1

1

1. IntroduccióDavant la necessitat d’impulsar programes d’educació ambiental, presentem la memòriadels treballs que han estat realitzats amb la intenció de contribuir a la millora de lesclasses de química dels ensenyaments secundaris.

El conjunt de treballs que es mencionen tenen com a referent el projecte Salters dequímica per al batxillerat, en el qual un gran grup de docents està realitzant la sevaadaptació i experimentació des del curs 1995-96.

El projecte Salters és un projecte anglès de química que consta de tretze unitats, de lesquals se n’han seleccionades vuit per a l’adaptació. Actualment s’està experimentant laprimera publicació de les traduccions i adaptacions de les vuit unitats, quatre per a cadacurs de batxillerat.

El projecte és innovador en els continguts, en la seqüenciació i en la metodologia. Enl’edició anglesa, cada unitat presentada en el llibre que anomenen Chemical storylinescosisteix en una lectura de temàtica, actual i motivadora, que és el fil conductor per a laseqüenciació del llibre de conceptes químics i dels fulls d’activitats. La part Chemicalstorylines,que en català l’anomenem Química i societat, presenta temes actuals dequímica- indústria-tecnologia i de química- ciències de la vida, des d’una perspectivad’educació ambiental. Una part important de cada unitat és la reflexió sobre els dilemesmedioambientals que se’n deriven i la discusió sobre l’actuació més adequada en vistesa un desenvolupament sostenible.

El treball d’adaptació actual consisteix en: a) reduir l’extensió de les unitats o elnombre d’unitats; b) canviar exemples molt anglesos per casos més propers a la realitatdels alumnes, c) canviar i reduir activitats; d) afegir conceptes del disseny curricular deCatalunya que no consten en el projecte anglès. L’adaptació definitiva del projecteSalters a la química dels batxillerats ha de recollir els resultats de l’experimentació ques’ha realitzat durant aquests anys en diversos centres de Catalunya en coordinació ambdiversos centres de la comunitat de Madrid i d’altres de la comunitat de València.

Les unitats directament relacionades amb ciències de la terra tals com Els oceans,L’atmosfera, Aspectes de l’agricultura són innovadores i estimulants per a moltsprofessors i professores de química, però alhora poden generar una certa inseguretat.

Els mitjans de comunicació es fan ressó dels temes de medi ambient i divulguen unainterpretació científica simplicada, en forma de curts eslogans científics, a vegades decontingut ambigu o erroni. Cal detectar quines són les idees de l’alumnat sobre aqueststemes, després d’haver rebut la major de la informació fora de l’aula, i cal reflexionarsobre quines son les estratègies d’actuació més adequades.

Respecte a l’educació ambiental, la pretensió d’aquest treball es limita a la de ser unapetita ajuda a la reflexió sobre la manera d’incidir en els temes medioambientals en lesclasses de química per tal de millorar la nostra pràctica docent.

2

2

2.Treballs realitzats durant el període de llicència d’estudisTreballs compartits amb les altres persones de l’equip adaptador:• Adaptació de la unitat Els oceans i publicació de la primera edició experimental (juny

1998)• Elaboració de conceptes nous per a diverses unitats.• Contactes amb indústria. Recollida d’adreces d’interès, enviament de cartes i

comunicació personal; obtenció d’informació sobre els productes , les matèriesprimeres i el procés de producció; obtenció d’informació sobre les persones que hitreballen, les característiques del seu treball i el treball dels químics en la indústria;informació sobre problemes de caràcter medioambiental i sobre prevenció de riscoslaborals.

Treball personal• Organització d’un taller de 45 hores a la Universidad de Antioquia de Medellín

(Colombia) amb professors i professores d’ensenyament mitjà i d’universitatcoordinats per una professora de la facultat de ciències. En aquest grup de treballhem estudiat la possibilitat d’adapatació d’alguna part del projecte Salters en elsseus centres.

• Inici de treball de recerca sobre la compresió de l’alumnat dels conceptes alentorndels cicles en la biosfera, en especial , del cicle del carboni i els seus efectesmedioambientals.

• Seguiment del treball que dues professores de Medellín estan practicant en els seuscentres escolars amb alumnat de secundària per tal d’obtenir resultats comparatiusamb els nostres.

3

3

3.Treball que es recull en la memòriaEn primer lloc situem el projecte Salters dins el context de l’educació ambiental imencionem les diverses qüestions medioambientals que es es presenten com a materialde treball les vuit unitats experimentals.

Davant la impossibilitat d’aprofundir en cadascun dels temes ens centrarem en el cicledel carboni, la concentració del diòxid de carboni atmosfèric i la seva relació amb elcanviglobal.

Presentem dels primers resultats de l’aplicació dels qüestionaris elaborats per estudiar lacomprensió de l’alumnat de l’efecte hivernacle i del forat d’ozó. Aquest inici de treballes fa amb la col.laboració d’altres professores amb l’objectiu que l’alumnat provingui dediferents realitats socioculturals i tingui diferents nivells de formació científica.

La relació amb la matèria de Ciències de la terra i del medi ambient ens obliga aanalitzar els programes desenvolupats en els llibres de text. Presentem anàlisis de llibresde text de Ciències de la naturalesa de’ESO i de Ciències de la terra i del medi ambientde batxillerat.

Amb la intenció de ser útil al professorat de química presentem alguns aspectes delscicles de matèria i d’energia que es tracten a Ciències de la terra i del medi ambient i laseva relació amb la matèria de química. Resaltem la importància de l’estudi del sòl, elsaspectes de l’agricultura i el cicle dels nutrients.

En els annexos presentem el treball fet amb l’equip de Medellín, un recull depublicacions recents sobre el cicle del carboni i el canvi global, seguiment d’un quantsllibres de text de ciències de la naturalesa i de ciències de la terra i del medi ambient,gràfics esquemes i dibuixos que fa referència al cicle de carboni, pràctiques delaboratori, exercici i problemes sobre el cicle del carboni.

4

4

4. L’educació ambiental

4.1 Matèria d’educació ambiental versus educació ambiental en lesmatèries

L’ educació ambiental és un concepte intuïtiu que s’està incorporant en tots els nivellsdels programes d’ensenyament sense una definició massa precisa. No podia ser d’altremanera, quan encara és tema de debat en els diversos col.lectius de docents i en elsdiversos àmbits socials.

En educació ambiental les pautes estan molt menys marcades que en altres matèries. Niqüestions elementals com quina és la seva definició o quina hauria de ser la pràcticadocent ideal per una bona educació ambiental tenen una resposta única i acceptadauniversalment. No està tancada la discusió sobre si l’educació ambiental constitueix unaciència i, com a tal, es pot convertir en matèria d’ensenyament amb uns objectius, unscontinguts conceptuals, procedimentals i actitudinals i un sistema d’avaluació que ladiferenciïn de les altres matèries o, per contra, ha de mantenir el seu caràcter transversali multidisciplinar.

Hi ha autors que plantegen una educació ambiental com a matèria independent de laresta del curriculum, amb uns continguts propis, la informació dels quals hauria de serextreta d’altres matèries com la història, les ciències socials, la filosofia o les ciències dela natura. Amb aquest perspectiva, teoritzen que hauria de ser independent de qualsevolopció política i que la informació científica hauria de ser una informació segura iobjectiva, lliure de pautes ideològiques.

Amb aquest enfoc sembla que tota l’educació ambiental es pot resumir a una formaciócientífica sòlida:…” la cuestión ambiental se ha transformado en una cuestión social, determinada porlas actitudes políticas”……”hoy el capitalismo trafica con el ambiente, que es valor social al alza”……”para hacer frente al riesgo de manipulación, la educación debería prevenirformando com métodos críticos la indagación objetiva para accedre a la mayor partede verdad posible”… (Vicente, 1995)

També en aquesta línia opina Wolpert (1994):… “mientras la visión del ambiente es un hecho cotidiano, en general desapercibido, elconocimiento que nos permite entenderlo y usarlo de una forma razonable y respetarlo,está fuera de este ámbito y, lo que es más grave, no se considera moneda de utilizacióninmediata y corriente” …

A aquesta manera d’entendre l’educació ambiental es pot objectar el següent: 1) no ésfàcil saber què és el coneixement objectiu quan es parla de medi ambient. I a més: 2) enel cas que es tingués una certesa absoluta, és suficient el coneixement de la veritat pertenir una conducta educada respecte al medi ambient?

5

5

Probablement, una educació ambiental més creativa, realitzada en un context més amplique en el propi d’una matèria predeterminada, amb un programa i un horari podrà donarmillors resultats a llarg termini.Ja s’ha convertit en un clàssic la definició d’Artur Lucas (1980, 1992) que distingeixentre educació sobre, en i per al medi ambient.• sobre l’ambient: capacitació de destreses o comprensió cognitiva sobre l’entorn i

sobre les interaccions entre elshumans i l’ambient.• en l’ambient: activitats fora de l’aula, estudis de camp, itineraris.• per a l’ambient: adreçada a la conservació i millora del medi. Per a Lucas, només es pot parlar d’educació ambiental quan existeix el component peral medi ambient. Entre les finalitats de l’activitat ao del programa hi ha la millora iconservació del medi ambient.

Queda clar que l’educació ambiental va més enllà de les Ciències de la Terra . Es potparlar d’educació ambiental dins la matèria de Ciències de la terra i del medi ambientde la mateixa manera que es pot fer en les matèries de Biologia, Química, Física oqualsevol altra matèria del curriculum. M.P. Jiménez)Les ciències poden jugar un paper privilegiat en educació ambiental però cal anar mésenllà, l’educació ambiental ha de constituir una dimensió transversal en totes les àreesdel curriculum.

Com a dimensió transversal s’ha d’incorporar també a Ciències socials, Llengües, Ètica,etc.

Entre els objectius de l’educació ambiental Giordan i Souchon (1991) mencionen:.. “formar una població mundial conscient i preocupada per l’ambient i els seusproblemes, una població que posseeixi els coneixements, competències i motivacionsque li permetin treballar individualment i col.lectivament en la resolució de problemesactuals i en la previsió que no se’n generin de nous” …Els objectius que aquí es plantegen van més enllà dels purs coneixements. Són també lapresa de consciència, les actituds, les competències, la capacitat d’avaluació i departicipació.

Tot i que educació ambiental és un concepte més ampli que educació ecològicacontinuen éssent vàlids els set elements d’educació ecològica segons Mikelkis (1988)que els responsables d’educació ambiental (tot l’equip de docents?) haurien de conèixer:a. educació ecològica significa aprendre pel fet de ser-en part afectada.b. educació ecològica significa comprendre la nostra situació ordinària en el seu contextc. educació ecològica significa desenvolupar els sentits i les percepcions escolarsd. educació ecològica significa aprendre holísticamente. educació ecològica significa formar la capacitat de judicif. educació ecològica significa aprendre a actuarg. educació ecològica significa regir-se per un punt de vista imaginatiu de cara al futur.

Una educació basada únicament en la informació sobre el medi ambient no és suficientper diverses raons. En primer lloc, fins i tot des de la ciència, hom es planteja sirealment existeix el coneixement objectiu del món real. Per altra banda, el canvi decomportament personal no ve regit únicament per les idees . En la presa de decisions hiinflueixen les emocions i els valors en una proporció tan o més elevada que els

6

6

coneixements. Tal com es veu la problemàtica d’educació ambiental en la nostra dècada,el seu objectiu ha de ser englobar de les emocions als coneixements i dels valors alscomportaments. El lema “actuar localment i pensar globalment” que ha de regirl’educació per a l’ambient va molt més enllà de la pura transmisió de coneixements(Mayer, 1997)

L’estudi per al medi ambient aporta a les classes de ciències un valor que moltesvegades ha de ser ignorat per les persones a qui correspon la pràctica docent diària. Ensreferim al valor de la complexitat i de la incertesa. En la classe de ciències s’ha de poderparlar de ciències, dialogar i negociar idees. L’estudi del medi ambient i tant més per almedi ambient dota a la classe de ciències d’un context molt més flexible. Cal que elsprofessors i les professores de ciències sàpiguen valdre’s d’aquesta eina davant larigidesa dels horaris i dels programes i davant la necessitat d’obtenir, a curt termini,resultats quantificables segons uns paràmetres massa clàssics.

El plantejament reduccionista a què s’ha tendit en les classes tradicionals de ciències haobligat a una visió massa lineal de la ciència. Amb la resolució de problemes abstractes iaïllats del context, se simplifica el món amb la finalitat de fer-lo comprensible iprevisible. L’educació ambiental obliga a resituar el món de la ciència. Quan elproblema se simplifica i s’aïlla s’augmenta el nivell de predictivitat; però, la realitat queens envolta és molt més complexa.

Seria ideal que, en aquest sentit, el centre escolar o un equip de persones interessadess’impliquessin en algun projecte d’investigació-acció. Actualment hi ha arreu moltesiniciatives i ben segur que, amb una mica de creativitat i d’activitat, es poden aconseguirresultats satisfactoris.

L’interès dels projectes anomenats d’investigació-acció se centra en el canvi de rol quecorrespon als experts. En els projectes d’investigació-acció, els experts ja no són lespersones que coneixen les respostes sinó les persones que saben formular preguntes ique saben discutir com s’ha de procedir per arribar a respostes.

En els projectes d’investigació-acció se solen implicar els diversos nivells de lacomunitat educativa, des d’alumnat d’escola primària fins a professorat universitari i,segons el projecte, hi prenen part també altres col.lectius relacionats amb indústria oamb les administracions. En l’annex-1 adjuntem una mostra del projecte Mi Rio ques’està realitzant des de fa uns anys a la ciutat de Medellín (Colombia). La motivació detotes les persones implicades pel fet de sentir-se que formen part d’un procés decocreació en què és tan important el treball de recerca sobre un aspecte concret de lacontaminació de l’aigua del riu que realitza l’equip universitari com les observacions iaccions de millora sobre l’ús de l’aigua que han aportat els nens que viuen a “lasveredas”, barris marginals on encara no hi ha cap sistema de sanejament.

7

7

4.2 L’educació ambiental i el projecte SaltersEls continguts en actituds i valors estan explicitats en cada unitat del projecte Saltersamb una gran dosi de referències al medi ambient, a l’impacte de les accions humanessobre l’entorn. Es valoren dels aspectes positius i negatius de la indústria química i del’us dels recursos naturals en el marc d’una participació activa dels alumnes i lesalumnes en debats i assaigs que els permeten explicitar les seves idees i comprendrealtres punts de vista.

Unitats Salters adaptades i temàtica d’educació ambientalUnitat Educació ambientalElements de la vida dieta equilbrada; radioactivitatDesenvolupament de combustibles Contaminació de l’aire; fontss d’energiaDels minerals als elements Mineria i societat; pluja àcidaLa revolució dels polímers Plàstics i medi ambientL’atmosfera CFC i capa d’ozó; efecte hivernacleAspectes d’agricultura Agricultura sostenible; adobs, pesticides i

herbicides; el cicle del nitroenLa química de l’acer La corrosió; el reciclatge de metallsEls oceans canvi climàtic; cicle hidrològic, cicle del carboni,

cicle d’energia..

El ventall de possibilitats de treball sobre la comprensió dels alumnes en temes de mediambient és amplíssima i inabastable en el curt termini de la llicència. Ens hem centrat enel cicle del carboni pel seu caràcter interdisciplinari i per ser fil conductor de les lecturesdel proecte Salters. Totes les unitats tracten algun aspecte de la química del carboni quees pot relacionar amb el cicle del carboni i amb l’aproximació a l’estudi del canviclimàtic.Apart tractarem també, amb menys extensió els temes referent al sòl i els aspectes del’agricultura.

8

8

5 Cicle del carboni i canvi global

5.1 El cicle del carboni en la química SaltersTotes les unitats del projecte contenen alguna part dedicada a la química del carboni.Encara que no sempre es faci una menció explícita al cicle del carboni, la referènciacontinuada a la química del carboni al llarg de tot el batxillerat pot facilitar lacomprensió dels aspectes fisico-químics del cicle del carboni tal com se sintetitzen el launitat Els oceans.

En la unitat Els elements de la vida s’introdueix la taula periòdica a partir de l’estudi delelements alcalins i alcalinoterris, les seves analogies i la gradació de propietats al llargd’un grup de la taula periòdica. Uns dels compostos que es reconeixen al laboratori sónels carbonats d’alcalins i d’alcalinoterris. Per a l’estudi del diòxid de carboni ésimprescindible conèixer el comportament dels carbonats.En la part de química i societats’explica perquè el monòxid de carboni és tan perillòs.

En Desenvolupament de combustibles es dóna informació sobre els combustiblesfòssils, entre ells, els derivats de petroli; sobre la química de la combustió de matèriaorgànica; sobre la problemàtica de les emissions contaminants; es pregunta sobre quinpot ser el combustible del futur.

En la unitat Dels minerals als elements es comenta la problemàtica ambiental de la plujaàcida que es genera per les emissions de SO2 a l’atmosfera. La producció de metalls apartir de sulfurs pot causar problemes ambientals.

En la unitat de L’atmosfera s’entra pròpiament en el cicle del diòxid de carboni . Espresenten les dues problemàtiques globals de l’atmosfera, l’efecte hivernacle i ladestrucció de la capa d’ozó. S’introdueix el concepte de l’equilibri químic a partir del’equilibri físic i, concretament, es menciona i s’estudia l’equilibri entre el diòxid decarboni gas i la seva dissolució. Aixó facilitarà la comprensió de l’equilibri del diòxidde carboni en atmosfera i en els oceans. L’estudi de l’energia de la radiacióelectromagnètica, dels estats energètics dels àtoms i de les molècules i del procés del’absorció de radiació electromagnètica permet comprendre el significat d’efectehivernacle.

En Aspectes de l’agricultura es relaciona la química del silici amb la química delcarboni i es compara el comportment dels seus oxids. Es comprova el caràcter bàsic delcarbonat de calci, com neutraliza els àcids i com es pot aplicar als sòls per regular elpH. En les lectures de química i societat també es dedica atenció a l’estudi de l’humus,directament relacionat amb el cicle del carboni.

En la Química de l’acer s’explica com els carbonats que intervenen en el procéssiderúrgic alliberen grans quantitats de diòxid de carboni.

La unitat Els oceans globalitza els continguts de química del batxillerat i els contingutssobre els aspectes globals de la biosfera. Es tracta el cicle del carboni juntament al ciclehidrològic i als fluxos de l’energia.

9

9

5.2 Indagació de les idees dels alumnes i les alumnes sobre forat d’ozó isobre canvi climàticDurant anys la informació sobre els temes ambientals s’ha cobert més àmpliament pelsmitjans de comunicació que per l’escola. La interpretació científica de temes com efectehivernacle, canvi climàtic, ús de l’energia, radioactivitat, pluja àcida, no han estatobjecte de discusió profunda en els equips de docents de les matèries científiques. Lesmancances que es detecten en l’alumnat són fruit d’aquesta situació.

Models sobre la capa d’ozó i sobre forat d’ozóTranscrivim els resultats de la recerca realitzada per Christidou i Kouladis (1996) de laUniversitat de Patras. La mostra d’alumnes que es van entrevistar es concentra en elsúltims cursos de primària (11 anys i 12 anys).. Es detecten uns tòpics generalitzats en la interpretació de què s’entén per capa d’ozó,com actua respecte a la radiació solar, què és el forat d’ozó i quines conseqüènciescomporta la disminució de l’ozó estratosfèric.

Les idees tòpiques que s’han detectat són les següents:• l’ozó es troba a l’atmosfera• protegeix de la radiació UV que és molt perillosa per als organismes vius• es destrueix pels gasos que s’emanen a l’atmosfera com a resultat d’activitats

humanes.• la disminució de l’ozó afecta la capacitat de filtrar UV• a través del forat d’ozó els UV poden entrar lliurement causant càncer de pell i danys

a plantes i animals.• els UV són molt calents i poden escalfar la terra i fondre els casquets polars

Es detecten divergències interpretatives en les següents qüestions:• distribució de l’ozó a l’atmosfera• mecanisme pel qual la radiació UV no arriba a la terra.• els gasos específics que destrueixen l’ozó• el significat de “forat d’ozó”• les diferències en el grau de distribució entre tipus de radiació• conseqüències de la disminució de l’ozó

Els punts de més dificultat interpretativa que s’han pogut detectar són els següents:

1. la manca de distinció conceptual entre UV i altres formes de radiació solar

2. la ignorància de mecanisme d’absorció dels UV per l’ozó.

3. la conceptualització de l’atmosfera com una mescla de gasos totalment homogènia.

4. la no localització de la capa d’ozó al voltant de la terra.

