Exercici 1

ATMPAAU97si

Si el moviment de l’aire de la troposfera en sentit horitzontal és nul o molt petit, la dispersió de contaminants passa a dependre del moviment vertical de l’aire.

2.1. Quina és la causa del moviment vertical de l’aire? Expliqueu pas a pas el funcionament d’aquest procés. Raoneu com es dispersen els contaminants.

  2.2. Expliqueu com s’altera la circulació vertical de l’aire quan es dóna una inversió de temperatures (inversió tèrmica). Raoneu, en aquesta situació, com es dispersen els contaminants.

Solució E1

  1. El moviment vertical de l'aire està controlat pel gradient de temperatura que s'estableix a la troposfera. Normalment, la temperatura disminueix amb l'altitud. L'aire més proper a la superfície terrestre s'escalfa per aquesta, s'expandeix i es torna menys dens que l'aire més fred que està al seu damunt. L'aire càlid i menys dens ascendeix a través del més fred, que el substitueix. Aquest aire nou més baix s'escalfa, expandeix i ascendeix també. D'aquesta manera es creen corrents d'aire i els contaminants es dispersen.

  2. La inversió tèrmica consisteix en què una capa d'aire càlid es disposa damunt d'una d'aire més fred, a diferència dels gradients normals en què l'aire més càlid sempre està a la part baixa. La presència d'aquesta capa d'inversió impedeix la circulació atmosfèrica vertical, ja que, l'aire més fred no pot ascendir a través de la capa càlida d'inversió.

  Així, si en una situació anticiclònica no hi ha pràcticament circulació horitzontal i, si a més, hi ha inversió tèrmica tampoc hi ha circulació vertical, per tant, els contaminants no es poden dispersar de la capa més propera a la superfície terrestre. Tot plegat genera una situació perillosa en els llocs on hi ha contaminants, ja que queden atrapats.

 ========================================================

Exercici 2

ATMPAAU97si

Les inundacions són la conseqüència de precipitacions importants en una conca hidrogràfica.

3.1. Raoneu si una precipitació de 315 l/m 2 pot ocasionar inundacions.

3.2. Quines característiques climàtiques i morfològiques del territori català afavoreixen l’existència d’inundacions?

3.3. Esmenteu alguns exemples de solucions de tipus estructural, també anomenades correctives, davant de les inundacions.

Solució E2

  1. Depenent de la intensitat de la precipitació podrem tenir inundacions o no. És a dir, si els 315 l/m 2 es produeixen en un període de temps curt, per exemple 1 hora, probablement sí; en canvi, si aquest valor de precipitació correspon a un registre d'1 any, que engloba nombrosos episodis plujosos, no es produirien.

A casa nostra, episodis pluviomètrics superiors a 100 l/m 2 en 24 h solen ocasionar inundacions.

2. A Catalunya, des d'un punt de vista meteorològic, s'hi donen precipitacions de gran intensitat, més de 200 l/m 2 . Generalment, tenen lloc a la tardor fruit d'una situació meteorològica que aporta vents de llevant que es carreguen d'humitat a la mar Mediterrània en mantenir-se una temperatura alta. Per la seva banda, moltes de les conques fluvials del territori català presenten pendents molt abruptes que faciliten la ràpida concentració de les aigües als llits dels rius. La manca de vegetació afavoreix la circulació superficial de l'aigua i, per tant, una concentració més ràpida.

3. Els embassaments i els endagaments són dos exemples de solucions estructurals.

===================================================

Exercici 3

ATMPAAU97jn

L’atmosfera fa una funció de filtre protector de gran importància per a la vida a la  Terra.

1.1. Expliqueu quines capes exerceixen sobretot aquesta funció, i de quina manera ho fan.

Solució E3

1. La funció de filtre protector la realitzen principalment dues capes: la ionosfera i l'ozonosfera.

A la ionosfera les radiacions electromagnètiques d'ona curta (raigs X i raigs gamma) són bsorbides per l'hidrogen i el nitrogen present en elles. Aquesta ionització comporta un increment e la temperatura d'aquesta capa. Les capes ionitzades tenen, a més, la facultat de reflectir les nes de radio.

