Gran parte de esta radiación infrarroja regresa al espacio pero una parte permanece atrapada en la atmósfera terrestre, retenida por ciertos gases atmosféricos como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano. Estos gases absorben y reflejan el calor irradiado por la Tierra del mismo modo que el cristal en un invernadero, por lo que reciben el nombre de gases de efecto invernadero.
Únicamente los gases de efecto invernadero, que constituyen menos del 1% del total de los gases atmosféricos, ofrecen a la Tierra cierto aislamiento. Si no fuera por el efecto invernadero, la temperatura media de la superficie terrestre sería alrededor de -18 ºC y el hielo cubriría la Tierra de un polo a otro, imposibilitando el desarrollo de la vida en nuestro planeta.
| 4.1 | Tipos de gases de efecto invernadero |
Los gases de efecto invernadero están presentes de forma natural en el medio ambiente y también se forman como resultado de las actividades humanas. El gas de efecto invernadero más abundante es el vapor de agua, que llega a la atmósfera mediante evaporación del agua de los océanos, lagos y ríos. Sin embargo, la cantidad de vapor de agua en la atmósfera no depende directamente de las actividades humanas. El dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y el ozono están presentes de forma natural en la atmósfera pero también proceden de las actividades humanas. Otros gases de efecto invernadero no tienen un origen natural y solo se forman en los procesos industriales. Las actividades humanas producen también partículas transportadas por el aire, llamadas aerosoles, que compensan parte del calentamiento provocado por la acumulación de los gases de efecto invernadero.
| 4.1.1 | Dióxido de carbono |
Ciclo del carbono
El carbono, vital para todos los seres vivos, circula de manera continua en el ecosistema terrestre. En la atmósfera existe en forma de dióxido de carbono, que emplean las plantas en la fotosíntesis. Los animales usan el carbono de las plantas y liberan dióxido de carbono, producto del metabolismo. Aunque parte del carbono desaparece de forma temporal del ciclo en forma de carbón, petróleo, combustibles fósiles, gas y depósitos calizos, la respiración y la fotosíntesis mantienen prácticamente estable la cantidad de carbono atmosférico. La industrialización aporta dióxido de carbono adicional al medio ambiente.
El dióxido de carbono es el segundo gas de efecto invernadero más abundante después del vapor de agua. Este gas circula en el ambiente de forma constante participando en diversos procesos naturales que constituyen el ciclo del carbono. El dióxido de carbono llega a la atmósfera a partir de las erupciones volcánicas, la respiración de los animales que inhalan oxígeno y exhalan dióxido de carbono, y la combustión o descomposición de las plantas y otra materia orgánica. El dióxido de carbono abandona la atmósfera cuando se disuelve en el agua, especialmente en los océanos, y cuando es absorbido por las plantas. Los vegetales utilizan la energía luminosa, mediante un proceso llamado fotosíntesis, para convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares simples que emplean como alimento. Mediante este proceso las plantas almacenan carbono en los tejidos y liberan oxígeno como subproducto.
Fotosíntesis
Los seres humanos estamos aumentando la cantidad de dióxido de carbono que llega a la atmósfera mediante el uso de combustibles fósiles (como el carbón, el petróleo y el gas natural), residuos sólidos, madera y derivados de la madera para calentar edificios, conducir vehículos y generar electricidad. Al mismo tiempo, el número de árboles disponibles para absorber el dióxido de carbono y utilizarlo en la fotosíntesis ha descendido como consecuencia de la deforestación y la tala generalizada de árboles para obtener madera o para preparar la tierra para la agricultura.
Central térmica
Esta central térmica produce electricidad mediante la combustión de carbón. La combustión de combustibles fósiles libera dióxido de carbono a la atmósfera. El dióxido de carbono es el segundo gas de efecto invernadero más abundante después del vapor de agua. Las actividades humanas han incrementado significativamente la cantidad de gases de efecto invernadero y los científicos han relacionado este incremento con el calentamiento global.
