L'efecte d'hivernacle, què és?

1989/01/01 Gribbin, John Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Klima

En estar envoltada per un matalàs d'aire, la Terra és “bastant temperada”. Ser “prou temperat” significa que la temperatura de la Terra està entre 0 °C i 100 °C, és a dir, mentre l'aigua roman líquida. Així, si comparem les temperatures del nostre planeta amb les de la Lluna, veurem que l'atmosfera terrestre té responsabilitat.

La Lluna i la Terra estan aproximadament a la mateixa distància del Sol

— —

De la font de calor del Sistema Solar

— que,

Però la Lluna és un “planeta” sense atmosfera. En la Lluna sense aire, la temperatura puja a 100 °C en les calderes solars i baixa a -150 °C a la nit.

La temperatura mitjana de la superfície lunar és de -18 °C. A aquesta temperatura, l'energia que emet la Lluna a l'espai iguala a la que rep del Sol. Si la terra no tingués matalàs d'aire i fos una bola de pedra com la Lluna, la temperatura superficial mitjana seria de -18 °C. La temperatura superficial mitjana del nostre planeta és de 15 °C. El matalàs d'aire manté la temperatura del nostre planeta 33 °C més temperada que la que li correspondria.

Però com ocorre això? L'energia del Sol radiada principalment en la part visible de l'espectre, en una banda de 0,4 a 0,7 micres. Aquesta radiació i l'infraroig de longitud d'ona curta travessen la Terra sense ser atmosferes absorbides —encara que els núvols reflecteixen una part a l'espai— i escalfen les superfícies terrestres i marines. El 7% de l'energia solar és radiada en radiacions més curtes de 0,4 micres, concretament en la zona de l'ultraviolat. En l'altre extrem de l'espectre, per sobre de 0,7 micres, es produeix la radiació infraroja. Aquesta energia d'infrarojos és exactament la mateixa que la que sents tu a l'altura del radiador de la teva casa.

Matalàs de la terra

La longitud d'ona a la qual un objecte calent radiarà en la seva major part depèn de la temperatura de l'objecte calent. La temperatura superficial del Sol és d'uns 6.000 °C, a la qual correspon la radiació de banda auditiva. La superfície de la Terra, temperada per la radiació solar, té una temperatura de pocs graus Celsius i, per tant, la radiació és infraroja, principalment entre 4 i 100 micres.

El vapor d'aigua absorbeix violentament en la banda de 4-7 micres i l'òxid de carboni (IV) en la banda de 13-19 micres. Així, entre 7-13 micres es troba la finestra, d'on més del 70% de l'energia que emana de l'escorça terrestre s'escapa a l'espai.

La calor infraroja que condueix a la superfície temperada del planeta per la causa de l'absorció no pot escapar lliurement a l'espai i escalfa la capa més interna de l'atomosfera, la troposfera. L'aire de la troposfera és temperat, per la qual cosa és capaç de radiar calor cap al sòl i mantenir-lo més calent del que podria haver-hi. Aquest és l'efecte d'hivernacle.

A mesura que la quantitat de vapor d'aigua que conté l'aire i l'òxid de carboni (IV) i la quantitat de calor procedent del Sol romanen constants, s'estableix un equilibri. Els “gasos d'efecte d'hivernacle” (òxid de carboni, vapor d'aigua i uns altres) a més d'absorbir la radiació infraroja, emeten. En augmentar l'altura la temperatura de la troposfera disminueix, per la qual cosa cada capa de la troposfera absorbirà l'energia que la que està més a baix i la passarà a la que està sobre ella. Finalment, la calor s'escapa a l'espai a menor temperatura. L'efecte total és la disminució de l'infraroig que es radiació a l'espai. La temperatura de la superfície ha d'augmentar fins a equilibrar l'energia que porta a la Terra amb l'energia procedent del Sol.

L'efecte d'hivernacle escalfa el sòl i l'aire. La preocupació actual sobre l'efecte d'hivernacle es deu al fet que les accions humanes estan augmentant la quantitat de diòxid de carboni present en l'atmosfera. Les emissions de diòxid de carboni reforcen l'efecte d'hivernacle. Altres gasos originats actualment per l'acció humana, els gasos antropogènics, que absorbeixen l'energia infraroja en la finestra de 7-13 micres que utilitza la radiació per a escapar. L'efecte combinat d'aquests gasos antroprogénicos sembla produir en les pròximes dècades un notable escalfament de la Terra.

Atmosfera enriquida

Coneixement de l'efecte d'hivernacle, XIX. Els científics ho tenen des de mitjan segle XX. En 1863, el científic britànic John Tyndall va exposar el comportament del vapor d'aigua com a gas amb efecte d'hivernacle en Philosophical Magazine. En 1890 el suec Svante Arrhenius i P. C. El nord-americà Chamberlain va analitzar els problemes que podia ocasionar l'acumulació de diòxid de carboni en l'aire degut a la combustió del carbó. Temperatura mitjana de l'aire de superfície XX. En la primera meitat del segle XX es va produir un lleuger augment, de 0,25 °C a 1880 a 1940. Però entre 1940 i 1970 el món es va refredar a 0,2 °C i l'estudi de l'escalfament global no es va convertir en un tema d'estudi interessant.

