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jueves, 22 de mayo de 2008

El efecto invernadero

El sol emita una serie de radiaciones electromagnéticas, de todas ellas podemos mencionar las tres más conocidas: la radiación visible (Vis) que es la que vemos, la radiación ultravioleta (UV) que nos causa quemaduras y la radiación infrarroja (IR) que nos calienta.

¿Qué es la radiación infrarroja? Infrarrojo quiere decir que está más allá del rojo y es, en realidad, un segmento de la radiación electromagnética y se subdivide en IR cercano entre las longitudes de onda 0,78 a 1,1 µm, IR medio (1.1 a 12 µm) e IR lejano (14 a 100 µm). Como se puede apreciar la radiacion IR tiene una mayor longitud de onda que la radiación visible.

Toda radiación puede ser dispersada, reflejada, trasmitida, absorbida y emitida. Todo ello ocurre cuando la radiación procedente del Sol incide sobre la Tierra y llega a la atmósfera, superficie, océanos, ríos, lagos, etcétera. La radiación IR del Sol en nuestra atmósfera es grandemente detenido por el vapor de agua.

Como se puede apreciar en la figura A, la radiación solar que llega a la superficie es absorbida, dispersada, trasmitida y otra parte es reflejada a la atmósfera o fuera de la tierra. Asimismo, la desde la superficie (figura B) se emite radiación IR, una parte de ella puede llegar a la atmósfera o salir de la Tierra. Dentro de la atmósfera (figura C) hay también radiación IR que puede dirigirse a la superficie, a otras partes de la atmósfera o fuera de la Tierra.


En la atmósfera hay gases 21 % de O2, 78 % de N2 y el resto son gases como el CO2. Algunas partes de la radiación IR (provenientes del Sol, la superficie de la tierra y de la atmósfera) son absorbidas por las moléculas de dióxido de carbono causando una vibración en ellas. Luego de ocurrida la vibración, las moléculas de CO2 emiten radiación IR en la atmósfera. Por ello, una parte de toda la radiación IR que debió de escapar de nuestro planeta tierra, no lo hace (ver figura D) debido a la presencia del CO2. A más CO2 menor radiación IR se escapará de la tierra (figura E) y mayor será la temperatura de la atmósfera. Este calor luego se disipa en los nevados (derritiéndolos), en los océanos y superficie terrestre (calentándolos).


El dióxido de carbono actúan como el vidrio de un invernadero, impiden que el calor salga, con lo cual se incrementa la temperatura del interior. El efecto invernadero es aquel proceso donde ciertas sustancias químicas, presenten en la atmósfera, retienen una parte del calor (radiación IR) impidiendo que esta radiación se aleje de cualquier planeta, en nuestro caso de la Tierra. Para el clima de cualquier planeta es esencial el efecto invernadero, ya que el balance entre la energía recibida por un planeta y la generada por él, condicionará su temperatura promedio.

¿Cuáles son los gases que cuasan el efecto invernadero? El igual que el CO2 existen otros gases causantes del efecto invernadero, los principales son: metano (CH4), clorofluorocarbonos, óxido de dinitrógeno (N2O), el ozono y agua. De ellos el CO2 atrapa la mitad del calor atmosférico. Sin embargo, el metano es entre 20 a 30 veces más efectivo en atrapar el calor que el dióxido de carbono.

La presencia de CO2 y de las otras especies en cantidades razonables en la atmósfera no es mala, ya que de su ausencia harían al planeta Tierra un lugar inhabitable. Aunque hay otros factores, Venus con una atmósfera rica en CO2 tiene una temperatura en la superficie de aproximadamente 400 ºC. Por otro lado, Marte que tiene una muy pequeña o ninguna atmósfera de CO2, tiene una temperatura en la superficie de –50 ºC. En el caso de la Tierra la temperatura promedio es de 14 °C. De no existir las especies que causan el efecto invernadero la temperatura la temperatura de la tierra durante el día sería de 100 °C y durante la noche de –150 °C; el promedio sería cerca de –18 °C. Debe quedar claro que la temperatura de la Tierra depende de varios factores, uno de ellos es el efecto invernadero.

¿Cómo se sabe las variaciones de la temperatura en la historia de nuestro planeta? Las mediciones de conductivas del hielo nos pueden indicar la temperatura en la cual se formó el hielo. A mejor temperatura de formación del hielo menor es la conductividad. Otra forma de saber es midiendo la relación (isótopo 18 de oxígeno/isótopo 16 de oxígeno) que es mayor a mayor temperatura de formación del hielo.

