Introducció

Les estacions de l'any són la cadència cíclica que marca el ritme de la vida del planeta. Cada estació té la seva pròpia essència i ens brinda una experiència única, plena de canvis i transformacions que ens connecten amb la natura i amb nosaltres mateixos.

A la primavera, després del fred hivern, la vida desperta, els dies s'allarguen i la natura es vesteix amb una nova paleta de colors. Els arbres floreixen, les flors esclaten i canten els ocells. Tot plegat ens convida a sortir a l'aire lliure, gaudir dels primers raigs de sol i regalar-nos amb el perfum de les flors.

A l’estiu el Sol n’és el protagonista, la calor, les vacances, la platja, les tardes a l'ombra d'un arbre o els vespres a la fresca. És temps d'esbarjo, per connectar amb els altres i desconnectar de les preocupacions, de recarregar energia.

A la tardor els arbres es pinten amb tons daurats, taronges i vermells. Els dies refresquen i la natura es prepara per l'hivern. És el moment de recollir els fruits i preparar-se per l'hivern.

L'hivern és temps de calma. La natura s’adorm. Els dies són curts i les nits llargues.

Les estacions de l'any ens recorden que la vida és un cicle constant de canvis i transformacions. D’adaptació a nous i vells ritmes. Un continu flux vital que afecta completament les nostres vides.

Les diferents estacions de l’any en el conjunt del Planeta

Les estacions de l'any varien segons les diferents zones climàtiques del món. Les més destacades són:

• Zones temperades
• Hemisferi nord
• Primavera. De març a juny. La temperatura augmenta gradualment i les plantes floreixen.
• Estiu. De juny a setembre. És la temporada més càlida amb dies llargs i temperatures altes.
• Tardor. De setembre a desembre. Les temperatures comencen a baixar gradualment i les fulles cauen.
• Hivern. De desembre a març. És la temporada més freda amb dies curts i temperatures baixes, pot haver-hi nevades.
• Hemisferi sud
• Les estacions són a l'inrevés en comparació amb l'hemisferi nord. Estan invertides per causa de la inclinació de l'eix de la Terra.
• Primavera. De setembre a desembre.
• Estiu. De desembre a març.
• Tardor. De març a juny.
• Hivern. De juny a setembre.
• Zones tropicals
• Tenen una estacionalitat menys marcada. Són conegudes per tenir dues estacions principals:
• Estació seca. En general, és un període de clima sec i calorós.
• Estació de pluges. També coneguda com a monsó, és un període de fortes precipitacions i humitat.
• Zones polars
• Tenen un clima àrtic o antàrtic extremadament fred i es caracteritzen per moltes hores d'obscuritat a l'hivern i moltes hores de llum a l'estiu.
• Hivern àrtic. Foscor, temperatures glacials i presència de gel i neu.
• Estiu àrtic. Sol 24 hores al dia, temperatures relativament més suaus i desgel parcial.
• Hivern antàrtic. Obscuritat total, temperatures extremadament baixes i presència de vastes extensions de gel i neu.
• Estiu antàrtic. Sol 24 hores al dia, temperatures més suaus i desgel parcial.

A més, hi ha variacions dins de cada zona climàtica degut a factors com l'altitud, la proximitat a l'oceà i altres fenòmens climàtics regionals.

Diferents maneres de definir les estacions de l’any

Astronòmica

Es refereix a les divisions de l'any basades en el posicionament de la Terra respecte al Sol. Venen determinades pels fenòmens astronòmics, com els solsticis d’hivern i d’estiu, i els equinoccis de primavera i de tardor.

Les diferents estacions astronòmiques es basen en el moviment de translació de la Terra al voltant del sol i en la inclinació de l'eix de la Terra respecte al pla de l'òrbita. Dades relativament constants i úniques a tot el planeta.

Meteorològica

Basada en els canvis observats en les condicions atmosfèriques, com la temperatura, la precipitació, la pressió atmosfèrica i altres factors meteorològics. A la nostra latitud ve definida per períodes de tres mesos: primavera, estiu, tardor i hivern. Aquestes divisions són més pràctiques per a fins meteorològics i permeten seguir els canvis en les condicions atmosfèriques.

A molts llocs d’Àfrica només tenen dues estacions, l'estació seca i l'estació humida. Hi ha una època de l'any en què plou molt i després deixa de ploure i durant molts mesos hi ha sequera i s'ha de viure del que s'ha aconseguit durant l'estació humida.

Si Vivaldi hagués viscut a l'Àfrica les quatre estacions haurien sigut només dues estacions i tindríem una obra més curta.

En canvi, en molts llocs de la Índia tenen sis estacions: la primavera, l'estiu, el monsó, la tardor, un hivern curt i l’estació prevernal. A Bangladesh hi ha també sis estacions: estiu (de mitjans d'abril a mitjans de juny); l'estació humida (de mitjans de juny a mitjans d'agost); la tardor (de mitjans d'agost a mitjans d'octubre); la tardor avançada (de mitjans d'octubre a mitjans de desembre); l'hivern (de mitjans de desembre a mitjans de febrer); i la primavera (de mitjans de febrer a mitjans d'abril). Encara que, per la temperatura, aquí diriem que sempre és estiu.

Els monsons són vents estacionals que canvien de direcció segons les estacions de l'any. Aquest canvi es deu a la diferència de temperatura entre la terra i el mar, que varia al llarg de l'any. A l'estiu, la terra es calenta més ràpidament que el mar, i crea una zona de baixa pressió que atreu els vents humits des dels oceans. A l'hivern, la terra es refreda més ràpidament que el mar, i crea una zona de alta pressió que fa que els vents bufin cap als oceans.

Les pluges monsòniques són les precipitacions que es produeixen quan els vents monsons porten humitat des dels oceans cap a les regions interiors del continent asiàtic. Aquestes pluges són essencials per a l'agricultura i la supervivència de milions de persones que viuen en aquestes zones, com la Índia, el Pakistan o el Bangladesh, però també poden causar inundacions i desastres naturals si són massa intenses o irregulars. Per exemple, el 2017 les pluges monsòniques van provocar més de 1200 morts i milions de desplaçats en aquests països.

