Esercizi: L'atmosfera

L'aria è formata approssimativamente per il 78 % da azoto, per il 21 % da ossigeno e per l'1 % da altri gas (argon, anidride carbonica, vapore acqueo…). Ordina questi componenti dalla proporzione maggiore alla minore e rappresenta i dati con un semplice grafico a barre.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Lo schema rappresenta gli strati dell'atmosfera (non sono disegnati in scala).

1. a) Quale strato è indicato con «?»?
2. b) In quale strato si formano le nuvole e avvengono i temporali?
3. c) Quale gas forma, nello strato indicato con «?», una zona che assorbe la radiazione ultravioletta del Sole?

Indica due funzioni dell'atmosfera che rendono possibile la vita sulla Terra e spiegane brevemente una.

Nomina i due gas maggioritari dell'aria e indica la loro proporzione approssimativa.

Indica se queste affermazioni sull'atmosfera sono vere o false e correggi quelle false: l'aria è formata solo da ossigeno; la troposfera è lo strato in cui avviene il tempo meteorologico; l'esosfera è lo strato più vicino alla superficie.

Spiega con parole tue che cos'è la pressione atmosferica e ragiona sul perché è minore sulla cima di una montagna che al livello del mare.

Un aereo di linea vola a circa 11 km di altezza e la Stazione Spaziale Internazionale orbita a circa 400 km. Indica in quale strato dell'atmosfera si muove ciascuno dei due.

Indica due differenze tra la troposfera e gli strati più esterni dell'atmosfera, per quanto riguarda la densità dell'aria e i fenomeni che vi avvengono.

Salendo su una montagna la temperatura diminuisce, anche se siamo più vicini al Sole. Spiega a quale strato dell'atmosfera corrisponde questa diminuzione di temperatura e ragiona sul perché la cima di una montagna alta è fredda.

Che cos'è lo strato di ozono, in quale strato dell'atmosfera si trova e perché il suo deterioramento è motivo di preoccupazione?

La Luna praticamente non ha atmosfera. Indica due conseguenze di questo fatto legate alle funzioni che l'atmosfera svolge sulla Terra.

Nella troposfera la temperatura diminuisce con l'altitudine, ma nella stratosfera aumenta. Metti in relazione questo cambio di tendenza con l'assorbimento della radiazione ultravioletta da parte dello strato di ozono.

In alta montagna, ogni respiro fornisce meno ossigeno che al livello del mare. Spiega che relazione ha questo fatto con la pressione atmosferica e perché gli alpinisti hanno bisogno di acclimatarsi per giorni prima di salire su una vetta molto alta.

L'atmosfera viene paragonata a una coperta che avvolge la Terra. Spiega in che cosa le somiglia: come filtra parte della radiazione solare durante il giorno e come trattiene parte del calore durante la notte.

I gas CFC, usati in passato nelle bombolette spray e nei frigoriferi, distruggevano l'ozono e sono stati vietati dal Protocollo di Montreal. Spiega quale rischio comportava il loro uso e perché questo accordo è considerato un successo della cooperazione internazionale.

Il vapore acqueo è un componente variabile dell'aria. Spiega che cosa accade quando una massa d'aria umida sale e si raffredda, e mettilo in relazione con la formazione delle nuvole.

È stato scoperto un esopianeta roccioso simile alla Terra che riceve una radiazione stellare paragonabile, ma la cui analisi atmosferica indica che è privo di strato di ozono nella zona media e che non trattiene vapore acqueo negli strati bassi. Giustifica in modo argomentato quali funzioni protettive e regolatrici svolte dalla troposfera e dalla stratosfera terrestri mancherebbero su quel pianeta e prevedi due conseguenze critiche per la possibilità di vita sulla sua superficie.

Un compagno afferma che è assurdo attribuire il riscaldamento globale all'anidride carbonica ($\text{CO}_2$), poiché, essendo solo lo 0,04 % dell'aria, l'azoto (78 %) e l'ossigeno (21 %) devono essere i veri responsabili dell'intrappolamento del calore. Confuta la sua posizione spiegando il comportamento differente di questi gas rispetto alla radiazione solare e alla radiazione infrarossa terrestre, e prevedi che cosa accadrebbe alla temperatura media del pianeta se $\text{CO}_2$ e gli altri gas serra scomparissero del tutto.

Un pallone sonda registra queste temperature durante la salita: 15 °C in superficie, −50 °C a 10 km di altezza, 0 °C a 45 km e −80 °C a 70 km. Indica quali strati dell'atmosfera attraversa in ciascun tratto e spiega il cambio di tendenza che si osserva nei dati.

Nella troposfera l'aria si mescola facilmente grazie alle correnti di convezione perché si raffredda con l'altezza. Nella stratosfera, invece, la temperatura sale da circa −56 °C a 15 km fino a quasi 0 °C a 50 km. Giustifica la causa fisica di questo riscaldamento con l'altitudine e prevedi quali conseguenze ha questa inversione termica sulla stabilità dell'aria e sulla formazione dei temporali, spiegando perché i voli commerciali a lunga distanza preferiscono viaggiare nel limite inferiore di questo strato.

Un alunno sostiene che, dato che l'aria nella troposfera è molto più densa e contiene migliaia di volte più atomi in grado di emettere luce quando vengono eccitati, le aurore polari dovrebbero formarsi vicino al suolo e non a centinaia di chilometri di altitudine. Confuta la sua ipotesi giustificando perché questo fenomeno si innesca solo nella termosfera/ionosfera e prevedi quali rischi esisterebbero per la biosfera se l'atmosfera non agisse da scudo contro queste particelle solari ad alta energia, e quali rischi comportano per le reti elettriche terrestri le tempeste geomagnetiche provocate da questi eventi solari.

Un escursionista chiude ermeticamente una bottiglia di plastica flessibile sulla cima di una montagna a 3000 m di altitudine. Scendendo verso la spiaggia, osserva che la bottiglia si è deformata ed è completamente schiacciata. Giustifica questo fatto confutando l'idea che «l'aria non pesa» a partire dal concetto di massa e di colonna d'aria, e prevedi in modo argomentato che cosa accadrebbe a quella stessa bottiglia se fosse chiusa in spiaggia e portata di nuovo sulla cima.

Marte ha un'atmosfera circa cento volte più tenue di quella terrestre e formata quasi interamente da $\text{CO}_2$. Ragiona sul perché su Marte le differenze di temperatura tra il giorno e la notte sono molto maggiori che sulla Terra, anche se $\text{CO}_2$ è un gas serra.

Uno studente afferma che è assurdo che i meteoroidi si disintegrino nella mesosfera perché «a 80 km di altitudine l'aria è a −90 °C ed è quasi vuota, quindi dovrebbero bruciare molto più in basso, nella troposfera, dove c'è più aria e fa più caldo». Confuta il suo ragionamento spiegando la causa fisica del riscaldamento dei meteoroidi a quell'altitudine e prevedi quali conseguenze avrebbe per la crosta terrestre e per gli esseri viventi il fatto che l'atmosfera fosse priva di mesosfera.