La buccia del Pianeta Terra

Osservata dallo spazio, la Terra appare avvolta da un involucro estremamente sottile ma indispensabile: l’atmosfera, uno strato gassoso che circonda il Pianeta come un guscio protettivo, e che permane attorno ad esso grazie alla forza di gravità, come spiega Elisa Castelli dell’Istituto di scienze dell’atmosfera e del clima (Isac) del Cnr: “Nel caso della Terra, l’atmosfera è costituita principalmente da gas, ma include anche aerosol e nubi. Essa si estende dalla superficie terrestre fino a centinaia di chilometri di altezza ed è organizzata in strati distinti, definiti in base alle variazioni della temperatura con la quota. Se si confronta il suo spessore con il raggio della Terra, di circa 6.400 km, si comprende come l’atmosfera rappresenti uno strato estremamente sottile rispetto alle dimensioni del Pianeta. Per esempio, se la Terra fosse grande come una mela, l’atmosfera avrebbe uno spessore paragonabile alla sua buccia. Nonostante questo spessore ridotto, l’atmosfera svolge funzioni fondamentali per la vita sulla Terra, tra cui la regolazione della temperatura terrestre e la protezione dalla radiazione solare nociva, in particolare quella ultravioletta”.

La composizione dell’atmosfera è, infatti, il risultato di un equilibrio delicato tra diversi gas presenti in proporzioni diverse tra loro, ma determinanti per il funzionamento dell’intero sistema climatico e biologico terrestre. “L’atmosfera terrestre è costituita principalmente da azoto (N₂, circa 78% in volume) e ossigeno (O₂, circa 21% in volume), mentre il restante 1% include gas nobili come l’argon e gas in traccia quali vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto e ozono”, continua la ricercatrice. “Sebbene presenti in quantità minori, alcuni di questi gas svolgono funzioni cruciali per la vita sulla Terra. In particolare, l’ozono presente in stratosfera, uno degli strati dell’atmosfera terrestre, che assorbe la radiazione ultravioletta (UV) proveniente dal Sole, prevenendo danni al Dna degli organismi e riducendo il rischio di patologie come i tumori cutanei”.

La formazione dello strato di ozono ha reso possibile la colonizzazione delle terre emerse da parte degli esseri viventi sebbene sia molto sottile. “Se tutto l’ozono presente nell’atmosfera terrestre fosse compresso alle condizioni di pressione e temperatura standard della superficie terrestre formerebbe uno strato alto a mala pena mezzo centimetro. Nonostante questo, l’ozono è sorprendentemente efficiente nella rimozione dei raggi UV”, chiarisce l’esperta che spiega come funziona questo meccanismo di rimozione: “Attraverso un ciclo chimico continuo l’ozono assorbe radiazione UV e si dissocia in ossigeno molecolare (O₂) e ossigeno atomico (O); questi componenti poi si ricombinano per riformare O₃, rendendo l’ozono nuovamente disponibile ad assorbire radiazione UV. Questo ciclo garantisce un’efficace barriera naturale contro le radiazioni nocive, proteggendo la vita sulla Terra”.

Ma l’atmosfera non è solo uno scudo contro le radiazioni, è infatti anche il sistema che permette alla Terra di mantenere temperature compatibili con la vita. Una delle sue funzioni più importanti è proprio la regolazione del bilancio energetico del Pianeta, un equilibrio estremamente delicato tra l’energia del Sole e l’energia che la Terra restituisce verso lo spazio. In questo contesto parliamo anche di effetto serra. “Senza atmosfera la temperatura media alla superficie della Terra sarebbe di circa 30 °C più bassa rispetto a quella presente. Questo è possibile grazie al cosiddetto effetto serra. L’atmosfera terrestre è, infatti, trasparente alla radiazione solare a onda corta (UV e visibile), che può raggiungere la superficie terrestre, ma è opaca alla radiazione a onda lunga (infrarossa) emessa dalla Terra stessa: la radiazione di onda lunga viene assorbita e riemessa dai vari strati dell’atmosfera. I gas serra presenti nell’atmosfera – come vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto e composti fluorurati (CFC) – assorbono questa radiazione infrarossa e la riemettono in tutte le direzioni, intrappolando calore negli strati atmosferici e mantenendo la temperatura terrestre stabile. Questo ciclo continuo genera l’effetto serra naturale”, aggiunge Castelli.

Se l’atmosfera è un sistema delicato, anche il suo equilibrio può essere alterato. “Come ben sappiamo, le attività umane possono modificare la composizione dell’atmosfera in modi che alterano l’equilibrio naturale e influenzano il clima e gli ecosistemi. Un esempio noto è il buco dell’ozono, un assottigliamento stagionale dello strato di ozono nella stratosfera polare. Sebbene questo fenomeno abbia origine naturale, è stato in passato fortemente amplificato dalle emissioni di CFC, sostanze chimiche utilizzate un tempo in refrigerazione e altre attività industriali, che liberano cloro capace di distruggere cataliticamente l’ozono”, ricorda la ricercatrice che conclude:  “Attorno al 1985 si scoprì che lo strato di ozono si era drasticamente assottigliato fino al 50–60% rispetto ai livelli precedenti, con possibili effetti sulla salute e sugli ecosistemi nelle regioni più vicine ai Poli. Questo portò alla firma del Protocollo di Montreal nel 1987, a solo due anni dalla scoperta del fenomeno, che oggi conta 198 Paesi firmatari, con l’obiettivo di ridurre e progressivamente eliminare le sostanze che danneggiano l’ozono. Grazie a queste misure, lo strato di ozono sta lentamente recuperando, ma è ancora fondamentale monitorarne i livelli, anche tramite dati satellitari, che permettono di avere una visione globale e continua delle concentrazioni di CFC e di gas serra e di valutarne il trend negli anni. Le attività antropiche influenzano anche il clima globale attraverso l’aumento dei gas serra, come CO₂ (combustibili fossili), CH₄ (allevamenti, risaie) e N₂O (agricoltura e industrie). Come detto, questi gas hanno la capacità di riassorbire e riemettere la radiazione infrarossa. Il loro aumento in atmosfera produce, quindi, un aumento della temperatura che può avere conseguenze quali l’aumento delle temperature medie lo scioglimento dei ghiacci e l’innalzamento del livello del mare”.