Introducere
Aerul este o substanță materială tangibilă și, ca urmare, are masă. Orice obiect cu masă este influențat de forța universală cunoscută sub numele de gravitație. Legea gravitației universale a lui Newton stipulează că: orice două obiecte separate în spațiu sunt atrase unul de celălalt de o forță proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Pe Pământ, gravitația poate fi exprimată, de asemenea, ca o forță de accelerație de aproximativ 9,8 metri pe secundă pe secundă. Ca urmare a acestei forțe, viteza oricărui obiect care cade spre suprafața Pământului se accelerează (prima secundă – 9,8 metri pe secundă, a doua secundă – 19,6 metri pe secundă, a treia secundă – 29,4 metri pe secundă și așa mai departe.) până la atingerea vitezei terminale.
Gravitația modelează și influențează toate procesele atmosferice. Ea face ca densitatea și presiunea aerului să scadă exponențial pe măsură ce ne îndepărtăm de suprafața Pământului. Figura 7d-1 de mai jos modelează modificarea medie a presiunii aerului în funcție de înălțimea deasupra suprafeței Pământului. În acest grafic, presiunea aerului la suprafață este ilustrată ca fiind de aproximativ 1013 milibari (mb) sau 1 kilogram pe centimetru pătrat de suprafață.
Figura 7d-1: Schimbarea presiunii atmosferice medii cu altitudinea.
Măsurarea presiunii atmosferice
Care instrument care măsoară presiunea aerului se numește barometru. Prima măsurare a presiunii atmosferice a început cu un experiment simplu realizat de Evangelista Torricelli în 1643. În experimentul său, Torricelli a scufundat un tub, sigilat la un capăt, într-un recipient cu mercur (a se vedea figura 7d-2 de mai jos). Presiunea atmosferică a forțat apoi mercurul să urce în tub până la un nivel care era considerabil mai mare decât mercurul din recipient. Torricelli a determinat în urma acestui experiment că presiunea atmosferică este de aproximativ 30 de inci sau 76 de centimetri (un centimetru de mercur este egal cu 13,3 milibari). El a observat, de asemenea, că înălțimea mercurului varia în funcție de schimbările condițiilor meteorologice exterioare.
Barometrul lui Torricelli
Figura 7d-2: Diagramă care arată construcția barometrului lui Torricelli.
Cel mai comun tip de barometru folosit în case este barometrul aneroid (figura 7d-3). În interiorul acestui instrument se află o capsulă metalică mică și flexibilă numită celulă aneroidă. În construcția dispozitivului, în interiorul capsulei se creează un vid, astfel încât mici modificări ale presiunii aerului exterior determină dilatarea sau contracția capsulei. Dimensiunea celulei aneroide este apoi calibrată și orice modificare a volumului său este transmisă prin arcuri și pârghii la un braț indicator care indică presiunea atmosferică corespunzătoare.
Figura 7d-3: Barometru aneroid.
În scopuri climatologice și meteorologice, se spune că presiunea standard la nivelul mării este de 76,0 cm sau 29,92 inci sau 1013,2 milibari. Oamenii de știință folosesc adesea kilopascalul (kPa) ca unitate preferată pentru măsurarea presiunii. 1 kilopascal este egal cu 10 milibari. O altă unitate de forță folosită uneori de oamenii de știință pentru a măsura presiunea atmosferică este newtonul. Un milibar este egal cu 100 newtoni pe metru pătrat (N/m2).
Presiunea atmosferică la suprafața Pământului
Figura 7d-4 descrie presiunea medie lunară la nivelul mării pentru suprafața Pământului. Această animație indică faptul că presiunea atmosferică la suprafață variază atât spațial cât și temporal. În timpul lunilor de iarnă (decembrie-februarie), se dezvoltă zone de presiune ridicată deasupra Asiei centrale (High Siberian), în largul coastei Californiei (High Hawaiian), în centrul Americii de Nord (High Canadian), deasupra Spaniei și nord-vestului Africii care se extind în Atlanticul de Nord subtropical (High Azores) și deasupra oceanelor din emisfera sudică la subtropice. Zonele de joasă presiune apar chiar la sud de Insulele Aleutine (Aleutian Low), la extremitatea sudică a Groenlandei (Iceland Low) și la latitudini cuprinse între 50 și 80° Sud.
În timpul lunilor de vară (iunie-august), o serie de sisteme de presiune dominante de iarnă dispar. Dispar Înaltul siberian de deasupra Asiei centrale și sistemele dominante de joasă presiune din apropierea Insulelor Aleutine și de la vârful sudic al Groenlandei. Înălțimile Hawaii și Azore se intensifică și se extind spre nord în bazinele lor oceanice relative. Sistemele de înaltă presiune de deasupra oceanelor subtropicale din emisfera sudică se intensifică și se extind, de asemenea, spre nord. Noi zone de înaltă presiune dominantă se dezvoltă deasupra Australiei și Antarcticii (Înălțimile polare sudice). Regiuni de joasă presiune se formează deasupra Asiei centrale și a Asiei de sud-vest (Asiatic Low). Aceste sisteme de presiune sunt responsabile pentru ploile musonice de vară din Asia.
Vom examina din nou acest grafic în subiectul 7p, când se va discuta despre circulația globală.
Figura 7d-4: Presiunea medie lunară la nivelul mării și vânturile predominante pentru suprafața Pământului, 1959-1997. Valorile presiunii atmosferice sunt ajustate pentru altitudine și sunt descrise în raport cu nivelul mării. Cursorul din partea de jos a imaginii vă permite să modificați perioada lunii. 05/07/2009 10:08color shading. Nuanțele albastre indică o presiune mai mică decât media globală, în timp ce nuanțele de la galben la portocaliu sunt mai mari decât media măsurătorilor. (Sursa: Climate Lab Section of the Environmental Change Research Group, Department of Geography, University of Oregon – Global Climate Animations).
(Pentru a vizualiza această animație, browserul dumneavoastră trebuie să aibă plug-in-ul QuickTime de la Apple. Plug-in-ul QuickTime este disponibil pentru calculatoarele cu sistem de operare Macintosh și Windows și poate fi descărcat GRATUIT de pe site-ul World Wide Web www.apple.com/quicktime).