Relazione a cura di Beatrice Subissati 2°A liceo classico

PROGETTO CLIMA: il viaggio attraverso l’atmosferaIl giorno 15 ottobre 2013 le classi seconde del liceo classico e scientifico Leopardi si sono recate al Museo di Storia Naturale di Morbegno. In questa relazione vengono riassunte in breve le attività didattiche e laboratoriali svolte in loco.

L’atmosfera è l’involucro gassoso che avvolge il nostro pianeta. Può essere divisa in cinque strati che si differenziano per composizione, temperatura e caratteristiche.

1. TROPOSFERA, ha uno spessore variabile (8 km ai poli, circa 18 km all’equatore) ed è uno strato instabile a causa dei fenomeni atmosferici. Include l’80% dei gas che compongono l’atmosfera e con l’aumento di altitudine la temperatura cala, a causa della lontananza con la superficie terrestre che irradia calore.

2. STRATOSFERA, raggiunge i 50 km. È stabile, asciutta, secca e limpida. All’interno si questo strato si trova l’ozono, un particolare gas che fa aumentare la temperatura all’aumentare dell’altitudine e scherma la superficie terrestre dai raggi UV.

3. MESOSFERA, raggiunge gli 80 km di altezza. Aumentando l’altitudine, la temperatura diminuisce a causa dell’allontanamento dall’ozono. Questo strato sgretola i meteoriti più grandi cha altrimenti impatterebbero sulla superficie terrestre.

4. TERMOSFERA, dove si verificano le aurore boreali a causa dell’impatto tra gli ioni dell’atmosfera e le particelle cariche provenienti dal vento solare. La temperatura (cinetica) aumenta con l’altitudine a causa della forte agitazione molecolare.

5. ESOSFERA, è la frangia atmosferica e raggiunge i 2500 km. Aumentando l’altitudine aumenta anche la temperatura per la vicinanza alle radiazioni solari.

FOCUS: IL BUCO DELL’OZONO

L'ozono è un gas naturale che si forma normalmente nella stratosfera. La sua presenza risulta di fondamentale importanza per la vita sulla terra, in quanto fornisce un eccellente schermo in grado di filtrare le radiazioni ultraviolette (UV), potenzialmente cancerogene. I gas inquinanti prodotti dall'uomo, tra i quali soprattutto il Freon (usato principalmente come propellente per le bombolette spray) l'ossido di azoto (NO, prodotto dai motori degli aerei), e i clorofluorocarburi (che venivano usati comunemente nei frigoriferi e in molti prodotti spray) si propagano nella stratosfera e causano la diminuzione dell'ozono, portando ad un assottigliamento di questo gas nell’atmosfera (“buco dell’ozono”). Questo strato protettivo iniziò un precipitoso declino negli anni ottanta. Il riscaldamento globale e il buco nell'ozono vengono normalmente considerati come due problemi separati, ma alcuni fisici dell'atmosfera hanno scoperto che essi potrebbero in realtà essere intimamente collegati. Uno studio pubblicato sul “Journal of Geophysical Research-Atmospheres” ha mostrato che il cambiamento climatico potrebbe vanificare sostanzialmente gli sforzi internazionali per ripristinare l'ozono, limitando le emissioni di clorofluorocarburi (CFC). Al momento, le previsioni più attendibili dicono che lo strato di ozono potrebbe essere completamente ripristinato per il 2040. Ma il riscaldamento globale potrebbe impedire il recupero, dice Drew Shindell, del Goddard Institute for Space Sciences della NASA, a New York.

Usando un modello numerico dell'atmosfera, il gruppo di Shindell ha simulato che cosa accadrà se gli inquinanti serra e il vapore acqueo dovessero raggiungere l'alta atmosfera. Nell'intensa radiazione solare dell'alta atmosfera, il metano può reagire con altri gas per formare vapore acqueo, che poi viene spezzato in altre sostanze chimiche che distruggono l'ozono. Tenendo conto di questi e altri processi, Shindell ha previsto che nel 2030 la stratosfera avrà recuperato solo circa un quarto del suo ozono..

PROGETTO CLIMA:l’inquinamento

Cos'è l'inquinamento? Secondo l'articolo I della Legge 615/616, si definisce "inquinamento" la modificazione della normale composizione dell'aria atmosferica ad opera di fumi, gas, polveri, odori e di tutte quelle sostanze che, alterandone la salubrità, pregiudicano lo stato di salute dei cittadini e danneggiano i beni pubblici e privati. L’inquinamento atmosferico è oggi un problema mondiale e costituisce un fenomeno in continua

ascesa soprattutto nelle grosse aree urbane.

L’inquinamento infatti ha molteplici cause come i gas serra (metano CH4, diossido di carbonio CO2, vapore acqueo H2O, protossido di azoto N2O, ozono O3, clorofluorocarburi CFC), il consumo dei combustibili fossili e lo SMOG. Quest’ultimo, il cui nome deriva dall’unione di SMOKE e FOG, è costituito dall’incontro tra i prodotti delle combustioni, che avvengono soprattutto nelle fabbriche, con il vapore acqueo contenuto nell’atmosfera. Si crea così una foschia, una nebbia dannosa e nociva per l’uomo e per le sue vie respiratorie. Lo smog contribuisce anche alla formazione dei gas serra.

