L'Atmosfera Terrestre: Capes, Clima, Riscos i Contaminació

L'Atmosfera: Composició i Estructura

Capa que envolta la Terra formada per gasos. El conjunt d'aquests gasos forma l'aire.

Composició de l'Aire

Segons la quantitat total de gasos, es divideixen en:

• Components Majoritaris (99%): Nitrogen (N₂) i Oxigen (O₂).
• Components Minoritaris (1%): Vapor d'aigua, Diòxid de Carboni (CO₂) i Ozó (O₃).

Les Cinc Capes de l'Atmosfera (Fins a 10.000 km)

• Exosfera: Capa externa i prima on hi ha menys gasos i on orbiten satèl·lits. (Fins a 690 km)
• Termosfera: Temperatures molt altes (per sobre dels 1000ºC). S'hi produeixen les aurores boreals. (Fins a 85 km)
• Mesosfera: A la part alta les temperatures són de -100ºC. És on es desintegren els meteorits. (Fins a 50 km)
• Estratosfera: S'hi troba la capa d’ozó, que absorbeix la radiació ultraviolada. Els avions sobrevolen la tropopausa. (Fins a 10-17 km)
• Troposfera: És on es produeix el clima. A la part superior la temperatura és de -50ºC.

Origen i Evolució de l'Atmosfera Terrestre

L’atmosfera terrestre es va formar ara fa uns 4.500 milions d’anys a partir dels gasos expulsats pels volcans: vapor d’aigua, diòxid de carboni, nitrogen, argó i òxids de ferro i de sofre. Aquests gasos van quedar atrapats per la gravetat terrestre i van originar l’atmosfera.

Evolució i Formació de la Hidrosfera i l'Ozó

• A mesura que l’escorça es refredava (fa uns 3.800 milions d’anys), es condensava el vapor d’aigua i precipitava en forma líquida, tot formant la hidrosfera.
• El diòxid de carboni va disminuir perquè era la font de carboni per als organismes fotosintètics i perquè intervenia en el procés de formació de les roques calcàries.
• Els organismes fotosintètics van alliberar oxigen a l’atmosfera, de manera que també es va formar la capa d’ozó estratosfèric.

En quedar la superfície de la Terra protegida de les radiacions ultraviolades del Sol, els éssers vius van poder abandonar el medi aquàtic i colonitzar el medi terrestre.

Temps Atmosfèric i Clima

Temps Atmosfèric

Estat de l'atmosfera en un lloc i moment determinats. Depèn de variables atmosfèriques com la temperatura (Tª), la pressió atmosfèrica i la humitat de l'aire.

Clima

Temps atmosfèric referit a un període llarg de temps. Segons la zona de la Terra on ens trobem, existeixen diferents tipus de clima.

Factors Determinants del Clima

• Altitud

  Determina els canvis en la temperatura. És l’altura d’un lloc respecte al nivell del mar. La temperatura disminueix a mesura que ens elevem i és més càlida com més ens aproximem al mar.

• Latitud

  Distància des d’un punt determinat del planeta fins a l’Equador. Com més pròxims estem a l’Equador, les temperatures seran més elevades; a mesura que ens n'allunyem, les temperatures seran més baixes.

• Distància al Mar

  La proximitat a la mar influeix en el clima. A les zones de costa, les temperatures són més suaus i canvien menys entre el dia i la nit. Això es deu al fet que l’aigua es refreda i s'escalfa més lentament que la terra, suavitzant les temperatures.

• Relleu

  Influeix en les precipitacions. A les zones muntanyoses (més elevades), són més habituals les precipitacions en forma de neu, pluja o boira. A les zones més properes a la mar, les precipitacions solen manifestar-se en forma de pluja o boira.

• Humanització

  Les zones urbanes o molt industrialitzades pateixen alteracions locals del clima a conseqüència de les nombroses fonts de calor i materials que capten amb facilitat la radiació solar.

Circulació Atmosfèrica General

El desigual escalfament del planeta i el moviment de rotació creen diversos sistemes (o cèl·lules) de circulació de l’aire tant en superfície com en altura.

