Fenomeni meteorologici: alta e bassa pressione, precipitazioni

Lo studio scientifico dell'atmosfera, compresi i fenomeni climatici e meteorologici, si chiama meteorologia.

La meteorologia è possibile grazie a diversi strumenti:
- ogni poche ore le stazioni meteorologiche sulla terra registrano le condizioni atmosferiche a livello della superficie terrestre;
- ogni poche ore i palloncini sonda portano degli strumenti in alto nell'atmosfera per registrare le condizioni in altitudine;
- i meteosat cioè i satelliti meteorologici danno una panoramica dell'evoluzione della meteorologia;
- le immagini dei satelliti a infrarossi mostrano le temperature della terra, dell'acqua e dell'atmosfera;
- grazie ai calcoli effettuati da supercomputer, le osservazioni di migliaia di stazioni meteorologiche palloni sonda e meteosat vengono coniugate per prevedere accuratamente il tempo, con 3 giorni di anticipo e fino a 14 giorni di anticipo.

I meteorologi riescono a predire gli spostamenti dei fronti meteorologici,cioè delle grandi masse d'aria calda e fredda che si incontrano al di sopra della superficie terrestre.
La pressione dell'aria varia costantemente, a causa dell'irraggiamento solare e di vari altri fenomeni.
Il calore espande le molecole dell'aria, facendola diventare più leggera, mentre il freddo le contrae e le rende più pesanti.Le masse di aria calda e fredda quindi hanno non soltanto una temperatura, ma anche una pressione ed un peso diversi.
La pressione dell'aria viene misurata in unità chiamate millibar da un dispositivo che si chiama barometro.
Le zone di alta pressione sono gli anticicloni, le zone di bassa pressione vengono chiamati cicloni o depressioni.
Non confondete questo termine con "ciclone" utilizzato per descrvere fenomeni temporaleschi molto violenti.
Le depressioni sono legate ai fenomeni di tempesta in cui cala improvvisamente la temperatura. L'alta pressione costante invece indica un tempo più calmo e limpido. Il vento soffia solitamente da zone di alta pressione a zone di bassa pressione.

Osservate alcune immagini relative all'illustrazione dei fronti di alta e bassa pressione:

Dei venti abbiamo già detto molte cose durante le lezioni in classe, e sappiamo che si misurano con la scala di Beaufort. Non abbiamo forse detto che il posto più ventoso del mondo è George V Land, in Antartide, località dove il vento normalmente soffia a 320 km all'ora.

George V Land

Sui venti torneremo ulteriormente, parlando di venti periodici, costanti, eccetera.
Fino a 10 km dal suolo, l'aria è umida perché nella troposfera è presente un gas invisibile chiamato vapore acqueo.
La presenza di umidità nell'aria causa la formazione di masse di gocce d'acqua e cristalli di ghiaccio dette nuvole, che prendono vari nomi a seconda delle loro caratteristiche e degli strati dell'atmosfera in cui si possono formare.
Dalle nuvole scendono le precipitazioni, che si distinguono in:
- pioggia
- neve e nevischio
- grandine
- brina
- rugiada.

Record e curiosità sulle precipitazioni 

Il luogo più piovoso del mondo è il Mount Wai'ale'ale alle Hawaii, dove piove la bellezza di 350 giorni all'anno... In lingua locale il nome significa acqua traboccante, eh beh!!!

Mt. Wai'ale'ale: difficile vederlo senza nuvole sulla cima...

Il luogo più umido del mondo però, per quantità di acqua che cade dal cielo ogni anno, è ritenuto essere Lloro, in Colombia, (questo vuol dire pianto...) dove cadono più di 13 m di pioggia ogni anno.

Lloro, Colombia

Sapete bene invece che l'aridità maggiore si riscontra nel deserto di Atacama, in Cile, dove non piove letteralmente neanche un giorno all'anno.

Atacama

Per quanto invece riguarda il record della nevosità la città che riceve la maggior quantità di neve è Aomori in Giappone, con più di 8 m l'anno.

