A menudo me preguntan cómo el dióxido de carbono puede tener un efecto importante en el clima global cuando su concentración es tan pequeña:solo el 0,041% de la atmósfera de la Tierra. Y las actividades humanas son responsables de solo el 32% de esa cantidad.

Estudio la importancia de los gases atmosféricos para la contaminación del aire y el cambio climático. La clave de la fuerte influencia del dióxido de carbono en el clima es su capacidad para absorber el calor emitido por la superficie de nuestro planeta. evitando que se escape al espacio.

Ciencia temprana del invernadero

Los científicos que identificaron por primera vez la importancia del dióxido de carbono para el clima en la década de 1850 también se sorprendieron por su influencia. Trabajando por separado, John Tyndall en Inglaterra y Eunice Foote en los Estados Unidos encontraron que el dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano absorbieron calor, mientras que los gases más abundantes no lo hicieron.

Los científicos ya habían calculado que la Tierra estaba unos 59 grados Fahrenheit (33 grados Celsius) más caliente de lo que debería ser. dada la cantidad de luz solar que llega a su superficie. La mejor explicación para esa discrepancia fue que la atmósfera retuvo calor para calentar el planeta.

Tyndall y Foote demostraron que el nitrógeno y el oxígeno, que en conjunto representan el 99% de la atmósfera, esencialmente no tuvo influencia en la temperatura de la Tierra porque no absorbieron calor. Bastante, encontraron que los gases presentes en concentraciones mucho más pequeñas eran completamente responsables de mantener las temperaturas que hacían que la Tierra fuera habitable, atrapando el calor para crear un efecto invernadero natural.

Una manta en el ambiente

La Tierra recibe constantemente energía del sol y la irradia de regreso al espacio. Para que la temperatura del planeta se mantenga constante, el calor neto que recibe del sol debe equilibrarse con el calor saliente que emite.

Dado que el sol está caliente, emite energía en forma de radiación de onda corta en longitudes de onda principalmente ultravioleta y visible. La tierra es mucho más fría por lo que emite calor en forma de radiación infrarroja, que tiene longitudes de onda más largas.

El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen estructuras moleculares que les permiten absorber la radiación infrarroja. Los enlaces entre los átomos de una molécula pueden vibrar de formas particulares, como el tono de una cuerda de piano. Cuando la energía de un fotón corresponde a la frecuencia de la molécula, se absorbe y su energía se transfiere a la molécula.

El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen tres o más átomos y frecuencias que corresponden a la radiación infrarroja emitida por la Tierra. Oxígeno y nitrógeno, con solo dos átomos en sus moléculas, no absorba la radiación infrarroja.

La mayor parte de la radiación de onda corta que llega del sol atraviesa la atmósfera sin ser absorbida. Pero la mayor parte de la radiación infrarroja saliente es absorbida por los gases que atrapan el calor en la atmósfera. Entonces pueden liberar o re-irradiar, ese calor. Algunos regresan a la superficie de la Tierra, manteniéndolo más caliente de lo que sería de otra manera.

Investigación sobre transmisión de calor

Durante la Guerra Fría, Se estudió ampliamente la absorción de radiación infrarroja por muchos gases diferentes. El trabajo fue dirigido por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, que estaba desarrollando misiles buscadores de calor y necesitaba entender cómo detectar el calor que pasa a través del aire.

Esta investigación permitió a los científicos comprender el clima y la composición atmosférica de todos los planetas del sistema solar mediante la observación de sus firmas infrarrojas. Por ejemplo, Venus tiene aproximadamente 870 F (470 C) porque su atmósfera espesa es 96.5% de dióxido de carbono.

También informó el pronóstico del tiempo y los modelos climáticos, permitiéndoles cuantificar cuánta radiación infrarroja se retiene en la atmósfera y regresa a la superficie de la Tierra.

La gente a veces me pregunta por qué el dióxido de carbono es importante para el clima, dado que el vapor de agua absorbe más radiación infrarroja y los dos gases absorben en varias de las mismas longitudes de onda. La razón es que la atmósfera superior de la Tierra controla la radiación que escapa al espacio. La atmósfera superior es mucho menos densa y contiene mucho menos vapor de agua que cerca del suelo, lo que significa que agregar más dióxido de carbono influye significativamente en la cantidad de radiación infrarroja que escapa al espacio.

Observando el efecto invernadero

¿Alguna vez has notado que los desiertos suelen ser más fríos por la noche que los bosques? incluso si sus temperaturas medias son las mismas? Sin mucho vapor de agua en la atmósfera sobre los desiertos, la radiación que emiten escapa fácilmente al espacio. En regiones más húmedas, la radiación de la superficie es atrapada por el vapor de agua en el aire. Similar, las noches nubladas tienden a ser más cálidas que las despejadas porque hay más vapor de agua.

La influencia del dióxido de carbono se puede ver en cambios climáticos pasados. Los núcleos de hielo de los últimos millones de años han demostrado que las concentraciones de dióxido de carbono eran altas durante los períodos cálidos, alrededor del 0,028%. Durante las edades de hielo, cuando la Tierra era aproximadamente de 7 a 13 F (4-7 C) más fría que en el siglo XX, el dióxido de carbono constituía sólo alrededor del 0,018% de la atmósfera.

Aunque el vapor de agua es más importante para el efecto invernadero natural, los cambios en el dióxido de carbono han impulsado los cambios de temperatura en el pasado. A diferencia de, Los niveles de vapor de agua en la atmósfera responden a la temperatura. A medida que la Tierra se vuelve más cálida, su atmósfera puede contener más vapor de agua, que amplifica el calentamiento inicial en un proceso llamado "retroalimentación del vapor de agua". Por lo tanto, las variaciones en el dióxido de carbono han sido la influencia controladora de los cambios climáticos pasados.

Pequeño cambio, grandes efectos

No debería sorprendernos que una pequeña cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera pueda tener un gran efecto. Tomamos pastillas que son una pequeña fracción de nuestra masa corporal y esperamos que nos afecten.

Hoy en día, el nivel de dióxido de carbono es más alto que en cualquier otro momento de la historia de la humanidad. Los científicos están ampliamente de acuerdo en que la temperatura superficial promedio de la Tierra ya ha aumentado en aproximadamente 2 F (1 C) desde la década de 1880, y que los aumentos provocados por el hombre en el dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor son muy probablemente los responsables.

Sin acciones para controlar las emisiones, el dióxido de carbono podría alcanzar el 0,1% de la atmósfera en 2100, más del triple del nivel antes de la Revolución Industrial. Este sería un cambio más rápido que las transiciones en el pasado de la Tierra que tuvieron enormes consecuencias. Sin acción esta pequeña franja de la atmósfera causará grandes problemas.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.