Efecto invernadero: qué es, cómo se produce, causas, gases
¿Qué es el efecto invernadero?
El efecto invernadero es un proceso natural en el que la atmósfera retiene parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra y así la calienta. Esta radiación infrarroja proviene del calentamiento que genera en la superficie terrestre la radiación solar.
Este proceso ocurre porque la Tierra como cuerpo opaco absorbe radiación solar y emite calor. Al mismo tiempo, al existir una atmósfera el calor no se escapa totalmente al espacio exterior.
Una parte del calor es absorbido y se vuelve a emitir en todas direcciones por los gases que componen la atmósfera. Así, la Tierra mantiene un cierto equilibrio térmico que establece una temperatura media de 15 ºC garantizando un rango variable en el cual la vida puede desarrollarse.
El término “efecto invernadero” es un símil con los invernaderos para cultivo de plantas en climas donde la temperatura ambiente es inferior a lo requerido. En estas casas de cultivo, el techo plástico o de vidrio permite el paso de la luz solar, pero impide la salida del calor.
¿Es bueno o malo el efecto invernadero?
El efecto invernadero es fundamental para la vida en la Tierra, ya que garantiza el rango de temperatura apropiado para su existencia. La mayoría de los procesos bioquímicos necesarios para la vida requieren temperaturas entre -18 ºC a 50 ºC.
En el pasado geológico han ocurrido fluctuaciones en la temperatura promedio terrestre, bien sea aumentando o disminuyendo. En los últimos dos siglos viene dándose un proceso de aumento sostenido de la temperatura global.
La diferencia está en que actualmente la tasa de aumento es particularmente alta y parece estar asociada a la actividad humana. Estas actividades generan gases de efecto invernadero que acentúan el fenómeno.
¿Cómo se produce el efecto invernadero?
El proceso por el cual se produce el efecto invernadero tiene como elementos principales al Sol, la Tierra y los gases atmosféricos. El Sol es la fuente de energía, la Tierra el receptor de dicha energía y emisor de calor y gases.
La energía solar
El Sol emite fundamentalmente radiación de alta energía, es decir correspondiente a la longitud de onda visible y ultravioleta del espectro electromagnético. La temperatura de emisión de esta energía alcanza los 6.000 ºC, pero la mayor parte se disipa en el trayecto hacia la Tierra.
Del 100 % de energía solar que llega a la atmósfera, cerca del 30 % es reflejado al espacio exterior (efecto albedo). Un 20 % es absorbido por la atmósfera, principalmente por partículas en suspensión y la capa de ozono, y el 50 % restante calienta la superficie terrestre.
La Tierra
La Tierra refleja una parte importante de la radiación solar debido a su albedo (tono claro o blancura). Este albedo viene dado fundamentalmente por las nubes, cuerpos de agua y hielo.
Tomando en consideración el albedo y la distancia del planeta al Sol, la temperatura de la Tierra debería ser -18 ºC (temperatura efectiva). La temperatura efectiva se refiere a la que debería tener un cuerpo solo considerando albedo y distancia.
Sin embargo, la temperatura real promedio de la Tierra está en torno a los 15 ºC con una diferencia de 33 ºC con la temperatura efectiva. En esta marcada diferencia entre la temperatura efectiva y la real, la atmósfera tiene un rol fundamental.
La atmósfera
La clave de la temperatura de la Tierra es su atmósfera, si esta no existiera el planeta estaría congelado permanentemente. La atmósfera es transparente para gran parte de la radiación de onda corta, pero no para una gran proporción de la radiación de onda larga (infrarroja).
Al dejar pasar la radiación solar, la Tierra se calienta y emite radiación infrarroja (calor), pero la atmósfera absorbe parte de ese calor. De esta forma, las capas de la atmósfera y las nubes se calientan y emiten calor en todas direcciones.
Efecto invernadero
El proceso de calentamiento del planeta por la retención atmosférica de la radiación infrarroja es lo que se conoce como efecto invernadero.
