Gas de efecto invernadero
Gas en una atmósfera con ciertas características de absorción.

Los gases de efecto invernadero atrapan parte del calor que se genera cuando la luz solar calienta la superficie de la Tierra. En esta imagen se muestran simbólicamente tres gases de efecto invernadero importantes: dióxido de carbono , vapor de agua y metano .
Factores físicos del calentamiento global que han ocurrido hasta ahora. No se representa el potencial de calentamiento global futuro para factores de larga duración como las emisiones de dióxido de carbono. Los bigotes en cada barra muestran el posible rango de error .

Los gases de efecto invernadero ( GEI ) son los gases de la atmósfera que aumentan la temperatura de la superficie de planetas como la Tierra. Lo que los distingue de otros gases es que absorben las longitudes de onda de la radiación que emite un planeta , lo que da lugar al efecto invernadero . [1] La Tierra se calienta con la luz solar, lo que hace que su superficie irradie calor , que luego es absorbido en su mayor parte por los gases de efecto invernadero. Sin los gases de efecto invernadero en la atmósfera, la temperatura media de la superficie de la Tierra sería de unos −18 °C (0 °F), [2] en lugar del promedio actual de 15 °C (59 °F). [3] [4]

Los cinco gases de efecto invernadero más abundantes en la atmósfera de la Tierra, enumerados en orden decreciente de fracción molar global promedio , son: [5] [6] vapor de agua , dióxido de carbono , metano , óxido nitroso y ozono . Otros gases de efecto invernadero que suscitan preocupación son los clorofluorocarbonos (CFC y HCFC ), los hidrofluorocarbonos (HFC), los perfluorocarbonos , el SF
6, y NF
3El vapor de agua causa aproximadamente la mitad del efecto invernadero, actuando en respuesta a otros gases como una retroalimentación del cambio climático . [7]

Las actividades humanas desde el comienzo de la Revolución Industrial (alrededor de 1750) han aumentado el dióxido de carbono en más del 50% , [8] y los niveles de metano en un 150%. [9] Las emisiones de dióxido de carbono están causando alrededor de las tres cuartas partes del calentamiento global , mientras que las emisiones de metano causan la mayor parte del resto. [10] La gran mayoría de las emisiones de dióxido de carbono de los humanos provienen de la quema de combustibles fósiles , [11] con contribuciones restantes de la agricultura y la industria . [12] : 687  Las emisiones de metano se originan en la agricultura, la producción de combustibles fósiles, los desechos y otras fuentes. [13] El ciclo del carbono tarda miles de años en absorber completamente el CO 2 de la atmósfera, [14] mientras que el metano dura en la atmósfera un promedio de solo 12 años. [15]

Los flujos naturales de carbono se producen entre la atmósfera, los ecosistemas terrestres , el océano y los sedimentos . Estos flujos han estado bastante equilibrados durante el último millón de años, [16] aunque los niveles de gases de efecto invernadero han variado ampliamente en el pasado más lejano . Los niveles de dióxido de carbono son ahora más altos de lo que han sido durante 3 millones de años. [17] Si las tasas actuales de emisiones continúan, el calentamiento global superará los 2,0 °C (3,6 °F) en algún momento entre 2040 y 2070. Este es un nivel que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) califica de "peligroso". [18]

Propiedades y mecanismos

Consulte el título y el texto adyacente
Absorción atmosférica y dispersión de ondas electromagnéticas en diferentes longitudes de onda . La banda de absorción más grande del dióxido de carbono no está lejos del máximo de emisión térmica del suelo y cierra parcialmente la ventana de transparencia del agua, lo que explica el importante efecto de retención de calor del dióxido de carbono.

Los gases de efecto invernadero son activos en el infrarrojo , lo que significa que absorben y emiten radiación infrarroja en el mismo rango de longitud de onda que la emitida por la superficie de la Tierra, las nubes y la atmósfera. [19] : 2233 