La situació va canviar quan els mesuraments de les concentracions atmosfèriques de diòxid de carboni indicaven que la concentració augmentava considerablement. En la dècada de 1970 sorgeix un gran interès per aquest tema i en el XIX. Van començar a dir que la duplicació de la concentració “natural” de diòxid de carboni del segle XX provocaria un escalfament de la Terra de 2 °C.

Entre els anys 1970 i 1980, en el mateix temps que aquestes prediccions, la temperatura mitjana de la Terra va augmentar 0,3 °C i sembla prosseguir durant els anys 80. Les dades més antigues sobre les temperatures són els de 1850. En 1987 ha estat el més calorós i el de 1988, segons els sis primers mesos, pot trencar la marca. No es pot demostrar que això només és conseqüència de l'efecte antropogènic de l'hivernacle. Però l'anàlisi del problema s'ha convertit en un tema molt interessant.

La determinació exacta de la quantitat de diòxid de carboni present en l'aire es va iniciar en Mauna Lloa (Hawaii) i en el Pol Sud amb l'excusa de l'Any Geogràfic Internacional (1957-58). Aquestes dues estacions són importants perquè estan allunyades de les fonts de contaminació i indiquen l'estat “ben barrejat” de l'atmosfera. En aquests dos punts s'aprecia el ritme anual. Aquest ritme està relacionat amb el canvi estacional de la vegetació coberta per la terra de l'Hemisferi Nord. La vegetació terrestre respira diòxid de carboni (durant aquest cicle l'Hemisferi Nord és el responsable que les majors masses de terra estiguin presents). A aquest ritme anual per a la dècada de 1970 se superposava clarament la tendència que marca la pujada del diòxid de carboni.

En 1957 la concentració de diòxid de carboni en l'atmosfera era de 315 milions de parts (0,0315%). En l'actualitat és la fracció de 350 milions (0,035%). L'augment de l'òxid de carboni (IV) es deu principalment a la combustió de combustibles fòssils (sobretot carbó), però part es pot deure a l'abocament de selves tropicals.

Quan una tona de carboni es crema, per exemple en forma de carbó, es produeixen quatre tones de diòxid de carboni en combinar cada àtom de carboni amb dos àtoms d'oxigen de l'aire. A principis dels anys 80 es cremaven 5 gigatonas (5 mil milions de tones, 5Gt) a l'any, la qual cosa provocava la injecció a l'atmosfera de 20Gt de diòxid de carboni. No obstant això, l'augment de la concentració de diòxid de carboni en l'atmosfera es deu a una mica menys de la meitat del que genera l'activitat humana.

Aproximadament la meitat de l'òxid de carboni (IV) que produïm s'absorbeix en pous naturals. Part d'ella serà ocupada per la vegetació, que creix més fortament en un ambient amb més diòxid de carboni. En aquesta paraula vegetació també tenim en compte el plàncton marí. Una altra part es dissol en els oceans.

Entre 1850 i 1950 es van cremar 60 Gt de carboni, la major part en forma de carbó, quan la revolució industrial estava en plena ebullició. Avui només es necessiten 12 anys per a cremar aquesta quantitat de carboni. La quantitat de diòxid de carboni que s'emetrà a l'atmosfera des d'avui fins a l'oest serà probablement la mateixa que es va cremar entre 1850-1950.

Els investigadors s'han fixat en el XIX. En el segle XX la concentració natural en l'atmosfera era aproximadament de 270 milions de parts. Una vegada estudiades les bombolles d'aire atrapades en el gel polar, s'han mesurat concentracions similars per a l'època anterior a la revolució industrial. L'estudi de les bombolles d'aire en l'Antàrtic indica que la concentració d'òxid de carboni en els últims 10.000 anys ha romàs constant.

Canvis climàtics

XIX. Diferents models automatitzats sobre el canvi climàtic global que pot deure's a la duplicació de la concentració de diòxid de carboni (CO?) del segle XX han donat xifres bastant iguals: la majoria indiquen un augment mig de la temperatura de 2 °C.

Aquests models automatitzats també indiquen que l'augment de la temperatura serà molt major que en els tròpics ja temperats en latituds altes. Així mateix, es produiran canvis en les direccions dels vents dominants i en la distribució de les pluges torrencials. Es creu que les zones interiors dels continents s'assecaran a mesura que augmenti l'efecte d'hivernacle.

