(d). Pressione atmosferica

Introduzione

L’aria è una sostanza materiale tangibile e di conseguenza ha massa. Qualsiasi oggetto con massa è influenzato dalla forza universale conosciuta come gravità. La legge di gravitazione universale di Newton afferma che due oggetti separati nello spazio sono attratti l’uno dall’altro da una forza proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro. Sulla Terra, la gravità può anche essere espressa come una forza di accelerazione di circa 9,8 metri al secondo al secondo. Come risultato di questa forza, la velocità di qualsiasi oggetto che cade verso la superficie della Terra accelera (1° secondo – 9,8 metri al secondo, 2° secondo – 19,6 metri al secondo, 3° secondo – 29,4 metri al secondo, e così via) fino a raggiungere la velocità terminale.

La gravità forma e influenza tutti i processi atmosferici. Fa sì che la densità e la pressione dell’aria diminuiscano esponenzialmente man mano che ci si allontana dalla superficie della Terra. La figura 7d-1 qui sotto modella il cambiamento medio della pressione dell’aria con l’altezza sopra la superficie terrestre. In questo grafico, la pressione dell’aria in superficie è illustrata come circa 1013 millibar (mb) o 1 chilogrammo per centimetro quadrato di superficie.

Figura 7d-1: Variazione della pressione atmosferica media con l’altitudine.

Misurazione della pressione atmosferica

Ogni strumento che misura la pressione atmosferica è chiamato barometro. La prima misurazione della pressione atmosferica iniziò con un semplice esperimento eseguito da Evangelista Torricelli nel 1643. Nel suo esperimento, Torricelli immerse un tubo, sigillato ad un’estremità, in un contenitore di mercurio (vedi Figura 7d-2 sotto). La pressione atmosferica ha poi forzato il mercurio a salire nel tubo fino a un livello che era considerevolmente più alto del mercurio nel contenitore. Torricelli determinò da questo esperimento che la pressione dell’atmosfera è di circa 30 pollici o 76 centimetri (un centimetro di mercurio è uguale a 13,3 millibar). Egli notò anche che l’altezza del mercurio variava con i cambiamenti delle condizioni atmosferiche esterne.

Barometro di Torricelli

Figura 7d-2: Diagramma che mostra la costruzione del barometro di Torricelli.

Il tipo più comune di barometro usato nelle case è il barometro aneroide (Figura 7d-3). All’interno di questo strumento c’è una piccola e flessibile capsula di metallo chiamata cella aneroide. Nella costruzione del dispositivo, viene creato un vuoto all’interno della capsula in modo che piccoli cambiamenti nella pressione dell’aria esterna causino l’espansione o la contrazione della capsula. La dimensione della cella aneroide è quindi calibrata e ogni cambiamento nel suo volume è trasmesso da molle e leve a un braccio indicatore che indica la pressione atmosferica corrispondente.

Figura 7d-3: Barometro aneroide.

Per scopi climatici e meteorologici, la pressione standard a livello del mare è detta 76,0 cm o 29,92 pollici o 1013,2 millibars. Gli scienziati spesso usano il kilopascal (kPa) come unità preferita per misurare la pressione. 1 kilopascal è uguale a 10 millibar. Un’altra unità di forza usata a volte dagli scienziati per misurare la pressione atmosferica è il newton. Un millibar equivale a 100 newton per metro quadrato (N/m2).

Pressione atmosferica sulla superficie terrestre

La figura 7d-4 descrive la pressione media mensile al livello del mare per la superficie terrestre. Questa animazione indica che la pressione atmosferica superficiale varia sia spazialmente che temporalmente. Durante i mesi invernali (da dicembre a febbraio), aree di alta pressione si sviluppano sull’Asia centrale (alta siberiana), al largo della costa della California (alta hawaiana), sul Nord America centrale (alta canadese), sulla Spagna e l’Africa nord-occidentale che si estende nel Nord Atlantico subtropicale (alta delle Azzorre), e sugli oceani dell’emisfero meridionale ai subtropici. Aree di bassa pressione si verificano appena a sud delle isole Aleutine (Aleutian Low), sulla punta meridionale della Groenlandia (Iceland Low), e a latitudini da 50 a 80° sud.

Durante i mesi estivi (da giugno ad agosto), una serie di sistemi di pressione invernali dominanti scompaiono. Spariscono l’alta siberiana sull’Asia centrale e i sistemi di bassa pressione dominanti vicino alle isole Aleutine e alla punta meridionale della Groenlandia. La Hawaiian High e la Azores High si intensificano e si espandono verso nord nei loro relativi bacini oceanici. I sistemi di alta pressione sopra gli oceani subtropicali nell’emisfero meridionale si intensificano e si espandono verso nord. Nuove aree di alta pressione dominante si sviluppano sull’Australia e sull’Antartide (South Polar High). Regioni di bassa pressione si formano sull’Asia centrale e su quella sud-occidentale (Asiatic Low). Questi sistemi di pressione sono responsabili delle piogge monsoniche estive dell’Asia.

Esamineremo ancora questo grafico nell’argomento 7p quando si parlerà della circolazione globale.