Il nostro ‘oceano’ atmosferico

QUANDO siete sulla spiaggia, la forza dell’oceano, il suo moto incessante, la sua vastità e profondità vi riempiono senz’altro di meraviglia. Forse vi siete chiesti come si sentono le creature marine, circondate come sono dall’acqua. A centinaia di metri di profondità potete trovare granchi e altri animali marini che si muovono sul fondo dell’oceano. L’enorme pressione schiaccerebbe un uomo, ma il corpo di questi animali è fatto per resistervi.

Tuttavia, avete mai pensato che noi uomini viviamo effettivamente in un “oceano” d’aria? Sì, molto più profondo, oltre cinquanta volte più della massima profondità marina. È soggetto a cambiamenti di temperatura molto più improvvisi, ed è più agitato dell’oceano d’acqua. Enormi correnti d’aria, larghe centinaia di chilometri e profonde parecchi chilometri, si muovono ad altitudini di dieci o dodici chilometri (circa sei o sette miglia) sopra la superficie terrestre. Dette “correnti a getto”, soffiano a velocità di ben 500 chilometri (circa 300 miglia) all’ora. Ci sono poi violente tempeste che infuriano di continuo in vari strati di questo “oceano” d’aria. Conosciamo le forze gigantesche sprigionate dagli uragani e dai tornado. Inoltre, nel grande e inquieto “mare” che ci circonda si verificano ogni giorno circa 44.000 spaventosi temporali.

Sostanza e peso dell’aria

L’aria, benché invisibile, è una sostanza. Per tale ragione l’atmosfera esercita considerevole pressione sulla superficie terrestre: naturalmente non così grande come l’oceano perché l’aria non è pesante come l’acqua. Tuttavia, l’aria ha peso, com’è dimostrato dal fatto che un pallone pieno di elio si alza. Poiché l’elio è più leggero dell’aria, l’aria lo sospinge in alto, come una bolla d’aria è sospinta in alto in un bicchiere d’acqua. La pressione media dell’aria a livello del mare è di circa un chilogrammo per centimetro quadrato (circa 15 libbre per pollice quadrato). A maggiori altitudini l’aria diventa meno densa, perciò più leggera. Ma il nostro “oceano” d’aria è così vasto da pesare più di 5.000.000.000.000.000 (cinque milioni di miliardi) di tonnellate.

Questo significa che, al livello del mare, avete sulle spalle un peso di circa una tonnellata. Ma non lo notate perché la pressione viene esercitata in modo uniforme su ogni parte del corpo. Per compensare questa pressione esterna, il corpo mantiene una pressione interna, come il corpo degli animali marini ha una pressione interna corrispondente all’enorme pressione esterna esercitata dall’acqua che li circonda. Questa pressione interna che l’uomo ha “in casa sua”, cioè nell’atmosfera terrestre, richiede che indossi una tuta pressurizzata quando è “fuori di casa”, nello spazio. Altrimenti, nello spazio extraterrestre dove il vuoto è quasi assoluto, i polmoni e i vasi sanguigni scoppierebbero.

Quando il vento soffia forte vi convincete che l’aria è una sostanza. E qualsiasi dubbio in merito sparisce se siete in un laboratorio e la vedete liquefarsi a circa -190 gradi centigradi (-310 gradi Fahrenheit) e solidificarsi a circa -260 °C. (-436 °F.).

In effetti possiamo “vedere” l’aria anche nel suo normale stato gassoso quando per le differenze di temperatura si comporta come una “lente”. L’aria condensata in alcuni punti e molto rarefatta in altri deforma i raggi della luce così che vediamo dei miraggi: fenomeni di riflessione e rifrazione della luce di oggetti distanti a volte chilometri. Le onde che vediamo sopra un radiatore caldo sono un piccolo esempio di questo fenomeno.

