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  1. #1
    Burrasca L'avatar di luca_mo
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    neve *L'Ozono, un importante attore dell'atmosfera: alcuni fondamenti.*

    Salve a tutti,
    ho avuto la fortuna nel mio lungo percorso scientifico di approfondire questo argomento che vedo spesso citato nelle dinamiche atmosferiche invernali. Ho pensato così che potesse essere utile un breve riassunto relativo ad alcune nozioni che riguardano questa molecola. Ho pensato comunque di aprire il TD in questa sezione data la sua relazione con le dinamiche atmosferiche e anche teleconnettive.

    Come ben noto, l'atmosfera della Terra è caratterizzata da variabili quali temperatura e pressione in relazione all'altitudine. Di seguito riporto il grafico della temperatura e pressione in relazione all'altitudine:



    La troposfera, che come ben sappiamo è lo strato inferiore dell'atmosfera, vede concentrata al suo interno (quindi nei primi 10-15km dell'atmosfera a seconda della latitudine) il 99% della massa dell'atmosfera ed è caratterizzata da una diminuzione della temperatura con l'aumento dell'altitudine. E' uno strato in cui è presente un forte rimescolamento verticale.
    La stratosfera si estende dalla tropopausa (quindi mediamente dai 13 km) alla stratopausa (45-55 km). Qui la temperatura invece aumenta con l'altitudine e il mescolamento verticale è invece lento. Qui si ha uno strato isotermico tra gli 11 e 20 km e un aumento progressivo dai 20 ai 50 km fino a raggiungere un valore simile a quello della superficie terrestre (circa 15°C). La struttura termica della stratosfera è il risultato della presenza dell'ozono.
    L'assorbimento dei raggi UV da parte dell'ozono è la causa del gradiente termico positivo della stratosfera con l'aumento dell'altitudine.
    Rammento che la pressione media al livello del mare è di 1013 hpa e che diminuisce esponenzialmente in relazione all'altezza:

    Ph= P0 e-Mgh/RT

    dove:
    M= massa media dell'aria (moli)
    g= accelerazione gravitazionale
    h= altezza
    R= costante gas perfetti
    T= temperatura (K) all'altezza P0

    La densità e la pressione definiscono quello che è il cammino libero medio, ossia la distanza media che una particella percorre prima di urtarne un'altra:


    Prima di entrare nello specifico sull'ozono, riporto brevemente quella che è la composizione chimica dell'atmosfera:



    La quantità totale di ozono atmosferico si esprime in unità di Dobson (DU). 1 DU equivale a 0.01 mm di spessore di ozono puro alla densità che esso avrebbe se fosse portato alla pressione di 1013 hpa (pressione al livello del suolo). La quantità normale è di circa 350 DU. A causa dei venti stratosferici, l'ozono viene trasportato dall'equatore ai poli per mezzo di quella che conosciamo come Brewer and Dobson Circulation (BDC). Per tale motivo ai tropici la concentrazione di ozono è inferiore che ai poli. La distruzione dell'ozono e altri processi che avvengono in Stratosfera hanno come trigger la luce solare proveniente dal sole (reazione fotochimica) che può essere scomposta in quello che conosciamo come spettro elettromagnetico:



    Al diminuire della lunghezza d'onda vi è un aumento dell'energia della radiazione (legge di Planck) e della sua frequenza.

    Riassumendo sommariamente, l'O2 ha il massimo assorbimento a lunghezze d'onda comprese tra 125 e 175 nm, l'O3 tra 220 e 320 nm. Una parte della radiazione UV perciò riesce a penetrare quindi fin sulla superficie terrestre: è quella meno pericolosa (UV-A) poichè con lunghezze d'onda maggiori, ossia comprese tra 320 e 400 nm. La reazione dell'ossigeno molecolare nella sua forma atomica richiede fotoni di una certa energia la cui lunghezza d'onda è pari a 241 nm.
    O2 + fotoni UV ---> 2 O
    La formazione di ozono è pertanto legata alla collisione di un atomo di ossigeno con una molecola di ossigeno, ma questo processo non riesce ad avvenire efficacemente a tutte le quote della stratosfera. Perchè? A quote elevate (al di sopra della stratosfera) abbiamo una grande disponibilità di radiazione e fotoni adatti alla scissione dell'ossigeno molecolare, ma il cammino libero medio è molto elevato (bassa densità dell'aria) e inoltre tutto l'ossigeno presente è pertanto presente in forma atomica e quindi riformerà ossigeno molecolare.
    Nella parte inferiore della stratosfera invece, abbiamo un'elevata concentrazione di ossigeno molecolare a causa sia della maggiore densità dell'aria sia a causa dello scarso assorbimento di fotoni UV, poichè questi sono già stati in gran parte assorbiti negli strati superiori, ma vi sarà scarsa presenza di ossigeno atomico.
    In medio-alta stratosfera invece abbiamo il giusto rapporto tra l'ossigeno atomico e quello molecolare (minore cammino libero medio e maggiore densità): in questa regione si ha la formazione dell'ozono secondo la reazione:


    O+O2+M --->O3+M
    L'ozono presente nella stratosfera inferiore è prodotto largamente a quote superiori e poi trasportato più in basso. La reazione di formazione dell'ozono è esotermica e il calore generato viene dissipato da una terza molecola come l'N2, indicato con M. La massima concentrazione di ozono è compresa tra 15 e 35 km (ozonosfera).



    L'inversione del normale gradiente termico indotto dalla liberazione di calore legato alla sintesi dell'ozono è un fenomeno che conosciamo bene, ossia l'inversione termica.
    L'ozono assorbe efficacemente la luce UV con lunghezza d'onda inferiore ai 320 nm. Ne consegue pertanto:


    O3+fotoni UV --->O2+O

    L'assorbimento quindi dei raggi UV con lunghezza d'onda maggiore è responsabile della distruzione dell'ozono che avviene nella porzione medio-alta della stratosfera. I processi di produzione e distruzione dell'ozono sono riassunti dal meccanismo (o ciclo) Chapman:


    UV-B e UV-C sono i raggi UV con maggiore energia, quelli con energia sufficiente all'innesco del meccanismo. La concentrazione di ozono in stratosfera non supera normalmente i 10 ppm.

    Spero di essere stato di aiuto alla maggiore comprensione di questo "attore".
    Ultima modifica di luca_mo; 30/01/2021 alle 11:40
    "Una NAO persistentemente negativa può favorire il wave break del VPS ed indebolirlo con conseguente predisposizione del pattern AO-, introducendo così una sorta di feedback che si ripercuote sul segno della stessa NAO e sulle SSTA atlantiche."

  2. #2
    Uragano L'avatar di burian br
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    Predefinito Re: *L'Ozono, un importante attore dell'atmosfera: alcuni fondamenti.*

    Intervento estremamente chiaro ed esaustivo, complimenti!

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