A l'estratosfera es troba la major part de l'ozó atmosfèric (la capa d'ozó), encara que també n'hi a a la troposfera. Les radiacions UV en travessar aquesta capa són absorbides en un 90% a partir 'un conjunt de reaccions de formació i destrucció de l'ozó. Aquestes reaccions alliberen calor provocant un increment de la temperatura de l'estratosfera.

===================================================

Exercici 4

ATMPAAU97ji

 A partir del gener de 1995, els compostos clorofluorocarbonats (CFC) van quedar  prohibits per la Unió Europea, a causa dels seus efectes nocius sobre la capa d’ozó, reconeguts per la majoria de científics.

3.1. Què és l’ozó i quina funció fa com a component atmosfèric?

3.2. Expliqueu quina és la funció dels CFC en la capa d’ozó i les conseqüències  ambientals que se’n deriven.

 3.3. Expliqueu alguns dels usos dels CFC en la indústria i comenteu una sèrie de  mesures encaminades a disminuir-ne l’ús i, per tant, els efectes i les conseqüències.

Solució E4

1. L'ozó és un derivat de l'oxigen, format per tres molècules d'oxigen. La seva formula és O3 .

Apareix a les capes altes de l'atmosfera i es forma per l'acció de la llum ultraviolada sobre l'oxigen. De forma ocasional pot trobar-se en les capes inferiors, degut a l'acció de descàrregues elèctriques procedents de temporals i a les reaccions químiques que es produeixen a l’atmosfera a partir d’elements contaminants existents, o sigui com a contaminant secundari.

A les capes altes de l'atmosfera les radiacions ultraviolades incideixen sobre l'oxigen, dissociant els seus àtoms i formant noves molècules d'ozó, en un procés continu i en equilibri, en el qual gran part de les radiacions ultraviolades són absorbides i es redueix el nombre d'elles que arriba a la Terra. La capa d'ozó és, per tant, una barrera de gran utilitat per a disminuir l'arribada de les radiacions ultraviolades a la superfície de la Terra.

2. Els CFC (clorofluorocarbonats) són compostos químics molt estables derivats halogenats d'hidrocarburs com el metà. Per la seva estabilitat assoleixen zones altes de l'atmosfera (estratosfera) sense descompondre's. Allà, sota l'acció dels raigs ultraviolats, es descomponen alliberant el Cl, que a la vegada reacciona amb l'ozó destruint-lo en combinar-se amb un àtom d'oxigen i alliberar l'oxigen molecular.

Les repercussions provenen de la disminució de la quantitat d'ozó fa que s'absorbeixin menys les radiacions ultraviolades i que arribin a la superfície de la Terra. Aquest fet augmenta el risc per a la salut humana i el perill per a la matèria viva en general.

3. Els CFC s'utilitzen en la indústria: com a components dels envasos d'aerosol de gran nombre de productes de perfumeria, insecticides, etc. (com a propelents); com a dissolvents en indústries de neteja; com agents espumants en l'elaboració d'espumes per a matalassos i materials d'aïllament tèrmic; com a refrigerants a les neveres, congeladors, condicionadors d'aire, etc.

Com a mesures per afrontar el problema, podrien ser útils les següents: substituir els aerosols per polvoritzadors; utilitzar espumes sintètiques que no tinguin CFC; reciclar els existents en els frigorífics vells; comprar menys detergents especials per a cada cosa; etc.

===================================================

Exercici 5

ATMPAAU97ji

 En els estudis realitzats en els gels de Groenlàndia i de l’Antàrtida, gràcies a les bombolles d’aire que hi ha atrapades, es pot comparar la composició de l’aire en el moment de la formació de gel amb la composició de l’aire actual. D’aquesta manera es comprova que els gasos hivernacle s’han incrementat gradualment en l’atmosfera durant els darrers anys.

