Gases de efecto invernadero

Gas en una atmósfera que absorbe y emite radiación dentro del rango infrarrojo térmico

Este artículo trata sobre las propiedades de los gases de efecto invernadero. Para conocer las fuentes y cantidades de gases de efecto invernadero emitidos, consulte Emisiones de gases de efecto invernadero .

El efecto invernadero de la radiación solar en la superficie terrestre causado por la emisión de gases de efecto invernadero.

Forzamiento radiativo (influencia del calentamiento) de diferentes contribuyentes al cambio climático en 2011, como se informó en el quinto informe de evaluación del IPCC .

Un gas de efecto invernadero (a veces abreviado como GEI ) es un gas que absorbe y emite energía radiante dentro del rango térmico infrarrojo , provocando el efecto invernadero . ^[1] Los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre son el vapor de agua ( H
2O ), dióxido de carbono ( CO
2), metano ( CH
4), óxido nitroso ( N
2O ) y ozono ( O ₃ ). Sin los gases de efecto invernadero, la temperatura promedio de la superficie de la Tierra sería de aproximadamente -18 ° C (0 ° F), ^{[2] en} lugar del promedio actual de 15 ° C (59 ° F). ^{[3] [4] [5]} Las atmósferas de Venus , Marte y Titán también contienen gases de efecto invernadero.

Las actividades humanas desde el comienzo de la Revolución Industrial (alrededor de 1750) han producido un aumento del 45% en la concentración atmosférica de dióxido de carbono , de 280 ppm en 1750 a 415 ppm en 2019. ^[6] La última vez que la concentración atmosférica de dióxido de carbono Fue este alto fue hace más de 3 millones de años. ^[7] Este aumento se ha producido a pesar de la absorción de más de la mitad de las emisiones por varios "sumideros" naturales implicados en el ciclo del carbono . ^{[8] [9]}

En actuales de emisiones de gases de efecto invernadero tarifas, las temperaturas podrían aumentar en 2  ° C (3,6 ° F ), que las Naciones Unidas ' Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) designado como el límite superior para evitar niveles 'peligrosos', por 2036. ^{[10 ]} La gran mayoría de las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono provienen de la combustión de combustibles fósiles , principalmente carbón , petróleo (incluido el petróleo ) y gas natural , con contribuciones adicionales provenientes de la deforestación y otros cambios en el uso de la tierra. ^[11][12]

Gases en la atmósfera terrestre

Artículos principales: efecto invernadero y atmósfera de la tierra

Gases que no son de efecto invernadero

Los principales constituyentes de la atmósfera terrestre, el nitrógeno ( N
₂) (78%), oxígeno ( O
₂) (21%) y argón (Ar) (0,9%), no son gases de efecto invernadero porque las moléculas que contienen dos átomos del mismo elemento , como N
₂y O
₂no tienen ningún cambio neto en la distribución de sus cargas eléctricas cuando vibran, y los gases monoatómicos como el Ar no tienen modos vibratorios. Por lo tanto, casi no se ven afectados por la radiación infrarroja . Algunas moléculas que contienen solo dos átomos de elementos diferentes, como el monóxido de carbono (CO) y el cloruro de hidrógeno (HCl), absorben la radiación infrarroja, pero estas moléculas tienen una vida corta en la atmósfera debido a su reactividad o solubilidad . Por lo tanto, no contribuyen significativamente al efecto invernadero y, a menudo, se omiten cuando se habla de gases de efecto invernadero.

Gases de efecto invernadero

Absorción y dispersión atmosférica en diferentes longitudes de onda de ondas electromagnéticas . La mayor banda de absorción de dióxido de carbono no está lejos del máximo en la emisión térmica del suelo, y cierra parcialmente la ventana de transparencia del agua; de ahí su mayor efecto.

Ver también: Cambio climático y dióxido de carbono en la atmósfera terrestre.

Los gases de efecto invernadero son aquellos que absorben y emiten radiación infrarroja en el rango de longitud de onda emitida por la Tierra . ^[1] El dióxido de carbono (0,04%), el óxido nitroso, el metano y el ozono son gases traza que representan casi el 0,1% de la atmósfera terrestre y tienen un efecto invernadero apreciable.