L'estació prevernal de la Índia és el període que va des de finals de novembre fins a finals de febrer. Es caracteritza per un clima sec i fresc, amb temperatures que oscil·len entre els 10 i els 25 graus Celsius. Aquesta estació és el resultat de la retirada dels monsons i l'arribada dels vents alisis del nord-est, que bufen des de l'Himàlaia cap a l'oceà Índic. Té una gran importància agrícola, ja que permet el cultiu de diversos productes com el blat, la canya de sucre, el cotó o les verdures. També és una època favorable per al turisme, ja que les condicions climàtiques són més suaus i agradables que en altres estacions.

A l'Antàrtida i a l'Àrtic únicament tenen l'estació d'estiu i l'estació d'hivern. Tot coincidint pràcticament en si és de dia o de nit les 24 hores del dia. Durant l’hivern, el Sol no surt i durant l'estiu es produeix el fenomen del sol de mitjanit, el Sol no es pon mai. Sempre fa fred (molt més a l’hivern) i bàsicament és Estiu si hi ha llum i hivern si és sempre fosc. Són zones molt inhòspites, amb condicions de vida extremadament dures (en especial a l’interior de l’Antàrtida). Vegem dues imatges de la base Concórdia, a l'estiu i a l'hivern.

Fenològica

Basada en els canvis observats en els éssers vius i en els fenòmens biològics que ocorren durant l'any. Està relacionada amb els cicles de vida de les plantes i els animals, com ara la floració de les plantes, la caiguda de les fulles, les migracions d'ocells i altres esdeveniments biològics. Les estacions fenològiques poden variar lleugerament segons la ubicació geogràfica i les condicions locals, ja que estan influïdes per factors com el clima, el medi ambient i altres variables.

El canvi climàtic afecta directament les estacions fenològiques, ja que les plantes i els animals són molt sensibles als canvis de temperatura i a altres factors climàtics com ara la pluja i la disponibilitat d'aigua. A mesura que el clima esdevé més càlid, les estacions fenològiques poden avançar-se, és a dir, els esdeveniments biològics poden produir-se abans de l'època en què solen ocórrer.

Exemples clàssics de com el canvi climàtic ens afecta en aquest sentit són la floració de les plantes, o la caiguda de la fulla. En moltes regions, s'ha observat que les plantes floreixen abans a causa de les temperatures més altes a primavera ^[1]. Amb conseqüències negatives, com ara la desincronització entre la floració de les plantes i l'arribada dels pol·linitzadors, com les abelles, que poden dependre d'aquests recursos alimentaris en determinats moments de l'any.

La següent taula ^[2] mostra canvis observats entre 1971 i 2018 a la Serra d’Almos (Alt Empordà):

A més, el canvi climàtic també pot provocar altres alteracions, com ara canvis en la distribució geogràfica de les espècies o desequilibris en les interaccions ecològiques entre diferents organismes.

Alteracions que, en conjunt, tenen repercussions importants en els ecosistemes i poden afectar la supervivència i la interacció entre les espècies.

La Terra en l’espai

En aquesta imatge s’aprecia la petitesa del nostre planeta dins la immensitat del Sistema Solar. La primera correspon a una vista des de Saturn en la que s’aprecia un petit puntet blanc, la Terra a 1300 milions de kilòmetres. També veiem el Sol des de Plutó a 5916 milions de Km (de mitjana)^[3].

Com ja s’ha vist en una imatge anterior, la Terra volta el Sol seguint una òrbita el·líptica. El dia 3 de gener és al periheli, a 147 milions de kilòmetres del Sol, i el dia 3 de juny és a l’afeli, a 152 milions de kilòmetres del Sol. Durant el periheli, quan és més a prop del Sol, és hivern a l’hemisferi nord i estiu a l’hemisferi sud. Durant l’afeli, quan és més lluny del Sol, és hivern a l’hemisferi sud i estiu a l’hemisferi nord.

A l’hemisferi nord fa calor a l’estiu però no tant com quan ho és a l’hemisferi sud, donat que en aquell moment és quan la Terra és més a prop del Sol. A l’hivern succeeix tot el contrari, a l’hemisferi nord som més a prop del Sol i fa menys fred que quan és hivern a l’hemisferi sud. Estadísticament, és constata que els canvis entre estiu i hivern són més marcats a l'hemisferi sud que a l'hemisferi nord. ^[4]

Altre fet que afecta a les diferències climàtiques entre els dos hemisferis és la distribució dels continents i els oceans. A l’hemisferi sud hi ha molta més superfície d’aigua que a l’hemisferi nord, on es concentren els continents. Fet que afecta molt al clima donat que la superfície continental s’escalfa i es refreda molt més ràpidament que la superfície oceànica.

La clau de les estacions astronòmiques, com ja s’ha vist en una imatge anterior, està en la inclinació de l’eix de la Terra en, aproximadament, 23.5 graus respecte l’eclíptica.

La eclíptica

L'eclíptica és la línia corba que marca el recorregut aparent del Sol al llarg de l'any, vist des de la Terra. Està formada per la intersecció del pla de l'òrbita terrestre amb l'esfera celeste, que és la superfície imaginària que envolta la Terra i on es projecten els astres. L'eclíptica rep aquest nom perquè és en aquesta línia on es produeixen els eclipsis de Sol i de Lluna, quan aquests cossos coincideixen amb els nodes de l'òrbita lunar, que són els punts on aquesta creua l'eclíptica.

El pla de l'eclíptica està inclinat uns 23°27' respecte al pla de l'equador celeste, que és el pla perpendicular a l'eix de rotació de la Terra. Aquesta inclinació és la causa de les estacions, ja que fa que el Sol tingui una altura diferent sobre l'horitzó al llarg de l'any, i per tant, una radiació solar variable. Els punts on l'eclíptica creua l'equador celeste s'anomenen equinoccis, i són els moments en què el dia i la nit tenen la mateixa durada a tot el món. Els punts on l'eclíptica arriba a la seva màxima distància respecte a l'equador celeste s'anomenen solsticis, i són els moments en què el dia o la nit tenen la durada màxima o mínima segons l'hemisferi.