10

10

5. La manca d’interpretació del forat d’ozó com un decreixement de la concentraciód’ozó.

Tenint en compte que l’estudi que es podria realitzar amb els nostres alumnessegurament no donaria resultats massa diferents, les conclusions de Christidou iKouladis són d’interés per al professorat de les matèries científiques ja que podengenerar propostes de treball motivadores.

Qüestionari emprat a BOYES- STANISSTREET (1997) Children’s models ofunderstanding of two major global environmental issues (ozone layer and greenhouseeffect)

1 L’ escalfament global (efecte hivernacle) és causat per forats en la capa d’ozó.

2 Si l’escalfament global (efecte hivernacle) augmenta, hi haurà canvis en elclima

mundial.

3 Si els forats en la capa d’ozó es fan més grans, deixaran que més raigs UVarribin

a la terra.

4 Els forats en la capa d’ozó són causats per l’escalfament global (efectehivernacle)

5 Si els forats de la capa d’ozó es fan més grans, permetran que arribin a la terramés raigs de calor.

6 Si l’escalfament global (efecte hivernacle) creix, el fum de les fàbriques podrà pujar més amunt en l’atmosfera.

7 Els forats en les capes d’ozó seran més grans si augmenta la contaminació.

8 Si els forats en la capa d’ozó es fan més grans, deixaran que l’aire fred del’atmosfera s’escapi a l’espai.

9 Els forats en la capa d’ozó seran més grans si en el món hi ha més pluja.

10 El Sol envia raigs de calor cap a la terra.

11 Els forats en la capa d’ozó seran més grans si en el món hi ha més pluja.

12 L’escalfament global (efecte hivernacle) creixerà si arriba més radiació UV a laterra.

13 El forat en la capa d’ozó serà més gran si en el món hi ha més vents forts i méstemporals.

11

11

14 El sol envia raigs UV a la terra.

15 L’escalfament global (efecte hivernacle) és causat per alguns raigs de calor queprovenen de la terra i no poden escapar-se de l’atmosfera cap a l’espai.

16 L’escalfament global (efecte hivernacle) creixerá si a l’atmosfera hi arriben més CFC.

17 L’escalfament global (efecte hivernacle) és causat per aire fred que escapa al’espai a través dels forats d’ozó.

18 Els raigs UV són més calents que els raigs de calor.

19 Els forats en la capa d’ozó es faran més grans si les fàbriques llancen més fum al’atmosfera.

20 L’escalfament global (efecte hivernacle) creixerà

21 Si l’escalfament global (efecte hivernacle) creix, en el món hi haurà més pluges.

22 Els raigs de sol prudueixen forats en la capa d’ozó.

23 Els forats de la capa d’ozó seran més grans si es llancen més CFC a l’atmosfera.

24 L’escalfament global (efecte hivernacle) és causat per l’arribada a la Terra demolta més radiació tèrmica.

25 Si l’escalfament global (efecte hivernacle) creix, en el món hi haurà molts més vents i temporals.

26 Els raigs de sol arriben a la terra a través dels forats en la capa d’ozó però nopoden trobar el forat de sortida.

27 L’escalfament global (efecte hivernacle) creixerà si augmenta la contaminacó del’atmosfera mundial.

Altres qüestions referents a efecte hivernacle

1. La pujada de nivell dels oceans pot ser causada per:a) fusió dels icebergsb) dilatació de l’aigua amb la temperaturac) fusió dels gels de Groenlàndia i de l’Antàrtida

2. Augmenta el nivell de l’aigua quan es fon el gel que sura damunt d’ella?

12

12

3. Hi ha relació entre la fotosíntesi i l’efecte hivernacle?

Seguiment iniciat amb alumnes que han cursat els dos cicles d’ESO i 1rde batxilleratS’ha realitzat la primera part de la prova de seguiment amb alumnes que estan cursantquímica Salters a l’IES Alexandre Satorras de Mataró. Les preguntes es van repartir dinsels primers dies del curs actual i es repetira a final de curs. Es va preparar preguntaoberta per tal d’obtenir una informació més rica. La mostra del model que es varespondre és el destinat a qualsevol alumne. A final de curs es repartirà el segon model,el destinat a alumnes de 2n de batxillerat.

Qüestions sobre “la història del carboni”

Model A : Per a qualsevol nivell

Un dels elements majoritaris del teu cos és el C. T’hauràs preguntat més d’uncop sobre la seva procedència. Imagina’t que has d’explicar a un company declasse tot el que has comprès fins ara del complex viatge dels àtoms de C al llargdel temps.

Explica en forma de text descriptiu, ben clar i entenedor, i ajudant-te d’unesquema o dibuix:

a Un dels camins que pot haver seguit un àtom de carboni des que formava partdel teu cos fins que ha passat a formar part d’un altre animal.

b Les etapes diferentes (algunes d’elles es poden haver repetit moltíssimesvegades) que t’imagines que pot haver seguit un àtom de carboni des queformava part de l’atmosfera primigènia de la Terra - prèvia a l’inici de la vida-fins a formar part del teu cos.

Model B: Per a segon de batxillerat

Un dels elements majoritaris del teu cos és el C. T’hauràs preguntat més d’uncop sobre la seva procedència i el seu destí. (Imagina’t que a l’examen deselectivitat has de respondre les dues qüestions següents sobre els llargs viatgesdels àtoms de carboni i que se’t puntuarà tant els textos com els esquemes)

Explica en forma de text descriptiu, ben clar i entenedor, sense evitar captecnicisme, i ajudant-te d’un esquema o dibuix:a Alguns dels camins que pot haver seguit un àtom de carboni des que formavapart del teu cos fins que ha passat a formar part d’un altre animal.b Les etapes diferentes (algunes d’elles es poden haver repetit moltíssimesvegades) que t’imagines que pot haver seguit un àtom de carboni des que

13

13

formava part de l’atmosfera primigènia de la Terra - prèvia a l’inici de la vida-fins a formar part del teu cos.

Anàlisi de les respostes a les qüestions sobre “la història del carboni”I Sobre la respiració

1.1 Esmenta la respiració animal1.2 Descriu la respiració com un procés físic1.3 Descriu la respiració com un procés químic1.4 Fa l’associació respiració- oxidació1.5 Esmenta la respiració vegetal

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5Sí 35 24 8 5 0No 2 10 25 27 32NS/NC 1 4 5 6 6

II Cap on va el carboni del nostre cos2.1 Esmenta l’atmosfera2.2 Esmenta el sòl2.3 Esmenta la hidrosfera

2.1 2.2 2.3SÍ 34 8 0NO 1 26 35NS/NC 3 4 3

III Cap on va el carboni dels vegetals3.1 Són aliment dels vegetals3.2 Procés de putrefacció3.3 Va al sòl3.4 Va al medi aquàtic3.5 Va a l’atmosfera3.6 Va al subsòl

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6Sí 32 10 10 1 2 0No 4 21 21 21 25 25NS/NC 2 7 7 16 11 13

IV Sobre cadenes tròfiques4.1 Esmenten que els cossos morts són assimilats per altres animals superiors4.2 Esmenten que els cossos morts es podreixen en el sòl4.3 Esmenten l’acció de microorganismes i petits animals i vegetals4.4 Fan referència a cadena tròfica

14

14

4.5 Esmenten el medi aquàtic

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5Sí 7 9 4 11 0No 19 20 24 17 25NS/NC 12 9 10 10 12

V Sobre la fotosíntesi5.1 Esmenta que el CO2 atmosfèric és captat per les plantes5.2 Esmenta la fotosíntesi5.3 Esmenta la fotosíntesi i respiració de les plantes

5.1 5.2 5.3Sí 30 23 0No 1 11 29NS/NC 7 4 9

VI Diferències entre cicle curt i cicle llarg6.1 Manté el mateix esquema6.2 Afegeix l’atmosfera superior6.3 Afegeix microorganismes primitius6.4 Afegeix medi aquàtic

6.1 6.2 6.3 6.4Sí 17 11 11 3No 10 13 15 23NS/NC 10 14 12 1

Primeres conclusions :Les idees que afloren majoritàriament de manera espontània són les següents:• en la respiració animal, entra oxigen i surt diòxid de carboni• les plantes capten diòxid de carboni i alliberen oxigen• el carboni vegetal passa al cos dels animals per la digestió

Les idees que s’ometen ( s’ignoren o espontàniament no es relacionen) :• formació de petroli• formació de carbó• les roques calcàries• les aigües carbonatades• els sediments soterrats• el procés químic de la respració• la respiració vegetal• les cadenes tròfiques• el medi aquàtic• els oceans

15

15

No es menciona cap part de la hidrosfera: la interacció entre l’atmosfera i els oceans, lavida marina, els processos dinàmics dels oceans, l’acció dels rius, llacs i de les aigüessubterrànies, etc. (A Mataró s’ignora el mar?)

No es menciona el subsòl ni com a reservori estàtic ?? ni la contínua activitatgeodinàmica. (L’asfalt l’ha fet totalment impermeable? )

En general es detecta un model antropocèntric i molt limitat, amb una àrea d’influènciad’uns quants km2, una profunditat del sòl d’uns quants metres i una altura de l’atmosferauns quants hectòmetres. Tota les interaccions que es descriuen són molt properes enl’espai i en el temps. La resta es considera estàtica com si on ens trobem fos un petitrecinte tancat i aïllat.

En qüestions de medi ambient, també des de la matèria de química, falta construir elconcepte de globalitat en un planeta que “es mou” constantment.

Per interpretar els fenòmens ambientals cal aprofundir el els conceptes d’equilibridinàmic, d’estat estacionari , de cicles naturals de matèria i d’energia que conduiran a lacomprensió dels fenòmens globals.

5.3 Diòxid de carboni i llibres de textEn l’annex 3 hi adjuntem l’anàlisi d’uns quant llibres de text publicats per a l’ESO id’uns quants llibres anglesos d’ensenyament secundari. Hem anotat les explicacionsconceptuals, les qüestions, les activitats pràctiques que consten en cadascun d’ells.En la major part dels llibres de ciències de la naturalesa de l’ESO s’hi troben elssegüents continguts conceptuals que tenen relació directa o indirecta amb al cicle delcarboni:-l’aire i els seus components-oxidació, combustió, respiració-carbonat de calci, òxid de calci, hidròxid de calci, diòxid de carboni-els òxids del carboni-carbó, petroli, combustibles-àcids i àlcalisEn alguns textos per a l’ensenyament secundari les referències al cicle del carboni sónmés extenses i explícites que les que acabem de mencionar. Temes com els següents:-Fotosíntesi-Cicle de les roques-Balanços energèticsSintetitzem a grans trets un dels resums que hem adjuntat a l’annex sobre un dels llibresanglesos:-Al.lotropia del carboni: grafit, diamant i fullerens.-Química del carboni inorgànic:

Pedra calcària, carbonats i hidrogenocarbonats, diòxid de carboni.Procedència de la pedra calcària. Usos directes i indirectes de la pedra calcària.Problemàtica de l’extracció de pedra calcària.Propietats dels òxids del carboni. Usos del diòxid de carboniEl cicle del carboni

16

16

-El cicle de les roques-Atmosferes i oceans

El desenvolupament de l’atmosferaEstructura i composició de l’atmosfera

Obtenció i propietats dels gasos de l’atmosferaRecursos en els oceansEl cicle de l’aiguaLa contaminació

La introducció dels temes Atmosferes i oceans i El cicle de les roques en els programesde química és una de les innovacions que va sent acceptada pel fet de donar a la químicaun contingut més contextualitzat.

Exemples d’Informació sobre l’efecte hivernacle en diversos textos:

Exemple1 (nivell ESO)

• Si no hi hagués efecte hivernacle la temperatura de la Terra seria de -18ºC en lloc de+15ºC. la temperatura mitjana de la Terra ha pujat 0,25ºC entre 1880 i 1940 i vatornar a baixar cap el 1970. Des del 1970 ha tornat a augmentar. Des decomençament de segle ha pujat 0,5ºC.

• El nivell del mar ha pujat 15 cm i és probable que pugi més. Això es deu a ladilatació de l’aigua.

• Els problemes derivats de l’augment de temperatura són:a pujada del nivell dels oceansb canvis en la direcció dels ventsc canvis en les pluges; desertització de zones allunyades del mar.

Exemple 2 (Salters 12-16):• Encara no tenim prou informació sobre com funciona el clima per predir què passarà

en el futur. De totes maneres, l’augment de la concentració de CO2 i d’altres gasos enl’atmosfera tendirà a causar una pujada de la temperatura global. No tan sols el CO2

sinó altres gasos com el CH4, produït per una bactèria en els camps d’arròs i en eltub digestiu dels herbívors, pous de gas natural; els NOx produïts per fertilitzants,combustió de derivats del petroli; CFCs, que s’utilitzen en aerosols i en circuits derefrigeració.

• Actualment el 70% de l’energia és monopolitzat pel 20% de la població mundial.

• Les causes principals de l’augment de CO2 són la destrucció dels boscos i lacombustió dels combustibles fòssils.

• La destrucció de 5 x 106 hectàrees de boscos ha afegit 1,5 x 109 tones de CO2 al’atmosfera.

• Si parés la fotosíntesi del plancton, la concentració de CO2 es doblaria cada any.• La producció de CO2 per combustió és de 20 mil milions de tones cada any.• El CO2 i el CH4 augmenten la temperatura de la Terra.

17

17

Efectes:-Tempestes, huracans, inundacions-Elevació del nivell del mar degut a fusió de glaciars i a dilatació. Pujada de 0,2 a 1,5 m.-Canvis d’habitat de la fauna costera.

• Des 1957 fins ara ha anat augmentant la cncentració del CO2 a l’atmosfera• Fa 10 000 anys hi havia la mateixa concentració que el 1850: 270 ppm• Si la concentració es dobla, passa a 540 ppm la temperatura pot créixer 2ºC. Això pot

passar en els propers 100 anys.• Hi ha altres gasos de producció humana que també poden produir efecte hivernacle i,

en conseqüència, el procés de canvi es pot accelerar.

Exemple 3: Informacions addicionals per al batxillerat:Gasos amb efecte hivernacle CO2

• Producció androgènica: combustibles fòssils, deforestació, destrucció dels sòls.• Fonts naturals: respiració, volcans, desgasificació de l’aigua, oxidació de matèria

orgànica.• Eficiència d’absorció: 1 (valor de referència)• Contribució actual a l’efecte hivernacle: 57%

O3.• Producció androgènica: smog fotoquímic

• Fonts naturals: descomposició fotoquímica a l’estratosfera; reaccions químiquesa la troposfera.

• Eficiència d’absorció: 2000• Contribució actual: 8%

Freons: (CCl3F i CCl2F2)• Eficiència d’absorció: 15 000• Contribució actual: 12%

CH4

• Androgènic: rumiants per al consum, fotolisi d’asfalt, conreus d’arrós, gasnatural, residus sòlids orgànics.

• Natural: Termites, rumiants.• Eficàcia d’absorció: 25• Contribució: 12%.

N2O :• Origen humà. En les cobustins de combustibles fòssils, en la combustió de

biomassa, a partir dels adobs.• Origen natural: formació natural per microorganismes en el sòl i capes d’aigua.• Eficiència d’absorció: 23• Contribució actual: 6%

18

18

Altres informacions• L’augment de raigs UV sobre el mar afecta les plantes capaces d’absorbir el CO2

• La molècula de CO2 té bandes d’absorció en la regió infrarroja de l’espectreentre 12 i 18 µm.

• Quan augmenta la concentració de CO2, també augmenta l’absorció de l’energiairradiada per la Terra, de manera que l’energia que s’allibera globalment quan estorna a irradiar a temperatura més baixa, la de l’alta atmosfera, té un valor mésbaix del que tindria si no hi hagués hagut l’absorció per part de la baixaatmosfera.

• Els oceans contenen 60 cops més de CO2 que l’atmosfera i poden absorbir CO2

quan es barregen els nivells inferiors amb els intermitjos.• L’augment de concentració de CO2 estimula el creixement més ràpid de les

plantes.

19

19

5.4 Continguts en la matèria de ciències de la terra i del medi ambientEn els centres escolars de secundària, per un treball en equip dins el departament deciències de la naturalesa cal que el professorat de química de batxillerat conegui quinssón els continguts de ciències de la terra i del medi ambient i com es desenvolupen en elseu centre.Respecte al tema que ens ocupa, els continguts que es poden complementar desd’ambdues matèries són els següents:• Definicions de medi ambient, biosfera, temps de residència dels gasos en l’atmosfera,

etc.• Cicle de l’energia: la gran màquina climàtica amb totes les seves parts en acció, al• Circulació de matèria i energia en la biosfera• Cicle del carboni• Cicle de l’oxigen• Cicle del nitrogen• Cicle de hidrològic• Interacció entre el cicle del carboni i el cicle del silici

Es defineix el medi ambient com el conjunt de components físics, químics, biològics isocials capaços de causar efectes directes o indirectes a curt o llarg termini sobre elséssers vius i sobre les activitats humanes.

Es defineix la biosfera com la coberta de la vida, es a dir, l’àrea ocupada per la matèriaviva. Podríem dir que és el sistema format per tots els éssers vius que habiten la Terra.

Des del punt de vista termodinàmic, la biosfera és un sistema obert, ja que intercanviaenergia i matèria amb l’exterior.

Les substàncies oxigen, aigua, diòxid de carboni, fósfor i nitrogen es reciclen a través dela resta dels sistemes del planeta (atmosfera, hidrosfera i geosfera)

L’energia és retinguda en les estructures de la biosfera durant el màxim de tempspossible i finalment és alliberada en forma de calor.

Entrades:energia solar, O2, aigua CO2, P, N2 que són integrats en la Biosfera (productors/consumidors/ descomponedors)Sortides: calor, O2, H2O, CO2 , P, N2 que van a Atmosfera/Hidrosfera/Geosfera

Radiació e.m. ----→ Terra-----→ IR

La màquina climàtica :Interelació entre : atmosfera, biosfera, hidrosfera, geosfera , criosfera .

La coordinació científica en aquestes matèries hauria de menar a missatge comuns del’estil dels següents:• Per evitar la sobreexplotació de recursos del planeta i afavorir la igualtat social del

éssers humans, hem d’aprendre a viure dels rèdits i no del capital.

20

20

• La revolució industrial es basà el l’ús del combustibles fòssils. Cal substituir el seuús pel d’altres recursos energètics amb menys cost i amb menys impacte ambiental.

5.5 Informacions útils sobre cicle CO 2 i canvi global

5.5.1Quatre mil sis-cent milions d’anys d’històriaEl nostre planeta és molt dinàmic i complexLes teories sobre els 4 600 x 106 anys del nostre planeta basades en un enfoc dinàmic,de canvi constant, són molt recents. Wegener publicà la sea obra “L’origen delscontinents i dels oceans” en alemany el 1912 i en anglès el 1924.Les idees que s’hiexposen són la base de la teoria de tectònica de plaques de 1963. El terme Pangea ésuniversalment admès.Les teories sobre el passat són revisables constantment ja que ningú sap amb certesaquines eren les condicions exactes que van succeir.

L’atmosfera primitivaEs creu que les condicions de l’atmosfera primitiva eren molt reductores, amb nitrogen,hidrogen, metà i amoníac, a més de vapor d’aigua i diòxid de carboni. Quan lasuperfície del planeta es va refredar es va aconseguir una primera fase quen l’aigua vapoder romandre en estat líquid. Va poder començar un cice hidrogeològic similar al’actual. l’aigua a la supefície del planeta podia dissoldre el diòxid de carboni iniciar unequilibri entre el CO2 atmosfèric i el dissolt als oceans. La quantitat de CO2 dissolt eramolt més gran que la que restava a l’atmosfera.

La carència de gasos nobles a l’atmosfera actual és interpretada per Cloud (1972) comuna pèrdua significant de l’atmosfera primitiva dee la Terra que pot deure`s al’aaproximació i captura de l’òrbita de la Lluna, un planeta com Mercuri i Mart que eramassa petit per retenir la sevaa pròpia atmosfera indefinidament. Aquest aconteixementdata de fa 3 600 milions d’anys en què la fricció causada per les marees fou amb totprobabilitat suficient per induir la fusió sota l’escorça terrestre i es devien formar lesmés velles roques metamòrfiques.

L’oxigen ha estat i encara és el l’element més abundant en l’escorça terrestre, prop del47%. En aquesta atmosfera més primitiva pràcticament no hi havia oxigen lliure. Es potsaber per la manca d’oxidació en les roques antigues. Per consegüent, no hi haviareaccions de trencament homolític per UV de l’oxigen que conduissin a la formació dela capa protectora d’ozó a l’atmosfera exterior. Les intensitats UV devien ser molt mésfortes que avui tot i que no sabem exactament quina era l’activitat termonuclear del Sol .El paper de la llum UV en la iniciació dels processos de la vida fou molt important. Laprotecció de les molècules vitals de la llum UV era tan important abns com ara.Les fluctucions periòdiques del nivell de l’aigua i de la circulació de nutrients que vanseguir la captura de la Lluna van tenir un paper important en la formació dels primersnichos biològics en les zones inter-marees que deurien facilitar la quimica prebiòtica il’associació de les primeres cèl.lules vives..