En orden, los gases de efecto invernadero ^{[ aclaración necesaria ]} más abundantes en la atmósfera terrestre son: ^[13]

• Vapor de agua ( H
  ₂O )
• Dióxido de carbono ( CO
  ₂)
• Metano ( CH
  ₄)
• Óxido nitroso ( N
  ₂O )
• Ozono ( O
  ₃)
• Clorofluorocarbonos (CFC)
• Hidrofluorocarbonos (incluye HCFC y HFC)

Las concentraciones atmosféricas están determinadas por el equilibrio entre las fuentes (emisiones del gas de las actividades humanas y los sistemas naturales) y los sumideros (la eliminación del gas de la atmósfera mediante la conversión a un compuesto químico diferente o la absorción por cuerpos de agua). ^[14] La proporción de una emisión que permanece en la atmósfera después de un tiempo específico es la " fracción transportada por el aire " (AF). La fracción aérea anual es la relación entre el aumento atmosférico en un año dado y las emisiones totales de ese año. A partir de 2006, la fracción aérea anual de CO
2fue de aproximadamente 0,45. La fracción anual transportada por el aire aumentó a una tasa de 0,25 ± 0,21% por año durante el período 1959-2006. ^[15]

Efectos radiativos indirectos

Los colores falsos en esta imagen representan concentraciones de monóxido de carbono en la atmósfera inferior, que van desde aproximadamente 390 partes por mil millones (píxeles de color marrón oscuro), hasta 220 partes por mil millones (píxeles rojos) y 50 partes por mil millones (píxeles azules). ^[dieciséis]

Algunos gases tienen efectos radiativos indirectos (sean o no gases de efecto invernadero). Esto sucede de dos formas principales. Una forma es que cuando se degradan en la atmósfera producen otro gas de efecto invernadero. Por ejemplo, el metano y el monóxido de carbono (CO) se oxidan para dar dióxido de carbono (y la oxidación del metano también produce vapor de agua). Oxidación de CO a CO
2produce directamente un aumento inequívoco del forzamiento radiativo, aunque la razón es sutil. El pico de la emisión de infrarrojos térmica de la superficie de la Tierra está muy cerca de una fuerte banda de absorción vibratoria de CO
2( longitud de onda 15 micrones o número de onda 667 cm ⁻¹ ). Por otro lado, la banda vibratoria de CO única solo absorbe IR en longitudes de onda mucho más cortas (4,7 micrones, o 2145 cm ^-1 ), donde la emisión de energía radiante de la superficie de la Tierra es al menos un factor diez menor. Oxidación de metano a CO
2, que requiere reacciones con el radical OH, produce una reducción instantánea de la absorción y emisión radiativa ya que el CO
2es un gas de efecto invernadero más débil que el metano. Sin embargo, las oxidaciones de CO y CH
₄están entrelazados ya que ambos consumen radicales OH. En cualquier caso, el cálculo del efecto radiativo total incluye forzamientos tanto directos como indirectos.

Un segundo tipo de efecto indirecto ocurre cuando las reacciones químicas en la atmósfera que involucran a estos gases cambian las concentraciones de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, la destrucción de compuestos orgánicos volátiles distintos del metano (COVNM) en la atmósfera puede producir ozono. El tamaño del efecto indirecto puede depender en gran medida de dónde y cuándo se emite el gas. ^[17]

El metano tiene efectos indirectos además de formar CO
2. El principal químico que reacciona con el metano en la atmósfera es el radical hidroxilo (OH), por lo tanto, más metano significa que la concentración de OH disminuye. Efectivamente, el metano aumenta su propia vida atmosférica y, por lo tanto, su efecto radiativo general. La oxidación del metano puede producir tanto ozono como agua; y es una fuente importante de vapor de agua en la estratosfera normalmente seca . El CO y los COVNM producen CO
2cuando se oxidan. Eliminan el OH de la atmósfera y esto conduce a concentraciones más altas de metano. El efecto sorprendente de esto es que el potencial de calentamiento global del CO es tres veces mayor que el del CO
2. ^[18] El mismo proceso que convierte los COVNM en dióxido de carbono también puede conducir a la formación de ozono troposférico. Los halocarbonos tienen un efecto indirecto porque destruyen el ozono estratosférico. Finalmente, el hidrógeno puede conducir a la producción de ozono y CH
₄aumenta y produce vapor de agua estratosférico. ^[17]

Contribución de las nubes al efecto invernadero de la Tierra

El principal contribuyente no gaseoso del efecto invernadero de la Tierra, las nubes , también absorben y emiten radiación infrarroja y, por lo tanto, tienen un efecto sobre las propiedades radiativas de los gases de efecto invernadero. Las nubes son gotas de agua o cristales de hielo suspendidos en la atmósfera. ^{[19] [20]}

Papel del vapor de agua

Aumento del vapor de agua en la estratosfera en Boulder, Colorado

El vapor de agua representa el mayor porcentaje del efecto invernadero, entre 36% y 66% para condiciones de cielo despejado y entre 66% y 85% cuando se incluyen nubes. ^[20] Las concentraciones de vapor de agua fluctúan regionalmente, pero la actividad humana no afecta directamente las concentraciones de vapor de agua, excepto a escalas locales, como cerca de campos irrigados. Indirectamente, la actividad humana que aumenta las temperaturas globales aumentará las concentraciones de vapor de agua, un proceso conocido como retroalimentación del vapor de agua. ^[21] La concentración atmosférica de vapor es muy variable y depende en gran medida de la temperatura, desde menos del 0,01% en regiones extremadamente frías hasta el 3% en masa en aire saturado a unos 32 ° C. ^[22] (Ver Humedad relativa # Otros hechos importantes.)

