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Cambio ClimáTico
- 1. Por: Rafael Muñoz Cardenas Antonio Mesa Ortega Paloma Muñoz González Paula Ruiz Rivas Domingo Muñoz Daza Andrea Arriaza Conde
- 6. Todo el mundo dice que debemos erradicar el cambio climático , pero ninguno toma medidas ante ello , porque no nos imaginamos la importancia que tiene .Supuestamente los países de todo el mundo , siendo representados por sus respectivos presidentes no han llegado a un acuerdo en Vancouver ,este es un pequeño resumen: Sólo 55 países del total de 192 miembros de la Convención del Cambio Climático de la ONU han presentado ya sus planes de reducción de emisiones contaminantes para 2020. El Acuerdo de Copenhague fijó los objetivos de reducción de emisiones de dióxido de carbono de los países desarrollados así como las acciones voluntarias propuestas por algunas naciones emergentes, como China, Brasil y la India. La Unión Europea se ha comprometido a reducir sus emisiones en un 30 por ciento hasta 2020 con respecto a 1990, por su parte, EEUU, quiere limitar sus emisiones en un 17 por ciento con respecto a 2005.China ha propuesto reducir su intensidad energética en entre un 40 y un 45 por ciento.
Notas del editor
- El cierre de la circulación térmica Se especula que el calentamiento global podría, via cierre o disminución de la circulación térmica, provocar un enfriamiento localizado en el Atlántico Norte y llevar al enfriamiento o menor calentamiento a esa región. Esto afectaría en particular a areas como Escandinavia y Gran Bretaña, que son calentadas por la corriente del Atlántico Norte. Mas significadamente, podría llevar a una situación oceánica de anoxia. La posibilidad de este colapso en la circulación no es clara; hay ciertas pruebas para la estabilidad de la corriente del Golfo y posible debilitamiento de la corriente del Atlántico Norte. Sin embargo, el grado de debilitamiento, y si será suficiente para el cierre de la circulación, está en debate todavía. Sin embargo no se ha encontrado ningún enfriamiento en el norte de Europa y los mares cercanos La Tierra , para mantenerse térmicamente estable a lo largo del tiempo debe ser capaz de evacuar, en término medio, toda la energía recibida en forma de radiación . Existen unos mecanismos reguladores que efectúan dicha tarea de diferentes maneras. Si la Tierra se dirige actualmente a un calentamiento global debe ser porque momentáneamente dicho equilibrio está ligeramente roto. Aquí hablaremos del equilibrio radiativo y luego veremos en qué sentido está roto. Radiación térmica Todo cuerpo a una temperatura T emite radiación siguiendo la Ley de Planck y teniendo una emisión máxima a una longitud de onda regulada por la Ley de Wien . El Sol emite como un cuerpo negro a 5.900 K y el 99% de la radiación emitida está entre las longitudes de onda 0,15 μ m (micrómetros o micras) y 4 micras, con un máximo a 0,475 micras. Su radiación se puede considerar de onda corta. La Tierra emite también radiación térmica , pero siendo su temperatura mucho menor (aproximadamente 288 K) emite entre 3 y 80 micras y su máximo ocurre a 10 micras, por lo que su radiación puede considerarse como infrarroja o de onda larga. Toda la superficie de la Tierra emite radiación pero la radiación solar sólo se recibe en la cara diurna. Por eso, la radiación solar incidente en la parte exterior de la atmósfera puede considerarse en promedio como: Temperatura de equilibrio de la Tierra sin atmósfera [ editar ] En una primera aproximación se puede decir que la emisión térmica de la superficie de la Tierra, , compensa la irradiación sobre la superficie de un disco terrestre, . - Si esto último fuera cierto se podría calcular fácilmente la temperatura media de la Tierra mediante la Ley de Stefan - Boltzmann . Suponiendo la Tierra un cuerpo negro y conociendo el valor de la constante solar (1367Wm -2 ) se efectúan los siguientes cálculos y se obtiene: - Naturalmente esto sería en condiciones ideales, es decir, siendo la Tierra un cuerpo negro sin atmósfera . En la realidad existen otros factores que ayudan o impiden la evacuación del calor recibido. En el cálculo anterior hay dos defectos. Parte de la energía solar es reflejada por la Tierra que es lo que se denomina albedo y esto disminuye la temperatura de la Tierra hecho por el cálculo anterior hasta -18 °C y parte de la energía radiada por la Tierra que tiene una longitud larga entre 3 y 80 micras es absorbido por los gases de efecto invernadero calentando la atmósfera hasta la temperatura actual de 15ºC, bastante mayor a la calculada. Aunque el efecto invernadero en sí es en principio bueno, no lo es el causado por el hombre, que nos lleva a un calentamiento global de efectos imprevisibles. Este efecto no es otra cosa que la reflexión de la radiación solar al incidir sobre el planeta. Las superficies claras presentan mayor albedo que las oscuras. Así, las nubes, el hielo y la nieve son las superficies con mayor albedo mientras que los bosques, los océanos y, en definitiva, la roca pelada tiene un albedo inferior. La Tierra tiene un albedo de alrededor del 31,3% causado en su mayor parte por las nubes y los casquetes polares. Las nubes y los gases atmosféricos (dispersión atmosférica) reflejan hacia el espacio el 22,5% de la radiación solar incidente. Aproximadamente un 12% de la radiación incidente es difundida por el aire de las que el 5% es difundido hacia la superficie terrestre y el 7% se pierde en el espacio. El 28,7% de la radiación solar llega directamente a la Tierra siendo reflejado directamente al espacio exterior un 8,8%. El albedo terrestre procede en un 22,5% nubes y la difusión atmosférica, y un 8,8% de la superficie terrestre. Temperatura de equilibrio de la Tierra considerando el albedo [ editar ] - Para tener en cuenta el albedo en el balance radiativo solo hace falta multiplicar