 3.1. Quins són els anomenats gasos d’efecte hivernacle i quina funció fan com a components de l’atmosfera?

 3.2. Indiqueu les causes que expliquen l’augment d’aquests gasos a l’atmosfera.

3.3. Comenteu algunes de les conseqüències que semblen derivar-se de l’augment d’aquests gasos hivernacle i proposeu una sèrie de mesures encaminades a controlar l’augment esmentat.

Solució E5

 1. Entre els més abundant hi ha el diòxid de carboni, el metà, l'òxid de nitrogen, el vapor d'aigua i l'ozó.

Aquests gasos presents a l'atmosfera retenen la calor que irradia la Terra que correspon a una radiació de longitud d'ona més gran, en relació a la radiació que procedeix directament del Sol (d'una longitud d'ona curta). Fan la mateixa funció que els vidres d'un hivernacle, en retenir la radiació mantenen calent el planeta.

 2. En els darrers anys sembla haver augmentat, sobretot, la quantitat de diòxid de carboni degut al gran augment del consum de combustibles fòssils, utilitzats en les calderes, fàbriques, cotxes, centrals tèrmiques. A la vegada, la desforestació de grans masses de bosc ha provocat que gran part del CO2 produït no es recicli en el procés de fotosíntesi i, per tant, la seva presència a l'atmosfera hagi augmentat.

3. Sembla que l'augment de CO2 i dels altres gasos hivernacle produiria un increment de la retenció de la calor, i això podria provocar un ascens de la temperatura mitja de la Terra. Les condicions climàtiques variarien a escala mundial. Part dels gels es fondrien i ascendiria el nivell del mar, amb les consegüents inundacions de les zones costeres. També, l'augment de la temperatura faria augmentar les zones desèrtiques.

Les mesures que es recomanen a nivell mundial són: l'estalvi energètic en totes les vessants possibles; ús d'energies alternatives; disminució de la tala i de la crema de boscos; repoblacions forestals; reciclatge de paper; etc.  

===================================================

Exercici 6

ATMPAAU99jn

Els mapes adjunts representen la mitjana d'irradiació solar diària rebuda a les comar-ques catalanes durant els mesos de gener, abril i juny. Cada isolínia uneix els punts que reben la mateixa mitjana diària de radiació solar en MJ/m 2 el mes de referència

1. Indiqueu a quin mes correspon cada mapa (justifiqueu la resposta).

2. Quina és la mitjana diària d’irradiació solar en MJ/m 2 en cadascuna de les quatre ciutats (Barcelona, Tarragona, Girona i Lleida) en cadascun dels tres mapes? A la taula adjunta estan indicades les temperatures mitjanes exteriors (T. ext) de les quatre ciutats i les caselles buides que heu d’omplir.

3. Quines variables determinen la diferent irradiació solar entre les comarques?

Quina és la causa de les diferències d'irradiació rebuda els diferents mesos de l'any?

 4. Quin tipus de relació existeix entre les temperatures exteriors i les irradiacions  mensuals? Quines implicacions pot tenir aquesta relació en l'aprofitament de  l'energia solar per a calefacció? I com a font d'energia per a sistemes de refrigeració?

  Solució E6

  1. El mapa número 1 reflecteix més irradiació solar tal com cal esperar del mes de juny (començament de l'estiu) en relació als altres dos (gener i abril). El Sol està més alt a l'horitzó i els seus raigs cauen més perpendicularment i el nombre de dies núvols és menor.

El mapa número 2 presenta la menor irradiació de tots tres mapes; per tant correspondrà al mes de gener (època hivernal). El Sol està més baix a l'horitzó; fins i tot hi ha dies que no s'arriba a veure per la presència de núvols i boires. La irradiació és per tant més baixa que als altres dos mesos.

El mapa número 3 per exclusió correspon al mes d'abril (primavera). El Sol està més alt que durant l'hivern, menys que l'estiu i els dies núvols poden impedir l'arribada dels seus raigs.

 2. Els valors que donin els alumnes cal que s’acostin als que s’adjunten a la taula, pot donar-se un marge de + o - 0,2; també s’admet que indiquin l’interval, per exemple: entre 6 i 6,5.

