Domande ricorrenti (FAQ) sulla chimica e fisica dell'aria

Cos'e' l'aria?

L'aria non e' nient'altro che una miscela di una varietà di gas. L'aria atmosferica consiste di azoto, ossigeno, che è la sostanza sostenitrica della vita per gli animali e gli esseri umani, l'anidride carbonica, il vapore acqueo ed piccole quantita' di altri elementi (argon, neon, ecc.). Più in alto nell'atmosfera l'aria contiene inoltre ozono, elio e idrogeno. Si può notare chiaramente la presenza dell'aria solo in presenza di vento.

Di che cosa consiste l'aria?

L'aria che respiriamo consiste dei seguenti gas:

La quantità di acqua contenuta nell'aria varia notevolmente. Quando grandi quantita' di acqua sono presenti nell'aria altri elementi sono presenti in quantita' piu' basse. La quantità di acqua nell'aria può aumentare fino al 4%. La percentuale più bassa di acqua nell'aria è 0.5%. L'acqua spinge i gas più vicino, in modo da poter occupare parecchio spazio.
Quando la quantità di acqua nell'aria è molto bassa, l'aria è detta secca. Il peso di 22.4 dm³ di aria secca è 28.96 grammi. Quando l'aria contiene sufficienti quantita' di acqua è detta umida. L'aria umida è più leggera dell'aria secca.

Oltre agli elementi precedentemente elencati, anche altri elementi sono presenti nell'aria. Tuttavia, le percentuali di tali elementi sono molto basse. In aria si possono trovare anche aereosol: si tratta di particelle di polvere scaricate sulla superficie della terra dal vento, o emesse durante l'attività vulcanica. Quando avvengono dei processi di combustione, anche ceneri e particelle grimose finiscono nell'aria.

La composizione dell'aria varia notevolmente con altezza. Oltre novanta chilometri sopra la superficie terrestre le molecole dell'ossigeno si scompongono e restano soltanto atomi di ossigeno. Oltre cento chilometri sopra la superficie delle terre, anche le molecole dell'azoto si scindono. A tale altezza l'aria non ha la composizione che conosciamo. La' l'atmosfera è completamente differente.

Cosa sono i gas?

Tutti gli elementi chimici si possono trovare in stati diversi (fasi). Una di queste fasi è la fase gassosa. Oltre a gassoso un elemento può anche essere solido o liquido. L'acqua è chiamata ghiaccio quando è solida, bagna quando è liquida e in forma gassosa esiste come gas o vapore.
Quando la temperatura aumenta, le molecole di una sostanza si allontanano, inducendo la sostanza a diventare gassosa e meno visibile. Tale cambiamento di fase porta l'aria ad essere invisibile. Quando le la temperatura si abbassa le molecole d'aria sono più vicine la une alle altra e la sostanza diventa solida. La temperatura a cui ogni avviene il cambiamento di fase differisce da per ogni sostanza.

Dove troviamo l'aria sul nostro pianeta?

Possiamo affermare che l'aria si trova ovunque sulla terra tranne dove e' presente l'acqua. L'aria persino è situata nello strato di superficie della terra: nel terreno.
Essa si trova non soltanto su terra, ma anche intorno alla terra in uno strato detto atmosfera. L'atmosfera può essere divisa in strati a seconda della temperatura e dell'altezza. Tali linee non sono nettamente separate da confini dritti; ma si passa gradualmente da uno all'altro.

Il primo strato di aria, che è situato il più vicino alla terra, è detto troposfera. Esso si estende per 11 chilometri di altezza. Quando si passa alla troposfera la temperatura scende di sei o sette gradi per chilometro. Di conseguenza il tempo sulla terra a' pricipalmente condizionato dai cambiamenti che avvengono nella troposfera. Lo strato superiore della troposfera è detto tropopausa. Vicino all'Antartide, lo strato della tropopause è situato otto-dieci chilometri sopra terra. Tuttavia, all'Equatore lo strato della tropopause è situato a diciassette - diciotto chilometri sopra la terra.

