miércoles, 3 de marzo de 2010

EL EFECTO INVERNADERO

Para explicar el efecto invernadero, primero debemos hablar sobre el balance térmico terrestre, pues el efecto invernadero negativo es una consecuencia de éste.

De toda la radiación que llega a la tierra, una parte es absorbida por las nubes, los gases y la atmósfera, y posteriormente emitida; y otra parte es reflejada por la corteza terrestre y las propias nubes.

Albedo

La parte que entra en la atmósfera, que es radiación infrarroja de alta energía (baja longitud de onda), al incidir en la superficie terrestre es reflejada, proceso que cuantificamos con el albedo (proporción de radiación solar reflejada por una superficie horizontal con respecto a la luz incidente).

Como vemos en la imagen anterior el albedo de los bosques es menor que el de los desiertos, lo que quiere decir que los bosques absorben una mayor radiación, aunque no por ello el bosque se calienta más, ya que el calor específico de cada una de las superficies es diferente. Esto se puede explicar mediante la siguiente expresión:

dQ = nCp∆T

Suponiendo que ambas superficies absorbieran el mismo calor, la arena al tener un menor Cp que la madera de los bosques (0.191cal/gºC de la arena frente a 0.570cal/gºC de la madera) provoca que haya una mayor variación de temperatura en la primera.

Una vez que hemos explicado esto, necesario para entender el efecto invernadero, pasamos a hablar del origen y fundamento del mismo.

Origen del efecto invernadero

Para que el efecto invernadero ocurra es necesario que la atmósfera sea transparente a la radiación visible e infrarroja próxima, de manera que la radiación del sol la pueda atravesar y llegue hasta la superficie terrestre para poder calentarla. También es necesario que los gases de las capas bajas de la atmósfera sean capaces de absorber las radiaciones reemitidas hacia el espacio.

La superficie de la tierra emite a una temperatura superior a la de equilibrio, y para que aparezca un gradiente negativo de temperatura, ciertas capas atmosféricas irradian a una temperatura inferior a la de equilibrio.

Por término medio la Tierra recibe del orden de 340W/m, de los cuales se reflejan 100 y el resto sería absorbido y emitido. Si esto fuese así la temperatura sería de -18ºC, pero la temperatura media de la tierra es de 15ºC. Según la Ley de Stefan-Boltzmann para tener esta temperatura debería de emitir 390W/m, por lo que la Tierra perdería más energía de la que recibe. Para compensar este déficit, de estos 390, 150 son absorbidos por nubes, aerosoles, vapor de agua y gases traza, y reemitidos a la tierra, y los 240 restantes pasarían al espacio exterior.

Ventanas atmosféricas

El efecto invernadero está limitado por la existencia de ventanas en el espectro de absorción infrarroja de los componentes de la atmósfera, que viene a ser algo así como las posibles aberturas o ventanas de un invernadero por las que se escaparía parte del calor del interior.

Trasladando este símil a la tierra, las ventanas significan que parte de la radiación emitida por la tierra se escapa al espacio exterior sin ser absorbida, contribuyendo negativamente al balance energético, es decir, perdiéndose energía.

La obturación de estas ventanas, implicaría que no escaparía energía al espacio exterior y se favorecería el recalentamiento del efecto invernadero.


Principales gases causantes del efecto invernadero

Vamos a hablar de los principales gases que provocan el efecto invernadero, aunque en realidad, cualquier gas que absorba en el infrarrojo y se encuentre presente en la atmósfera, es susceptible de colaborar con el efecto invernadero.

-Agua y vapor de agua

La contribución al efecto invernadero del agua, como vapor o nubes, es mayor del 50% (100W/maproximadamente).

Las nubes absorben tanto la radiación solar como la emitida por la superficie terrestre. Debido al elevado albedo de las nubes, una buena parte de la radiación que llega a la atmósfera desde el exterior es reflejada, con lo que no llega a incidir en la superficie terrestre, tendiendo a enfriarla; por otra parte la absorción de la radiación emitida por la atmósfera tiende a calentar la superficie terrestre contribuyendo al efecto invernadero. El papel global de las nubes sobre el balance energético terrestre depende de cual de estos dos efectos predomine, por ejemplo, variaciones muy pequeñas de nubosidad puede originar cambios significativos en el balance energético (la diferencia de absorción entre un día despejado y otro nublado es de 33W/m).