En aquest apartat pot considerar-se com a correcta si l'alumne realitza una correcta lectura de les dades en relació al mapa, malgrat que no hi hagi correspondència amb els mesos.

3. Entre comarques per una banda, la seva latitud i, per l’altra, la transparència atmosfèrica (boires, núvols) condicionada per la situació geogràfica (relleu, altitud, etc.).

Entre les diferents èpoques de l'any: l’angle d’incidència dels raigs del Sol (altura que té el Sol respecte a l'horitzó) a causa de la inclinació de l'eix de rotació de la Terra amb l'eclíptica i al moviment de translació de la Terra al voltant del Sol, que comporten una diferent posició de la Terra respecte al Sol amb variació dels angles d’incidència dels raigs del Sol. També a l’estat de l’atmosfera: nuvolositat, etc.

4. La relació és directa: augmentant la irradiació augmenta la temperatura A l’hemisferi nord s'observa que la irradiació augmenta a mesura que avança l'any, és màxima a l'estiu època de més calor, i baixa a l'hivern, quan es donen les temperatures més baixes.

L'ús de la irradiació solar com a calefacció comporta la realització d'instal!lacions amb molta superfície de captació per poder retenir energia suficient a l'hivern, que és quan fa fred. A l'estiu aquestes instal!lacions sobredimensionades produiran un excés d'aigua calenta que no s'aprofita.

Per millorar el rendiment de la inversió es construeixen instal!lacions que la superfície de captadors cobreixi al voltant del 50% de les necessitats, la resta es cobreix amb un sistema alternatiu de calefacció. Això també permet resoldre el problema que suposen els dies núvols que poden arribar a ser bastants en les èpoques hivernals.

El fet que a l'estiu hi hagi la màxima radiació de l'any fa pensar que en un futur proper, en què els captadors fotovoltaics baixin suficientment de preu, es podria emprar l'energia solar captada en una nova demanda cada vegada més àmplia de refrigeració per coincidir el màxim d'aquesta demanda amb el màxim d'irradiació.

===================================================

Exercici 7

ATMPAAU99ji

Un estudiant de batxillerat que fa un treball de recerca sobre el clima de Catalunya fa tres diagrames climàtics de tres ciutats catalanes: Lleida, Tarragona i Puigcerdà (Cerdanya). Aquests diagrames es poden veure a la figura adjunta.

1. A cadascun dels diagrames (A, B i C) busqueu la temperatura màxima, la mínima i la situació dels màxims pluviomètrics i del període sec. A partir d’aquesta informació digueu quin diagrama correspon a cada ciutat i raoneu per què.

 2. Les ciutats de Lleida i Puigcerdà estan situades en zones on sovint hi ha inversions tèrmiques. A partir de la informació dels diagrames climàtics, avalueu l'impacte que podria produir a les dues ciutats una indústria que funcionés només a l'estiu i tingués una emissió important d'òxids de nitrogen (tingueu en compte els contaminats primaris i secundaris).

Solució E7

El diagrama "A" correspon a Puigcerdà, ja que no hi ha cap període sec, la qual cosa fa que correspongui a un clima de muntanya. El diagrama "B" és el de Lleida ja que el període relativament sec és més accentuat i els màxims pluviomètrics es donen a primavera, també s'observa una major amplitud tèrmica. El diagrama "C" és de Tarragona ja que té un període sec i els màxims pluviomètrics corresponen a la tardor; i té una menor amplitud tèrmica.

2. Els òxids de nitrogen poden produir pluja àcida o deposició seca àcida en condicions d'humitat elevada. També produeixen boires fotoquímiques, amb formació d'ozó, quan hi ha una forta insolació i temperatures elevades.

A la ciutat de Lleida es pot veure com a l'estiu les temperatures són molt més elevades, la qual cosa facilitaria el procés fotoquímic. Hi hauria risc de deposició seca àcida durant els mesos d'hivern, quan hi ha una humitat elevada a causa de les inversions tèrmiques.

En canvi a Puigcerdà, on la precipitació és més gran durant tot l'any, caldria esperar un major efecte de pluja àcida, aquest efecte seria més gran durant els episodis d'inversió tèrmica.  

