Esercizi: La dinamica dell'atmosfera e dell'idrosfera

Lo schema rappresenta ciò che accade una mattina d'estate sulla costa, con quattro passaggi numerati. Spiega che cosa accade in ciascuno dei passaggi indicati con i numeri da 1 a 4 e ragiona sul perché l'aria calda sale sulla terraferma e si forma una brezza marina che soffia dal mare verso la costa.

Il vento e le correnti marine ricavano la loro energia dal Sole. Spiega, con un esempio quotidiano (l'aria che si muove quando si accende un termosifone o l'acqua di una pentola sul fuoco), che cosa accade all'aria o all'acqua quando si riscaldano e come quel movimento origina venti o correnti.

Ordina i seguenti passaggi nella formazione di una brezza marina durante il giorno: l'aria fredda sopra il mare si sposta verso la costa e forma la brezza; il Sole riscalda la terra più velocemente del mare; l'aria situata sopra la terra si riscalda e sale; in quota, l'aria si sposta verso il mare e scende su di esso.

Spiega con parole tue che cos'è il vento e da dove proviene l'energia che lo mette in moto.

Definisci che cos'è una corrente marina e cita un esempio noto, indicando se è calda o fredda.

Collega ogni concetto alla sua definizione: vento, brezza marina e corrente marina, con movimento di grandi masse d'acqua nell'oceano; movimento dell'aria a scala locale tra il mare e la costa; movimento dell'aria causato dal riscaldamento disuguale della superficie.

In un giorno d'estate la sabbia della spiaggia scotta, ma l'acqua del mare è molto più fresca. Collega questo fatto alla formazione della brezza marina.

Indica se queste affermazioni sono vere o false e correggi quelle false: le correnti marine spostano enormi masse d'acqua; l'acqua del mare si riscalda più velocemente della terra; di notte la brezza soffia dalla terra verso il mare.

La mappa semplificata mostra due correnti marine che costeggiano due coste situate alla stessa latitudine.

1. a) Indica da dove proviene e dove si dirige ciascuna corrente.
2. b) Ragiona su quale delle due località, A o B, avrà un clima più mite e umido e spiega perché.

Il ciclo dell'acqua e i venti sono collegati. Spiega da dove proviene l'energia che fa evaporare l'acqua del mare e quale ruolo svolgono i venti nel trasportare il vapore acqueo dall'oceano all'interno dei continenti.

Due località situate alla stessa latitudine, una sulla costa e una all'interno, hanno climi diversi: quella costiera ha inverni più miti ed estati meno calde. Spiega perché, tenendo conto che l'acqua del mare si riscalda e si raffredda più lentamente del suolo.

Durante la notte, la brezza sulla costa soffia dalla terra verso il mare, al contrario di quanto avviene di giorno. Spiega perché il verso della brezza si inverte.

Le antiche navi a vela sfruttavano gli alisei per attraversare l'oceano. Spiega che cosa sono gli alisei e da dove ricavano la loro energia.

Si dice che le correnti marine siano come nastri che trasportano calore. Spiega quale effetto ha una corrente fredda sul clima della costa che lambisce e confrontalo con quello di una corrente calda.

Le onde si formano per l'attrito del vento sulla superficie dell'acqua. Spiega questo legame tra atmosfera e idrosfera e cita un altro fenomeno in cui i due strati interagiscono.

I pomeriggi d'estate molto caldi spesso finiscono con temporali. Collega questo fatto alla salita dell'aria calda e umida e al suo raffreddamento in quota.

Londra (Regno Unito) e Calgary (Canada) si trovano praticamente alla stessa latitudine (circa 51° N). Tuttavia, la temperatura media di gennaio a Londra è di 5,5 °C (con nevicate molto rare), mentre a Calgary è di -7,5 °C (con neve continua per mesi).

1. a) Giustifica questa marcata differenza climatica analizzando come interagiscono la circolazione generale atmosferica e le correnti marine superficiali nell'Atlantico settentrionale.
2. b) Un modello prevede che il riscaldamento globale provocherà un disgelo accelerato in Groenlandia, riversando enormi volumi di acqua dolce nell'oceano. Prevedi e giustifica quale effetto avrebbe questo apporto sulla densità marina, sulla circolazione termoalina dell'Atlantico settentrionale (AMOC) e sulle temperature invernali dell'Europa nord-occidentale.

In un tratto di costa con scogliere di roccia calcarea, un comune progetta di costruire una grande diga di cemento alla base della scogliera per frenare il moto ondoso, assicurando che con quest'unica opera l'arretramento del rilievo sarà completamente fermato.

1. a) Valuta criticamente questa affermazione: giustifica perché è insufficiente analizzando i processi di alterazione meteorica ed erosione che l'atmosfera (precipitazioni, vento e variazioni termiche) e l'idrosfera continentale (ruscellamento e infiltrazione) continueranno a esercitare sulla parte alta e media della scogliera.
2. b) Prevedi quali conseguenze avrà a medio termine la costruzione della diga sulla spiaggia adiacente, mettendo in relazione la dinamica del trasporto e della sedimentazione costiera.

Osserva i dati termici di tre località situate alla stessa latitudine (43° N) e a quota simile:

• Località 1: T media a gennaio: 9,2 °C; T media ad agosto: 21,1 °C.

• Località 2: T media a gennaio: 2,5 °C; T media ad agosto: 28,0 °C.

• Località 3: T media a gennaio: 12,0 °C; T media ad agosto: 17,5 °C.

