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Diminuzione della temperatura in quota
Come per tutti i gas, anche per l’aria, temperatura e pressione sono fra loro in relazione e non variano in modo completamente indipendente. Ad esempio, a parità di altre condizioni, maggiore è la pressione, più alta è la temperatura. Poiché la pressione atmosferica è più elevata a livello del mare, con condizioni di tempo simili è qui che in prima approssimazione si registrano di solito le temperature più alte. Più si sale in quota, più la temperatura diminuisce a causa, anche, del graduale ridursi della pressione.
Oltre alla pressione, la temperatura dell’aria è determinata pure da come l’atmosfera viene riscaldata. Poiché i gas che compongono l’aria sono in grado di assorbire solo una piccola parte della radiazione solare a onda corta, l’atmosfera è riscaldata principalmente “dal basso”, vale a dire dalla superficie terrestre. La radiazione solare incidente a onda corta è dunque assorbita dalla superficie terrestre, la quale, con l’energia che così assorbe, si riscalda e inizia ad emettere a sua volta energia sotto forma di radiazione termica a onda lunga verso gli strati dell’atmosfera sovrastante. Questa volta però i gas che compongono l’aria sono in grado di assorbire una buona parte di tale radiazione e di conseguenza l’aria si riscalda.
Uno dei principali gas in grado di assorbire la radiazione termica ad onda lunga è il vapore acqueo (acqua sotto forma gassosa). Maggiore è il contenuto di vapore acqueo dell’aria, più essa è in grado di assorbire la radiazione termica a onda lunga. Quando uno strato dell’atmosfera si riscalda, esso rilascia a sua volta energia termica, sempre sotto forma di radiazione termica. Gran parte di questa energia è emessa di nuovo verso la superficie terrestre. Questo fenomeno è denominato controradiazione atmosferica a onda lunga. Questa controradiazione è emessa anche di notte. Il processo di irraggiamento di radiazione a onda corta da parte del Sole e controradiazione atmosferica a onda lunga emessa dalla Terra costituisce il naturale “effetto serra”.
Il contenuto di vapore acqueo nell’aria dipende dalla pressione dell’aria. Man mano che la quota aumenta e la pressione diminuisce, il contenuto di vapore acqueo si riduce gradualmente. Più la quota è elevata, minore è quindi la capacità dell’atmosfera di assorbire la radiazione termica a onda lunga e di riemetterla verso la superficie terrestre. Di conseguenza con l’aumentare della quota l’atmosfera è sempre più permeabile all’energia termica irradiata dalla superficie terrestre. L’energia termica che non è assorbita va persa nello spazio.
Anche un altro meccanismo entra però in gioco nel determinare la temperatura dell’aria. Quando una bolla d’aria sale in quota (ad esempio perché deve superare una catena montuosa o perché si è riscaldata sopra una zona di terreno molto caldo) essa si espande a causa della minore pressione che via via va incontrando. Per espandersi l’aria necessita però di energia, che attinge dalla sua energia interna, con la conseguenza che la sua temperatura diminuisce gradualmente. Con l’aumentare della quota, espandendosi, la bolla d’aria che sta salendo diventa quindi sempre più fredda.