Fissiamo subito un concetto: che cos’è l’atmosfera? E’ un miscuglio di gas che avvolge la Terra e la segue nei suoi movimenti principali (di rivoluzione e di rotazione) e nel cosmo.
In termini più precisi, si dice che l’atmosfera è solidale (termine usato in fisica), ai movimenti della Terra ovvero significa che l’atmosfera è legata, vincolata alla Terra. Detto miscuglio di gas consente tante cose, ma soprattutto, per ciò che vi interessa, consente agli aerei di volare, perché rappresenta la materia su cui poggiano le ali perché è proprio per la presenza dell’aria che pressioni e depressioni si creano sulle superfici alari permettendo al velivolo di volare. Nei voli spaziali, ad esempio quelli in cui è impegnato lo Space Shuttle, una parte dell’energia prodotta dai propellenti viene impiegata per vincere l’attrito con l’atmosfera e per raggiungere la velocità di fuga che consente al mezzo di allontanarsi dalla Terra vincendo la forza di gravità. Nello spazio siderale, invece, mancando l’atmosfera e la forza di gravità terrestre, i corpi sono liberi di muoversi con ricorso ad energia molto minore rispetto all’ambiente terrestre. Sostanzialmente diverso il discorso nei voli tradizionali, dove l’atmosfera con la portanza aiuta a vincere la forza di gravità ed ai velivoli di sollevarsi dal suolo. Inizialmente, ai primordi della storia aeronautica, prevaleva il concetto del più leggero dell’aria, sfruttando la densità dell’aria. Infatti, si riempivano le mongolfiere con gas più leggeri dell’aria (dapprima idrogeno, poi elio, visto che il primo era esplosivo, come ci ammonisce lo sfortunato dirigibile Hindenburg), per sfruttare un principio fondamentale della fisica, quello di Archimede, che consente ad un corpo più leggero (meno denso) di galleggiare. Per cui la mongolfiera si sollevava fino a raggiungere strati meno densi dell’atmosfera.
Ma torniamo alla composizione dell’atmosfera, in modo da fissare alcuni concetti. Abbiamo parlato di componenti costanti: perché questi componenti vengono così definiti ? La spiegazione sta nel fatto che tali componenti gassosi sono presenti in misura costante almeno fino a 100 km di altezza. Ciò è dovuto al rimescolamento degli strati atmosferici. Cosa potrebbe accadere se non vi fosse il rimescolamento ? I componenti gassosi si stratificherebbero a seconda del loro peso, determinato dalla forza di gravità: i più pesanti in basso, i più leggeri in alto. Invece, il rimescolamento, fino a circa 100 km, fa sì che la composizione del miscuglio possa considerarsi costante (azoto 78%, ossigeno 21%, altri 1%). Oltretutto, se non ci fosse il rimescolamento, ovvero lo scambio di calore tra masse d’aria a contenuto termico differente, il calore si accumulerebbe sull’Equatore (colpito perpendicolarmente dai raggi del Sole ). Infatti l’inclinazione dell’asse terrestre rispetto all’eclittica è di 66 gradi e 33 primi e pertanto i raggi del Sole giungono sul polo molto obliqui, mentre sull’Equatore abbiamo visto arrivano diretti. E’ proprio la differenza termica tra i Poli e l’Equatore che genera tutte le perturbazioni, che rappresentano il fronte avanzato di masse d’aria con caratteristiche termiche differenti. Da nord abbiamo generalmente masse d’aria fredda, da sud masse d’aria calda. L’incontro di queste masse d’aria produce quei fenomeni che sulle carte meteorologiche vengono rappresentati con fronti o perturbazioni. E’ importante a questo punto dire che i componenti costanti hanno poco a che fare con il tempo meteorologico. Azoto, ossigeno, idrogeno elio e tutti gli altri gas che compongono l’atmosfera in misura costante, consentono la vita sulla Terra, soprattutto per quanto riguarda l’ossigeno, però non determinano le condizioni meteorologiche. I fattori che invece incidono sul tempo, sono i cosiddetti componenti variabili. Quali sono i componenti variabili ? Il più importante di tutti è il vapor acqueo, tutta l’acqua contenuta allo stato gassoso nell’atmosfera. Chiariamo subito un concetto: noi siamo abituati a chiamare vapore quella nebbiolina che si vede quando ad esempio l’acqua bolle. Nella terminologia comune può anche andare bene chiamare vapore quella nebbiolina, ma in realtà con vapore acqueo s’intende acqua allo stato gassoso. Quindi, essendo allo stato gassoso, è invisibile.
Quando osserviamo la nebbia, il vapor acqueo è passato dallo stato gassoso allo stato liquido: si sono formate delle goccioline. Il vapor acqueo può essere presente dall’1 al 5 percento della composizione in massa. Una idea della variabilità la possiamo avere se immaginiamo due superfici, una marina, e l’altra continentale. Dove ci aspettiamo di trovare maggior vapor acqueo ? Sul mare, poiché il riscaldamento della superficie dovuta al Sole ne provoca una continua evaporazione.
Le località costiere sono notoriamente più umide di quelle poste all’interno. Di primo mattino nei mesi freddi, in campagna si può osservare una leggera nebbiolina che aleggia nelle immediate vicinanze del suolo: bene, questo è indice di umidità elevata. Dove incontriamo zone veramente secche sul pianeta ? Sui territori desertici.
Oltre al vapor d’acqua, vi sono nell’atmosfera ancora altri componenti variabili importanti: anzi, possiamo dire che il solo vapor acqueo non è sufficiente affinché si formino goccioline d’acqua, come dimostrano alcuni esperimenti: se in un contenitore pieno d’aria ma isolato dall’aria circostante portiamo l’umidità al 100%, non noteremo nessuna formazione di goccioline. Si ha la sovrassaturazione. Quando si parla di saturazione dell’aria ? La quantità di acqua che una massa d’aria può contenere allo stato gassoso dipende dalla sua temperatura. Più elevata è la temperatura più acqua può contenere allo stato gassoso.
Chiariamo le idee con un esempio: in un contenitore isolato ho dell’aria poniamo alla temperatura di 25 gradi ed un’umidità relativa dell’80%. Cosa significa un’umidità dell’80%? Significa che a questa temperatura, l’aria contiene l’80% del vapor acqueo che potrebbe contenere. Se l’umidità relativa fosse del 100%, quella determinata massa d’aria conterrebbe il massimo del vapor d’acqua che a quella temperatura le è consentito avere. Cosa accade se la temperatura di quella massa d’aria diminuisce? L’umidità relativa aumenta, poiché col diminuire della temperatura diminuisce anche la capacità di quella porzione d’aria a contenere acqua allo stato gassoso. Infatti, la quantità di vapore acqueo rimane la stessa, ma se a 25 gradi resta gassosa, a 20 comincia a condensare la quantità in eccesso rispetto alle possibilità dell’aria a mantenerla gassosa. L’umidità relativa raggiunge il 100% e in teoria dovrebbe cominciare a condensare (passa cioè dallo stato gassoso allo stato liquido).
(contenuto tratto dal sito Corso basico di Meteorologia