===================================================

1. Suposant que el patró del gràfic es repetís d'una forma constant la majoria dels dies a la zona i que no hi hagués una emissió d’ozó per part de cap indústria, ¿com es podria explicar l'augment, per sobre de 100 mg/m 3 , que es produeix en la concentració d'ozó?

===================================================

Després de la Conferència de l'ONU sobre canvi climàtic que es va fer l'any 1997 a Kioto (Japó), van aparèixer molts articles a la premsa sobre aquest tema. A conti-nuació en podeu llegir un fragment d'un, el qual permet comentar algunes qüestions sobre models de desenvolupament.

1. A l'article es dóna l'opinió d'un expert, Michael Grubb, sobre el tema. Creieu que la seva anàlisi correspon a un model de desenvolupament sostenible? Per què?

A finals del mes d'octubre i a començaments de novembre de l'any 1998, l'huracà Mitch va causar milers de morts a Amèrica Central i al Carib, i danys tan importants que els països afectats trigaran anys a refer-se. Malauradament, aquest és un feno-men que es produeix molt sovint en determinades zones de la Terra, encara que, per sort, no sempre té conseqüències tan tràgiques.

El mapa adjunt indica la distribució anual aproximada d'huracans sobre la Terra. El número encerclat representa el nombre d’huracans formats en aquella zona que segueixen la trajectòria indicada per la fletxa.

1. A partir de la informació que ens dóna el mapa, responeu: Què és un huracà? Com es forma? Per quina raó els huracans només es produeixen a les zones intertropicals?

Es formen en les zones intertropicals quan dues masses d'aire amb temperatures molt diferents es posen en contacte. La massa càlida i humida de la superfície oceànica amb temperatures de més de 28ºC puja molt ràpidament i pel centre de l'huracà descendeix la massa d'aire fred. El gir és conseqüència de l'efecte coriolis (els huracans es formen en latituds superiors als 5º). Sempre es formen sobre la superfície del mar, evolucionen d'est cap a oest i pugen a latituds superiors fins que poc a poc es desactiven. En ocasions s'endinsen en els continents on produeixen les destrosses més importants.

1. Segons el resultat de l'estudi, podríeu fer un breu informe indicant si hi ha hagut episodis de contaminació que hagin pogut afectar, de forma greu, les persones o la vegetació?

2. Comenteu per què es produeixen variacions en la concentració d'ozó durant un dia. Creieu que aquest ozó pot servir per disminuir allò que es coneix com el f orat de la capa d'ozó terrestre?

El Servei de Meteorologia de Catalunya (SMC) fa un seguiment de la situació meteorològica del nostre país. Entre els seus objectius hi ha l’elaboració de mapes per a la previsió i la predicció del temps a curt termini, especialment en situacions de risc meteorològic.

4. Les condicions meteorològiques poden afavorir o dificultar la dispersió i/o l’eliminació dels contaminants atmosfèrics. Raoneu si una situació meteorològica com la representada en el mapa B influirà positivament o negativament en la dispersió i/o l’eliminació dels contaminants.

Si aquesta situació correspongués a un dia d’estiu, la insolació seria intensa, llavors, les masses d’aire calent que es formen per la forta insolació, en enlairar-se dispersen els contaminants. Però, també, una forta insolació afavoreix les reaccions fotoquímiques, influint negativament en l’eliminació de contaminants atmosfèrics, ja que es poden originar contaminants secundaris (per exemple, ozó  troposfèric).

L’article que podeu llegir a continuació fa referència a un fenomen que afecta les capes fluïdes del nostre planeta, el Niño, les conseqüències del qual es noten en el clima de bona part de la Terra.

1. Una manera d’analitzar la primera hipòtesi que es planteja en l’article és fent un diagrama de les relacions causals que s’estableixen durant la situació normal:

Quin tipus de relació causal es produeix? Com afecta a aquest sistema l’escalfament global?