El nombre proviene de los invernaderos agrícolas, donde se cultivan especies que requieren mayor temperatura que la existente en la zona de producción. Para esto, estas casas de cultivo poseen un techo que permite el paso de la luz solar pero retiene el calor emitido.
De esta manera se logra crear un microclima cálido para aquellas especies que lo requieren en su crecimiento.
Causas del efecto invernadero
Aunque el efecto invernadero es un proceso natural, es alterado por la acción del ser humano (acción antrópica). Por tanto, es necesario diferenciar las causas naturales del fenómeno y las alteraciones antrópicas.
– Causas naturales
Energía solar
La radiación electromagnética de onda corta (alta energía) proveniente del Sol es la que calienta la superficie terrestre. Este calentamiento provoca la emisión de radiación de onda larga (infrarroja), es decir calor, hacia la atmósfera.
Energía geotérmica
El centro del planeta es incandescente y genera calor adicional al provocado por la energía solar. Este calor se transmite a través de la corteza terrestre sobre todo por intermedio de los volcanes, fumarolas, géiseres y otras aguas termales.
Composición atmosférica
Las propiedades de los gases que componen la atmósfera determinan que la radiación solar alcance la Tierra y que la radiación infrarroja sea parcialmente retenida. Algunos gases como el vapor de agua, el CO2 y el metano son especialmente eficientes en la retención del calor atmosférico.
Aportes naturales de gases de efecto invernadero
Aquellos gases que retienen la radiación infrarroja proveniente del calentamiento de la superficie terrestre se denominan gases de efecto invernadero. Estos gases se producen de forma natural, como el CO2 que es aportado por la respiración de los seres vivos.
Asimismo, los océanos intercambian grandes cantidades de CO2 con la atmósfera y también los incendios naturales aportan CO2. Los océanos son fuente natural de otros gases de efecto invernadero como el óxido de nitrógeno (NOx).
Por otra parte, la actividad microbiana en los suelos también es fuente de CO2 y NOx. Además, los procesos digestivos de los animales aportan grandes cantidades de metano a la atmósfera.
– Causas producidas por el ser humano (antrópicas)
Actividades industriales
La industria en general emite a la atmósfera calor adicional, así como también diversos gases que inciden en el efecto invernadero. Estos gases pueden absorber y emitir calor (ej: CO2) o destruir la capa de ozono (ej.: NOx, CFC y otros).
Tránsito automotor
Las grandes concentraciones de vehículos en las ciudades son responsables de la mayor parte de CO2 adicionado a la atmósfera. El tránsito automotor aporta alrededor del 20 % del total de CO2 generado por la quema de combustibles fósiles.
Producción de electricidad y calefacción
La quema de carbón, gas y derivados de petróleo para la producción de electricidad y la calefacción aportan casi el 50 % del CO2.
Industria manufacturera y de la construcción
Estas actividades industriales aportan en conjunto casi el 20 % del CO2 producido por quema de combustibles fósiles.
Incendios forestales
Los incendios forestales también se originan por actividades humanas y liberan anualmente millones de toneladas de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Vertederos de residuos
La acumulación de residuos y los procesos de fermentación que se producen así como la quema de dichos residuos, son fuente de gases de efecto invernadero.
Agricultura
La actividad agrícola aporta más de 3 millones de toneladas métricas de gas metano anualmente a la atmósfera. Entre los cultivos que más aportan en este sentido está el arroz.
Otro cultivo cuyo manejo genera gases de efecto invernadero es la caña de azúcar, ya que ésta se quema antes de la cosecha y produce gran cantidad de CO2.
Ganadería de rumiantes
Los rumiantes como la vaca consumen el pasto fibroso mediante procesos de fermentación efectuados por bacterias en su sistema digestivo. Dicha fermentación libera diariamente de 3 a 4 litros de gas metano a la atmósfera por cada animal.
Solo considerando el ganado vacuno se estima una contribución equivalente al 5 % de los gases de efecto invernadero.
– Reacción en cadena
El aumento de la temperatura global que provoca el incremento de los gases de efecto invernadero, induce una reacción en cadena. Al aumentar la temperatura de los océanos se incrementa la liberación de CO2 a la atmósfera.