No hi ha dubte que la producció dels primers biopolímers i el desenvolupament de lesprimeres cèl.lules vives va succeir en aquest planeta amb recursos endògens.

21

21

Les primeres cèl.lules Eren procariotes i anaeròbiques i es van desenvolupar cap els 3400 MYBPAlguns procariotes eren fotosintètics i usaven la llum com a font d’energia i l’hidrogencom a potencial reductor. Podien assimilar el carboni a partir del diòxid de carboni, peròsegurament també adquirien el carboni i el nitrogen de substractes orgànics externs. elsprimers procariotes eren probablement heteròtrofs.Més tard alguns procarotes van desenvoupar la capacitat de reduir el dinitrogen , cosaque no van tansmetre permanentment a les cèl.lules eucariotes.

La presència de l’oxigenFins fa 2 000 milions d’anys la concentració de l’oxigen atmosfèric no va començar acréixer significativament com a producte de l’activitat fotosintètica dels organismesprocariotes, que van començar a emprar els ions hidroxil de l’aigua com a donadorsd’electrons. Fins aquell moment, els ions tiol deurien haver fet la mateixa funció.

Concentració de CO2 atmosfèric en el passatD’on prové el CO2?Els volcans i altres zones d’activitat termal adjacents a intrusions ígnees proporcionenun bon subministre de CO2, H2O, SO2 i cendres a l’atmosfera. Gran part del carboni útilpot haver-se lluirat a l¡atmosfera i els oceans en aquestes emanacions primitives.El creixement dels procariotes marins es feia per fixació del CO2 dissolt en els oceans,la qual produïa un increment de l’O2 atmosfèric i un progrés en la formació de materialcarbonatats i silícics.

L’activitat volcànica continua subministrant un camí perquè el carboni de l’escorça i delmantell de sota passi de la geosfera a la biosfera. Amb el moviment de les plaques del’escorça, l’examplament del fons marí i la subducció han portat materials carbonatatsde l’escorça al mantell i d’aquí, pels vocans, a l’atmosfera , ara proporcionant uncomponent reciclat a l’emisió de CO2 des d’aqeusta font.

L’emanació volcànica és una explicació a la presència de C-14 en el CO2 natural. L’altrafont de C-14 és el bombardeig del N atmosfèric pels raigs còsmics. Com que lasemivida del C-14 és de 5568 anys, la tècnica de datació per isòtops radioactius nomésés vàlida per a materials vius, animals o vegetals, recents; no ens aporta cap informaciósobre l’edat d’antics materials d’origen biològic o sobre la presència de concentracionsde CO2 en el passat.

El passat remotÉs molt probable que les concentracions de CO2 en el passat fossin molt altes. Lescianobactèries modernes, els protistes i les algues unicel.lulars, creixen creixenràpidament amb concentracions de CO2 tan altes com un 5% en volum.

Carboni orgànic i carboni inorgànicSegons com es plantegi la química , la separació clàssica en química orgànica i químicainorgànica pot induir a una barrera mental entre el carboni dels carbonats i el carboni

22

22

del hidrocarburs com si es tractés d’elements diferents: el carboni dels compostosorgànics i el carboni inorgànics.

Carboni inorgànic:CO2 i les espècies relacionades, els carbonats i hidrogencarbonats.Carboni orgànic:El dels organismes (vius i morts) i el dels combustibles fòssils i dipòsits orgànicsfinament dspersos en les roques i molècules orgàniques dissoltes en l’aigua i al’atmosfera.

La diferència fonamental entre ambdues formes de carboni és l’estat d’oxidació, lamateixa que existeix entre un metall i els seus compostos. Cal insistir que en el cas delcarboni hi ha un continu bescanvi entre les formes orgàniques i inorgàniques. Labiologia i la geologia unides per la química!

El carboni inorgànic és l’estat oxidat que es redueix a carboni orgànic durant lafotosíntesi. Procés que succeeix en les plantes verdes i que requereix energia en formade llum solar.El carboni orgànic, que és un estat reduït, és susceptible d’oxidació per l’oxigenatmosfèric. Aquest procés pot succeir en absència d’organismes vius. No obstant això,generalment l’oxidació és biològica i s’anomena respiració.

L’oxidació del carboni orgànic és exotèrmica. Podem imaginar que és l’alliberament del’energia solar capturada en el procés de la fotosíntesi que tant les plantes com elsanimals necessiten pel manteniment de les funcions corporals.

Més del 99% de la matèria del cicle del carboni es troba a l’escorça, present tant enforma orgànica com inorgànica. Aquest reservori té una velocitat de transformació moltpetita: la major part del carboni de l’escorça no és apte per al cicle. El temps deresidència del carboni en l’escorça és extremadament elevat: 2,7 x 105 anys.El carboni orgànic del medi aquàtic es transforma en carboni inorgànic. El carboniorgànic és dipositat en sediments quan la velocitat de fotosíntesi és més gran que lavelocitat d’oxidació biològica i no biològica. Per exemple, en les aigües estancades enquè la demanda biològica d’oxgen és superior a la velocitat de subministrament del’oxigen des de l’atmosfera.

La part majoritària del carboni orgànic de l’escorça es presenta en forma de dispersionsfines en les roques sedimentàries com els esquists. En més petita proporció, també hi hadipòsits en què els composts orgànics són majoritaris. Aquests dipòsits són de granimportància econòmica i ambiental: petroli, gas i carbó.

El temps de residència del diòxid de carboni a l’atmosfera és relativament curt (3,2anys). És aproximadament el temps que cal perquè la baixa atmosfera es barregi. És peraixò que no és estrany que hi hagin variacions locals en els nivells del CO2 del’atmosfera. Encara més, podem preveure que petites pertorbacions relatives del fluxd’entrada o de sortida del carboni atmosfèric poden alterar la grandària total d’aquestreservori.

On va el gas carbònic

23

23

El conjunt de processos químics en què intervé el carboni és amplíssim i comprènprocessos d’una gran complexitat.

• Cada any s’aboquen a l’atmosfera 6 000 000 000 tones de C en forma de CO2.Només se’n reté el 50%.

• La totalitat del CO2 de l’atmosfera es renova cada 8 anys per bescanvi amb l’aceà.

• Tot el diòxid de carboni de la Terra passa a través del cicle de la fotosíntesiaproximadament cada 300 anys; l’oxigen, cada 2x103 anys i l’aigua dels oceans cada

2x106 d’anys.

• Cada àtom de carboni del nostre cos ha passat moltes vegades pel cicle de lafotosíntesi.

• La massa de carboni que és fixada com a hidrat de carboni és 2 x 1011 tones cada any.

El C de l’oceà està regulat per la formació dels sediments marins, rics en CaCO3. L’oceàregeix la concentració de l’atmosfera.

El cicle oceànic del carboni inclou l’equilibri entre les espècies químiques: CO2, HCO3-,

CO32- i els complexos orgànics.

CO2+ 2H2O ⇔ 2H3O+ + CO3

2-

HCO3- + H2O ⇔ H3O

+ + CO32-

HCO3- 90%

CO32- 5%

CO2 1%

Complexos orgànics 5%

Els complexos orgànics es deuen a l’activitat biològica de la superfície. Són transportatsdurant molt temps per corrents abans de reoxidarse en espècies minerals.

Sediments inorgànics: 2,16 x 1021 mol de C

Carboni orgànic:sediments 6,7 x 10 20 mol de C

carbó 291 x 1015 mol de Cpetroli 19,1 x 1015 mol de Cgas 11,6 x 1015 mol de Cbiomassa viva 46,6 x 1015 mol de Cbiomassa morta 99,9 x 1015 mol de C

24

24

5.5.2 Dades generals sobre els oceansLes aigües oceàniques constitueixen un enorme magatzem de substàncies minerals queparticipen del cicle de transformació de les roques. Les sals de l’aigua marinaprocedeixen en gran part de les roques dels continents, les quals són retornades a la terrasòlida en forma de roques sedimentàries. Per tant, les roques sedimentàries deuen el seucaràcter a l’ambient oceànic.L’aigua marina sustenta innombrables organismes que segreguen matèria mineral ambla que formen els recobriments durs i, en una proporció important, contribueixen alssediments marins. És important conèixer les propietats químiques de l’aigua marina i elsprocessos que afecten els oceans.

Dades generals:• Ocupa el 71% de la superfície terrestre• Profunditat mitjana de 3 800 m• Volum mundial: 1,37 x 109 km3

• És el 92% de l’aigua lliure del planeta• En els glaciars hi ha el 2,8% de l’aigua lliure del planeta.

Masses comparatives:

massa / kgatmosfera 0,0052 x 1021

oceà mundial 1,43 x 1021

tota la Terra 5983 x 1021

Estructura tèrmica dels oceansLa temperatura determina la densitat i influeix en l’abundància de determinades espèciesd’organismes marins productors de sediments que viuen suspesos en les capes altes del’aigua.Per a latituds no polars, podem generalitzar la distribució de les aigües oceàniques entres capes: l’aigua superior és càlida en latituds equatorials i tropicals per la irradiació lallum solar. Es pot considerar com una capa uniforme d’uns 500 m i una temperatura de20ºC a 25 ºC. Sota aquesta capa càlida la temperatura disminueix cap avall. Aquestacapa de canvi ràpid de temperatura, que pot tenir un gruix de 500 a 1000 m s’anomenatermoclina. A latituds baixes la temperatura sota la termoclina va disminuint des de 5ºCfins a 1ºC , quan la profunditat és de prop dels 4 000 m. A latituds àrtiques lestemperatures superficials tenen valors propers als 0ºC i els canvis de temperatura ambl’augment de profunditat són molt dèbils.

Salinitat de l’aigua de marLes proporcions mutues en què es troben els diversos ions en l’aigua marina sónpràcticament constants en tots els oceans; ara bé, las salinitat de l’aigua (massa de salsdissoltes en una massa d’aigua) varia molt segons el punt de la superfície i segons la

25

25

profunditat. El valor mitjà de la salinitat és de 34,5 g de sal per 1000 g d’aigua. ( o sigui,una salinitat del 3,45%) En general, fluctua entre el 3,3 i el 3,7%. Així com la mar Rojaté una salinitat extrordinàriament alta, del 4,0 %, algunes zones properes al’aiguabarrreig dels grans rius tenen salinitat més baixa.La salinitat dels diversos oceans és lleugerament variable però la proporció dels diversoscomponents és gairebé constant. S´ha d’exceptuar el cas dels estuaris y de les zonescostaneres poc profundes, sobre tot si estan habitades.Els ions més abundants són:Na+ y Cl- que constitueixen el 85%Na+ , Mg2+ , Ca2+ , K+ , Cl- , SO4

2- , HCO3-, Br- que constitueixenel 99,9%

Quan es va formar la Terra, va quedar aigua atrapada entre els materials que laformaven. Part d’aquesta aigua fou alliberada per acció dels volcans y de les fontstermals. Aquesta aigua ha aportat y aporta gran quantitat de soluts als oceans.

La salinitat de l’aigua de riu sol ser inferior a 500 ppm, mentre que la de l’aigua de marés 35 000 ppm.

La concentració d’ions sodi y clorur en l’aigua de riu és molt petita y en bona part provédirectament del mar des d’on és arrossegat a l’atmosfera y torna als rius amb la pluja oamb la neu. El clorur sòdic no prové en general de l’erosió de les roques, que és l’origende la resta d’ions.

5.5.3 Grans de carbonatsEls grans de carbonat són formats pr precipitació i tenen origen marí.

Sediments recents de carbonats marinsa carbonats oceànics d’origen pelàgic. Distribuïts àmpliament en els oceans. Els fangscalcaris s’acumulen lentament en les profunditats màximes oceàniques de 3,5-5 km.b carbonats de conquilles d’origen tropical i subtropical.

c carbonats de conquilles d’origen temperat. Són més extensos que el que se sol pensar.Són totalment d’origen biogènic.d molta aigua dolça i llacs sobresaturats contenen partícules de carbonats.

La composició de l’aigua dolça i de l’aigua de marComparem les composicions mitjanes:-la concentració de sòlids dissolts en l’aigua de mar és 300 cops més elevada que la del’aigua dolça.-la relació de cations i anions per ordre decreixent d’abundànciaen l’aigua de mar són:

Na+, Mg2+, Ca2+ , K+, Cl- , SO4 2-, HCO3

-, i en aigua dolça són:

Ca2+ , Na+ , Mg2+ , HCO3 -, SO4

2-, Cl -.

L’aigua de mar no és simplement aigua dolça. Prové de l’evaporació i de ladiferenciació químico-biològica.

26

26

L’aigua de riu conté la [ Ca2+] molt més alta proporcionalment que l’aigua de mar.

Primitivament devien ser molt semblants i, amb el temps, la relació [ Mg2+] / [ Ca2+]ha anat creixent de 0,25 fins a 5 degut a la precipitació biològica.

La propietat més rellevant de l’aigua de mar és que es tracta d’una dissolució reguladorad’elevada força iònica.Conté ions que exerceixen una gran influència sobre el pH. L’aigua de superfície té unpH de 7,8-8,3.

Considerem la força iònica: la solubilitat és més gran quan coexisteixen altres ions. Alvoltant dels ions Ca2+ i CO3

2- s’hi distribueixen els ions de càrrega oposada formant unnúvol que evita la seva aproximació mutua i, en conseqüència la precipitació delcarbonat de calci. La solubilitat creix.

Com més gran és la càrrega dels ions espectadors, més gran és l’efecte de la forçaiònica. Se sol dir que la solubilitat de l’aigua de mar es deu a la formació d’ionscomplexos i de parells d’ions.

La força iònica de l’aigua de mar és 0,7, mentre que la de l’aigua dolça és prop de 0,002.Per aquesta diferència en la força iònica, el CaCO3 és molt més soluble en aigua de marque en aigua dolça.

Minerals de carbonat: calcita i aragonitPoden formar-se per precipitació inorgànica o per secreció biol``ogica en les parts duresde molts organismes.L’aragonit no sol precipitar a partir d’aigua dolça. És metaestable a condicions de lasuperfície terrestre, és un equilibri de carbonat a alta pressió: inversió calcita- aragonit iaragonit dissolt.La semblança de la mida dels ions Mg2+, Fe2+, Mn4+ fa que hi hagi calcites amb unadeterminada proporció del sions esmentats substituint al calci. Hi ha calcites Ca1-

xMgxCO3 en les quals 0,01< x < 0,25 i sempre << 4.Les calcits amb més d’un 5% de MgCO3 s’anomenen calcites d’alt contingut enmagnesi. El contingut en magnesi de les parts dures d’organismes depèn de latemperatura. En aigua calenta hi ha més magnesi. El Fe2+ dóna lloc a calcites ferroses iel Mn4+ produeix liminiscència.

5.5.4 Energia i biosferaLa utilització dels combustibles fòssils com a font d’energia és un procés químic ques’ha de valorar en el context global de tota la biosfera.L’energia que utilitzen els pobles és en funció del seu grau de desenvolupament. Amb elprogrés i l’augment demogràfic la demanda energètica és cada cop més elvada.Apuntem algunes consideracions sobre quines repercusions a gran escala poden tenirlloc pel fet d’obtenir l’energia a partir de la combustió de combustibles fòssils:• Alliberant l’energia emmagatzemada en els combustibles fòssils i atòmics, els

humans acceleren els lents cicles de la natura.• Els gasos residuals de la producció d’energia s’incorporen als cicles ràpids de la

biosfera.

27

27

• Estem accelerant els cicles lents de la natura amb inevitables efectes sobre elsmateixos cicles.

5.5.5 Influència sobre la vida de l’excés o del defecte de CO2

Una concentració excessiva de diòxid de carboni, com és el cas de l’acumulació que esdóna en un celler mal airejat, pot ser nociu per a la vida, però una quantitat insuficientde diòxid de carboni en l’atmosfera no permetria el desenvolupament de les plantes i, enconseqüència afectaria la vida de tots els éssers vius del planeta.

Les experiències en hivernacles evidencien que un augment de diòxid de carboni en elrecinte de l’hivernacle afavoreix el creixement ràpid de les plantes sempre i quan puguinobtenir del sòl l’aliment mineral que necessiten. Fa temps que es practica endesenvolupament de llavors i el conreu de verdures d’hivernacle.

Podríem preguntar-nos si, a gran escala, la massa vegetal de la Terra no pot donarresposta a l’augment de diòxid de carboni de l’atmosfera, generant més massa vegetal ifixant l’excés de diòxid de carboni. S’ha observat que la resposta vegetal només éssatisfactòria en el cas de terrenys fèrtils. La resposta de la vegetació global, per ara, noés significativa. El diòxid de carboni atmosfèric des dels inicis de la revolució industrialfins ara ha augmentat considerablement i no ha estat regulat per la resposta vegetal.Probablement cal un temini molt més llarg, massa llarg per resoldre problemes de canviclimàtic global que es plantegen actualment.

Les plantes que viuen en ambients amb una elevada concentració de diòxid de carbonies desenvolupen més depressa pel fet que sintetitzen més hidrats de carboni. Si el sòl noels aporta la quantitat suficient de nutrients minerals, es desproporciona la composiciódels vegetals, els quals, en ser deficitaris en determinats components, al seu torn,generen canvis en la diversitat d’essers vius que els envolten.

Els càlculs de les quantitats que corresponen a la biosfera com a enbornal de diòxid decarboni donen uns valors màxims entre el 6% i el 7% sobre la producció primària neta.Per les dades de què disposem fins ara, podem predir que la societat no pot esperar queles previsions de canvi global siguin resoltes per la resposta de la biosfera, ja queaquesta tindria lloc molt temps després que les reserves de combustible fòssil s’haginexhaurit.

28

28

5.5.6 Cicle de l’oxigen cicle del carboni i cicle de l’aigua La composició i les característiques bioquímiques de la biosfera actual és conseqüènciade la història del nostre planeta la qual es troba enregistrada en la composició de lesroques i fòssils.

La vida pluricel.lular diferenciada es va desenvolupar després d’aparéixer l’oxigen lliurea l’atmosfera.

Les cèl.lules dels vegetals pluricel.lulars diferenciats, els metazoos, obtenen l’energiadescomponent el combustible que va sintetitzar gràcies a la fotosíntesi, en el procésanomenat respiració per al qual necessiten oxigen.

Les formes avançades de vida animal no haurien estat possibles sense els elevatsdespreniments d’energia característics del metabolisme oxidant. Per altra banda,l’oxigen lliure és potencialment destructor de totes les formes de vida basades en elcarboni.

La major part dels organismes han hagut d’ “aprendre” a realitzar les oxidacionsanaeròbicament al principi traient hidrogen als aliments en lloc de’afegir oxigen. Elprocés anaeròbic anomenat “fermentació” és una forma de vida primitiva que serveixde base a altres tipus de metabolisme.

En el origen de la vida es van desenvolupar sistemes que van protegir-la i li vanproporcionar defenses químiques en contra de l’O2, O3 i O.

Les necessitats energètiques de les formes superiors de vida només es pot assolir pelmetabolisme oxidatiu.

Oxidació de la glucosa: 686 kcal/ molFermentació de la glucosa: 50 kcal/mol

L’oxigen lliure surt de la vida i manté la vida.

Pràcticament tot l’oxigen lliure actual a l’atmosfera és d’origen geològic. Part del’oxigen ha passat a ozó, el qual filtra algunes radiacions d’alta energia que arriben a laterra. l’oxigen també es combina amb altres elements de l’escorça terrestre.

Hi ha una íntima interacció evolutiva entre la biosfera, l’atmosfera, la hidrosfera i lalitosfera.

Cicle de l’aigua:Per a tota l’aigua que existeix (15 x 1018 m3 ) el cicle dura 2 000 000 anys

----fotosíntesi---→ H2O O2

←---resspiració-----

29

29

Cicle de l’O2:

Dura 2 000 anys

-------------------------→O2 de l’atmosfera O2 de la biosfera

←--fotosíntesi-------------

Cicle del CO2 :

Dura 300 anys

→---------respiració-------------------------------→

animals i vegetals CO2

←---litosfera---hidrosfera--- atmosfera----biosfera---←

L’oxigen representa ¼ dels àtoms dels elements que constitueixen la matèria viva.Tota la matèria orgànica es forma en els processos fotosintètics.CO2 + H2O + hν → (CH2O)n +O2

Després de la fotosíntesi, la matèria orgànica experimenta transformacions químiquesque representen canvis energètics en les molècules orgàniques. Es formen compostosmés oxidats i compostos més reduïts que els carbohidrats.