Aomori, isola di Honshu, Giappone

Invece i chicchi di grandine più pesanti che siano stati registrati in modo scientifico sono caduti in Bangladesh. Ma il più grande registrato scientificamente, che aveva un diametro di 20 cm, è caduto in South Dakota negli Stati Uniti.

Per quanto riguarda invece le temperature, i luoghi più freddi del mondo sono intorno ai poli Nord e Sud, perché il sole splende con un angolo basso anche in estate, e in inverno addirittura non si alza oltre la linea dell'orizzonte, quindi l'insolazione è bassissima.

Anche qui qualche record:

La temperatura media al Polo dell'Inaccessibilità in Antartide è 58 gradi sotto zero; la temperatura più fredda mai registrata in tutta la storia è stata registrata il 21 luglio del 1983 a Vostok in Antartide ed era di meno 89,2 gradi centigradi.
Quanto al caldo: per durata annuale delle temperature alte, il luogo più terrbile è il Deserto Arabico. Invece per record di temperatura parliamo dei 58°C della Valle della Morte in California (lo dice il nome...), sebbene ci sia notizia di rilevazioni ancora più estreme in Iran.

La Death Valley: già in foto è sufficiente...

Atmosfera e fenomeni meteorologici: insolazione e albedo

Completiamo quanto ho detto sull'atmosfera e passiamo alla meteorologia.

Parliamo prima di tutto dell'irraggiamento solare.

Le radiazioni del Sole sono la fonte di energia della Terra e forniscono luce e calore (il 41% delle radiazioni solari sono sotto forma di luce, il 51% sono radiazioni invisibili all'uomo perché appartengono allo spettro dei raggi a onde lunghe, e quindi sono compresi nella fascia della luce infrarossa, cioè del calore; l'altro 8% del raggio solare si manifesta sotto forma di radiazione a onde corte, come i raggi ultravioletti).
Soltanto il 47% dei raggi del Sole che arrivano a interessare la Terra raggiunge effettivamente il suolo, perché la restante parte viene assorbita o riflessa dai gas atmosferici.
L'irraggiamento solare che raggiunge il suolo si chiama insolazione.
In realtà l'aria non viene riscaldata direttamente dal Sole, ma soprattutto dal calore che viene riflesso dal suolo.

Alcune superfici riflettono il calore del sole e riscaldano l'aria meglio di altre; la percentuale che riflettono viene chiamata albedo (termine femminile in latino che significa "bianchezza"). 

La neve e il ghiaccio hanno un'albedo dell'85 - 95% e quindi rimangono congelati anche se rilasciano un riflesso di calore che riscalda l'aria. Le foreste, al contrario, hanno un'albedo del 12%, quindi assorbono molto di più rispetto ad una superficie di roccia o di neve.

L'atmosfera terrestre

L'atmosfera terrestre è la nube di gas che circonda il nostro pianeta e che rimane sempre intorno ad esso per effetto della forza di gravità.
Viene suddivisa in vari strati che presentano caratteristiche diverse. Gli strati dell'atmosfera terrestre, partendo dal suolo, sono cinque:
1) troposfera
2) stratosfera
3) mesosfera
4) termosfera
5) esosfera
In buona parte della mesosfera e termosfera è compresa la cosiddetta ionosfera.

1) troposfera
E' lo strato più vicino alla terra e ci riguarda direttamente. In esso sono concentrati i 3/4 dell'intera massa gassosa (i due pricipali sono azoto, 78% e ossigeno, 21%) e quasi tutto il vapore acqueo dell'atmosfera. Qui ci sono i gas che noi respiriamo e che permettono la vita di tutti gli altri esseri.
È lo strato dove avviene la maggior parte dei fenomeni di carattere meteorologico, causati dalla circolazione delle masse d'aria e che danno vita ai venti, alle nuvole e alle precipitazioni atmosferiche.
La maggior parte degli inquinanti atmosferici emessi rimane confinata nella troposfera, alcuni concentrati vicino alla superficie terrestre, altri come O3 (ozono), CO2 (anidride carbonica), CH4 (metano), sono distribuiti in modo più uniforme.

