Tema 2: L'atmosfera La part gasosa de la Terra. · els primers microorganismes primitius anaerobis, que ... Col·legi Sant Pere Departament de Ciències Biologia i Geologia – 1r

Tema 2: L'atmosfera

La part gasosa de la Terra.

2.1 Introducció:

A l’hora d’estudiar la composició del planeta, s’ha de tenir en compte quatre grans blocs:atmosfera, hidrosfera, biosfera i geosfera. Per conèixer les característiques de cada bloc s’utilitzenmètodes d’estudi específics, aprofitant que es pot accedir directament als materials que elsformen; l’excepció és la geosfera que, tret de les capes més superficials, s’interpreta a partir dedades indirectes.

• L’atmosfera és la capa gasosa que envolta la superfície terrestre. L’existència d’aquestacapa es deu a la força de la gravetat exercida per la Terra, que és prou gran per impedirque els gasos s’escapin cap a l’exterior.

• La hidrosfera és la massa d’aigua que ocupa al voltant del 71% de la superfície terrestre.Està constituïda per l’aigua dels oceans, mars, rius, llacs, glaceres i dipòsits subterranis.Majoritàriament es troba en estat líquid, encara que una part es troba en estat sòlid.

• La geosfera és tota l’estructura sòlida que forma la Terra. Aquesta estructura no ésimmòbil, sinó que està subjecta a canvis continus. Aquests canvis s’aprecien a lasuperfície: volcans, terratrèmols, serralades, valls, fosses marines, etc., i ajuda a entendreque la Terra és un planeta viu, i no exclusiva- ment perquè s’hi troben els animals i elsvegetals.

• La biosfera és el conjunt de tots els éssers que habiten a la Terra. Aquest embolcall esreparteix de manera discontínua.

En els següents temes, ens ocuparem d'estudiar les totes aquestes capes.

Col·legi Sant Pere Departament de Ciències Biologia i Geologia – 1r ESO

2.2 Què és l'atmosfera

L'atmosfera és la capa gasosa que envolta lessuperfícies de la geosfera i de la hidrosfera; és, per tant, la capamés externa de la Terra.. No obstant, si ens atenem a lacomposició d'aquesta capa haurem d'indicar que, a més delgasos, formen part d'ella partícules sòlides i líquides ensuspensió, tant d'origen natural com produïdes per l'activitathumana.

L'atmosfera no té un límit definit, a mesura ques'allunya de la terra es torna més lleugera fins que es confonamb l'espai. Per tant no hi ha una barrera clara entre l'interior il'exterior de l'atmosfera. Tres quartes parts de la massa del'atmosfera estan en el 11 quilòmetres primers. Usualment, lespersones que viatgen per sobre dels 80 quilòmetres jas'anomenen astronautes. La línia de Karman, als 100quilòmetres per sobre de la terra, és usada freqüentment com la frontera entre l'atmosfera o l'espaiexterior.

2.3 Origen de l'atmosfera

Podem situar l'origen de l'atmosfera primitiva en les emanacions inicials d'una Terra enformació.

Tenint en compte la formació de la Terra a partir d'un procés d'acreció de protoplanetes, enel moment inicial la Terra pràcticament no tenia atmosfera. La menuda porció d'elements lleugers(H, He) i les temperatures primigènies tan elevades varen impedir la retenció dels gasos pel campgravitatori de la Terra. Una certa porció d'hidrogen va quedar retinguda perquè es va combinar ambaltres elements més pesants: amb carboni va formar metà (CH4), amb el nitrogen, amoníac (NH3) iamb l'oxigen, aigua (H2O).

Per tant, aigua, metà i amoníac componien bàsicament l'atmosfera primitiva, anomenadaatmosfera I, que va tenir una duració d'uns 600 m.a. Al llarg d'aquest temps, l'atmosfera es vaenriquir amb emanacions de gasos procedents de l'escorça terrestre i d'activitat volcànica. Lacomposició resultant podria haver sigut la següent: CH4, NH3 i H2O

Al llarg dels següents 2.000 m.a. es va produir la transició cap a l'atmosfera II. En unaprimera fase la radiació energètica continuada d'agents interns (p.e.: radioactivitat, llamps illampecs de les tempestes...) i externs (radiació solar UV,) va propiciar la fotòlisi del vapor d'aigua,per la qual cosa en l'atmosfera van aparèixer l'oxigen i l'hidrogen moleculars. La combinació, per

Baltasar Ortega Bort Curs 2015-16 Tema 2: L'atmosfera - 2

Iŀlustració 1: Imatge de l'atmosfera terrestre. Font: LaNASA


separat, de l'O2 amb metà i amoníac possiblement va contribuir a la formació de més vapor d'aigua,CO2 i N2.

Per altra part, la radiació UV va formar una primera i tènue capa d'ozó a partir de l'oxigenatmosfèric. La fotodissociació va disminuir a mesura que augmentava la capa d'ozó, i també -per lamateixa causa- va començar a refredar-se l'atmosfera. Una gran part del vapor d'aigua es condensà iformà els oceans, arrossegant en el procés gran quantitat degasos minoritaris atmosfèrics que contribuïren així a laformació de l'anomenada sopa nutritiva. Sembla que aquestasopa nutritiva, per una sèrie de processos evolutius, va produirels primers microorganismes primitius anaerobis, queoriginaren després incipients éssers aerobis, els quals produïrenmés O2, com a producte del seu metabolisme, i així es vaincrementar l'escut protector de la capa d'ozó.

A continuació, l'espiral evolutiva va potenciar elsorganismes aerobis, va aparèixer la fotosíntesi, i el nivell d'O2

va créixer ràpidament. Esta atmosfera, dotada de l'ozonosfera ipermeable a la llum visible, va assegurar la persistència de lafotosíntesi, seqüència que al llarg dels següents 2.000 m.a. vadur l'atmosfera a la composició actual, és a dir, l'atmosfera III.

