El efecto invernadero, ¿qué es?

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

• Klima

Al estar rodeada por un colchón de aire, la Tierra es “bastante templada”. Ser “lo suficientemente templado” significa que la temperatura de la Tierra está entre 0ºC y 100ºC, es decir, mientras el agua permanece líquida. Así, si comparamos las temperaturas de nuestro planeta con las de la Luna, veremos que la atmósfera terrestre tiene responsabilidad.

La Luna y la Tierra están aproximadamente a la misma distancia del Sol

— —

De la fuente de calor del Sistema Solar

— que,

Pero la Luna es un “planeta” sin atmósfera. En la Luna sin aire, la temperatura sube a 100°C en las calderas solares y baja a -150ºC por la noche.

La temperatura media de la superficie lunar es de -18ºC. A esta temperatura, la energía que emite la Luna al espacio iguala a la que recibe del Sol. Si la tierra no tuviera colchón de aire y fuera una bola de piedra como la Luna, la temperatura superficial media sería de -18ºC. La temperatura superficial media de nuestro planeta es de 15ºC. El colchón de aire mantiene la temperatura de nuestro planeta 33°C más templada que la que le correspondería.

Pero ¿cómo ocurre eso? La energía del Sol radiada principalmente en la parte visible del espectro, en una banda de 0,4 a 0,7 micras. Esta radiación y el infrarrojo de longitud de onda corta atraviesan la Tierra sin ser atmósferas absorbidas —aunque las nubes reflejan una parte al espacio— y calientan las superficies terrestres y marinas. El 7% de la energía solar es radiada en radiaciones más cortas de 0,4 micras, concretamente en la zona del ultravioleta. En el otro extremo del espectro, por encima de 0,7 micras, se produce la radiación infrarroja. Esta energía de infrarrojos es exactamente la misma que la que sientes tú a la altura del radiador de tu casa.

Colchón de la tierra

La longitud de onda a la que un objeto caliente radiará en su mayor parte depende de la temperatura del objeto caliente. La temperatura superficial del Sol es de unos 6.000ºC, a la que corresponde la radiación de banda auditiva. La superficie de la Tierra, templada por la radiación solar, tiene una temperatura de pocos grados Celsius y, por tanto, la radiación es infrarroja, principalmente entre 4 y 100 micras.

El vapor de agua absorbe violentamente en la banda de 4-7 micras y el óxido de carbono (IV) en la banda de 13-19 micras. Así, entre 7-13 micras se encuentra la ventana, de donde más del 70% de la energía que emana de la corteza terrestre se escapa al espacio.

El calor infrarrojo que conduce a la superficie templada del planeta por la causa de la absorción no puede escapar libremente al espacio y calienta la capa más interna de la atomosfera, la troposfera. El aire de la troposfera es templado, por lo que es capaz de radiar calor hacia el suelo y mantenerlo más caliente de lo que podría haber. Ese es el efecto invernadero.

A medida que la cantidad de vapor de agua que contiene el aire y el óxido de carbono (IV) y la cantidad de calor procedente del Sol permanecen constantes, se establece un equilibrio. Los “gases de efecto invernadero” (óxido de carbono, vapor de agua y otros) además de absorber la radiación infrarroja, emiten. Al aumentar la altura la temperatura de la troposfera disminuye, por lo que cada capa de la troposfera absorberá la energía que la que está más abajo y la pasará a la que está sobre ella. Finalmente, el calor se escapa al espacio a menor temperatura. El efecto total es la disminución del infrarrojo que se radiación al espacio. La temperatura de la superficie debe aumentar hasta equilibrar la energía que lleva a la Tierra con la energía procedente del Sol.

El efecto invernadero calienta el suelo y el aire. La preocupación actual sobre el efecto invernadero se debe a que las acciones humanas están aumentando la cantidad de dióxido de carbono presente en la atmósfera. Las emisiones de dióxido de carbono refuerzan el efecto invernadero. Otros gases originados actualmente por la acción humana, los gases antropogénicos, que absorben la energía infrarroja en la ventana de 7-13 micras que utiliza la radiación para escapar. El efecto combinado de estos gases antroprogénicos parece producir en las próximas décadas un notable calentamiento de la Tierra.

Atmósfera enriquecida

Conocimiento del efecto invernadero, XIX. Los científicos lo tienen desde mediados del siglo XX. En 1863, el científico británico John Tyndall expuso el comportamiento del vapor de agua como gas invernadero en Philosophical Magazine. En 1890 el sueco Svante Arrhenius y P. C. El norteamericano Chamberlain analizó los problemas que podía ocasionar la acumulación de dióxido de carbono en el aire debido a la combustión del carbón. Temperatura media del aire de superficie XX. En la primera mitad del siglo XX se produjo un ligero aumento, de 0,25ºC a 1880 a 1940. Pero entre 1940 y 1970 el mundo se enfrió a 0,2ºC y el estudio del calentamiento global no se convirtió en un tema de estudio interesante.

