L'Atmosfera Terrestre: Formació, Capes i Interacció Solar

1. Formació i Composició de l'Atmosfera

L'atmosfera es va formar com a conseqüència de la desgasificació del planeta, igual que la hidrosfera, en les primeres etapes de la seva formació. L'atmosfera primigènia presentava una composició diferent a l'actual (CO2, N2, H2, SH2) que va ser molt favorable a la formació de les primeres molècules orgàniques i, gràcies a elles, a la vida. El desenvolupament de la vida, especialment la fotosíntesi, va donar lloc a la formació de l'O2.

2. Capes de l'Atmosfera

L'atmosfera es divideix en diverses capes, cadascuna amb característiques úniques:

• Troposfera

  És l'embolcall més intern i el més important, ja que en ella hi tenen lloc els fenòmens atmosfèrics i climàtics. S'estén des de la superfície terrestre fins als 11 km com a valor mitjà (fins als 16 km a les regions equatorials i fins als 7-8 km en els pols). La temperatura disminueix amb l'altitud a raó de 6,5 °C per cada 1000 m, ja que la calor procedeix de la radiació reflectida pels continents i els oceans.

  Composició aproximada de l'aire sec a la troposfera:

  • Nitrogen (N2): 78%
  • Oxigen (O2): 21%
  • Argó (Ar): 0,9%
  • Diòxid de Carboni (CO2): 0,03%

• Estratosfera

  S'anomena així perquè l'aire està estratificat. No presenta els fenòmens atmosfèrics típics de la troposfera. Arriba fins als 50 km d'altitud. La temperatura augmenta amb l'altitud des de -55 °C fins -20 °C en els 20 primers quilòmetres i de -20 °C fins a 80 °C en la resta. En aquesta capa és on es destrueixen la majoria dels meteorits. La superfície limitant superior es diu estratopausa.

• Mesosfera

  Situada entre els 50 i 80 km. La temperatura disminueix progressivament amb l'altitud, des de 80 °C als -90 °C. La quantitat d'oxigen va fent-se cada cop menor. S'acaba en l'anomenada mesopausa.

• Termosfera o Ionosfera

  Situada entre els 80 i els 500 km d'altitud. Els gasos que la componen estan ionitzats a causa dels raigs còsmics. La temperatura és molt elevada (1100-1600 °C). En aquesta capa es reflecteixen les ones de ràdio.

• Exosfera

  S'estén a partir dels 500 km, és molt poc densa i es compon principalment d'hidrogen i heli. La seva densitat disminueix progressivament.

3. Interacció de la Radiació Solar amb l'Atmosfera

La radiació solar incident interactua amb l'atmosfera i la superfície terrestre de diverses maneres:

• Reflexió

  La radiació solar incident pateix diverses reflexions a nivell de l'atmosfera, del terra, dels vegetals i dels oceans. Les reflectàncies són el quocient entre l'energia reflectida i l'energia rebuda en una direcció donada.

• Albedo

  L'albedo és la relació entre el flux solar reflectit i l'incident, és a dir, la capacitat d'una superfície per reflectir un raig. Es mesura amb l'ajuda de l'albedòmetre, que està format per dos radiòmetres situats horitzontalment: un dirigit cap a dalt que captarà la radiació incident, i un altre dirigit cap a baix que mesurarà la radiació reflectida.

• Reemissió

  Les radiacions no reflectides són transmeses per l'atmosfera, i generalment troben partícules de petit diàmetre. Els raigs es reemeten en totes direccions: aquesta difusió és inversament proporcional a la longitud d'ona dels raigs.

• Absorció

  El flux solar és sotmès finalment a una absorció, feble a nivell de l'atmosfera i forta a nivell dels oceans i dels continents quan s'escalfen. Tot cos emet radiació que depèn de la seva temperatura. El radiòmetre permet mesurar la reflectància d'un medi. La reflectància d'una superfície és el quocient entre l'energia reflectida i l'energia incident en una direcció donada. Està compresa entre 0 i 1.

• Difusió

  Durant la trajectòria del sol, el color i la lluminositat del disc solar canvien. La difusió és inversament proporcional a la longitud d'ona.

4. Energia Solar Rebuda a la Terra

La quantitat d'energia solar que arriba a la Terra varia segons diversos factors:

• Constant Solar

  Anomenem constant solar a la quantitat d'energia rebuda per una superfície d'un metre quadrat perpendicular als raigs solars i situada en el límit superior de l'atmosfera. La quantitat total que ens arriba es calcula pensant com si la Terra fos un disc de superfície πR² perpendicular al sol.

• Variacions en l'Energia Solar Incident

  Existeixen variacions d'aquesta energia solar incident. Els factors principals inclouen:

  • La inclinació de la Terra (depèn de l'eix de la Terra)
  • La latitud
  • L'hora del dia
  • L'albedo
  • La continentalitat

• Angle d'Incidència

  L'angle d'incidència dels raigs solars varia d'un punt a un altre de la Terra, degut al fet de ser esfèrica. L'energia no es reparteix equitativament a la superfície de la Terra. Quan l'angle d'incidència és inferior a 90 graus, l'energia disminueix.

• Estació de l'Any

  A Andorra, l'angle de 90 graus és més aproximat quan ens trobem en el solstici d'estiu (21 de juny). El mínim és el solstici d'hivern (24 de desembre).

• Hora del Dia

  L'angle d'incidència no és el mateix al crepuscle que a l'alba. Al crepuscle és més petit i al migdia és més gran.