2.4 Composició i estructura de l'atmosfera

La composició de l'aire és bàsicament la anterior, però aquesta composició pot variar pervaries raons:


Iŀlustració 2: La Terra primitiva formà la sevaprimera atmosfera.


1. Presència de vapor d'aigua que es determinant per a les variacions de temperatura de granszones.

2. Presència de substancies contaminants.

Per un altra banda, com a conseqüència de la compressibilitat dels gasos, la major part del'atmosfera es troba prop de la superfície terrestre, comprimida pel seu propi pes. D'aquesta forma,en els primers 6 km hi ha el 50 % de la massa total atmosfèrica i per sota d'una altitud de 15 km hiha aproximadament un 95 % d'aquesta massa.

La divisió de l'atmosfera més coneguda estableix els següents nivells, des de la superfíciecap amunt: troposfera, estratosfera, mesosfera i termosfera.

1. 0-15 km: troposfera. És la capa inferior en contacte amb la superfície terrestre. Té un gruixvariable (aproximadament 18 km en l'equador i 9 km en els pols) a conseqüència delmoviment de rotació terrestre, que fa que la força centrífuga que suporta sigui màxima al'equador i nul·la en els pols. Dins d'esta capa es produeixen importants fluxos convectiusverticals i horitzontals -és a dir, vent- provocats per les diferències de pressió i temperaturaexistents entre unes regions i altres. A causa de trobar-se en contacte amb la hidrosfera i labiosfera, presenta quantitats importants, però variables, de vapor d'aigua i de diòxid decarboni, així com quantitats també variables de pols en suspensió (concentrada en elsprimers 500 m, que és la part coneguda com capa bruta) En resum, és la capa on esprodueixen els fenòmens meteorològics que caracteritzen les zones climàtiques de la Terra(formació de núvols, precipitacions...). En la troposfera la temperatura presenta un descensprogressiu amb l'altura, aproximadament d'1 ºC per cada 150 m. El límit superior de latroposfera s'anomena tropopausa

• 15-55 km: estratosfera. L'estratosfera es caracteritza per la pràctica inexistència de circulacióvertical. En canvi, els fluxos horitzontals d'aire assoleixen sovint velocitats d'uns 200 km/h.La variació vertical de temperatura en l'estratosfera és la contrària a la comentada a latroposfera; és a dir, les temperatures augmenten progressivament en anar pujant fins a



arribar aproximadament als 0 ºC a una altura entre 50 i 60 km. Esta altura marca el límitsuperior de l'estratosfera, anomenat estratopausa. Sembla que l'increment de temperaturaestà relacionat amb l'absorció per l'ozó de part de la radiació solar (ultraviolada). La capad'ozó es troba dins de l'estratosfera i n'ocupa fonamentalment la part inferior (entre els 10 iels 30 km d'altitud, hi ha el 80 % de l'ozó total). Els fenòmens de formació de núvols sónmolt rars en l'estratosfera (a tot estirar hi poden aparèixer núvols molt tènues de cristalls degel).

• 55-80 km: mesosfera. La característica més remarcable d'aquesta capa és un nou descens dela temperatura a mesura que augmenta l'altitud, fins a arribar als -100 ºC, aproximadament, auna altitud de 80 km, on se situa la següent superfície de separació, la mesopausa.

• 80-800 km: termosfera (o ionosfera). En esta capa, la major part de les molècules estanionitzades (per pèrdua d'electrons) per l'acció de les radiacions solars d'alta energia. Elsgasos ionitzats esmentats absorbeixen radiació UV, amb la qual cosa la temperatura de latermosfera arriba a valors superiors als 1.000 ºC (encara que aquests valors no poden serenregistrats pels termòmetres habituals, ja que la densitat del medi és extraordinàriamentbaixa). És la zona on es produeixen les aurores (boreals o australs).

El límit superior de l'atmosfera és relativament indefinit, però podem situar-lo -de maneraconvencional- en els 10.000 km d'altitud o a la línia de Kármán, als 100 km.

2.5 Funcions de l'atmosfera

Les funcions de l'atmosfera més importants són les següents:

a) Exerceix una funció protectora . La capa d'ozó es protegeix de les accions externes.

b) És font de vida per a la terra , ja queproporciona els elements vitals per als éssersvius.

c) És font d'aigua potable . Les precipitacionsproporcionen l'aigua que no podríem extreuredirectament dels mars i oceans.

d) Regula la temperatura de la Terra . Evita,sobretot, els grans contrastos que podria haver-hi entre la temperatura del dia i de la nit.

e) Permet tot tipus de combustions , gràcies a lesquals gaudim de la calefacció, podem desplaçar-nos amb automòbil, amb avió...

f) Permet la navegació aèria i la transmissiód'ones per a la comunicació


Iŀlustració 3: L'efecte hivernacle.


Evidentment totes aquestes funcions són importants, però hi ha una que destaca sobre lesaltres, la regulació de la temperatura, que a gran escala dóna lloc al efecte hivernacle.

L'efecte hivernacle és el procés pel qual l'atmosfera d'un planeta fa que s'escalfi, permetentl'entrada de radiació solar visible, però impedint o dificultant l'emissió de calor des del planeta. Elnom d' efecte hivernacle s'utilitza perquè, d'acord amb una descripció simplista, els hivernacless'escalfen d'una manera aproximadament similar (tot i que de fet no és així). Aquest article parlanomés de l'efecte hivernacle a la Terra, tot i que es produeix de forma similar a Venus, Mart i potserd'altres planetes.

Part de la radiació solar que arriba a l'atmosfera terrestre és reflectida, una altra part ésabsorbida, i la major part arriba a la superfície terrestre. Això fa que s'escalfi la superfície, i que esremeti part d'aquesta calor en forma de radiació, però a longituds d'ona més grans que la de laradiació solar original. Part d'aquesta radiació infraroja torna a l'espai, però una altra part escalfal'atmosfera, i de retruc, reescalfa la superfície terrestre.

