nel Medioevo credessero alla Terra piatta è un falso storico: già nell’antica Grecia, la concezione della Terra piatta era stata abbandonata.

Platone e Aristotele scrivevano che la forma della Terra deve essere sferica, per rimuovere l’assunzione che ci sia qualcosa a sostenerla nello spazio.

Altre osservazioni sono utili a mostrare che la Terra non è piatta: l’esempio più classico è una nave che si avvicina dall’orizzonte.

Se la Terra fosse piatta, la nave comparirebbe come un puntino che si ingrandisce man mano che si avvicina.

Quello che invece succede è che sono gli alberi e le vele della nave ad essere avvistati per primi, in quanto più alti e quindi in grado di “superare” la curvatura terrestre prima del resto della nave.

 

 

Una nave che scompare all’orizzonte in una Terra sferica (okpedia.it).

 

Eratostene fu il primo a misurare con sufficiente precisione la circonferenza della Terra.

Durante lo stesso giorno, Eratostene notò che il Sole proiettava un’ombra diversa dello stesso bastone in due città diverse. Conoscendo la lunghezza del bastone e misurando le due diverse ombre, Eratostene riuscì a calcolare la circonferenza della Terra ottenendo un valore molto vicino a quello considerato corretto oggi.

In seguito, l’avanzare della Scienza portò a ulteriori raffinamenti nella rappresentazione della Terra.

A partire dal XVII secolo, gli studi di Newton e Huygens portarono ad attribuire alla terra una forma ellissoidica appiattita lungo l’asse di rotazione terrestre; tale forma nel complesso fu definita “ellissoide oblato”. L’idea alla base è che l’equatore “ruota di più” rispetto ai poli, essendo più lontano dall’asse di rotazione.

Per questo motivo, la Terra si è “schiacciata” ai poli durante la sua formazione. Nel 1700 il matematico e astronomo francese Clairaut descrisse una forma geometrica che approssimava molto bene la forma della terra, ossia una figura solida appartenente alla famiglia delle quadratiche, definita “ellissoide di rotazione”, simile all’ellissoide oblato di Newton e Huygens.

L’ellissoide di rotazione proposto da Clairaut era caratterizzato da un semiasse maggiore corrispondente all’equatore terrestre e da uno schiacciamento in corrispondenza dei due poli; questo peculiare ellissoide di rotazione fu definito “sferoide”.

Oggi, dopo secoli di studi e complessi calcoli, si è arrivati ad affermare che la migliore approssimazione della forma della terra è un “geoide”, un particolare solido definito come una superficie equipotenziale (ovvero una superficie su cui l’accelerazione di gravità è costante) passante per il livello medio del mare.

 

Rappresentazione della forma della terra con geoide o ellissoide (openoikos.com).

 

La superficie del geoide presenta alcune ondulazioni in più rispetto allo sferoide di Clairaut, dovute alle diverse concentrazioni e densità di materiali distribuiti sulla superficie della Terra, ma non si discosta sensibilmente da quest’ultimo (Gasparini e Mantovani, 1981[2]); di conseguenza, si può considerare lo sferoide di Clairaut come modello teorico della terra sul quale effettuare calcoli.

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[2] <<Fisica della terra solida>>; Gasparini P. & Mantovani M.S.M, 1981

 

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Considerazioni conclusive

L’obiettivo di questo articolo è stato quello di prendere, metaforicamente, una piccolissima parte della punta di un grande Iceberg di studi e dimostrazioni condotte nel corso dei secoli fino ad oggi e sintetizzarlo in termini semplici e accessibili a tutti; già dalle poche nozioni ivi riportate (dimostrate scientificamente nel corso degli anni), risulta piuttosto difficile l’accostamento del pianeta sul quale viviamo a una qualsiasi forma piatta.

Per arrivare a definire in modo esatto la forma della Terra sono stati necessari secoli di misure, calcoli complessi, studi scientifici di dettaglio che sono stati rivisti e migliorati anno dopo anno; sono stati scritti trattati, libri e manuali e si hanno numerose pubblicazioni su prestigiose riviste scientifiche. Tutto ciò è stato il frutto del lavoro di scienziati che hanno dedicato la loro vita a questo, grandi menti che hanno investito buona parte del loro tempo (se non tutto) e che ancora al giorno d’oggi continuano a perfezionare il modello geoidale rappresentante la terra.

Sicuramente questi non avranno il tempo materiale per confutare sui Social Network improbabili teorie terrapiattiste, quindi è compito di ciascuno di noi affidarsi sempre a fonti attendibili e scientificamente riconosciute.

Tuttavia, anche senza scomodare geometrie non euclidee e meccanica rotazionale, accorgersi della curvatura della Terra è semplice. Basta aprire gli occhi e osservare.

 

Dott. Geol. Matteo Montesani

Dott. Innocenzo De Marco

 

Le Faglie, le culle dei terremoti.

18 marzo 2020
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Introduzione

I terremoti sono provocati da improvvise rotture che si producono per lo più nell’involucro “rigido” esterno terrestre, che prende il nome di litosfera, con movimento relativo delle masse rocciose lungo un piano di faglia che le separa.

