La temperatura

Il calore si propaga in tre modi diversi: per conduzione, convezione o irraggiamento. La conduzione avviene per contatto tra corpi solidi, ed è responsabile del fenomeno per cui il calore trasmesso dal fuoco alla punta di un attizzatoio giunge fino al manico. La convezione riguarda la diffusione del calore nei fluidi e avviene con trasporto di materia: è per la convezione che l'acqua di una pentola si riscalda uniformemente, pur essendo solo inferiormente a contatto con la fonte di calore. L'irraggiamento infine consiste nella propagazione a distanza di energia termica sotto forma di onde elettromagnetiche (infrarossi) : è per l'irraggiamento che sentiamo il calore di una stufa o del Sole.

Questo calore in piccola parte viene assorbito (perché suolo e mare sono cattivi conduttori) e in gran parte viene riflesso per irraggiamento, riscaldando così l’aria. Ovviamente gli strati più bassi risulteranno anche i più caldi perché sono i più vicini alla crosta terrestre da cui il calore viene irradiato; procedendo verso gli strati più elevati si avrà invece una diminuzione della temperatura, come sopra accennato. Tutto ciò rimanendo all’interno della troposfera poiché negli altri strati dell’atmosfera vigono leggi differenti. Nella troposfera il valore di questo raffreddamento è costante (5,5°C per Km) e si chiama gradiente termico verticale.

Nel meccanismo della convezione, quando un liquido o gas viene riscaldato, diventa meno denso e tende a salire verso l’alto, mentre la parte più fredda, più densa e quindi più pesante, tende a scendere verso il basso.

Un’altra legge fisica ci insegna che ogni corpo riscaldato tende a distribuire il calore in tutta la sua massa per raggiungere l’equilibrio termico.

L’atmosfera e l’acqua degli oceani, riscaldate dal Sole e dalla Terra per riflesso, tendono a dirigersi per convezione verso l’alto, come abbiamo accennato sopra, ma anche verso i Poli, dove a causa dell’inclinazione dell’incidenza dei raggi solari, il riscaldamento è minore.

La causa di tutti i moti interni dell'atmosfera è l'ineguale riscaldamento della superficie terrestre a opera della radiazione solare: le zone equatoriali sono infatti sottoposte a un riscaldamento assai più prolungato e intenso di quello a cui sono soggette le regioni polari. In risposta alle differenze di temperatura che risultano da questa disparità di insolazione del globo, l’atmosfera è interessata da un continuo e complesso meccanismo di circolazione che tende a trasferire calore dalle basse latitudini verso i poli. 

Il termometro è lo strumento utilizzato per effettuare misurazioni di temperatura. Il tipo più comunemente usato è quello a mercurio, costituito da un tubo capillare di vetro, a diametro costante, che reca a una estremità un bulbo riempito del metallo liquido, sigillato e sotto vuoto. Se la temperatura aumenta, il mercurio si dilata e sale nel capillare: il livello raggiunto fornisce una misura indiretta di temperatura, che viene letta su una scala graduata propriamente tarata.

Sono oggi in uso diverse scale termometriche: la scala Celsius o centigrada, la scala Fahrenheit, la scala Kelvin, la scala Rankine e la scala internazionale delle temperature termodinamiche. La scala Celsius, che fissa a 0 °C la temperatura del ghiaccio fondente e a 100 °C il punto di ebollizione dell'acqua a pressione normale, è quella più usata in tutto il mondo, in particolar modo in campo scientifico. La scala Fahrenheit, usata soprattutto nei paesi anglosassoni, fissa la temperatura del ghiaccio fondente a 32 °F e quella dell'acqua bollente a 212 °F. Le altre scale vengono usate per misurazioni scientifiche di altissime temperature.  

La pressione 

La pressione atmosferica non è altro che il peso dell’aria che sovrasta la crosta terrestre.        