El 99% de la atmósfera seca de la Tierra (excluyendo el vapor de agua ) está compuesta de nitrógeno ( N
2) (78%) y oxígeno ( O
2) (21%). Debido a que sus moléculas contienen dos átomos del mismo elemento , no tienen asimetría en la distribución de sus cargas eléctricas , [20] y por lo tanto son casi totalmente inmunes a la radiación térmica infrarroja, [21] con solo un efecto extremadamente menor de la absorción inducida por colisión . [22] [23] [24] Un 0,9% adicional de la atmósfera está formada por argón (Ar), que es monoatómico y, por lo tanto, completamente transparente a la radiación térmica. Por otro lado, el dióxido de carbono (0,04%), el metano , el óxido nitroso e incluso los gases traza menos abundantes representan menos del 0,1% de la atmósfera de la Tierra, pero debido a que sus moléculas contienen átomos de diferentes elementos, existe una asimetría en la distribución de la carga eléctrica que permite que las vibraciones moleculares interactúen con la radiación electromagnética. Esto los hace activos en los infrarrojos, por lo que su presencia causa el efecto invernadero . [20]

Forzamiento radiativo

Coeficientes de absorción de los gases de efecto invernadero primarios en el infrarrojo de onda larga . El vapor de agua absorbe en un amplio rango de longitudes de onda. La Tierra emite radiación térmica con especial intensidad en las proximidades de la banda de absorción de 15 micrones del dióxido de carbono. La importancia relativa del vapor de agua disminuye con el aumento de la altitud.

La Tierra absorbe parte de la energía radiante que recibe del sol, refleja parte de ella como luz y refleja o irradia el resto de vuelta al espacio como calor . La temperatura de la superficie de un planeta depende de este equilibrio entre la energía entrante y saliente. Cuando el equilibrio energético de la Tierra se modifica, su superficie se vuelve más cálida o más fría, lo que lleva a una variedad de cambios en el clima global. [25] El forzamiento radiativo es una métrica calculada en vatios por metro cuadrado, que caracteriza el impacto de un cambio externo en un factor que influye en el clima. Se calcula como la diferencia en el balance energético de la parte superior de la atmósfera (TOA) causada inmediatamente por dicho cambio externo. Un forzamiento positivo, como el de mayores concentraciones de gases de efecto invernadero, significa que llega más energía de la que sale en la parte superior de la atmósfera, lo que causa un calentamiento adicional, mientras que el forzamiento negativo, como el de los sulfatos que se forman en la atmósfera a partir del dióxido de azufre , conduce al enfriamiento. [19] : 2245  [26]

En la atmósfera inferior, los gases de efecto invernadero intercambian radiación térmica con la superficie y limitan el flujo de calor radiativo que se aleja de ella, lo que reduce la tasa general de transferencia de calor radiativo hacia arriba. [27] : 139  [28] La mayor concentración de gases de efecto invernadero también está enfriando la atmósfera superior, ya que es mucho más delgada que las capas inferiores, y es más probable que cualquier calor reemitido por los gases de efecto invernadero viaje más lejos en el espacio que interactúe con las menos moléculas de gas en las capas superiores. La atmósfera superior también se está encogiendo como resultado. [29]

Contribuciones de gases específicos al efecto invernadero

Los cambios antropogénicos en el efecto invernadero natural se denominan a veces efecto invernadero mejorado . [19] : 2223 

Esta tabla muestra las contribuciones más importantes al efecto invernadero general, sin el cual la temperatura media de la superficie de la Tierra sería de unos -18 °C (0 °F), [2] en lugar de alrededor de 15 °C (59 °F). [3] Esta tabla también especifica el ozono troposférico , porque este gas tiene un efecto de enfriamiento en la estratosfera , pero una influencia de calentamiento comparable al óxido nitroso y los CFC en la troposfera . [30]

Contribución porcentual al efecto invernadero total
K&T (1997) [31]Schmidt (2010) [32]
ContribuyenteCielo despejadoCon nubesCielo despejadoCon nubes
Vapor de agua60416750
Nubes3125
CO2​26182419
Ozono troposférico (O 3 )8
N2O + CH4​​​6
Otro997

K&T (1997) utilizó 353 ppm de CO2 y calculó un efecto invernadero total de 125 W/ m2 en cielo despejado; se basó en un perfil atmosférico único y un modelo de nubes. Los porcentajes "con nubes" son de la interpretación de Schmidt (2010) de K&T (1997).
Schmidt (2010) utilizó la climatología de 1980 con 339 ppm de CO2 y un efecto invernadero total de 155 W/m2 ; tuvo en cuenta la distribución temporal y espacial tridimensional de los absorbentes.