El tiempo medio de residencia de una molécula de agua en la atmósfera es de sólo nueve días, en comparación con los años o siglos de otros gases de efecto invernadero como el CH.
₄y CO
2. ^[23] El vapor de agua responde y amplifica los efectos de otros gases de efecto invernadero. La relación Clausius-Clapeyron establece que habrá más vapor de agua por unidad de volumen a temperaturas elevadas. Este y otros principios básicos indican que el calentamiento asociado con el aumento de las concentraciones de los otros gases de efecto invernadero también aumentará la concentración de vapor de agua (suponiendo que la humedad relativa se mantenga aproximadamente constante; los estudios de modelación y observación encuentran que esto es así). Debido a que el vapor de agua es un gas de efecto invernadero, esto da como resultado un mayor calentamiento y, por lo tanto, es una " retroalimentación positiva " que amplifica el calentamiento original. Eventualmente, otros procesos terrestres ^{[ ¿cuáles? ]}compensar estas retroalimentaciones positivas, estabilizando la temperatura global en un nuevo equilibrio y previniendo la pérdida de agua de la Tierra a través de un efecto invernadero desbocado similar al de Venus . ^[21]

Impactos en el efecto invernadero general

Artículo principal: efecto invernadero

Schmidt y col. (2010) ^[24] analizaron cómo los componentes individuales de la atmósfera contribuyen al efecto invernadero total. Estimaron que el vapor de agua representa aproximadamente el 50% del efecto invernadero de la Tierra, con las nubes contribuyendo con el 25%, el dióxido de carbono con el 20% y los gases de efecto invernadero y aerosoles menores con el 5% restante. En el estudio, la atmósfera del modelo de referencia es para las condiciones de 1980. Crédito de la imagen: NASA . ^[25]

La contribución de cada gas al efecto invernadero está determinada por las características de ese gas, su abundancia y los efectos indirectos que pueda causar. Por ejemplo, el efecto radiativo directo de una masa de metano es aproximadamente 84 veces más fuerte que la misma masa de dióxido de carbono durante un período de 20 años ^[26], pero está presente en concentraciones mucho más pequeñas, de modo que su efecto radiativo directo total ha hasta ahora ha sido más pequeño, en parte debido a su vida atmosférica más corta en ausencia de secuestro adicional de carbono . Por otro lado, además de su impacto radiativo directo, el metano tiene un gran efecto radiativo indirecto porque contribuye a la formación de ozono. Shindell y col. (2005) ^[27]Sostiene que la contribución del metano al cambio climático es al menos el doble de las estimaciones previas como resultado de este efecto. ^[28]

Cuando se clasifican por su contribución directa al efecto invernadero, los más importantes son: ^{[19] [ verificación fallida ]}

Compuesto	Fórmula	Concentración en la atmósfera [29] (ppm)	Contribución (%)
Vapor de agua y nubes	H 2O	10–50 000 (A)	36–72%
Dióxido de carbono	CO 2	~ 400	9-26%
Metano	CH 4	~ 1.8	4-9%
Ozono	O 3	2-8 (B)	3-7%
notas: (A) El vapor de agua varía mucho a nivel local [30] (B) La concentración en la estratosfera. Aproximadamente el 90% del ozono de la atmósfera terrestre está contenido en la estratosfera.

Además de los principales gases de efecto invernadero enumerados anteriormente, otros gases de efecto invernadero incluyen hexafluoruro de azufre , hidrofluorocarbonos y perfluorocarbonos (consulte la lista del IPCC de gases de efecto invernadero ). Algunos gases de efecto invernadero no suelen aparecer en la lista. Por ejemplo, el trifluoruro de nitrógeno tiene un alto potencial de calentamiento global (GWP) pero solo está presente en cantidades muy pequeñas. ^[31]

Proporción de efectos directos en un momento dado

No es posible afirmar que un determinado gas provoque un porcentaje exacto del efecto invernadero. Esto se debe a que algunos de los gases absorben y emiten radiación en las mismas frecuencias que otros, por lo que el efecto invernadero total no es simplemente la suma de la influencia de cada gas. Los extremos superiores de los rangos indicados son para cada gas solo; los extremos inferiores tienen en cuenta las superposiciones con los otros gases. ^{[19] [20]} Además, se sabe que algunos gases, como el metano, tienen grandes efectos indirectos que aún se están cuantificando. ^[32]