La situación cambió cuando las mediciones de las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono indicaban que la concentración aumentaba considerablemente. En la década de 1970 surge un gran interés por este tema y en el XIX. Empezaron a decir que la duplicación de la concentración “natural” de dióxido de carbono del siglo XX provocaría un calentamiento de la Tierra de 2ºC.

Entre los años 1970 y 1980, en el mismo tiempo que estas predicciones, la temperatura media de la Tierra aumentó 0,3ºC y parece proseguir durante los años 80. Los datos más antiguos sobre las temperaturas son los de 1850. En 1987 ha sido el más caluroso y el de 1988, según los seis primeros meses, puede romper la marca. No se puede demostrar que esto sólo es consecuencia del efecto antropogénico del invernadero. Pero el análisis del problema se ha convertido en un tema muy interesante.

La determinación exacta de la cantidad de dióxido de carbono presente en el aire se inició en Mauna Loa (Hawaii) y en el Polo Sur con la excusa del Año Geográfico Internacional (1957-58). Estas dos estaciones son importantes porque están alejadas de las fuentes de contaminación y indican el estado “bien mezclado” de la atmósfera. En estos dos puntos se aprecia el ritmo anual. Este ritmo está relacionado con el cambio estacional de la vegetación cubierta por la tierra del Hemisferio Norte. La vegetación terrestre respira dióxido de carbono (durante este ciclo el Hemisferio Norte es el responsable de que las mayores masas de tierra estén presentes). A este ritmo anual para la década de 1970 se superponía claramente la tendencia que marca la subida del dióxido de carbono.

En 1957 la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era de 315 millones de partes (0,0315%). En la actualidad es la fracción de 350 millones (0,035%). El aumento del óxido de carbono (IV) se debe principalmente a la combustión de combustibles fósiles (sobre todo carbón), pero parte se puede deber al vertido de selvas tropicales.

Cuando una tonelada de carbono se quema, por ejemplo en forma de carbón, se producen cuatro toneladas de dióxido de carbono al combinar cada átomo de carbono con dos átomos de oxígeno del aire. A principios de los años 80 se quemaban 5 gigatonas (5 mil millones de toneladas, 5Gt) al año, lo que provocaba la inyección a la atmósfera de 20Gt de dióxido de carbono. Sin embargo, el aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera se debe a algo menos de la mitad de lo que genera la actividad humana.

Aproximadamente la mitad del óxido de carbono (IV) que producimos se absorbe en pozos naturales. Parte de ella será ocupada por la vegetación, que crece más fuertemente en un ambiente con más dióxido de carbono. En esta palabra vegetación también tenemos en cuenta el plancton marino. Otra parte se disuelve en los océanos.

Entre 1850 y 1950 se quemaron 60 Gt de carbono, la mayor parte en forma de carbón, cuando la revolución industrial estaba en plena ebullición. Hoy sólo se necesitan 12 años para quemar esta cantidad de carbono. La cantidad de dióxido de carbono que se emitirá a la atmósfera desde hoy hasta el oeste será probablemente la misma que se quemó entre 1850-1950.

Los investigadores se han fijado en el XIX. En el siglo XX la concentración natural en la atmósfera era aproximadamente de 270 millones de partes. Una vez estudiadas las burbujas de aire atrapadas en el hielo polar, se han medido concentraciones similares para la época anterior a la revolución industrial. El estudio de las burbujas de aire en el Antártico indica que la concentración de óxido de carbono en los últimos 10.000 años ha permanecido constante.

Cambios climáticos

XIX. Diferentes modelos computerizados sobre el cambio climático global que puede deberse a la duplicación de la concentración de dióxido de carbono (CO2) del siglo XX han dado cifras bastante iguales: la mayoría indican un aumento medio de la temperatura de 2ºC.

Estos modelos computerizados también indican que el aumento de la temperatura será mucho mayor que en los trópicos ya templados en latitudes altas. Asimismo, se producirán cambios en las direcciones de los vientos dominantes y en la distribución de las lluvias torrenciales. Se cree que las zonas interiores de los continentes se secarán a medida que aumente el efecto invernadero.

Extrapolando el incremento de concentración actual, el doblaje de la concentración de dióxido de carbono se producirá en torno al año 2080. En esta estimación no se han tenido en cuenta los posibles cambios en el uso de las fuentes de energía durante el próximo siglo. El problema está en el debate actual. No obstante, podemos utilizar este número para dimensionar el problema del óxido de carbono (IV).