Més oxidat → menys energèticMés reduït → més energètic

Transformacions principals que impliquen oxidació o reducció:-substracció o addició d’àtoms d’hidrogen-augment d’aigua i deshidrogenació-augment d’oxigen

Descomposició:CH2 O + O2 → CO2 + H2O + energia(L’oxigen dels hidrats de carboni és el que formarà el CO2 i l’oxigen molecular passaràa formar part de l’aigua)

Fonts no vives d’àtoms d’oxigen: CO2, H2O i O2 ; SO42- i NO3

-

L’oxigen és el receptor d’electrons en les oxidacions biològiques i el receptord’hidrogen.

Oxidació de molècules orgàniques:a) oxigenació = addició d’oxigenb) deshidrogenació= sustracció d’hidrogenc) hidratació i deshidrogenació = addició d’aigua i substracció d’hidrogen.

30

30

L’oxigenació no es presenta en la respiració ja que l’oxigen només serveix d’acceptord’hidrogen.

Evolució de les relacions entre els organismes i l’oxigen

Inicialment l’atmosfera no contenia oxigen lliure. Els gasos que sortien de l’interior dela terra eren mancats d’oxigencom ho demostra la composició química de les roques demés de 2 000 milions d’anys.El primer organisme viu va haver de dependre de l FERMENTACIÓ. Er anaerobi iheteròtrof. Algun eobiont (forma primitiva de vida) es convetí en autòtrof fa 3 000 000000 anys.

Es troben registres de sediments massius oxidats anteriors a les primeres proves del’oxigen atmosfèric en roques de 1 800 milions d’anys i no n’hi ha en estrats mésrecents. La prova són les formacions de fero en bandes (sediments alternativament rics ipobres en ferro)

Els primers fotoautòtrofs poden haver utilitzat compostos de Fe2+ com a acceptors del’oxigen expulsat per ells com a producte tòxic de rebuig.

4FeO + O2 → 2Fe2O3 (o bé Fe3O4 )Els desequilibris d’oferta i demanda expliquen la naturalesa cíclica del tipus deformació del fero en bandes.Un cop formats els enzims mediadors d’oxigen, l’oxigen creat pels fotoautòtrofs aniriaaugmentant en l’oceà i començaria a escapar-se cap a l’atmosfera.Amb la llum UV: O2 → O i O + O2 → O3

L’O2 i l’O3 deurien oxidar el Fe i es formaren els llits vermells de Fe3+ .Els llits vermells estan restringits a roques de menys de 1 800 000 000 anys. Per contra,el ferro en bandes només es troba en roques més antigues.

Com s’ha acumulat l’oxigenLa fotosíntesi i la respiració són cíclics i es poden representar les l’equació reversible:

CO2 + H2O + energia ⇔ CH2O + O2

El carboni que s’acumula a la terra- grafit, carbó, petroli, gas i altres compostos depetroli- i el que s’acumula en els cossos vivients i morts de plantes i animals ésl’equivalent e l’oxigen en sediments oxidats i en l’atmosfera terrestre.

Quan intentem descobrir l’equilibri entre el carboni i l’oxigen hem de trobar prou C perequilibrar l’oxigen atmosfèric, l’oxigen fòssil que transformà el FeO en Fe2O3, el S2- enSO4

2-, el CO en CO2, etc.

Una altra font d’oxigen: fotòlisi de l’aigua:H2O ----llum--→ H2 (que s’escapà de l’atmosfera) + ½ O2

Quan va començar a acumular-se l’oxigen lliure de l’atmosfera fa 1 800 milions d’anysla vida es restrigia a llocs protegits de la radiació UV per molta aigua i per pantalles desediments. Es va anar acumulant l’O2 que, al seu torn, produí O3. L’O3 va apantallar la

31

31

radiació UV. Només un 1% del nivell atmosfèric d’O2 augmentaria prou l’O3 perprotegir els organismes de la radiació més perjudicial. És el nivell d’oxigen que , segonsPasteur, alguns microorganismes canvien d’un metabolisme fermentatiu a unmetabolisme oxidatiu. En aquesta etapa se suposa que va iniciar-se el metabolismeoxidatiu. Va aparèixer la vida metazoària fa més de 600 milions d’anys.

S’han trobat testimonis que demostren qu l’oxigen molecular va existir en l’atmosferamolt abans d’aquesta data. Hi ha dades que indiquen que el metabolisme oxidatiu es vainiciar dos cops.

Quan el nivell d’oxigen fou suficient per crear la pantalla d’ozó per als UV, lafotosíntesi es va extendre a tots els oceans i va accelerar la producció d’oxigen. Podemassocar aquesta evolució a la formació de ferro en bandes i l’aparició del sulfat de calcisedimentari (guix i anhidrita) en gran escala. D’això fa aproximadament 640 milionsd’anys.

L’evolució de la biosfera i de l’atmosfera estaven íntimament relacionades.

Preguntes que encara no estan clares-Els nivells d’oxigen van augmentar constantment en el transcurs del temps geològic ivan marcar etapes regulars en l’evolució biològica: aparició de plantes, d’insectes, degrups de veertebrats i de plantes i flors?-Va haver-hi grans oscil.lacions en el nivell d’oxigen?-Va disminuir l’oxigen durant els episodis volcànics per l’oxidació del CO a CO2 idurant la sedimentació dels SO4

2-?-Va augmentar l’oxigen quan el carboni s’emmagatzemava durant la formació de carbó ipetroli?-Hi pot haver hagut fluctuacions en els dos sentits com a resultat de l’evolució vegetal ianimal, de les erupcions i extincions del fitoplancton i de l’extensió i tipus de cobertavegetal terrestre?

Si comprenem el cicle de l’oxigen a la biosfera comprendrem l’evolució de la biosfera,de l’atmosfera, de l’hidrosfera i de la litosfera en el transcurs del temps geològic. Totestà interrelacionat.

El factor més recent que afecta l’O2 és l’acció de l’home. A més de les funcions animalsd’inhalació i expiració, disminueix l’O2 i augmenta el CO2 pel fet de cremar elscombustibles fòssils, de pavimentar les zones verdes, d’escampar petroli sobre elfitoplàncton que,a més augmenta l’albelo o reflectivitat de la terra i disminueix lacapacitat d’evaporació.

5.5.7 Publicacions recentsEn l’apèndix 2 s’adjunten les traduccions de publicacions científiques recents, que estanescrites en un lleguatge a l’abast de l’alumnat de batxillerat. (consulteu altresinformacions en l’annex 2). Hem triat dos articles, un en francès i un article en anglès afi que se’n pugui fer ús en la classe de llengua estrangera, es conegui el lèxic en diversesllengües, se sàpiga discutir de ciències en les classes de llengua i sigui un materiald’estudi en el batxillerat.

32

32

6. L’estudi del sòl i de l’agricultura en el context de l’educaciómedioambiental

6.1 Aspectes de l’agricultura: una unitat SaltersEl projecte Salters inclou una unitat sobre l’estudi dels aspectes de l’agriculturarelacionats amb la problemàtica medioambiental del sòl i del desenvolupamentsostenible. La traducció catalana correspon a la unitat nº 6 de la versió experimental,Aspectes de l’agricultura.La distribució de continguts per al batxillerat són els següents:-Com es forma el sòl:

el procés de formació un petit gruix de sòl;la meteorització;la matèria orgànica i la seva mineralització;Tipus de sòls.

-Com s’alimenten les plantes:el cicle dels nutrients;el cicle del nitrogen;(la fotosíntesi i el cicle del carboni correspon a una altra unitat)

-El paper de l’agriculturaLa qualitat dels sòls;Els fertilitzants que mantenen el cicle del nutrients;Perjudicis causats per excés de fertilització;

-Els plaguicides: herbicides, insecticides i fungicidesproblemes causats per les plagues;problemes causats pels plaguicides;com escollir el millor plaguicida.

La compresió significativa de la part de lectures de Química i societat requereix unaatenció especial i dedicació temporal, ja que importa la comprensió significativa delscontinguts, la discusió i col.loqui entre diverses opinions, l’estructuració de lacomprensió personal dels problemes i construcció de l’opinió personal sobre les millorsvies de solució. Són un bon material de treball per al batxillerat per tal com des de laclasse de química hom aporta una bona col.laboració a la formació de personesdialogants, de mentalitat oberta i demòcrates actius.Les activitats de laboratori que es proposen en la unitat Salters permeten entendre elfenomen del bescanvi iònic que té lloc en el sòl, el problema que genera un pH noadequat, què vol dir efecte regulador del pH, com l’equilibri de partició és important perexplicar l’actuació dels insecticides.En una de les activitats de paper i llàpis es reforça lacomprensió de la importància del cicle del nitrogen, en una altra es fa reflexionar sobreels herbicides i es dóna la informacó que faria falta per una presa de decisió responsableamb el medi ambient. La construcció de models geomètrics en paper per a l’estructuradels silicats és una bona eina per a la comprensió del comportament dels diferents tipusde sòl. Es comprèn com s’introdueixen els ions en els intersticis dels silicats i com éspossible la retenció d’aigua entre les làmines.

33

33

Els conceptes químics tals com l’estudi dels silici i dels silicats; l’estudi dels àcids i lesbases, la neutralització, les dissolucions reguladores del pH; les reaccions deprecipitació, la geometria de les molècules són estudiats dins un context motivador.

Aspectes que no són tractats amb detall en aquesta unitat i que poden ser relacionatsdes d’altres matèries o des d’altres unitats:-Com es destrueix o s’empobreix el sòl:

la transformació en sòl urbà;el drenatge i l’empobriment per acidificació;el desviament dels cursos d’aigua;les extraccions mineres a cel obert;la deforestació

-La fotosíntesi i el cicle del carboni.

6.2 Les anàlisis de sòls

6.2.1 Pràctiques tradicionalDins el conjunt de pràctiques d’anàlisis químiques en ensenyaments no universitaris ésfreqüent la realització pràctica d’anàlisis de terres. L’articulació del contingut del’anàlisi de sòls dins un context més ampli converteix l’estudi químic del sòl en una einaper a l’educació ambiental.Molt sovint la classe d’anàlisi química se centra en la metòdica pròpia de l’analista o dellaborant que ignora la procedència de la mostra. Es dóna una importància relativa a latècnica de presa de mostra i a l’observació inicial de la mostra.

Les proves que tradicionalment s’han proposat sobre anàlisis de terres han estat lessegüents:- Homogeneïtat de les mescles

-Separació de mescles

-Observació de quines partícules se sedimenten primer.

-Quantitat d’aigua que conté el sòl

-Matèria orgànica que conté el sòl

-L’aire que conté el sòl

-Determinacio el pH

-Determinacions analítiques de nitrats, de nitrogen total, de nitrats, de carbonats, depotassi, de ferro i alguns altres ions.

El llibre La recerca al sòl de L. Del Carmen és un bon recull de treballs pràctics per asecundària obligatòria.

Les analítiques que requereixen tècniques de laboratori de química ja més específiqueses troben en llibres i articles més especialitzats.

34

34

L’adaptació a prova ràpida per comprovar l’acidesa o alcalinitat del sòl, la presència decarbonats, nitrats o ferro poden servir connectar el món de la química del laboratori ambels cicles de la vida i de la natura.

En l’annex 3 recollim un conjunt de pràctiques sobre anàlisis de sòls per a ESO i per abatxillerat.Per comprendre el cicle del nitrogen en l’agricultura i què significa en el context de labiosfera, és útil l’activitat A8 de la unitat Aspectes de l’agricultura del projecte Salters.(Annex 4).L’activitat consisteix en calcular la quantitat total de nitrogen que entra en els conreusd’un determinat país (s’ha d’adaptar a Catalunya) al llarg de l’any, calcular la quantitattotal de nitrogen que surt dels mateixos conreus al llarg de l’any. Després es compara elflux d’entrada amb el flux de sortida i es compara la magnitud d’aquests fluxos amb lamagnitud de les reserves totals de nitrogen en l’atmosfera i en el sòl.

És en la introducció de les proves, en l’èmfasi que es faci de la relació íntima entre mónmineral, el món vegetal i el món animal, en el plantejament de preguntes sore elsprocessos naturals i sobre la intervenció humana on hi pot haver un canvi important enl’aprenentatge de les persones que reben el nostres ensenyaments.

Les primeres pràctiques que hem esmentat - presa de mostra, determinació de laquantitat d’aigua que conté el sòl, determinació de la quantitat de matèria orgànica,determinació de la quantitat d’aire i determinació del pH- són totes elles realitzablesdurant els cursos d’ESO. No requereixen material especialitzat i són fàcilmentcomprensibles. Tenen l’interès de coordinar les ciències de la naturalesa des d’un puntde vista integrador, en què es pot apreciar la gran complexitat de la natura. Calcomentar les simplificacions que ens veiem obligats a fer en els estudi científics iresolem els problemes aïllant les variables rellevants per treure’n conclusions aplicablesposteriorment a casos més complexos. Però, la complexitat sempre va acompanyadad’incertesa.

6.2.2 Comentari sobre l’observació de la mostraTot i que l’objectiu de la clase de química no és la descripció de la gènesi de la mostra,seria interessant no obviar una introducció àmplia sobre el significat del sòl i la sevaimportància medioambiental. Fa temps, en una classe de química no es comentava demanera prou clara i explícita el complex bescanvi de materials orgànics i inorgànics quetenen lloc gràcies a l’activitat química dels éssers vius, tant els que veiem a simple vistacom els microscòpics; a les transformacions dels éssers en procés de degradació; a ladiversitat de substàncies que componen l’atmosfera, la litosfera, la hidrosfera; a l’accióconstant dels agents meteorològics causant transformació física i transformació químicadel sòl.

L’observació de les múltiples partícules que componen el sòl no hauria de ser una“molèstia afegida” a les pràctiques de química sinó la presa de consciència de la grancomplexitat que representa el procés de formació d’un sòl.

35

35

L’anàlisi del sòl serà realment significativa si l’integrem en un context més ampli que eldel laboratori de química. La interdisciplinarietat entre química i ciències de la terra ésnecessària des d’ambdues matèries: s’augmenta la motivació de l’aprenetatge de laquímica i s’interpreten amb més rigor científic els fenòmens naturals que s’estudien aciències de la terra.Massa cops ens lamentem de situacions en què, davant una mostra preparada per al’anàlisi, el “grup experimentador”, amb el guió totalment pautat al davant i amb elmaterial necessari per al treball pràctic al davant, no se li acut gaire res més quepreguntar: “què haig de veure?” “què haig de fer?” “Quin resultat haig d’obtenir?” .En general, davant aquesta situació, la reacció del professor o de la professora éssimplement d’estranyesa o de distanciament. Un clima en el grup-classe que afavoreixiel col.loqui autèntic, en què cada persona pugui expressar quines són les seves ideessobre un fenomen, com comprèn un disseny experimental, com interpreta un fet a partirde l’experimentació fan molt més valuós el fet d’aprendre. Si es planteja l’anàlisi de sòlsdes d’una perspectiva d’educació ambiental, l’experimentació amb mostres de sòls potser molt motivadora. Cadascun dels alumnes amb tots els demés, amb l’ús de les ajudesque es tenen a l’abast, construeix col.lectivament el coneixement sobre el fet que s’estàtreballant.En el curriculum de química hi ha cabuda per valorar l’activitat humana sobre el sòl, elsproblemes que pot generar una agricultura no controlada respecte a la contaminació deles aigües i de l’aire, com es pot empobrir el sòl, què vol dir una agricultura sostenible.

En aquest aspecte, a nivell de secundària, la coordinació i el treball en equip entre elprofessorat de ciències de la naturalesa i el professorat de tecnologia és imprescindibleper aconseguir un bon funcionament de la classe de química. El professorat de químicaha de disposar de la informació sobre quins continguts ja han estat inclosos en activitatsd’aprenentatge dins el curriculum comú, quins s’inclouen en el curriculum variable iquins quedarien fora del curriculum. Cal que el professor especialista actualitziconeixement científic sobre els camps afins per tal de poder transmetre la pròpia matèriaa nivell de cultura general.

En funció de quin treball es realitzi en equip, les classes sobre el sòl poden servir tantper motivar i iniciar l’estudi com per ampliar o per consolidar coneixement.

6.3 Física, química i ciències de la terra El marc en qué es pot desenvolupar l’activitat sobre el sòl a nivell de secundària,començant per la secundària obligatòria, es pot definir alentorn dels ítems que esdesenvolupen a cotinuació.

6.3.1 La Terra en canvi constantLa Terra té la seva pròpia font d’energia. En el seu interior és activa i la seva escorçaestà canviant contínuament.

Estructura en capesDels 6 372 km que amida el radi de la Terra, l’escorça terrestre té únicament un gruixmàxim de 70 km. La profunditat màxima que s’ha pogut foradar és d’uns 14 km.Una profunditat insignificant respecte a les dimensions de la Terra.

36

36

Com han pogut saber els científics quina és l’estructura interior de la Terra i quina ésla seva composició?

L’ús de les ones sísmiquesla densitatTroços de roques

L’escorça de la Terraa L’escorça oceànica és diferent que l’escorça continental. Aquest fet obliga arespondre la pregunta:

Per què és diferent l’escorça oceànica que la continental?

Lexplicació se centra en la geodinàmica terrestre i el conjunt de factors que hiintervenen.

b La temperatura de les roques creix amb la profunditat.Les mines profundes són sovint extremadament calentes. Per exemple, les mines d’or deSudàfrica que es troben a 3 km de profunditat tenen una temperatura de prop de 50ºC.Cal trobar una explicació entenedora a la pregunta:

Per què l’interior de la Terra és tan calent?

Una explicació és que la Terra es va formar a molt altes temperatures i com quel’interior és aïllat de les capes externes part d’aquesta energia és encara atrapada al’interior.Una altra font de calor és la radioactivitat de molts elements que es troben a l’interior dela Terra. Encara que aquests elements es troben en molt petita proporció, la terra és prougran com per produir grans quantitats d’energia.Aquesta energia manté la Terra calenta en el seu interior i, cada dia, 2,5 x 1018 Joulesd’energia escapen de la Terra a la superfície i ajuden a escalfar l’aire. Es gairebé 4vegades el consum d’energia de tota la població mundial.

c De l’energia tèrmica a l’energia mecànicaL’energia flueix des de la part més calenta de la Terra, el seu interior, cap a la superfície.

Com es transmet l’energia tèrmica?

Es propaga de dues maneres, per conducció i per convecció.

d Terratrèmols i volcansCom es produeixen els terratrèmolsCom es mesuren els terratrèmolsLocal.lització de les zones volcàniquesConstruccions antisísmiques

La diversitat de les roques

37

37

Simplement observant les roques n’observem una gran diversitat. Assagem de respondrela pregunta:

Per què hi ha roques tan diferents?

Roques ígnees com el basalt el granitRoques sedimentàries a partir de partícules o fragments com els conglomerats, esquists,calcàries.Roques metamòrfiques com la pissara o el marbre. Es classifiquen en les formades peracció de la calor i les formades per acció de la calor i de la pressió.

Dins les roques sedimentàries es pot treure partit per a les classes de química de l’estudide les calcàries d’origen orgànic.Moltes calcàries són fetes de closques i esquelets d’organismes que varen viure enl’aigua. A vegades les petxines són tan petites o estan tan fragmentades que no es podenveure a ull nu ni amb l’ajuda de lupa .Les conquilles i els esquelets es componen de carbonat de calci, el qual és el componentmajoritari de les calcàries.Algunes calcàries es formen químicament quan el carbonat de calci precipita de ladissolució. la dissolució de carbonat de calci pot ser en l’aigua de mar, en l’aigua d’unllac o en una font termal. També hi ha calcàries que són el resultat de la precipitacióquímica del carbonat de calci i del dipòsit de restes animals marins. Així podem trobarcalcàries que s’han format fa més de 100 milions d’anys en els fons dels mars tropicalsmolt calents i poc profunds.

El cicle de les roquesEn els 4,3 mil milions d’anys que fa que es va solidificar l’escorça terrestre hi ha hagutun lent i constant bescanvi de materials, s’han destruit unes roques i se n’han formatd’altres.

-A partir del magma fos es formen les roques ígnees.-Les roques ígnees s’erosionen i es dipositen. Es formen les roques sedimentàries.-Les roques sedimentàries per efecte de la pressió i de l’energia tèrmica es transformenen metamòrfiques..-Les roques metamòrfiques a elevada temperatura es poden fondre transformar-se enroques ígnees.-Les roques ígnees també es poden transformar em metamòrfiques per efecte de la calori de la temperatura.-Les roques metamòrfiques es poden erosionar i després de la seva sedimentació espoden transformar en roques sedimentàries.

