Cose sorprendenti sulla pressione atmosferica che dovresti conoscere
In questo articolo parliamo di come la pressione atmosferica, la cui esistenza venne scoperta dal fisico italiano Evangelista Torricelli, diminuisce con l'altitudine, quali sono i record assoluti di alta e bassa pressione e spieghiamo anche il concetto di pressione ridotta a livello del mare.
In questo breve articolo offriremo alcune brevi note sulla pressione atmosferica. Il primo personaggio a dedurne l'esistenza e a comprendere la vera natura dell'aria fu il fisico italiano Evangelista Torricelli, che nel 1643 eseguì una serie di esperimenti che culminarono nell'invenzione del barometro a mercurio, detto anche di Torricelli in suo onore.
Il suo contributo è stato una delle più grandi pietre miliari della storia della Meteorologia, poiché ha demolito la falsa idea dell'horror vacui postulata da Aristotele due millenni prima. Grazie al barometro di Torricelli è stato possibile verificare come la pressione diminuisce con l'altezza, verificabile anche salendo una montagna. Questa diminuzione e l'esistenza di un vuoto dove finisce l'atmosfera è stata postulata teoricamente dal matematico, fisico e filosofo francese Blaise Pascal e dimostrata sperimentalmente dal cognato Florin Périer e da un gruppo di compagni che – seguendo le indicazioni di Pascal – fecero una ascensione al Puy de Dôme, nel centro della Francia, il 19 settembre 1648, dove si misurarono le pressioni con un barometro di Torricelli in diversi momenti della ascesa, ottenendo valori sempre più bassi a mano a mano che si saliva.
La pressione atmosferica - la stessa cosa accade con la densità dell'aria - diminuisce con l'altitudine e lo fa a un ritmo molto più elevato vicino alla superficie terrestre che nei livelli superiori dell'atmosfera, a causa della compressibilità che l'aria stessa esercita sugli strati inferiori. La metà della massa atmosferica è concentrata nei primi 5 chilometri di atmosfera; questa percentuale sale al 90% se si considerano i primi 11-22 chilometri, che segnano la parte più alta della troposfera alle medie latitudini.
Sebbene la diminuzione della pressione segua una curva di tipo parabolico (vedi figura in alto), nella parte bassa dell'atmosfera e in prima approssimazione possiamo considerare un andamento lineare, in modo tale che per ogni 9 metri di salita la pressione diminuisce di un ettopascal (hPa).
Nell'atmosfera standard (ISA), il valore della pressione al livello medio del mare (MSL) è 1013,25 hPa. Questa pressione segna il limite teorico tra alta e bassa pressione. Fino a tempi relativamente recenti, la pressione atmosferica era espressa in millibar (mb), ma questa unità è caduta in disuso, quando è stato imposto il sistema metrico decimale. In questo sistema, la pressione viene misurata in pascal (Pa). Un Pascal è un Newton (unità di forza) per metro quadrato (unità di superficie). Un ettopascal (100 pascal) equivale a un millibar.
Record mondiali di alta e bassa pressione
Sebbene la diminuzione della pressione in verticale si adegui, come abbiamo visto, ad una curva ben definita, nel piano orizzontale le variazioni di pressione sono costanti e capricciose, il che è dettato dalla stessa dinamica atmosferica, condizionata a sua volta dalle differenze di temperatura tra alcune zone e altre. La circolazione generale dell'atmosfera, nonostante la sua variabilità, permette di comprendere la distribuzione spaziale dei grandi anticicloni e delle zone di depressione in estate e in inverno.
I valori che la pressione può raggiungere a livello del mare variano in un ampio range numerico. Prendendo come riferimento i valori meteorologici estremi compilati dalla World Meteorological Organization (WMO), troviamo dei dati davvero incredibili. Il valore massimo della pressione ridotta al livello del mare in un luogo situato ad una quota inferiore a 750 m s.l.m. è di 1.083,8 hPa misurato nella città russa di Agatha –in Siberia– il 31 dicembre 1968.
Nei luoghi la cui quota supera i sopra citati 750 m, il record è il 1089,1 hPa misurato a Tosontegel (Mongolia) il 30 dicembre 2004. In entrambi i casi si sono verificati anticicloni invernali molto potenti.
I valori più bassi di pressione atmosferica si raggiungono all'interno dei tornado più intensi che si formano sulla Terra. Il problema è che non si possono prendere misure strumentali dirette, a causa del potere distruttivo di questi pericolosi vortici, che distruggono tutto sul loro cammino. Tralasciando i tornado, il WMO stabilisce come valore minimo di pressione a livello del mare gli 870 hPa che furono raggiunti al centro dell'occhio di Typhoon Tip il 12 ottobre 1979, quando passò attraverso il Pacifico occidentale, a sud del Giappone e a est Filippine.
La pressione ridotta al livello del mare
Nel paragrafo precedente si è fatto riferimento alla pressione ridotta al livello del mare, che è un concetto teorico che richiede una breve spiegazione. Le stazioni meteorologiche terrestri (migliaia di esse distribuite in tutto il mondo) misurano diverse variabili meteorologiche, inclusa la pressione atmosferica locale. Per realizzare una mappa isobara, con il campo di pressione al livello del mare, si devono ricalcolare i valori di pressione misurati presso le diverse stazioni meteorologiche o osservatori, supponendo che ciascuno di questi luoghi sia situato al livello del mare.
La suddetta pressione ridotta a livello del mare è il valore teorico che ricaviamo considerando che la pressione varia linearmente con la quota, ad un ritmo costante (1 hPa ogni 9 metri, come indicato prima), in modo tale che l'elevazione dell'osservatorio si fa corrispondere ad un certo numero di ettopascal, che si sommano al valore della pressione locale misurata dal barometro. Questi ettopascal sono il risultato della differenza (teorica) tra la pressione al livello medio del mare e quella misurata all'osservatorio, supponendo che ci fosse una colonna d'aria tra i due livelli.