2) stratosfera
Nella stratosfera volano gli aerei di linea, perchè si spostano al di sopra delle precipitazioni e delle masse d'aria in movimento, dove l'aria quindi è calma e più adatta alla navigazione aerea. La statosfera comprendo uno strato di ozono (O3) che ci protegge dagli effetti nocivi del Sole, filtrando la parte del raggio di luce che appartiene allo spettro dei raggi ultravioletti.

3) mesosfera


La mesosfera si trova sopra la quota massima per gli aerei e al di sotto della quota minima per i veicoli spaziali. È stata attraversata soltanto tramite i vari tipi di razzo-sonda. Per questo risulta essere la porzione di atmosfera meno conosciuta. La presenza di spettri rossi e getti blu (scariche elettriche o pseudo-fulmini all'interno della mesosfera bassa), nubi nottilucenti e altri fenomeni rende questa parte incompresa di atmosfera una delle più studiate dalla comunità scientifica.
 
4) termosfera
Tra mesosfera e termosfera si trova la ionosfera, lo strato dell'atmosfera terrestre che riflette le onde radio, lunghe, medie, corte e cortissime. Grazie a questo strato atmosferico è possibile che le trasmissioni radio vengano riflesse e inviate in tutti i punti della superficie terrestre. Invece le trasmissioni televisive, che comunque rientrano nel campo delle trasmissioni radio, poiché usano frequenze spesso al di sopra delle massime frequenze riflesse dalla ionosfera, possono richiedere l'intermediazione di satelliti che ritrasmettano il segnale verso terra.
Nella termosfera cominciano ad incendiarsi e a disintegrarsi le meteore, corpi solidi che provengono dallo spazio, che bruciano al contatto con le particelle dei gas atmosferici.Nella termosfera, al di sopra dei poli, l'impatto delle particelle della luce solare sui gas crea effetti di luce detti aurore boreali o australi.

5) esosfera
L'esosfera è lo strato più lontano dalla superficie del nostro pianeta. Qui le particelle di gas sono molto rade e pian piano si passa dalla nube gassosa che ci circonda al vuoto, a circa 10.000 km dalla Terra. 

Il sistema solare e i movimenti della Terra

Come tutti sappiamo, la Terra fa parte di un sistema di pianeti, pianeti nani o pianetini, asteroidi ed altri corpi celesti che sono attratti dalla forza gravitazionale del Sole. Il Sole è una stella, che ha un diametro di 100 volte maggiore a quello della Terra ed una massa che è pari a 330.000 volte la massa della Terra. Non è tra le stelle più grandi che esistono nel nostro universo. Esiste da oltre 5 miliardi di anni e le sue dimensioni sono il risultato di equilibrio tra una forza gravitazionale che fa contrarre la materia intorno al nucleo e il calore continuamente generato dalle reazioni termonucleari che la fa espandere. L'attrazione di questa stella mantiene in equilibrio le orbite dei pianeti che ruotano intorno ad essa ed anche le altre masse di materia come gli asteroidi e le comete.
Guardate questo video per farvi un'idea di quanto stiamo dicendo. 

Ma sui pianeti torneremo in un secondo momento. Per ora teniamo presente soltanto che la stella Sole è al centro del sistema, che la Terra è uno dei pianeti interni, quindi dei più piccoli e dei più densi presenti nel sistema e che essa ha un suo satellite cioè la Luna.

Analizziamo ora dettagliatamente i movimenti della terra.

Rotazione.
Prima di tutto la Terra ruota da Occidente a oriente intorno al proprio asse, impiegando un giorno. Il giorno solare di 24 ore, che noi usiamo per misurare il tempo, prende come riferimento il moto apparente del Sole nel cielo: un giorno è il tempo che intercorre tra due successivi passaggi del Sole nel punto più alto del cielo. Ricordiamoci di non confondere il termine giorno, usato in senso scientifico, con il termine giorno usato nel senso della quantità di ore di luce: in quel senso sarebbe più corretto parlare di dì e notte.