Il secondo strato di aria sopra il troposphere è detto stratosfera. Le temperature cessano di diminuire nella parte più inferiore di tale strato. Qui la temperatura si aggira intorno ai 55 gradi.
Nella parte piu' alta della stratosfera le temperature salgono a zero centigradi a 47 chilometri sopra la terra.
All'interno della stratosfera la radiazione solare genera l'ozono (O3) dall'ossigeno (O2), fra i venti e i quaranta chilometri al di sopra della superficie terrestre. Questa reazione da il nome di  'ozono-sfera' a questa parte della stratosfera. La parte superiore della stratosfera è detta stratopausa.

Il terzo strato di aria è detto mesosfera. Tale strato si può trovare oltre 52 chilometri sopra la superficie terrestre. La parte superiore della mesosfera è detta mesopausa. Nella mesopausa le temperature scendono ulteriormente. Qui la temperatura si aggira intorno ai -90 gradi.

Il quarto strato dell'aria, la termosfera è situato oltre novanta chilometri sopra la terra. In tale strato le temperature aumentano enormemente, portando la temperatura piu' alta ad essere superiore ai mille gradi centigradi. La densità del'aria è molto bassa, quindi le forze fra le molecole sono quasi nulle. Le molecole più leggere possono fuoriuscire attraverso la strato più basso della termosfera, l'esosfera. Essa non ha un confine netto, dal momento che confina con lo spazio.

I novanta chilometri più bassi dell'atmosfera sono spesso indicati come emisfero, perché la composizione nell'aria è ragionevolmente costante. Tutta l'aria sopra questo strato e' indicata come idrosfera, dal momento che l'aria ha una composizione molto diversa in tale zona.

Quali tipi di aria esistono?

Quando una grande quantità di aria ha lo stesso valore di umidità e temperatura, è considerata come un tipo distinto di aria. Tale tipo di aria deve coprire una superficie orizzontale di mille chilometri. L'altezza del tipo di aria può variare da un centinaio di metri al riempimento dell'intera troposfera.
Un tipo di aria si forma quando una massa d'aria circola per tre-nove giorni su una zona posta completamente sopra la terra o il mare ed dove non soffia il vento non. All'interno di tale zona la massa d'aria riceve le sue proprietà specifiche. Sopra la terra ci possono essere aree desertiche o savane. Non appena l'aria lascia tale zona le sue proprietà specifiche cambiano lentamente e alla fine si estinguono completamente. I tipi di aria che hanno ricevuto le loro proprietà specifiche in un'area sopra il mare sono molto più umide dei tipi di aria che hanno ricevuto le loro proprietà specifiche sopra la terra. I tipi di aria modellati sopra gli oceani sono detti tipi di aria marina. I tipi di aria che si sono formati sopra la terra sono detti tipi continentali.

Possiamo distinguere quattro tipi base distinti di aria, che possono essere tutti ulteriormente divisi in marini o continentali:
1. Aria equatoriale: la temperature si aggira tra i 25 ed i 30 gradi ed il livello di umidita' e' alto.
2. Aria tropicale. L'aria tropicale marina ha un elevato contenuto di umidità e una temperatura intorno ai 25 gradi. L'aria tropicale continentale ha un basso livello di umidità e una temperatura oltre i 50 gradi.
3. Aria polare. L'aria polare marina è sempre umida e relativamente calda in inverno e fredda d'estate. Aria polare continentale a' molto asciutta e fredda d'inverno: le temperature possono scendere al si sotto dei -50 gradi. In estate tale tipo di aria è caldo, ma ancora molto asciutto.
4. Aria artica. Questo tipo di aria è molto freddo. L'aria artica marina è più calda dell'aria artica continentale in inverno.

Cos'e' il vento?

In vento e' fondamentalmente aria in movimento. L'aria si muove in conseguenza di diversi valori di pressione dell'aria sulla terra. Direzione e forza del vento possono variare notevolmente. La forza del vento e' spesso indicata riferendosi ai punti cardinali. Essa è indicata con un numero detto numero di Beaufort, sulla scala di Beaufort. ed è determinata sempre circa dieci metri sopra terra.

