L’ origine e la composizione chimica dell’ atmosfera

Composizione chimica dell’ atmosfera

I gas che compongono l’ atmosfera sono:

Azoto (N2): 78,084%
Ossigeno (O2): 20,946%
Argon (Ar): 0,934%
Vapor acqueo(H2O):0-6%
Anidride carbonica (CO2): 0,0391% (391 ppm)
Ozono (O3):2-8 ppm
Neon (Ne): 0,0018% (18 ppm)
Elio (He): 0,000524% (5 ppm)
Metano (CH4): 0,00016% (2 ppm)
Kripton (Kr): 0,000114% (1,1 ppm)

Il vapor acqueo e l’ozono sono elementi che hanno concentrazioni molto variabili, ma entrambi hanno un ruolo fondamentale nelle dinamiche atmosferiche.

Talvolta è utile lavorare in aria secca ( trascurando il contenuto divapor acqueo) perchè in questo caso si può considerare l’ aria come un gas perfetto, ovvero vale legge dei gas perfetti: P*V=n*R T. Dove P=pressione, V=volume, n= numero di moli, R=costante, T=temperatura in kelvin.

L’ origine dell’ atmosfera

Molti di voi, probabilmente, si saranno chiesti qual è l’ origine dell’ atmosfera terrestre. Ebbene alla nascita (4,5 miliardi di anni fa) la Terra NON aveva un’ atmosfera stabile e l’ atmosfera primordiale costituita principalmente da idrogeno ed elio è stata rapidamente spazzata via dal vento solare. L’ atmosfera ha iniziato a formarsi “solo” 3 miliardi di anni fa, grazie al degassamento di materiali volatili dall’ interno delle Terra, questo processo continua ancora al giorno d’ oggi con i vulcani.

I vulcani emettono questi gas: 85% H2O, 10%CO2, SO2, N2.

Come potete vedere la composizione di questi gas è molto diversa della composizione chimica dell’ atmosfera, perchè?

Perchè la composizione chimica dell’ aria è dovuta all’ interazione dei gas emessi dai vulcani con tutti i comparti del sistema climatico terrestre che sono:

-criosfera
-idrosfera
-atmosfera
-biosfera
-litosfera

Vediamo ora alcuni cicli dei vari gas dell’ atmosfera.

Cominciamo dal ciclo dell’ acqua.

I vulcani emettono una gran quantità di vapor acqueo, ma esiste un massimo di vapor acqueo che può essere contenuto in atmosfera ad una certa temperatura. Il vapor acqueo in eccesso condensa portando la formazione di nubi e precipitazioni. Queste precipitazioni hanno portato alla formazione dei mari e degli oceani. Si stima che i vulcani abbiano emesso circa il 5% del vapor acqueo contenuto all’ interno della Terra. Dai mari e dagli oceani e dai continenti l’ acqua ritorna in atmosfera grazie ai processi di evapotraspirazione

Se andiamo ad osservare una mappa dove è rappresentata la differenza tra l’ acqua evaporata e le precipitazioni notiamo che, nelle aree continentali c’ è un surplus di acqua, mentre nelle aree oceaniche c’ è un deficit d’ acqua; i fiumi hanno un ruolo determinante nel mantere l’ equilibrio; infatti “riportano” il surplus d’ acqua negli oceani e nei mari.
Inoltre nei fondali oceani c’ è un passaggio d’ acqua  dai mari verso l’ interno della Terra.
Ovviamente  anche la biosfera ha un ruolo importante nel ciclo dell’ acqua, basti pensare che gli esseri viventi sono composti per il 70% di acqua.

Ciclo della CO2

La CO2 è un gas solubile in acqua, quindi una buona parte dell’ anidride carbonica viene assorbita dai mari e dagli oceani.

La biosfera ha un ruolo fondamentale anche nel ciclo della CO2, con tutti i processi legati al metabolismo e alla decomposizione.

La concentrazione di CO2 sarebbero intorno alle 270ppm senza le attività antropiche, negli ultimi 150 l’ utilizzo dei combustibili fossili ha innalzato la concentrazione di CO2 in atmosfera fino alle 400ppm.

Azoto (N2)

L’ azoto è un gas non solubile in acqua e quindi si accumula in atmosfera. Esiste anche un ciclo dell’ azoto legato soprattutto alle attività dei batteri. (azotofissione, ecc..)

Argon (Ar)

L’ Argon è un gas nobile che deriva principalmente del decadimento beta del K40 (potassio), essendo un gas nobile è inerte, non reagisce con altri elementi e tende ad accumularsi.

L’ ossigeno (O2)

Come avrete visto, l’ ossigeno non è emesso dai vulcani,  ma viene emesso da una reazione chimica: la fotosintesi. I primi microorganismi viveno nelle cosidette nicchie ecologiche; ovvero in zone oceaniche non troppo profonde, ma neanche troppo superficiali; infatti a causa dell’ assenza dell’ O3 la radiazione solare ultravioletta era troppo intensa per permettere lo sviluppo della vita su tutta la Terra. L’ ossigeno emesso da questi primi microorganismi non si è accumulato immediatamente in atmosfera, ma prima ha ossidato le rocce terrestri composte da ferro. Solo dopo aver ossidato la crosta terrestre si è potuto accumulare nell’ atmosfera. (circa 1,8 miliardi di anni fa)

L’ ozono (O3)

L’ ozono viene prodotto nella parte superiore dell’ atmosfera grazie a reazioni che coinvolgono l’ ossigeno molecolare e la radiazione solare.

O2+ en sol= O + O

O+O2* en sol= O3

O3+ en sol= O2 + O

L’ ozono ha il compito fondamentale di schermare la componente ultravioletta della radiazione solare, che è quela più pericolosa per la vita.

La formazione dell’ ozono ha permesso la diffusione della vita al i fuori delle nicchie ecologiche.

L’elio (He) e l’ idrogeno (H2)

Perchè l’ elio, che è un gas nobile, si trova solo in piccole tracce nell’ atmosfera?

Perchè essendo molto leggero riesce a fuggire al campo gravitazionale terrestre e se ne va nello spazio aperto. Lo stesso accade per l’ idrogeno.

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