Papel especial del vapor de agua

Los gases atmosféricos sólo absorben algunas longitudes de onda de energía, pero son transparentes a otras. Los patrones de absorción del vapor de agua (picos azules) y del dióxido de carbono (picos rosados) se superponen en algunas longitudes de onda. [33]

El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante en general, siendo responsable del 41-67% del efecto invernadero, [31] [32] pero sus concentraciones globales no se ven afectadas directamente por la actividad humana. Si bien las concentraciones locales de vapor de agua pueden verse afectadas por desarrollos como el riego , tiene poco impacto a escala global debido a su corto tiempo de residencia de aproximadamente nueve días. [34] Indirectamente, un aumento en las temperaturas globales también aumentará las concentraciones de vapor de agua y, por lo tanto, su efecto de calentamiento, en un proceso conocido como retroalimentación del vapor de agua. Ocurre porque la relación de Clausius-Clapeyron establece que habrá más vapor de agua presente por unidad de volumen a temperaturas elevadas. [35] Por lo tanto, la concentración atmosférica local de vapor de agua varía desde menos del 0,01% en regiones extremadamente frías y hasta el 3% en masa en aire saturado a aproximadamente 32 °C. [36]

Potencial de calentamiento global (GWP) y CO2equivalentes

Comparación del potencial de calentamiento global (GWP) de tres gases de efecto invernadero durante un período de 100 años: perfluorotributilamina , óxido nitroso y metano , en comparación con el dióxido de carbono (este último es el valor de referencia, por lo tanto tiene un GWP de uno)

El potencial de calentamiento global (GWP) es un índice que mide cuánta radiación térmica infrarroja absorbería un gas de efecto invernadero durante un período de tiempo determinado después de haber sido añadido a la atmósfera (o emitido a la atmósfera). El GWP hace que diferentes gases de efecto invernadero sean comparables con respecto a su "eficacia en causar forzamiento radiativo ". [37] : 2232  Se expresa como un múltiplo de la radiación que sería absorbida por la misma masa de dióxido de carbono (CO 2 ) añadido, que se toma como gas de referencia. Por lo tanto, el GWP tiene un valor de 1 para el CO 2 . Para otros gases, depende de la intensidad con la que el gas absorbe la radiación térmica infrarroja, la rapidez con la que el gas abandona la atmósfera y el período de tiempo considerado.

Por ejemplo, el metano tiene un PCA a lo largo de 20 años (PCA-20) de 81,2 [38], lo que significa que, por ejemplo, una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 81,2 toneladas de dióxido de carbono medidas a lo largo de 20 años. Como el metano tiene una vida atmosférica mucho más corta que el dióxido de carbono, su PCA es mucho menor a lo largo de períodos de tiempo más largos, con un PCA-100 de 27,9 y un PCA-500 de 7,95. [38] : 7SM-24 

El dióxido de carbono equivalente (CO 2 e o CO 2 eq o CO 2 -e o CO 2 -eq) se puede calcular a partir del PCG. Para cualquier gas, es la masa de CO 2 que calentaría la Tierra tanto como la masa de ese gas. Por lo tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como PCG multiplicado por la masa del otro gas.

Lista de todos los gases de efecto invernadero

El forzamiento radiativo (influencia del calentamiento) de los gases atmosféricos de efecto invernadero de larga duración se ha acelerado, casi duplicándose en 40 años. [39] [40] [41]

La contribución de cada gas al aumento del efecto invernadero está determinada por las características de ese gas, su abundancia y cualquier efecto indirecto 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. [42] Desde la década de 1980, las contribuciones de los gases de efecto invernadero (en relación con el año 1750) también se estiman con gran precisión utilizando expresiones recomendadas por el IPCC derivadas de modelos de transferencia radiativa . [43]

La concentración de un gas de efecto invernadero se mide normalmente en partes por millón (ppm) o partes por mil millones (ppb) por volumen. Una concentración de CO2 de 420 ppm significa que 420 de cada millón de moléculas de aire son moléculas de CO2 . El primer aumento de 30 ppm en las concentraciones de CO2 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 un plazo de 56 años, de 1958 a 2014. [8] [44] [45] De manera similar, el aumento anual promedio en la década de 1960 fue solo el 37% de lo que fue entre 2000 y 2007. [46]