Un utile aspetto dell’aria è la sua proprietà di espandersi. L’acqua, nel suo normale stato liquido, riempirà parzialmente un contenitore. Ma le molecole d’aria si muovono molto più facilmente e assai in fretta, generalmente a una velocità superiore a quella del suono. Perciò una piccolissima quantità d’aria si espande in modo di riempire completamente il contenitore. Solo la gravitazione terrestre impedisce all’aria di lasciarci ed espandersi nello spazio vuoto. Quando lo spazio che la contiene è ridotto, le molecole d’aria aumentano la velocità e oppongono resistenza, creando pressione. Questa particolarità è molto utile. I liquidi non si possono comprimere in modo notevole, ma un compressore può racchiudere una gran quantità d’aria in un piccolo recipiente, così che, quando viene liberata, può far funzionare presse pneumatiche, perforatrici, ascensori, eccetera.

Essenziale alla vita in molti modi

Ma l’aria ci interessa soprattutto perché è importante per la vita su questo pianeta. L’elemento dell’aria più importante per la vita è l’ossigeno, che (per volume) rappresenta solo il 21 per cento dell’atmosfera, cioè dei gas che appaiono in proporzioni relativamente costanti.

L’ossigeno si combina facilmente con altri elementi o composti per produrre la combustione. Perciò, quando un pezzo di legno brucia, in effetti viene rapidamente ossidato. Il calore del nostro corpo viene mantenuto mediante il metabolismo in cui avviene l’ossidazione delle sostanze nutritive. Con questo processo viene anche fornita energia al cervello, ai muscoli, eccetera. Questa è una ragione per cui i globuli rossi del sangue, portatori d’ossigeno, sono così importanti e per cui le cellule cerebrali, che consumano circa un quarto di tutto l’ossigeno assimilato dal corpo, hanno costante bisogno di questo elemento. L’ossigeno è un elemento così attivo che se non fosse diluito con altri gas nell’atmosfera, da una semplice scintilla divamperebbero incendi e praticamente tutto rischierebbe di prendere fuoco. Inoltre, nessun uomo vivrebbe molto a lungo respirando solo ossigeno puro.

Ma per la nostra stessa esistenza e incolumità il Creatore diluì l’atmosfera con l’azoto, che costituisce il 78 per cento dei gas ‘relativamente costanti’ di cui è formata l’atmosfera. Quindi abbiamo proprio la giusta quantità d’ossigeno, e neanche troppo concentrato. Nel nostro “oceano” atmosferico, azoto e ossigeno insieme formano ben il 99 per cento di questi gas relativamente costanti. Però l’azoto è più che un semplice diluente. Serve ad altri scopi. Durante un temporale, il fulmine fa combinare l’azoto con altri elementi. La pioggia porta questi composti sulla terra per fertilizzarla. È quindi un elemento essenziale a molte piante.

Ma riscontriamo che anche gli altri gas atmosferici, meno dell’uno per cento, sono essenziali alla vita o contribuiscono in notevole misura al nostro benessere. Vi sono i cosiddetti gas “nobili” e quasi inerti: argo, neon, elio, cripto e xeno. Conosciamo tutti l’impiego dell’argo e del neon nell’illuminazione, dell’elio nei palloni e in molte altre applicazioni. Metano, idrogeno e ossido d’azoto sono altri gas atmosferici presenti in concentrazioni quasi costanti.

Vapore acqueo, ozono, pulviscolo: componenti importanti

A parte i gas che variano di poco per quantità, nell’atmosfera ci sono altri gas le cui proporzioni sono diverse secondo il tempo e il luogo. Due di questi sono il vapore acqueo, da zero fino al 7 per cento (per volume), e l’anidride carbonica, dallo 0,01 per cento all’uno per cento. Le piante assorbono anidride carbonica e liberano ossigeno. Senza anidride carbonica la vegetazione morirebbe. L’ozono, forma allotropica dell’ossigeno, è pure presente in piccole quantità, costituendo solo lo 0,01 per cento circa dell’atmosfera. Si trova essenzialmente fra i dieci e i cinquanta chilometri (da sei a trenta miglia) di altezza, e ripara dai micidiali raggi ultravioletti. Chi, se non un onnisapiente e onnipotente Creatore, avrebbe potuto fare tale atmosfera per il bene di tutti gli organismi viventi della terra, con gli elementi che la formano nelle giuste proporzioni per consentire a tutti sicurezza, comodità e benessere al massimo grado?