Igualmente el derretimiento de los polos y del permafrost libera CO2 que ha estado allí retenido. También a mayor temperatura ambiental, hay mayor ocurrencia de incendios forestales y se libera más CO2.
Gases del efecto invernadero
Algunos gases como el vapor de agua y el CO2 actúan en el proceso natural del efecto invernadero. Por su parte, en el proceso antrópico participan otros gases además del CO2.
El Protocolo de Kioto contempla las emisiones de seis gases de efecto invernadero, entre ellos el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4). Asimismo, el óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbono (HFC), hidrocarburo perfluorado (PFC) y el hexafluoruro de azufre (SF6).
Vapor de agua
El vapor de agua es uno de los más importantes gases de efecto invernadero por su capacidad para absorber calor. Sin embargo, el equilibrio se genera debido a que el agua en estado líquido y sólido refleja la energía solar y enfría la Tierra.
Dióxido de carbono (CO2)
El dióxido de carbono es el principal gas de efecto invernadero de larga duración en la atmósfera. Este gas es responsable del 82 % del aumento del efecto invernadero ocurrido en las últimas décadas.
Metano (CH4)
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más importante, contribuyendo con cerca de 17 % del calentamiento. Un 40 % del metano es producido por fuentes naturales, principalmente pantanos, mientras que el 60% restante es generado por actividades humanas.
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Los NOx contribuyen a la destrucción del ozono estratosférico, aumentando la cantidad de radiación ultravioleta que penetra a la Tierra. Estos gases se originan por la producción industrial de ácido nítrico y ácido adípico así como por la utilización de abonos.
Clorofluorocarbonados (CFC)
El CFC es un potente gas de efecto invernadero que daña el ozono estratosférico y está regulado en el marco del Protocolo de Montreal. Sin embargo, en algunos países como China se sigue empleando en diversos procesos industriales.
Hidrofluorocarbonos (HFC)
Estos gases son empleados en diversas aplicaciones industriales en sustitución de los CFC. Sin embargo, los HFC también afectan la capa de ozono y tienen una permanencia activa muy alta en la atmósfera.
Hidrocarburo perfluorado (PFC)
Los PFC se producen en las instalaciones de incineración para el proceso de fusión del aluminio. Al igual que los HFC tienen una alta permanencia en la atmósfera y afectan la integridad de la capa de ozono estratosférico.
Hexafluoruro de azufre (SF6)
Este gas también tiene efecto negativo sobre la capa de ozono, así como alta persistencia en la atmósfera. Es empleado en los equipos de alta tensión y en la producción de magnesio.
Consecuencias del efecto invernadero por contaminación
La contaminación producida por el ser humano aporta cantidades extras de gases de efecto invernadero rompiendo el equilibrio dinámico natural. Aunque dichas cantidades son mucho menores que las generadas por la naturaleza, son suficientes para romper este equilibrio.
Esto trae graves consecuencias para el equilibrio térmico planetario y a su vez para la vida sobre la Tierra.
Calentamiento global
El aumento de la concentración de gases de efecto invernadero genera un aumento de la temperatura promedio a nivel global. De hecho, se estima que la temperatura global promedio ha aumentado 1,1 ºC desde la era preindustrial.
Derretimiento de los hielos
El aumento de la temperatura trae como consecuencia el derretimiento de los hielos polares y los glaciares a nivel mundial. Esto implica un aumento en el nivel del mar y la alteración de las corrientes marinas.
Cambio climático
Aunque no hay pleno acuerdo sobre el proceso de cambio climático producto del calentamiento global, la realidad es que el clima del planeta está cambiando. Esto se evidencia en la alteración de las corrientes marinas, los patrones de vientos y las precipitaciones, entre otros aspectos.
Desequilibrios poblacionales
La alteración de los hábitats debido al aumento de la temperatura, afecta el comportamiento poblacional y biológico de las especies. En algunos casos, hay especies que aumentan sus poblaciones y amplían su rango de distribución.
No obstante, aquellas especies que tienen rangos de temperatura muy estrechos para su crecimiento y reproducción pueden reducir ampliamente sus poblaciones.