Già dal 2030, ogni anno potrebbero essere risparmiate da 300.000 a 700.000 morti premature legate soprattutto a patologie dell'apparato respiratorio causate dall’inquinamento: ma solo riducendo le emissioni globali dei gas serra. La stima è stata realizzata da un gruppo di ricercatori dell'Università del North Carolina a Chapel Hill e del National Center for Atmospheric Research a Boulder, in Colorado.

ESPERIMENTO: LO SMOG IN BOTTIGLIA

Il materiale necessario per eseguire questo esperimento è una bottiglia, un termometro da acquario e un po’ di acqua. In principio si posiziona il termometro da acquario all’interno della bottiglietta vuota, si chiude il tappo e aumentando la pressione all’interno, comprimiamo la plastica della bottiglia. Il termometro dai 18,64° centigradi che il termometro segnava raggiungono in fretta 21,7°. Questo dimostra come la temperatura aumenti all’aumentare della pressione. [fig.1]

Dopo questo, introduciamo all’interno della bottiglia pochi ml di acqua, richiudiamo il tappo, comprimiamo ancora la bottiglia e notiamo che l’acqua liquida pian piano si trasforma in condensa sulle pareti della bottiglia. Ciò dimostra che all’aumentare della pressione, aumenta la temperatura che permetta all’acqua un passaggio di stato, da liquido a gassoso. [fig.2]

Infine, introduciamo nuovamente nella bottiglia pochi ml di acqua e un fiammifero appena spento. Chiudiamo in fretta il tappo, esercitiamo una compressione sulla bottiglia. Pochi minuti dopo apriamo il tappo e vediamo che una nuvoletta di fumo, una nuvoletta di SMOG, esce dall’imboccatura di quest’ultima. Infatti, aumentando la pressione come abbiamo già visto, aumenta anche la temperatura, spingendo l’acqua a diventare vapore acqueo che insieme al prodotto della combustione del fiammifero forma lo smog, una nuvoletta densa e scura di fumo.[fig,3]

I gas serra, quando l’energia solare attraverso una radiazione elettromagnetica colpisce la Terra, non schermano queste radiazioni in ingresso (che hanno una frequenza alta e una lunghezza d’onda bassa) ma assorbono quelle radiazioni che vengono riemesse dalla superficie terrestre con una lunghezza d’onda alta e una bassa frequenza (infrarossi). Causano così un riscaldamento della troposfera che prende il nome di effetto serra: fenomeno, di per sé positivo, che però quando portato all’eccesso può avere delle serie conseguenze.

Il materiale necessario per eseguire questo esperimento è una bacinella, due termometri da esterni e una lampada dalla luce forte. Per rappresentare l’atmosfera, rovesciamo la bacinella e posizioniamo al di sotto di quest’ultima il primo termometro e invece il secondo accanto. Accendiamo la luce in modo tale che entrambi i termometri vengano illuminati in egual modo dalla lampada. [fig.1] Aspettiamo qualche minuto e vedremo che le temperature dei due termometri saranno differenti l’una dall’altra. Quello sotto alla bacinella registrerà una temperatura maggiore. [fig. 2] Questo perché i raggi della lampada dopo essere stati riemessi ad una lunghezza d’onda maggiore ma ad una frequenza minore, sono rimasti intrappolati nella campana, riscaldando così l’aria contenuta in quest’ultima. Così accade anche con l’atmosfera, i raggi del sole la attraversano in entrata ma quando vengono riflessi dalla superficie terrestre, vengono assorbiti dai gas serra.

PROGETTO CLIMA: le conseguenze dell’inquinamento

Le conseguenze dell’inquinamento sono molteplici, io mi soffermerò solo su due aspetti: il

surriscaldamento globale e sulla pioggia acida. LE PIOGGE ACIDE

A causa del forte incremento nel consumo dei combustibili fossili, si è registrato un notevole aumento dell’acidità delle precipitazioni. Le sostanze presenti nell’atmosfera si disciolgono nelle gocce di acqua che si trovano in sospensione nell’aria. La pioggia, ad esempio, diventa acida (pH 5,6) quando sostanze come l’anidride solforica (SO3), gli ossidi di azoto (NO, NO2) e l’anidride carbonica (CO2) reagiscono con l’acqua sviluppando rispettivamente acido solforico, nitrico, e carbonico.Le piogge acide hanno danneggiato seriamente circa la metà del patrimonio boschivo della