El Sol es mou aproximadament un grau cada dia al llarg de l'eclíptica, en sentit contrari al del moviment diürn de la esfera celeste. Això fa que el Sol passi per davant de les dotze constel·lacions del zodíac al llarg d'un any, formant el que s'anomena zodíac astronòmic. No s'ha de confondre amb el zodíac astrològic, que té una distribució diferent i no té en compte el fenomen de la precessió dels equinoccis, que fa que el punt on es produeix l'equinocci de primavera vagi retrocedint lentament al llarg dels segles.

La precessió dels equinoccis i el moviment de nutació

La precessió dels equinoccis és el fenomen pel qual l'orientació de l'eix de rotació de la Terra varia lentament al llarg del temps, traçant un con circular al cel cada 26000 anys aproximadament. Aquest moviment afecta la posició aparent dels astres i fa que les estacions de l'any no coincideixin amb les constel·lacions del zodíac. La precessió dels equinoccis es deu principalment a la força de gravetat exercida pel Sol i la Lluna sobre l'equador terrestre, que té una forma lleugerament aplanada. Aquesta força tendeix a alinear l'eix de rotació de la Terra amb el pla de l'òrbita terrestre, però com que l'eix està inclinat respecte a aquest pla, es produeix un efecte similar al d'una baldufa que gira.

El moviment de nutació de la Terra és una oscil·lació periòdica de l'eix de rotació al voltant de la seva posició mitjana en l'esfera celeste. És produït per l'efecte combinat de la gravetat terrestre i l'atracció que exerceixen la Lluna i el Sol sobre el bombament equatorial de la Terra. La nutació fa que els pols de la Terra es desplacin uns nou segons d'arc cada 18,6 anys. Va ser descoberta el 1728 per l'astrònom anglès James Bradley.

La nutació és un moviment complex que es compon de diverses oscil·lacions superposades, però la més important és la que té una freqüència de 18,6 anys i una amplitud de 9,2 segons d'arc. Aquesta oscil·lació es deu a la variació del pla orbital de la Lluna respecte al pla de l'eclíptica (uns 5° d’arc), que provoca que la força que exerceix la Lluna sobre el bombament equatorial de la Terra canviï de direcció. A més, el Sol també influeix en aquest moviment, ja que modifica la posició del bombament equatorial segons les estacions de l'any.

La nutació té efectes sobre les coordenades celestes dels astres, ja que altera la posició dels pols celestes i, per tant, l’obliqüitat de l'eclíptica. Per això, cal tenir en compte la nutació a l'hora de calcular les posicions dels cossos celestes amb precisió.

Els cicles de Milanković

Els cicles de Milanković són uns models científics que expliquen com els canvis en l'òrbita de la Terra afecten el clima del planeta a llarg termini. Segons aquesta teoria, hi ha tres paràmetres orbitals que varien cíclicament i que determinen la quantitat i la distribució de la radiació solar que rep la Terra. Aquests paràmetres són: l'excentricitat, la inclinació i la precessió.

L'excentricitat és el grau d'allargament de l'òrbita el·líptica de la Terra. Quan l'òrbita és més circular, l'excentricitat és baixa i la distància entre la Terra i el Sol és més constant. Quan l'òrbita és més el·líptica, l'excentricitat és alta i la distància entre la Terra i el Sol varia més. Aquesta variació pot arribar a ser del 11% i té un període de 100.000 anys.

La inclinació és l'angle que forma l'eix de rotació de la Terra amb el pla de l'òrbita. Quan la inclinació és alta, les estacions són més contrastades i els pols reben més radiació solar. Quan la inclinació és baixa, les estacions són més suaus i els pols reben menys radiació solar. Aquesta variació oscil·la entre 21,6º i 24,5º i té un període de 40.000 anys.

La precessió és el moviment giratori de l'eix de rotació de la Terra al voltant d'un eix imaginari perpendicular al pla de l'òrbita. Aquest moviment fa que els solsticis i els equinoccis canviïn de posició respecte a les estrelles fixes. Això implica que el moment en què la Terra està més a prop o més lluny del Sol no coincideixi sempre amb el mateix punt de l'òrbita. Aquesta variació té un període de 23.000 anys.

Els cicles de Milanković influeixen en el clima terrestre perquè modifiquen el balanç energètic entre les diferents regions del planeta. Quan una regió rep més radiació solar, es produeix un escalfament i una reducció del gel. Quan una regió rep menys radiació solar, es produeix un refredament i una augment del gel. Aquests canvis poden provocar períodes glacials o interglacials, segons la teoria de Milanković.

Resum dels factors que determinen el clima de la Terra

El clima de la Terra depèn doncs de diversos factors, tant a curt com a llarg termini. Alguns d'aquests factors són:

• Els cicles de Milanković.
• La posició de la Terra en el sistema solar, que determina la quantitat de radiació solar que rep el planeta i com varia al llarg de l'any.
• La forma de l'òrbita de la Terra, que canvia lleugerament cada 100.000 anys i afecta la distància entre la Terra i el Sol.
• L'angle d'inclinació de l'eix de rotació de la Terra, que oscil·la entre 22 i 25 graus cada 41.000 anys i influeix en les estacions i la distribució de la calor.
• La direcció cap a la qual apunta l'eix de rotació de la Terra, que gira cada 26.000 anys i altera els moments dels solsticis i els equinoccis.
• Els patrons de vent i les corrents oceàniques, que són causats per les diferències de pressió atmosfèrica i transporten energia tèrmica d'unes zones a altres.
• El percentatge de gasos d'efecte hivernacle en l'atmosfera, que retenen part de la radiació infraroja que emet la Terra i regulen la temperatura mitjana del planeta.
• Les erupcions volcàniques, que poden provocar refredament o escalfament del clima segons el tipus i la quantitat de partícules que injecten a l'atmosfera.
• La ubicació geogràfica i la proximitat a l'aigua, que determinen les característiques climàtiques locals com la temperatura, la precipitació i la humitat.
• Les activitats humanes, que han estat augmentant la concentració de gasos d'efecte hivernacle i altres contaminants en l'atmosfera i han modificat el cobert vegetal i el relleu terrestre.

Tots aquests factors interactuen entre si i condicionen el clima de la Terra al llarg del temps.

Un dels factors més importants és la distribució dels oceans i dels continents, que afecta al clima de diverses maneres. Oceans i continents influeixen en la temperatura, les precipitacions, els vents i el relleu, a més els elements climàtics varien també segons la latitud i l'altitud.

Els oceans tenen una gran capacitat tèrmica, és a dir, poden absorbir i alliberar calor sense variar molt la seva temperatura. Això fa que els climes marítims siguin més suaus i menys extrems que els climes continentals, que pateixen grans oscil·lacions tèrmiques al llarg de l'any. Els oceans també influeixen en el clima a través dels seus corrents, que transporten aigua freda o càlida d'unes zones a altres, modificant la temperatura de l'aire i les precipitacions. Per exemple, el corrent del Golf porta aigua càlida des del Carib fins a les costes d'Europa occidental, suavitzant-hi el seu clima.

Els continents, per la seva banda, determinen la distribució de les masses d'aire i les zones de baixa i alta pressió atmosfèrica, que condicionen els vents i les precipitacions. A més, la seva forma i relleu també afecten el clima, ja que poden bloquejar o facilitar el pas de les masses d'aire. Per exemple, les grans cadenes muntanyoses com els Alps o l'Himàlaia actuen com a barreres climàtiques, provocant un efecte d'ombra pluviomètrica al seu vessant de sotavent. La tectònica de plaques també té una influència en el clima, ja que determina la posició i el moviment dels continents al llarg del temps geològic, alterant la seva exposició a la radiació solar i la seva relació amb els oceans.

Cóm afecta el clima als éssers vius?

El clima afecta als éssers vius, especialment als productors primaris. En particular afecta als vegetals i a la seva capacitat de fer la fotosíntesi i produir matèria orgànica (glucosa) i oxigen a partir de l’aigua, el diòxid de carboni i la llum solar.

La fotosíntesi i la producció primària

La fotosíntesi es resumeix en l’equació de la imatge de la dreta. Els reactius de la fotosíntesi són el diòxid de carboni (CO₂ ) i l'aigua (H₂O), que són captats per les cèl·lules vegetals a través dels estomes i les arrels, respectivament. El producte principal de la fotosíntesi és la glucosa (C₆H₁₂O₆), que és un tipus de sucre que forma part de la biomassa vegetal i que serveix com a font d'energia i de matèria primera per a altres molècules orgàniques. El producte secundari de la fotosíntesi és l'oxigen (O₂ ), que és alliberat a l'atmosfera i que resulta imprescindible per a la respiració cel·lular dels éssers aerobis.

La fotosíntesi es realitza en uns orgànuls especialitzats anomenats cloroplasts, que contenen pigments fotosintètics com la clorofil·la, encarregats d'absorbir l'energia lumínica i de transferir-la als centres de reacció on es produeixen les reaccions químiques. La fotosíntesi es pot dividir en dues fases principals: la fase lluminosa i la fase fosca.

La fase lluminosa té lloc a les membranes dels tilacoides, uns sacs apilats dins dels cloroplasts. En aquesta fase es produeix el despreniment d'oxigen a partir de l'aigua, i la generació d'ATP (adenosina trifosfat) i NADPH (nicotinamida adenina dinucleòtid fosfat reduït), que són dues molècules que emmagatzemen energia química. Aquesta fase depèn directament de la presència de llum.

La fase fosca té lloc al estroma, el líquid que omple els cloroplasts. En aquesta fase es produeix la fixació del diòxid de carboni en compostos orgànics, mitjançant un cicle de reaccions conegut com el cicle de Calvin. En aquest cicle s'utilitzen l'ATP i el NADPH produïts en la fase lluminosa per a reduir el diòxid de carboni i formar glucosa. Aquesta fase no depèn directament de la presència de llum, però sí dels productes de la fase lluminosa.

La fotosíntesi és un procés complex i regulat que presenta diverses adaptacions segons les condicions ambientals i els tipus d'organismes que la realitzen. Té una gran importància ecològica i econòmica, ja que és el motor primari dels ecosistemes terrestres i aquàtics, i la base de l'agricultura i l'alimentació humana i animal.

La següent imatge ^[5] mostra les variacions del diòxid de carboni atmosfèric al centre de l’oceà Pacífic ^[6].

S’observa que te forma de dents de serra. Cada augment anual del diòxid de carboni es correspon amb l’època en que hi ha poca fotosíntesi a l’hemisferi nord, l’hivern, i cada disminució anual es correspon a l’estiu de l’hemisferi nord, quan hi ha més activitat fotosintètica i, per tant, més consum de diòxid de carboni i formació d’oxigen ^[7]. Aquest és un clar exemple de com els canvis estacionals afecten la composició de l’atmosfera a tot el planeta.

Altre canvi apreciable amb el canvi d’estació es produeix als mars respecte al creixement d’algues marines i l’oxigen dissolt a les aigües.

La quantitat de clorofil·la es pot mesurar globalment gràcies als satèl·lits artificials especialitzats ^[8]. Les imatges següents corresponen a la distribució de Chl-A V6 (acrònim utilitzat per referir-se a la clorofil·la A en el sisè canal espectral del sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) que orbita al voltant de la Terra en els satèl·lits Terra i Aqua de la NASA. La clorofil·la A és un pigment verd que es troba en les plantes i les algues, i que absorbeix la llum solar per realitzar la fotosíntesi. El canal espectral 6 del MODIS té una longitud d'ona de 1628-1652 nm i s'utilitza per mesurar la concentració de clorofil·la A en l'aigua. Aquesta informació és útil per estudiar la productivitat primària dels ecosistemes aquàtics i el seu estat ecològic.

