L’atmosfera

L’atmosfera

Conxita Màrquez, Teresa Pigrau, Neus Sanmartí. 

Idees per treballar
Idees per revisar i "bones" preguntes
Idees per treballar

La Terra és un planeta rocós que està envoltat per una capa d’aire anomenada atmosfera. És invisible però és imprescindible per a la vida ja que proveeix de gasos que són necessaris per respirar, protegeix dels raigs còsmics, forma part del cicle de  l’aigua i distribueix l’energia del Sol per tota la Terra.

 L’aire és una mescla de gasos, principalment nitrogen (78%) i oxigen (21%). També en formen part d’altres en petites quantitats, com l’argó, el diòxid de carboni, el vapor d’aigua, el metà… Aquests darrers són els anomenats gasos hivernacle, que mantenen la calor provinent del Sol prop de la superfície terrestre. La composició de l’atmosfera és variable i en els darrers anys, els gasos hivernacle han augmentat d’una manera no natural degut a les activitats humanes.

Australian Environmental Education

 L’aire és atret per la gravetat de la Terra i és menys dens a mesura que augmenta la distància de la superfície. De fet, tot i que l’atmosfera té uns 1000 km d’alçada, la part primera o Troposfera conté el 75% dels gasos que la componen, i és en ella que es produeixen els fenòmens meteorològics. Per damunt hi ha la capa on es troba l’ozó, que és el gas que absorbeix la majoria de les radiacions ultraviolades, i encara més amunt hi ha l’estratosfera, que arriba fins a uns 50 km, i és la capa per on volen les línies aèries en els trajectes molt llargs. Més amunt hi ha altres capes en les que la proporció de gasos és petita.

Els canvis en l’atmosfera, majoritàriament als nivells baixos, provoquen canvis en el temps meteorològic, i donen lloc a fenòmens com variacions de pressió i de temperatura, el vent, els núvols, la pluja, etc.

Idees clau sobre l'atmosfera

Idees per revisar i "bones" preguntes

Les idees habituals de l'alumnat per revisar a través de possibles bones preguntes que ajudin a la construcció de nous punts de vista.

L'aire, on és?

Una de les dificultats inicials més importants de l’alumnat és reconèixer que l’aire és a tot arreu, ocupa un espai i ‘pesa’. Com que no es veu costa reconèixer-ho. Una activitat que ajuda a començar a reafirmar que l’aire ens envolta, és caminar amb una espelma encesa i comprovar que la flama, inicialment vertical, gira cap a nosaltres, o bé jugar a ‘atrapar’ l’aire amb una bossa de plàstic.

També podem observar que si es vol inflar un globus dins d’una ampolla no es pot, i, en canvi, si se li fa un petit forat per què surti l’aire, sí que s’omple.

Cliqueu sobre la imatge per saber-ne més: Investiguem la matèria. A. Amat, J. Martí i V. Grau.

O també pensar què hi ha dins d’un erlenmeyer i comprovar que si el tapem amb un globus i l’escalfem, aquest s’infla (perquè l’aire es dilata). Es tracta de fer observacions que generin conflictes amb les idees prèvies.

Imatge: Tresor de recursos

L'aire pesa?

Per començar a pensar que l’aire pesa es pot comprovar que si fem el buit en un pot, aquest pesa menys que quan té aire. Imatges: Tresor de recursos. 

Què és el que fa moure l'aire?

Una altra de les idees a revisar és la de creure que quan l’aire s’escalfa, puja i deixa un buit a sota. També es diu que l’aire calent pesa menys que l’aire fred. De fet, quan l’aire s’escalfa es dilata, és a dir, augmenta el seu volum sense canviar la massa i, per tant, disminueix la seva densitat. Al tenir menys densitat és cert que puja, però l’espai que deixa lliure l’ocupa aire més fred (corrents de convecció)

Es poden observar corrents de convecció a l’aigua i fer l’analogia amb el que passa amb l’aire o bé comprovar en una nevera, que posant una espelma a la part baixa, la flama s’inclina cap a fora perquè l’aire va de la zona freda a la calenta, mentre que a la part alta, que és més càlida, s’inclina des de fora cap a dins.

Font de les imatges: Tresor de recursos.

Com s'escalfa l'atmosfera? Quines són les conseqüències?

També ens podem preguntar com s’explica que en les capes altes de l’atmosfera, que estan més a prop del Sol, la temperatura és més baixa que les que estan més lluny de Sol. Els fenòmens no s’expliquen per una sola causa, i en aquest cas, cal tenir present també que la Terra emet calor. De fet és el que explica el canvi climàtic, ja que gasos de l’aire com el diòxid de carboni i el metà, deixen passar la radiació solar però al mateix temps n’entorpeixen la sortida.

