I raggi del Sole da sempre scaldano la Terra, ma perché la temperatura dell’atmosfera varia nel tempo e nello spazio ?
Solo mezzo miliardesimo dell’energia solare giunge sulla Terra, vediamo il suo comportamento.
Il Comportamento del Calore che raggiunge l’atmosfera terrestre
Se i raggi del sole fossero perpendicolari alla superficie della terra, questa riceverebbe potenza radiante pari a 174.000 terawatt TW. Invece il fabbisogno mondiale di potenza è di circa 17 terawatt TW. Significa che riceviamo 10.000 volte di più di quello che consumiamo, quindi ha scarsa incidenza l’energia che produciamo sulla terra. Diventa molto importante il meccanismo che regola la dispersione del calore, cioè che regola il cosidetto effetto serra.
L’energia trasportata dalle radiazioni solari quando entra nell’atmosfera terrestre in parte è subito riflessa e in parte assorbita, per essere in un secondo momento dissipata nell’atmosfera.
Dato 100 l’energia che raggiunge l’atmosfera terrestre: il 23% viene riflesso nuovamente nell’Universo dalle nubi e dall’atmosfera, il 20% viene assorbito dall’atmosfera, l’8% viene riflesso dalla superficie terrestre e il 49% viene assorbito dalla Terra.
Dove va il Calore assorbito dalla Terra
Il 49% che arriva a scaldare la terra poi ritorna da dove era arrivato secondo le seguenti percentuali:
il 7% del 100 iniziale si ne va per convenzione: l’area scaldata dalla terra sale verso l’alto e quella fredda scende verso il basso: è quello che succede di pomeriggio e di notte.
Il 23% per evapotraspirazione:
l’acqua riscaldata evapora diventando gas, nell’evaporazione evapora l’acqua del terreno, nella traspirazione evapora l’acqua delle foglie. Il restante 19% se ne va per radiazione con gli infrarossi. In realtà il comportamento degli infrarossi è un pochino più complicato.
Il comportamento della radiazione infrarossa
Del 100 di energia arrivata dal Sole, il 69% se ne ritorna nello spazio attraverso le radiazioni delle onde lunghe degli infrarossi a bassa energia.
All’energia in uscita dalla Terra si deve aggiungere quella presente nell’atmosfera.
Da cosa dipende la temperatura dell’atmosfera
La temperatura dell’atmosfera dipende da fattori celesti e fattori terrestri.
Fattori celesti della temperatura atmosferica
Attività solare
La temperatura dell’atmosfera dipende dall’attività solare e sembra correlata al numero di macchie solari. Quando le macchie solari scompaiono, la terra si raffredda. L’effetto dell’attività solare è importante nel lungo periodo: secoli.
Posizione della Terra rispetto al Sole
La Terra nella sua orbita ellittica non si trova mai alla stessa distanza dal Sole: a inizio dell’anno si trova alla massima distanza, è il perielio, a inizio luglio si trova alla minima distanza, è l’afelio.
Fattori terrestri della temperatura atmosferica
Effetto serra
L’effetto serra è un fenomeno normale, è la capacità dell’atmosfera di trattenere il calore. Senza l’effetto serra naturale la terra sarebbe un pianeta ostile: meno 18 gradi, invece la temperatura media al suolo media di 15 °C. Il vapore acqueo è responsabile del 40% dell’effetto serra, l’anidride carbonica e il metano del 25%, il restante 5% si deve al protossido d’azoto e cloro fluoro carburi e esafluoruro di zolfo. Se i gas atmosferici aumentano, aumenta anche l’effetto serra e la temperatura sale cambiando gli equilibri delicati della vita sulla Terra.
Altitudine
La temperatura scende salendo in altitudine entro i primi 15 km, cioè entro la troposfera.
L’aria bassa viene scaldata direttamente dai raggi che scendono e dai raggi che riflettono, per cui a basse quote la temperatura è maggiore. Ogni 100 metri di ascesa, la temperatura dell’aria scende di 1°C se l’aria è secca, di 0,5 C se è umida.
Oltre la tropopausa siamo nella stratosfera (10-50 km), la temperatura riprende a salire per l’assorbimento dei raggi ultravioletti solari. Il confine superiore si chiama stratopausa (50 km), entriamo nella mesosfera e la temperatura riprende a scendere. A 80 km siamo in mesopausa, entriamo nella termosfera e la temperatura riprende a salire per l’assorbimento dei raggi ultravioletti solari da parte delle molecole di O2 e N2.
Latitudine
La temperatura scende salendo in latitudine, perché all’equatore i raggi solari sono perpendicolari, mentre ai poli sono inclinati obliqui rispetto alla superficie terrestre.
Il raggio perpendicolare si distribuisce su una superficie inferiore di un raggio obliquo, per cui scalda di più. È la stessa ragione per cui fa più caldo a mezzogiorno che prima del tramonto.
Ugualmente a mezzogiorno del 21 giugno è più caldo che a mezzogiorno del 21 dicembre.
Posizione
La temperatura scende se in una montagna sono sul versante in ombra.
Nuvole
Il cielo sereno diurno scalda molto, e notturno raffredda altrettanto molto, invece le nuvole mitigano, perché creando un effetto serra intrappolano il calore.
Acqua e umidità
L’acqua mitiga le temperature:
L’acqua della pioggia strappa il calore per l’evaporazione.
L’aria umida, cioè il vapore acqueo, trattiene il calore che restituisce con la rugiada per condensazione.
I mari e i laghi trattengono il calore che restituiscono di notte e d’inverno, infatti d’inverno il luogo più freddo è in Siberia a 2000 km a sud del polo nord, e d’estate il più caldo a 2000 km a nord dell’equatore neo deserti del Sahara, arabici e persiani.
I boschi d’estate sono freschi, e d’inverno i boschi con foglie sono meno freddi.
Neve
La neve riflette il 75% dei raggi, quindi di giorno scalda.
Pendenza
D’inverno sui pendii il raggio è meno inclinato che in pianura, per cui fa più caldo in montagna, vedi i vigneti sui pendii della Valtellina.
Stagione
D’estate fa più caldo perché la giornata è più lunga.
Correnti marine
Le correnti calde marine, come quella del Golfo nel nord Atlantico, fa sì che a parità di latitudine fa più caldo sulla costa europea, che su quella americana.
Isoterme
Si rileva le temperature in giro per il mondo e si uniscono i punti con la stessa temperatura: isoterme vere. Si costruiscono anche le isoterme corrette per altitudine, es se misura a 1000 metri 20°C, lo correggo a livello del mare: 20+10= 30°C. Inoltre le temperature varia nel tempo e si fanno delle medie dei diversi orari.
Inoltre si prende la temperatura minima e massima.
La differenza tra massima e minima giornaliera e annuale si chiama escursione termica.
Vicino al mare l’escursione giornaliera sarà minima, e massima nel centro del continente. L’escursione annuale è minima all’equatore e massima ai poli.