Mecanismes de Circulació

• L’enorme quantitat d’energia calorífica que arriba a l’Equador provoca una forta convecció (elevació de l’aire).
• L’aire molt humit ascendeix constantment, formant nuvolositat i precipitacions permanents. Aquest ascens provoca un cinturó de baixes pressions que envolta tot el planeta.
• L’aire ascendeix fins al límit de la troposfera (uns 12 km) i es desplaça cap als pols.
• Cap als 30º de latitud (nord i sud), l’aire, ja molt fred, descendeix, generant un augment de la pressió atmosfèrica. Aquest descens impedeix la formació de nuvolositat i fa que el temps sigui assolellat i càlid. En aquestes latituds se situen els grans deserts, en l'anomenat cinturó d’anticiclons subtropicals.

Les Cèl·lules de Circulació

Un cop l’aire s’ha assentat en la superfície dels 30º de latitud, es divideix:

• Cèl·lula de Hadley (0º a 30º): Una part de l'aire torna cap a l’Equador, tancant el cicle.
• Cèl·lula de Ferrel (30º a 60º): L'altra part es dirigeix cap als pols. Quan arriba als 60º de latitud, xoca amb la massa d’aire polar més freda, provocant un ascens d’aire.
• Cèl·lula Polar (60º a 90º): L’aire que ha ascendit es dirigeix cap als pols, es refreda i descendeix als 90º, tornant cap als 60º.

A la intersecció de les cèl·lules de Hadley i Ferrel, als 60º de latitud, l’ascens d’aire comporta nuvolositat i una zona de baixes pressions, l'anomenat cinturó de depressions.

Instruments i Paràmetres Meteorològics

Instruments Meteorològics

Higròmetre:

Mesura la humitat de l'aire.

Anemòmetre:

Mesura la força o velocitat del vent.

Mànega de vent:

Indica la força o direcció del vent.

Pluviòmetre:

Mesura la quantitat de pluja.

Termòmetre:

Mesura les temperatures.

Penell:

Indica la direcció del vent.

Baròmetre:

Mesura la pressió atmosfèrica.

Paràmetres Meteorològics Clau

Vent

Aire que es mou horitzontalment. Quan una massa d'aire s'escalfa, tendeix a pujar, i l'espai que deixa és ocupat ràpidament per una altra massa d'aire fred que baixa. Aquest cicle de convecció produeix el vent.

Pressió Atmosfèrica

El pes de l'aire s'anomena pressió atmosfèrica. L’aire que ens envolta exerceix una pressió en totes direccions sobre nosaltres.

• Pressió normal arran de mar: 760 mm de mercuri = 1 atmosfera = 1013 mil·libars o hectopascals.
• L’aire calent és menys dens, pesa menys i tendeix a enlairar-se. L’aire fred és més dens, pesa més i tendeix a descendir.

Anticiclons i Depressions

La pressió atmosfèrica és la força que fa el pes d'aire situat sobre un determinat lloc de la Terra. Segons aquesta pressió, distingim dues zones:

• Els Anticiclons (A) són masses d’aire més fred, més dens i més pesat, que exerceixen una major pressió. L'aire descendeix, és més estable i genera bon temps.
• Les Depressions (D) són masses d’aire càlid, més lleuger i menys dens, que fan menys pressió. La seva lleugeresa el fa inestable, s’eleva amb facilitat i origina núvols i precipitacions (mal temps).

Formació dels Núvols

Perquè es formi un núvol, cal que la humitat de l’aire sigui molt alta (aire saturat de vapor). Això s'aconsegueix augmentant la quantitat de vapor d'aigua o fent baixar la temperatura.

• Quan l’aire humit es refreda, es formen petites gotetes que suren en l’aire, originant els núvols o la boira.
• Per formar un núvol es necessita aire humit, refredament i nuclis de condensació (impureses a l'aire).
• Prop de terra, el vapor es condensa sobre plantes o objectes en forma de rosada.
• Les gotes han de créixer prou (xocant amb altres) per iniciar la caiguda en forma de pluja. Si la temperatura al núvol està sota zero, es formen cristalls de gel que s'uneixen en flocs de neu.

Tipus de Precipitacions

Plugim:

Precipitació líquida en forma de gotes molt petites.

Pluja:

Precipitació d'aigua líquida en forma de gotes.

Neu:

Precipitació de cristalls de gel reunits generalment en forma de flocs.

Aiguaneu:

Precipitació de neu a mig fondre o de pluja i neu barrejades.

Calabruix:

Precipitació de grans de glaç blancs i opacs.