Vida útil atmosférica

Aparte del vapor de agua , que tiene un tiempo de residencia de unos nueve días, ^{[33] los} principales gases de efecto invernadero están bien mezclados y tardan muchos años en salir de la atmósfera. ^[34] Aunque no es fácil saber con precisión cuánto tardan los gases de efecto invernadero en salir de la atmósfera, existen estimaciones de los principales gases de efecto invernadero. Jacob (1999) ^[35] define el tiempo de vida de una especie atmosférica X en un modelo de una caja como el tiempo promedio que una molécula de X permanece en la caja. Matemáticamente se puede definir como la relación entre la masa (en kg) de X en la caja y su tasa de remoción, que es la suma del flujo de X fuera de la caja (${\displaystyle \tau }$${\displaystyle \tau }$${\displaystyle m}$${\displaystyle F_{out}}$), Pérdida química de X ( ), y la deposición de X ( ) (todos en kg / s): . ^[35] Si cesara la entrada de este gas en la caja, después de un tiempo , su concentración disminuiría en aproximadamente un 63%.${\displaystyle L}$${\displaystyle D}$${\displaystyle \tau ={\frac {m}{F_{out}+L+D}}}$${\displaystyle \tau }$

Por tanto, la vida atmosférica de una especie mide el tiempo necesario para restablecer el equilibrio tras un aumento o una disminución repentinos de su concentración en la atmósfera. Los átomos o moléculas individuales pueden perderse o depositarse en sumideros como el suelo, los océanos y otras aguas, o la vegetación y otros sistemas biológicos, reduciendo el exceso a concentraciones de fondo. El tiempo medio que se tarda en conseguirlo es la vida media .

El dióxido de carbono tiene una vida atmosférica variable y no se puede especificar con precisión. ^{[36] [26]} Aunque más de la mitad del CO
2emitido se elimina de la atmósfera en un siglo, una fracción (aproximadamente el 20%) del CO emitido
2permanece en la atmósfera durante muchos miles de años. ^{[37] [38] [39]} Problemas similares se aplican a otros gases de efecto invernadero, muchos de los cuales tienen una vida media más larga que el CO
2, por ejemplo, el N 2 O tiene una vida atmosférica media de 121 años. ^[26]

Forzamiento radiativo e índice anual de gases de efecto invernadero

El forzamiento radiativo (influencia del calentamiento) de los gases de efecto invernadero atmosféricos de larga duración se ha acelerado, casi duplicándose en 40 años. ^{[40] [41]}

La Tierra absorbe parte de la energía radiante recibida del sol, refleja parte de ella como luz y refleja o irradia el resto al espacio en forma de calor . La temperatura de la superficie de la Tierra depende de este equilibrio entre la energía entrante y saliente. Si este equilibrio energético se modifica, la superficie de la Tierra se vuelve más cálida o más fría, lo que lleva a una variedad de cambios en el clima global. ^[42]

Varios mecanismos naturales y artificiales pueden afectar el equilibrio energético global y forzar cambios en el clima de la Tierra. Los gases de efecto invernadero son uno de esos mecanismos. Los gases de efecto invernadero absorben y emiten parte de la energía saliente irradiada desde la superficie de la Tierra, lo que hace que el calor se retenga en la atmósfera inferior. ^[42] Como se explicó anteriormente , algunos gases de efecto invernadero permanecen en la atmósfera durante décadas o incluso siglos y, por lo tanto, pueden afectar el equilibrio energético de la Tierra durante un largo período. Forzamiento radiativocuantifica (en vatios por metro cuadrado) el efecto de los factores que influyen en el balance energético de la Tierra; incluyendo cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero. El forzamiento radiativo positivo conduce al calentamiento al aumentar la energía neta entrante, mientras que el forzamiento radiativo negativo conduce al enfriamiento. ^[43]

El Índice Anual de Gases de Efecto Invernadero (AGGI) lo definen los científicos atmosféricos de la NOAA como la relación entre el forzamiento radiativo directo total debido a los gases de efecto invernadero de larga duración y bien mezclados para cualquier año para el que existen mediciones globales adecuadas, con el presente en el año 1990 . ^{[41] [44]} Estos niveles de forzamiento radiativo son relativos a los presentes en el año 1750 (es decir, antes del inicio de la era industrial ). Se elige 1990 porque es el año de referencia para el Protocolo de Kioto y es el año de publicación de la primera Evaluación Científica del Cambio Climático del IPCC.. Como tal, NOAA afirma que el AGGI "mide el compromiso que la sociedad (global) ya ha hecho para vivir en un clima cambiante. Se basa en observaciones atmosféricas de la más alta calidad de sitios alrededor del mundo. Su incertidumbre es muy baja". ^[45]

Potencial de calentamiento global

El potencial de calentamiento global (GWP) depende tanto de la eficiencia de la molécula como gas de efecto invernadero como de su vida atmosférica. El GWP se mide en relación con la misma masa de CO
2y evaluado para una escala de tiempo específica. Por lo tanto, si un gas tiene un forzamiento radiativo alto (positivo) pero también una vida útil corta, tendrá un gran GWP en una escala de 20 años pero uno pequeño en una escala de 100 años. Por el contrario, si una molécula tiene una vida atmosférica más larga que el CO
2su GWP aumentará cuando se considere la escala de tiempo. Se define que el dióxido de carbono tiene un GWP de 1 en todos los períodos de tiempo.

