El Efecto Invernadero
El ser humano ha producido cambios en el clima global, no solo desde el inicio de la era industrial, sino mucho antes, tal vez desde que conoció el fuego, y cuando comenzó a usar tierras para uso doméstico. Por ejemplo, la modificación de la superficie, altera de manera importante el clima local al cambiar el albedo, la evaporación, la temperatura, la presión y los vientos en superficie.
Recordemos el efecto invernadero natural. La Tierra tiene una temperatura media del orden de 16º C. Esta mayor temperatura de la Tierra se debe a que ciertos gases la atmósfera absorben radiación terrestre y se calienta, reirradia energía que es reabsorbida por los gases de la atmósfera, emitida hacia la tierra y absorbida por la superficie. Así la superficie de la Tierra esta continuamente recibiendo energía desde la atmósfera y del Sol. Este proceso repetitivo que hace que la temperatura media de la Tierra sea aproximadamente 35º C mayor que si no tuviera atmósfera, se llama el efecto invernadero natural. La Luna, sin atmósfera y casi a la misma distancia del Sol que la tierra, tiene una temperatura media del orden de -20º C, unos 35º C menor que en la Tierra, porque no tiene efecto invernadero natural.
Efecto invernadero actual.
La composición química de la troposfera y de la estratosfera, es un factor importante en la determinación de la temperatura media de la superficie del planeta, y por lo tanto de su clima. Ciertos gases en la atmósfera, principalmente el vapor de agua y el dióxido de carbono (CO2), son transparentes a la radiación de onda corta del Sol, pero absorben la radiación de onda larga emitida por la Tierra, reemitiéndola a la superficie, aumentando así la temperatura global. Se llaman gases invernadero porque son los principales responsables del efecto invernadero, y siempre han tenido un papel determinante en la temperatura de la Tierra y en la habitabilidad del planeta. También contribuyen al efecto invernadero gases como los clorofluorocarbonos (CFC), metano (CH4), óxido de nitrógeno (N2O), el ozono (O3), llamados gases traza, porque su concentración en la atmósfera es mucho más pequeña que la del CO2. Hasta hace poco, la mayoría de los gases invernadero eran emitidos y removidos de la troposfera por los principales ciclos biogeoquímicos de la Tierra, sin interferencia alteradora de las actividades humanas. En la actualidad, por la actividad humana, desde la revolución industrial y especialmente desde 1950, esos gases están aumentando en la atmósfera y sus consecuencias en el cambio climático son tema de investigación principal, ya que pueden ampliar el efecto invernadero natural y aumentar la temperatura del planeta.
Dióxido de carbono: es el gas menos efectivo de los del tipo invernaderos, pero debido a su alta concentración y rápido incremento es el responsable del 60% del calentamiento. El carbono se transfiere a la atmósfera en forma de dióxido de carbono a través del uso de combustibles fósiles y por la respiración de los seres vivos; por el contrario en la fotosíntesis de la materia vegetal se consume dicho gas. El océano es un medio regulador del dióxido de carbono, pudiendo fijarlo como bicarbonato en el agua o liberarlo a la atmósfera dependiendo si existe un exceso o déficit. Desde el comienzo de la era industrial, la quema de combustibles fósiles como petróleo, carbón, gas, en su consumo para energía, han agregado grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera, 67% del total. La deforestación contribuye con el otro 33%. Los países industrializados contribuyen con el 75% de las emisiones anuales. El dióxido de carbono permanece en la atmósfera por unos 500 años. Aunque una fracción de CO2 es absorbido por las plantas y/o disuelto en los océanos, aproximadamente el 50% del total de las emisiones actuales queda en la atmósfera. La figura 2 muestra la concentración de CO2 en partes por millón (ppm, es una unidad de concentración similar al porcentaje) en los últimos 1000 años, con datos basados en registros de corazones de hielo. Se observa claramente su rápido y pronunciado aumento los últimos 150 años. La figura 3 muestra el aumento en la concentración de CO2 desde 1958 a la fecha, con observaciones tomadas en el Laboratorio Mauna Loa de Hawai, lejos de centros industriales.
Figura 2 Concentración de CO2 en el último milenio.
Figura 3 Concentración de CO2 en los últimos 45 años.
