Ritmuri naturale și componentele Pământului

Rotația Pământului produce alternanța zi–noapte. Înclinarea axei și mișcarea Pământului în jurul Soarelui schimbă iluminarea de-a lungul anului și dau anotimpurile. Multe organisme au ritmuri circadiene, adică procese biologice cu perioadă apropiată de 24 de ore, sincronizate mai ales de lumină. Somnul și veghea sunt exemple; ritmul intern nu este identic cu schimbarea vremii de la o zi la alta.

Pământul poate fi descris prin sisteme legate: atmosfera cu gazele, hidrosfera cu apa, litosfera cu rocile și solul, biosfera cu organismele. Apa se evaporă, condensează, cade ca precipitație și se infiltrează sau curge la suprafață. Vegetația reduce adesea eroziunea solului prin acoperire și rădăcini. O schimbare a unei componente poate afecta celelalte: defrișarea poate mări scurgerea apei și eroziunea.

Energia solară conduce evaporarea apei și încălzirea diferențiată a suprafeței. Diferențele de temperatură și presiune contribuie la mișcarea aerului. Infiltrația reîncarcă apa din sol și subteran, iar scurgerea transportă particule de sol. Solul se formează lent prin alterarea rocilor și activitatea organismelor; este resursă care se poate degrada rapid. În investigații se măsoară temperatura, umiditatea și precipitațiile cu unități și pe perioade precizate, pentru a nu confunda o zi neobișnuită cu o tendință climatică.

Mișcările Pământului, în numere. Axa Pământului este înclinată cu aproximativ $23,5^{\circ }$ față de perpendiculara pe planul orbitei. Revoluția durează aproximativ $365,25$ zile. Solstițiul de vară are loc în jurul datei de 21 iunie (cea mai lungă zi în emisfera nordică), iar solstițiul de iarnă în jurul datei de 21 decembrie. Echinocțiile, când ziua și noaptea sunt aproximativ egale, au loc în jurul datelor de 20–21 martie și 22–23 septembrie. Pământul este cel mai aproape de Soare în jurul datei de 3 ianuarie, în plină iarnă a emisferei nordice: anotimpurile nu depind de distanță.

Litosfera și biosfera. Litosfera este învelișul rigid al Pământului, format din scoarță și partea superioară a mantalei; scoarța are aproximativ $5$–$10\mathrm{km}$ sub oceane și $30$–$50\mathrm{km}$ sub continente. Rocile sunt magmatice (granitul, din magmă răcită), sedimentare (calcarul, din depuneri) și metamorfice (marmura, din calcar transformat de presiune și temperatură). Solul se formează din roci alterate și din resturi de organisme. Biosfera cuprinde organismele și părțile atmosferei, hidrosferei și litosferei în care trăiesc. Sferele interacționează: apa de ploaie dizolvă calcarul și formează peșteri, în care trăiesc lilieci și nevertebrate.

Ploaia, ninsoarea și fulgerul. Aerul cald și umed urcă și se răcește, iar vaporii se condensează în picături care formează norul; când picăturile devin prea grele, cad ca ploaie. Sub $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ în nor, vaporii formează cristale de gheață care se lipesc în fulgi de ninsoare. În norii de furtună, ciocnirile dintre particulele de gheață și picături separă sarcinile electrice; când diferența de potențial dintre nor și sol este mare, aerul devine conductor și apare fulgerul, iar aerul încălzit brusc produce tunetul. Dacă tunetul vine la $9\mathrm{s}$ după fulger, descărcarea este la $340\cdot 9=3060\mathrm{m}$, aproximativ $3\mathrm{km}$.

Ritmuri biologice. Ritmul circadian al omului este coordonat de lumină; noaptea crește producția de melatonină, hormon care favorizează somnul. Ritmurile sezoniere includ migrația păsărilor, hibernarea ursului și înflorirea plantelor în anumite luni.

Componentele Pământului. Atmosfera conține aproximativ 78% azot, 21% oxigen și 0,04% dioxid de carbon; troposfera, stratul de jos, are aproximativ $12\mathrm{km}$ grosime. Apa dulce reprezintă aproximativ 3% din apa planetei. Solul are straturi (orizonturi), iar partea de la suprafață, bogată în humus, este cea mai fertilă.

Mărimile se citesc pe perioade clare: temperatura medie zilnică se calculează din măsurători la ore fixe, nu dintr-o singură valoare.

Măsurarea precipitațiilor. Ploaia se măsoară cu pluviometrul, în milimetri; temperatura, cu termometrul la umbră.

Exemplu lucrat 1. Într-o săptămână de observații, notezi precipitațiile zilnice $2;0;5;0;3;0;0\mathrm{mm}$. Totalul este $10\mathrm{mm}$. Dacă solul unei zone fără vegetație pierde particule după ploaia de $5\mathrm{mm}$, ipoteza despre eroziune se verifică prin comparație cu o zonă acoperită de plante, în aceleași condiții.

Exemplu lucrat 2: ploaia în litri. O ploaie de $10\mathrm{mm}$ înseamnă $10\mathrm{L}$ de apă pe fiecare metru pătrat ($1\mathrm{mm}=1L/{\mathrm{m}}^2$). Pe o grădină de $200{\mathrm{m}}^2$ cad $10\cdot 200=2000\mathrm{L}$.

Exemplu lucrat 3: de ce vara este cald. În emisfera nordică, în iunie, polul nord este înclinat spre Soare. Razele cad mai aproape de perpendiculară, deci aceeași energie se răspândește pe o suprafață mai mică, iar zilele sunt mai lungi. Încălzirea mai mare nu se explică prin apropierea de Soare, deoarece în iunie Pământul este mai departe de Soare decât în ianuarie.

Greșeli frecvente

• Greșit: anotimpurile apar doar deoarece Pământul se apropie și se depărtează de Soare.
  Corect: înclinarea axei schimbă iluminarea emisferelor.
• Greșit: hidrosfera conține doar oceanele.
  Corect: include și râuri, lacuri, gheață și apă subterană.
• Greșit: o săptămână ploioasă dovedește singură schimbarea climei.
  Corect: clima se descrie prin serii lungi de observații.

Înainte și după