Como se aprecia el efecto invernadero no es el problema, ya que es imprescindible, entre otros procesos, para regular la temperatura de la Tierra. El problema es el exceso del efecto invernadero causado por la presencia de un número exagerado de gases en la atmósfera que causan este efecto.

¿Cuáles son las fuentes de CO2 en la atmósfera? Las fuentes más grandes, antes de la revolución industrial, han sido el volcanes. Dentro del último siglo, la combustión de petróleo, carbón, y el gas natural ha hecho una contribución significante a los niveles atmosféricos de CO2. Entre 1958 y 1978, el medio nivel de CO2 en la atmósfera aumentó un 6%, de 315.8 a 334.6 ppm.

La quema de carbón produce CO2:

C + O2 --> CO2
Mil disculpas por no escribir los números en las fórmulas como subíndice.

El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de gases principalmente propano y butano. El gas de Camisea tiene un gran porcentaje de metano.

CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O

La gasolina es una mezcla de cientos de compuestos llamados hidrocarburos.

CmHn + O2 --> CO2 + H2O (sin balancear)

¿A dónde va todo este CO2, generado por los combustibles o incendios de bosques? Estos gases van a la atmósfera y de allí migran al suelo y a los cuerpos de agua (océanos, lagunas, ríos, etc). Como el CO2 se disuelve en el agua éste gas está presente en los ríos, lagunas, etc). Se ha encontrado que, por ejemplo, el agua de mar contiene 60 veces mas CO2 que la atmósfera. El CO2 disuelto en el agua reacciona con una serie de sustancias químicas, dentro de las cuales podemos mencionar al óxido de calcio y al de magnesio:

CaO + CO2 (ac) --> CaCO3
MgO + CO2 (ac) --> MgCO3

En resumen, el CO2 es transformado en carbonatos, como mármol, caliza y dolomita. Otra parte del CO2 es transformado en bicarbonato.

Otro proceso de fijación del CO2 es la fotosíntesis que es un proceso en la cual las plantas transforman el CO2 y el agua mediante la clorofila en oxígeno (O2) y compuesto de carbono más complejos, la reacción simplificada es:

CO2 + H2O + energía solar --> CxHyOz + O2 (sin balancear)

Estos compuestos de carbono más complejos luego, por diferentes procesos se transforman en carbón, petróleo y otros compuestos químicos. Al quemarse estos compuestos se genera CO2. Los animales al metabolizar los compuesto complejos de carbono forman liberan CO2, compuesto que también se forma con la descomposición térmica de los carbonatos.
Todo este CO2 regresa a la atmósfera y el ciclo se reinicia. Hay un balance entre el CO2 producido y el CO2 fijado que hace que de manera natural exista una cierta concentración de este compuesto en la atmósfera de tal modo que la temperatura terrestre tiene un promedio de 14 ºC . Si hay un gran exceso de CO2 la temperatura de la Tierra se incrementará.

¿Qué se puede hacer para evitar un exceso del efecto invernadero?
De acuerdo con los reportes de contaminación se sabe que los países que producen más CO2 son Estados Unidos (cerca de seis mil millones de toneladas) y China (cerca de cinco mil millones de toneladas). El Perú emite cerca de 31 millones de toneladas.
Si los países mas contaminantes no hacen algo por reducir las emisiones de CO2, que fue un acuerdo suscrito en el llamado Protocolo de Kioto (Japón, 1997) los países pobres y poco industrializados y los más vulnerables al cambio climático, como el nuestro, casi nada pueden hacer. Realmente, sus esfuerzos serían insignificantes a nivel global.

Lo que deberíamos hacer en el Perú, además de reducir la emisión de gases contaminantes, es buscar otras fuentes energéticas. Por ejemplo, la eléctrica, eólica, térmica, solar, celdas de combustión y otras. De tal modo, que no sólo contaminaremos menos, sino que también seremos menos dependientes del precio del petróleo.
Si el mundo se hubiera dedicado en gran medida a impulsar las investigaciones en, por ejemplo; energía solar, celdas de combustión y otras alternativas energéticas, no seríamos tan dependientes del petróleo y los problemas ambiéntales y económicos serían menores. Esperemos que nuestros descendiente puedan apreciar cuan hermosa es la naturaleza cuando se la cuida.