6.3.2 Paisatge i sòlSolem pensar en el paisatge com quelcom que no canvia. Però contínuament ésremodelat. Un dels resultats és la formació del sòl.

Com es formen els plegaments i les falles?La resposta es relaciona amb la geodinàmica terrestre.

38

38

Com es forma el sòl?Cal parlar meteorització i erosió.

A Meteorització física.Què passa quan una roca mullada se sotmet repetidament al procés de refredamentsobtat fins a solidificar l’aigua i escalfament fins a fondre el gel?

B Meteorització químicaDesprés de la fragmentació, el contacte amb l’aigua i amb les substàncies que l’aiguaconté en dissolució la roca es transforma químicament.

C Meteorització biològicaLes plantes i animals poden provocar la degradació de les roques. Les arrels podendesmoronar roques. La meteorització biològica és la base de la formació del sòl.Els fragments de roques meteoritzats són la base de la formació de tots els sòls.

D Transport i erosióA vegades el material meteoritzat és transportat lluny. Això pot passar de diversesmaneres: per gravetat, per l’aigua de la pluja, pel gel o pel vent.Al transport del material meteoritzat s’anomena erosió.

E La deposicióEl material erosionat és dipositat en forma de graves, sorres o fangs. La gravetat hi jugaun paper fonamental.

Estudi del sòlLa meteorització i l’erosió produeixen el sòl. El sòl és essencial per a la vida perquèsense ell molts vegetals de conreu no podrien créixer.

A El sòl en capesEn un tall de terreny es pot observar l’estructura en capes.La part més superficial és una capa fosca on hi viuen les plantes i altres organismes vius.És el sòl superficial. Pot ser cobert de fulles seques i és molt ric en nutrients. La capasegüet és el subsòl formada per pedres, graves i argiles. Les arrels profundes del arbresalts arriben fins el subsòl. Més avall, hi ha la roca sòlida que no deixa passar l’aigua ique fa de mur de conenció. Així es pot formar la capa d’aigua al seu damunt.

B En què consisteix el sòl?El sòl conté sis components principals:-Fragments de roca: argila, llim, sorra, grava.L’argila i la sorra són fonamentals. L’argila reté l’aigua fermament i pren unaconsistència enganxosa que fa que la resta de materials quedin retinguts.La sorra permet l’existència de cavitats d’aire . Un bon sòl és el constituït per fang queno és res més que una mescla amb la proporció adequada de sorra i argila.-AiguaLes partícules del sòl s’envolten de fines pel.licules d’aigua. Les plantes prenen aquestaaigua del sòl a través de les arrels.L’aigua es manté en el sòl gràcies a la pluja i al sol.

39

39

-AireEn un bon sòl hi ha d’haver espais per a l’aire. Si el sòl s’ha inundat amb aigua i no hiha un bon drenatge, mancarà l’oxigen de l’aire a la zona de les arrelsde les plantes.

-Sals mineralsEn l’aigua del sòl s’hi dissolen diverses sals que contenen nitrogen, fósfor i potassi quesón essencials per al creixement.Algunes sals provenen de les roques que formen el sòl, d’altres com els nitrats provenende la descomposició de l’humus.

-HumusQuan els animals i les plantes es degraden es transformen en una substància negra ques’anomna l’humus.Per als jardins una de les millor fonts d’humus és el compost.

-Pedra calcària.Molts sòls contenen carbonat de calci.El carbonat de calci és important per tres raons:-El calci és un dels elements que totes les plantes necessiten pel propi desenvolupament.-El carbonat de calci proporciona les més petites partícules de sòl que es podenaglomerar i formar engrunes.-El carbonat de calci neutralitza els àcids i pot evitar que el sòl sigui massa àcid.

Per saber si un sòl és àcid o bàsic mesurem el seu pH. El pH de sòl pot variar moltsegons el lloc. Hi ha sòls àcids, sòls neutres i sòls alcalins. Molts sòls tenen el pH moltproper a la neutralitat, prò si és en una zna en què abunda la orba pot ser àcid i si és enuna zona molt calcaria pot ser bàsic.

Hi ha plantes que només es desenvolupen bé en sòls àcids, altres per contra noméscreixen en sòls bàsics. La majoria de les plantes creixen bé en sòls pràcticament neutres.

La composició ideal d’un sòl és la següent: 50% de sorra, 30% d’argila, 10% d’humus i10% de calç.

6.3.3 Edat de la TerraUna altra pregunta que pot formular-se en l’estudi de roques és la següent. Com es pot saber si una roca és més antiga que una altra?

A Per la seva procedència: segons sigui una roca ígnea o sedimentària; segons quin llococupi en la sedimentació. Per sentit comú molts cops podem evidenciar quina és mésantiga.

B Pels fòssils que conté: Les restes d’organismes vius ens informen sobre etapesdiferents de formació de la Terra.

C Per datació radioactiva: Per la proporció d’isòtops radioactius es pot datar les roquesi treure informació sobre la seva existència. Així s’ha conegut que l’edat de la Terra ésla mateixa que la de tot el sistema solar: 4,6 mil milons d’anys.

40

40

Podem veure que, en un estudi tan generalista com el que acabem de proposar,sorgeixem múltiples qüestions que són pròpiament de les matèries de Física i deQuímica.Es pot coordinar l’estudi del sòl amb els continguts de les temàtiques següents:-Propagació de les ones-Propagació de l’energia tèrmica-Les forces i llurs efectes-Propietats dels sòlids-Aparells de mesura-Moviment de sòlids en els fluids-Acció de la pressió-La química dels carbonats-La radioactivitat natural-La química dels òxids i dels hidròxids-La química dels àcids

Cal diàleg a tots nivells per transmetre una bona cultura científica, cal que els alumnes iles alumnes expressin i negociïn les seves idees en els grups classe i cal que elsprofessors i les professores s’expressin i negociïn les seves idees en les reunionsd’equip.

En l’annex 4 adjuntem pràctiques d’anàlisi de sòls realitzables en els laboratoris delcentres de secundària i en l’annex 5 un recull de dades numèriques, gràfics esquemes idibuixos que fan referència a diversos aspectes del cicle del carboni, de la hidrosfera ide la litosfera.

En els apèndix presentem la traducció de dos articles publicats recentment. El primer, enanglès, sobre els oceans i l’atmosfera i el segon, en francès sobre la influència de lesactivitats humanes en el canvi climàtic. La finalitat d’aquesta traducció ha estat la depresentar un possible treball interdisciplinari amb les matèries de llèngües estrangeres.Els dos articles poden ser comentats a la classe de llengua estrangera per tal que elsalumnes i les alumnes es familiaritzin amb la terminologia científica que trobaran en labibliografia de ciències.

41

41

Apèndix 3

Sobre les atmosferes i els oceans(Traducció de l’article publicat a Education in chemistry de maig 1998. per Autor: Toby Tirrel)

La composició química de l’atmosfera terrestre és única, amb l’especial interés quepresenten les concentracions respectives dels gasos O2 i CO2 . Com ha canviat lacomposició d’aquests dos gasos, bases de la vida, al llarg de bilions d’anys, des de laprimitiva història del nostre planeta a través de les eres glacials i dels períodesinterglacials fins l’època moderna i quina és la seva relació amb l’escalfamentglobal? Quins són els processos que han causat aquests canvis?

Una comparació simple de l’atmosfera de la Terra, les dels seus veïns més propers ,Mart i Venus i les dels altres planetes, mostra que l’atmosfera de la Terra és única dinsel nostre sistema solar. Mentre Mart i Venus tenen atmosferes dominades per diòxid decarboni i pobres en oxigen, la Terra és exactament al revés, malgrat que en els seusinicis els tres planetes probablement tenien una composició similar. (Taula 1)Els tipus de sediments dipositats ben al començament de la història de la Terra - perexemple, compostos de ferro no oxidats- confirmen escassetat d’oxigen en l’atmosferaprimigènia de la Terra i en els oceans. A més, l’evidència sedimentària també confirmala presència de’aigua líquida en la Terra en tots els temps, malgrat un Sol més fred (mésfeble) . Tot fa pensar en una atmosfera inicial fortament aïllant amb una altaconcentració de CO2.D’altra manera, la temperatura de la Terra primigènia o prèvia a la vida hauria estat proubaixa per congelar tots els oceans. Però, com va perdre la seva capa aïlladora formadabàsicament per CO2 i, al seu torn, es va transformar en una atmosfera respirabled’oxigen?

Taula I Comparació de les atmosferes planetàries

Gas Venus Terra (sensevida)

Mart Terra (ambvida)

CO2 (%) 96,5 98 95 0,03O2 (%) 0,0 0,0 0,13 21N2 (%) 3,5 1,9 2,7 79Pressió total (bars) 90 60 0,006

41,0

Temperatura a la superfície(ºC)

460 240-340 53 13

Les atmosferes primitivesL’aigua oceànica present en el nostre planeta haurà sostret grans quantitats del CO2

atmosfèric fent que es dissolgui en l’aigua. La presència de vida a la Terra i,particularment, l’evolució de la fotosíntesi, també ha eliminat grans quantitats de CO2

atmosfèric i al mateix temps ha injectat grans quantitats d’oxigen al llarg d’intèrvals detemps inimaginablement llargs. Vegeu l’equació (1) al quadre I.

42

42

Quadre ISistema fonamental de suport de la vida----------------------------------------------------------------------------------------------------------CO2 + H2O ⇔ (CH2O) + O2 (1)iCa2+ + 2HCO3

- ⇔ CaCO3 + CO2 + H2O (2)L’equació (1), d’esquerra a dreta, representa la fotosíntesi - la conversió de CO2 i aiguaen hidrats de carboni (convertint l’energia solar en energia química), i l’alliberamentd’O2 com a bioproducte. La reacció inversa, de dreta a esquerra, és la respiració(expiració) o descomposició - el trencament dels carbohidrats per alliberar l’energiaquímica, en el procés de tornar a deixar lliure el CO2 i de tornar a capturar l’oxigenprèviament alliberat.

L’equació (2), d’esquerra a dreta, és la calcificació - la precipitació orgànica oinorgànica de carbonat de calci sòlid a partir dels ions hidrogencarbonat i ions calci,alliberant CO2 i aigua en el procés. La reacció inversa, de dreta a esquerra, és ladissolució de carbonat de calci, per exemple durant la meteorització de les roques,retornant el carbonat de calci a la forma dissolta i reatrapant el CO2.

La major part de la matèria orgànica formada a partir de la fotosíntesi en la Terraprimitiva (com actualment), era respirada, menjada o atacada pels bacteris idescomposta, de manera que el CO2 es tornava a alliberar i l’O2 era reabsorbit. Perquèl’oxigen s’anés acumulant a l’atmosfera i i el CO2 comencés a disminuir hi haviad’haver un balaç entre la fotosíntesi i la respiració netament a favor de la fotosíntesi.Part de la biomassa produïda per fotosíntesi havia d’evitar la reconversió en els seuselements constituents, i havia d’acumular-se en algun lloc. Hi devia haver hagut prouquantitat d’aquesta biomassa (per fer involucions significatives en la concentració degas atmosfèric) la qual no pot haver romàs directament en la superfície de la Terra jaque hauria cobert tota la superfície de la Terra amb una capa de restes orgàniquesd’unes quantes decenes de metres de gruix .

El que realment va passar fou que una petita fracció de la biomassa produïda perfotosíntesi en els oceans (no hi havia vida en els continents fins molt tard en la històriade la Terra) contínuament queia en el fons dels oceans i es convertia en roques marinessedimentàries, Fig 1(a). Per aquest procés, una enorme quantitat de carboni orgànic foulentament premsat en les roques de la Terra i, en el procés, l’atmosfera es va anarempobrint en CO2 i enriquint en O2 . Els carbons, els esquists i el peroli són algunsexemples de productes amb riquesa orgànica que han sorgit de l’acumulació debiomassa en les roques.

Dos altres factors han contribuït a que la Terra perdi la major part de la seva coberturade diòxid de carboni (i en conseqüència esdevingui més freda) i a que l’atmosferaguanyi l’oxigen, suport de la vida. Primerament, una investigació geològica sobre elstipus de roques presents en l’escorça terrestre revela un ampli magatzem de carboniorgànic ( aprox. 12 x 1020 mols de C), la qual cosa representa un enorme minvament deldiòxid de carboni (aprox 7 bars) al llarg dels temps geològics i un enorme flux d’oxigencap a l’atmosfera. No obstant això, els geòlegs també troben un emmagatzemament

43

43

fins i tot més gran de carboni (aprox. 50 x 1020 mols, 28 bars) en la forma de carbonatde calci biogènic ( per exemple les roques calcàries i cretes) . Gran part d’aquestcarbonat de calci consisteix en fragments de closques de plancton oceànic minúscul.Quan aquestes closques (o partícules precipitades inorgànicament abans dedesenvolupar-se el plancton calcificat) han plogut cap el fons dels oceans al llarg demolts mil.lenis, han exportat carboni dels oceans d’acord amb l’equació (2), vegeu lafigura 1(b). Mentre l’equació (2) prediu un augment de la concentració de CO2 enl’aigua de mar, i per difusió un augment del CO2 atmosfèric, com a resultat de laprecipitació del carbonat de calci i la separació dels sediments, el procés pot haverresultat en un decreixement del CO2 atmosfèric si és part del cicle més ampli que esmostra en la fig 1 ( c) . Si hi ha hagut una massiva conversió al llarg del temps de roquesdel tipus del silicat de calci a roques del tipus carbonat de calci en l’escorça terrestre,aleshores això haurà estat acompanyat d’una derivació massiva del CO2 atmosfèric capa les roques.

En segon lloc, s’ha de considerar que l’oxigen fotosintètic fou usat per oxidarcompostos oceànics reduïts en els oceans i en la superfície de la Terra, abans que capplus d’oxigen fos acumulat a l’atmosfera. Gran part de l’oxigen que fou produït eraabsorbit per oxidar el S a SO4

2- , el Fe a Fe2O3 etc. abans que hi hagués cap possibilitatque la concentració d’oxigen pogués anar-se acumulant a l’atmosfera. Els científics hancalculat que l’enorme quantitat d’oxigen present en l’atmosfera avui és tan sols propd’un 4% de la quantitat total de l’oxigen en excés que va ser generat per l’enterramentde material fotosintètic al llarg del temps geològic.

El procés de producció contínua d’oxigen per organismes fotosintètics, creixent ireproduint-se, amb part de la seva biomassa escapant-se cap els sediments oceànicsabans de ser menjats o descompostos pels bacteris, amb el temps va exhaurie elsubministrament de materials oxidables en els oceans fa prop de 2,2 milions d’anys. Latotalitat dels oceans van ser netejats de composts arreplegadors d’oxigen. En aquesttemps, l’oxigen atmosfèric primerament va començar a acumular-se, va anar creixent alllarg de milions d’anys fins abastar una concentració més o menys estable que és la quepodem veure actualment (21 per cent). Aquesta crescuda de l’oxigen probablement foucrítica per a l’evolució dels eucariotes i organismes multicel.lulars, ambdós pelsbeneficis metabòlics d’elevades concentracions d’oxigen i per la protecció ital del’apantallament dels raigs UV per l’ozó (O3). Encara que primerament la vida es vadesenvolupar en abscència d’oxigen lliure, l’evolució cap una vida més complexas’entén com una dependència de l’oxigen.

Causes de les glaciacionsEl diòxid de carboni és present a l’atmosfera terrestre a unes concentracions estimadesde 200- 280 ppm (època preindustrial), gairebé un gas en forma de traces si es comparaamb l’oxigen 210 000 ppm. En conseqüència, la seva abundància atmosfèrica és méssuscptible de canvi a escales de temps més curtes. L’examen de mostres d’antiguesbombolles d’aire atrapades en els gels de Groenlàndia i l’Antàrtida ( les bombolles esvan quedar atrapades quan es va formar el gel), revela una correlació entre laconcentració de CO2 i la fluctuació de la temperatura de la Terra entre les glaciacions iels períodes interglacials. Encara que estiguem molt segurs que el rellotge d’aquestes

44

44

temperatures fluctuants de la Terra siguin les variacions periòdiques de com la Terraorbita al voltant del Sol (els coneguts cicles de Milankovitch) i per tant de la quantitatde llum solar que rep, l’amplitud d’aquests canvis en la recepció de llum solar no éssuficient per explicar les fluctuacions de temperatura enregistrades.

Per un efecte tèrmic suficientment ampli, hem de mirar els canvis en els gasos d’efectehivernacle, particularment el diòxid de carboni. Ara bé, malgrat moltes dècades derecerca sobre aquest tema, la història completa dels gasos amb efecte hivernacle, altresfactors climàtics i la causa de les eres glacials és encara,de bon tros, un misteri per a laciència. Hi ha moltes hipòtesis , però encara no com a respostes unànimementacceptades. Alguns científics creuen que els canvis en l’emmagatzemament mineral decarboni orgànic és la causa dels cicles glacial- interglacial, per exemple, la fotosíntesicreix durant el temps glacial, dipositant més carboni orgànic en les roquessedimentàries, i deixant que circuli menys carboni cap a l’atmosfera i cap als oceans.L’evidència que es deriva de la relació del isòtops C13/ C12 que s’ha detectat en elsfòssils sedimentaris de foraminíferes de superfície primitiva i de foraminíferes desediments contradiuen aquest mecanisme.

La hipòtesi més afavorida se centra en l’equació (2), i dóna a entendre que els canvis enl’alcalinitat dels oceans (definida com l’equilibri de càrrega de [HCO3

-] + 2[CO3 2-] +

[H2BO3 -] + [H3SiO4

-] + [H2PO4 -] + 2 [HPO4

2-] + 3 [PO4 3-] + [OH-] - [H+] són

els més probables d’haver causat les variacions de CO2 entre els 200 ppm del períodeglacial i els 280 ppm dl període interglacial.

L’equació (2) suggereix que, quan el CaCO3 precipita i, per tant, elimina HCO3- de

l’aigua, també hi injecta CO2 . Encara més important és el fet que l’eliminació deCaCO3 redueix més l’alcalinitat (`per exemple dues unitats) que el que la redueix laquantitat total de carboni dissolt en l’aigua de mar (per exemple 1 unitat) Quan laquímica complexa del carboni en l’aigua de mar - l’aport variable de carboni entre lestres formes dissoltes de HCO3

- , CO32- i CO2 - es reajusta, això condueix a

incrementar el CO2 en l’aigua de mar i, per difusió a través de la superfície del mar, aincrementar el diòxid de carboni atmosfèric. Quan l’alcalinitat decreix, l’equilibri:

CO2 ⇔ HCO3 - ⇔ CO3

2-

es desplaça més cap a l’esquerra.

Hi ha diverses hipòtesis per explicar com es va poder incrementar l’alcalinitat durant elperíodes glacials, conduint a una disminució del CO2 atmosfèric i a un clima més fred.Una hipòtesi implica la disminuïda producció de cocolitofores, una mena defitoplancton que segrega closca de carbonat de calci. Alguns científics raonen que comque aquest fitoplancton prefereix aigua més calenta han d’haver estat abundants sobreuna zona planetària més petita durant els períodes glaciars. Per tant, hi hauria hagut unapluja reduïda d’aquestes closques e el fons dels oceans, i l’alcalinitat hauria crescut.

Teories alternatives consideren la formació d’esculleres de coral productores decarbonat de calci i les varacions en l’area de mars continentals, superficials, tancats i

45

45

calents que eren idonis per al creixement de cocolitofores i esculleres de coral. Siguiquina sigui la causa, l’evidencia l’interior dels sediments oceànics recolça lesfluctuacions d’alcalinitat glacial/interglacial amb alcalinitat més alta durant elsperíodes glacials.

Una implicació d’aquestes hipòtesis, però, no ha mostrat progrés fins fa molt poc. Sil’oceà fos molt més alcalí durant les epoques de glaciació, hauria estat més benigne(menys corrosiu) respecte a la disgregació de carbonat de calci. A més, la dissolució decarbonat de calci enfonsat s’hauria hagut de reduir, molta més quantitat de closques deplancton submergides s’haurien enfonsat fins el fons del mar i el dipòsit de carbonat decalci hauria crescut , especialment en sediments submergits en aigües més profundes.No obstant això, a partir de mostres extretes de sediments oceànics, sabem que no hapassat així.

Més recentment, els científics han estat considerant com la química dels sediments delfons dels oceans pot haver canviat entre el temps glacial i interglacial. Diuen que alssediments del fons del mar glacial hi pot haver arribat més matèria biològica (carboniorgànic) i pot haver estat oxidada. Com que l’oxidació de matèria orgànica alliberadiòxid de carboni i pot fer l’aigua dels porus sedimentaris més corrosiva (menyshospitalària) per al CaCO3, la dissolució de CaCO3 pot créixer.

