L'atmosfera e i climi
Precedentemente abbiamo fatto notare che gli uomini vivono appesi alla Terra, L'immagine era però in un certo senso impropria: noi siamo dentro di essa, perchè il pianeta si muove nello spazio, oltre che con le sue parti solida e liquida, anche con quella gassosa, l'atmosfera, che la circonda e alla nostra esistenza non è meno essenziale delle altre due.
Come non ci è nota la costituzione dell'interno della Terra, così l'atmosfera, pur così trasparente, cela ancora molti segreti sulla sua costituzione. Ma col progresso scientifico, l'armonia della natura ci appare sempre più mirabile e complessa.
Ne ricordiamo uno, da tempo ormai chiarito. Gli uomini e gli animali respirando assorbono ossigeno ed emettono anidride carbonica: a lungo andare l'ossigeno sarebbe insufficiente e la percentuale di anidride carbonica diventerebbe eccessiva, se la natura non ristabilisse l'equilibrio nell'atmosfera anche per mezzo del mondo vegetale. Le piante infatti consumano anidride carbonica e producono ossigeno, cosicché il rapporto tra i gas che compongono l'atmosfera resta costante, e i corpi viventi continuano a trovare condizioni favorevoli alla loro esistenza.
Abbiamo ricordato sopra la trasparenza dell'aria. Ma le varie sostanze che la compongono (gas, vapore acqueo e pulviscolo atmosferico) diffondono la luce solare con radiazioni prevalentemente azzurre e violette quando il Sole è alto sull'orizzonte (ed ecco il cielo azzurro), con radiazioni prevalentemente gialle e rosse al mattino e alla sera (ed ecco il cielo infocato dell'aurora e del tramonto). La differenza è dovuta al diverso spessore dello strato di atmosfera che i raggi del sole devono attraversare nella varie ore della giornata. Il maggior strato (con la sua densità e l'abbondanza di corpuscoli) deforma l'immagine del Sole e della Luna quando sono all'orizzonte, e insieme con l'illusione ottica che ce li fa apparire più grandi e con i colori accesi e vari che tingono il cielo, crea lo spettacolo sempre nuovo dell'aurora e del tramonto.
Come ogni corpo, l'atmosfera soggiace alla forza di gravità che le impedisce di disperdersi nello spazio (o per lo meno ritarda questo evento: nella piccola Luna la debole forza di gravità non è stata sufficiente ad impedirlo). La mancanza di atmosfera non solo ci priverebbe della possibilità di respirare, ma ci esporrebbe anche alle violente azioni sia del calore solare, sia delle radiazioni mortali che ora invece vengono assorbite dall'alta atmosfera.
L'atmosfera ha dinque un peso ed esercita una pressione sui corpi che vi sono immersi.
Il peso dell'atmosfera è di oltre 1 kg su ogni cmq di superficie al livello del mare. Questo significa che ciascuno di noi è soggetto ad un peso ci circa 150 q! Ma non ce ne accorgiamo, perché la pressione si esercita in ogni direzione e anche dall'interno verso l'esterno, nei polmoni, nel sangue, eccetera: anche i pesci sopportano la pressione dell'acqua, che pure è tanto maggiore di quella atmosferica! E come il cacciatore subacqueo sente diminuire la pressione man mano che risale dal fondo, così la pressione atmosferica diminuisce con l'altitudine. Al livello del mare equivale al peso di una colonnina di mercurio della sezione di 1 cmq alta 760 mm; a 6000 m è circa la metà, a 10 mila m è circa 1/3.
La fascia in cui si svolgono i fenomeni delle precipitazioni atmosferiche (nuvole, neve, pioggia, eccetera) si chiama troposfera e arriva in media solo fino a 11-12 km (ai Poli circa 6, all'Equatore circa 18). In essa il miscuglio di gas che chiamiamo aria è composto per il 78% di azoto, per il 21% di ossigeno, e per l'1% di altri gas. Inoltre vi si trovano vapore acqueo e pulviscolo atmosferico, composto da innumerevoli corpuscoli di ceneri di vulcani, sabbie di deserti, polvere di strade, residui di fumo, polline: lo si vede ad occhio nudo, almeno nei suoi nuclei meno piccoli, quando in una stanza buia filtra un raggio di Sole.
Spessore dell'atmosfera
A seconda dell'altezza del Sole sul piano dell'orizzonte (variabile con la latitudine, la stagione e l'ora del giorno), i suoi raggi devono attraversare uno strato più o meno alto e denso di atmosfera. Col Sole all'orizzonte (d) lo spessore è 35 volte maggiore di quando esso è a 90° (a) e assorbe praticamente tutto il calore; mentre col sole in a ne viene assorbito solo il 25% col Sole in b il 35 e in c oltre l'80%.