Muchas observaciones están disponibles en línea en una variedad de bases de datos de observaciones de química atmosférica . La siguiente tabla muestra los gases de efecto invernadero bien mezclados y de larga duración más influyentes, junto con sus concentraciones troposféricas y forzamientos radiativos directos , según lo identificado por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC). [47] Los científicos atmosféricos miden regularmente las abundancias de estos gases traza a partir de muestras recolectadas en todo el mundo. [48] [49] [50] Excluye el vapor de agua porque los cambios en sus concentraciones se calculan como una retroalimentación del cambio climático causada indirectamente por cambios en otros gases de efecto invernadero, así como el ozono, cuyas concentraciones solo se modifican indirectamente por varios refrigerantes que causan el agotamiento del ozono . Algunos gases de vida corta (por ejemplo, monóxido de carbono , NOx ) y aerosoles (por ejemplo, polvo mineral o carbono negro ) también se excluyen debido a su papel limitado y fuerte variación, junto con refrigerantes menores y otros gases halogenados , que se han producido en masa en cantidades más pequeñas que las de la tabla. [47] : 731–738  y Anexo III del Informe del Grupo de Trabajo 1 del IPCC de 2021 [51] : 4–9 

Lista del IPCC de gases de efecto invernadero con duración, potencial de calentamiento global a 100 años , concentraciones en la troposfera y forzamientos radiativos. Las abreviaturas TAR, AR4, AR5 y AR6 hacen referencia a los diferentes informes del IPCC a lo largo de los años. La línea de base es la preindustrialización (año 1750).
EspeciesVida

(años) [47] : 731 

100 años

PCA [47] : 731 

Fracción molar [ppt – excepto cuando se indique lo contrario] a + Forzamiento radiativo [W m −2 ] [B]Concentraciones

con el tiempo [52] [53]

hasta el año 2022

Base

Año 1750

TAR [54]

Año 1998

AR4 [55]

Año 2005

AR5 [47] : 678 

Año 2011

AR6 [51] : 4–9 

Año 2019

CO2 [ppm ][A]1278365 (1,46)379 (1,66)391 (1,82)410 (2,16)
CH4 [ppb ]12.4287001.745 (0,48)1.774 (0,48)1.801 (0,48)1866 (0,54)
N2O [ ppb ]121265270314 (0,15)319 (0,16)324 (0,17)332 (0,21)
CFC-11454.6600268 (0,07)251 (0,063)238 (0,062)226 (0,066)
CFC-1210010.2000533 (0,17)538 (0,17)528 (0,17)503 (0,18)
CFC-1364013.90004 (0,001)–2,7 (0,0007)3,28 (0,0009)cfc13
CFC-113856.490084 (0,03)79 (0,024)74 (0,022)70 (0,021)
CFC-1141907.710015 (0,005)––16 (0,005)cfc114
CFC-1151.0205.86007 (0,001)–8,37 (0,0017)8,67 (0,0021)CFC115
HCFC-2211.95.2800132 (0,03)169 (0,033)213 (0,0447)247 (0,0528)
HCFC-141b9.22.550010 (0,001)18 (0,0025)21,4 (0,0034)24,4 (0,0039)
HCFC-142b17.25.020011 (0,002)15 (0,0031)21,2 (0,0040)22,3 (0,0043)
CH3CCl3​​​5160069 (0,004)19 (0,0011)6,32 (0,0004)1,6 (0,0001)
CCl4​261.7300102 (0,01)93 (0,012)85,8 (0,0146)78 (0,0129)
HFC-2322212.400014 (0,002)18 (0,0033)24 (0,0043)32,4 (0,0062)
HFC-325.26770––4,92 (0,0005)20 (0,0022)
HFC-12528.23.1700–3,7 (0,0009)9,58 (0,0022)29,4 (0,0069)
HFC-134a13.41.30007,5 (0,001)35 (0,0055)62,7 (0,0100)107,6 (0,018)
HFC-143a47.14.8000––12.0 (0.0019)24 (0,0040)
HFC-152a1.513800,5 (0,0000)3,9 (0,0004)6,4 (0,0006)7,1 (0,0007)
CF4 ( PFC-14)50.0006.6304080 (0,003)74 (0,0034)79 (0,0040)85,5 (0,0051)
C2F6 ( PFC - 116 )10.00011.10003 (0,001)2,9 (0,0008)4,16 (0,0010)4,85 (0,0013)
SF6​3.20023.50004.2 (0.002)5,6 (0,0029)7,28 (0,0041)9,95 (0,0056)
SO2F2​​​364.0900––1,71 (0,0003)2,5 (0,0005)
NF3​50016.1000––0,9 (0,0002)2,05 (0,0004)

a Fracciones molares : μmol/mol = ppm = partes por millón (10 6 ); nmol/mol = ppb = partes por mil millones (10 9 ); pmol/mol = ppt = partes por billón (10 12 ).