La primera imatge correspon a l’hivern de l’any 2023 a l’hemisferi nord i la segona a l’estiu del mateix any. Observis les diferències entre els dos hemisferis pel fet de ser hivern o estiu respectivament.

La següent imatge es correspon a un estudi ^[9] sobre la distribució anual de clorofil·la en boscos (a les fulles) del planeta.

La temperatura de l’aigua i el creixement de fitoplàncton

Un altre aspecte molt afectat per les estacions és la temperatura de la columna d’aigua dels oceans ^[10].

La temperatura de la columna d'aigua dels oceans té una influència directa sobre el creixement de fitoplàncton i zooplàncton, que són els productors i consumidors primaris de la xarxa tròfica marina ^[11]. La temperatura afecta tant la disponibilitat de llum com la de nutrients a la columna d'aigua.

Per una banda, les temperatures altes provoquen una estratificació de l'aigua, que dificulta el moviment vertical dels nutrients des de les capes profundes cap a les superficials, on hi ha més llum. Això limita el creixement del fitoplàncton, que a la vegada redueix l'aliment disponible per al zooplàncton.

Per altra banda, les temperatures baixes afavoreixen una mescla de l'aigua, que augmenta el transport de nutrients cap a les capes il·luminades i estimula el creixement del fitoplàncton. Aquest augment de la producció primària repercuteix en un augment del zooplàncton, que es beneficia de l'abundància de preses.

A més, la temperatura també influeix en el metabolisme i la reproducció dels organismes planctònics, que solen ser més actius i fecunds a temperatures òptimes per a la seva espècie.

A la gràfica anterior s’observa clarament la termoclina durant l’estiu: és la capa de l'oceà on la temperatura de l'aigua disminueix ràpidament amb la profunditat (entre els 10 i 12 m en la gràfica). Separa les aigües superficials, més càlides i menys denses, de les aigües profundes, més fredes i més denses i és important perquè afecta la circulació oceànica, el clima i la vida marina. La profunditat a la que es troba la termoclina varia segons la latitud, l'estació de l’any i els fenòmens meteorològics com, per exemple, El Niño.

El creixement de fitoplàncton als oceans depèn de diversos factors, entre els quals destaca la temperatura de l'aigua i la disponibilitat de llum i nutrients. L'estació de l'any influeix en aquests factors, ja que determina els canvis en la radiació solar, les corrents marines i el clima. En general, el fitoplàncton tendeix a créixer més a la primavera i a la tardor, quan les condicions són més favorables per a la fotosíntesi i la mescla vertical de l'aigua. A l'estiu, la temperatura augmenta i es forma una capa superficial d'aigua més càlida i menys densa, que dificulta el transport de nutrients des de les profunditats. A l'hivern, la temperatura disminueix i la radiació solar és menor, la qual cosa limita el creixement del fitoplàncton. No obstant això, hi ha variacions regionals segons la latitud, l'altitud i la influència de factors locals com els vents, les pluges o els rius.

Les migracions animals

Les migracions animals són desplaçaments estacionals d'una espècie animal d'un lloc a un altre. Es produeixen en tots els grups animals principals, com ara ocells, mamífers, peixos, rèptils, amfibis, insectes i crustacis. La causa de la migració pot ser el clima local, la disponibilitat local d'aliments, l'època de l'any o per a l'aparellament.

Alguns dels principals factors que influeixen en la migració són:

• El menjar. Molts animals migren per trobar aliments més abundants o de millor qualitat. Per exemple, els nyus (Connochaetes taurinus), les zebres comunes (Equus quagga) i les gaseles (Gazella spp.) migren en grans ramats pel Serengeti a la recerca d'herba i aigua fresques, que són difícils de trobar durant l'època seca. Les balenes geperudes (Megaptera novaeangliae) també migren per alimentar-se. A l'estiu, viatgen a zones d'alimentació prop del gel polar, on l'aigua està plena de krill i peixos petits. A l'hivern, migren de nou a aigües més càlides per criar.
• El clima o les estacions. Alguns animals migren per evitar temperatures extremes o condicions adverses. Per exemple, les papallones monarca (Danaus plexippus) migren per evitar el fred a l'hivern. Aquestes papallones no poden sobreviure a temperatures de congelació, així que volen des del Canadà fins al Mèxic, on es reuneixen per mantenir-se calentes durant l'hivern. Fan el viatge de torn en moltes generacions, aturant-se per posar ous en plantes de lleterola pel camí. Les erugues mengen la lleterola i després acaben el viatge com a papallones.
• La reproducció. Alguns animals migren per trobar parella, criar els seus joves o reproduir-se. Per exemple, els salmons (Oncorhynchus spp.) comencen la vida als rius i migren al mar per alimentar-se i créixer. Després de passar fins a set anys a l'oceà, migren de nou als rius on van néixer per poder reproduir-se. Els crancs vermells de l'illa Christmas (Gecarcoidea natalis) també migren per raons similars. Passen la major part de la seva vida al bosc però migren a l'oceà per reproduir-se.

Encara hi ha molt per descobrir sobre la migració animal. No està clar com saben els animals on anar i quan marxar, especialment quan mai han fet el viatge abans. Actualment es pensa que una barreja d'estímuls, com la llum solar, el camp magnètic de la Terra i senyals químics els guien a trobar el seu camí.