Podem simular l’efecte hivernacle i comparar com l’augment de la temperatura en dos pots de vidre iguals, sotmesos a la mateixa font de calor, és diferent.

Font: Generalitat Valenciana, Centre EA. (2020). Comprendre el canvi climàtic. Cliqueu sobre les images per accedir als materials.

Tot plegat ens porta a revisar una altra idea alternativa de l’alumnat que els fa creure que la contaminació de l’aire es deu a que incorpora gasos o partícules ‘dolentes’. De fet l’aire està contaminat quan hi ha substàncies que no formen part de la seva composició (com per exemple, els òxids de nitrogen o de sofre, partícules sòlides de carbó -sutge-, pols africana...), o quan augmenta la concentració d’algun dels gasos habituals (com per exemple, el diòxid de carboni o l’ozó).

Quines dades es necessiten per predir el temps atmosféric?

Les dades bàsiques que es poden obtenir a partir d’instruments són: temperatura, humitat relativa, pressió atmosfèrica, intensitat i direcció del vent, i quantitat de precipitacions. Una pregunta que ens podem plantejar és com s’obtenen les dades que possibiliten descriure el temps i fer-ne una predicció. De fet, en un primer estadi de l’aprenentatge, els instruments que mesuren diferents magnituds ens ajuden a conceptualitzar les idees. Per exemple, el termòmetre és l’aparell que mesura la temperatura (i no la quantitat de calor) i ja és una bona definició del concepte. En tots els camps de la ciència, els instruments permeten avançar en el coneixement, atès que faciliten la recollida de dades i fer-nos noves preguntes per interpretar-les.

Si cliqueu sobre la Imatge trobareu indicacions per fer un termòmetre casolà a l'aula.

Ara bé, aquestes dades s’han de recollir de manera sistemàtica i rigorosa, i així passar d’una descripció qualitativa a una quantitativa. Podem dir que fa molta calor o fred, però aquesta sensació és subjectiva i la temperatura podria ser la mateixa. En canvi el termòmetre ens ajuda a precisar. Ens podem preguntar: Per què puja el termòmetre quan fa calor? Com és que el líquid dels termòmetres és sovint alcohol i no aigua? Com és que un termòmetre d’aigua no ens serviria per mesurar temperatures per sota zero? Quina diferència hi ha entre la idea de calor i temperatura? Per què la temperatura de l’aire es mesura a l’ombra?

Si cliqueu sobre la Imatge us portarà a aquest llibre on hi podreu trobar experiments en relació als fenòmens atmosfèrics

Com és que hi ha aigua a l'aire?

La idea de la humitat relativa és una de les més complexes. Ens podem plantejar diverses preguntes: Com és que hi aigua a l’aire? Com és que en els dies molt humits costa que la roba s’assequi? Com podem saber la quantitat d’aigua que hi ha a l’aire? Com expliquem que tot i que la humitat en un lloc és del 80%, la massa d’aigua que conté l’aire no és la mateixa a l’estiu que a l’hivern? Com és que quan hi ha molta humitat la sensació és que la temperatura ambient és més alta que quan la humitat és baixa? Com és que els vidres s’entelen? Com és que s’entelen més els vidres a l’hivern que a l’estiu?

Com es condensa l'aire?

Així com els fenòmens que tenen a veure amb l’evaporació de l’aigua són fàcils d’entendre i fins i tots infants a les primeres edats ja els expliquen, el fenomen contrari, la condensació, és molt més difícil d’imaginar i explicar. En el primer cas, és clar que al transferir calor a l’aigua, aquesta s’evapora, però en canvi, pensar que el vapor d’aigua perd calor i es transforma en l’aigua líquida és molt més difícil de concebre. Si els vidres s’entelen no és perquè ha plogut i l’aigua s’ha adherit a ells, sinó perquè el vapor d’aigua que hi ha a l’aire, amb el contacte amb el vidre que està a temperatura més baixa s’ha condensat. Cliqueu sobre la Imatge per accedir a un experiment sobre la condensació.

Com podem mesurar la humitat?

Per mesurar la humitat es pot utilitzar el psicròmetre i l’higròmetre. Un higròmetre casolà es pot fabricar a partir de la propietat de certs materials -com els cabells humans- d’allargar-se quan l’aire és més humit o d’una pinya que s’obre quan hi ha poca humitat i es tanca en cas contrari. Cliqueu sobre la Imatge per veure com construir un higròmetre casolà.

Com es forma la boira?

La quantitat d’aigua que pot contenir l’aire depèn de la temperatura. Quant més càlid és l’aire més vapor pot contenir, però fins a un màxim: a 30º pot contenir 30,4g/m3 , i en canvi a 10º, 9,4g/m3 . En els dos casos, la humitat relativa seria del 100% i per això a l’estiu fa més xafogor en els lloc propers al mar. També ens possibilita entendre perquè a l’hivern hi ha més boires, atès que l’aire fred no pot contenir tant de vapor d’aigua (en estat gasós) i l’excés es condensa (es formen gotes d’aigua líquida). Al no ser un gas, no és transparent i es forma el que en diem boira.

Imatge: Marcel Costa. Cliqueu sobre la Imatge per veure com fer l'experiment.

De què están fets els núvols?

Si això passa a més alçada, es formen els núvols. Tot i que sovint es creu que els núvols estan formats per vapor d’aigua, de fet el formen petites gotes d’aigua i fins i tot, cristalls de gel. Perquè es formin cal que l’aire saturat de vapor d’aigua arribi a llocs on la temperatura és baixa i l’excés d’aigua es condensi. Per ampliar informació cliqueu sobre la Imatge.

Font: Costa, M. (2017) El planeta blau: Per què? Fins quan? Projecte Ciències 12-15.

Preguntes i activitats sobre la pressió atmosfèrica
Com mesurar la pressió atmosfèrica?

Una altra de les dades necessàries per predir el temps és la pressió atmosfèrica. L’aparell per mesurar-la és el baròmetre que indica la força que fa l’aire a causa del seu pes. Estem tan acostumats a suportar el pes de l’aire que no en som conscients, però el nostre cos aguanta una massa considerable d’aire. Un experiment per reconèixer-ho és la d’observar com entra un ou dur dins d’una ampolla, en la que s’ha tret part de l’aire per crear el buit. Cliqueu sobre la Imatge per acceder al vídeo de l'experiment.

Quins efectes tenen els canvis de pressió atmosfèrica?

Per experimentar l’efecte dels canvis en la pressió atmosfèrica es pot utilitzar un pot de buit, que possibilita extreure aire i, per tant, disminuir la pressió. Dins del pot es posa un globus, una bossa de cacauets, espuma d’afaitar, llaminadures, o aigua calenta a uns 60º, i comprovar els efectes dels canvis en la pressió (augmenta el volum i l’aigua bull tot i que la seva temperatura no és de 100ºC). Cliqueu sobre la Imatge per veure el vídeo

Com interpretem aquest fenomen?

Per explicitar com interpreten el fenomen poden utilitzar una V de Gowin.

Cliqueu a la imatge per veure'n un exemple.

Preguntes sobre la pressió atmosférica

Ens podem plantejar moltes preguntes que per respondre-les hem de pensar en la pressió atmosfèrica i en els seus canvis. Per exemple: Per què no notem la pressió atmosfèrica? Com s’explica que la pressió atmosfèrica va disminuint quan anem pujant d’alçada? Com és que els submarinistes quan pugen a la superfície de l’aigua han d’anar poc a poc (o els alpinistes han de fer aclimatació abans de pujar a una muntanya molt alta)? Com és que quan baixes ràpidament una muntanya, les orelles comencen a xiular o que quan vas a un avió se’t tapen? Per què els avions que volen molt alt tenen la cabina pressuritzada (és a dir, no pot entrar ni sortir aire)? Com s’explica que a les pel·lícules de naus espacials, moltes vegades es veu que a l’obrir-se una comporta que dona a l’exterior, tot el material surt disparat cap a l’espai? Quina predicció podem fer sobre què li passarà a una bossa de patates tancada quan pugem a una muntanya o a dins d’un avió? En què ens fonamenten per fer-la?.

Imatge: Ester Noguera. Escola Santa Coloma. Cliqueu sobre la Imatge per veure l'experiment

Com podem comprovar que la pressió atmosfèrica existeix?

O com podem trobar proves per demostrar a un extraterrestre que la pressió atmosfèrica existeix?, es pot fer l’experiment d’observar com una llauna, a la que s’hi ha extret aire per disminuir la seva pressió interior, s’aixafa quan disminueix la temperatura. Vegeu el vídeo superior de Recerca en Acció, o bé cliqueu sobre la Imatge per consultar l'experiment de Dani Arbós sobre la pressió de l'aire.

Com podem mesurar el vent?
Com podem mesurar el vent?

En el cas del vent necessitem saber la velocitat i la direcció. La velocitat es mesura amb l’anemòmetre i la direcció s’identifica amb el penell. Els infants en poden construir i amb ells identificar els vents més habituals a l’escola. Ens caldrà reflexionar primer sobre la relació entre aire i vent, ja que alguns infants no reconeixen que el vent és aire en moviment. Cliqueu sobre la Imatge per més informació.

Com succeeixen els moviments de l'aire?