Del moto di rotazione terrestre bisogna tenere conto quando si analizzano i corpi in movimento sulla superficie terrestre che non sono vincolati alla terra solida, per esempio: le masse d'acqua che si muovono nelle correnti marine, le masse d'aria dei venti, le navi e gli aerei.

Rivoluzione.
Il secondo movimento che interessa il pianeta Terra è il moto di rivoluzione intorno al Sole, che come vedete nella scheda storica è stato scoperto dagli esseri umani soltanto nel XV secolo. La terra si muove lungo una ellisse, di cui il sole occupa uno dei due fuochi. Durante il percorso quindi non è sempre alla stessa distanza dal Sole, ma più vicina o più lontana a seconda del punto dell'orbita in cui si trova. Questo è il motivo per il quale esistono le stagioni.
Se parliamo di anno come tempo che passa tra un equinozio di primavera e l'altro, abbiamo l'anno solare o tropico, che dura 365 giorni 5 ore 48 minuti e 46 secondi.

L'asse della Terra non è perpendicolare al percorso dell'orbita, ma è inclinato di 23° 27' rispetto alla perpendicolare (quindi di 66°33' rispetto al piano dell'orbita che percorre). Questo è il motivo per il quale la durata del giorno e della notte non sono uguali tutto l'anno su tutta la superficie del pianeta. Un'altra conseguenza di questa inclinazione dell'asse terrestre è l'alternarsi delle stagioni, e la terza conseguenza è il fatto che il giorno solare duri diversamente durante l'anno in base al modo in cui il sole i raggi del sole illuminano la superficie terrestre durante il suo spostamento lungo l'orbita. 

Un video da vedere:

Individuiamo due giorni dell'anno che vengono chiamati equinozi, in cui in cui le ore di luce sono pari alle ore di buio, e sono il 21 marzo e il 23 settembre. Durante l'anno si verificano altri due momenti particolari, detti solstizi, in cui il sole arriva a culminazione nel punto più a nord dell'Equatore e cioè sul Tropico del Cancro, (solstizio d'estate, 21 giugno) e in questo periodo nell'emisfero boreale ci si trova in estate, nell'emisfero meridionale ci si trova in inverno. Alla rovescia, durante il solstizio d'inverno, che è il 22 dicembre, l'emisfero boreale sarà nella stagione in cui i giorni durano meno e le notti di più e temperature sono più fredde, mentre l'emisfero australe sarà in estate. Il giorno del solstizio d'inverno il Sole culmina sul Tropico del Capricorno, a sud dell'Equatore. Stiamo parlando delle stagioni astronomiche, cioè appunto di come i raggi del sole colpiscono la superficie terrestre in dati momenti dell'anno. Le stagioni climatiche, quelle che riguardano le temperature e le precipitazioni, possono essere solitamente ritardate di un mese rispetto alle stagioni astronomiche, a causa dell'assorbimento dei raggi del sole da parte delle rocce, degli oceani e dell'atmosfera.

La Terra compie altri movimenti. Intanto tutto il sistema solare si muove intorno al centro della galassia a cui appartiene, e questo viene chiamato moto di traslazione. Inoltre ci sono i movimenti secondari della Terra detti moti millenari: derivano dall'interazione tra la forza gravitazionale della Terra e quella degli altri corpi del sistema solare, in particolare del Sole e della Luna. Tra questi movimenti il più importante è quello della precessione degli equinozi, cioè dell'anticipazione ogni anno dell'equinozio di primavera.  Inoltre avvengono dei movimenti detti nutazioni, che riguardano un'oscillazione intorno alla traiettoria dell'asse terrestre lungo un ciclo che dura 18 anni circa.

Un ultimo video per avere un'idea di come tutto il sistema si muova nello spazio: