L’ATMOSFERA TERRESTRE - st05-unich.prod.· EVOLUZIONE dell’OSSIGENO NELL’ ATMOSFERA 1) ∼∼∼∼3.2

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LATMOSFERA TERRESTRE

La Terra circondata e protetta da un involucro gassoso che rarefacendosisfuma verso gli spazi interplanetari: latmosfera. Essa ha permesso lo sviluppodella vita sul nostro pianeta, grazie alla sua funzione di termoregolazione e di

filtro nei confronti della radiazioni dannose proveniente dallo spazio.

L atmosfera la riserva di ossigenonecessaria alla sopravvivenza di tutti gli esseriviventi ed direttamente responsabile odinterferisce con 1) il ciclo delle acque, 2) processi di fotosintesi, 3) processi di decomposizione, 4) alterazione chimica delle rocce, 5) composizione delle acque naturali, 6) erosione, 7) moto ondoso e correnti marine...

La concentrazione dei gas presenti nell'aria viene espressa comunemente in unitdiverse dalle moli per litro (molarit). La scala di concentrazioni basata su molecoleo volumi piuttosto che sulla massa.Le unit pi comunemente usate sono espresse come parti per __ o . Cos, unaconcentrazione pari a 100 molecole di un gas quale il biossido di carbonio disperse inun milione (106) di molecole di aria sar espressa come 100 parti per milione, cio100 ppm.

ppm parti per milione (106) in inglese millionppb parti per miliardo (109) in inglese billionppt parti per trilione (1012) in inglese trillion.

talvolta nell'abbreviazione dell'unit compare una v (per volume); per esempio, 100ppmv o ppm.Occasionalmente,pphm parti per cento milioni (108, dall'inglese hundred million).

importante sottolineare che, per i gas, queste unit esprimono il numero di molecole di una specie chimica(cio, in termini chimici, del soluto) presenti in un milione o in un miliardo di molecole di aria. Poich,secondo la legge dei gas ideali, il volume di un gas proporzionale al numero di molecole in esso contenute, lescale espresse in termini di parti per rappresentano anche il volume che di una specie chimica occuperebberispetto ad un determinato volume di aria se la specie chimica stessa potesse essere isolata e compressa aduna pressione uguale a quella dell'aria.

UNIT DI CONCENTRAZIONE DEI GAS IN ARIA

ORIGINE ED EVOLUZIONE DELL ATMOSFERA

L'atmosfera primordiale, fu generata da "contributi"esterni di materiale, portati da meteoriti e comete.Conteneva biossido di carbonio (CO2), metano(CH4), ammoniaca (NH3) e vapore acqueo.Lelevata T della proto-terra determin ladispersione nello spazio di queste specie gassose.

Man mano che il raffreddamento procedeva,lintensa attivit vulcanica liberava gas quali H2O,CO2, SO2, H2S, HCl. Il vapore acqueo condensformando i pro-oceani. Lanidride carbonica (CO2)si dissolse nellacqua e venne parzialmenteintrappolata con la formazione di roccecarbonatiche (CaCO3), consentendo allazoto, gasinerte nellacqua, di accumularsi nellatmosfera.

Levoluzione successiva dellatmosfera essenzialmente dovuta allo sviluppo di esseriviventi e lo sviluppo dei processi di fotosintesi erespirazione che determinarono la composizioneattuale dellatmosfera.

http://www.raiscuola.rai.it/articoli/l-ossigeno-levoluzione-dellatmosfera-terrestre/4019/default.aspx

EVOLUZIONE dellOSSIGENO NELL ATMOSFERA1) 3.2 Ga alcuni organismi acquaticiprocarioti iniziarono a produrre ossigenoper fotosintesi.Tale processo chimico complesso operatoda organismi che hanno clorofilla. Lafotosintesi converte anidride carbonica +acqua in sostanza organica e ossigeno:

CO2 + H2O CH2O + O2(formula semplificata)

lossidazione del Fe red beds

2) 2.7 Ga le cellule eucarioti iniziarono ilprocesso della respirazione: ossidazionedella sostanza organica con liberazionedenergia:

CH2O+O2 CO2 + H2O(formula semplificata)

3) 1 Ga ossidazione completa rocce difondo marino accumulazione ossigenonellatmosfera. Inizi quindi a formarsiozono nella troposfera e la Terra venneschermata dai raggi ultravioletti. Ci haconsentito la colonizzazione dellaterraferma da parte delle piante e lesplosione di specie animali.

Variazione della concentrazione dellossigeno inatmosfera dalla formazione della Terra ad oggi

EVOLUZIONE dellOSSIGENO NELL ATMOSFERA

STRUTTURA DELLATMOSFERALatmosfera attuale suddivisa in stratidisomogenei per temperatura e densit.Dal basso:TROPOSFERA (0 - 14 Km): la parte pidensa dell'atmosfera, sede della maggiorparte dei fenomeni meteorologici; latemperatura decresce con l'altezza;STRATOSFERA (14 - 60 km): contiene lostrato di ozono; la temperatura cresce conl'altezza;MESOSFERA (60 - 90 km): il gas diventamolto pi rarefatto; la temperatura decrescecon l'altezza;TERMOSFERA (90 km 500 km): latemperatura aumenta con gradientecostante;IONOSFERA (fino a 400/500 km): ricca diparticelle ionizzate; questo strato filtra laradiazione solare, lasciando passaresoltanto certe bande spettrali, come quellaottica o radio, ed sede delle aurore polari;ESOSFERA (dai 400/500 km in su): laparte meno conosciuta della nostraatmosfera, essa decresce in densit fino aperdersi nello spazio.

atmosfera

COMPOSIZIONE CHIMICA DELLATMOSFERA

Lanidride carbonica (CO2) in concentrazioni pari al 0.040% (400ppm) nella bassaatmosfera. Nellatmosfera sono inoltre presenti molte altre specie chimiche sia sottoforma di gas che di microparticelle solide (particolato atmosferico).In quantit variabile si trovano anche vapor dacqua, H2, O3 (ozono). La variabilit dicomposizione deriva dalla dinamicit dellatmosfera e le sue molteplici interazioni conla biosfera, la litosfera e lidrosfera.