Due sono i motivi di interesse dell'illustrazione: le forme elegantissime degli uccelli acquatici in volo su un lago africano e il colore infocato del cielo tropicale al tramonto: lo strato più spesso di atmosfera che la luce del Sole deve attraversare all'alba e al tramonto assorbe le radiazioni azzurre e violette ed è invece attraversato dalle radiazioni color arancio e rosso.
Lo spessore della troposfera (in media 12 km) è solo 1/529 della lunghezza del raggio terrestre (km 6357): sopra un globo del diametro di 3 metri verrebbe rappresentato da un velo di nemmeno 3 mm!
Dove finisce la troposfera c'è una zona di poche centinaia di metri di spessore, detta tropopausa, nella quale cessa la diminuzione della temperatura con l'aumento dell'altitudine. Essa non è continua, ma presenta delle interruzioni. Possiamo rappresentarcele come delle fasce che, a causa dell'aumento dello spessore della troposfera dai Poli all'Equatore, vengono a trovarsi a livelli differenti. I loro margini si sovrappongono al di sopra delle regioni intermedie tra le zone glaciali e le zone temperate, e tra queste e la zona torrida.
Al di sopra e fino a 70-80 km si estende la stratosfera, nella quale diminuiscono ancora la pressione e l'ossigeno, cessano le precipitazioni atmosferiche e, fino a oltre 35 km, la temperatura si aggira sui 56° sotto zero senza mutare col variare dell'altezza.
Nell'alta atmosfera, cui non si possono fissare limiti definitivi, ma che certo arriva con qualche sua particella a migliaia di km, le temperature crescono di nuovo e raggiungono livelli altissimi. Al di sopra dei 70 e fino ai 500 km ci sono gli strati della ionosfera, costituiti da particelle elettrizzate per effetto della luce solare, che sono quelli che permettono le trasmissioni radiofoniche a lunga distanza, perché ne riflettono gli impulsi elettrici.
Le notevoli differenze di temperatura che si notano nella troposfera col mutare del livello, dell'ora, della stagione sono dovute al fatto che il Sole riscalda poco l'aria, troppo rarefatta, e assai maggiormente la superficie terrestre, acqua o roccia che sia, la quale irradia poi in gran parte l'energia calorifica assorbita. Perciò gli strati bassi, che sono i più densi, sono anche i più caldi, mentre in montagna le radiazioni si disperdono e l'aria è più fresca.
Tabella dell'atmosfera tipo
|
|
Alla differenza di temperatura corrisponde una differenza di pressione, alla quale sono dovuti i venti. Conosciamo ormai di questi sia le caratteristiche, sia la distinzione in costanti (alisei), periodici (monsoni e brezze) e variabili. E' da aggiungere che le più recenti rilevazioni hanno registrato l'esistenza alle quote della troposfera e nella ionosfera di venti violentissimi, che raggiungono in qualche caso la incredibile velocità di oltre 1800 km all'ora. C'è chi li attribuisce al riscaldamento solare, chi pensa ad oscillazioni di pressione dipendenti dall'attrazione della Luna (a somiglianza dei movimenti di marea), chi ancora li considera movimenti di nubi ionizzate dal campo magnetico terrestre (la stessa forza cioè per la quale l'ago della bussola si dirige al nord). Tutta la circolazione della troposfera sembra sia collegata ai venti detti correnti a getto, che alle medie latitudini soffiano da ovest ad est.
Lo studio dei venti è importante soprattutto perché sono essi che muovono le nuvole e regolano perciò le precipitazioni. Poiché non tutte le nuvole sono egualmente foriere di pioggia, i meteorologi ne hanno stabilita una classificazione assai utile.
Essa si fonda essenzialmente sul loro aspetto, al quale corrispondono certe caratteristiche. I cirri, i cirro-strati, i cirro-cumuli sono costituiti da minutissimi aghi di ghiaccio e si trovano sempre altissimi nell'atmosfera, tra i 6 e i 10 mila metri: non portano pioggia, ma generalmente annunciano l'avvicinarsi di una perturbazione: non a torto il proverbio dice 'Cielo a pecorelle, acqua a catinelle'. Gli strati, la cui forma fondamentale è indicata dal nome stesso, derivano da moti pressoché orizzontali dell'aria e possono produrre pioggerelle: si trovano generalmente a non grandi altezze. I cumuli, che si riconoscono dalla forma tondeggiante, sono prodotti da correnti ascendenti e raggiungono anche altezze medie. Se compaiono isolati e disposti alla stessa altezza vengono chiamati 'cumuli di bel tempo' e scompaiono verso la fine della giornata. Se sono molto spessi possono dare brevi piogge. Queste cadono di solito quando strati e cumuli si combinano con i nembi, che, compatti e grigi, occupano la bassa atmosfera, fino a circa 1000 metri.