Como consecuencia de las actividades humanas, el ritmo de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera es mayor que el de su eliminación a través de los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra. Además, el dióxido de carbono puede permanecer en la atmósfera un siglo o más antes de que sea eliminado de forma natural. Antes del inicio de la Revolución Industrial, a mediados del siglo XVIII, había 280 moléculas de dióxido de carbono por millón de moléculas de aire (abreviado como partes por millón o ppm). Desde entonces, las concentraciones de dióxido de carbono han ascendido debido al incremento de la producción industrial, del transporte basado en los combustibles y de la generación de electricidad, acelerándose en los últimos 50 años. En el año 2007, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), una de las principales organizaciones científicas que estudian este proceso, afirmó que los niveles de dióxido de carbono habían alcanzado un registro máximo de 379 ppm y estaban subiendo una media de 1,9 ppm por año.
Para estabilizar las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono deberían reducirse de forma considerable las emisiones globales, entre un 70% y un 80 por ciento. Si no tomamos medidas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, se prevé que hacia el año 2100 el dióxido de carbono alcanzará concentraciones de más del doble o incluso el triple de las que había antes de la Revolución Industrial. En el supuesto de emisiones más altas es previsible que hacia el año 2100 se alcancen concentraciones de 970 ppm, más del triple de las concentraciones preindustriales. En el supuesto de que las emisiones sean menores es previsible que en 2100 se alcancen concentraciones de 540 ppm, el doble de las concentraciones preindustriales.
| 4.1.2 | Metano |
Tundra en Alaska
El calentamiento global ha sido más acusado en el Ártico, donde las temperaturas han llegado a aumentar incluso el doble de la media global. La tundra de Alaska, Siberia y otras regiones subpolares contiene una capa de subsuelo congelado llamada permafrost. La extensión de tierra congelada ha disminuido debido a las mayores temperaturas y el deshielo de estas regiones podría liberar grandes cantidades de metano, un gas de efecto invernadero, a la atmósfera. Esto aceleraría el calentamiento global.
El metano se emite a la atmósfera durante el proceso de extracción del carbón, y en la producción y transporte de gas natural y petróleo. Es, además, un producto de la descomposición de la materia orgánica en los vertederos, arrozales y pantanos, y un subproducto de la digestión de ciertos animales, en especial del ganado vacuno. Las plantas vivas emiten también pequeñas cantidades de metano.
Los científicos están preocupados también por la liberación de metano y dióxido de carbono como consecuencia del deshielo del permafrost (suelo helado) en la tundra de Alaska, Siberia y otras regiones subpolares. Las temperaturas de la capa superior del permafrost han ascendido y esto ha provocado una disminución de la extensión de tierra que permanece congelada estacionalmente. El metano liberado por el deshielo de estas regiones podría aumentar el calentamiento y el deshielo, un proceso que los científicos denominan retrorregulación.
Desde el comienzo de la Revolución Industrial la cantidad de metano presente en la atmósfera ha aumentando más del doble. Este gas retiene casi treinta veces más calor que el dióxido de carbono. En comparación con el dióxido de carbono, la concentración de metano es menor y este gas permanece en la atmósfera menos tiempo que el dióxido de carbono. La contribución total al calentamiento global del metano es un tercio en relación con la del dióxido de carbono.
| 4.1.3 | Óxido nitroso |
El óxido nitroso es un gas con potente efecto invernadero liberado principalmente al arar las tierras de labranza y al quemar combustibles fósiles. El oxido nitroso retiene alrededor de trescientas veces más calor que el dióxido de carbono. La concentración de óxido nitroso contribuye al calentamiento global aproximadamente diez veces más que la del dióxido de carbono.
| 4.1.4 | Ozono |
Smog en Los Ángeles
El ozono en la zona inferior de la atmósfera es un componente del smog o niebla tóxica. Este ozono es un gas de efecto invernadero formado por la combinación del óxido nitroso y los gases volátiles orgánicos emitidos por coches y fuentes industriales. Por el contrario, el ozono presente en la zona superior de la atmósfera forma la capa de ozono, que protege la vida sobre la Tierra de las nocivas radiaciones ultravioletas del Sol.