Calamarsa:

Precipitació de grans de glaç arrodonits i mig transparents, inferiors a 10 mm de diàmetre.

Pedra:

Precipitació de grans de glaç arrodonits i mig transparents, amb un diàmetre igual o superior a 10 mm.

Pluja Gelant:

Pluja en subfusió que, quan entra en contacte amb algun objecte o amb el terra, forma una capa de gel.

Factors que Condicionen les Precipitacions

• Latitud

  Són més abundants a la zona equatorial, ja que és la zona on els raigs de sol arriben amb més intensitat i es produeix una gran evaporació.

• Altitud

  A les zones de més altitud, les precipitacions solen ser més abundants. Els vents humits, en xocar amb les muntanyes, ascendeixen i es refreden, condensant el vapor d'aigua (pluja o neu).

• Proximitat del Mar

  Les regions costaneres reben generalment més precipitacions que les zones interiors, a causa de la influència directa dels vents humits procedents del mar.

• Orientació del Relleu

  Als vessants de les muntanyes exposats als vents humits, les precipitacions són més abundants que als vessants protegits.

Les Tempestes i l'Electricitat Atmosfèrica

Els cumulonimbus són els típics núvols de tempesta. Es formen quan hi ha una diferència important de temperatura entre l’aire de superfície i el que hi ha més amunt.

• Si l’aire superior és molt més fred que el de sota, es creen corrents verticals molt forts (convecció) que formen els núvols de tempesta.
• Com que els corrents ascensionals arriben molt amunt (a més de 10 km), l’aigua es glaça i pot caure calamarsa o pedra.
• La coexistència de part líquida i glaçada, juntament amb els forts vents interiors, afavoreix que el núvol es carregui elèctricament.

Llamps, Llampecs i Trons

• Llamps: Descàrregues elèctriques cap a terra.
• Llampecs: Descàrregues elèctriques dins o entre núvols de tempesta.
• Tro: Es produeix quan el llamp escalfa tant l’aire que aquest es dilata de cop, generant una forta explosió.

Càlcul de distància: El so viatja a 340 m/s. Comptant els segons que passen entre veure el llamp i sentir el tro, podem saber la distància (aproximadament 1 km cada 3 segons).

Mapes Meteorològics i Fronts

Mapes d'Isòbares

Representen la pressió mitjançant unes línies anomenades isòbares, que uneixen punts amb la mateixa pressió atmosfèrica.

• La lletra A: Indica un Anticicló o zona d´altes pressions. El temps serà bo, sense núvols.
• La lletra D: Indica una Depressió o zona de baixes pressions. Farà mal temps, amb pluja i núvols.

Els Fronts Atmosfèrics

Un front és la línia imaginària que separa dues masses d’aire de temperatura diferent.

• Front Fred

  Una massa d’aire fred empeny una d’aire càlid. L’aire fred, més dens, fa elevar amb violència l’aire càlid, que es refreda i es condensa formant núvols de tipus cumuliforme que provoquen tempestes i xàfecs intensos.

• Front Càlid

  Una massa d’aire calent empeny una massa d’aire fred. L’aire calent es refreda fins a condensar-se formant núvols de tipus estratiforme que originen plugims i pluges febles però continuades.

• Front Oclús

  Resulta de l’encavalcament entre un front fred (que viatja més ràpidament) i un front càlid (que avança de manera més lenta). Es produeixen pluges d’intensitat variable.

Riscos Atmosfèrics i Fenòmens Extrems

Sequeres

La sequera és un període extens de temps en el qual un territori pateix una deficiència en el subministrament d'aigua, generalment quan plou per sota del que és habitual.

A Catalunya, les pluges tenen un caràcter irregular (clima mediterrani), fet que ens fa especialment vulnerables a patir episodis de sequera, especialment a les conques internes, on es concentra el gruix de la població (més del 80%).

Com Minimitzar les Sequeres

• No sobreexplotar les reserves d’aigua per tal que no disminueixin els cabals per sota de nivells tolerables.
• Racionalitzar el consum d’aigua (estalvi, reducció de la contaminació).