El metano tiene una vida atmosférica de 12 ± 3 años. El informe del IPCC de 2007 enumera el GWP en 72 en una escala de tiempo de 20 años, 25 en 100 años y 7,6 en 500 años. ^[46] Sin embargo, un análisis de 2014 establece que, aunque el impacto inicial del metano es aproximadamente 100 veces mayor que el del CO
2Debido a la vida atmosférica más corta, después de seis o siete décadas, el impacto de los dos gases es casi igual y, a partir de ese momento, el papel relativo del metano continúa disminuyendo. ^[47] La disminución del GWP en períodos más prolongados se debe a que el metano se degrada en agua y CO.
2 a través de reacciones químicas en la atmósfera.

Ejemplos de vida atmosférica y GWP en relación con el CO
2 para varios gases de efecto invernadero se dan en la siguiente tabla:

Vida útil atmosférica y GWP en relación con el CO
2 en un horizonte temporal diferente para varios gases de efecto invernadero

Nombre del gas	Fórmula química	Vida útil (años) [26]	Potencial de calentamiento global (GWP) para un horizonte de tiempo determinado
			20 años [26]	100 años [26]	500 años [46]
Dióxido de carbono	CO 2	(A)	1	1	1
Metano	CH 4	12	84	28	7,6
Óxido nitroso	norte 2O	121	264	265	153
CFC-12	CCl 2F 2	100	10 800	10 200	5 200
HCFC-22	CHClF 2	12	5 280	1 760	549
Tetrafluorometano	CF 4	50 000	4 880	6 630	11 200
Hexafluoroetano	C 2F 6	10000	8 210	11 100	18 200
Hexafloruro de azufre	SF 6	3 200	17 500	23 500	32 600
Trifluoruro de nitrógeno	NF 3	500	12 800	16 100	20 700
(A) No se puede dar una vida útil única para el CO 2 atmosférico .

El uso de CFC-12 (excepto algunos usos esenciales) se ha eliminado debido a sus propiedades que agotan la capa de ozono . ^[48] La eliminación gradual de los compuestos de HCFC menos activos se completará en 2030. ^[49]

Fuentes naturales y antropogénicas

Arriba: niveles crecientes de dióxido de carbono atmosférico medidos en la atmósfera y reflejados en los núcleos de hielo . Abajo: la cantidad de aumento neto de carbono en la atmósfera, en comparación con las emisiones de carbono de la quema de combustibles fósiles .

Aparte de los halocarbonos sintéticos puramente producidos por humanos, la mayoría de los gases de efecto invernadero tienen fuentes tanto naturales como provocadas por el hombre. Durante el Holoceno preindustrial , las concentraciones de gases existentes eran aproximadamente constantes, debido a que las grandes fuentes naturales y los sumideros se equilibraban aproximadamente. En la era industrial, las actividades humanas han agregado gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente a través de la quema de combustibles fósiles y la tala de bosques. ^{[52] [53]}

El Cuarto Informe de Evaluación de 2007 compilado por el IPCC (AR4) señaló que "los cambios en las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero y aerosoles, la cubierta terrestre y la radiación solar alteran el equilibrio energético del sistema climático", y concluyó que "aumentos en las concentraciones antropogénicas de gases de efecto invernadero es muy probable que haya causado la mayoría de los aumentos de las temperaturas medias mundiales desde mediados del siglo XX ". ^[54] En AR4, "la mayor parte de" se define como más del 50%.

Abreviaturas utilizadas en las dos tablas siguientes: ppm = partes por millón ; ppb = partes por mil millones; ppt = partes por billón; W / m ² = vatios por metro cuadrado

Concentraciones actuales de gases de efecto invernadero ^[55]

Gas	Concentración troposférica anterior a 1750 [56]	Concentración troposférica reciente [57]	Incremento absoluto desde 1750	Aumento porcentual desde 1750	Aumento del forzamiento radiativo (W / m 2 ) [58]
Dióxido de carbono ( CO 2)	280  ppm [59]	411 ppm [60]	131 ppm	47%	2,05 [61]
Metano ( CH 4)	700 ppb [62]	1893 ppb / [63] [64] 1762 ppb [63]	1193 ppb / 1062 ppb	170,4% / 151,7%	0,49
Óxido nitroso ( N 2O )	270 ppb [58] [65]	326 ppb / [63] 324 ppb [63]	56 ppb / 54 ppb	20,7% / 20,0%	0,17
Ozono troposférico ( O 3)	237 ppb [56]	337 ppb [56]	100 ppb	42%	0,4 [66]

Relevante para el forzamiento radiativo y / o el agotamiento del ozono ; todos los siguientes no tienen fuentes naturales y, por lo tanto, cantidades cero preindustriales ^[55]