El fotoperíode

La detecció del fotoperíode (la durada diària de la llum i la foscor) per part dels animals és un mecanisme important per regular els seus ritmes biològics i adaptar-se als canvis estacionals. Diversos òrgans i factors hormonals estan implicats en aquest procés:

• Òrgans de la visió. Els animals utilitzen els seus òrgans de la visió per detectar els canvis en la llum i la foscor, la detecció de canvis en la intensitat, la durada o el color de la llum. Per exemple, les aus poden utilitzar els seus ulls per detectar el canvi en la durada del dia i iniciar els seus comportaments migratoris.
• Glàndula pineal o epífisi. Estructura cerebral que respon a les variacions en la llum ambiental. En animals com els mamífers, inclosos els humans, aquesta glàndula secreta una hormona anomenada melatonina. La melatonina és sintetitzada durant la foscor i suprimida durant la llum. Aquesta hormona ajuda a regular els ritmes circadians i estacionals, incloent la regulació dels ritmes de son i vigília.
• Glàndula pituïtària o hipòfisi. Glàndula situada a la base del cervell que secreta diverses hormones implicades en la regulació dels ritmes biològics. L'hormona estimulant de la tiroides (TSH) i l'hormona adrenocorticotròpica o corticotropina (ACTH) són exemples d'hormones alliberades per la glàndula pituïtària que estan influïdes pel fotoperíode.
• Hormones tiroidals. Com la tiroxina (T4) i la triiodotironina (T3), tenen un paper important en la regulació del metabolisme i el desenvolupament. En molts animals, els canvis en el fotoperíode poden influir en la secreció d'aquestes hormones, que a la vegada afecten el creixement, la reproducció i altres processos fisiològics.
• Hormones gonadals. Com l'estrogen i la testosterona que tenen un paper clau en el desenvolupament i la reproducció sexual. En alguns animals, el fotoperíode pot influir en la secreció d'aquestes hormones i regular els cicles reproductius.

Per exemple, en algunes espècies d'animals, com els cérvols, la durada del dia pot estimular la secreció d'hormones gonadals i desencadenar el període de reproducció.

La reproducció

En els cérvols (Cervus elaphus), la brama s’inicia a l’inici de la tardor, la gestació dura uns 235 dies i els parts es produeixen a finals de la primavera quan les condicions ambientals són més favorables per la supervivència de les cries.

La gestació dels elefants és un procés llarg i complex que implica diversos factors biològics i socials. El període de gestació pot durar entre 18 i 22 mesos, depenent de l'espècie i les condicions ambientals. Els elefants africans (Loxodonta africana) tenen una gestació més llarga que els asiàtics (Elephas maximus) , i els elefants de bosc (Loxodonta cyclotis) tenen una gestació més curta que els de sabana.

Els elefants es reprodueixen mitjançant una sèrie de fases hormonals que regulen la fertilitat de les femelles. Quan una femella entra en zel, emet feromones que atreuen als mascles i mostra signes físics com la inflamació de la vulva i la secreció de fluids vaginals.

El zel no té una època fixa de l'any, sinó que depèn de factors com el clima, l'alimentació i l'estrès. Els elefants africans tenen un zel de 14 a 16 setmanes, mentre que els elefants asiàtics el tenen de 12 a 16 setmanes ^[12]. Les femelles poden entrar en zel diverses vegades al llarg de l'any, però només durant uns pocs dies cada vegada. Els mascles poden detectar les femelles en zel gràcies a les feromones que excreten per la trompa i la vulva. Quan un mascle troba una femella en zel, la segueix i la protegeix dels altres mascles que vulguin copular amb ella. Els mascles també mostren signes de must ^[13], un estat hormonal que augmenta la seva agressivitat i el seu desig sexual. El must es caracteritza per la secreció d'un líquid fosc per les glàndules temporals i per l'orina constant. Els mascles en must tenen més probabilitats d'aconseguir aparellar-se amb les femelles en el que els que no ho estan.

El cangur vermell (Macropus rufus) és el més gros dels marsupials i viu a les zones àrides i semiàrides d'Austràlia, on ha de fer front a la sequera i la calor. Per això, el cangur vermell té un sistema reproductiu que li permet ajustar el nombre i el moment de les seves cries segons la disponibilitat d'aliment i aigua. S'aparella durant tot l'any, però només concep quan hi ha pluges abundants que garanteixen el creixement de la vegetació. Després d'un embaràs curt de 33 dies, la cria neix en un estat molt immadur i s'enfila cap al marsupi de la mare, on s'enganxa a una de les quatre mamelles. Allà hi roman durant uns 190 dies, alimentant-se de llet i desenvolupant-se ràpidament. La mare pot tornar a aparellar-se just després del part, però el nou embrió queda en estat de diapausa fins que la cria anterior surt del marsupi. Aquest mecanisme s'anomena gestació retardada i permet al cangur vermell tenir una cria en reserva per si les condicions milloren. Quan la cria surt del marsupi per primera vegada, ja té pèl i pot veure i escoltar. No obstant, continua entrant i sortint del marsupi fins que té uns 10 mesos d'edat. Durant aquest temps, la mare pot tenir una altra cria al marsupi i una altra en diapausa, produint llet diferent per a cada una. Així, el cangur vermell pot maximitzar la seva reproducció sense comprometre la seva supervivència.

En el cas dels humans (Homo sapiens) no sembla haver època de zel i l'aparellament té lloc en qualsevol moment de l’any. Aquest fet sembla lligat a la gran complexitat de les relacions socials que permeten una bona cura de les cries.

En els primats, el període de gestació varia segons l'espècie i té una relació amb el pes i la grandària del cervell del nounat. En general, com més gran és el cervell, més llarga és la gestació. Entre els primats més propers als humans, els goril·les (Gorilla spp.) , els ximpanzés (Pan troglodytes) , els orangutans Pongo spp.) i els humans tenen una durada de la gestació similar, però amb algunes diferències significatives. Uns 270 dies en humans i orangutans, 265 dies en goril·les i 230 dies en ximpanzés.

A més, els humans neixen amb un cervell que representa només una quarta part de la grandària del cervell d'un adult, mentre que en ximpanzés i orangutans és aproximadament una tercera part. Això implica que els humans tenen un període post-natal de creixement cerebral molt més llarg que els altres primats.