A El IPCC afirma que "no se puede dar una vida atmosférica única" para el CO 2 . [47] : 731  Esto se debe principalmente al rápido crecimiento y la magnitud acumulada de las perturbaciones al ciclo del carbono de la Tierra por la extracción geológica y la quema de carbono fósil. [56] A partir del año 2014, se esperaba que el CO 2 fósil emitido como un pulso teórico de 10 a 100 GtC sobre la concentración atmosférica existente fuera eliminado en un 50% por la vegetación terrestre y los sumideros oceánicos en menos de un siglo, según las proyecciones de los modelos acoplados a los que se hace referencia en la evaluación AR5. [57] También se proyectó que una fracción sustancial (20-35%) permanecería en la atmósfera durante siglos a milenios, donde la persistencia fraccional aumenta con el tamaño del pulso. [58] [59]

Los valores B son relativos al año 1750. El AR6 informa sobre el forzamiento radiativo efectivo que incluye los efectos de los ajustes rápidos en la atmósfera y en la superficie. [60]

Factores que afectan las concentraciones

Las concentraciones atmosféricas están determinadas por el equilibrio entre las fuentes (emisiones del gas provenientes de actividades humanas y sistemas naturales) y los sumideros (la eliminación del gas de la atmósfera por conversión a un compuesto químico diferente o absorción por cuerpos de agua). [61] : 512 

Fracción aerotransportada

La mayor parte de las emisiones de CO2 han sido absorbidas por sumideros de carbono , incluido el crecimiento de las plantas, la absorción del suelo y la absorción de los océanos ( Presupuesto Global de Carbono 2020 ).

La proporción de una emisión que permanece en la atmósfera después de un tiempo específico es la " fracción aerotransportada " (AF). La fracción aerotransportada anual es la relación entre el aumento atmosférico en un año determinado y las emisiones totales de ese año. La fracción aerotransportada anual de CO2 se ha mantenido estable en 0,45 durante las últimas seis décadas, incluso cuando las emisiones han ido aumentando. Esto significa que el otro 0,55 del CO2 emitido es absorbido por los sumideros de carbono terrestres y atmosféricos durante el primer año de una emisión. [56] En los escenarios de altas emisiones, la eficacia de los sumideros de carbono será menor, lo que aumentará la fracción atmosférica de CO2 , aunque la cantidad bruta de emisiones absorbidas será mayor que en la actualidad. [62] : 746 

Vida útil atmosférica

Estimación de la vida útil del metano atmosférico antes de la era industrial (área sombreada); cambios en la vida útil del metano desde 1850 simulados por un modelo climático (línea azul) y el gráfico reconciliado (línea roja). [63]

Los principales gases de efecto invernadero están bien mezclados y tardan muchos años en abandonar la atmósfera. [64]

La vida atmosférica de un gas de efecto invernadero se refiere al tiempo necesario para restablecer el equilibrio tras un aumento o 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 necesario para lograrlo es la vida media . Esto se puede representar mediante la siguiente fórmula, donde la vida de una especie atmosférica X en un modelo de una caja es el tiempo medio que una molécula de X permanece en la caja. [65] τ {\estilo de visualización \tau}

τ {\estilo de visualización \tau} También se puede definir como la relación entre la masa (en kg) de X en la caja y su velocidad de eliminación, que es la suma del flujo de X fuera de la caja ( ), la pérdida química de X ( ) y la deposición de X ( ) (todos en kg/s): metro {\estilo de visualización m} F afuera {\displaystyle F_{\text{fuera}}} yo {\estilo de visualización L} D {\estilo de visualización D}

τ = metro F afuera + yo + D {\displaystyle \tau ={\frac {m}{F_{\text{salida}}+L+D}}} . [65]

Si se detuviera la entrada de este gas a la caja, con el tiempo su concentración disminuiría aproximadamente un 63%. τ {\estilo de visualización \tau}