Aiguats i Precipitacions Torrencials

Les precipitacions torrencials provoquen greus riscos meteorològics:

• Temporals de llevant i pertorbacions atlàntiques reactivades: Es deuen a una massa d’aire calent i humit procedent del Mediterrani que s’eleva en trobar la Serralada Litoral i Prelitoral, es refreda i produeix una condensació intensa, formant núvols de tempesta (cumulonimbus).
• Tronades: En dies calorosos, si hi ha aire fred a la part alta de la Troposfera, es poden formar tempestes potents a zones muntanyoses.

Inundacions i Avingudes

Les inundacions són acumulacions d’aigua en zones de terreny pla i les avingudes són crescudes del cabal d’un curs d’aigua.

Factors que Agreugen les Inundacions

• Els terrenys impermeables amb poca vegetació.
• La morfologia de la conca.
• Exposició: Augmenta si no s’ha planificat bé el territori i s’ha construït en terrenys inundables.
• Canvis en l’ús del sòl: L'augment de sòl urbanitzat a favor de sòl forestal fa disminuir el drenatge i el temps de resposta.
• Infraestructures de barrera: Carreteres, vies o passeigs que es troben en el curs d’aigües fan que augmenti el risc.

Mesures de Prevenció

• Obres hidràuliques: Preses i dics de contenció dificulten les inundacions.
• Mètodes de predicció: Si es preveu amb temps un episodi de pluges torrencials es poden prendre mesures de protecció.
• Plans d’actuació: S’elaboren plans d’actuació en funció del fenomen.
• Planificació del territori: S’han d’evitar construccions a zones inundables i assegurar que ponts i canalitzacions tinguin la mida adequada.

Riscos Derivats de l’Electricitat Atmosfèrica

Els llampecs (descàrregues elèctriques entre núvols) i els llamps (descàrregues elèctriques entre núvols i terra) provoquen danys. Són els llamps els que provoquen pèrdues de vides humanes per electrocució, incendis forestals i danys en instal·lacions elèctriques i edificacions.

Com Minimitzar el Risc de Llamps

• Evitar zones planes sense arbres, platges, arbres aïllats, coves i vores de cursos d’aigua.
• No obrir les finestres de casa.
• No circular en moto o bicicleta.

Riscos Causats pel Vent

• Depressions del front polar: El xoc de l’aire fred polar i el càlid subtropical provoca forts vents.
• Tempestes tropicals i huracans: Depressions petites amb un fort gradient de pressió que generen forts vents i grans danys.
• Tornados: Vents més destructors que hi ha. Són remolins formats dins de tempestes.
• Rissagues: Augments i descensos sobtats del nivell del mar provocats per pulsacions de la pressió atmosfèrica.

Calen predicció, plans d’actuació i planificació territorial per a aquests fenòmens.

El Fenomen del Niño (ENSO)

Es produeix pels volts de Nadal a la costa Pacífica d’Amèrica del Sud.

• L’arribada d’un corrent càlid escalfa les aigües i provoca una disminució del plàncton i, per tant, de les captures pesqueres. Hi dominen les depressions i les fortes pluges.
• Es normalitza a la primavera.
• En condicions normals (anys de La Niña), les aigües més càlides es troben a les costes d’Indonèsia i Austràlia, on la forta evaporació origina baixes pressions i pluges intenses.

Impactes i Contaminació de l'Atmosfera

Fonts de Contaminació de l'Aire

Fonts Naturals

• Erupcions volcàniques: Compostos de sofre, nitrogen i carboni, i partícules en suspensió.
• Incendis forestals naturals: Diòxid de carboni i cendres.
• Partícules de sediment fines: Aixecades pel vent en zones amb poca coberta vegetal.

Fonts Antropogèniques (Humanes)

Generen Diòxid de Carboni (CO₂), Òxids de Nitrogen (NOₓ), Òxids de Sofre (SOₓ), partícules i Monòxid de Carboni (CO).

• Mitjans de transport.
• Processos industrials.
• Calefaccions domèstiques.

Els Agents Contaminants

Són substàncies alienes a la composició normal de l’atmosfera o gasos atmosfèrics que es troben en una proporció superior a la que els correspon.

Tipus Segons la Font

• Primaris: Emesos directament a l’atmosfera per una font identificable.
• Secundaris: S’originen per reacció dels primaris entre si o amb substàncies que hi ha a l’atmosfera.