La salut

Ens posem més malalts en unes èpoques de l'any o en unes altres? Es comenta sovint que a l'hivern hi ha més malalties, en particular malalties mentals. Hi ha alguna base científica?

Hi ha estudis ^[14] que mostren que no tots els aproximadament 30000 gens que té el nostre genoma són actius al mateix temps. Hi ha molts gens que s'expressen durant el dia i altres que s'expressen durant la nit. Hi ha gens que funcionen més durant una època de l'any i funcionen menys durant una altra època de l'any. També hi ha diferències mensuals, l’exemple més típic és el cicle menstrual de les dones, i canvis anuals que depenen de les estacions de l’any.

La primera imatge mostra l’expressió estacional de l'ARNm en el sistema immune humà perifèric. Perfils relatius d'expressió dels gens estacionals (valors ajustats del model cosinor ^[15]).

L'expressió de l'ARNTL (imatge 1) augmenta durant els mesos d'estiu (juny, juliol i agost) (ANOVA, χ_2^2, p=1.04 x10^-23). De manera similar, el receptor de la vitamina D (VDR) mostra un pic d'expressió de juny a agost (ANOVA, χ_2^2, p=1.62 x10^-06).

Els gens de referència B2M i GAPDH no presenten perfils d'expressió estacional.

• ARNTL: Araclon Nuclear Receptor Translocator-Like Protein. Proteïna està involucrada en la regulació dels ritmes circadians i altres processos biològics.
• VDR: Vitamin D Receptor. Un receptor nuclear que es lliga a la vitamina D i té un paper important en la mediació dels seus efectes en el cos humà.
• B2M: Beta-2 Microglobulin. Proteïna que forma part del complex major d'histocompatibilitat (MHC) de classe I, té diverses funcions en el sistema immune i altres processos biològics.
• GAPDH: Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase. Enzim clau en la via de la glicòlisi, que converteix la gliceraldehid-3-fosfat en àcid 1,3-difosfoglicèric, produint energia en forma d'ATP. També té altres funcions més enllà del metabolisme energètic, com ara la participació en processos de senyalització cel·lular.

S’han trobat a l’estudi gens que treballen especialment a l’estiu i altres que ho fan a l’hivern.

En un dels conjunts de dades de l’estudi (el BABYDIET), nou components coneguts del rellotge circadià tenien perfils d'expressió estacionals en el sistema immune perifèric, així com certs receptors d'hormones, leucotriens i prostaglandines.

Els receptors per als glucocorticoides antiinflamatoris (NR3C1) i les prostaglandines proinflamatòries (PTGDR, PTGIR i PTGER4) i els leucotriens (CYSLTR1) tenien perfils d'expressió estacionals oposats (imatges 2 i 3).

• NR3C1: Receptor dels glucocorticoides antiinflamatoris.
• PTGDR: Receptor de les prostaglandines.
• PTGIR: Receptor de les prostaglandines.
• PTGER4: Receptor de les prostaglandines.
• CYSLTR1: Receptor dels leucotriens.

Es varen estudiar 10000 dels 30000 gens humans sobre el conjunt de dades BABYDIET i varen aparèixer dos patrons anti-fàsics d'expressió gènica entre els gens estacionals (imatges 4 i 5). Es varen definir la majoria dels gens estacionals com a gens expressats principalment a l'hivern (verd) o a l'estiu (blau). A BABYDIET, 2311 gens varen mostrar un augment en l'expressió a l'estiu i 2826 varen mostrar un augment a l'hivern (en total 5137 gens s’expressaven estacionalment). Uns 5000 gens no eren estacionals i s’expressaven durant tot l’any.

El que no s'ha trobat són gens de primavera i gens de tardor. Primavera i tardor són estacions de transició entre el bon temps i el mal temps, entre el fred i la calor, i les nostres cèl·lules així ho interpreten. Sí que s’han trobat doncs gens d’estiu i gens d’hivern. Per tant és possible que canviï el nostre sistema immunitari, la resistència a les malalties i el nostre comportament sigui diferent.

Les estacions de l’any a altres planetes del Sistema Solar

Què passaria si, en el futur, la humanitat es traslladés a viure a Mart? Hi hauria també canvis estacionals?

Sabem que a Mart hi ha canvis estacionals climatològics. Tot i que Mart té un clima molt diferent de la Terra, amb condicions extremades i una atmosfera molt més fina, es poden observar.

Les estacions a Mart estan influenciades per l'òrbita el·líptica del planeta al voltant del Sol i l'eix d'inclinació axial una mica més inclinat que el de la Terra (25.19 graus). Això dona lloc a canvis en la radiació solar i en la distribució de la calor al llarg de l'any i contribueix als canvis estacionals.

Durant l'estiu marcià, en les regions pròximes al pol nord, es pot observar un retrocés dels gels polars de diòxid de carboni (CO₂) a mesura que s'evapora a l'atmosfera. Això permet que s'incrementi la pressió atmosfèrica durant l'estiu en aquestes regions.

A més, s'han observat canvis estacionals en la formació de tempestes de pols a Mart. Durant els mesos d'estiu marcians, les tempestes de pols poden ser més intenses i cobrir grans àrees del planeta, afectant la visibilitat i el clima local.

També s'ha observat que les temperatures a la superfície de Mart varien segons l'estació. A les latituds més altes, les temperatures hivernals poden arribar a valors extremadament freds, mentre que a l'estiu les temperatures pugen, tot i que encara són molt més fredes que a la Terra. És important tenir en compte que els canvis estacionals a Mart són molt més pronunciats i extrems que a la Terra, principalment a causa de la seva atmosfera molt més fina i de la seva òrbita el·líptica.

