Gli strati dell'atmosfera (troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera)

Uno strumento gratuito per esplorare, in un unico diagramma verticale interattivo, la struttura dell'atmosfera dalla superficie terrestre allo spazio. Mostra anche le quote di riferimento dello strato di ozono, della linea di Kármán e dell'orbita della Stazione spaziale internazionale.

Elenco degli strati e degli indicatori

Nome Tipo Quota indicativa Descrizione
Troposfera Strato dell'atmosfera 0–12km È lo strato più vicino alla superficie terrestre: qui avviene praticamente tutto ciò che chiamiamo tempo atmosferico, dalle nuvole alla pioggia alla neve. La temperatura scende salendo di quota e al limite superiore si aggira intorno ai −50 °C.
Quota di crociera degli aerei di linea Indicatore (quota di riferimento) 10–12km È la quota indicativa alla quale i grandi aerei di linea volano sulle lunghe distanze. Restando vicino al confine fra troposfera e stratosfera si ottengono insieme un buon consumo di carburante e poche turbolenze.
Stratosfera Strato dell'atmosfera 12–50km Contiene lo strato di ozono e, poiché assorbe la radiazione ultravioletta, la temperatura torna a crescere con la quota. I moti convettivi sono scarsi e l'aria è stabile: per questo gli aerei di linea volano spesso nella sua parte inferiore.
Strato di ozono Indicatore (quota di riferimento) 15–35km È la fascia ad alta concentrazione di ozono situata all'interno della stratosfera. Assorbe gran parte della radiazione ultravioletta nociva proveniente dal Sole e protegge gli organismi che vivono sulla superficie.
Mesosfera Strato dell'atmosfera 50–85km È lo strato più freddo dell'atmosfera: al limite superiore si scende fino a circa −90 °C. È qui che le meteore si accendono e si consumano.
Termosfera Strato dell'atmosfera 85–600km Assorbe la radiazione ultravioletta e i raggi X del Sole, e la temperatura sale enormemente. È lo strato in cui si formano le aurore e in cui orbita la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
Linea di Kármán Indicatore (quota di riferimento) 100km È la quota che la Federazione aeronautica internazionale (FAI) indica come «confine dello spazio». Chi vola oltre questo limite compie, per convenzione, un volo spaziale.
Quota di formazione delle aurore Indicatore (quota di riferimento) 100–300km Le aurore nascono dall'incontro fra il vento solare, il campo magnetico terrestre e l'atmosfera, e si osservano soprattutto in questa fascia di quota. Sono visibili in prevalenza alle alte latitudini, vicino ai poli.
Orbita della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) Indicatore (quota di riferimento) 400km È la quota indicativa alla quale la Stazione Spaziale Internazionale, dove gli astronauti soggiornano a lungo, gira intorno alla Terra. Anche qui resta un'atmosfera residua che la fa scendere lentamente, per cui servono periodiche correzioni d'orbita.
Esosfera Strato dell'atmosfera 600–10000km È lo strato più esterno dell'atmosfera: la densità dell'aria è estremamente bassa e non esiste un limite superiore netto, perché sfuma gradualmente nello spazio. La maggior parte dei satelliti artificiali orbita più in basso, nella termosfera.

Che cosa sono gli strati dell'atmosfera

Questo strumento mostra l'atmosfera dal suolo allo spazio come un unico diagramma verticale, diviso in troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. Le quote di riferimento — lo strato di ozono, la linea di Kármán, l'orbita della Stazione Spaziale Internazionale — sono riportate sulla medesima scala.

La prima cosa da fissare è che questi cinque strati non sono fette tagliate ad altezze arbitrarie: si definiscono per il modo in cui la temperatura si comporta salendo. Nella troposfera cala con la quota, nella stratosfera sale, nella mesosfera cala di nuovo e nella termosfera sale ancora. I confini — tropopausa, stratopausa, mesopausa — stanno esattamente dove quell'andamento si rovescia. Né la densità né la composizione tracciano queste linee.

La stratosfera si riscalda salendo perché l'ozono che vi si trova assorbe la radiazione ultravioletta e la converte in calore. Lo strato di ozono non è dunque soltanto lo schermo che tiene lontano dalla superficie l'ultravioletto nocivo: è ciò che dà all'atmosfera la sua struttura termica. Aria fredda in basso e calda in alto è una disposizione stabile, restia a rimescolarsi, e per questo la stratosfera si mescola assai poco in verticale e quasi non conosce nubi. Gli aerei di linea navigano presso la sommità della troposfera proprio per lasciarsi sotto la convezione che genera la turbolenza.

La termosfera viene spesso descritta come superiore ai 1.000 °C, eppure lassù non si avvertirebbe alcun calore. La temperatura misura quanto vigorosamente si muovano le singole molecole, non quanto calore giunga. La termosfera è così rarefatta che pochissime molecole vi colpiscono e quasi nessun calore viene trasmesso. È una delle dimostrazioni più limpide che una temperatura alta e una sensazione di caldo sono cose diverse.

