Radiazione solare ed atmosfera, gli ingredienti fondamentali per la vita

Radiazione solare ed atmosfera, gli ingredienti fondamentali per la vita. Lo sviluppo della vita sul nostro pianeta è dovuto indubbiamente dalla presenza del Sole e dalla posizione strategica che il nostro pianeta ha nel sistema solare. Le condizioni ideali per lo sviluppo di qualsiasi forma vivente sulla Terra sono dettate dalla distribuzione dell’energia solare alle diverse latitudini e dalla presenza di alcuni gas che compongono l’atmosfera. Ma come interagiscono questi due aspetti fondamentali ?

Radiazione solare ed atmosfera, gli ingredienti fondamentali per la vita – Interazioni tra atmosfera e radiazione solare

La presenza dei gas atmosferici e la diversa distribuzione dell’energia solare sulla superficie terrestre è di fondamentale importanza per garantire la vita sul nostro pianeta.  La radiazione solare in arrivo sulla Terra infatti comprende anche una parte di raggi dannosi per il nostro organismo e per tutti gli esseri viventi. Fortunatamente però, i raggi ultravioletti “duri”, ovvero la parte della radiazione dannosa per la vita, sono quasi totalmente assorbiti da ossigeno, azoto e soprattutto dall’ozono stratosferico, è per tale motivo che lo strato di ozono, presente alle alte quote è di fondamentale importanza come agente protettivo contro i dannosi UV. I raggi infrarossi, sono fortemente assorbiti dal vapore acqueo e dall’anidride carbonica contenuti essenzialmente nella troposfera. Nel campo della luce visibile, invece, l’assorbimento diventa trascurabile. Complessivamente la porzione di energia direttamente assorbita dall’atmosfera (comprese le nuvole) è appena il 19% del totale.

Per quel che concerne la radiazione visibile, sono quindi le tonalità del violetto-blu a essere maggiormente “sparpagliate” ed è per tale motivo che il cielo durante il giorno appare azzurro. In assenza di atmosfera, come ad esempio sulla Luna, il cielo apparirebbe sempre nero e stellato; in tal caso il Sole sarebbe semplicemente la più grossa stella visibile. A causa dello stesso fenomeno quando il Sole (o la Luna) si trova vicino all’orizzonte, l’atmosfera si colora di rosso: in questo caso, essendo il percorso dei raggi obliquo rispetto al luogo d’osservazione, la strada da compiere all’interno dell’atmosfera risulta molto più lunga e oltre alle tonalità del blu fanno in tempo a sparpagliarsi e ad attenuarsi anche le lunghezze d’onda intermedie nello spettro solare, così rimangono soprattutto le tonalità dell’arancione al rosso. Anche le nubi e gli aerosol contribuiscono alla diffusione della luce.

La figura riportata di seguito, mostra la distribuzione sull’intero globo della radiazione solare media annuale in arrivo sulla superficie terrestre. I valori massimi, si riscontrano in corrispondenza dei deserti caldi, dove circa l’80% della radiazione in arrivo dal Sole durante l’intero anno riesce a raggiungere il suolo grazie all’eccezionale limpidità del cielo.

Radiazione solare ed atmosfera, gli ingredienti fondamentali per la vita – Media annuale della radiazione solare in una superficie orizzontale a livello del mare in W/m^2

Naturalmente la radiazione solare incidente al suolo dipende anche ad altri fattori come ad esempio il mese dell’anno, l’ora del giorno, l’inclinazione della superficie e l’altitudine del luogo: la zona equatoriale presenta due picchi massimi di energia in corrispondenza degli equinozi, ossia quando i raggi solari giungono al suolo perpendicolarmente. Al polo Nord, come è noto, si hanno due distinti periodi dell’anno collocati fra i due equinozi: durante la notte polare (ottobre/marzo) la radiazione in arrivo è nulla, mentre dalla fine di marzo si cominciano a registrare valori di energia diversi da zero con il massimo in corrispondenza del solstizio d’estate. Sempre al polo, nei giorni degli equinozi, su una superficie orizzontale arriva solo radiazione diffusa la cui intensità, pur essendo molto bassa, risulta praticamente costante durante tutte le 24 ore.

Radiazione solare ed atmosfera, gli ingredienti fondamentali per la vita

Un’ altra causa della variazione d’intensità della radiazione solare è l’eccentricità dell’orbita terrestre attorno al Sole. L’andamento oscillante fra un minimo e un massimo annuali riguarda la costante solare. All’inizio dell’inverno la Terra passa dal punto più vicino al Sole (perielio) a una distanza di circa 147 milioni di chilometri, in questo caso la maggiore vicinanza darà luogo a un picco massimo di energia proprio fra dicembre e gennaio. Al principio dell’estate la Terra si trova nel punto più lontano a circa 152 milioni di chilometri dal Sole (Afelio), questi 5 milioni di chilometri in più si traducono in un difetto di energia in arrivo con un minimo proprio fra giugno e luglio.

È curioso osservare come nell’emisfero settentrionale la variazione di questo importante parametro controbilanci in parte l’alternarsi delle stagioni calde e fredde: in effetti, in estate arriva una dose inferiore di energia ai limiti dell’atmosfera, al contrario dell’inverno quando l’energia a disposizione risulta massima. La situazione opposta si verifica nell’emisfero meridionale dove alle calde estati viene dato un piccolo aiuto in più, mentre in inverno viene addirittura messa a disposizione meno energia solare.