Els responsables de aquest efecte en l'atmosfera són els gasos hivernacle;

• El vapor d'aigua (H2O) n'és el principal.• El diòxid de carboni (CO2), és el segon• L'ozó (O3) n'és el tercer

L'efecte hivernacle és perfectament natural, i de fet sense ell no hi hauria vida en el planetatal com la coneixem. Ara bé, des de fa un temps s'ha demostrat que l'activitat humana estàaugmentant l'efecte hivernacle, cosa que podria dur a un escalfament global, i al canvi climàtic delplaneta. Això es deu a que en cremar combustibles fòssils (carbó, benzina (del petroli),gasnatural, ... ) o en incendiar-se un bosc, es produeix diòxid de carboni. Si la concentració de CO2 enl'atmosfera augmentés significativament, podria augmentar la força de l'efecte hivernacle. Tot i queno es coneixen amb precisió tots els factors que intervenen en l'efecte hivernacle, això ha començata preocupar l'opinió popular a finals del segle XX.

Aquest canvis causen un gradual increment de la temperatura terrestre, l'anomenat canviclimàtic o escalfament global, que al seu torn poden originar altres problemes mediambientals, tot ique no hi ha consens dins la comunitat científica sobre les conseqüències exactes. Les tesis méscatastrofistes sostenen que aquests problemes serien els següents:

• Desertització i sequeres, que causen les pandèmies de fam.• Desforestació, que augmenta encara més el canvi. • Inundacions.• Fusió del gel antàrtic, que causa un ascens del nivell del mar, submergint ciutats costaneres.• Destrucció d'ecosistemes.

2.6 La pressió atmosfèrica

Quan viatgem en avió o en helicòpter, o quan guanyem altura, notem quese'ns tapen les orelles. És per culpa de la pressió atmosfèrica. En canvi, a prop del



nivell del mar, el cos s'adapta perfectament a la pressió que hi ha.

La pressió atmosfèrica és la que exerceix l'atmosfera sobre la superfície terrestre i sobretots els éssers que hi viuen, és a dir, el pes que exerceix l'aire sobre una superfície.

La pressió atmosfèrica afecta a totes les superfícies que estan en contacte amb l'aire,independentment de la seva posició. Els éssers humans no notem la pressió atmosfèrica perquè lanostra pressió interna és gairebé igual que l'exterior.

2.6.1 L'horror al buit (horror vacui)

L'existència i el poder de la pressió atmosfèrica no va estar sempre tan clara com és ara.Llegim aquesta text sobre Galileu i Torricelli:

"La natura té horror al buit". Recolzant-se en aquesta frase, fins al segleXVII expliquen perquè l'aigua puja en una bomba quan estirem del pistó.Tot s'interpreta amb la idea d'evitar l'aparició d'un espai buit entre el pistói la superfície de l'aigua.

L'explicació correcta d'aquest fenomen no es va donar fins el segle XVIIdesprés de la demostració de la naturalesa pesant de l'aire i laintroducció de la pressió atmosfèrica.

A l'època de Galileu, es coneixia ja la bomba aspirant que servia per ferpujar l'aigua del fons dels pous. Però havien observat que, malgrat totsels esforços, no arribaven mai a fer-la pujar més d'uns 10 metres.

Perquè l'aigua no podia pujar més alt, malgrat l'esforç de la bomba?

Fins al final de la seva vida, Galileu va intentar contestar a tal preguntaperò no va arribar mai a donar-hi una resposta. Segons ell la teoria de"l'horror al buit" fallava més enllà dels 10 m. Mai ho va relacionar amb elpes de l'aire.

Segons una idea de Galileu, Gasparo Berti, a Roma, va omplir d'aiguaun tub de més de 10 metres de llarg, tancat en una extremitat i obert al'altra: el tapà i el girà de tal manera que l'orifici estigués submergit en unrecipient ple d'aigua. Tal i com Galileu havia previst, va constatar quel'aigua baixava en el tub i es parava a 10 m de la superfície lliure delrecipient. Un espai buit (en aparença) apareixia ben visible sobre lacolumna d'aigua. Havien fabricat un baròmetre d'aigua.

Evangelista Torricelli, deixeble i secretari de Galileu, imagina queaquesta columna de 10 m d'aigua s'aguanta pel pes de l'aire que actuasobre la superfície de l'aigua del recipient. Segons ell, la forca queimpedeix que baixi la columna està a l'exterior del tub i no pas a l'interior,com creia Galileu, que invocava la "força del buit".



Torricelli pensa que si és així, aquesta mateixa experiència es potrealitzar amb una altre líquid que sigui més dens que l'aigua. I que, commés dens sigui, la columna serà menys elevada. En l'any 1643, esrealitza el famós experiment amb mercuri el qual, en ser 13,6 vegadesmés dens que l'aigua, forma una columna de 760 mm d'alçada. És enaquest moment quan s'arriba a trobar el concepte de pressió atmosfèricai s'inventa el primer baròmetre.

2.6.2 La pressió atmosfèrica i l'altitud

Si ho recordes el gasos eren compressibles (recorda l'experiment de la xeringa), llavors éslògic que prop de la superfície terrestre estiguen més comprimides i menys a major altitud.

La pressió atmosfèrica acostuma a mesurar-se en milibars (mb) o hectopascals (hPa). Lapressió atmosfèrica mitjana és d'uns 1013 mb.

Evidentment aquesta pressió es redueix al augmentar l'altura, ja que també es redueix lamassa d'aire que tenim a sobre. Aquesta variació és aproximadament 100 mb cada quilòmetre.

Per tant, les zones situades a l'altura del nivell del mar tenen més pressió atmosfèrica queles que estan més elevades. Com més amunt del nivell del mar ens situem, més petita és la pressióatmosfèrica, ja que hi ha menys gruix d'aire a sobre. Això també fa que l'aire sigui més atapeït alnivell del mar que al cim d'una muntanya.