Come si usa

  1. Fate clic su uno strato del diagramma Ne compaiono l'intervallo di quota e le caratteristiche.
  2. Seguite l'andamento della temperatura Ogni strato rovescia il verso di quello sottostante. I punti di inversione si vedono.
  3. Confrontate con le quote di riferimento Strato di ozono, linea di Kármán e orbita della ISS sono tracciati sulla stessa scala.
  4. Andate avanti e indietro fra diagramma e tabella Afferrare prima la posizione con l'occhio rende le cifre della tabella più facili da trattenere.

Consigli per sfruttarlo al meglio

  • Facendo clic su uno dei cinque strati, le fasce colorate dalla troposfera all'esosfera, compaiono l'andamento della temperatura e le caratteristiche di quello strato.
  • Gli indicatori, come la linea di Kármán o l'orbita della Stazione spaziale internazionale, segnalano quote precise all'interno degli strati: anche su di essi si può fare clic per i dettagli.
  • Confrontando la quota di crociera degli aerei di linea con il confine fra troposfera e stratosfera si capisce intuitivamente perché volino proprio a quell'altezza.
  • Il diagramma usa una scala logaritmica — la larghezza corrispondente a un chilometro si riduce man mano che si sale — così da mostrare tutto l'insieme senza dover scorrere.

Casi d'uso

Imparare l'ordine degli strati per la scuola

Impilati in verticale, la sequenza si fissa assai meglio dei soli nomi.

Chiedersi a quale quota voli un aereo

La quota di crociera sta presso la sommità della troposfera. Si spiega insieme perché si voli sopra le nubi.

Cercare dove comincia lo spazio

La linea di Kármán è una convenzione tracciata intorno ai 100 km, non un muro fisico.

Verificare la quota di aurore e stelle cadenti

L'una e l'altra avvengono nella parte alta del diagramma e si possono ricondurre al loro strato.

Termini impiegati

Troposfera
Lo strato dal suolo fino a una decina di chilometri. Quasi tutti i fenomeni meteorologici avvengono qui e la temperatura cala con la quota.
Stratosfera
Lo strato soprastante. L'ozono assorbe l'ultravioletto, sicché la temperatura sale con la quota.
Mesosfera
Lo strato sopra la stratosfera, dove la temperatura cala di nuovo. Le stelle cadenti si consumano all'incirca a questa quota.
Termosfera
Lo strato sopra la mesosfera. La sua temperatura è altissima, ma le molecole sono tanto rade che quasi nessun calore viene trasportato.
Strato di ozono
La zona della stratosfera in cui l'ozono si concentra. Assorbe l'ultravioletto e plasma la struttura termica della stratosfera.
Linea di Kármán
Il confine convenzionale con lo spazio, tracciato intorno ai 100 km. Registra un accordo, non un margine naturale.

Domande frequenti

Di norma in cinque, che dalla superficie verso l'alto sono troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. Anche questo strumento adotta questa suddivisione di base.

La Federazione aeronautica internazionale fissa il confine alla linea di Kármán, a 100 km di quota. Attenzione però: alcune istituzioni, come l'aeronautica militare statunitense, collocano il confine intorno agli 80 km, quindi le definizioni variano.

Lo strato di ozono si trova all'interno della stratosfera, che va all'incirca da 12 a 50 km, fra i 15 e i 35 km di quota. Assorbe gran parte della radiazione ultravioletta nociva proveniente dal Sole.

Orbita intorno ai 400 km di quota, all'interno della termosfera. Anche lì l'atmosfera oppone una resistenza minima, quindi l'orbita si abbassa lentamente e occorrono manovre periodiche per rialzarla.
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A proposito — perché il cielo è azzurro e lo spazio nero

Di giorno il cielo appare azzurro per via dello scattering di Rayleigh: quando la luce solare incontra le molecole d'aria della troposfera, le lunghezze d'onda corte, cioè la componente azzurra, vengono diffuse molto più delle altre. Salendo di quota l'aria si rarefa, la diffusione si indebolisce e a partire dalla stratosfera il colore del cielo passa gradualmente dal blu scuro al nero.

I confini fra gli strati sono definiti come le quote alle quali si inverte l'andamento della temperatura. Nella troposfera la temperatura cala salendo, mentre entrando nella stratosfera torna a crescere, perché lo strato di ozono assorbe la radiazione ultravioletta. Questi punti di inversione si chiamano pause: fra troposfera e stratosfera c'è la tropopausa, fra stratosfera e mesosfera la stratopausa.

Le stelle cadenti sono minuscoli granelli di polvere o frammenti di roccia che, vagando nello spazio, entrano ad altissima velocità nell'atmosfera terrestre, si riscaldano per attrito con l'aria ed emettono luce. Il fenomeno avviene soprattutto nella mesosfera, fra i 50 e gli 85 km di quota, e la maggior parte dei meteoroidi si consuma completamente lì. I rari frammenti che arrivano al suolo prendono il nome di meteoriti.