La absorción aumenta significativamente con la temperatura superficial del orden de 3,3 W/mK, lo que concuerda con el efecto invernadero relacionado con el feedback del vapor de agua (esto es, cuanto más temperatura haya, más agua se evapora, que al ascender se condensa formando las nubes y, al haber más, se absorbe más).

-Dióxido de carbono

Contribuye a una tercera parte del efecto invernadero natural que permite la vida en nuestro planeta, pero el desequilibrio de su concentración en la atmósfera debido a la industria está potenciando el efecto invernadero, tal y como vemos en la siguiente imagen

Emisiones anuales de CO2 antropogénico, expresado en masa de carbono, procedente de la quema de combustible fósil y de la fabricación de cemento. En la gráfica principal de han considerado los promedios sobre 5 años; el recuadro inserto muestra las variaciones año a año en los últimos años.

Casi todo el CO2 originado por el ser humano es por la combustión de recursos fósiles, a lo que hay que añadir otra parte como consecuencia de la desertización, pues los dos sumideros naturales de CO2 son los bosques y el agua de mar.

-Metano

El metano atmosférico tiene una capacidad de absorción de radiación infrarroja 20 veces mayor que el CO2.

El metano atmosférico procede de la descomposición anaeróbica bacteriana de las bacterias orgánicas en zonas húmedas (pantanos, arrozales y océanos), de la fermentación intestinal en organismos (fundamentalmente rumiantes), procesos incompletos de combustión de biomasa y extracción de combustibles fósiles; siendo estos tres últimos los más importantes.

Viendo la tendencia que marca el siguiente gráfico en la concentración de metano, se cree que en un futuro se convertirá en uno de los principales responsables del efecto invernadero.

Crecimiento de la concentración de metano atmosférico: (a)en los últimos 1000 años, utilizando datos de varios trozos de hielo, y (b) en años recientes; en esta última representación la línea suave corresponde al promedio de las fluctuaciones estacionales que se

-Clorofluorocarbonados (CFC)

Los CFC’s son compuestos volátiles de uno y dos carbonos que contienen cloro y/o flúor enlazado. Son muy estables, no son tóxicos y han sido utilizados durante décadas en la fabricación de espumas de polietileno, y como fluidos de refrigeración y aire acondicionado.

Los que más se han fabricado son: CCl3F (CFC-11; con punto de ebullición 24ºC); CCl2F2 (CFC-12; de punto de ebullición –28ºC); C2Cl3F3 (CFC-113); C2Cl2F4 (CFC-114); C2ClF5 (CFC-115).

Los CFC’s se nombran como CFC-abc, donde:

a: número de C-1

b: número de H+1

c: número de F

Deduciéndose los Cl de la valencia del carbono.

Así, por ejemplo, el C2Cl2F4 sería a = 2-1; b = 0+1; c = 4; por lo que es CFC-114.

Los CFC’s pueden tener otros halógenos, como el bromo, llamándose entonces halones, que son usados en sistemas de extinción de incendios. Algunos halones comerciales son CBrClF2 (halón-1211), CBrF3 (halón-1301) o C2Br2F4 (halón 2402), siendo estos dos últimos los más perjudiciales para la capa de ozono.

El impacto de estos compuestos es muy grande, incluso en concentraciones 5 veces inferiores al CO2, esto es debido a que absorben en la región de la ventana atmosférica, por lo que no dejan salir radiación al exterior, provocando entonces el efecto invernadero.

-Óxido nitroso (N2O)

Los óxidos nitrosos provienen principalmente de la combustión de centrales eléctricas, de los tubos de escape del tráfico rodado, la degradación de fertilizantes nitrogenados por las plantas (como subproducto de procesos de desnitrificación (paso de nitrito a nitrógeno) y nitrificación (paso de amonio a amoniaco) y el estiércol de vacuno. También contribuye en menos medida las emisiones industriales de la oxidación mediante ácido nítrico del ciclohexanol a ácido adípico (precursor del nylon)

Se producen por fuentes naturales 7-14 Tn/año, mientras que las procedentes de emisiones antropogénicas son 5-6 Tn/año

Contribución de estos gases al efecto invernadero

La contribución de estos gases al efecto invernadero dependerá de su concentración y de su absorción.

Gas

Acción relativa

Contribución real

CO2

1(referencia)

76%

CFCs

15000

5%

CH4

25

13%

N2O

230

6%

Soluciones al efecto invernadero.

Para el CO2 podemos usar fuentes de energía alternativas que no requieran la combustión de materiales fósiles y optimizar los procesos en las industrias.