Així, per exemple, al cim de l'Everest – la muntanya més alta del món, situada a laserralada del Himalaia- la pressió atmosfèrica és més baixa (aproximadament d'uns 300 mm demercuri) que a qualsevol punt de les platges mediterrànies (d'uns 760 mm de mercuri)

2.6.3 Variacions horitzontals de la pressió:El vent

L'aire calent és més lleuger que l'aire fred i per aquesta raó tendeix a pujar.

Quan el sol calfa la terra, l'aire en contacte ambaquesta es calfa i puja;aquest lloc és ocupat per l'aire mésfred que està al voltant, aquesta moviment d l'aire origina elvent.

A les zones on láire calent puja, la pressióatmosfèrica és menor; mentre que a les zones on l'aire fredbaixa,la pressió és més alta.

Les zones en què la pressió atmosfèrica és majorque a les àrees del seu entorn s'anomenen anticiclons i


Iŀlustració 4: Altes i baixes pressions.


aquelles es què la pressió atmosfèrica és menor que pel voltant s'anomenen borrasques.

L'aire es mou des e les zones d'alta pressió cap a les de baixa,per tant tendeix a anar desdels anticiclons cap a les borrasques.

Com més gran siga el nombre d'isòbares que hi ha entre un anticicló i una borrasca i méspròximes estiguen,més gran és la diferència de pressió entre amdbós i,per tant,més forts són elsvents.

La representació cartogràfica de la distribució de la pressió atmosfèrica sobre la superfícieterrestre es realitza mitjançant les isòbares, que són corbes cadascuna de les quals uneix els puntsamb la mateixa pressió atmosfèrica una vegada reduïda al nivell del mar. Ja que la pressió normal alnivell de mar és, com hem dit, de 1.013 hPa, valors superiors a aquest llindar es consideraran alts ivalors inferiors, baixos.

2.6.4 Efectes meteorològics degut al vent

Els principals efectes meteorològics deguts al vent són els següents:

Tornado

Un tornado és una violenta, perillosa i rotatòria columnad'aire que es troba en contacte tant amb la superfície de la terra.

Els tornados presenten mides diverses però habitualment enforma d'embut de condensació visible, l'extrem estret del qual sovintés encerclat per un núvol de runa i pols. Gran part dels tornadosassoleixen vents entre els 64 km/h i 177 km/h, mesurenaproximadament 75 metres d'amplada i avancen uns quantsquilometres abans de dissipar-se.

Remolí de vent

Cop de vent que avança en forma de vòrtex d'eix quasi vertical, de diàmetre generalmentpetit, però que pot assolir algunes desenes de metres d'alçària, amb força suficient per a aixecar polsi sorra.

Cicló tropical

També anomenat huracà, cicló, tifó, tempesta tropical o depressió tropical depenent de laseva força i localització) és una tempesta forta que es forma al mar i acostuma a provocar vents ambvelocitats superiors a 120 km/h.

Un huracà cobreix una àrea circular d'entre 300 i 800 km aproximadament. A la tempestahi ha vents forts i pluges que envolten un "ull" central, que acostuma a tenir uns 25 km de diàmetre.Malgrat això, el major dany a la vida i a la propietat no és resultat del vent, sinó de la pujada de les


Iŀlustració 5: Un tornado apropd'Anadarko.


marees i les crescudes dels rius, fruit de les pluges torrencials.

2.7 La humitat atmosfèrica.

La humitat és la quantitat de vapor d'aigua que hi ha a l'aire. Prové de l'evaporació del'aigua dels mars, oceans, llacs i rius.

Les zones properes al mar tenen un clima humit, i les allunyades, un clima de contrastos,molt fred a l'hivern i amb molta calor a l'estiu.

La humitat va lligada a la pressió atmosfèrica i a la temperatura. A l'aire calent hi ha mésvapor d'aigua que al fred. Per això, les zones més plujoses del planeta són al'equador.

Hi ha dues maneres d'expressar la humitat.

• La humitat absoluta és la quantitat d'aigua que conté l'aire.

• La humitat relativa es fa servir quan en aquest aire ja no hi cap més aigua. Sisupera un límit, l'aigua entela els vidres. Concretament, és el percentatgeentre la humitat que conté l'aire i la màxima humitat que pot contenir a unatemperatura determinada. S'expressa en tant per cent.

Encara que la humitat absoluta pareix, en un principi, molt útil el seu valorno resulta determinant per als meteoròlegs, és la humitat relativa la forma méshabitual d'expressar la humitat ja que s'utilitza en la predicció meteorològica iserveix com a mesura del confort ambiental.


Iŀlustració 7: L'higròmetreserveix per mesurar la

humitat relativa.

Iŀlustració 6: Nom que reben els ciclons tropicals en diferents zones del planeta


2.8 Fenòmens atmosfèrics deguts al vapor d'aigua.

La presència de vapor d'aigua en l'atmosfera és la responsable de un gran nombre defenòmens atmosfèrics

2.8.1 Condensació

Entre els fenòmens atmosfèrics degut a la condensació del vapor de l'aigua podemdistingir:

Els núvols

Els núvols es formen quan el vapor d'aigua invisible de l'atmosfera es condensa en gotetesd'aigua visibles o en cristalls de gel. Per a què això succeeixi, la parcel·la d'aire ha d'estar saturada(no pot contenir més aigua en estat gasós) i llavors comença a condensar-se en estat líquid o sòlid.

La majoria de gotes d'aigua es formen quan el vapor es condensa al voltant d'un nucli decondensació, una minúscula partícula de fum, pols, cendra o sal.

Cada gota del núvol té un diàmetre d'una centèsima part de mil·límetre, i cada metre cúbicd'aire conté 100 milions de gotes. Com que les gotes són tan petites, es poden mantenir en estatlíquid a temperatures de fins -30 °C. En aquest cas,s'anomenen gotes superrefredades. Els núvols ennivells més alts i extremadament freds del'atmosfera estan formats de cristalls de gel, quepoden ser d'una mida d'una desena part delmil·límetre.