Los cambios en cualquiera de estas variables pueden alterar la vida atmosférica de un gas de efecto invernadero. Por ejemplo, se estima que la vida atmosférica del metano fue menor en el siglo XIX que ahora, pero mayor en la segunda mitad del siglo XX que después de 2000. [63] El dióxido de carbono tiene una vida aún más variable, que no se puede especificar con un solo número. [66] [42] [19] : 2237  Los científicos, en cambio, dicen que mientras que el primer 10% de la fracción aerotransportada de dióxido de carbono (sin contar el ~50% absorbido por los sumideros terrestres y oceánicos durante el primer año de la emisión) se elimina "rápidamente", la gran mayoría de la fracción aerotransportada -80%- dura "siglos a milenios". El 10% restante permanece durante decenas de miles de años. En algunos modelos, esta fracción de mayor duración es tan grande como el 30%. [67] [68]

Una comparación de la persistencia del CO2 en la atmósfera con una función de desintegración exponencial con la misma vida media.

Durante escalas de tiempo geológicas

Concentraciones de CO2 en los últimos 500 millones de años
Concentración de CO 2 atmosférico durante los últimos 40.000 años, desde el Último Máximo Glacial hasta la actualidad. La tasa actual de aumento es mucho mayor que en cualquier otro momento durante la última desglaciación .

Estimaciones realizadas en 2023 indican que la concentración actual de dióxido de carbono en la atmósfera puede ser la más alta de los últimos 14 millones de años. [69] Sin embargo, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC estimó niveles similares hace entre 3 y 3,3 millones de años, en el período cálido del Plioceno medio . Este período puede ser un indicador de los resultados climáticos probables con los niveles actuales de CO 2 . [70] : Figura 2.34 

Se cree que el dióxido de carbono ha jugado un importante papel en la regulación de la temperatura de la Tierra a lo largo de sus 4.540 millones de años de historia. Al principio de la vida de la Tierra, los científicos han encontrado evidencia de agua líquida que indica un mundo cálido, aunque se cree que la emisión del Sol solo fue el 70% de lo que es hoy. Las concentraciones más altas de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra primitiva podrían ayudar a explicar esta paradoja del débil sol joven . Cuando la Tierra se formó por primera vez, la atmósfera terrestre puede haber contenido más gases de efecto invernadero y las concentraciones de CO 2 pueden haber sido más altas, con una presión parcial estimada de hasta 1.000  kPa (10  bar ), porque no había fotosíntesis bacteriana para reducir el gas a compuestos de carbono y oxígeno. El metano , un gas de efecto invernadero muy activo, también puede haber sido más frecuente. [71] [72]

Escucha

El monitoreo de gases de efecto invernadero implica la medición directa de las concentraciones atmosféricas y la medición directa e indirecta de las emisiones de gases de efecto invernadero . Los métodos indirectos calculan las emisiones de gases de efecto invernadero basándose en métricas relacionadas, como la extracción de combustibles fósiles. [56]

Existen varios métodos diferentes para medir las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera, incluidos el análisis infrarrojo y la manometría . [73] El metano y el óxido nitroso se miden mediante otros instrumentos, como el lidar de absorción diferencial infrarroja con resolución de rango (DIAL). [74] Los gases de efecto invernadero se miden desde el espacio, como por ejemplo mediante el Observatorio Orbital de Carbono , y a través de redes de estaciones terrestres como el Sistema Integrado de Observación de Carbono . [56]

El Índice Anual de Gases de Efecto Invernadero (AGGI, por sus siglas en inglés) es definido por 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 existan mediciones globales adecuadas, y el presente en el año 1990. [41] [75] Estos niveles de forzamiento radiativo son relativos a los presentes en el año 1750 (es decir, antes del comienzo de la era industrial ). Se eligió 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, la NOAA afirma que el AGGI "mide el compromiso que la sociedad (global) ya ha asumido para vivir en un clima cambiante. Se basa en observaciones atmosféricas de la más alta calidad de sitios de todo el mundo. Su incertidumbre es muy baja". [76]

Redes de datos

Existen varias redes de medición de superficie (incluidos matraces e in situ continuos), entre ellas NOAA / ERSL , [77] WDCGG, [78] y RAMCES. [79] Los datos de la red de observatorios de referencia NOAA/ESRL y de la red de oceanografía de la Scripps Institution [80] se encuentran alojados en el CDIAC del ORNL . Los datos del Centro mundial de datos sobre gases de efecto invernadero (WDCGG), parte de GAW , se encuentran alojados en la JMA . La base de datos de la Reseau Atmospherique de Mesure des Composes an Effet de Serre (RAMCES) forma parte de IPSL .