La tavola indica le forme più comuni delle nubi e l'altezza alla quale si trovano di solito. Questa varia anche con la latitudine: la regione superiore dell'atmosfera, nella quale si trovano le nubi alte (cirri, cirro-strati e cirro-cumoli, tutte formate da minutissimi aghi di ghiaccio), mentre sulle calotte polari va dai 3 agli 8 km, nelle zone temperate si sviluppa dai 5 ai 13 e nelle regioni tropicali dai 6 ai 18; la regione media con alto-strati e alto-cumoli formati da goccioline d'acqua va rispettivamente da 2 a 4 k., da 2 a 7 e da 2 a 8, e la regione inferiore con le nubi basse (strato-cumoli, strati e nembi) si estende ovunque dalla superficie della Terra ai 2 km. Gli alto-strati spesso sconfinano dalla regione media in quella superiore, i cumoli e i cumoli-nembi hanno di solito la base nella regione inferiore, ma presentano spesso una estensione in senso verticale fino alla regione superiore.
Il reciproco influenzarsi delle condizioni dell'atmosfera qui sopra descritte, con l'altitudine, la distanza dal mare e dai grandi laghi, le correnti marine, la disposizione del rilievo, l'esposizione al sole, la quantità e il regime delle precipitazioni, costituiscono tutti gli elementi dei climi.
La caratteristica dei climi marittimi è la bassa escursione, che invece nei climi continentali supera i 20 gradi.
Tra i climi marittimi, si distingue quello mediterraneo, che ha escursioni mediocre e piogge prevalentemente invernali con estate secca, da quello atlantico delle regioni marittime del nord-ovest europeo, che ha temperatura media e escursione minori del clima mediterraneo, ma piovosità più abbondante e distribuita per tutto l'anno.
Tra i climi continentali nell'Europa nord-orientale, abbiamo quello caratterizzato oltre che da grandi escursioni termiche, anche da precipitazioni mediocri con temporali estivi, nella Russia asiatica il clima continentale molto freddo e a sud il clima arido, con escursione annua e diurna notevoli, piogge scarse (e quindi steppe) o scarsissime (e quindi deserti). Nelle zone più settentrionali , in Islanda, Groenlandia e Isole Svàlbard, vi è il clima polare, nel quale la temperatura anche estiva resta molto bassa (meno 10 gradi), tanto che la vegetazione è ridotta alla tundra o manca del tutto.
I grandi sistemi montuosi abbassano le temperature e aumentano le precipitazioni, che sono quasi sempre nevose: il loro clima è detto di montagna, e in certe zone riproduce le condizioni sia pure ambientali del clima polare.
Climi della Terra
Anche una cartina che non tenga conto delle minori differenze tra regione e regione o all'interno delle regioni stesse, mette in evidenza la grande varietà dei climi della Terra. I diagrammi delle temperature annue (linee curve rosse con escursione annua a fianco) e delle precipitazioni (ogni segmento nero indica i mm di pioggia di un mese, a cominciare da gennaio) mostrano per alcune località tipiche l'importanza della latitudine nella distribuzione della temperatura: ad Aglavik /Canada) si toccano medie invernali di 27° sotto zero, mentre a Giacarta (Indonesia) non si scende mai sotto alla media di 25° sopra zero. Si noti però che Bogotà (Colombia), che si trova alla stessa latitudine di Giacarta, pur godendo della stessa minima escursione, ha minor calore per effetto dell'altitudine (2600 m, mentre Giacarta è al livello del mare). La differenza di temperatura e di regime delle precipitazioni tra Port Montt (Cile) e Poltava (Ucraina) è dovuta alla diversa posizione rispetto al mare. A In Salah, che si trova in pieno Sahara, l'escursione annua (come anche quella diurna) è notevole; le precipitazioni sono invece praticamente nulle (e scarse sono anche ad Aglavik). Notiamo infine che la temperatura di Buenos Aires (Argentina) non è diversa da quella di certe città italiane, Roma per esempio; ma come a Port Montt e in tutto l'emisfero australe, le stagioni sono invertite rispetto alle nostre.
Il clima equatoriale delle regioni attraversate dall'equatore, ha temperatura elevata con escursione minima, spesso non superiore a 2 gradi, e precipitazioni abbondanti distribuite per tutto l'anno: la formazione vegetale caratteristica è la foresta vergine. Il clima tropicale ha invece le piogge concentrate nel periodo del passaggio del Sole allo zenit; perciò nelle località più vicine ai tropici si ha una sola e breve stagione piovosa, mentre nelle località più prossime all'equatore essa si divide in due periodi (nel nostro emisfero aprile e settembre) con intercalata una stagione di minor piovosità; steppe e savane sono le formazioni vegetali rispettive. Infine il clima monsonico ha la stagione umida nel semestre estivo, quando il monsone soffia dall'Oceano, e quella secca negli altri mesi. Il clima cinese che compare anche sulle coste sud-orientali di altri continenti, è legato sempre alla vicenda delle masse d'aria estiva provenienti dall'oceano in estate e dal continente in inverno, ma d'inverno è piuttosto freddo. Meno soggetto alle influenze oceaniche e ancor più freddo è il clima mancese.
Esaminando le varie parti del mondo scenderemo a maggiori particolari.