El 33% de la contribución de la deforestación, se debe a que por una parte se reduce la absorción de CO2 por las plantas y por otra se libera CO2 en el proceso de descomposición de las plantas cortadas o cuando estas se queman. Los recursos forestales han sido afectados por la tala de grandes extensiones boscosas a favor de la expansión de la agricultura y la ganadería, o para satisfacer las necesidades industriales madereras y del papel, que extraen de los bosques su materia prima. Los problemas ambientales de la intervención humana y la destrucción de la fauna nativa, constituyen graves problemas. La deforestación es un problema a nivel mundial. En América Latina por ejemplo, con un recurso forestal que alcanza a unos 730 millones de hectáreas, son deforestadas anualmente 10 millones, de las cuales un 30% corresponde a una explotación selectiva de la industria de la madera y un 35% es realizado por personas de escasos recursos. La importancia ecológica de los bosques radica en que por una parte sostienen una importante diversidad comunitaria y por otra contribuyen a modular el clima, ya que cuando las plantas mueren, el carbono de sus tejidos se oxida a CO2 que regresa a la atmósfera, produciendo un aumento de su concentración. Por lo tanto, la deforestación incide sobre problemas como la calidad del suelo, la fauna en los bosques y sobre el clima.
Clorofluorocarbonos: son responsables de un 10% de la producción humana de gases invernadero y para el 2020 tal vez serán responsables de un 25%. Tienen un efecto de entre 10 mil a 20 mil veces mayor por molécula sobre el calentamiento global que el de cada molécula de CO2, debido a que su absorción se centra en la banda de longitud de onda de 10μm. Inicialmente su crecimiento fue de un 15% al año, luego disminuyó a un 4% anual. Los CFC fueron usados intensamente en la década de 1960 con propósitos domésticos e industriales. Acuerdos internacionales han discontinuado la producción de algunos de sus componentes.
Metano: cada molécula de metano es unas 25 veces mas efectiva en el calentamiento de la troposfera que una molécula de CO2, es responsable de cerca del 18% de la generación humana de gases invernadero. Es producido por bacterias que descomponen la materia orgánica en ambientes pobres de oxigeno. Un 40% de las emisiones globales de metano provienen de tales ambientes, como suelos inundados, pantanos, marismas y arrozales. Su concentración en la atmósfera crece alrededor de un 1% anual. Con 1º C de calentamiento se pueden aumentar las emisiones de metano de estas fuentes en 20 a 30% y amplificar el calentamiento global. Otras fuentes de metano son los rellenos sanitarios, combustión de bosques y praderas, entrañas de las termitas, cuyas poblaciones se multiplican para digerir los materiales de madera muerta después de la deforestación, y los tractos digestivos de miles de reses, ovejas, cerdos, cabras, caballos y otro ganado. Parte del metano también proviene de los yacimientos de carbón, pozos de gas natural, conductos, tanques de almacenamiento, hornos, secadores y estufas. Las fuentes naturales producen casi un tercio del metano en la atmósfera, y las actividades humanas el resto. El metano permanece en la atmósfera entre 7 a 10 años.
Oxido de nitrógeno: El calentamiento global de cada molécula de este gas es unas 250 veces mayor que el de una molécula de CO2, es responsable del 6% del efecto invernadero. Se libera en la degradación de los fertilizantes de nitrógeno en el suelo, desechos del ganado, agua subterránea contaminada con nitratos y por la combustión de biomasa. Su razón de incremento es de 0.2% al año. Su permanencia media en la troposfera es de 150 años. También disminuye al ozono en la estratosfera.
Ozono: es 4 veces mas efectivo en el efecto invernadero que el dióxido de carbono y contribuye con un 6% al calentamiento global. En la troposfera su decaimiento es rápido. Su razón de incremento es similar a la del dióxido de carbono. El ozono se produce naturalmente en la estratosfera debido a efectos fotoquímicos de la luz solar sobre las moléculas de oxigeno. Desgraciadamente ha estado siendo constantemente destruido por la acción de las moléculas de cloro de los CFC. Por el contrario su presencia ha aumentado en la troposfera debido a la contaminación y al uso de combustibles fósiles. Su permanencia media en la troposfera es de más de100 años. En la tabla 12.1 se resume la contribución al efecto invernadero relativa al CO2, en porcentaje del total y la real, para los diferentes gases.
| Gas | Relativa % | Real |
| CO2 | 60 | 1 |
| CH4 | 18 | 25 |
| CFC | 10 | 15000 |
| NO2 | 6 | 250 |
| O3 | 6 | 4 |
Tabla 1
Consecuencias del efecto invernadero.