Gas	Concentración troposférica reciente	Aumento del forzamiento radiativo (W / m 2 )
CFC-11 (triclorofluorometano) ( CCl 3F )	236 ppt / 234 ppt	0.061
CFC-12 ( CCl 2F 2)	527 ppt / 527 ppt	0,169
CFC-113 ( Cl 2FC-CClF 2)	74 ppt / 74 ppt	0.022
HCFC-22 ( CHClF 2)	231 ppt / 210 ppt	0,046
HCFC-141b ( CH 3CCl 2F )	24 ppt / 21 ppt	0,0036
HCFC-142b ( CH 3CClF 2)	23 ppt / 21 ppt	0,0042
Halón 1211 ( CBrClF 2)	4,1 ppt / 4,0 ppt	0,0012
Halón 1301 ( CBrClF 3)	3,3 ppt / 3,3 ppt	0,001
HFC-134a ( CH 2FCF 3)	75 ppt / 64 ppt	0.0108
Tetracloruro de carbono ( CCl 4)	85 ppt / 83 ppt	0.0143
Hexafluoruro de azufre ( SF 6)	7,79 ppt / [67] 7,39 ppt [67]	0,0043
Otros halocarbonos	Varía según la sustancia	colectivamente 0.02
Halocarbonos en total		0.3574

400.000 años de datos de núcleos de hielo

Los núcleos de hielo proporcionan evidencia de variaciones en la concentración de gases de efecto invernadero durante los últimos 800.000 años (consulte la siguiente sección ). Ambos CO
2y CH
₄varían entre las fases glacial e interglacial, y las concentraciones de estos gases se correlacionan fuertemente con la temperatura. No existen datos directos para períodos anteriores a los representados en el registro del núcleo de hielo, un registro que indica CO
2 las fracciones molares se mantuvieron dentro de un rango de 180 ppm a 280 ppm durante los últimos 800.000 años, hasta el aumento de los últimos 250 años. Sin embargo, varios proxies y modelos sugieren mayores variaciones en épocas pasadas; Hace 500 millones de años CO
2los niveles eran probablemente 10 veces más altos que ahora. ^[68] De hecho, más CO
2Se cree que las concentraciones prevalecieron durante la mayor parte del eón Fanerozoico , con concentraciones de cuatro a seis veces las concentraciones actuales durante la era Mesozoica, y de diez a quince veces las concentraciones actuales durante la era Paleozoica temprana hasta mediados del período Devónico , alrededor de 400 Ma . ^{[69] [70] [71]} Se cree que la propagación de las plantas terrestres ha reducido el CO
2concentraciones durante el Devónico tardío y las actividades de las plantas como fuentes y sumideros de CO
2desde entonces han sido importantes para proporcionar retroalimentaciones estabilizadoras. ^[72] Más temprano aún, un período de 200 millones de años de glaciación intermitente y generalizada que se extiende cerca del ecuador ( Tierra bola de nieve ) parece haber terminado repentinamente, alrededor de 550 Ma, por una colosal desgasificación volcánica que elevó el CO2.
2concentración de la atmósfera abruptamente al 12%, aproximadamente 350 veces los niveles modernos, causando condiciones extremas de invernadero y deposición de carbonato como piedra caliza a una velocidad de aproximadamente 1 mm por día. ^[73] Este episodio marcó el final del eón Precámbrico, y fue sucedido por las condiciones generalmente más cálidas del Fanerozoico, durante el cual evolucionó la vida animal y vegetal multicelular. Desde entonces no se ha producido ninguna emisión de dióxido de carbono volcánico de escala comparable. En la era moderna, las emisiones a la atmósfera de los volcanes son aproximadamente 0,645 millones de toneladas de CO
2por año, mientras que los humanos aportan 29 mil millones de toneladas de CO
2cada año. ^{[74] [73] [75] [76]}

Núcleos de hielo

Las mediciones de los núcleos de hielo de la Antártida muestran que antes de que comenzaran las emisiones industriales, el CO atmosférico
2las fracciones molares fueron de aproximadamente 280 partes por millón (ppm) y se mantuvieron entre 260 y 280 durante los diez mil años anteriores. ^[77] Las fracciones molares de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado aproximadamente un 35 por ciento desde la década de 1900, pasando de 280 partes por millón en volumen a 387 partes por millón en 2009. Un estudio que utilizó evidencia de estomas de hojas fosilizadas sugiere una mayor variabilidad, con fracciones molares de dióxido de carbono superiores a 300 ppm durante el período de hace siete a diez mil años, ^[78] aunque otros han argumentado que estos hallazgos reflejan más probablemente problemas de calibración o contaminación en lugar de CO real
2variabilidad. ^{[79] [80]} Debido a la forma en que el aire queda atrapado en el hielo (los poros del hielo se cierran lentamente para formar burbujas en las profundidades del firmamento) y al período de tiempo representado en cada muestra de hielo analizada, estas cifras representan promedios de concentraciones atmosféricas de hasta unos pocos siglos en lugar de niveles anuales o decenales.