Si es manté el ritme d’emissions actual, es preveu que al voltant de l’any 2100 s’arribarà a un contingut atmosfèric de CO 2 doble de l’existent en èpoques preindustrials. Per aconseguir una estabilització raonable del contingut de diòxid de carboni atmosfèric (450 ppm) s’ha d’aconseguir que al voltant de l’any 2025 les emissions de CO 2 es redueixin als nivells de 1990 i que després disminueixin notablement per sota d’aquest nivell. La gràfica adjunta mostra l’evolució de les emissions de CO 2 a Catalunya en els darrers anys (La anguardia, 18 de desembre de 1997).

1. A partir dels valors aproximats de l’any 1995 que es poden extreure de la gràfica, calculeu la quantitat de CO 2 que supera l’emissió de 1990. Quin percentatge del total d’emissions de CO 2 serà necessari reduir a Catalunya per contribuir a aconseguir l’any 2025 l’estabilització aconsellada? A quina de les fonts emissores s’hauran d’aplicar mesures de reducció més estrictes? Quines normes es podrien dictar a Catalunya sobre el control de l’emissió de determinats gasos a l’atmosfera?

2. Quins efectes pot tenir per a la Terra el fet que continuï augmentant el contingut de CO 2 a l’atmosfera? I per a la humanitat?

La pluja àcida és un problema que afecta gran quantitat de països, ja que en malmet el medi ambient. A Europa suposa innombrables pèrdues econòmiques que superen les fronteres del país responsable. El mapa adjunt, elaborat per Mark Bennett, de la Universitat de Southampton, representa dues variables:

1. El boirum (smog) també conegut amb el nom de boira fotoquímica, es produeix sobretot, en les grans ciutats quan la insolació es força elevada. S’origina quan els hidrocarburs, els òxids de nitrogen i l’oxigen reaccionen amb l’energia que prové de la radiació ultraviolada del Sol. Els productes d’aquesta reacció són substàncies oxidant com l’ozó o els PAN.

Les dificultats que es presenten a l’hora de produir-se la dispersió dels contaminants per l’atmosfera tenen el seu origen en la situació geogràfica i el relleu de Ciutat de Mèxic. Es troba situada en una vall rodejada de muntanyes que impedeixen la circulació de les capes inferiors d’aire amb les del seu voltant. Aquesta situació s’agreuja si esdóna, a més, una situació d’inversió tèrmica en quedar una massa d’aire fred per sota d’una d’aire calent (de menor densitat) i per tant s’impedeix del desenvolupament de corrents d’aire ascendent que dispersarien els contaminants.

2. La instal·lació d’un parc eòlic en una zona té avantatges i inconvenients. Esmenteu-los.

2. Els fenòmens descrits en l’article de premsa adjunt, estan relacionats amb la  situació meteorològica de la península Ibèrica representada en el mapa? Raoneu la resposta.

Segons van informar fonts de la Direcció General de Protecció Civil, a més de les fortes ràfegues de vent en aquestes dotze regions, a Galícia poden produir-se precipitacions que localment podrien ser de 60 l/m 2 en dotze hores.

A l’atmosfera es produeix una gran diversitat de reaccions químiques. N’hi ha que generen contaminants secundaris, i altres que destrueixen molècules imprescindibles per a la vida al planeta.

1. La taula adjunta relaciona alguns dels contaminants atmosfèrics amb les seves principals fonts d’origen humà i alguns dels impactes que poden provocar. Escriviu les principals fonts antropogèniques de cada contaminant i la seva implicació en els impactes que figuren a la taula adjunta (poseu un signe + en cas afirmatiu).

2. Les reaccions químiques següents tenen relació amb un impacte ambiental dels més greus. Descriviu cadascuna d’elles. De quin impacte ambiental es tracta?

1. L’article adjunt divulga la informació d’un treball que s’ha fet sobre la desertització. Al text hi ha quatre errors des del punt de vista científic. Indiqueu quins són i redacteu la frase o el canvi que es podria considerar correcte.

Ultraviolada (1), O2 (2), 30ºC (3), Mínima (4), Màxima (5), Fred (6), Càlid (7), SO2 (8), Disminuiran (9), Baixarà (10).