La boira

La boira no és més que un núvol situat aprop o fregant la superfície de la Terra, és doncs,format per petites gotes d'aigua en suspensió. És undels fenòmens que més afecta la mobilitat.

Com a fenomen meteorològic es parla deboira quan aquest núvol s'ha format a conseqüènciad'una pressió atmosfèrica relativament alta, enpresència d'humitat important i sense vent. Aqueststres condicionants fan que l'aparició i persistència de les boires sigui més acusada en zones planes ifondes. Aquests llocs, a més, són ocupats freqüentment per rius i embassaments que podenproporcionar la humitat necessària per a la seva formació. Es dóna a totes les estacions de l'any,però amb persistència només a l'hivern.


Iŀlustració 8: Tipus de núvols.


Els principals efectes de la boira persistent són:

• Estabilitzar la temperatura ambient en nivells baixos, inclòs per sota de 0ºc, fent impossible l'alternança de temperatures dia/nit.

• Dificulta la visibilitat, reduint la visió a vuit o deu metres en casos extrems.• Incrementa els efectes negatius de la contaminació atmosfèrica, per manca de ventilació.• Augmenta la sensació de fred de forma important.

La manca de visibilitat dificulta o impedeix la mobilitat, afectant el transport rodat i eltrànsit aeri o marítim. La valoració errònia dels efectes de la boira és freqüentment causa decol·lisions.

Rosada

La rosada és un fenomen físic-meteorològic en el qual la humitat del'aire es condensa en forma de gotes per la disminució brusca de la temperatura,o el contacte amb superfícies fredes. Es parla de rosada en general quan estracta de condensació sobre una superfície, usualment la coberta vegetal del sòl.

També existeix la rosada blanca que és la solidificació en forma de gelde la rosada.

Gelada

Es denomina gelada o glaçada a la capa de gel cristal·lí que es forma, en formad'escates, agulles, plomes o ventalls, sobre superfícies exposades a la intempèrie i ques'han refredat prou com per provocar la deposició directa del vapor d'aigua contingut enel aire.

2.8.2 Precipitació

La precipitació és qualsevol forma d'aigua que cau del cel i arriba a lasuperfície terrestre. Aquest fenomen inclou pluja, plugim, neu, aiguaneu,calamarsa, etc.

La precipitació és una part important del cicle hidrològic, responsable del dipòsit d'aiguadolça al planeta i, per tant, de la vida al nostre planeta, tantd'animals com vegetals, que requereixenl'aigua per viure. La precipitació és generada pels núvols, quan arriben a un punt de saturació, enaquest punt les gotes d'aigua augmenten de grandària fins a assolir el punt en què es precipiten perla força de gravetat.


Iŀlustració 9: Teranyinaamb rosada

Iŀlustració 10:Cristalls de gel alvidre d'un cotxe.


Pluja

A un núvol calent les gotetes augmenten de mida per condensació del vapor d'aigua que les envolta i per coalescència (l'addició d'una o més petites gotes per col·lisió per tal de formar una gota més gran) amb d'altres gotes. Mentre aquestes gotetes diminutes no mesuren més de 0,006 mm són sostingudes pels més lleugers moviments ascendents de l'aire. El seu creixement va formant formant gotes més grosses fina arribar un moment, al voltant de 0,5 mm de diàmetre, que els corrents ascendents són incapaços de sostenir-les en suspensió i cauen en forma de pluja.


Iŀlustració 11: Pluja orogràfica.Iŀlustració 12: Pluja per col·lisión de front fred en

calent.


Neu

A un núvol molt fred, el vapor d'aigua es condensa directament encristalls de glaç sobre les partícules que hi ha en suspensió (pols, fum, ...). Sidurant la seva caiguda només troben capes d'aire d'una temperatura inferior a 0°C, els cristalls s'aglutinen en forma de branques glaçades que es combinen performar flocs cada cop més grans. L'encaix d'aquests cristalls depèn essencialmentde la temperatura, l'única característica comú a tots els flocs és l'estructurahexagonal, que reprodueix l'estructura cristal·lina del gel ordinari i estàrelacionada amb l'estructura molecular de l'aigua

Calamarsa

Si tenim un núvol especialment gran en altitud (uns quants quilòmetres),amb grans diferències tèrmiques entre la base del núvol i la part superior i grans correntsascendents, és possible que aquest genere una calamarsa.

El procés de formació és el següent. Quan les partícules de vapor d'aigua que sónimpulsades núvol amunt (pels corrents d'aire calent) superen la isoterma dels O°C, canvien d'estat ipassen a convertir-se en partícules de gel. A la part més altadel núvol (que és per on descarrega un xàfec) el correntascendent possiblement ja haura perdut tota la intensitat i lespedretes de gel començaran a caure, a causa del propi pes.Però quan arriben a la meitat del núvol, que més o menyscoincideix amb la linia dels O°C, les pedretes s'hauranrecobert d'una altra capa de gel.

En aquesta zona poden tornar a arreplegar un altrecorrent d'aire que puja ... i un altre cop amunt. Durant lapujada es tornen a recobrir d'una altra capa de gel. Aquestprocés es pot anar repetint fins que aquelles partículesmicroscòpiques de gel esdevenen més grosses i amb un pesmassa gran perquè els corrents ascendents les sostinguin.Aleshores cauran pel mateix pes tot originant una pedregada, una calamarsada o una granissada. Lespartícules de gel es formen capes concèntriques.

2.9 Clima i oratge.

En meteorologia, l'oratge o temps és el conjunt de tots els fenòmens que tenen lloc en unaatmosfera en un moment donat; per tant, comprèn tots els fenòmens que tenen lloc a l'atmosfera enun moment determinat.