Las concentraciones de CFC están disminuyendo gracias al convenio de Viena (1995) y el protocolo de Montreal (1997). Actualmente, está prohibido su empleo en Europa. Las concentraciones están disminuyendo muy lentamente debido a que los CFC tienen un tiempo de vida medio muy alto por su estabilidad.

Para disminuir la concentración de metano podemos alimentar el ganado con forraje de alta digestibilidad, ya que este reduce la emisión procedente de la ganadería, una de las principales fuentes, e introducir en las plantas de relleno sanitario sistemas de recogida del gas.

Para reducir las emisiones de nitroso podemos disminuir la combustión de materiales fósiles, cuya mayor fuente de emisión es el tráfico rodado, y para disminuir la emisión de esta fuente se pueden emplear catalizadores de tres fases (el problema es que son caros y se deterioran con facilidad).


Consecuencias a causa del calentamiento globlal debido al efecto invernadero

Un informe que fue presentado por el ahora ex ministro británico, Tony Blair, advirtió que el calentamiento global puede costar al mundo más que la Primera o la Segunda Guerra Mundial, y que disparara una crisis equivalente a la gran depresión de 1930. Un balance económico realizado por expertos economistas estiman que las pérdidas pueden oscilar entorno a los 7 billones de dólares.

Según este documento, los beneficios para la economía mundial de las medidas para limitar significativamente las emisiones del CO2 podrían llegar a 2,5 billones de dólares al año, a su vez el mercado de tecnologías limpias representaría un valor anual de unos 500000 millones de dólares.

En caso contrario, el aumento de las temperaturas en 3 o 4 º C durante este siglo elevaría el nivel de los mares. El número de refugiados, víctimas de las sequías o de inundaciones podría llegar a unos 200 millones de personas. Las cosas del sudeste asiático y ls pequeñas islas del Caribe y del Pacífico tendrían que ser protegidas del mar, incluso grandes ciudades como Tokio, Londres, Nueva York y El Cairo sufrirían riesgo de anegamientos.

Con el cambio climático se provee un aumento del 5 al 10% en la velocidad de los vientos en los huracanes, lo cual unido al incremento en las temperaturas de los mares se duplicarían los daños por catástrofes en países como EEUU. Se calcula que para mediados de siglo serán frecuentes las olas de calor que podrían morir miles de personas y multitudinarias pérdidas agrícolas.

También el derretimiento de los glaciares elevará primero el riesgo de inundaciones y posteriormente reducirá las existencias de agua potable. Se prevé también que con el aumento de 2 ºC en las temperaturas medias podría suponer la extinción entre un 15 y un 40% de las especies.

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Bibliografía

[1]-PERRY, Robert H, Manual del ingeniero químico, 7ª edición, 2001, Ed. McGraw-Hill , ISBN 84-481-3342-0.

[2]-BAIRD, Colin, SEYMUR, Raymond B., CARRAHER, Charles E., Química medioambiental, 2001, Ed. Reverté , ISBN 84-291-7902-X.

[3]-SPIRO, Thomas, STIGLIANI, William M., MADRID ALBARRÁN, Yolanda, Química medioambiental, 2ª edición, 2003, Ed. Pearson Prentice Hall, ISBN 84-205-3905-8.

[4]- MANAHAN, E.S., Environmental chemistry, 7ª edición, Ed. Lewis Publishers, ISBN 1-56670-492-8.

[5]- ©PRTR-ESPAÑA. CFC (Clorofluorocarburos). [En línea] 2007. Disponible en: http://www.prtr-es.es/CFC-clorofluorocarburos,15602,11,2007.html.

[6]- Carbon Dioxide Information Analysis Center. [En línea] Disponible en: http://cdiac.ornl.gov/. .

[7]- COMM/COMM-C02. Eliminación de los CFC de los inhaladores - dosificadores

[En línea] Disponible en: http://europa.eu/scadplus/leg/es/lvb/l28073.htm [8]- ©PRTR-ESPAÑA., Halones/PRTR España, [En línea] 2007. Disponible en: http://www.prtr-es.es/Halones,15603,11,2007.html.

[9]- Nomenclatura ashrae/anse ODS- Monografías.com, , [En línea] 1997. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos12/ods/ods.shtml#SISTEM.

[10]- Consecuencias del calentamiento global http://www.portalplanetasedna.com.ar/calentamiento.htm

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