El ozono es un gas de efecto invernadero tanto de origen natural como producido por el ser humano. El ozono presente en la zona superior de la atmósfera (estratosfera) constituye la capa de ozono y actúa como escudo protector de la Tierra frente a las nocivas radiaciones ultravioletas del Sol. Este gas se forma por la acción de la luz ultravioleta solar sobre las moléculas de oxígeno. Se sabe que algunas sustancias químicas destruyen las moléculas de ozono en la zona superior de la atmósfera. Esto podría disminuir o agotar la capa de ozono. En realidad la disminución de la capa de ozono origina un ligero enfriamiento que compensa, en una pequeña proporción, el calentamiento ocasionado por los gases de efecto invernadero. Sin embargo, el ozono en la zona inferior de la atmósfera es un componente de la niebla tóxica o smog. El óxido nitroso y los gases volátiles orgánicos emitidos por los automóviles y las industrias se combinan para formar ozono. Este ozono es un tóxico que daña la vegetación, destruye los árboles e irrita el tejido pulmonar. La contribución de este gas de efecto invernadero al calentamiento global es cuatro veces menor que la del dióxido de carbono. A diferencia del resto de gases de efecto invernadero, que están dispersos por toda la atmósfera, el ozono en la zona inferior de la atmósfera tiende a estar limitado a las regiones industrializadas.
| 4.1.5 | Sustancias químicas sintéticas |
Capa de ozono
Los procesos industriales emplean o generan muchas sustancias químicas sintéticas que son gases con potente efecto invernadero. Aunque estos gases se producen en cantidades relativamente pequeñas retienen entre cientos y miles de veces más calor en la atmósfera que el dióxido de carbono. Además, sus enlaces químicos hacen que sean muy duraderos en el medio.
Los gases de efecto invernadero producidos por el ser humano son los clorofluorocarbonos (CFC), un grupo de gases que contienen cloro, muy utilizados en el siglo XX como refrigerantes, propulsores de pulverizadores y productos de limpieza. Los estudios científicos han demostrado que el cloro liberado por los CFC en la zona superior de la atmósfera destruye la capa de ozono. Por esta razón, está reduciéndose su producción a partir de un tratado internacional aprobado en 1987, el Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono. Los CFC fueron prohibidos en la mayoría de los países industrializados desde el inicio de 1996 y en los países en desarrollo se estableció una retirada progresiva a partir de 2010. Se han obtenido nuevas sustancias químicas para sustituir a los CFC como los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), hidrofluorocarbonos (HFC) y perfluorocarbonos (PFC) pero también poseen un potente efecto invernadero.
Aunque los HCFC son menos dañinos para la capa de ozono que los CFC, también contienen cloro y está prevista su desaparición hacia 2030 gracias a las enmiendas de 2007 al Protocolo de Montreal. Los países industrializados deben acabar con el uso de HCFC en 2020 según el nuevo protocolo.
Aunque los HCF y los PFC no destruyen la capa de ozono, son gases con un potente efecto invernadero. Además, permanecen en la atmósfera más tiempo que los CFC, que poseen una vida media de unos 120 años. Los PFC tienen una permanencia excepcionalmente larga ya que pueden mantenerse en la atmósfera entre 2.600 y 50.000 años según el tipo de sustancia. Su acumulación en la atmósfera es, por tanto, prácticamente irreversible. Los PFC se emplean en la producción de aluminio, en la fabricación de semiconductores y como refrigerantes.
Otra sustancia química fabricada por los seres humanos, el hexafluoruro de azufre, es uno de los gases de efecto invernadero con mayor potencial destructivo jamás conocido. Este gas sintético produce un calentamiento 24.000 veces mayor que el dióxido de carbono. Se trata de un gas muy estable que puede permanecer en la atmósfera unos 3.200 años después de ser liberado. El hexafluoruro de azufre se emplea como dieléctrico en aparatos de alto voltaje y en la producción y fundición del magnesio.
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