Cambios desde la Revolución Industrial

Aumento anual reciente del CO atmosférico
2.

Principales tendencias de los gases de efecto invernadero.

Desde el comienzo de la Revolución Industrial , las concentraciones de muchos de los gases de efecto invernadero han aumentado. Por ejemplo, la fracción molar de dióxido de carbono ha aumentado de 280 ppm a 415 ppm, o 120 ppm sobre los niveles preindustriales modernos. El primer aumento de 30 ppm tuvo lugar en unos 200 años, desde el inicio de la Revolución Industrial hasta 1958; sin embargo, el siguiente aumento de 90 ppm tuvo lugar en 56 años, de 1958 a 2014. ^{[81] [82]}

Los datos recientes también muestran que la concentración está aumentando a un ritmo mayor. En el decenio de 1960, el aumento anual medio fue sólo del 37 por ciento de lo que fue entre 2000 y 2007. ^[83]

Las emisiones acumuladas totales de 1870 a 2017 fueron 425 ± 20 GtC (1539 GtCO ₂ ) de los combustibles fósiles y la industria, y 180 ± 60 GtC (660 GtCO ₂ ) del cambio de uso de la tierra . El cambio de uso de la tierra, como la deforestación , causó aproximadamente el 31% de las emisiones acumuladas entre 1870 y 2017, el carbón el 32%, el petróleo el 25% y el gas el 10%. ^[84]

Hoy, ^{[ ¿cuándo? ]} el stock de carbono en la atmósfera aumenta en más de 3 millones de toneladas por año (0,04%) en comparación con el stock existente. ^{[ aclaración necesaria ]} Este aumento es el resultado de las actividades humanas por la quema de combustibles fósiles, la deforestación y la degradación forestal en las regiones tropicales y boreales. ^[85]

Los otros gases de efecto invernadero producidos por la actividad humana muestran aumentos similares tanto en cantidad como en tasa de aumento. Muchas observaciones están disponibles en línea en una variedad de bases de datos de observación de química atmosférica .

Emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero

Esta sección es un extracto de Emisiones de gases de efecto invernadero § Fuentes [ editar ]

Desde aproximadamente 1750, la actividad humana ha aumentado la concentración de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero. En 2001, las concentraciones atmosféricas medidas de dióxido de carbono eran 100 ppm más altas que los niveles preindustriales. ^{[86] [ Necesita actualización ]} Las fuentes naturales de dióxido de carbono son más de 20 veces mayores que las debidas a la actividad humana, ^[87] pero durante períodos de más de unos pocos años, las fuentes naturales están estrechamente equilibradas por sumideros naturales, principalmente fotosíntesis de compuestos de carbono. por plantas y plancton marino . Como resultado de este equilibrio, la fracción molar atmosféricade dióxido de carbono permaneció entre 260 y 280 partes por millón durante los 10,000 años entre el final del último máximo glacial y el comienzo de la era industrial . ^{[88] La} absorción de radiación infrarroja terrestre por gases absorbentes de onda larga como estos gases de efecto invernadero hacen de la Tierra un emisor eficiente ^{[se necesita aclaración ]} . Por lo tanto, para que la Tierra emita tanta energía como se absorbe, las temperaturas globales deben aumentar.

Es probable que el calentamiento antropogénico (inducido por el hombre), como el debido a los niveles elevados de gases de efecto invernadero, haya tenido una influencia perceptible en muchos sistemas físicos y biológicos. ^{[89] El} calentamiento está teniendo una variedad de impactos , incluido el aumento del nivel del mar , ^[90] mayor frecuencia y severidad de algunos eventos climáticos extremos, ^[90] pérdida de biodiversidad , ^[91] y cambios regionales en la productividad agrícola . ^[92]

Eliminación de la atmósfera

Procesos naturales

Los gases de efecto invernadero pueden eliminarse de la atmósfera mediante varios procesos, como consecuencia de:

• un cambio físico (la condensación y la precipitación eliminan el vapor de agua de la atmósfera).
• una reacción química dentro de la atmósfera. Por ejemplo, el metano se oxida por reacción con el radical hidroxilo de origen natural , OH · y se degrada a CO
  2y vapor de agua ( CO
  2de la oxidación del metano no se incluye en el potencial de calentamiento global del metano ). Otras reacciones químicas incluyen la química en solución y en fase sólida que se produce en aerosoles atmosféricos.
• un intercambio físico entre la atmósfera y los demás componentes del planeta. Un ejemplo es la mezcla de gases atmosféricos en los océanos.
• un cambio químico en la interfaz entre la atmósfera y los otros componentes del planeta. Este es el caso del CO
  2, Que se reduce por la fotosíntesis de las plantas, y que, después de disolver en los océanos, reacciona para formar ácido carbónico y bicarbonato y carbonato de iones (véase la acidificación del océano ).
• un cambio fotoquímico . Los halocarbonos se disocian por la luz ultravioleta liberando Cl · y F · como radicales libres en la estratosfera con efectos nocivos sobre el ozono (los halocarbonos son generalmente demasiado estables para desaparecer por reacción química en la atmósfera).