Tipos de fuentes

Fuentes naturales

Los flujos naturales de carbono entre la atmósfera, el océano, los ecosistemas terrestres y los sedimentos están bastante equilibrados; por lo que los niveles de carbono serían aproximadamente estables sin la influencia humana. [81] [82] El dióxido de carbono se elimina de la atmósfera principalmente a través de la fotosíntesis y entra en las biosferas terrestres y oceánicas. El dióxido de carbono también se disuelve directamente de la atmósfera en cuerpos de agua (océano, lagos, etc.), así como se disuelve en la precipitación cuando las gotas de lluvia caen a través de la atmósfera. Cuando se disuelve en agua, el dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua y forma ácido carbónico , que contribuye a la acidez del océano . Luego puede ser absorbido por las rocas a través de la erosión . También puede acidificar otras superficies que toca o ser arrastrado al océano. [83]

Representación esquemática de la perturbación general del ciclo global del carbono causada por actividades antropogénicas, promediada entre 2010 y 2019. [84]
El ciclo atmosférico del carbono es responsable del intercambio de compuestos gaseosos de carbono , principalmente dióxido de carbono (CO 2 ), entre la atmósfera terrestre, los océanos y la biosfera terrestre . Es uno de los componentes más rápidos del ciclo general del carbono del planeta , que sustenta el intercambio de más de 200 mil millones de toneladas de carbono (es decir, gigatoneladas de carbono o GtC) dentro y fuera de la atmósfera a lo largo de cada año. [85] Las concentraciones atmosféricas de CO 2 permanecen estables en escalas de tiempo más largas solo cuando existe un equilibrio entre estos dos flujos. El metano ( CH 4 ), el monóxido de carbono (CO) y otros compuestos creados por el hombre están presentes en concentraciones más pequeñas y también son parte del ciclo atmosférico del carbono. [86]

Fuentes creadas por el hombre

Teniendo en cuenta las emisiones directas e indirectas, la industria es el sector con mayor participación en las emisiones globales. Datos de 2019 del IPCC.

La gran mayoría de las emisiones de dióxido de carbono de los seres humanos provienen de la quema de combustibles fósiles . Otras contribuciones provienen de la fabricación de cemento, la producción de fertilizantes y los cambios en el uso de la tierra , como la deforestación . [12] : 687  [11] [87] Las emisiones de metano se originan en la agricultura , la producción de combustibles fósiles, los desechos y otras fuentes. [13]

Si las tasas de emisiones actuales continúan, los aumentos de temperatura superarán los 2,0 °C (3,6 °F) en algún momento entre 2040 y 2070, que es el nivel que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de las Naciones Unidas considera "peligroso". [18]

La mayoría de los gases de efecto invernadero tienen fuentes tanto naturales como provocadas por el hombre. Una excepción son los halocarbonos sintéticos producidos puramente por el hombre, que no tienen fuentes naturales. Durante el Holoceno preindustrial , las concentraciones de gases existentes eran aproximadamente constantes, porque las grandes fuentes y sumideros naturales estaban más o menos equilibrados. En la era industrial, las actividades humanas han añadido gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente a través de la quema de combustibles fósiles y la tala de bosques. [88] [4] : 115 

Las principales fuentes antropogénicas (de origen humano) de gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono (CO 2 ), el óxido nitroso ( N
2O ), metano y tres grupos de gases fluorados ( hexafluoruro de azufre ( SF
6), hidrofluorocarbonos (HFC) y perfluorocarbonos (PFC, hexafluoruro de azufre (SF 6 ) y trifluoruro de nitrógeno (NF 3 )). [89] Aunque el efecto invernadero está fuertemente impulsado por el vapor de agua , [90] las emisiones humanas de vapor de agua no son un contribuyente significativo al calentamiento.