Il vapore acqueo, un gas dell’atmosfera, assume la forma di pioggia, nebbia, neve, nevischio e grandine. Il vapore acqueo rappresenta una parte notevole delle nubi e si forma per evaporazione dell’acqua dei mari e dei laghi, e di quella del fogliame, prodotta dal sole. Senza questo ciclo della pioggia e dell’evaporazione la vita vegetale sparirebbe presto dalla terra. La Bibbia dice che questo ciclo è opera di Dio. — Isa. 55:10, 11.

Oltre a minime percentuali di altri gas come l’anidride solforosa e il biossido d’azoto, vi sono particelle solide come pulviscolo, caligine dovuta al fumo, sale dagli oceani, polline, microbi, e cenere di meteore che bruciano attraversando l’atmosfera. Il pulviscolo, salvo quand’è eccessivo, non si può definire “inquinamento”, poiché le particelle di polvere sono importanti per la formazione del nucleo delle gocce di pioggia e contribuiscono al bel colore azzurro del cielo e al rosso acceso dei tramonti. A parte forse il disagio causato a chi soffre di febbre da fieno, il polline delle piante sparso dalle correnti d’aria serve anch’esso a un benefico scopo.

Temperature nell’“oceano” atmosferico

La maggior parte delle cose considerate si riferiscono allo strato d’aria in cui viviamo: la troposfera. Come si sa, la temperatura diminuisce man mano che aumenta l’altitudine. Tuttavia, dopo aver raggiunto la punta minima di circa -55 °C. (-67 °F.) nella parte superiore della troposfera, la temperatura sale nella stratosfera (dove si trovano le correnti a getto) fino a circa -2 °C. (28 °F.) e verso il limite superiore dello strato successivo (la mesosfera) scende di nuovo a circa -93 °C. (-135 °F.). Nello strato successivo, la termosfera, la temperatura sale niente meno che a quasi 1.500 °C. (2.700 °F.), a un’altezza di circa 450 chilometri (280 miglia)!

La ionosfera non è uno dei normali “strati” dell’atmosfera, ma è la regione (che comprende parecchi “strati”) in cui le molecole d’aria sono cariche di elettricità per effetto della radiazione solare. Il suo limite inferiore si trova a circa cinquantacinque chilometri (35 miglia) al di sopra della terra e si estende per parecchie migliaia di chilometri nell’atmosfera sempre più rarefatta. Nella ionosfera si verifica lo splendido fenomeno dell’aurora boreale (e dell’aurora australe nell’emisfero meridionale).

Nella ionosfera particelle d’aria cariche, “ionizzate” dalle radiazioni provenienti dal sole e dallo spazio, creano un “tetto” che riflette le onde radio. Questo rende possibili le trasmissioni radio su una distanza di parecchie migliaia di chilometri. Le onde radio si propagano in linea retta, andando quindi dritte verso lo spazio, per cui, a motivo della curvatura della terra, potrebbero raggiungere solo un’area limitata. Ma il “tetto” le fa rimbalzare, determinando un angolo, in un distante punto della terra. I satelliti sono ora impiegati in modo simile.

Con l’uso di satelliti e di strumenti più perfezionati, si hanno cognizioni molto più precise sul nostro “oceano” d’aria. Si sa di più sulle sue correnti, sulle temperature, eccetera. Di conseguenza le previsioni del tempo sono sempre più accurate. Ma l’uomo ha ancora molto da imparare sull’atmosfera, la quale sia pure in uno stato alquanto rarefatto, si estende nello spazio per la lunghezza di diversi raggi terrestri (un raggio terrestre = 6.372 chilometri [3.960 miglia]). Molti suoi misteri sono più impenetrabili che mai, e se ne presentano di nuovi man mano che lo spazio viene esplorato più a fondo.

[Diagramma a pagina 17]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

La ionosfera è una regione di particelle cariche di elettricità, che dalla parte inferiore della mesosfera si estende molto al di là della termosfera

450 chilometri 1500 °C.

TERMOSFERA

80 chilometri –93 °C.

MESOSFERA

50 chilometri –2 °C.

STRATOSFERA

15 chilometri –55 °C.

TROPOSFERA

TERRA

[Immagine a pagina 18]

Durante un temporale si preparano i composti azotati essenziali alla vita vegetale