Dalla scoperta del termometro alla misura della temperatura della Terra
Misurare la febbre del pianeta: un viaggio dalla scoperta del termometro alla climatologia moderna
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Introduzione
Per conoscere il proprio pianeta, gli scienziati hanno iniziato a misurare la Terra. Si misurano i gas presenti nell’atmosfera, la temperatura, ecc..
Ad esempio per misurare la temperatura si utilizzano misure con termometri posizionati sulla terra ferma oppure in boe sulla superficie dei mari oppure vengono rilasciati dei palloncini nell'atmosfera. Anche i satelliti in orbita terrestre forniscono un profilo termico della superficie e dell'atmosfera terrestre.
Allo stesso tempo gli scienziati stanno cercando di capire come era il clima nel passato, anche migliaia di anno fa, per comprendere il clima di oggi.
Breve storia del termometro
Per millenni il caldo venne distinto dal freddo: la fonte del caldo era ovvia, il Sole e il fuoco, mentre l'origine del freddo era un mistero.
Storicamente si riconosce a Galileo Galilei (1564-1642) l’invenzione del termometro, anche se sappiamo che già alcuni secoli prima di Cristo, i greci Galeno ed Erone avevano messo a punto sistemi per evidenziare le differenze di temperatura dell’atmosfera sfruttando l’espansione dell’aria legata all’aumento della temperatura. Galileo in realtà mise a punto un termoscopio ad aria, in grado di misurare delle variazioni di temperatura e non di quantificare il dato assoluto.
Galileo sosteneva, contrariamente alle teorie aristoteliche che prevedevano il caldo ed il freddo come due proprietà distinte ed intrinseche alla materia, che il freddo non è altro che la privazione del caldo; che esso non è insito nella materia ma risiede nel corpo sensitivo.
termoscopio ad aria
Un allievo di Galileo, costruttore di strumenti alla corte dei Medici, Giovanfrancesco Sagredo (1571-1620), divise la scala del termometro in 360 parti, come in un angolo giro, e per questo si cominciarono a chiamare gradi le parti della scala del termometro.
Intorno al 1654 che nasce uno strumento più affidabile: è il termometro fiorentino a 50 gradi ideato da Ferdinando II Granduca di Toscana (1610-1670) e costruito dal suo esperto artigiano Mariani. Lo strumento è chiuso ermeticamente ed usa un liquido, l’alcol. Il cannello è diviso in tante parti uguali applicando delle palline di vetro saldate all’esterno. Per dare una maggiore precisione nella misurazione il cannello di vetro diventa molto lungo e quindi viene avvolto a spirale.
Termometro fiorentino a 50 gradi
Uno di questi termometri arrivò intorno al 1660 nelle mani di Robert Hooke (1635-1703), “curatore degli esperimenti” della Royal Society di Londra, che mise a punto una scala basata sulla taratura partendo dal punto di congelamento dell’acqua. Nel 1714, Gabriel Fahrenheit introdusse l’uso del mercurio perché più affidabile nella accuratezza della misura. Solo nel 1742, grazie al contributo di Anders Celsius (1701-1744), si fissarono il punto di congelamento e quello di ebollizione dell’acqua come i due parametri per la taratura dei termometri e la divisione in 100 parti dello spazio compreso tra i due limiti.
Le stazioni metereologiche
Il termometro a mercurio divenne il metodo principale per iniziare a monitorare i cambiamenti che il clima della Terra.
Non esiste un luogo unico in cui possiamo mettere un termometro per misurare la temperatura di tutto il mondo. Nel corso degli ultimi secoli si sono diffuse le stazioni metereologiche ossia un insieme di strumenti di misura che permettono di monitorare le condizioni fisiche dell'atmosfera in un dato luogo, per un tempo indefinito, relativamente ai suoi parametri fondamentali, a fini meteorologici e climatici.
Una stazione meteorologica è composta principalmente da:
- termometro per misurare la temperatura;
- barometro per misurare la pressione dell'aria;
- igrometro per misurare l'umidità atmosferica;
- anemometro per misurare la velocità del vento;
- banderuola per misurare la direzione del vento;
- pluviometro per misurare la quantità di pioggia caduta.
Mentre nelle vecchie stazioni meteorologiche i parametri meteo-climatici erano semplicemente rilevati dagli strumenti e letti periodicamente dagli operatori addetti, nelle moderne stazioni meteorologiche tutti i parametri vengono registrati, i dati vengono periodicamente scaricati dall'operatore e graficati nel tempo tramite opportuni software oppure la stazione è direttamente connessa in Rete e i dati costantemente inviati ad un server e da questo ad un elaboratore finale che li grafica a favore dell'utente finale.
Per permettere che una stazione meteo rilevi dati definiti "corretti", ossia omogenei e consistenti con i dati provenienti dalle altre stazioni meteorologiche.
I dati provenienti dalle diverse zone della Terra, per essere confrontati, devono essere raccolti nelle stesse condizioni.
Ad esempio i sensori di temperatura e umidità devono essere posizionati all'interno di un apposito contenitore in modo che abbia una schermatura ai raggi solari e ventilato in modo corretto.
I dati delle varie stazioni meteorologiche sparse sulla Terra (terraferma, oceano, navi, boe, aerei), oltre a descrivere lo stato attuale atmosferico di una località, vengono utilizzati a fini meteorologici.
Assieme ai dati provenienti dai satelliti meteorologici, i ricercatori hanno sviluppato dei modelli allo scopo di ottenere delle previsioni metereologiche.
Dal punto di vista del cambiamento climatico i dati sono utilizzati per la caratterizzazione del clima su un territorio. Utilizzando i dati raccolti nella storia si analizzano le variazioni climatiche e, sempre costruendo dei modelli, si cerca di prevedere i possibili cambiamenti che ci saranno nel futuro.
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