Como consecuencia del incremento del CO2 en la atmósfera, el aumento de temperatura global registrado desde fines de 1800 fue de 0.3 a 0.6º C y en los últimos 50 años de 0.2 a 0.3º C. Las predicciones indican un incremento del CO2 a 400 ppm para el 2010 y a 600 ppm para el 2050. Con esto se estima un aumento de la temperatura global en torno a 2.5º C. Este aumento de temperatura tal vez no sea el mismo en todas partes, podría ser menor en los trópicos y aumentar hacia los polos. La mayor amenaza para la producción de alimentos, los sistemas económicos y los hábitat para la vida silvestre, es un cambio rápido del clima que implique sólo unos cuantos grados en la temperatura media de la superficie terrestre, que tenga lugar durante unas cuantas décadas. Lo anterior alteraría drásticamente los lugares donde podrían existir ciertos biomas y por lo tanto, ciertas especies; además cambiarían las condiciones más rápido de lo que algunas especies tardarían en adaptarse, en particular los vegetales que sustentan animales, y estos migrar a otras regiones. Dichos cambios rápidos en el clima, alteraría las áreas donde se podría cultivar alimento. Algunas llegarían a ser inhabitables debido a la falta de agua o a nundaciones producidas por la elevación del nivel del mar. En resumen:
• Se altera la distribución en las reservas de agua que pueden afectar, por ejemplo, las actividades agrícolas y forestales por déficit, o producir desbordes de ríos y peores inundaciones por exceso.
• Aumento del nivel del mar, por el derretimiento de los hielos polares, lo que produciría la inundación de tierras costeras actualmente al nivel del mar.
• Modificación de los patrones de tiempo como: mayor frecuencia e intensidad de los huracanes por mayores temperaturas del océano, cambios en las trayectorias normales de los sistemas ciclónicos y en la distribución de lluvias asociadas, ondas de calor y sequías más intensas en algunas regiones y no en otras, aumento en la frecuencia e intensidad del evento de el Niño.
Mecanismos de retroalimentación climática.
El sistema climático físico es muy complejo por lo que si cambia uno de sus componentes, se producen cambios en otros, lo que complica el modelamiento y agrega grandes incertezas a las predicciones climáticas. Estos se conocen como mecanismos de retroalimentación, que pueden ser positivos o negativos, según favorezcan o se opongan al efecto inicial. Uno de los más importantes es que el aumento de temperatura producirá un aumento en la evaporación y en el vapor de agua en la atmósfera. Esto a su vez refuerza el aumento de temperatura producido por el propio vapor de agua y el CO2. Si aumenta el vapor de agua puede aumentar la cobertura nubosa; esto puede tener dos efectos: (1) una retroalimentación negativa porque el aumento de la cobertura nubosa puede aumentar el albedo y la reflexión de la luz solar, disminuyendo la cantidad de calor que llega al suelo para calentar la atmósfera y (2) una retroalimentación positiva porque el vapor de agua absorbe la radiación terrestre y la reemite a la superficie, que de otra forma se perdería al espacio. El efecto más fuerte de estos dos es el (1) del albedo. Por otro lado, como se estima que el aumento de temperatura será mayor en latitudes altas, disminuiría el área cubierta por hielos polares al derretirse estos. Esto debería producir (3) que aumente la absorción de la radiación solar en la superficie y por otra parte disminuya la reflexión de luz solar por los hielos, reforzando el aumento de temperatura por efecto invernadero. Se estima que este efecto (3) positivo y el de evaporación (2) positivo es mayor que el (1) negativo de reflexión por las nubes, por lo tanto se espera un aumento de la temperatura global.
Rol de los volcanes.
Las erupciones volcánicas son lo suficientemente poderosas como para arrojar gran cantidad material particulado a la atmósfera, que puede permanecer en suspensión por meses o por años, esto puede producir una disminución de la temperatura en la troposfera. Además las erupciones volcánicas emiten gases que pueden contribuir a la contaminación de la atmósfera. El humo de los grandes incendios forestales también puede contribuir a disminuir la temperatura de la tierra en las regiones donde estos se producen.
En el Ártico, al hacer muestreos con núcleos de hielo, se ha encontrado una relación remarcable entre la variación de temperatura y erupciones volcánicas. Por ejemplo, en el año 79 DC se encuentra una ligera baja en la temperatura global, además de un aumento en ciertos componentes de la atmósfera, que se explica con la erupción del volcán Vesuvio ocurrida ese año. Las mediciones satelitales de la temperatura en la troposfera inferior, entre 1979-1993, han revelado que existe un enfriamiento estadístico de 0.13° C. La erupción del volcán Pinatubo en 1991, en Filipinas, según los estudios, es un factor que contribuyó a este resultado. Algunas de las grandes erupciones volcánicas que han sido documentadas se dan en la tabla 2, los valores en ºC para algunos de ellos indican la disminución promedio de la temperatura en una extensa región en torno al volcán.
| Volcan | Año Erupcion |
| Vesuvio, Italia | 79 |
| Kilauea, Hawai | 1790 |
| Tambora, Indonesia | 1815, <3,5> |
| Krakatoa, Indonesia | 1883, <> |
| Paracutin, Mexico | 1943 |
| St Helens, EEUU | 1980 |
| Chichón, Mexico | 1982 |
Pinatubo, Filipinas |
1991, <0,5>
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Tabla 2 Grandes erupciones volcánicas.
