Efecto invernadero


El efecto invernadero es un proceso en el que la radiación térmica emitida por la superficie planetaria es absorbida por los gases de efecto invernadero (GEI) atmosféricos y es irradiada en todas las direcciones. Dado que parte de esta radiación es devuelta hacia la superficie terrestre y la atmósfera inferior, ello resulta en un incremento de la temperatura superficial media respecto a lo que habría en ausencia de los GEI.[1][2]

Una parte de la radiación solar que llega a la Tierra atraviesa la atmósfera, es reflejada y vuelve al espacio; otra llega al suelo y lo calienta. Este emite calor (radiación infrarroja) y calienta la atmósfera, ya que el calor es retenido por los gases de efecto invernadero. [3]

La radiación solar en frecuencias de la luz visible pasa en su mayor parte a través de la atmósfera para calentar la superficie planetaria, emitiendo posteriormente esta energía en frecuencias menores de radiación térmica infrarroja. Esta última es absorbida por los GEI, los que a su vez irradian mucha de esta energía a la superficie y atmósfera inferior.[4]​ Este mecanismo recibe su nombre debido a su analogía al efecto de la radiación solar que pasa a través de un vidrio y calienta un invernadero, pero la manera en que atrapa calor la atmósfera es fundamentalmente diferente a como funciona un invernadero de jardinería, que reduce las corrientes de aire, aislando el aire caliente dentro del recinto, evitando la pérdida de calor por convección,[2][4][5][6][7]​ aunque el efecto detallado sea algo más complicado.[8]

Sin este efecto invernadero natural, la temperatura de equilibrio de la Tierra sería de unos -18 °C.[9][10][11]​ Sin embargo, la temperatura media de la superficie terrestre es de unos 14 °C.[12][13]​, una diferencia cercana a 33 °C que nos da una idea de la magnitud del efecto.[14]

El efecto invernadero natural de la Tierra hace posible la vida como la conocemos.[15]​ Sin embargo, las actividades humanas, principalmente la quema de combustibles fósiles y la deforestación,[16]​ han intensificado el fenómeno natural, causando un calentamiento global.[17][18]

El efecto invernadero fue propuesto por Joseph Fourier en 1824, descubierto en 1860 por John Tyndall,[19]​ investigado cuantitativamente por primera vez por Svante Arrhenius en 1896[20]​ y desarrollado en la década de 1930 hasta acabada la década de 1960 por Guy Stewart Callendar.[21]


Esquema del efecto invernadero mostrando los flujos de energía entre el espacio, la atmósfera y superficie de la Tierra. En esta gráfica la radiación absorbida es igual a la emitida, por lo que la Tierra no se calienta ni se enfría. La habilidad de la atmósfera para capturar y reciclar la energía emitida desde la superficie terrestre es el fenómeno que caracteriza al efecto invernadero.
Esquema del balance anual de energía del planeta Tierra desarrollado por Trenberth, Fasullo y Kiehl de la NCAR en 2008.[22]​ Se basa en datos del periodo de marzo de 2000 a mayo de 2004 y es una actualización de su trabajo publicado en 1997.[23]​ La superficie de la Tierra recibe 161 W/m² de radiación solar y 333 W/m² de radiación infrarroja emitida por los gases de efecto invernadero de la atmósfera, haciendo un total de 494 W/m². La superficie de la Tierra emite un total de 493 W/m² entre radiación térmica, calor latente y calor sensible (396+80+17), supone una absorción neta de calor de 0,9 W/m², que en el presente está provocando el calentamiento de la Tierra. Diferentes mediciones de las últimas dos décadas indican que la Tierra está absorbiendo entre 0,5 y 1 W/m² más que lo que emite al espacio (ver texto)
Desequilibrio radiativo provocado por el efecto invernadero amplificado consecuencia de las emisiones industriales[45]
Ilustración del modelo simplificado de calentamiento global por el aumento de la concentración de CO2 de 280 a 400 ppm. El cuadro de la izquierda muestra la radiación no absorbida de la luz solar que incide sobre la superficie, que luego vuelve a irradiar en el infrarrojo (IR). Se produce una fuerte absorción de IR debido a los gases de efecto invernadero que la atmósfera calentada irradia de capa a capa (representada por líneas horizontales). Cuando la atmósfera se vuelve tan delgada que hay menos de un recorrido libre medio al espacio exterior para el IR, la absorción cesa (capa etiquetada 255 K, 280 ppm). En este nivel, la temperatura es de 255 K (-18ºC) y hay un equilibrio entre la energía irradiada desde la Tierra y la recibida del Sol. Al agregar CO2 a la atmósfera, se reduce el valor del recorrido libre medio hasta el espacio exterior y la emisión de radiación tiene lugar a una mayor altitud (línea discontinua etiquetada 255 K 400 ppm). El cuadro de la derecha muestra la temperatura (eje x) en función de la altitud. La temperatura en la estratosfera es casi constante, pero varía linealmente a una altitud más baja con una pendiente fija (gradiente térmico). El aumento de la altitud a la que se emite la radiación al espacio desplaza el gradiente térmico a la línea discontinua a la derecha, lo que aumenta la temperatura de la superficie de la Tierra.[49]
Incrementos en la atmósfera de los cinco gases responsables del 97 % del efecto invernadero antropogénico en el periodo 1976-2003.
Forzamiento radiativo entre 1750 y 2005 según estimaciones del IPCC.
La denominada curva Keeling muestra el continuo crecimiento de CO2 en la atmósfera desde 1958. Recoge las mediciones de Keeling en el observatorio del volcán Mauna Loa. Estas mediciones fueron la primera evidencia significativa del rápido aumento de CO2 en la atmósfera y atrajo la atención mundial sobre el impacto de las emisiones de los gases invernaderos.[61]
Joseph Fourier fue el primer científico al que se atribuyó la descripción del efecto invernadero.
Arrhenius calculó que duplicar el CO2 de la atmósfera subiría la temperatura 5-6 °C (1896).
John Tyndall en 1885.
Montaje experimental de John Tyndall para medir la absorción infrarroja de diferentes gases atmosféricos. Tyndall, John, 1861[78]
En la Tierra a partir del año 1950 se dispararon las emisiones debidas a la combustión de combustibles fósiles, tanto las de petróleo como las de carbón y gas natural.
Concentración de CO2 atmosférico medido en el observatorio de Mauna Loa: Curva de Keeling.