Germania, mentre in Svezia e Norvegia hanno portato alla scomparsa di numerose specie animali e vegetali. Anche in Italia si cominciano a sentire gli effetti di questo problema; in particolare Milano che è al secondo posto nella graduatoria delle città europee più inquinate, e la pianura Padana che è una delle aree dove la produzione di anidride solforosa supera le 200 000 tonnellate annue. Le piogge acide arrecano danni anche al suolo, poiché ne aumentano l’acidità. Alcuni terreni sono ricchi di carbonati che hanno un effetto tampone, ossia mantengono costante il pH sebbene per brevi periodi. In suoli poveri o del tutto privi di calcare, gli acidi impoveriscono il terreno di ioni calcio, magnesio, potassio e sodio (Ca+ +, Mg++, K+, Na+), liberandone altri che

possono essere tossici per le piante.L’azione delle piogge acide è ben visibile anche sul patrimonio monumentale (edifici storici, manufatti in pietra calcarea, statue in metallo). Molte opere d’arte, dopo aver resistito per secoli senza subire danni notevoli, sono andate incontro, negli ultimi decenni, ad un rapidissimo deterioramento. I monumenti in pietra calcarea sono i più colpiti, perché l’acido solforico (H2SO4), contenuto nelle deposizioni acide, corrode il carbonato di calcio (CaCO3) di cui sono costituiti e lo trasforma in solfato di calcio (CaSO4), che viene facilmente dilavato dalle acque piovane; così la nuova superficie risulta esposta ad ulteriori aggressioni e viene letteralmente consumata. CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

I materiali lapidei invece vanno incontro a vere e proprie “malattie”, tra cui le principali sono:1. l’ESFOLIAZIONE, dove lo strato superficiale si solleva e si stacca dagli strati sottostanti,

formando lamelle a placche. 2. l’ALVEOLIZZAZIONE si manifesta con il distacco sabbioso del materiale e sulla pietra

appaiono degli “alveoli” allineati3. nella DISGREGAZIONE SABBIOSA l’erosione avviene in modo uniforme su tutta la

superficie.

Anche i metalli vengono sensibilmente corrosi dall’acidità delle piogge, e in particolare, dall’acido solforico. Sul rame e quindi anche sul bronzo, che è una lega di rame e di stagno, le precipitazioni acide determinano la formazione di una tipica patina verdastra, dovuta a sali di rame.

IL SURRISCALDAMENTO GLOBALEIl surriscaldamento globale è un fenomeno molto controverso e attuale. A causa dell’effetto serra e dell’inquinamento in generale si sta assistendo a dei cambiamenti sul nostro stesso pianeta, che gli stessi scienziati non si aspettavano. Abbiamo dato vita ad una catena di feedback positivi che incrementano il surriscaldamento globale. Il disgelamento del permafrost, la redistribuzione delle correnti oceaniche, gli eventi climatici violenti che si abbattono sempre più spesso sul nostro pianeta, portano gli scienziati a rendersi conto del fatto che stiamo dando al clima

una spinta superiore a quella che si ipotizzi abbia preceduto le ere glaciali. Prevedono che nel giro di un secolo si possa raggiungere una temperatura media maggiore di sei gradi rispetto a quella attuale, un dato che se si rivelasse esatto segnerebbe la fine del mondo così come lo conosciamo. All’aumentare di un grado, i ghiacciai scomparirebbero, si aprirebbero nuovi passaggi alla navigazione, creando inondazioni e forti siccità. Si creerebbero nuovi deserti, e uragani sempre più frequenti e violenti si abbatterebbero sulla

superficie terrestre.Raggiungendo due gradi, la Groenlandia scomparirebbe, le foreste prenderebbero il posto delle tundre e sarebbero infestate da nuovi parassiti, che prima erano stroncati dal freddo. Il livello del mare s’innalzerebbe ulteriormente minacciando le grandi città costiere. Con tre gradi in più, il ghiaccio nell’Artico e la Foresta Amazzonica scomparirebbero completamente. Le estati nel Mediterraneo diventerebbero torride con le temperature del Medio Oriente. Con quattro gradi, il livello del mare si alzerebbe ancora, spazzando via completamente tutte le città costiere. Tutti i ghiacciai scomparirebbero causando siccità e carestie che mieterebbero migliaia di vittime.Raggiungendo cinque gradi, le attuali fasce temperate diventerebbero inospitali, inadatte a qualsiasi essere umano per le temperature troppo elevate. L’umanità si trasformerebbe in milioni di rifugiati per i cambiamenti climatici.

ESPERIMENTO: AZIONE DELL’ACIDO

Per questo esperimento sono necessari un recipiente, 125 ml di acido acetico e 75ml di acqua. Introduciamo questi due liquidi nel recipiente ed introduciamo all’interno un gessetto.

Lasciando agire, possiamo osservare delle effervescenze nel liquido e il gessetto che pian piano si sgretola.[fig.1]

Infine con sei gradi in più, tutto diventerebbe desertico, i disastri naturali sarebbero all’ordine del giorno, le città sarebbero solo resti sommersi e abbondonati. Si verificherebbe un’estinzione di massa con una vera e propria catastrofe globale, uno scenario apocalittico.Questa sarebbe la situazione solo al variare di sei gradi, senza contare su quei fenomeni imprevedibili che riguardano l’ordinamento sociale e politico.

BIBLIOGRAFIA

ARPA LOMBARDIALE SCIENZE [EDIZIONE ITALIANA di SCIENTIFIC AMERICAN]ALCASE.ITAppunti presi in classe l’anno scorsoAppunti presi durante la gita a Morbegno del 15 Ottobre 2013