Riepilogo - Mongolfiera al decollo

I palloni meteorologici e il problema dell’elio

Due volte al giorno, nello stesso momento in tutto il mondo, circa 900 stazioni meteorologiche lasciano andare un pallone. Ognuno trasporta una piccola scatola di strumenti, una radiosonda, che trasmette via radio la temperatura, la pressione e l’umidità dell’aria man mano che sale. Questi numeri alimentano ogni previsione meteorologica che leggi.

Un pallone meteorologico è fatto di gomma sottile. Al suolo viene riempito con circa 2,500 L di gas, formando una sfera di circa 1.7 m di diametro. Man mano che sale, l’aria circostante si rarefà e la pressione esterna diminuisce, così il gas al suo interno si espande e il pallone si gonfia. In alta quota fa anche molto freddo, e questo fa restringere un po’ il gas, ma la diminuzione della pressione ha di gran lunga la meglio. A circa 30 km dal suolo il pallone è cresciuto fino a raggiungere un diametro di sei o sette metri, la gomma si lacera e la radiosonda ricade sulla Terra con un piccolo paracadute.

Lo stesso elio, al suolo e in alta quota: meno collisioni all’esterno, quindi il pallone si gonfia

Il gas all’interno deve essere più leggero dell’aria. L’idrogeno è il gas più leggero di tutti ed è economico: alcune stazioni lo producono sul posto scindendo l’acqua con l’elettricità, 2H₂O → 2H₂ + O₂. Ma l’idrogeno brucia e una perdita vicino a una scintilla può provocare un incendio. Perciò la maggior parte delle stazioni usa l’elio, un gas nobile che non reagisce affatto.

L’elio ha un problema tutto suo. L’elio della Terra si è formato lentamente, nel corso di milioni di anni, attraverso il decadimento α dell’uranio e del torio presenti nelle rocce, e viene raccolto dai pozzi di gas naturale. Una volta rilasciato nell’aria, sale, ed è così leggero che lentamente sfugge nello spazio. Gli ospedali ne hanno bisogno per raffreddare i magneti degli scanner MRI e, negli anni di carenza, il suo prezzo è aumentato rapidamente. I servizi meteorologici di diversi paesi sono già tornati a usare l’idrogeno per alcuni lanci, con lanciatori automatici che tengono le persone lontane dal gas.

Calcola la massa di elio, $m$, in un pallone riempito con 2,500 L di elio in condizioni ambientali (He, 4 g/mol). Supponi che 1 mol di gas occupi 25 L in condizioni ambientali.