Iŀlustració 13: Flocde neu ampliat.

Iŀlustració 14: Que no t'enganxe una calamarsada.


L'oratge es sol descriure amb termes de si farà sol o estarà núvol, si les temperatures seranaltes o caldrà agafar l'abrig, si plourà molt, poc o res, si bufarà el vent o tindrem una suau brisa, sipel matí tindrem boira i al migdia escamparà, etc.

La predicció del temps no és una ciència exacta i només podem tindre prediccions fiablesde pocs dies.

El clima és el conjunt de condicions atmosfèriques que caracteritzen una regió. Segons esreferisca al món, a una regió o a una localitat concreta es parla de clima global, clima local omicroclima respectivament.

En aquest cas les variables que descriuen el clima són la temperatura la humitat, lapresión, el vent i les precipitacions.

Els factors naturals que afecten el clima són la latitud, altitud, orientació del relleu,continentalitat (o distància al mar) i corrents marins.

El clima abarca grans periodes de temps i per tant, és menys exacte però més predeible.

2.9.1 Mesures meteorològiques

Les dades meteorològiques s'arrepleguen en qualsevol lloc però hi ha unes construccionsespecials per arreplegar dades de forma científica, ens referim a les les estacions meteorològiques

Aquestes estacions consten d'un conjunt d'instal·lacions i d'aparells meteorològics permesurar in situ i a nivell de terra diverses variables meteorològiques. Les dades meteorològiques espoden adquirir de manualment o automàticament (mitjançant un processador). Una part delsinstruments han d'estar protegits de la incidència de la radiació solar i per això s'instal·len dins de lagàbia meteorològica. D'altres són exteriors (com l'anemòmetre, penell, mesuradors de precipitació,insolació i radiació solar, entre d'altres) i, finalment, n'hi ha que s'acostumen a instal·lar endependències annexes a la gàbia meteorològica (baròmetre).

110-WS-16 Modular Weather Station Interior de la caixa de l'estació meteorològica.

Els aparells de mesura més habituals són:



BARÒMETRE

Els baròmetres mesuren la pressió de l'aire. El que fan realment ésmesurar el pes d'una columna d'aire que s'extèn des del baròmetre fins al cimde l'atmosfera.

El baròmetre de mercuri té un disseny tan senzill que s'ha utilitzat desde que va ser inventat per Torricelli lány 1642. Avui és encara el baròmetremés utilitzat. Els canvis en l'altura de la columna de mercuri es mesuren enmil·límetres de mercuri, hectopascals o en mili-bars.

TERMÒMETREEl termòmetre és el sensor tèrmic que mesura la temperatura.

Necessitem un termòmetre de màxima i mínima o, si volem filar més prim, unque mesuri la temperatura màxima i un altre per la mínima. El funcionamentés de tots conegut.

Les mesures de temperatura màxima i mínima es fan una vegadacada dia. Els sensors de temperatura s´han de situar a línterior de la gàbiameteorològica.

HIGRÒMETRE I PSICRÒMETRELa quantitat de vapor dáigua que conté láire pot variar a nivell

temporal i espacial. La humitat es mesura emprant els psicròmetres i elshigròmetres.

El psicròmetre mesura la diferència entre la temperatura de láire(proporcionada pel termòmetre sec) i la que indica un termòmetre humit (queté humitejat el seu dipòsit).Una escala de conversió permet convertir ladiferència de temperatures a humitat relativa.

El psicròmetre consta de dos termòmetres: un sec i un altre amb eldipòsit de mercuri recobert d'una roba que parteix d'un petit dipòsit amb aiguai que té la funció de mullar contínuament el termòmetre. El higròmetre tél'avantatge de que dóna directament les dades i de que és força més econòmicperò no és gaire precís.

PLUVIÒMETREEl pluviòmetre serveix per a mesurar la quantitat de pluja caiguda en

un interval determinat de temps. Per a determinar la quantitat de pluja es faservir una proveta graduada on es fan les lectures directament en mm o litresper metre quadrat. Consta d'un vas cilíndric, que recull l'aigua que li aporta unembut prou fons, per que les gotes no surtin rebotades. D'aquesta manera, total'aigua recollida es conserva en el vas interior, protegida de l'evaporació porl'estretó de la boca de l'embut. Acostuma a anar pintat de blanc per minimitzarl'absorció de radiació i reduir l'evaporació.



ANEMÒMETREMesura la velocitat del vent. L'anemòmetre més usual és el de

cassoletes. Consisteix en una creu de tres o quatre braços amb una cassoletasemiesfèrica buida al final de cada un i que pot girar al voltant d'un eix. Entreels inconvenients d'aquest aparell cal citar la dificultat per mesurar ventsintensos (o molt febles) i el seu temps de resposta, que no li permet apreciarvariacions ràpides de la velocitat. És força coneguda una taula (Beaufort) que,d'una forma aproximada, ens indicar la velocitat del vent a partir dels seusefectes ( si es mouen les fulles d'un arbre, si són les branques, etc.)

PENELLEns indicarà la direcció del vent. Tots coneixem altres mitjans que

poden substituir aquest aparell, des de mullar el dit i aixecar-lo per saber d'onbufar el vent fins llençar una mica de terra a l'aire. Hem de tenir en tots elscasos molt clara la situació dels punts cardinals. El nom d'un vent fareferència a la direcció d'on procedeix:del nord, del sud-est,etc., encara que acada lloc els vents més típics reben noms populars, com a Catalunya latramuntana, el llevant,etc.

2.10 Importància de l'aire per als éssers vius i la salut.

Gairebé tots els éssers vius depenem de l'aire per sobreviure. La importància de l'aire per ala vida es pot resumir en aquests punts:

• Tots els organismes estan constituïts per compostos que contenen carboni, hidrogen,nitrogen i oxigen. L'aire proporciona, en forma de vapor d'aigua,diòxid de carboni, nitrogeni oxigen, part de la matèria primera amb què es construeixen tots els éssers vius.