Descrizione della forza del vento secondo la scala di Beaufort

In parole semplici, il vento esiste perché la radiazione solare scalda la terra. Il calore e l'aria calda aumentano, inducendo l'aria nell'atmosfera a muoversi. Tale movimento è noto come vento. Durante questo movimento di aria, l'aria calda è trasportata dall'Equatore ai poli e l'aria fredda è trasportata di nuovo all'Equatore. Tale effetto provoca un lieve raffreddamento dell'Equatore ed un lieve riscaldamento dei poli in modo da evitare il manifestarsi di temperature estreme. Oltre a vento, anche gli oceani contribuiscono alla diffusione del calore.
L'aria non si muove direttamente dall'Equatore ai poli e indiatro, come sarebbe prevedibile. I movimenti di spinning della terra influenzano le direzioni del vento. Di consegenza, il vento passa dall'Equatore al polo nord è si muove verso est, mentre vento che passa dall'Equatore al polo sud si muove verso ovest. Il vento è sempre definito in base alla direzione da cui proviene: il vento dall'Equatore a polo nord è deto vento ovest. L'aria calda che è si muove dall'Equatore ai poli si raffredda lungo il cammino.

A 30^o di latitudine nord e sud l'aria non subisce alcuna migrazione verso l'equatore ma rimane ferma sul posto.

Il vento soffia in un cirolo, detto cella. Sulla terra si possono distiguere tre tipi di celle:
- La cella Hadley si trova tra l'equatore e il trentesimo parallelo nord e sud. Il vento in questa, situata vicino alla superficie terrestre è detto aliseo.
- La cellula di Ferrell è situata fra il 30esimo e il 60esimo parallelo sia nell'emisfero nord che sud. Il vento in tale cella e' piu' forte in inverno. Al confine del 30simo parallelo, il vento soffia verso i poli, mentre alla latitudine di 60 gradi, l'aria aumenta ed il vento soffia nuovamente verso il parallelo a 30 gradi. Non tutto torna indietro, una parte del vento della cela di Ferrell è preso nella cella del polare.
- La cella polare è situata ai poli, fino al nord 60 parallelo di latitudine a sud. Alla latitudine di 60 gradi l'aria sale, ma sopra i poli l'aria scende. I venti nella cella polara sono solitamente freddi ed asciutti.

Quanto fin qui esposto e' solo un'indicazione di come il vento soffia sulla terra. La terra consiste non soltanto di acqua, ma anche di terra. La terra influenza la direzione del vento. Ciò consente a vento di soffiare in direzioni diverse in regioni distinte.

Cos'e' la pressione dell'aria?

L'aria esercita una certa forza sugli oggetti, detta pressione atmosferica. Tutta l'aria contenuta nell'atmosfera aderisce alla superficie terrestre come conseguenza della forza magnetica di attrazione della terra. La pressione atmosferica agisce su ogni forma vivente e su ogni oggetto sulla terra, come tavoli, tetti e case, ma anche su esseri umani, animali e piante. Noi non sentiamo tale pressione atmosferica, dal momento che c'e' una forza all'interno del nostro corpo che genera una pressione uguale e contraria sulla atmosfera esterna. La pressione sotto la tavole è pari alla pressione al di sopra di essa, altrimenti essa collasserebbe.
La pressione dell'aria (atmosferica) è definita come la pressione in che il peso totale di una colonna di aria esercita su un metro quadro di terra (1 m2). L'unità misura della pressione è il Pascal (Pa).
La pressione atmosferica maggiore è situata nella parte inferiore dell'atmosfera, appena sopra la terra. Più in alto nell'atmosfera la pressione diminuisce. Su terra si avverte la pressione dovuta a una grande quantità di particelle d'aria; in alto nell'atmosfera sono presenti meno particelle che esercitano pressione.
La pressione atmosferica media sulla terra è di 1013 hPa. Questo non e' un numero esatto ma può variare una piccola quantita'. La gente nota appena cio', perché i nostri corpi si adattano alle diverse pressioni atmosfericha. Tuttavia, alcune persone sono piu' sensibili ai cambiamenti nella pressione atmosferiche. Per tali persone un cambiamento della pressione atmosferica può causare le emicranie.

Indice delle domande ricorrenti (FAQ) sull'aria.

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