La variabilit inoltre influenzata dalla temperatura e pressione e dal tempo diresidenza dei costituenti dellatmosfera.

I principali componenti delatmosfera sono:

COMPONENTI MINORI DELLATMOSFERA E CONCENTRAZIONI TIPICHE

Componenti minori Fonti Concentrazioni tipiche

Anidride carbonica (CO2)

Decomposizione di materia organica; combustioni

370 ppm in tutta la troposfera

Ossidi di carbonio (CO)Decomposizione di materia organica; combustione di

combustibili fossili

0,05 ppm nellaria non inquinata; 1-50 ppm nelle

aree di traffico urbano

Metano (CH4)Decomposizione di materia

organica; emissioni di gas naturale1-2 ppm in tutta la troposfera

Ossidi di azoto (NOx)Scariche elettriche; motori a

combustione interna; Combustione di materia organica

0,01 ppm nellaria non inquinata; 0,5 ppm nello

smog atmosferico

Ozono (O3)Scariche elettriche; smog

fotochimico

Fino a 0,01 ppm nellaria non inquinata; 0,5 ppm nello

smog fotochimico

Anidride solforosa (SO2)

Gas vulcanici; incendi di boschi; combustibili fossili; arrostimento di

minerali

0-0,01 ppm nellaria non inquinata; 0,1-2 ppm nellambiente urbano

inquinato

OSSIGENO

Produzione e consumo di ossigeno.L'ossigeno presente nell'atmosfera attuale in quantit tale, rispetto a quello immesso perfotosintesi, che basterebbe per altri 2000 anni, anche se tutto il processo di fotosintesi sibloccasse.

L'atmosfera esercita nei confronti della radiazione elettromagnetica proveniente dallo spazioun'azione di disturbo, limitando cos le bande osservabili (finestre) solo a quella della luce edelle onde radio, e sbarrando quindi il passo ai raggi gamma, ultravioletti ed infrarossi.Tuttavia anche i raggi luminosi attraversandola saranno sottoposti a delle distorsioni, cambiandodirezione e venendo dispersi od assorbiti dagli strati atmosferici, che per loro natura sonodisomogenei a causa delle differenze di temperatura, densit ed altezza.

ATMOSFERA: EFFETTO FILTRO

filtered filtered

Importanti reazioni fotochimiche si verificano nellalta atmosferaper effetto della radiazione solare. Ci porta alla ionizzazionedellO e N, che assorbono in questa reazione parte delleradiazioni ultraviolette (hv), dannose per luomo.

A circa 400 km di altezza (termosfera) delle molecole di N2 sidissocia per linterazione con la radiazione solare (vento solare).

azoto molecolare N2 + hv N + N azoto elementare

O2 + hv O + O

Oltre alla dissociazione avviene anche la ionizzazione di N e O:

N2 + hv N2+ + e perdita di unelettrone

O2 + hv O2+ + e

Queste reazioni producono la fascia atmosferica ionizzata(IONOSFERA).

REAZIONI FOTOCHIMICHE

Il fenomeno causato dall'interazione di particellecariche (protoni ed elettroni) di origine solare (ventosolare) con la ionosfera terrestre (atmosfera tra i 100-500 km). Tali particelle eccitano gli atomi dell'atmosferache diseccitandosi in seguito emettono luce di varielunghezze d'onda. A causa della geometria del campomagnetico terrestre, le aurore sono visibili in dueristrette fasce attorno ai poli magnetici della terra, detteovali aurorali.

BUCO NELLOZONOSFERANegli ultimi decenni, secondo rilevamenti eseguiti nell' atmosfera, lo strato di ozono sta diventandopi sottile, specialmente sopra l' Antartide (foto NASA; il rosa indica scarsit di ozono).Il "buco" nello strato di ozono stato scoperto negli anni 80 da ricercatori britannici. Non si trattatecnicamente di un "buco" in cui l' ozono totalmente assente, ma di una regione con livello diozono eccezionalmente basso, che si forma sopra l' Antartide all' inizio della primavera (Agosto -Ottobre).Un vortice senza fine di venti stratosferici chiamato "vortice polare" isola in inverno l' area sopralAntartide. Il buco di ozono cresce all' inizio della primavera finch l' atmosfera si scalda e il vorticepolare si indebolisce, ponendo fine all' isolamento dell' aria. Allorch laria dalle latitudini circostantipenetra nella regione polare, lo strato di ozono si stabilizza fino alla primavera successiva.

I raggi ultravioletti provenienti dal Sole colpiscono una molecola di ossigeno biatomico (O2)scindendola in due atomi (O + O); questi a loro volta si combinano facil