All'aumentare dell'altitudine, si riduce l'altezza della colonna d'aria che esercita il proprio peso sul suolo: di conseguenza, il valore della pressione atmosferica passa da un valore medio di 1013 mb (millibar), al livello del mare, all'89% di questo valore a un 1000 m di altezza, per scendere fino al 26% a 10 km di altezza. Un simile andamento è facilmente comprensibile osservando la figura 1 : 

Fig.01

La figura osservata facilita l’introduzione del concetto di area di alta o bassa pressione (dette anche, rispettivamente, area anticiclonica e area ciclonica).

Nelle carte meteorologiche tali aree sono indicate con le isobare (linee che delimitano le zone in cui la pressione ha lo stesso valore). Un esempio nella fig.2 : 

Fig. 02

Questa immagine ci informa che nel Mediterraneo ci sono due aree con pressione differente : l’una alta (A) e l’altra bassa (B). Nella prima il valore massimo sarà evidenziato nel nucleo centrale e andrà decrescendo verso l’esterno, mentre nella seconda i valori decresceranno procedendo verso l’interno, dove sarà localizzato il minimo.

Utile osservare che le linee isobare vengono evidenziate per intervalli di 4 millibar, partendo dal nucleo centrale.

Il riferimento al valore normale di 1013 mb è però indicativo ma non determinante. Se per esempio si rileva una pressione di 1026 mb  sulla Sardegna e una di 1016 sulla Sicilia, si può stare certi che si verificheranno perturbazioni, anche se sono entrambe pressioni più alte rispetto alla norma. Ciò che conta, quindi è il fatto che ci siano vicine due zone che presentano condizioni differenti che tendono ad equilibrarsi.

Lo strumento di misura della pressione atmosferica è il barometro.

Un normale barometro a mercurio è costituito da un tubo di vetro alto circa 1 m, chiuso all'estremità superiore e aperto a quella inferiore. Quando il tubo è riempito di mercurio e l'estremità aperta è immersa in un contenitore riempito con lo stesso liquido, il livello scende a un'altezza di circa 760 mm (rispetto al contenitore), lasciando un vuoto quasi perfetto nella parte superiore del tubo. Variazioni della pressione atmosferica fanno salire o scendere il liquido di poco, raramente sotto ai 737 mm o sopra ai 775 mm a livello del mare. Il risultato ottenuto con un barometro a mercurio, preciso entro un errore di circa 0,1 mm, deve sempre essere corretto per tener conto delle variazioni della forza di gravità con l'altitudine e la latitudine.

Altrettanto usato è il barometro aneroide, in cui la pressione atmosferica incurva la parete elastica di un tubo metallico in cui è fatto il vuoto totale; dalle variazioni della forma del tubo è possibile risalire al valore della pressione esterna (fig. 3). Poiché la pressione diminuisce rapidamente con l'aumentare dell'altitudine, questo strumento è spesso usato come altimetro (strumento atto a misurare l'altitudine).

L'uso del barometro è fondamentale per formulare previsioni meteorologiche accurate. Oltre a quanto sopra bisogna dire che è necessario tenere in gran conto il tempo in cui si manifesta una variazione del livello barometrico : un calo di 4 mb in un periodo di 4 ore va tenuto d’occhio, ma un calo di 3 mb in una sola ora prelude certamente a una burrasca.

Nota : per una misurazione più corretta si dovrebbe tenere conto del fatto che la pressione atmosferica, come la temperatura, subisce regolari variazioni nel corso della giornata; aumenta gradatamente dalle ore 4 alle 10, diminuisce tra le 10 e le 16, torna ad aumentare dalle 16 fino alle 22  ed è di nuovo in diminuzione dalle 22 alle 4 del mattino. Alle medie latitudini queste variazioni sono di circa un millibar, pertanto sono trascurabili, ai tropici però raggiungono i 3 mb, e sarà necessario prenderle in seria considerazione. 

	Fig. 03
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