Nei terremoti, si ha un graduale rilascio di energia localmente accumulata nelle masse rocciose; lo sforzo di intensità crescente, inizialmente produce una deformazione elastica e successivamente la rottura delle rocce, a seguito del superamento dell’attrito lungo il piano di faglia, sul quale di conseguenza avviene il movimento.

L’energia si disperde di solito con una forte scossa principale (mainshock), talvolta preceduta da piccole scosse premonitorie (foreshocks) e seguita da una serie di numerosi altri scuotimenti detti repliche (aftershocks); altre volte, i terremoti possono manifestarsi anche sotto forma di un’attività che inizia con una forte scossa principale, seguita da numerose repliche con intensità a trend decrescente, pur con molte irregolarità (Pompeo Casati, 1997).

Ovviamente risulta evidente che le differenti modalità di presentarsi dei fenomeni sismici rendono oltremodo difficile l’applicazione di un modello previsionale certo e adattabile in ogni situazione.

I terremoti tettonici, ossia quelli dovuti a movimenti lungo le faglie, sono i più comuni; nel paragrafo successivo si andrà a dare qualche spiegazione in più in relazione al termine “faglia”, ormai diventato di frequente utilizzo.

Le faglie

Con il termine “faglia” vengono indicate tutte le discontinuità piane lungo le quali si ha uno spostamento.

Da un punto di vista geometrico, un piano di faglia, che sarà caratterizzato da una direzione, un’immersione e un’inclinazione[1], separerà due blocchi, i quali prenderanno il nome di “Tetto” e “Letto”, in funzione della loro posizione rispetto al piano; in particolare, definiremo “tetto” il blocco che si trova al di sopra del piano di faglia, mentre definiremo “letto” quello che giacerà al di sotto di esso.

Quando si parla di faglie è fondamentale avere ben presente il concetto di “rigetto” di una faglia; nello specifico, si definisce rigetto, lo spostamento, misurato in punti omologhi, che i due blocchi considerati subiscono lungo il piano di faglia (Boccaletti e Tortorici; 1987).

In realtà ci sarebbe molto da dire ancora in relazione al concetto di rigetto di una faglia, così come su altri parametri strutturali associati alle faglie e sulle diverse tipologie di faglie esistenti; in questo luogo, ci limiteremo a dare delle definizioni generali e proporremo di seguito una classificazione delle principali faglie in funzione del tipo di spostamento che avviene lungo la discontinuità:

[1] Curiosità: La direzione, l’immersione e l’inclinazione di un piano di faglia, prendono il nome di “giaciture” del piano di faglia e possono essere misurate direttamente sul campo, con l’ausilio di una bussola, strumento fondamentale per un Geologo nel corso della sua attività di rilevamento sul campo.

 

  • Faglie Normali: Si hanno delle faglie normali o dirette quando il movimento avviene perpendicolarmente alla direzione della superficie di separazione tra i blocchi, con lo spostamento del tetto, verso il basso rispetto al letto.

Fig. 1: Schema semplificato di una faglia normale o diretta (https://www.mapsism.com/terremoti/faglie-attive).

 

  • Faglie Inverse: Si hanno delle faglie inverse quando il movimento avviene perpendicolarmente alla direzione della superficie di separazione tra i blocchi, con lo spostamento del tetto, verso l’alto rispetto al letto.

Fig. 2: Schema semplificato di una faglia inversa (https://www.mapsism.com/terremoti/faglie-attive).

 

 

  • Faglie Trascorrenti: Si hanno delle faglie trascorrenti se il movimento avviene lungo la direzione del piano di faglia e si possono distinguere due ulteriori sottocategorie di faglie trascorrenti, che prendono il nome di destre e sinistre.

Capire se una faglia trascorrente è destra o sinistra non è molto complesso; è sufficiente considerare un osservatore che staziona su uno dei due blocchi della faglia; se a tale osservatore l’altro blocco apparirà spostato verso destra parleremo di movimento trascorrente destro, quindi di riflesso di faglie trascorrenti destre; analogamente, se l’altro blocco apparirà spostato verso sinistra parleremo di movimento trascorrente sinistro, quindi di faglie trascorrenti sinistre.

Fig. 3: Schema semplificato di una faglia trascorrente sinistra (https://www.mapsism.com/terremoti/faglie-attive).

 

 

Articolo realizzato da

Dott. Geol. Matteo Montesani

 

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Bibliografia

Boccaletti Mario, Tortorici Luigi. «Appunti di Geologia Strutturale.» 1987.

Casati Pompeo L. «Elemeti di Geologia Generale.» 1997.

 

 

Solstizio d’Estate. Con oggi entriamo nella nuova stagione

21 giugno 2018
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Buongiorno e buon Solstizio d’Estate .
Con oggi 21 giugno entriamo nella stagione Estiva anche al livello astronomico, raggiungendo la giornata con maggior ore di luce.
Per la precisione ben 15 ore e 15 minuti di luce; ovviamente a discapito delle ore di buio, le quali saranno accompagnate dalla Luna crescente al suo primo quarto.
L’orario preciso in cui ci troveremo con la posizione di massima altezza nell’emisfero boreale del Sole, viene calcolato alle ore alle 12,07 (ora italiana), con alba e tramonto rispettivamente (per la Calabria) alle ore 5.28 e alle ore 20.23.
Vi auguriamo una Buona nuova stagione Estiva.
Ass. Meteopresila.