• El diòxid de carboni de l'atmosfera és imprescindible perquè els vegetals realitzin lafotosíntesi, procés en el qual es fabrica matèria orgànica.

• L'oxigen és necessari per a la respiració, procés mitjançant el qual molts éssers vius obtenenenergia.

• Certs components de l'atmosfera, com el diòxid de carboni i el vapor d'aigua,mantenen,gràcies a l'efecte hivernacle, unes condicions òptimes de temperatura i humitat perquè espugui desenvolupar la vida al nostre planeta.

• La capa d'ozó de l'atmosfera protegeix els éssers vius de les nocives radiacions ultravioladesdel sol.

• El vapor d'aigua es condensa formant els núvols que, mitjançant les precipitacions,proporcionen aigua als éssers vius.



Com veus l'aire és fonamental per a la vida en el planeta Terra, per tant, és una tascacomuna mantindre'l tant net com es puga. Lamentablement, existeix un fenomen associat a l'ésserhumà que altera la seva composició: la contaminació de l'aire.

La contaminació afegeix determinats gasos a l'atmosfera i en descompon d'altres. Això facanviar l'equilibri tan fràgil de l'aire. Gasos, com ara el monòxid de carboni, perjudiquen la saluthumana si se'n respiren grans quantitats. D'altres gasos no són tan perjudicials per als éssers vius,però en canvi alteren l'equilibri del medi. La contaminació atmosfèrica pot comportar canvisclimàtics i la pèrdua de la protecció que els gasos de l'atmosfera proporcionen al planeta.

Si alterem la proporció dels gasos de l'atmosfera, posarem en perill la vida a la Terra, comocorreix amb tres problemes mediambientals actuals: el forat de la capa d'ozó, l'augment l'efectehivernacle i la pluja àcida.

2.10.1 El forat de la capa d'ozò

L'anomenat forat de la capa d'ozó és un efecte de lacontaminació atmosfèrica de la Terra que consisteix a una disminuciód'ozó a l'estratosfera (capa alta de l'atmosfera) suposadament a causa del'emissió a l'aire per part de l'home de substàncies que reaccionen iminven l'ozó.

La teoria més encertada fins l'actualitat és que la disminucióde l'ozó de l'estratosfera és deguda a l'augment de clor a l'atmosfera,que es combina amb l'ozó i el destrueix. El clor es fa servir en lafabricació dels aerosols (laques, insecticides, escumes d'afeitar), en elsfrigorífics, en els aparells d'aire acondicionat i en els aïllants. Elscompostos del clor poden restar a l'atmosfera durant més de cent anys.Actualment, hi ha un acord per deixar d'utilitzar aquests compostos isubstituir-los per d'altres que no afectin la capa d'ozó.



Els efectes de la desaparició de la capa d'ozó serien nefastos per a tots els éssers vius.Serien causa d'un increment considerable de càncer de pell i de malalties oculars, particularmentcataractes; i produirien una reducció del sistema immunològic en general. Els seus efectes també esreflexarien en les plantes terrestres i en el fitplàncton marí, que disminuirien la seva producciósintètica i es produirien grans desequilibris en totes les cadenes tròfiques.

2.10.2 L'Augment l'efecte hivernacle

L'efecte hivernacle és perfectament natural, i de fet sense ell no hi hauria vida en el planetatal com la coneixem. Ara bé, des de fa un temps s'ha demostrat que l'activitat humana estàaugmentant l'efecte hivernacle, cosa que podria dur a un escalfament global, i al canvi climàtic delplaneta. Això es deu a que en cremar combustibles fòssils (carbó, benzina (del petroli),gasnatural, ... ) o en incendiar-se un bosc, es produeix diòxid de carboni. Si la concentració de CO2 enl'atmosfera augmentés significativament, podria augmentar la força del'efecte hivernacle. Tot i que no es coneixen amb precisió tots els factorsque intervenen en l'efecte hivernacle, això ha començat a preocuparl'opinió popular a finals del segle XX.

Aquest canvis causen un gradual increment de la temperaturaterrestre, el anomenat canvi climàtic o escalfament global, que al seutorn poden originar altres problemes mediambientals, tot i que no hi haconsens dins la comunitat científica sobre les conseqüències exactes.Les tesis més catastrofistes sostenen que aquests problemes serien elssegüents:

• Desertització i sequeres, que causen les pandèmies defam.

• Desforestació, que augmenta encara més el canvi.

• Inundacions.

• Fusió del gel antàrtic, que causa un ascens del nivell delmar, submergint ciutats costaneres.

• Destrucció d'ecosistemes.

2.10.3 Pluja àcida

La pluja àcida apareix com a resultat de les emissions d'òxids de sofre, d'òxids de nitrogeni de clorurs que poden convertir-se en ions sulfat (àcid sulfúric), nitrat (àcid nítric) i ió clorur (àcid


Iŀlustració 15: Una mica exagerat peròpossible.


clorhídric) gràcies a la presència d'aigua i d'oxidants a l'aire.

Aquests processos es donen a l'interior dels núvols modificant la normal composició de lesgotes d'aigua formades. Així, l'aigua d'aquesta pluja serà més àcida que la pluja normal i podrà tenirefectes nocius sobre materials, animals i plantes.

Els ecosistemes més perjudicats per aquestes pluges àcides són principalment els boscos iels llacs.

Efectes de la pluja àcida

Un problema mundial: Les xemeneies altes, construïdes per assegurar que lacontaminació de les indústries no afecti les ciutats de la rodalia, enlairen la contaminació cap al'atmosfera. Quan pren contacte amb el vapor d'aigua de l'atmosfera, forma àcids, que s'incorporenals núvols. El vent transporta els núvols, sovint molt lluny d'allà on es van formar. Finalment, elsàcids cauen amb la pluja generalment dos o tres dies després.