La nostre comprensió dels cicles glacial/ interglacial és encara incompleta però lamillor teoria actual és que les eres glacials són provocades per un canvi en lescaracterístiques orbitals de la Terra, que alhora és amplificat per la biologia dels oceans.La biologia altera la química dels oceans precipitant menys carbonat de calci en lesaigües superficials, conduint a un increment de l’alcalinitat i com a conseqüènciareducció de la concentració de CO2 en l’aigua i l’atmosfera i un planeta més fred.-L’alcalinitat augmentad no condueix cap un gran augment de dipòsits de carbonat decalci ( que seria incompatible amb el registre sedimentari) a causa dels canvis simultanisde la química de l’aigua dels porus dels sediments.

Temps moderns

La guerra nuclear ha estat l’amenaça més gran de la humanitat en el seu conjunt, peròavui dia probablement la preocupació col.lectiva més gran és la de l’escalfament global ialtres pertorbacions al medi ambient global no cotrolades. De particular interès és elgran augment del CO2 atmosfèric causat per la combustió de combustibles fòssils i perl’eliminació de boscos. Mentre els nivells naturals de CO2 solien fluctuar entre 200 i280 ppm abans de la intervenció humana , l’extracció minera de reservoris de carboniorgànic (en forma de carbó, petroli i gas natural) i el seu alliberament a l’atmosfera haesta fent creixer ràpidament la concentració de CO2 des de 1700. Actualment, laconcentració de CO2 atmosfèric ha arribat a concentracions de 360 ppm, i malgrat lespropostes intergubernamentals, sembla molt poc probable que el nivell s’estabilitzi

46

46

aviat. El nivells de CO2 són ja força més alts que els que s’han experimentat en aquestplaneta durant tots els temps dels que disposem registre en l’interior dels gels, els últims160 000 anys aproximadament, i es preveu que continuï creixent.

Milers de científics de tot el món estan treballant en la química, la física i la biologia delcanvi climàtic i també en models de canvi cimàtic que conjuntin tots els coneixementsde les ciències bàsiques per fer prediccions de l’impacte que l’augment de concentraciódels gasos d’efecte hivernacle tindran en el nostre clima. Una part de la seva recerca haconsistit en l’anàlisi de la disminució del diòxid de carboni que ha estat alliberat al’atmosfera des de 1700. Aquest exercici és rellevant ja que no tot el CO2 (només propdel 45%) afegit ja a l’atmosfera roman en ella. Estudiant on ha anat a parar el CO2 quehem afegit a l’atmosfera, podem tenir una idea de on anirà el futur excés de CO2. Podemcalcular que el 30% del diòxid de carboni antropogènic ha passat a dssoldre’s en elsoceans, però un 25% és a l’atmosfera amb destí desconegut. Aquesta fracció s’anomenal’ “embornal perdut” del diòxid de carboni antropogènic i la millor estimació actual ésque l’engornal perdut sorgeix de la fertilització per CO2 de la vegetació terrestre. Eldiòxid de carboni extra afegit a l’atmosfera , potser en conjunció amb amb l’addició defertilitzants a la terra i l’increment de la temperatura, han fet que els arbres es facin mésgrossos i que la vegetació dels continents en general creixi més i emmagatzemi mésquantitat de CO2 , al menys allà on la vegetació no és aniquilada per les activitatshumanes. Es calcula que aquest reverdiment dels continents (creixement de la biomassacontinental) que té lloc simultàniament amb la disminució dels boscos, fa desaparèixerpart de les addicions de CO2 antropogènic.Un dramàtic exemple de vital importància per a la vida dels fluxos de carboni entrel’atmosfera i els magatzems de (CH2O) i CaCO3 fou il.lustrat per l’experiment BiosferaII (vegeu el quadre 2). Aquests fluxos controlen l’abundància de diòxid de carboni id’oxigen en l’atmosfera, i també la temperatura del planeta Terra. Els processos químicsamb els biota, la immersió de partícules en la formació de sediments sota ls oceans, i lesdues reaccions químiques fonamentals qe hem descrit, tot contribueix al complexsistema de suport de la vida que manté la vida en el nostre planeta Terra.

47

47

Quadre 2

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Biosfera IILa història de l’experiment biosfera II és quelcom fascinant. De Bass, un bilionmarinord-americà, va patrocinar la construcció d’un ambient ampli i hermèticament segellata Arizona. L’estructura de placa de vidre aïllada del món exterior continua unacol.lecció d’ecosistemes, incluint un bosc, terra conreable, un riu i, fins i tot, un petitoceà amb una escullera de corall. La intenció era que unes quantes persones viurien enla biosfera ( hi farien creixer els seus aliments, reciclarien les seves deixalles, irespirarien el seu aire) i demostrar que això era possible vivint d’acord al bon criteriecològic, viure sosteniblement en un ambient equilibrat. L’estudi inicialment tenia perobjectiu treballar aïlladament - ni entrada ni sortida de materials, gasos o persones-durant dos anys. Però es van trobar amb dues dificultats imprevistes. El primerproblema fou que els sòls posats en Biosfera II no tenien una riquesa representativa,tenien massa matèria orgànica. Aquests sòls foren barrejats i airejats quan forencol.locats en el sistema, amb la conseqüència desafortunada que les bactèries del sòlimmediatament van començar a atacar i a descompondre ràpidament les grans quantitatsde matèria orgànica del sòl. Segons l’equació (1) això va conduir a un increment ràpiddel diòxid de carboni atmosfèric acompanyat d’un decreixement més lent de l’oxigenatmosfèric; l’oxigen dismunuïa prou amb el temps per posar en perill les vies delshabitants. L’alta concentració de CO2 va provocar addicionalment una segona reacció, lacarbonatació del formigó recobrint part de l’estructura de la biosfera: CO2 + Ca(OH)2→ CaCO3 + H2OAixò va cusar una segona pertorbació al CO2, impedint l’augment de la respiració depart del sòl original. La idea original de amntenir la vida humana en un sistema climàticecològic isolat i no pertorbat va haver de ser abandonada. Abans d’abandonar però,durant un temps es va optar per injectar oxigen des de l’exterior i també netejar de CO2.Queda com una qüestió sense resposta si un projecte com aquest hauria tingut èxitdesprés de modificar algunes condicions, per exemple, amb menys biomassa en els sòls.---------------------------------------------------------------------------------------------------------

48

48

Figura 1

a) L’enterrament de carboni orgànic i el cicle de la meteorització.

b) El dipòsit de carbonat de calci i el cicle de la meteorització. En ambdós casos, el cicle de l’ers present,però preindustrial, mostra que es comprèn com un estat estacionari, amb fluxos de sedimentació ques’avenen amb els fluxos de meteorització. En la terra primitiva no hi hauria hagut reservoris de(CH2O) i de CaCO3 per meteoritzar, i els fluxos només haurien estat en sintit cap a les roques. Elsincrements i decrements corresponents de l’oxigen atmosfèric no han estat mostrats a b) però podenser inferits;

c) el cicle dels silicat de calci.

a b c

CO2 atmosfèric

meteortizació

ascens

atmosfera

fotosíntesi

precipitació i dipòsit

oceà

roques

atmosfera

CO2 atmosfèric

meteortizació

ascens

rius

calcificació

precipitació i dipòsit

oceà

roques

atmosfera

CO2 atmosfèric

meteortizació

rius

calcificació

precipitació i dipòsit

subducció (alta P i alta T)

metamorfosi

ascens desgasat

oceà

roques

atmosfera

49

49

Apèndix 1

Intensificació de l’efecte hivernacle per les activitats humanes. Estat delsconeixements científicsTraducció de l’article amb el mateix títol d’ANDRE BERGER: Institut d’astronomia igeofísica G. Lemaitre. Lovaina.IntroduccióEl sistema climàtic rep energia del Sol, la qual és distribuïda en l’atmosfera i en elsoceans i emet vers l’epai una quantitat d’energia tal que la mitjana del flux energèticentrant és igual a la mitjana del flux sortint. La major part de la radiació terrestre ésabsorbida a l’atmosfera i una fracció d’aquesta energia és reemesa a la superfícieterrestre la qual cosa contribueix al seu escalfament. Aquest fenomen és conegut com aefecte hivernacle ja que l’atmosfera juga un paper semblant als dels vidres d’unhivernacle. Sense aquest efecte la temperatura de la Terra seria de -18ºC enlloc de 15ºCi, per tant, la vida a la Terra tal com la coneixem no seria possible.Actualment sabem que les activitat humanes han modificat la composició de l’atmosferades del començament de la revolució industrial. La concentració d’alguns gasos d’efectehivernacle ha crescut significativament reforçant l’efecte hivernacle i tendint a escalfarel clima de la Terra. Aquests gasos són principalment el vapor d’aigua, el metà, l’ozó,els òxids de nitrogen, els hidrocarburs i els diòxid de carboni. El vapor d’aigua juga unpaper fonamental de retroacció en el canvi climàtic, però la seva concentració es veuafectada de manera insignificant per les activitats humanes. El diòxid de carboniintroduït en l’atmosfera per la combustió de combustibles fòssils, per la producció deciment i per la desforestació, per contra, representa gairebé la meitat de la pertorbacióinduïda directament pels humans. La concentració de diòxid de carboni el 1750 era de280 ppmv i actualment és de 358 ppmv i està creixent a la velocitat de 1,5 ppmv perany. La concentració de metà augmenta a causa de certes pràctiques agrícoles, deltractament dels residus i de l’extracció i utilització dels combustibles fòsils. Lacontaminació de l’aire és la responsable de l’augment del nivell d’ozó en l’estratosfera.L’origen androgènic de l’òxid de nitrogen són l’agricultura i nombrosos processosindustrials. Finalment els derivats halogenats dels aerosols i dels circuits de refrigeraciósón compostos artificials. El temps de reisdència a l’atmosfera de molts d’ells són mésllargs que una dècada de manera que són homogeneïtzats pels moviments atmosfèrics ipoden afectar l’equilibri de radiació a escala global.

Al contrari que els gasos d’efecte hivernacle, els aerosols troposfèrics, que són petitespartícules en suspensió en l’aire resultants de la combustió dels combustibles fòssils i dela biomassa, tenen uns temps de residència molt curts. L’impacte sobre l’equilibri deradiació només té efecte a escala local. Poden absorbir o reflectir els raigs de sol i podenafectar la quantitat i les propietats dels núvols. En conjunt, refreden el clima, però noamb la proporció suficient per compensar a escala global els gasos que tenen efectehivernacle.

Durant aquest últim segle, el clima ha canviat. La temperatura mitjana global de l’aire ala superfície ha augmentat un valor que s’estima de 0,3ºC a 0,6ºC. S’ha observat un unascens del nivell mitjà dels oceans de 10 cm a 25 cm. Finalment, han estat identificades,en certes regions, les modificacions en la variabilitat i els extrems climàtics. És difícild’atribuir amb certesa aquests canvis als humans: fins i tot en el cas que es

50

50

mantinguessin els agents externs, la no linealitat del sistema climàtic engendrariavariacions internes com és el cas del fenomen del Niño. Per consegüent, tot canvi deguta la humanitat se superposa a les variacions d’origen natural. Recentment, però, el IPPC(Integovernment Pannel of Climat Change) ha estat en condicions d’afirmar que “es potarribar a discernir una influència humana en el canvi climàtic” la qual cosa indica queels canvis induïts pels humans comencen a emergir de la variabilitat natural del sistemaclimàtic. Per altra part el IPPC ha declarat que “es preveu que el clima continuaràcanviant en el futur”. Segons el IPPC, al final del segle vinent, en comparació amb elsvalors actuals, la temperatura mitjana de la superfície haurà augmentat 2ºC i el nivellmitjà dels oceans hauran augmentat uns 50 cm. Això implicará més dies molt calents,més sequeres i greus inundacions. A sobre, certes institucions mèdiques estimen quel’escalfament global podria causar l’extensió de zones de malalties tropicals cap alatituds més altes. És clar que un escalfament del clima podria comportar un perjudiciconsiderable a la humanitat.

Per moltes raons, les projeccions del clima futur són molt incertes fins i tot les previsonsdel IPPC: a) és difícil de predir quina serà la quantitat de les emissions futuresd’aerosols i dels gasos d’efecte hivernacle, simplement perquè depenen en gran mesurade les activitats humanes b) els escenaris d’estudi poden ser diversos c) el sistemaclimàtic és tan complex que molts dels seus mecanismes són encara desconeguts d) elsmodels numèrics, que són els únics que ens permetrien predir els climes futurs tenenencara moltes deficiències que es deuen en part a la manca de coneixement del sistemaclimàtic.

Per tant, és de gran importància que la comunitat científica estigui en condicions deproporcionar el més ràpidament possible un model climàtic fiable a les persones quetenen poder de decisió política. S’ha de poder donar resposta urgent a si ens podemconvencer objectivament que hi ha una intensificació de l’efecte hivernacle per lesactivitats humanes i que aquest fet pot conduir a un escalfament important del planetaen el futur immediat (segurament sense precedents en la història de la humanitat)

Definició de l’efecte hivernacle i la seva intensificació per les activitats humanesLes mesures del balanç de radiació a la Terra i els resultats del càlcul astronòmic ensmostren que la Terra rep del Sol 342 W m-2 ( aproximadament 1370 W m-2 sobre unasuperfície perpendicular a la radiació solar i situada a 150x106 km) D’aquests 342 Wm-2, 105 són reflectits a l’espai interplanetari la qual cosa representa un albedo de 0,30

L’equilibri a la pàrt superior de l’atmosfera exigeix que els 237 Wm-2 absorbits per laTerra siguin remesos a l’espai per satisfer la llei de l’equilibri de radiació, al menys al’escala de pocs anys. Vistes les temperatures sobre la Terra, l’emissió es fa al’infrarroig al voltant de 10 x10-6 m (llei de Wien). Si l’atmosfera no existís els 237Wm-2 restants serien absorbits per la superfície terrestre i aquesta els reemetria a unatemperatura de d’equilibri de -18ºC, que és la que s’anomena temperatura efectiva (lleide Stefan - Boltzmann). La temperaura mitjana actual és de 15ºC evidencia laimportància de l’atmosfera i dels seus components perquè es doni aquesta diferència de33ºC.

L’atmosfera és composta de 78% de N2 i del 21% de O2 , juntament amb altres gasos,alguns dels quals s’anomenen gasos d’efecte hivernacle. Influencien poc els raig del sol

51

51

incidents però absorbeixen practicament tota la radiació infrarroja emesa per lasuperfície i per l’atmosfera. Aquests gasos són el vapor d’aigua (amb una concentracióvariable, que fluctua al voltant del 0,5%) el CO2 (actualment 0,036%), el metà(1,7ppmv) La presència d’aquests gasos i de partícules en suspensió en l’aire sónresponsables del fet que la superfície no absorbeixi més que 170 Wm-2. La seva emissióa l’infrarroig a una temperatura de 15ºC és de 390 Wm-2. Donat que la pèrdua a dalt detot és de 237 Wm-2 existeix una pèrdua a l’atmosfera de 153Wm-2 per als gasos d’efectehivernacle. Aquesta pèrdua s’explica per les propietats físiques d’absorció dels gasosd’efecte hivernacle i pel deceixement de la temperatura amb l’altitud en l’atmosferabaixa. Tot augment de la concentració d’aquests gasos reforça l’efecte hivernacle ambuna quantitat que podem calcular a partir de mesures en el laboratori del poderd’absorció d’aquests gasos.

Per exemple, la captura de radiació pel diòxid de carboni ve donada per:∆Q = 6 ln ( [CO2]t / [CO2]0 ) Wm-2

on ∆Q és l’absorció suplementària de la radiació infrarroja lligada a l’augment de laconcentracióde CO2, [CO2]0 és la concentració de CO2 inicial (abans de la pertorbació)i [CO2]t és la nova concentració a l’instant t.

Fórmules similars per al conjunt de gasos d’efecte hivernacle condueixen a duesinformacions importants.

• Des de la revolució industrial, l’augment de la concentració en gasos d'efectehivernacle ben barrejats a l’atmosfera condueix a una captura adicional aaproximadade 2,45 Wm-2 . Aquesta quantitat es reparteix entre 1,56 Wm-2

per al diòxid decarboni , 0,47 Wm-2 per al metà i 0,14 Wm-2 per a l’òxid de dinitrogen. La presnciadel CFC i dels HCFC a l’atmosfera sembla que ha afegit 0,25 Wm-2.

• El diòxid de carboni de l’atmosfera, pel fet d’haver-se doblat la seva concentració,atrapa 4 Wm-2 més. (un dels reptes dels propers anys serà la mesura per satèl.lit laintensificació progressiva de l’efecte hivernale natural, cosa que requereix unaprecisió inferior a l’u per cent)

Però, l’equilibri en la part superior de l’atmosfera no hi permet una disminució de lesemissions infrarroges. Cal que el sistema respongui a la pertorbació emetent més energiacosa que fa augmentant la seva temperatura. Aquest escalfament comprèn lesretroaccions pròpies del sistema i, en particular, la retroacció positiva del vapor d’aigualligat a l’augment de l’evaporació (71% de la superfície de la Terra és cobert d’aigua itambé cal comptar amb l’aigua de l’evapotranspiració del món vegetal).

Augmenten les concentracions de gasos d’efecte hivernacle?Els instruments de mesura ho poden mostrar fàcilment. Hi ha també reconstruccions, enparticular a partir de l’anàlisi química de bombolles d’aire atrapades en els gels delsicebergs o en les geleres de les montanyes. Per al diòxid de carboni la concentració de1958 era de 315 ppmv, al començament de la revolució industrial de 280 ppmv i en elmoment de l’últim màxim glacial de 200 ppmv. Durant els últims 200 anys laconcentració de diòxid de carboni a l’aire ha augmentat 80 ppmv, és a dir a una velocitatcent vegades més ràpida que en el curs dels últims vint mil anys, en el transcurs delsquals l’augment natural havia arribat a 80ppmv.

52

52

Les concentracions globals de metà han augmentat en el curs dels anys 80 i dels anys 90a un ritme anual mitjà de 10 ppbv, de manera que el 1994 arribà a 1720 ppbv . Aixòrepresenta un augment de 145% des de la revolució industrial. Les mesures a llargtermini de le les concentracions d’hemiòxid de nitrogen indiquen un augment del 15%des de la revolució industrial amb una concentració actual de 312 ppbv.L’increment de les concentracions de diòxid de carboni, de metà i de hemiòxid denitrogen s’ha relantit al començament dels anys 90. Aquesta variació aparentmentnatural no és encara explicada de manera completa, però les dades recents indiquen queel ritme de creixement actual és comparable al valor mitjà obsevat durant els anys 80.

Les taxes d’augment de les concentracions atmosfèriques de triclorofluorometà (CFC-11) i de diclorofluorometà (CFC-12) que, fins el 1988, era del 4% anual per als dosgasos, durant el 1983 ha disminuït a 0,4% i 0,2% anual, respectivament, després del’aplicació del Protocol de Montreal, signat el 1987. La càrrega atmosfèrica de clor s’haestabilitzar a la fi del 1994 i disminueix des de fa temps. De tota manera, l’impacted’aquests CFC es farà sentir per molt temps, donat el temps de residència d’aquestsgasos a l’atmosfera, que es calcula entre 44 i 180 anys respectivament. L’abundància demonoclorodifluorometà (HCFC-22) continua augmentant a una taxa anual de 77% perany. Altres hidrofluorocaburs (HFC) i hidrocloroflourocarburs (HCFC),lesconcentracions dels quals encara són baixes, augmenten a un ritme molt més elevat(100% o més cada any). De tota manera, els temps de residència relativament curtsd’aquests gasos permeten fer la suposició que les concentracions de la major part d’ellsno hauria de depassar en total les 200 pptv. Els valors del SF6, un dels gasos ambl’efecte hivernacle més potent, semblen mantenir-se dins límits raonables.

Pel que fa a l’ozó, la comparació de dades dels satèl.lits amb mesures efectuades a partirde la superfície terrestre fan pensar que les concentracions de la columna vertical d’ozóa latituds mitjanes de l’hemisferi nord disminueixen al voltant de 0,5% cada any. Siaquesta disminució es relaciona a la disminuució de l’ozó estratosfèric(espectacular alatituds polars, per sobre de l’Antàrtica principalment), s’acompanya d’un augmentanual mitjà de 1,6% en la baixa troposfera i això en el transcurs dels cent últims anys.