Extrapolant l'increment de concentració actual, el doblatge de la concentració de diòxid de carboni es produirà entorn de l'any 2080. En aquesta estimació no s'han tingut en compte els possibles canvis en l'ús de les fonts d'energia durant el pròxim segle. El problema està en el debat actual. No obstant això, podem utilitzar aquest número per a dimensionar el problema de l'òxid de carboni (IV).

Altres gasos emesos a l'atmosfera per l'activitat humana, com a ozó, metà, òxids de nitrogen i fluorohidrocarburos, absorbeixen en la finestra de radiació infraroja de 7 a 13 micres. Els fluorohidrocarburos, a més de ser responsables dels forats que s'estan produint en la capa d'ozó a l'Àrtic i a l'Antàrtida, són gasos d'efecte d'hivernacle molt potents. Una molècula dels fluorohidrocarburos més comuns produeix l'efecte d'hivernacle de 10.000 molècules de diòxid de carboni.

En l'actualitat, la concentració atmosfèrica de metà és de 1,7 milions i està creixent un 1,2% anual. La causa d'aquest augment és el treball dels bacteris dels arrossars i els abocaments que es produeixen en els jaciments de gas i petroli. Els òxids de nitrogen són de 0,3 milions de parts en l'atmosfera i la seva concentració s'està incrementant un 0,3% per any pel fet que s'està estenent l'ús de fertilitzants nitrogenats.

L'investigador de la universitat de Chicago, Veerhabadrhan Ramanathan, ha convertit l'efecte d'hivernacle d'aquests gasos en un equivalent de diòxid de carboni i ha extrapolat la seva concentració per a 2030. Al seu judici, la suma de totes aquestes petites aportacions serà igual a la del diòxid de carboni que produeix l'activitat humana. En resum, es duplicarà la força de l'efecte d'hivernacle antropogènic. És a dir, la duplicació efectiva de la concentració d'òxid de carboni (IV) es produirà l'any 2030, mig segle abans del que suposaria un increment únic de diòxid de carboni.

Problema climàtic

Com afectarà el clima mundial l'esdeveniment que acabem de descriure? Ningú pot dir-ho amb precisió, però per a tenir alguna idea es pot mirar les tendències meteorològiques que han existit durant aquest segle en diferents regions del món, en els anys càlids i en els anys freds. Els investigadors de la Universitat d'East Anglia a Gran Bretanya han fet aquest treball. S'han analitzat les dades dels 50 anys entre 1925 i 1974 i s'han seleccionat els cinc més càlids i els cinc més freds.

S'han analitzat en primer lloc les temperatures a les regions pròximes a Arqui, entre les latituds 65oI i 80oI. En aquesta zona s'inclouen Lapònia, gairebé tota Finlàndia, Islàndia, el nord del Canadà, Alaska i Sibèria del Nord. En aquesta zona, la diferència entre els extrems càlids i els freds és de 1,6 °C, però considerant íntegrament l'Hemisferi Nord, aquesta diferència és de 0,6 °C. Si només es comparen hiverns, la diferència entre els extrems és de 1,8 °C i de 0,7 °C a l'estiu.

A més, en els anys càlids les pluges torrencials augmentaran un 1-2%. Això és d'esperar, perquè en anys temperats s'evapora més aigua en els oceans. Després d'aquesta modesta comparació en pluges globals mitjanes s'oculten els majors canvis que s'han produït en regions concretes. Menor precipitació als EUA, Europa, URSS i el Japó. No obstant això, a l'Índia i Orient Pròxim la precipitació ha estat major.

Aquesta simple anàlisi no pot ser utilitzat com un model decisiu per a la configuració del canvi climàtic que suposarà l'escalfament mundial. No obstant això, sembla confirmar el que indicaven els models automatitzats (en latituds altes l'augment de la temperatura serà quatre vegades superior a la mitjana). De la mateixa manera, indica que els esquemes meteorològics que utilitzem ara tampoc serveixen.

En realitat, l'efecte d'hivernacle no és dolent. Des del punt de vista humà és més apropiat que una nova Era del Gel. El problema és com la humanitat afronta el canvi ambiental. L'efecte d'hivernacle fa que el món canviï. Els possibles plans de recursos (plans agrícoles, disseny de murs de contenció d'inundacions, ubicació d'embassaments d'aigua potable, etc.) es trobaran erronis. Els climatòlegs posen com a exemple la sequera que hi ha hagut el passat estiu als EUA. No sembla que l'efecte d'hivernacle sigui l'únic responsable, ja que l'estiu de 1987 va ser tan temperat com el de 1988. Però, sigui com sigui la causa de la sequera, a Amèrica del Nord el XXI. Pot ser un indicador de la possible disminució de la precipitació a mesura que avança el segle.

L'efecte d'hivernacle haurà de tenir-se en compte en la planificació a llarg termini. A partir d'aquest punt i a l'hora de triar els diferents tipus d'energia (nuclear o no), es pot convertir en una arma política. De fet, l'energia nuclear és en aquest cas neta des del punt de vista de la protecció del medi ambient.