Disminución de la producción de alimentos
Muchas zonas agrícolas y pecuarias ven reducida la producción debido a que las especies son afectadas por el aumento de la temperatura. Por otra parte, las alteraciones ecológicas traen como consecuencia la proliferación de plagas agrícolas.
Salud pública
Al aumentar la temperatura promedio planetaria, algunos animales vectores de enfermedades expanden su rango geográfico. Es así que están ocurriendo casos de enfermedades tropicales más allá de su rango natural.
Por otra parte, el aumento de la temperatura puede producir el llamado shock térmico o golpe de calor, lo cual implica una deshidratación extrema. Esta situación puede provocar fallas orgánicas graves, afectando especialmente a niños y personas mayores.
Prevención
Para prevenir el incremento del efecto invernadero es necesario reducir la producción de gases de efecto invernadero. Esto implica una serie de acciones que incluyen el desarrollo de una conciencia ciudadana, medidas legislativas, cambios tecnológicos.
Concienciación
Una ciudadanía consciente del problema del calentamiento global generado por el incremento del efecto invernadero es fundamental. De esta manera se proporciona la presión social necesaria a fin de que los gobiernos y poderes económicos tomen las medidas requeridas.
Marco legal
El principal acuerdo internacional para enfrentar el problema de la generación de gases de efecto invernadero es el Protocolo de Kioto. Sin embargo, hasta ahora este instrumento legal no ha sido efectivo para disminuir la tasa de emisión de gases de efecto invernadero.
Algunos de los principales países industrializado y con mayores tasas de emisión, no suscribieron la prórroga del protocolo para su segundo período. Por lo tanto, se hace necesario un marco legal nacional e internacional más estricto si se quiere lograr un efecto real.
Cambios tecnológicos
Se requiere una reingeniería de los procesos industriales a fin de disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. De igual manera, se necesita promover el uso de energías renovables y disminuir el empleo de combustibles fósiles.
Por otra parte, es fundamental reducir en general la producción de residuos contaminantes.
Soluciones
Según los expertos no basta con reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, además hay que disminuir las actuales concentraciones en la atmósfera. Para esto, se han propuesto diversas alternativas que pueden utilizar tecnologías muy sencillas o sofisticadas.
Sumideros de carbono
Para esto se recomienda aumentar la cobertura de bosques y selvas, así como implementar estrategias como los techos verdes. Las plantas fijan el CO2 atmosférico en sus estructuras vegetales, extrayéndolo de la atmósfera.
Bombas de extracción de carbono
Hasta ahora extraer CO2 de la atmósfera es costoso desde el punto de vista energético y tiene un alto costo económico. Sin embargo, están en curso distintas investigaciones para lograr formas eficientes de filtrar el aire y extraer el CO2.
Una de estas propuestas ya está en fase de planta piloto y es desarrollada por las Universidades de Calgary y la Carnegie Mellon. Dicha planta emplea una solución de hidróxido de potasio como trampa acuosa y calcio cáustico, por la que se filtra el aire.
En este proceso el CO2 contenido en el aire va siendo retenido formando carbonato de calcio (CaCO3). Posteriormente el carbonato de calcio se calienta y el CO2 se desprende, aplicándose el CO2 purificado resultante para usos industriales.
Referencias bibliográficas
- Bolin, B. and Doos, B.R. Greenhouse effect.
- Caballero, M., Lozano, S. y Ortega, B. (2007). Efecto invernadero, calentamiento global y cambio climático: una perspectiva desde las ciencias de la tierra. Revista Digital Universitaria.
- Carmona, J.C., Bolívar, D.M. y Giraldo, L.A. (2005). El gas metano en la producción ganadera y alternativas para medir sus emisiones y aminorar su impacto a nivel ambiental y productivo. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias.
- Elsom, D.M. (1992). Atmospheric pollution: a global problem.
- Martínez, J. y Fernández, A. (2004). Cambio climático: una visión desde México.
- Schneider, S.H. (1989). The Greenhouse Effect: Science and Policy. Science.