1. a) Calcola l'escursione termica di ciascuna e deduci con ragionamento quale corrisponde a una piccola isola oceanica, quale a una città costiera continentale e quale all'interno di una grande massa continentale.
2. b) Un compagno afferma che l'acqua del mare riscalda la costa in estate e la raffredda in inverno. Confuta la sua affermazione spiegando la proprietà termica dell'acqua (calore specifico) che rende l'idrosfera un regolatore termico per l'atmosfera.

In una spiaggia si annota la direzione del vento alle 12 e alle 24 per tre giorni: il giorno 1 soffia dal mare a mezzogiorno e dalla terra a mezzanotte; il giorno 2, uguale; il giorno 3, nuvoloso, c'è calma a mezzogiorno e brezza di terra a mezzanotte. Interpreta i dati, spiega l'andamento generale e ragiona sul perché il terzo giorno non si è formata la brezza marina.

Durante un episodio intenso di El Niño, gli alisei che soffiano verso ovest nel Pacifico equatoriale si indeboliscono o addirittura invertono la loro direzione.

1. a) Prevedi quali conseguenze immediate ha questo indebolimento sulla risalita di acque profonde (upwelling) lungo le coste del Perù e giustifica l'impatto sulle reti trofiche marine della zona.
2. b) Uno studente afferma che, essendo un fenomeno puramente oceanico nel Pacifico, non può alterare le piogge sulla terraferma. Confuta la sua affermazione spiegando come lo spostamento della massa d'acqua calda modifica le zone di bassa pressione e le correnti convettive dell'aria, provocando inondazioni sulla costa arida sudamericana e siccità severe in Indonesia.

Durante le operazioni di spegnimento di un grande incendio boschivo in una valle, i vigili del fuoco osservano due fenomeni:

1. Alla base del fuoco si generano venti locali intensi che soffiano direttamente verso le fiamme, ravvivandole, nonostante il bollettino meteorologico generale indicasse calma.

2. A grande altezza sopra l'incendio si forma una densa nube a sviluppo verticale (pirocumulo) che arriva a generare fulmini.

1. a) Giustifica fisicamente la comparsa di questi venti locali collegando la temperatura dell'aria con la pressione atmosferica e le correnti di convezione.
2. b) Spiega il meccanismo dinamico per cui la colonna ascendente di aria calda e fumo finisce per condensare in una nube temporalesca a maggiore altitudine.

Immagina un pianeta ipotetico identico alla Terra per dimensioni, composizione atmosferica e radiazione solare, ma che non ruota attorno al proprio asse (rotazione nulla).

1. a) Prevedi come sarebbe la circolazione atmosferica globale su quel pianeta: determina quante celle convettive esisterebbero in ciascun emisfero e in quale direzione soffierebbero i venti in superficie.
2. b) Confronta questa previsione con la Terra reale: giustifica perché sul nostro pianeta esistono tre celle convettive per emisfero (di Hadley, di Ferrel e polare) e spiega come la subsidenza (discesa di aria secca) nelle alte pressioni subtropicali determina la presenza dei grandi deserti caldi intorno ai 30° di latitudine.

Un uragano di categoria 4 si sposta sull'oceano Atlantico con venti di oltre 210 km/h. Nel suo percorso si registrano due eventi:

1. Toccando terra in una calda pianura continentale, i suoi venti si dimezzano in meno di 24 ore.

2. Deviando al largo su una corrente oceanica fredda (20 °C), l'uragano finisce per dissolversi completamente invece di riattivarsi.

1. a) Un appassionato afferma che l'uragano si è indebolito sulla terraferma esclusivamente per l'urto contro alberi ed edifici, e che sul mare freddo si è fermato perché l'acqua fredda oppone più resistenza all'aria. Confuta entrambe le idee spiegando il vero meccanismo termodinamico (evaporazione e calore latente di condensazione) che collega l'idrosfera con l'atmosfera in un ciclone tropicale.
2. b) Prevedi e giustifica che cosa accadrebbe alla frequenza e all'intensità degli uragani se la temperatura media superficiale dell'oceano tropicale aumentasse di 2,0 °C.

Sfida del tema. Immagina di lavorare come consulente ambientale del tuo comune. Il tuo compito è analizzare la risposta del tuo territorio al tempo meteorologico recente integrando atmosfera e idrosfera.

1. Raccolta dei dati: Entra nel sito del servizio meteorologico nazionale (Aeronautica Militare) o in quello del servizio meteorologico della tua regione e scarica i registri giornalieri di temperatura media ($^\circ\text{C}$), precipitazione ($mm$) e pressione atmosferica ($hPa$) della tua stazione più vicina negli ultimi $7$ giorni (annotando se ci sono stati valori superiori a $0,5\text{ mm}$). Identifica anche il tipo di massa d'aria o di fronte associato.

2. Analisi della dinamica: Elabora una tabella e un grafico combinato (temperatura in linea e precipitazione a barre). Spiega la relazione causa-effetto osservata: come influiscono la pressione (perturbazione o anticiclone) e il vento sull'evaporazione, sulla nuvolosità e sul ruscellamento superficiale del tuo bacino idrografico locale.

3. Proposta motivata: Scrivi una relazione di $1$ pagina con le tue conclusioni e proponi due misure sostenibili per il tuo quartiere o paese (come pavimentazioni permeabili, rinaturalizzazione delle rive o vasche di raccolta delle acque piovane) che riducano i rischi di inondazione o di scarsità d'acqua.

Verranno valutati:

• Rigore nell'ottenimento e nella rappresentazione grafica dei dati meteorologici ufficiali.

• Comprensione della dinamica accoppiata tra atmosfera (pressione, vento) e idrosfera (precipitazione, ruscellamento).

• Fattibilità e giustificazione scientifica delle soluzioni di gestione idrica proposte.