Tipus Segons la Naturalesa

• Partícules:
  • Aerosols: Partícules sòlides o líquides de grandària entre 0.01-100 μm.
  • Metalls Pesants: Elements químics de massa atòmica elevada. Perillosos perquè s’acumulen a les cadenes tròfiques.
• Gasos: Diòxid de carboni, òxids de nitrogen, òxids de sofre, CO, ozó i metà.

Efectes Locals de la Contaminació

Boirum Fotoquímic (Smog)

Es forma quan hidrocarburs, òxids de nitrogen i oxigen reaccionen amb la radiació UV del Sol.

• Productes: Ozó i els PAN (nitrats de peroxiacetil), molt oxidants.
• Efectes: Irritació de mucoses i vies respiratòries, cansament i mal de cap.
• Mesures preventives: Potenciar transport públic, ús de carburants nets i vehicles de mobilitat personal.

Pluja Àcida

La combustió a altes temperatures genera òxids de nitrogen i òxids de sofre (contaminants primaris), que reaccionen amb l’aigua dels núvols per produir àcid sulfúric i àcid nítric (contaminants secundaris). Aquests precipiten com a pluja àcida.

• Efectes: Irritació de mucoses i vies respiratòries, destrucció d’ecosistemes i acidificació de les aigües.
• Mesures preventives: Potenciar transport públic, ús de carburants nets, vehicles de mobilitat personal i filtres a les xemeneies.

Contaminació Acústica (Soroll)

Qualsevol fenomen acústic que produeix una sensació desagradable.

• Efectes: Trastorns fisiològics (son, estrès) i psicològics (ansietat o depressió).
• Fonts: Mitjans de transport, construcció d’edificis i obres públiques, activitats industrials i de lleure.
• Mesures preventives: Ordenació del territori, aïllament acústic, legislació, aplicació d’incentius econòmics i multes.

Efectes Globals de la Contaminació

Augment de l’Efecte Hivernacle

Consisteix en la retenció en l’atmosfera d’una part de la calor que emet la superfície terrestre, després d'haver-se escalfat per la radiació solar.

• Gasos responsables: Diòxid de carboni, metà, monòxid de carboni, vapor d’aigua i ozó, principalment.
• Causes: Major activitat industrial, emissions dels vehicles, reducció de la coberta vegetal.
• Efectes: Augment del nivell del mar, presència de plagues subtropicals, major intensitat de fenòmens meteorològics adversos i canvis en els cicles biològics.

Reducció de la Capa d’Ozó

La capa d’ozó (a l’estratosfera) actua de filtre de la radiació UV. Als anys 80 es va detectar un aprimament (no un forat) a l’Antàrtida.

• Gasos causants: CFC (clorofluorocarburs), metà, òxids de nitrogen.
• Origen: Aerosols, refrigerants, laques, desodorants, ramaderia, combustions de combustibles.
• Efectes: Danys en els ulls, alteracions en el sistema immunològic, augment dels càncers de pell, reducció del creixement de les plantes i contribució a l'efecte hivernacle.

Qualitat de l'Aire i Legislació Ambiental

Mesurament de la Qualitat de l'Aire

• Nivells d’Emissió: Indiquen la quantitat de contaminants alliberats a escala global o per una determinada font.
• Nivells d’Immissió: Són les concentracions dels contaminants presents en l’aire d’un indret i en un moment determinats.

Xarxa de Vigilància i Previsió de la Contaminació Atmosfèrica

Sistema d’aparells de mesura automàtica que proporcionen dades permanents de la qualitat de l’aire. Les dades serveixen per:

• Conèixer l’evolució de la contaminació.
• Aplicar mesures preventives.
• Localitzar focus contaminants.
• Elaborar mapes de vulnerabilitat.
• Complir la normativa de protecció del medi ambient.
• Emprendre accions de sanejament de zones degradades.

Índex Català de Qualitat de l’Aire (ICQA)

Indicador que té en compte els 5 principals contaminants atmosfèrics: monòxid de carboni, diòxid de sofre, diòxid de nitrogen, ozó i partícules en suspensió.

Objectius de la Legislació sobre Qualitat de l'Aire

1. Definir i establir nivells de qualitat de l’aire adequats.
2. Determinar mètodes i criteris per avaluar la qualitat de l’aire.
3. Establir línies d’actuació per a les administracions.
4. Mantenir la ciutadania informada.
5. Sancionar en cas d’incompliments de la legislació.
6. Establir plans de restauració.