De fet, l’aire es percep quan es mou. Quan la pressió entre dos llocs és diferent, l’aire es desplaça des del lloc on hi a més pressió al menor. Si aquest fenomen esdevé a la costa o a les valls de muntanya parlem de brises, i la diferència de pressió s’origina per la diferència de temperatura de l’aire que hi ha sobre la terra i el mar, o a una vall i els cims. Imatge: Meteobanyoles

Per què plou? Com es formen els llamps i trons?
Les idees infantils sobre la pluja

Pel que fa a la pluja, respondre a la pregunta de per què plou no és fàcil. Per als nens i nenes, aquest és un fenomen misteriós i màgic. Els més petits opinen que plou perquè es fan uns forats als núvols carregats d’aigua i cau la pluja. Més endavant creuen que la pluja és produïda pel Sol que, en escalfar l’aigua del mar dona lloc als núvols que xoquen, i l’impacte de la col·lisió causa la pluja. Ja més grans pensen que el núvol és com una capsa que es va omplint de vapor d’aigua que quan està plena plou. Són concepcions alternatives que caldrà ajudar a revisar i reconstruir. Imatge: Escola Santa Coloma.

Per què plou?

No sempre que tenim núvols plou. Depèn de la mida de les seves gotes. Si són petites, l’aire les empeny cap amunt, contrarestant la força de gravetat i, per tant, no plou. Podem fer una analogia amb el que passa quan volem introduir un pilota dins de l’aigua. Si la massa és petita, no entra perquè la força deguda a la seva massa és més petita que la que exerceix l’aigua sobre ella (veure apartat: aprenem a explicar les forces). En un núvol les gotes augmenten de mida per l’addició d’altres, quan xoquen.

Cliqueu sobre la Imatge si us interessa aprofundir en el cicle de l'aigua.

Una narració sobre la pluja

De fet respondre a la pregunta de per què plou comporta explicar una història que té uns protagonistes (aire humit, fronts freds i càlids, pressió atmosfèrica…). Aquests protagonistes passen per esdeveniments que tenen lloc en l’espai i en el temps, i que es deuen a unes causes. Al final, el desenllaç és la pluja. Cliqueu sobre la Imatge per aprofundir en el tema.

Com interpretar els núvols?

Hi ha altres variables meteorològiques que són importants per predir el temps atmosfèric i que no requereixen instruments per descriure-les, com són l’estat del cel i els tipus de núvols. Cliqueu sobre la imatge per veure exemples. Font: Associació Ecometa, Badalona.

Preguntes i activitats sobre l'Arc de Sant Martí

Per què té forma semicircular? Per què té colors? Per què a vegades en veiem més d'un? Pot ajudar a predir el temps? Com? Com el podríem recrear a l'aula? Quins altres fenòmens òptics ens regala el cel?. Cliqueu sobre la imatge per saber-ne més. Font: Associació Ecometa, Badalona.

Com construir un pluviómetre?

El pluviòmetre és l’instrument que ens mesura la quantitat de pluja. Es pot construir a l’aula i reflexionar sobre la relació entre la quantitat d’aigua que recollim i la quantitat de pluja que ha caigut per m2. Cliqueu sobre la Imatge per veure com fer-ho.

Com es formen els llamps i trons? Què hem de fer quan hi ha tempesta?

També podem aprendre sobre fenòmens associats als núvols, com són els llamps i trons que acompanyen una tempesta. Cliqueu sobre la imatge per accedir a la informació. Font: Associació Ecometa, Badalona.

Com es pot fer la predicció del temps?
Com interpretar els mapes del temps?

I com es pot fer la predicció del temps a partir d’aquestes dades? Les persones meteoròlogues les recullen en un ‘mapa del temps’. En ell es pot comprovar que hi ha unes línies, les isòbares, que uneixen els llocs que tenen la mateixa pressió. A partir d’elles s’identifiquen unes zones, amb els valors més alts de pressió que s’anomenen ‘anticiclòniques’ (A) i les zones on la pressió és més baixa o ‘depressionàries’ (D). També es senyalen els ‘fronts’ que principalment es diferencien en si són càlids o freds. Els fronts són línies que separen masses d’aire a diferent temperatura, associats a les àrees de baixes pressions. Font imatge: Institut Cartogràfic i geològic de Catalunya

Com elaborar un mapa del temps?

A nivells bàsics identificarem com un mapa recull els diferents paràmetres, tot i que no arribarem a fer-ne una explicació completa que ens mostri com tots s’interrelacionen al fer una predicció (sempre provisional) del temps. Els infants poden imaginar que són ‘homes i dones del temps’, i pensar en totes les dades que necessiten per descriure el que fa i per predir el que farà (veure com a referència la web d'AEMET. Hi podeu accedir clicant sobre la imatge). També poden començar a fer una lectura de mapes i relacionar zones d’altes pressions amb bon temps i, segons en quines, amb boires, i zones de baixes pressions amb mal temps i pluja.