Equinozio di primavera 2018

20 marzo 2018
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Con oggi 20 Marzo inizia ufficialmente la primavera 2018.

Come quasi ogni anno non sarà il 21 di Marzo come si crede comunemente ; questo perché la data dell’equinozio (dal latino”equi -noctis” e significa “notte uguale” al dì) si decide per motivi astronomici, quindi legati alla posizione della Terra rispetto al suo percorso intorno al sole.

Fig. 1 – Rappresentazione moto di Rivoluzione Terra – Sole, con infografica. – realizzazione immagine www.bledspace.com

Percorso da cui si determinano oltre alla  posizione e distanza tra la Terra e il Sole, anche l’esposizione di un emisfero rispetto ai raggi solari, e da qui le ore di luce che che raccoglie.

L’ inclinazione dell’asse terrestre infatti, va a provocare tale differenza, da cui derivano le 4 stagioni.

 

La variazione della data al livello di calendario, c’è ogni anno ed è generalmente di poche ore; dovuta al graduale scarto che c’è tra il tempo solare e il nostro calendario gregoriano.

Uno scarto che ha portato alla creazione degli anni bisestili, al fine di colmare la differenza che si crea con l’accumularsi del “gap” anno per anno.

Oggi alle ore 17.50 ci troveremo nel punto esatto in cui inizia l’equinozio, e avremo uguali ore sia di luce che di buio.

Da adesso in poi (fino al 21 giugno), le ore di sole andranno a superare quelle di ombra.

Oggi abbiamo quindi l’inizio della primavera astronomica mentre quella meteorologica è cominciata già i primi di marzo. 

Al livello di date possiamo dire che:

  • L’estate, quest’anno, busserà alle porte il 21 giugno, alle ore 11:07 italiane.
  • L’autunno farà capolino con le sue foglie e le castagne, il 23 settembre alle ore 2:54 italiane.
  • L’inverno si ripresenterà puntuale il 21 dicembre alle ore 23:22

Fig. 3 – Posizione relativa del sole sull’orizzonte, nei periodi tra equinozi e solstizi.

Inverno, oggi inizia la nuova stagione 2017-2018

21 dicembre 2017
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Con la giornata odierna, si entra anche al livello astronomico nella stagione invernale 2017-2018.

 

Al livello meteorologico oggi siamo in fase di uscita dall’ondata di freddo che ha portato neve su tutti i rilievi calabresi; anche a quote collinari, come nella notte tra il 17 e il 18 Dicembre.

Immagine Satellitare scattata il 18/12/2017 dal satellite Nasa Aqua.

Come sappiamo però se al livello meteorologico l’inverno inizia con il primo giorno di Dicembre, non è cosi al livello Astronomico; infatti sotto questo aspetto, possiamo descrivere la giornata odierna come il giorno più corto dell’anno, cioè siamo nell’solstizio d’inverno, che da inizio al nostro inverno boreale.
21 dicembre tra le 16 e le 17 sarà il momento in cui, siccome la terra è inclinata con il suo asse rispetto al piano dell’ellittica, il Sole apparirà nel punto più in basso rispetto all’orizzonte che un osservatore può vedere stando a nord dell’Equatore.
Di conseguenza, vedere il sole basso all’orizzonte, significa anche che impiegherà meno tempo per percorrere il suo tragitto che separa l’alba dal tramonto.
Tragitto che però non è uguale per tutti, cambia infatti a seconda della latitudine in cui uno si trova.
 – A Roma, per esempio, sorgerà alle 7:34 e tramonterà alle 16:42: il suo cammino nel cielo durerà a malapena 9 ore e 8 minuti, e culminerà a mezzogiorno raggiungendo l’altezza minima rispetto all’orizzonte.
“Tutti sappiamo che il solstizio d’inverno segna il giorno più corto – spiega Paolo Volpini, dell’Unione astrofili italiani (Uai) – ma pochi sanno che la sua durata varia ampiamente in base alla latitudine, perfino lungo lo Stivale: a Palermo, per esempio, il giorno durerà quasi 25 minuti in più che a Roma e 55 minuti in più che a Belluno” (Intervento fonte Ansa.it) –
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Visto il periodo teniamo a ricordare che, alba e tramonto, come il susseguirsi delle stagioni, fanno parte di un moto “apparente”, perché in realtà il Sole sta fermo, ed è la Terra a girargli intorno e a girare su se stesso, ma muovendoci noi con il pianeta abbiamo l’impressione che a spostarsi nel cielo sia il Sole e non viceversa.
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Viste le ore di buio non possiamo che approfittarne per osservare il cielo notturno, in oltre, sono ancora presenti le stelle cadenti .
Buona nuova stagione invernale.
Ass. Meteopresila.