Els danys als arbres i al sòl: Els efectes comprovats han estat la corrosió de les fulles iuna reducció general del creixement dels arbres, que pot acabar amb la seva mort. Els diòxid desofre de la pluja àcida obstrueix els petits porus de les fulles a través dels quals les plantes prenen elCO2 que les plantes necessiten per viure. D'altra banda, la pluja àcida altera les substàncies quecomponen el sòl i els arbres que hi creixen són menys resistents a condicions desfavorables com elgebre, la sequera, els virus, els fongs i les plagues d'insectes.

Els llacs morts: la pluja àcida té efectes dramàtics sobre la vida a l'aigua, quan caudirectament sobre els llacs o hi arriba des dels turons pels rius i les torrenteres. La pluja àcidaprodueix l'acidificació de les aigües dels llacs i embassaments. Els àcids provoquen la mort de lamajoria dels animals i plantes aquàtics i fan que les aigües no siguin potables.

La destrucció dels edificis i les estàtues: quan la pluja àcida entra en contacte amb elsmaterials utilitzats en els edificis, estàtues, pintures i altres objectes, els pot deteriorar i arribar adestruir-los. Lenta, però segura, la pluja àcida els corroirà i les conseqüències poden ser molt greus.



Els materials de construcció s'erosionen, la pedra calcària es desfà, els metalls es rovellen, el colorde les pintures es fa malbé, el cuiro es debilita i en la superfície del vidre es forma una capa dura.

2.11 Exercicis

1. Escriu les capes de la terra indicant alguna característica de cada una d'elles. 2. Imagina que tens una planta en casa, indica quina part d'ella correspon a cada capa de la

terra. 3. Fes una taula en tres columnes anomenades Atmosfera I, Atmosfera II i Atmosfera III.

Indica esquemàticament las característiques de cadascuna d'elles. 4. Quin paper decisiu han tingut els éssers vius en la transformació de l'atmosfera terrestre. 5. Escriu la composició actual de l'aire sec. Per què es sol especificar que l'aire és sec? 6. Indica alguna característica dels components majoritaris de l'aire. 7. Fes un quadre resum de les característiques de cada una de les capes de l'atmosfera actual. 8. Per què al pujar l'Everest es sol portar botelles d'oxigen? 9. Per què hi ha tants cràters a la lluna i tan pocs a la Terra? 10.Per què creus que a l'estiu fa tanta calor dins d'un cotxe aparcat al sol? 11. A l'hivern les nits més gelades són les que es veuen les estreles. A què creus que es degut? 12.Reflexiona: “L'efecte hivernacle és bo o dolent” 13.En quines unitats es mesura la pressió atmosfèrica? 14.On hi haurà més pressió atmosfèrica:

a) Al cim de l'Everest o a la capa d'ozó b) A Mart o a Venus. c) Al Port de Sagunt o a la Paz (Bolivia)

15.Explica la formació d'una zona de baixa pressió. 16.Què és la pressió atmosfèrica? 17.Quina diferència hi ha entre:

a) Tornado i huracà b) Remolí i tornado c) Huracà i cicló

18.Què és la humitat de l'aire? Quina diferència hi ha entre l'absoluta i la relativa? 19.Si el nostre higròmetre marca un 30%, què significa? I si marca 90%? Si eixe dia fa molt de

sol, quin dia s'estarà millor? 20.Explica la formació d'un núvol? 21.Explica els canvis físics que hi ha en la formació de la rosada i la gelada. 22.Què es la rosada blanca? 23.Per què en estiu és molt habitual veure molta rosada en els

cotxes a la nit? 24.Creus que és important que neve a les muntanyes per a zones

com la nostra? 25.Per què creus què és molt difícil endevinar el temps que farà

d'ací una setmana però no el clima que farà aquest estiu?

Baltasar Ortega Bort Curs 2015-16 Tema 2: L'atmosfera - 21Il·lustració 16: Penell

clàssic.


26.Esbrina que és L'anticicló de les Azores i la seua influència en el nostre oratge estiuenc. 27. Indica els instruments de mesura que s'utilitzen en meteorologia indicant les unitats que de

mesura solen emprar. 28.Per què el penell clàssic sol tindre una figura plana? 29.Dibuixa una planta i un animal e indica el intercanvi gasos que es produeix entre ells. 30. Indica que passaria si la nostra atmosfera:

a) No tinguera vapor d'aigua. b) No tinguera capa d'ozó c) Augmentara el nivell de CO2. d) Augmentara el nivell de O2. e) Fora menys densa.

31.Relaciona les dues columnes:Augment de la temperatura global

Pluja àcida Corrosió de roquesMort de les plantes

Augment efecte hivernacle Augment de càncer de pellDesgel de les glaceres

Destrucció de la capa d'ozó Relacionat en els gasos CFC 32. Indica dues solucions per a els problemes mediambientals descrits al tema.

2.12 Activitats Finals

1. Fes un mapa conceptual de l'atmosfera incloent del punt 2-1 fins el punt 2.6 2. Fes un mapa conceptual amb els fenòmens meteorològics. 3. Quina diferència hi ha entre una sauna turca i una sueca? En quina hi ha més sensació de

calor i per què? 4. Esbrina com es trenca la capa d'ozó i com es pot tornar a recuperar. 5. Quines conseqüències té la pluja àcida? 6. Si augmenta la temperatura de la Terra, augmentarà el nivell de la mar degut a que el gel

dels pols canviarà d'estat. Respon a les següents preguntes: a) Com es diu aquest canvi d'estat que pateix l'aigua? b) Per què els científics només es preocupen del gel del pol sud i no del pol nord?

7. La comunitat internacional ha fet uns quants intents de solucionar el canvi climàtic. Quinshan segut.


Documents

Tema 2: L'atmosfera La part gasosa de la Terra. · els primers microorganismes primitius anaerobis, que ... Col·legi Sant Pere Departament de Ciències Biologia i Geologia – 1r