Otros gases emitidos a la atmósfera por la actividad humana, como ozono, metano, óxidos de nitrógeno y fluorohidrocarburos, absorben en la ventana de radiación infrarroja de 7 a 13 micras. Los fluorohidrocarburos, además de ser responsables de los agujeros que se están produciendo en la capa de ozono en el Ártico y en la Antártida, son gases de efecto invernadero muy potentes. Una molécula de los fluorohidrocarburos más comunes produce el efecto invernadero de 10.000 moléculas de dióxido de carbono.

En la actualidad, la concentración atmosférica de metano es de 1,7 millones y está creciendo un 1,2% anual. La causa de este aumento es el trabajo de las bacterias de los arrozales y los vertidos que se producen en los yacimientos de gas y petróleo. Los óxidos de nitrógeno son de 0,3 millones de partes en la atmósfera y su concentración se está incrementando un 0,3% por año debido a que se está extendiendo el uso de fertilizantes nitrogenados.

El investigador de la universidad de Chicago, Veerhabadrhan Ramanathan, ha convertido el efecto invernadero de estos gases en un equivalente de dióxido de carbono y ha extrapolado su concentración para 2030. A su juicio, la suma de todas estas pequeñas aportaciones será igual a la del dióxido de carbono que produce la actividad humana. En resumen, se duplicará la fuerza del efecto invernadero antropogénico. Es decir, la duplicación efectiva de la concentración de óxido de carbono (IV) se producirá en el año 2030, medio siglo antes de lo que supondría un incremento único de dióxido de carbono.

Problema climático

¿Cómo afectará al clima mundial el evento que acabamos de describir? Nadie puede decirlo con precisión, pero para tener alguna idea se puede mirar las tendencias meteorológicas que han existido durante este siglo en diferentes regiones del mundo, en los años cálidos y en los años fríos. Los investigadores de la Universidad de East Anglia en Gran Bretaña han realizado este trabajo. Se han analizado los datos de los 50 años entre 1925 y 1974 y se han seleccionado los cinco más cálidos y los cinco más fríos.

Se han analizado en primer lugar las temperaturas en las regiones cercanas a Arqui, entre las latitudes 65oI y 80oI. En esta zona se incluyen Laponia, casi toda Finlandia, Islandia, el norte de Canadá, Alaska y Siberia del Norte. En esta zona, la diferencia entre los extremos cálidos y los fríos es de 1,6ºC, pero considerando íntegramente el Hemisferio Norte, esta diferencia es de 0,6ºC. Si sólo se comparan inviernos, la diferencia entre los extremos es de 1,8ºC y de 0,7 ºC en verano.

Además, en los años cálidos las lluvias torrenciales aumentarán un 1-2%. Esto es de esperar, porque en años templados se evapora más agua en los océanos. Tras esta modesta comparación en lluvias globales medias se ocultan los mayores cambios que se han producido en regiones concretas. Menor precipitación en EEUU, Europa, URSS y Japón. Sin embargo, en India y Oriente Próximo la precipitación ha sido mayor.

Este simple análisis no puede ser utilizado como un modelo decisivo para la configuración del cambio climático que supondrá el calentamiento mundial. Sin embargo, parece confirmar lo que indicaban los modelos computerizados (en latitudes altas el aumento de la temperatura será cuatro veces superior a la media). Del mismo modo, indica que los esquemas meteorológicos que utilizamos ahora tampoco sirven.

En realidad, el efecto invernadero no es malo. Desde el punto de vista humano es más apropiado que una nueva Era del Hielo. El problema es cómo la humanidad afronta el cambio ambiental. El efecto invernadero hace que el mundo cambie. Los posibles planes de recursos (planes agrícolas, diseño de muros de contención de inundaciones, ubicación de embalses de agua potable, etc.) se encontrarán erróneos. Los climatólogos ponen como ejemplo la sequía que ha habido el pasado verano en los EEUU. No parece que el efecto invernadero sea el único responsable, ya que el verano de 1987 fue tan templado como el de 1988. Pero, sea cual sea la causa de la sequía, en Norteamérica el XXI. Puede ser un indicador de la posible disminución de la precipitación a medida que avanza el siglo.

El efecto invernadero deberá tenerse en cuenta en la planificación a largo plazo. A partir de este punto y a la hora de elegir los diferentes tipos de energía (nuclear o no), se puede convertir en un arma política. De hecho, la energía nuclear es en este caso limpia desde el punto de vista de la protección del medio ambiente.