L’augment dels gasos d’efecte hivernacle es deu a les activitats humanes?Sens dubte per als CFC ja que no existeix cap font natural d’aquests gasos. L’evoluciódel diòxid de carboni, del metà i de l’hemiòxid de nitrogen és imputable a les activitatshumanes i, essencialment a l’utilització dels combustibles fòsils, a la modificació iutilització del sòl i a l’agricultura. El 1995, les emissions anuals de diòxid de carboni al’atmosfera per utilització de combustibles fòssils s’eleva a 6,3 mil milions de tones decarboni (6,3 GtC), o sigui, prop de 23 mil milions de tones de diòxid de carboni . Laimportància de les emissions de diòxid de carboni, atribuïbles a la modificació del’utilització del sòl en zones tropicals, encara que sigui imprecisa, varia, segons lesvaloracions, entre 1GtC per any i 2GtC per any.

Els models de cicle planetari del metà donen com a valors fiables que les emissionsglobals netes ascendeixen a 535 milions de tones cada any (Mt/any), de les quals propdel 70% provenen de fonts antròpiques. Malgrat tot, existeixen incerteses associades a

53

53

un possible augment gradual de la durada de vida del metà en l’atmosfera o la fortarelació entre producció de metà i clima.

Pel que fa a l’hemiòxid de nitrogen les emissions totals s’estimen de l’ordre de15Mt/any, de les quals menys del 40% seran atribuïbles a les activitats humanes. Per al’ozó, la producció troposfèrica dels precursors de l’ozó, que provenen dels focs delsboscos i de la brossa, podrien ser tan importants com els que provenen d’altres fontsrelacionades directament amb activitats humanes. A les capes superiors, la introduccióde òxids de nitrogen a la troposfera pels avions, podria augmentar localment de manerasensible la producció fotoquímica de l’ozó. Els estudis realitzats en païsosindustrialitzats confirmen també que les emissions de monòxid de carboni tenen unpaper determinant en la producció local d’ozó.

Per al diòxid de carboni, tenim tres proves de la relació entre l’augment recent i lesactivitats humanes:

• la mesua de la disminució de la concentració d’oxigen en l’aire, disminució quecorrespon exactament a la que cal per oxidar el carboni que s’expulsa per lesactivitats humanes (aquesta disminució és de l’ordre de 0,03 ppmv per any sobreuna concentració de 210 000 ppmv;

• les propietats del fraccionament isotòpic 12C - 13C en les plantes;• les propietats del decreixement del 14C amb el temps.

Les dues últimes proves es poden comprendre amb relativa facilitat. La combustió delscombustibles fòssils mena a un empobriment de l’aire en 13C i en 14C ; la combustiódels boscos només en 13C, El 14CO2 de la matèria viva està en equlibri amb el del’atmosfera metre que aquesta matèra viva és pobra en 13CO2 comparat amb 12CO2 ( -21per mil en lloc de +1 per mil en l’aire). Tota absorció del CO2 per les plantes condueix aun augment relatiu de la concentració de 13CO2 a l’aire en relació al 12CO2 absorbitpreferentment; inversament tota emissió de diòxid de carboni per combustió empobreixl’aire en 13CO2. Les fluctuacions en el decreixement progressiu del 13CO2 en l’aire ensinformen de les fluctuacions en els flux naturals entre els components en el cicle deldiòxid de carboni i sobre la tendència de l’augment de diòxid de carboni a l’aire lligadaals combustibles fòssils i als boscos.

Els resultats de la simulació són corroborats per l’observació i les reconstruccionsclimàtiques?Els models de balanç de la radiació global preveuen un augment d’1ºC si es dobla laconcentració de diòxid de carboni a l’aire. Els models més sofisticats, encaraincomplets, preveuen un augment d’1ºC a 2,5ºC. Les simulacions del centre Hadley aAnglaterra, publicades l’agost del 1998 i que es basen per al clima futur en un escenarisemblant al del IPPC, mostren que d’ara a l’any 2050 el clima s’escalfarà 0,2ºC perdeceni si es té en compte l’efecte climàtic de les pols i dels gasos d'efecte hivernacle .aquesta taxa mitjana de escalfament és comparable al 0,3ºC per deceni que s’obté sinomés es considera l’efecte dels gasos d'efecte hivernacle. A més d’aquí a la fi del segleXXI, l’escalfament degut als gasos d'efecte hivernacle anirà sent més rellevant que el deles pols, ja que els gasos d'efecte hivernacle s’acumulen a l’atmosfera i les pols tenen untemps de residència a l’aire molt més curt (una setmana en relació a uns quants anys peral diòxid de carboni )

54

54

El model anglès preveu també més precipitacions en les latituds mitjanes i en elstròpics, i un augment de la sequera en les latituds subtropicals. L’augment del nivell delsoceans arribarà a 15 cm d’aquí al 2050 - 8 a 9 cm causts per l’expansió tèrmica delsoceans i la resta de la fusió dels gels continentals.

Però què fou en el passat? A escala geològica, les variacions de concentració de gasosd'efecte hivernacle són paral.leles a les de la temperatura. A escala del segle, la relacióentre l’augment de la temperatura i dels gasos d'efecte hivernacle és més difícild’evidenciar a causa de la variabilitat natural del sistema climàtic i de l’efecte derefredament de les pols, la concentració de les quals és particularment important en lesregions industrials que és on hi ha més i millors mesures. Aquesta dificultat acaba de sersuperada gràcies als resultats obtinguts per modelitzadors del Max Planck Institutalemany i del Hadley Center anglès. Els seus models, més complets que les versionsanteriors, mostren que el clima dels cent últims anys es reprodueix millor si s’hiincorpora a la vegada els gasos d'efecte hivernacle i les pols d’origen antròpic. Així, desdel febrer del 1995, els investigadors alemanys han pogut anunciar que, segons el seumodel, una part del escalfament del segle XX es deu a les activitats humanes.Comparant simulacions i observacions, han conclós que la probabilitat quel’escalfament observat es degui úicament a causes naturals és inferior a cinc per cent. Amés, aquest estudi i el de Lawrence Livermore National Laboratory de Califòrnia vanser els primers a comparar la variabilitat del clima, calculada a partir de modelsd’acoplament oceà-atmosfera, a les estructures geogràfiques de l’escalfament observat.La similitud entre les observacions i els resultats de les simulacions els va permetre deconfirmar la influència sobre el clima de les emissions antròpiques de pols i de gasosd'efecte hivernacle.

Importància de les pols i de l’activitat solarEls aerosols troposfèrics (partícules microscòpiques en suspensió en l’aire) queprovenen de la combustió de combustibles fòssils, de la biomassa i d’altres fonts, hanconduït a un forçament negatiu directe de -0,5Wm-2 de mitjana global i, probablement,un forçament negatiu indirecte d’un valor comparable. Tot i que aquest forçamentnegatiu es concentra a determinades zones subcontinentals, es pot assegurar que hi haincidències a nivell continental i a nivell hemisfèric. A escala local el forçament negatiuque es deu als aerosols és superior al positiu dels gasos d'efecte hivernacle de vida mésllarga. Els aerosols tenen una vida molt curta a la troposfera.Quant als aerosols estratosfèrics, el seu impacte sobre la radiació pot ser important:després de l’erupció del Pinatubo, l’efecte global mitjà fou estimat de -3,5 Wm-2 perònomés ha durat alguns anys. Les modelitzacions que s’han seguit amb el Pinatubo el1991 i amb el Chichón el 1982 indiquen que el refredament climàtic net que esdesencadena per les erupcions sempre es revela inicialment en els tròpics, poc desprésde l’erupció. Es propaga a latituds mitjanes al llarg de l’any següent i pot durar més dequatre anys. L’impacte climàtic del Pinatubo ha servit per explicar el refredament delsanys 1992 i 1993.Finalment, encara que persisteixen incerteses notables, el forçament radiatiu lligat al’activitat solar deu haver arribat a -0,3 W m-2 des de 1850.

Observem un escalfament al segle XX? És real?

55

55

Sense discusió, hi ha un nombre important de dades indirectes que permeten afirmar quedel segle XVI al segle XIX el clima es va caracteritzar pe una petita era glacial i ques’ha acabat a la fi del segle XX. L’escalfament que s’està seguint al segle XX sembla,doncs, que és un fet real.L’anàlisi de dades que proporciona una gran xarxa mundial d’estacions climatològiquesindica que hi haurà hagut al llarg de l’últim segle un escalfament general mitjà del’ordre de 0,3 a 0,6 ºC. L’evolució més marcada ha tingut lloc durant les últimesdècades L’estiu del 1995 ha estat l’any més calent de tot el període d’observació aescala planetària. Malgrat un lleuger refredament, 1996 pertany encara als deu anys méscalents que mai s’han enregistrat. La Niña, la fase freda del Niño, ha aparegut alcomençament del 1996. Al final del 1995 vam observar el final de fase de l’oscil.lacióNord atlàntica amb la fi del periode càlid en què Europa i Amèrica del Nord han tingutun clima calent al curs dels dos últims anys. El refredament dels anys 92-93 ha estatdesprés de l’erupció del Pinatubo del 1991.Aquest escalfament secular ha estat acompanyat d’altres fenòmens característics:• les temperatures nocturnes han augmentat generalment més que les diürnes;• a les regions continentals de latituds mitjanes, a l’hivern i a la primavera,

l’escalfament climàtic recent ha estat el més pronunciat;• la quantitat de precipitacions s’ha accentuat en el continent a latituds elevades de

l’hemisferi nord sobretot durant la temporada freda;• per terme mitjà, el nivell dels mars s’ha elevat de 10 cm a 25 cm en el transcurs del

cent últims anys a causa de l’expansió tèrmica dels oceans i de la fusió del gransmasses de gel;

• a escala regional (però no a escala mundial) existeixen indicacions clares del’evolució de certes condicions extremes i de certs indicadors de la variabilitat delclima;

Però les observacions meteorològiques permeten fer totes aquestes afirmacions? Totsembla indicar que la resposta és afirmativa:• la qualitat de les mesures ha estat objecte d’estudis aprofondits que tendeixen a

mostrar que són fiables, fins i tot acceptant que la qualitat de les mesures es degradaa mesura que ens remuntem en el temps. Les noves anàlisis de dades per satèl.littendeixen a reconciliar les informacions proporcionades per satèl.lit al llarg delsúltims decenis i i les mesures tradicionals a terra;

• la representativitat de les dades ha estat objecte de nombrosos estudis, els quals hanconduït a correccions, en particular lligades a les illes de calor urbà. A més, modelsmolt complets permeten una interpolació en una graella de punts dispersatsregularment damunt la Terra, per tal d’evitar tota lectura esbiaixada lligada al nombremés gran d’observacions fetes en les regions industrialitzades.

Detecció del senyal antròpic en l’evolució del clima del segle XXTota influència de l’home sobre el clima se superposa a un soroll de fons representat perla seva variabilitat natural. Això resulta més de les fluctuacions internes que de causesexternes tals com la variabilitat de l’activitat solar o les erupcions volcàniques. Elsestudis de detecció i d’atribució s’adrecen a establir una distinció entre les influènciesnaturals i les que provenen dels humans. La detecció és l’operació que consisteix endemostrar que un canvi climàtic observat és altament improbable des del punt de vistaestadístic.

56

56

Gràcies a una evaluació més realista del forçament radiatiu degut als aerosols sofrats ials gasos d'efecte hivernacle, s’han pogut fer simulacions més completes del senyalclimàtic d’origen antròpic. A més, a partir de les mesures, de les dades paleoclimàtiquesi de resultats de models acoplats oceà-atmosfera, s’han obtingut dades de gran valorsobre la variabilitat natural del clima, interna o forçada pels processos externs, a escalesde temps que van des del decenni al segle. S’ha pogut mostrar que:• la mitjana global de la temperatura de l’aire en el segle XX és la més elevada dels

últims cinc-cents anys.• els canvis significatius detectats demostren que la tendència a l’escalfament observat

no és versemblable que sigui únicament d’origen natural.• la concordància entre les caracerístiques - geogràfiques, estacionals i verticals - dels

canvis de temperatura predits tenint en compte l’efecte combinat dels gasos d'efectehivernacle i dels aerosols sofrats d’origen antròpic, d’una part, i els observats , perl’altra, millora progressivament, a mesura que el senyal antròpic s’intensifica. Noobstant això, existeix una petita probabilitat que tal concordància es produeixi peratzar, únicament com el resultat de la variablitat interna i natural del clima. A més, elperfil vertical del canvi observat no correspon al que es relaciona amb el sòl o elsvolcans.

De tota manera, la nostra capacitat de mesurar la influència dels humans sobre el climaglobal queda limitada perquè el senyal que tenim en compte és encara difícil de distingirdel soroll de fons relacionat a la variabilitat natural, i a causa de les incerteses sobrediversos factors importants. Malgrat tot, el ventall d’elements disponibles suggereix quehi ha una influència perceptible de les activitats humanes en el canvi climàtic global.

Atenem el fet que el clima evolucioniL’IPCC ha elaborat una sèrie d’escenaris en relació a l’evolució futura de les emissionsde gasos d'efecte hivernacle i d’aerosols. Aquests escenaris es basen en certes hipòtesisrelacionades amb el creixement demogràfic i econòmic, l’expotació dels sòls, elsprogressos tecnològics i l’aprovisionament energètic així com la manera com diversesfonts d’energia contribuiran a aquest aprovisionament entre 1990 i 2100. A partir delconeixement del cicle global del carboni i de la química de l’atmosfera, aquestesemissions es poden tenir en compte per preveure les concentracions atmosfèriques degasos d'efecte hivernacle i d’aerosols així com les pertorbacions induïdes en relació al’efecte natural sobre la radiació. Els models climàtics poden ser utilitzats per predirl’evolució futura sobre el clima.

Les simulacions cada cop més realistes sobre els climes, passat i actual, obtingudes apartir de models climàtics en els quals s’acoblen l’atmosfera i els oceans donenconfiança en la seva capacitat de predir l’evolució futura del clima. Resten gransincerteses però, totes elles s’han tingut en compte en el conjunt de previsions de latemperatura mitjana global i del nivell del mar.

En la hipòtesi de l’escenari mitjà de l’IPCC, amb el valor més probable de la sensibilitatdel clima i de la incidència del l’augment previst de la concentració d’aerosols,l’augment predit de la temperatura mitjana global a la supefície és de 2ºC entre 1990 i2100. L’escenari més baix de l’IPCC amb un valor feble per la sensibilitat del clima i dela incidència de la progressió prevista de la concentració d’aerosols, condueix a predirun escalfament de prop d’1ºC cap el 2100. L’escenari més elevat del IPCC i un valor

57

57

elevat de la sensibilitat del clima condueixen a predir un escalfament de prop de 3,5ºC.En tots els casos, la rapidesa de l’escalfament probablement serà més elevada quequalsevol altre període dels últims deu mil anys. Malgrat això, a l’escala d’1 any a 10anys, l’evolució del clima serà marcada per una variabilitat natural important. Lesfluctuacions regionals de les temperatures podrien ser sensiblement diferents de lamitjana global. En funció de la inèrcia tèrmica dels oceans, la temperatura no hauriaprogressat el 2100 cap el seu punt d’equilibri més que d’un 50% a un 90%; continuariaaugmentant més enllà d’aquesta data, fins i tot si la concentració de gasos d'efectehivernacle en aquell moment s’hagués estabilitat.

Es preveu una elevació del nivell mitjà del mar en funció de l’escalfament dels oceans ide la fusió dels gels. En la hipòtesis d’un escenari mitjà de l’IPCC, amb els valors mésprobables de la sensibilitat del clima i de la fusió dels gels per l’escalfament i, tenint encompte la incidència de la progressió deguda als aerosols, es preveu una elevació delnivell del mar de prop de 50 cm entre ara i el 2100.

En la hipòtesi de l’escenari més baix de l’IPCC amb valors baixos de la sensibilitat delclima i de la fusió dels gels per escalfament i tenint en compte la incidència delsaerosols, la predicció de l’elevació del nivell del mar és d’aproximadament 15 cm entreara i el 2100. En la hipòtesi de l’escenari més elevat de l’IPCC, amb els valors elevatsde la sensibilitat del clima i de la fusió dels gels, s’ariba a una elevació del nivell delmar de 95 cm entre avui i el 2100. El nivell del mar continuarà elevant-se amb unarapidesa semblant més enllà d’aquesta data, fins i tot si la cncentració de gasos d'efectehivernacle s’hagués estabilitzat. Continuarà elevant-se després que la temperaturamitjana global s’hagi estabilitzat. A escala regional, les fluctuacions del nivell del marpodrien ser diferents de la mitjana global en funció dels moviments del terreny i delscanvis en els corrents oceànics.Les previsons obtingudes amb models acoblats oceà-atmosfera són més fiables a escalahemisfèrica o continental que a escala regional. Són més fiables d’entrada les previsionsque fan referència a la temperatura que les que fan referència al cicle hidrològic.

Totes les simulacions climàtiques tenen les característiques següents:• augment de la temperatura de supefície, més important sobre la terra que sobre el

mar a l’hivern.• augment de la temperatura maximal de superfície a les latituds elevades de

l’hemisferi nord a l’hivern.• augment feble de la temperatura de superfície a l’Àrtic a l’estiu.• intensificació del valor mitjà global del cicle hidrològic i creixement de la

quantitat de precipitació i d’humitat dels sòls en latituds elevades a l’hivern.Totes aquestes fluctuacions s’expliquen per mecanismes físics identificables.Per contra, la major part de les simulacions, indiquen un afebliment de la circulaciótemohalina en l’Atlàntic Nord i una reducció àmpliament marcada de l’amplitud tèrmicadiària. Aquestes característiques s’expliquen igualment per mecanismes físicsidentificables.

Els efectes directes i indirectes dels aerosols antròpics tenen incidències sensibles sobreles previsions. En general, indiquen fluctuacions de temperatura i de precipitació demenys amplitud si es té en compte el paper dels aerosols , en particular en les latitudsmitjanes d l’hemisferi nord. Es notarà que l’efecte de refredament degut als aerosols,

58

58

lluny de compensar simplement l’efecte dels gasos d'efecte hivernacle té importantsrepercusions sobre certes característiques del canvi climàtic a escala continental,particularment aparents a l’estiu. El repartiment espacial i temporal dels aerosolsinflueix àmpliament en la projecció a escala regional, la qual cosa contribueix aaugmentar les incerteses relacionades amb aquestes projeccions.

Un escalfament global hauria de conduir a un augment del nombre de dies qmolt calentsi a una disminució del nombre de dies molt freds.

L’elevació de les temperatures influirà sobre el cicle hidrològic amb risc d’intensificacióde les sequeres i/o inundacions a certs indrets i una possibilitat de disminució del’amplitud d’aquest mateixos fenòmens a altres indrets.

Una evolució ràpida i sostinguda del clima podria modificar l’equilibri de laconcurrència entre espècies i provocar la desaparició dels boscos en els quals unaalteració en la quantitat de carboni absorbit i desprès per les biomes terrestres. Laimportància d’aquesta alteració és incerta però podria situar-se, segons el ritmed’evolució del clima, entre 0-200 GtC en el curs dels cent o dos-cents pròxims anys.

L’estabilització de les concentracions en gasos d’efecte hivernacleSi les emissions de gasos d'efecte hivernacle es mantenen al nivell actual, laconcentració de diòxid de carboni a l’atmosfera s’elevarà de forma pràcticamentconstant durant al menys dos-cents anys. Arribarà prop de 500ppmv al final del segleXXI o sigui prop del doble de la concentració de 280 ppmv que era el valor observatabans de l’era industrial.

Els models del cicle del carboni indiquen que el contingut de diòxid de carboni enl’atmosfera només es podria estabilitzar- al voltant de 450, 650 o 1000 ppmv- si lesemissions de diòxid de carboni d’origen humà retornessin al nivell de 1990 d’aquí a,respectivament, 40, 140 o 240 anys i, si disminuissin netament per sota d’aquest elnivellLes incerteses són nombroses.

L’estabilització de concentracions dependrà, en primer lloc, de les emissionsacumulades de diòxid de carboni d’origen antròpic en el moment en què s’estabilitzil’evolució de les emanacions des d’ara fins aleshores. Això implica que, si lesemissions són més elevades en un primer temps, caldrà reduir-les més posteriorment sies vol aconseguir una estabilització de concentracions a un determinat nivell. Segonscerts escenaris previstos, les emissions antròpiques acumulades del 1991 al 2100s’haurien de fixar en 450, 650 o 1000 ppmv respectivament (amb una desviació màximadel 15% en cada cas). A títol de comparació les emissions acumulades corresponentsvariaven de 770 a 2190 en els escenari IS92.

L’estabilització de les concentracions de CH4 i de N2O als nivells actuals exigiria unareducció de les emissions antròpiques del 8% i del 50% respectivament.

