Vi siete mai chiesti cosa respiriamo e cioè qual’è la composizione dell’aria atmosferica? Oppure se la composizione dell’aria varia con la quota, considerato che abbiamo difficoltà a respirare ad elevate altitudini? Pensate che l’aria atmosferica è composta essenzialmente di ossigeno o che quest’ultimo, comunque, sia il componente in percentuale più elevata? Nel seguito dell’articolo si cercherà di rispondere a queste domande dando sempre evidenza a quello che serve alla meteorologia.
I principali componenti dell’aria atmosferica secca
Incominciamo con il considerare l’aria secca e quindi senza la presenza di vapore acqueo. Illustriamo nella tabella seguente i 4 principali componenti che costituiscono circa il 99,997 % in volume dell’aria secca
| Gas componenti | Percentuale di volume |
| Azoto | 78,084 % |
| Ossigeno | 20,946 % |
| Argon | 0,934 |
| Anidride carbonica | 0,033 % |
La percentuale di anidride carbonica (CO2) dello 0,033 % (o 330 parti per milione) è, però, un dato del 1980. Senza entrare nella discussione sugli effetti dell’anidride carbonica sull’aumento delle temperature, è innegabile che la quantità in volume di tale gas sta aumentando come si può vedere dal grafico inserito nella figura seguente, che mostra le rilevazioni fatte dallo strumento AIRS installato su alcuni satelliti della NASA. Dal grafico si ricava che nel 2010 la concentrazione di CO2 era di circa lo 0,039 % (390 parti per milione). Negli ultimi dieci anni la concentrazione di CO2 ha continuato a salire portandosi nel 2019 a circa lo 0,041 % (410 parti per milione).
Omogeneità dell’aria atmosferica secca
La composizione dell’aria secca (senza considerare l’anidride carbonica ed alcuni degli altri componenti minori non citati in questo articolo) è costante fino ad un’altitudine di circa 80 Km. Infatti lo strato di atmosfera tra superficie terrestre e gli 80 Km di quota è denominata omosfera. La restante parte di atmosfera viene denominata eterosfera.
La omogeneità dell’aria secca nella omosfera è dovuta ai moti di rimescolamento verticale che contrastano con la naturale tendenza dei gas a disporsi con quelli più pesanti verso il basso e quelli più leggeri verso l’alto.
Per lo studio dei fenomeni meteorologici, l’aria secca viene considerata omogenea con le proporzioni indicate nella tabella precedente.
Densità dell’aria atmosferica secca
La densità dell’aria secca varia con la pressione e con la temperatura secondo la legge di stato dei gas perfetti, aumentando se aumenta la pressione e diminuendo se aumenta la temperatura.
Alla pressione di 1013,25 hPa (pressione standard al livello medio del mare) e alla temperatura di 0°C la densità dell’aria secca è di 0,001293 Kg/dm^3. Quindi un metro cubo di aria atmosferica secca ha una massa di poco più di un Kg (1,293 Kg). Per fare un paragone considerate che un metro cubo di acqua ha una massa di 1.000 Kg (nelle condizioni standard).
La densità dell’aria secca diminuisce con l’altitudine. Ad esempio a 3000 metri di altitudine diventa circa il 60% di quella al livello medio del mare e quindi la massa per unità di volume di ognuno dei suoi componenti, compreso l’ossigeno, è pari a circa il 60% di quella presente al livello medio del mare.
Conclusioni
L’aria atmosferica secca è una miscela di gas composta principalmente da Azoto (~78%) ed Ossigeno (~21%). La sua composizione si mantiene nelle stesse percentuali fino agli 80 Km di altitudine ma la sua densità diminuisce con la quota e quindi anche la massa per unità di volume di ognuno dei suoi componenti. In particolare già a 3000 metri di altitudine la quantità di ossigeno per unità di volume è circa 60 % di quella presente al livello medio del mare.