Per altra banda, comparant Mart amb la Terra:

• Mida i massa. El planeta Terra és més gran i més massiu que Mart. La Terra té un diàmetre d'aproximadament 12.742 quilòmetres, mentre que Mart té un diàmetre d'aproximadament 6.779 quilòmetres.
• Composició atmosfèrica. La Terra té una atmosfera densa, composada principalment per nitrogen (78%) i oxigen (21%), amb una capa d'ozó que protegeix de la radiació solar nociva. En canvi, Mart té una atmosfera molt més prima, composta principalment per diòxid de carboni (95%), amb traces d'altres gasos com el nitrogen i l'argó.
• Presència d'aigua líquida. A la Terra hi ha una gran quantitat d'aigua líquida en forma d'oceans, mars, rius i llacs. En canvi, a Mart s'han trobat evidències de la presència passada d'aigua líquida, però actualment només hi ha petites quantitats d'aigua en forma de gel als pols i en alguns llocs subterrànies.
• Gravetat. La gravetat a la superfície de Mart és aproximadament un 38% de la gravetat terrestre. Això significa que els objectes pesen menys a Mart en comparació amb la Terra.
• Magnetosfera. La Terra té un camp magnètic fort, conegut com a magnetosfera, que protegeix el planeta de partícules amb càrrega elèctrica i de la radiació solar. En canvi, Mart té un camp magnètic molt feble i no té una magnetosfera pròpia, la qual cosa fa que estigui més exposat a la radiació espacial.
• Presència de vida. La Terra és el únic planeta conegut fins ara que té vida. Hi ha una gran diversitat de formes de vida, incloent organismes pluricel·lulars, plantes i animals. Fins ara, no s'ha trobat evidència concloent de vida a Mart, encara que s'han realitzat investigacions per detectar la possible existència de microorganismes o indicis de vida passada.

Les estacions marcianes

El periheli és el punt de l'òrbita d'un planeta on es troba més a prop del Sol. El periheli de Mart es produeix cada 686,98 dies terrestres, aproximadament cada 1,88 anys. Aquest període s'anomena any sideral de Mart. No obstant això, el periheli de Mart no coincideix amb el seu any calendari, que té 668,6 dies solars o sols. Això significa que el periheli de Mart avança uns 18,6 sols cada any calendari. Per tant, el periheli de Mart es desplaça uns 0,05 sols cada dia terrestre.

La precessió de Mart és el moviment del seu eix de rotació al llarg del temps. Aquest moviment fa que el pol nord i el pol sud de Mart canviïn de posició respecte a les estrelles i que el seu clima variï al llarg de milers d'anys. La precessió de Mart té un període d'uns 175.000 anys, molt més curt que el de la Terra, que és d'uns 26.000 anys. Això es deu a que Mart té una forma més allargada i una òrbita més excèntrica que la Terra, i per tant està sotmès a forces gravitatòries més variables del Sol i dels altres planetes.

Les estacions a Mart, donat que és més lluny del Sol, serien més llargues que a la Terra, com s’observa a la següent taula:

A Neptú les diferències amb la Terra serien encara molt més grans. Cada estació de l’any de Neptú, dura 40 anys terrestres. La primavera de Neptú va començar al 1880, l'estiu va ser el 1920, la tardor va començar el 1962 i des del 2003 són a l'hivern.

Conclusió

Les estacions fenològiques afecten el comportament dels éssers vius. A la primavera, les plantes floreixen; a la tardor, les fulles cauen; a l'estiu fa més calor, i a l'hivern el fred obliga els animals a refugiar-se o a hibernar.

Però en algunes zones, com Àfrica i Austràlia, només hi ha dues estacions: l’estació seca i l’estació humida. A la Índia, les estacions són la primavera, l'estiu, els monsons amb fortes pluges, la tardor, l'hivern i la pre-vernal, que marca l'inici de la primavera, però sense flors. A l'Antàrtida, durant l'estiu, hi ha sol durant 24 hores, i a l'hivern, la nit dura tot el dia.

La Terra rota al voltant del sol amb el seu eix inclinat 23.5 graus respecte el pla de l’eclíptica. A l’hemisferi nord les hores de Sol són màximes de juny a setembre (estiu) i mínimes de desembre a març (hivern).

A l’hemisferi sud és a l’inrevés. A més, els hiverns són més freds i els estius més càlids, per causa de tenir més superfície oceànica. L'aigua triga més a escalfar-se que la terra, el que afecta al clima.

La fotosíntesi, gràcies als cloroplasts, sosté la vida del planeta oxigenant l'atmosfera. Durant l'estiu, es produeix més fotosíntesi i es redueix el CO₂. La major part de la vegetació es troba a l’hemisferi nord. Les algues també realitzen la fotosíntesi, augmentant l'O₂ atmosfèric durant l'estiu.

Als oceans, la temperatura és més homogènia a les profunditats que prop de la costa. A la tardor, els canvis de temperatura fan que l'aigua es mogui més, afectant la població de fitoplàncton i zooplàncton que en depèn.

Les migracions d'ocells, insectes i mamífers herbívors també es veuen afectades per les variacions climàtiques anuals. Molts animals detectem el fotoperíode, que són les hores de llum, gràcies a les glàndules que segreguen melatonina, que es produeix durant la nit, prolactina, somatotropina, catecolamines i insulina.

Les hores de llum també afecten el comportament sexual, com la brama del cérvol a principis de tardor. La gestació és molt llarga i els cervatells neixen a finals de primavera.

Els cangurs vermells s'aparellen a finals de l'estació seca perquè els nadons neixin a principis de l'estació humida. En canvi, els cangurs grisos s'aparellen en qualsevol època de l'any. La implantació de l'embrió és diferida, la femella decideix quan s'implanta i quan comença el desenvolupament, la gestació dura un mes.

En humans, ximpanzés, goril·les i orangutans, la gestació dura 266, 266, 257 i 260 dies respectivament, i les relacions socials permeten els aparellaments en qualsevol moment de l'any. En els humans, hi ha gens que s'expressen durant el dia i altres durant la nit, i això també varia amb les estacions de l'any, com la menstruació en les dones. La meitat dels nostres gens funcionen de la mateixa manera durant tot l'any, alguns millor a l'estiu i d'altres millor a l'hivern.

Jordi Coll Vera - 2023