Les incerteses són nombrosesActualment, nombrosos factors limiten la nostracapacitat de preveure i de detectar els canvis climàtics futurs. Per reduir les incerteses,convé aprofondir els coneixements en els dominis prioritaris següents:

59

59

• evaluació de les futures emissions i dels cicles biogeoquímics, de gasos d'efectehivernacle (comprenent les reserves i les extraccions), els aerosols i els precursorsdels aerosols; la seva concentració futura i les propietats radiatives.

• inclusió dels processos climàtics en els models i en particular les retroaccionsdegudes al núvols, als oceans, als gels del mar i a la vegetació a fi que es puguinafinar les projeccions referents a la rapidesa i a les característiques regionals delscanvis climàtics.

• recollida sistemàtica i a llarg termini de les observacions directes i de lesreconstitucions a partir d’indicadors indirectes de les seves variacions en el passat decerts paràmetres del sistema climàtic (energia solar, elements del balanç energètic del’atmosfera, cicle hidrològic, característiques dels oceans i canvis dels ecosistemes,etc.) a fi de verificar la validesa dels models i d’evaluar la variabilitat d’aquestsparàmetres en el temps i a escala regional i d’utilitzar-los en el marc d’estudis dedetecció i d’atribució.

Fluctuacions del sistema climàtic no esperades, ràpides i de gran amplitud (com les ques’han produït en el passat) són difícils de preveure. Correm el rissc que la futuraevolució del clima ens reservi sorpreses, degudes principalment al caràcter no lineal delsistema climàtic. En cas de canvi ràpid, els sistemes no lineals són particularmentsusceptibles de comportaments inesperats . És possible de realitzar progressos enl’estudi dels processos i dels components no lineals del sistema climàtic. Podemesmentar, entre aquests fenòmens no lineals, les fluctuacions ràpides de la circulació enl’Atlàntic Nord i les retroaccions lligades a les modificacions dels ecosistemesterrestres.

(Vegeu les taules i figures comentades en l’annex 2 i annex 4)

60

60

Apèndix 2

El Protocol de Kyoto sobre els canvis climàtics(Traducció de l’article del mateix títol de YPERSELE J.P.: (1998) “Le protocole deKioto sur les changes climatiques” Ciel et Terre” Univ.Lovaina)

El grup intergovernamental d’experts sobre l’evolució del clima (IPCC) , en la hipòtesid’un escenari mitjà d’emissions de gasos d'efecte hivernacle, va predir un augment mitjàde la temperatura de la superfície del planeta de 2ºC entre 1900 i 2100 i un augment de50 cm del nivell mitjà dels mars. Tal velocitat de canvi és superior a les que s’han trobatdes de fa 10 000 anys amenaça de pertorbar seriosament els ecosistemes, la salut i unbon nombre d’activitats humanes. Vista la gravetat del diagnòstic del IPCC, les NacionsUnides van establir una Convenció-marc sobre els canvis climàtics que fou signada aRio de Janeiro el juny de 1992, per gairebé 150 països.L’objectiu final d’aquesta convenció és ambiciós ja que es tracta de preservar un climaviable: estabilitzar les concentracions de gasos d'efecte hivernacle a l’atmosfera a unnivell que impedeixi tota pertorbació antròpica perillosa del sistema climàtic. LaConvenció precisa encara més: Convindrà aconseguir aquest nivell en un terminisuficient perquè els ecosistemes puguin adaptar-se naturalment als canvis climàtics,perquè la producció alimentària no sigui amenaçada i perquè el desenvolupamenteconòmic pugui proseguir de manera sostenible. A Rio, els països desenvolupats escomprometeren a remetre les emissions de gasos d'efecte hivernacle de l’any 2000 alsnivells de 1990, la qual cosa és un esforç insuficient per estabilitzar la sevaconcentració. El consell de ministres europeu, el juny del 1996, tenint en compte que elnivell actual de diòxid de carboni, sense tenir en compte altres gasos d'efecte hivernacle,és de 363 ppmv, ha fet l’estimació que els esforços de reducció de les emissionshaurien de tenir per finalitat que la concentració en diòxid de carboni no depassi les 550ppmv. Quedar-se per sota d’aquest nivell implica que els països industrialitzats(responsables del 80% de les emissions anteriors) han de reduir significativament lesseves emissions en el transcurs de les dècades vinents.

El Protocol de Kioto, acabat el desembre de 1997, després de la tercera sessió de laConferència de les Parts en la Convenció, és un primer pas en aquesta direcció. El textreforça en efecte els compromisos dels països desenvolupats, els quals es comprometena reduir o a limitar cadascuna de les emissions de les sis famílies de gasos d'efectehivernacle (CO2, CH4, N2O, PFC, HFC i SF6) abans del periode 2008-2012, ambl’objectiu de reduir les emissions dels països desenvolupats, al menys un 5% en relacióal nivell de 1990. Des del 2005 s’han d’apreciar progressos en aquest sentit. Per atendreaquest objectiu i per tal de promoure un desenvolupament sostenible, cada paísdesenvolupat aplica i/o elabora molt abans polítiques i mesures en funció de la sevasituació nacional, per exemple les següents(extretes de l’Art. 2): 1) creixement del’eficàcia energètica; 2) protecció i reforç dels embornals (capacitat d’absorció de lavegetació); 3) promoció de les formes d’agricultura sostenible; 4) promoció de les fontsd’energia renovable; 5) reducció progressiva o supressió gradual de les imperfeccionsdel mercat, d’accions fiscals on la llei és contrària a l’esperit de la Convenció; 6) estímula les reformes apropiades en els sectors pertinents per tal de promoure les polítiques imesures; 7) limitació i/o reducció de les emissions de metà en el sector de la gestió deresidus així com en la producció, el transport i la distribució de l’energia. A més, cada

61

61

part desenvolupada ha de cercar com limitar o reduir les emissions en els transportsaèris i marítims.

La reducció col.lectiva de al menys el 5% es traduirà per a les reduccions a què cadapaís o grup de països estan compromesos de la següent manera: 8% per a la UnióEuropea, 7% per a Estats Units, 6% per a Japó i Canadà, mentre que Russia i Ucranias’han compromès solament a estabilitzar les seves emissions. La Unió europea podràrepartir els esforços necessaris a la realització del seu objectiu entre els estats membres.El llenguatge jurídic utilitzat al protocol és molt més retrictiu que el de la Convenció,però les sancions eventuals encara s’han de definir.

Molts mecanismes permetran a les parts de lliurar-se de les seves obligacions amb unacerta flexibilitat. En particular, es pot comerciar entre països desenvolupats amb lesunitats de reducció de les emissions per bé que aquests intercanvis siguin només uncomplement de les mesures preses a nivell nacional. Es tracta, doncs, del que ja s’haanomenat el “permís per contaminar”, pel qual, la quantitat és racionada en funció delsobjectius de cada país. Nombroses qüestions sorgeixen en el disseny de la posta enpràctica d’aquests instruments. Està per veure què passarà en la quarta sessió de laConferència de les Parts (Buenos Aires, novembre de 1998), que es preveu mésinteressant en aquest aspecte.La visió optimista del Protocol de Kioto és la següent: sense ella, les emissions delspaïsos desenvolupats augmentarien cap un 24% sobre el nivell de 1990, mentre que si elprotocol es posa a la pràctica, han de reduir-se fins un 5% en lloc del 24% . Es tractadoncs, d’una inversió real de la tendència, que haurà de fer sentir els seus efectes en totsels sectors de l’economia del nostre país. La visió pessimista és que amb aquestProtocol, la concentració de diòxid de carboni augmentarà en 29 ppmv d’ara al 2010,arribant a 382 ppmv, mentre que sense ell s’arribaria a 383,5 ppmv. Es guanya només1,5 ppmv! Actualment la concentració augmenta cada any. Kyoto ens ha permèsrecular a penes un any el moment en què haurem exercit una pertorbació antròpicaperillosa del sistema climàtic. Aquest Protocol no pot ser més que una etapa. Cal esperarque les negociacions ulteriors assoliran el ritme que es requereix abans que els senyalsde la natura no es tornin massa agressius. És un dels principals reptes de les dècadesvinents.

62

62

Bibliografia

Articles

ARCHER, D.; MAIER,; REIMER: Nature .1994. 367 pg 260. London

BARNES,J.D.; OLLERENSHAW, J. H.; WITHFIELD, C.P.: 1995. “Effects of elevatedCO2 and/or O3 on grouth, development and physiology of wheat. Global change Biol. 1,129-142.BARNOLA: Nature. 1987. 329. Pg 408-414.London.

BAZZAZ, F. A. 1990. “The response of natural ecosystems to the rising global CO2

level”. Ann.Rev. Ecol. And syst. 21, 167-196.

BERGER, A: “Intensification de l’effect serre par les activitées humaines” Ciel et Terre.Vol 114 (2), 39-51 .1998. Louvain. I

BOLIN, b. : (1998) “The Kyoto negotiations on Climate Changes: A scienceperspective” Science. 16-1-1998 pp 330-331.

BOYES, S.E.; STANISSTREET. (1997). “Children’s models of understanding of twomajor global environment issues” Research in Science of Technological Education, vol15.

CHRISTIDOV, V.; KOULADIS, V. : (1996) “Children models of the ozone layer andozone depletion. Research in Science Education. 26.

DELECLUSE, P.: “Suertes y desgracias de la prevención del Niño” Mundo científico.nº190. Mayo 1998.

EISENMANN, M.A.: “Soil analysis for High Chemistry Students” Journal of ChemicalEducation. Vol 57, n 12, Dec 1980

ERWIN, D.E.: 1996. “The mother of mass extintions” Sci. Amer. 275 (1) 56-62.

JIMÉNEZ ALEIXANDRE, M. P.(1994).: “Educación ambiental en las Ciencias de laTierra”. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1994 (2.2 i 2.3) pp. 410-416

JIMÉNEZ ALEIXANDRE, M.P. (1998): “Diseño curricular: indagación y razonamientocon el lenguaje de las ciencias” Enseñanza de las ciencias 1998 vol. 16- nº 2.

KEELING, C.D.; CHIN,J.F.S.; WHORF, T.P. : (1996) Nature. London. 337 pg 146-149. 1996.

63

63

KIERNAN, V.: 1996. “Greenland’s ice holds key to climate puzzle”. New Sci. 151 nº2037, 7.

KIERNAN, V.: 1992. “Is the frozen north in hot water?”. New Sci. 153. Nº 2068, 10.

KORNEL,C.: 1996. “The response of complex multispecies systems to elevated CO2”in: WALKER, B. H.; STEFFEN, W.L. Global Change and Terrestrial Ecosystems pp20-42. Cambridge. C.U. P. 1996.

LANBIN, E.F. : “La utilització del sòl i el canvi global” Medi ambient. Tecnologia icultura. Nov 1998. Barcelona. Departament de Medi ambient.

LLOYD, J.; FARQUHAR, G.D. 1996: “The CO2 dependence of photosyntesis, plantgrowth responses to elevated atmospheric CO2 concentrations and their interaction withsoil nutrients status. I.General principles and forest ecosystems”. Func. Ecol. 10, 4-32.

LONG, S.P. (1991): “Modification of the response of photosinthetic productivity torising temperature by atmospheric CO2 concentration. Has its importance beenunderstimated?” Plant, Cell and Environment. 14. 729-739.

LUCAS A.M. (1980): “ Science and Environmental education: pious hopes, self praiseamd disciplinari chauvinism”. Studies in Science Education 7 pp 1-26

MASSONS J., CAMPS, J. : “El Niño y sus efectos devastadores”. Mundo científico.nº187. Febrero 1998.

MAYER, M. (1997): “Educación ambiental: de la acción a la investigación” Enseñanzade las ciencias . Barcelona. 1998. Vol 16 nº2

MIKELSKIS, Helmut (1988): “Ecological education. The structuring of Man-NatureRelatinship as the Gulding theme of a Pedgogical quest”. Ricerca educativa. Anno V. nº4. Oct.-Dic. 1988.

TUOMI, R; BEKKI, S:; LAW, K.S. (1994): “Indirect influence of ozone depletion onclimate forcing by clouds”. Nature. 372, 348-351.

TYRREL, T. : Of atmospheres and Oceans”. Education in chemistry. May 1998.

VANDIEPENBEECK (1998) El Niño: Lenfant terible du Pacifique. Ciel et Terre.Lovaina. Vol 114 (2) 52-56. 1998.

VICENTE CÓRDOBA, C. (1995). “Reflexiones sobre posibles estrategias en materiade Educación ambiental”. Revista complutense de Educación.vol. 6 nº 2 1995. Serviciode publicaciones. Universidad Complutense. Madrid

VOLK T. : Nature. London. 1989. 337. Pg 637-640.

64

64

YPERSELE, J.P. : (1995) “Prevention des changements du climat” Ciel et Terre.Louvain. Vol 111 (2) p 61-63.

LlibresANGUITA VIRELLA,F.: Procesos geológicos externos y Geología ambiental. Madrid.Rueda. 1993

BEDER,S. 1993. The nature of sustainable development. Newham. Australia. ScribePublications. 1993.

BOOTH, B.; FITCH, F.: La inestable Tierra. Biblioteca Científica Salvat. Barcelona.Salvat. 1994.

DEL CARMEN, L.M. : La recerca del sòl. Barcelona. Teide.

DE MANUEL, J.; GRAU, R.; SABATER, S.: Gaia, una sola Terra. Biblioteca declasse. Barcelona. Editorial Graó. 1993.

DOMENECH, X.; El impacto ambiental de los residuos. Madrid. Miraguano ediciones.1994.

FISHER, G. : “Entenent el canvi: l’ús de models integradors” Environmental Science.Essex U.K. Longman. 1996.

GIORDAN,A.; SOCHON, C.L. : La educación ambiental: Guía práctica. Sevilla.Editorial Diada. 1996.

JACKSON, A. E. W.; JACKSON J. M. : Environmental Science. Essex U.K. Longman.1996.

KORNER, C. : “El CO2 influencia la biodiversitat” Environmental Science. Essex U.K.Longman. 1996.

LEEDER, M.R.: “Sedimentology. Process and product”. London. Allen and Unwinpublishers. 1983.

LEVIN, H.L.: The Earth througth time. 4th Edition. Saunders College Publishing.Orlando. Florida. USA. Haurcourt Brace Publishers. 1994.

LLEBOT , J.E.: El canvi climàtic. Monografies de medi ambient. Departament de Mediambient. Generalitat de Catalunya. Barcelona. Rubes. 1997.

LLEBOT, J.E.: Els fluids de la vida. Biblioteca universitària. Barcelona. Edicions Proa.1996.

65

65

LUCAS A.M. (1992). Educación ambiental para unha era nuclear. Adax. 8 pp. 123-136

MARGALEF, R.: Ecologia. Planeta. Barcelona. 1992.

MARGALEF.R.: Planeta azul. Planeta verde. Barcelona. Prensa científica. 1992.

MEADOWS, DONELLA H.; MEADOUS, DENIS L.; RANDERS JORGEN: Más alláde los límites del crecimiento. Madrid. El País Aguilar. 1994.

MILLER. Ecología y medio ambiente. Interamericana. 1994.

MOLUVIER, G.: La contaminación atmosférica. Debate. Madrid. 1996.

MURRAY, D.R.: Carbon dioxide and plant responses. Research studies press. London.Jonh Willey. 1997.

MYERS, N.: Gaia, el atlas de la gestión del planeta. Madrid. Hermann Blume. 1994

NACIONS UNIDES. The global Partnership for Environment and Development. AGuide to Agenda 21. Ginebra. (Declaració de Rio. Traduït pel Departament de Mediambient. Generalitat de Catalunya)

PÉREZ LÓPEZ J.A. et al.: Agujero de ozono y efecto invernadero. Universidad deGranada. 1993.

RASOOL, ICHTIAQUIE. El sistema Tierra. Madrid. Dominós/Debate. 1994.

SADOURNY R.: El clima de la Tierra. Madrid. Debate. 1994.

SANZ SA, J.M.: La contaminación atmosférica. Madrid.MOPU. 1991.

STOCKER; Seager: “Química ambiental. Contaminación del aire y del agua”Barcelona. Blume.

TERRADAS J.: Ecología hoy. Barcelona. Teide. 1991.

TYLER MILLER, G. Ecología y medio ambiente. México. Editorial Iberoamericana1994.

URIARTE, A.: Ozono, la catástrofe que nos llega. Garoa. 1995.

VELÁZQUEZ DE CASTRO, F. : Educación ambiental. Madrid. Narcea.

VV. AA. : La Biosfera. Scientific American. Alianza editorial. Madrid.1982.

VV. AA. : La química en la sociedad. Universidad Autónoma de Mexico. EditorialFernández Flores. 1994.

66

66

Llibres de text:

EARL, B.; WILFORD, L.D.R.: Chemistry (GCSE). London. Jonh Murray publishers.1995

JONES, M.; JONES G.; ACASTER D.: Coordinated Science. Chemistry. Cambridgeuniversity press. 1995.

HOLMAN J. : Chemistry 1995. U.K. Australia.Canada. Nelson Science.

ESCARRÉ, ANTONIO; VV AA: Ciencias de la Tierra y del medio ambiente. Madrid.Edit. Santillana. 1997.

CALVO, D.; MOLINA, M.T.; SALVACHÚA J.: Ciencias de la Tierra y del Medioambiente 2º Bachillerato. Madrid. Mc Graw Hill. 1996.

RAMSDEN, E.; BREITHAUPT, J.; APPLIN, D. : Key Science. GESC. U.K. StanleyThornes Pub. 1994.

Adreces intenet sobre canvi climàtic

http:// www.cdc.noaa.gov/ENSO/enso/different.html

http:// wwwictnet.es/terrabit/

http:// www.cop3.de/.

http:// www.ipcc.ch/.

http:// www.globalchange.org/.

http:// www.igbt.kva.se/index.html

http:// www.unfccc.de.

http:// www.ipcc.ch.

http:// www.labnet.enuce.cnr.it

http://www.psicoped.rm.cnr.it

67

67

Referències de les reproduccions de fotografies, taules, esquemes idibuixos:

LLEBOT , J.E.: El canvi climàtic. Monografies de medi ambient. Departament de Mediambient. Generalitat de Catalunya. Barcelona. Rubes. 19971.4 2.2 3.1 3.3 5.2 5.3 5.4 6.1 6.2 6.4 9.4 9.5 9.6.

ESCARRÉ, ANTONIO; VV AA: Ciencias de la Tierra y del medio ambiente. Madrid.Edit. Santillana. 19971.2 1.3 2.1 2.3 3.2 6.3 12.2 14.

BERGER, A: “Intensification de l’effect serre par les activitées humaines” Ciel et Terre.Vol 114 (2), 39-51 .1998. Louvain. I4.1 5.1 5.5 6.5 6.6 7.1 7.1 7.3

RAMSDEN, E.; BREITHAUPT, J.; APPLIN, D. : Key Science. GESC. U.K. StanleyThornes Pub. 1994.9.3 12.1 13.1

EARL, B.; WILFORD, L.D.R.: Chemistry (GCSE). London. Jonh Murray publishers.19959.2 9.7 10.1 10.2 10.3 10.4

GORRIZ, A. : La química en la sociedad. UNAM. Editorial Fernández Flores. 1994.1.1 8.1 8.2

HOLMAN J. : Chemistry 1995. U.K. Australia.Canada. Nelson Science11.1 11.2.

68

68

ÍndexPg

1. Introducció ----------------------------------------------------------------------------- 1

2. Treballs realitzats durant el període de la llicència .-------------------------------- 23. Treball que es recull en la memòria 34. L’educació ambiental 4

4.1 Matèria d’educació ambiental versus educació ambiental en les matèries4.2 L’educació ambiental i el projecte Salters

7

5. Cicle del carboni ------------------------------------------------------------------------ 85.1 El cicle del carboni en la química Salters5.2 Indagació de les idees espontànies sobre el forat d’ozó i sobre el canvi

climàtic 95.3 Diòxid de carboni i llibres de text

155.4 Continguts de la matèris de ciències de la terra i del medi ambient 195.5 Informacions útils sobre el cicle del carboni i canvi global----------------

205.5.1 Fa 4 600 milions d’anys5.5.2 Dades generals sobre els oceans--------------------------------- 235.5.3 Grans de carbonat 255.5.4 Energia i biosfera5.5.5 Influència de la concentració de CO2 sobre la vida 265.5.6 Cicles de l’oxigen, del carboni i de l’aigua 285.5.7 Publicacions recents 31

6 L’estudi del sòl i l’agricultura en el context mediambiental6.1 Aspectes de l’agricultura6.2 Les anàlisis dels sòls

6.2.1 Pràctiques tradicionals 336.2.2 Comentari sobre l’observació de la mostra 34

6.3 Física, química i ciències de la Terra 376.3.1 Paisatge i sòl 376.3.2 Edat de la Terra 39

Apèndix--------------------------------------------------------------------------------------- 41