Scheda 2: La Troposfera

La Troposfera é lo strato adiacente al suolo, vi é racchiusa la maggior parte dell'aria atmosferica (circa il 75%) ed ha uno spessore di circa 10 Km nel quale la temperatura diminuisce di circa 6,5°C per Km. La caratteristica fondamentale della troposfera, in relazione all'ambiente e alla biosfera, é costituito dalla sua elevata capacità di rimescolamento verticale tra gli strati prossimi al suolo e quelli sovrastanti.
Ad esempio, quando il cielo é sereno, la maggior parte delle molecole riesce ad attraversare la troposfera in tutta la sua estensione verticale nell'arco di pochi giorni. In particolari condizioni, come quelle associate ai temporali, le particelle d'aria possono essere trasportate dal suolo fino ai limiti della troposfera in qualche decina di minuti. Come conseguenza di tale rapido mixing verticale, le particelle solide o liquide in sospensione nell'atmosfera, hanno un tempo medio di residenza piuttosto breve nella troposfera (5-20 giorni). Il forte rimescolamento verticale nella troposfera é determinato essenzialmente dall'influenza del suolo, sebbene, in raltà, a scala temporale giornaliera, questa influenza é ristretta allo stato iniziale di 1,0-1,5 Km, denominato Planetary Boundary Layer (PBL)
Ma, oltre che essere sede della turbolenza atmosferica, la troposfera ha numerose altre peculiarità.
La temperatura nella troposfera, come già detto, diminuisce con la quota. Ovviamente ad ogni livello la temperatura del generico strato é il risultato dell'equilibrio tra il calore ricevuto dal suolo e dal resto dell'atmosfera e quello perso, dallo strato stesso, per emissione nell'infrarosso. Tuttavia man mano che si sale di quota, si attenuano i flussi di calore ricevuti dal suolo (soprattutto attraverso i moti turbolenti) cosicché l'equilibrio termico viene raggiunto intorno a valori di temperatura via via decrescenti al crescere della quota. Nonostante questo, nelle prime centinaia di metri della troposfera raramente il gradiente termico verticale risulta prossimo a 6,5°C/Km. Infatti di notte il raffreddamento del suolo sottrae calore, strato dopo strato,ai primi 100-500 mt. di atmosfera, dove pertanto la temperatura tende a crescere con la quota (inversione termica). Di giorno invece il suolo surriscaldato trasferisce progressivamente energia termica agli strati d'aria sovrastanti attraverso i moti turbolenti, cosicché nei primi 100-800 mt. la temperatura di solito diminuisce con la quota in misura superiore addirittura a 10°C/Km (atmosfera in stato superadiabatico).
L'estensione verticale della troposfera varia a seconda della latitudine (7-8 Km. ai poli, 10-12 Km alle medie latitudini, 16-18 Km all'equatore). Tale circostanza é dovuta alla maggiore penetrazione verticale dei moti convettivi sulle aree maggiormente riscaldate e, in misura minore, alla diminuzione della forza centrifuga al crescere della latitudine. La superficie ideale che separa la troposfera dallo strato verticale successivo é denominata Tropopausa. La Tropopausa subisce una prima brusca interruzione intorno ai 30° di latitudine ed un'altra intorno ai 60°. Il forte gradiente termico orizontale in senso meridiano, presente in corrispondenza della frattura polare e di quella subtropicale della tropopausa, é anche responsabile dello sviluppo, immediatamente sotto tali discontinuità, di correnti aeree molto forti rispetto a quelle dell'atmosfera circostante (correnti a getto). La troposfera contiene la quasi totalità del vapore acqueo atmosferico.
QUesto é anche uno dei motivi per cui nubi e precipitazioni interessano soltanto tale strato. Il vapore acqueo é anche il principale responsabile dell'effetto serra. Infatti in un bilancio energetico su base annua, tra la quantità di radiazione solare assorbita dal suolo e l'energia riemessa dallo stesso per irragiamento, l'atmosfera prossima al suolo dovrebbe avere una temperatura di circa -23°C. In realtà la temperatura effettiva media annua, osservata in prossimità del suolo a 45° di latitudine (metà strada tra polo ed equatore) é di circa 15° C. Evidentemente verso terra vi é un flusso aggiuntivo di calore dovuto in larga parte alla presenza del vapore acqueo (ed in misura minore a CO₂, O₃, NO_X, CH₄, freon) il quale agisce come il vetro di una serra - e da qui la denominazione effetto serra - ossia é trasparente alla radiazione ad onda corta (0,3 - 0,9 micron) emanata dal sole ma risulta opaco alla radiazione infrarossa (ad onda lunga, 1-100 micron) emessa dalla superficie terrestre. Una larga parte dell'energia così assorbita viene poi restituita al suolo ancora come energia nell'infrarosso (controradiazione o effetto serra). Il campo barico orizzontale a quote medio-alte della troposfera é caratterizzato da una profonda depressione sulla verticale della calotta polare (vortice polare) e una fascia di alta pressione sulla zona equatoriale. E siccome il vento intorno ai centri di bassa pressione ruota in senso antiorario nell'emisfero nord e in verso orario in quello sud, ne discende che la circolazione atmosferica alle quote medio-alte, in entrambi gli emisferi, é prevalentemente di tipo zonale, ossia direta secondo i paralleli ed orientata da ovest verso est (correnti occidentali o westwerly). Tuttavia le grandi ondulazioni in senso meridiano delle correnti occidentali (onde di Rossby) hanno un ruolo fondamentale nella genesi degli scambi di calore Equatore-Poli e delle perturbazioni delle medie latitudini.