Emisiones negativas

Artículo principal: Eliminación de dióxido de carbono

Varias tecnologías eliminan las emisiones de gases de efecto invernadero de la atmósfera. Los más analizados son los que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera, ya sea a formaciones geológicas como la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono y captura de aire de dióxido de carbono , ^[93] o al suelo como en el caso del biocarbón . ^[93] El IPCC ha señalado que muchos modelos de escenarios climáticos a largo plazo requieren emisiones negativas provocadas por el hombre a gran escala para evitar un cambio climático grave. ^[94]

Historia de la investigación científica

A finales del siglo XIX, los científicos descubrieron experimentalmente que N
₂y O
₂no absorben la radiación infrarroja (llamada, en ese momento, "radiación oscura"), mientras que el agua (tanto en forma de vapor verdadero como condensada en forma de gotitas microscópicas suspendidas en las nubes) y CO
2y otras moléculas gaseosas poliatómicas absorben radiación infrarroja. ^{[95] [96]} A principios del siglo XX, los investigadores se dieron cuenta de que los gases de efecto invernadero en la atmósfera aumentaban la temperatura general de la Tierra de lo que sería sin ellos. A finales del siglo XX, surgió un consenso científico de que las concentraciones crecientes de gases de efecto invernadero en la atmósfera provocan un aumento sustancial de las temperaturas globales y cambios en otras partes del sistema climático, ^[97] con consecuencias para el medio ambiente y la salud humana .

Ver también

• Atribución del cambio climático reciente
• Cap and Trade
• Contabilidad de carbono
• Crédito de carbono
• Neutralidad de carbono
• Compensación de carbono
• Impuesto sobre el carbono
• Deuda de invernadero
• Economía de hidrógeno
• Sistema de observación de carbono integrado
• Economía baja en carbono
• Acuerdo de Paris
• Perfluorotributilamina
• Propiedades físicas de los gases de efecto invernadero
• Medición de sostenibilidad
• Gestión de residuos
• Vehículo de cero emisiones

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57. Debido a que las concentraciones atmosféricas de la mayoría de los gases tienden a variar sistemáticamente en el transcurso de un año, las cifras dadas representan promedios durante un período de 12 meses para todos los gases excepto el ozono (O3), para el cual se ha estimado un valor global actual (IPCC, 2001 , Tabla 4.1a). CO
    2los promedios para el año 2012 se toman de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Laboratorio de Investigación del Sistema Terrestre, sitio web: www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends mantenido por el Dr. Pieter Tans. Para otras especies químicas, los valores dados son promedios para 2011. Estos datos se encuentran en el sitio web de CDIAC AGAGE: http://cdiac.ornl.gov/ndps/alegage.html o en la página de inicio de AGAGE: http: // agage .eas.gatech.edu .
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62. ppb = partes por mil millones
63. El primer valor en una celda representa Mace Head, Irlanda, un sitio del hemisferio norte de latitud media, mientras que el segundo valor representa Cape Grim , Tasmania , un sitio del hemisferio sur de latitud media. Los valores "actuales" dados para estos gases son promedios aritméticos anuales basados ​​en concentraciones de fondo mensuales para el año 2011. El SF
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66. Los cambios en el ozono estratosférico han dado lugar a una disminución del forzamiento radiativo de 0,05 W / m ² : Forster, P .; et al., "Tabla 2.12", Cambios en los constituyentes atmosféricos y en el forzamiento radiativo , archivado del original el 28 de enero de 2013 , consultado el 30 de octubre de 2012, en IPCC AR4 WG1 (2007) , pág. 204. Referencia: Blasing (2013)
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Lectura adicional

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• Rogner, H.-H .; Zhou, D .; Bradley, R .; Crabbé, P .; Edenhofer, O .; Liebre, B .; Kuijpers, L .; Yamaguchi, M. (2007), B. Metz; OR Davidson; PR Bosch; R. Dave; LA Meyer (eds.), Cambio climático 2007: Mitigación. Contribución del Grupo de Trabajo III al Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , Cambridge University Press, ISBN 978-0521880114, archivado desde el original el 21 de enero de 2012 , consultado el 14 de enero de 2012

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los gases de efecto invernadero .

• Información sobre el dióxido de carbono Analysis Center (CDIAC) , Departamento de Energía de Estados Unidos , recuperado 26 de de julio de 2020
• Los datos oficiales de emisiones de gases de efecto invernadero de los países desarrollados de la CMNUCC
• Gas de efecto invernadero en Curlie
• Índice anual de gases de efecto invernadero (AGGI) de NOAA
• Espectros atmosféricos de GEI y otros gases traza