Aunque los CFC son gases de efecto invernadero, están regulados por el Protocolo de Montreal , que fue motivado por la contribución de los CFC al agotamiento del ozono en lugar de por su contribución al calentamiento global. El agotamiento del ozono tiene solo un papel menor en el calentamiento de invernadero, aunque los dos procesos a veces se confunden en los medios. En 2016, los negociadores de más de 170 naciones reunidos en la cumbre del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente alcanzaron un acuerdo jurídicamente vinculante para eliminar gradualmente los hidrofluorocarbonos (HFC) en la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal . [91] [92] [93] El uso de CFC-12 (excepto algunos usos esenciales) se ha eliminado gradualmente debido a sus propiedades de agotamiento de la capa de ozono . [94] La eliminación gradual de los compuestos HCFC menos activos se completará en 2030. [95]

Reducción de los gases de efecto invernadero de origen humano

Recortes necesarios de emisiones

Escenarios globales de emisiones de gases de efecto invernadero, basados ​​en políticas y compromisos al 21/11

En el informe anual sobre la disparidad de emisiones elaborado por el PNUMA en 2022 se afirmaba que era necesario reducir casi a la mitad las emisiones. "Para encaminarnos a limitar el calentamiento global a 1,5 °C, las emisiones anuales mundiales de GEI deben reducirse en un 45 por ciento en comparación con las proyecciones de emisiones según las políticas vigentes en tan solo ocho años, y deben seguir disminuyendo rápidamente después de 2030, para evitar agotar el limitado presupuesto restante de carbono atmosférico ". [96] : xvi  El informe comentaba que el mundo debería centrarse en transformaciones económicas de base amplia y no en cambios incrementales. [96] : xvi 

En 2022, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) publicó su Sexto Informe de Evaluación sobre el Cambio Climático. En él se advierte que las emisiones de gases de efecto invernadero deben alcanzar su punto máximo antes de 2025 a más tardar y disminuir un 43% para 2030 para tener una buena posibilidad de limitar el calentamiento global a 1,5 °C (2,7 °F). [97] [98] O, en palabras del Secretario General de las Naciones Unidas, António Guterres : "Los principales emisores deben reducir drásticamente sus emisiones a partir de este año". [99]

Eliminación de la atmósfera mediante emisiones negativas

Existen varias tecnologías que eliminan las emisiones de gases de efecto invernadero de la atmósfera. Las más analizadas son aquellas que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera, ya sea hacia formaciones geológicas como la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono y captura de dióxido de carbono del aire , [100] o hacia el suelo como en el caso del biocarbón . [100] Muchos modelos de escenarios climáticos a largo plazo requieren emisiones negativas de origen humano a gran escala para evitar un cambio climático grave. [101]

También se están estudiando enfoques de emisiones negativas para el metano atmosférico, denominados eliminación de metano atmosférico . [102]

Historia del descubrimiento

Este artículo de 1912 describe sucintamente cómo la quema de carbón crea dióxido de carbono que causa el cambio climático. [103]

A finales del siglo XIX, los científicos descubrieron experimentalmente que N
2y O
2Los gases de efecto invernadero no 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 el CO2 y otras moléculas gaseosas poliatómicas sí absorben la radiación infrarroja. [104] [105] A principios del siglo XX, los investigadores se dieron cuenta de que los gases de efecto invernadero en la atmósfera hacían que la temperatura general de la Tierra fuera más alta de lo que sería sin ellos. El término invernadero fue aplicado por primera vez a este fenómeno por Nils Gustaf Ekholm en 1901. [106] [107]

A finales del siglo XX, se desarrolló un consenso científico de que las concentraciones crecientes de gases de efecto invernadero en la atmósfera causan un aumento sustancial de las temperaturas globales y cambios en otras partes del sistema climático, [108] con consecuencias para el medio ambiente y para la salud humana .

Otros planetas

Los gases de efecto invernadero existen en muchas atmósferas , creando efectos de invernadero en Marte , Titán y particularmente en la espesa atmósfera de Venus . [109] Si bien Venus ha sido descrito como el estado final definitivo del efecto invernadero descontrolado , un proceso de este tipo prácticamente no tendría posibilidades de ocurrir debido a cualquier aumento en las concentraciones de gases de efecto invernadero causado por los humanos, [110] ya que el brillo del Sol es demasiado bajo y probablemente necesitaría aumentar en algunas decenas de porcentajes, lo que tomaría unos pocos miles de millones de años. [111]

Véase también

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  • Medios relacionados con Gases de efecto invernadero en Wikimedia Commons
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