la constante solar por (1-b) donde b es el coeficiente de albedo b=0,313. Así queda un valor que es la cantidad de radiación realmente absorbida por la Tierra. Y con este valor se procede a los cálculos anteriores. - Como se puede ver el albedo rebaja aún más la temperatura media del planeta así pues la contribución del efecto invernadero es aún mayor. Ocurre que la mayor parte de ese aumento de temperatura media lo provoca la misma agua que causa el albedo. El resto hasta los 15ºC actuales son para el CO 2 y el resto de gases invernadero. Nubosidad [ editar ] Artículo principal: Nube La nubosidad por sí sola afecta enormemente, y de dos formas contradictorias, al balance energético de la Tierra. Las nubes absorben una pequeña cantidad de radiación incidente aproximadamente un 2% en promedio. Su mayor efecto es la dispersión de la radiación solar que afecta al 40% de dicha radiación de la que el 17 % de la radiación solar incidente es reflejada. Esto hace que las nubes supongan la mayor contribución al albedo terrestre. El 23% restante es difundido por la nubes hacia la superficie terrestre y absorbido por ésta. Por esto a la radiación superficial directa hay que añadir la radiación difusa procedente de las nubes y del propio aire. De la misma forma devuelven con mucha mayor eficiencia una buena parte de la radiación infrarroja que reciben de la Tierra, lo que hace que también sean la mayor fuente de efecto invernadero. El balance entre ambos efectos no es fácil de determinar, pero se calcula que reflejan un 40% más de energía de la que capturan por lo que su efecto neto sería de enfriamiento. Naturalmente, tales cálculos están hechos sobre las nubes actuales. Nadie puede asegurar del todo el efecto de las nubes prehistóricas ni el de las nubes futuras, pues la configuración y distribución de éstas no solo depende de la humedad del entorno sino también de los aerosoles y posibles núcleos de condensación presentes en el aire. Dispersión [ editar ] Artículo principal: Dispersión (física) Las moléculas de aire desvían los fotones que impactan sobre ellas. Este fenómeno se llama dispersión molecular y según el parámetro de impacto de estos choques la desviación será mayor o menor. La dispersión es la que da el característico color azul al cielo . Al elevarse en la atmósfera la concentración de partículas disminuye y el cielo toma un característico color negro, descrito por los astronautas . El 12% de la radiación solar incidente es dispersado por la atmósfera. Gracias a este fenómeno nos llega radiación adicional del sol que se dispersa rebota en el aire y regresa a la tierra en forma de radiación difusa. Esta radiación difusa representa un 5%. El 7% restante es dispersado hacia el espacio contribuyendo al albedo. Este fenómeno también contribuye de forma importante en el efecto invernadero, donde una buena parte de la radiación infrarroja reemitida hacia la Tierra lo es debido al rebote de dichos rayos con moléculas libres de agua o dióxido de carbono. Balance radiactivo de la Tierra [ editar ] Esta figura es una, representación esquemática simplificada de los flujos de energía entre el espacio , la atmósfera de la Tierra , y la superficie de la Tierra, y muestra cómo estos flujos se combinan para mantener caliente la superficie del planeta creando el efecto invernadero . Si 235 W/m 2 fuera el calor total recibido en la superficie, entonces, la temperatura de equilibrio de la superficie de la Tierra sería de -20 °C (Lashof 1989). En cambio, la atmósfera de la Tierra recicla el calor que viene de la superficie y entrega unos 324 W/m 2 adicionales que elevan la temperatura media de la superficie a aproximadamente +14 °C [1] . Este proceso por el que se recicla la energía en la atmósfera para calentar la superficie de la Tierra es conocido como el efecto invernadero y es una parte esencial del clima de la Tierra. Bajo condiciones de equilibrio la cantidad total de energía que entra en el sistema por la radiación solar se equilibrará exactamente con la cantidad de energía radiada al espacio, permitiendo a la Tierra mantener una temperatura media constante con el tiempo. Representación más pormenorizada de los flujos de energía entre el espacio, la atmósfera de la Tierra, y el suelo pubicada por la NASA, [2] The Earth Observer. November - December 2006. Volume 18, Issue 6. page 38, basado en las mediciones del programa SORCE en 2006 . Las cantidades entre paréntesis indican la variación de los valores respecto a 1996 El Balance radiactivo terrestre se refiere al hecho de que durante periodos prolongados de tiempo la temperatura en la Tierra se ha mantenido esencialmente constante. Esto significa un equilibrio térmico entre la radiación que entra por la parte superior de la atmósfera y la que sale, la energía que absorbe la atmósfera y la que irradia, la energía que absorbe la superficie terrestre y la que irradia pues ninguna de las parte aumenta de temperatura. Los intercambios de energía se expresan en vatios por metro cuadrado (W/m 2 ). Sin embargo, medidas recientes indican que la Tierra está absorbiendo 0,85 ± 0,15 W/m 2 más que lo que emite al espacio (Hansen et al. 2005). Este aumento, asociado con el calentamiento global , se cree que ha sido causado por el reciente aumento en las concentraciones de los gases de efecto invernadero . Radiación solar incidente [ editar ] El Sol es el responsable de toda la energía que alcanza la superficie de la Tierra. El Sol emite radiación que se puede considerar de onda corta y que prácticamente traspasa la atmósfera casi sin problemas. Veremos aquí las interacciones que tiene con la atmósfera. La Tierra intercepta una energía del Sol que en la parte superior de la atmósfera vale 1366 W/m 2 ; (ver constante solar ). Sin embargo sólo intercepta energía la sección de la Tierra que mira al Sol mientras que la emite toda la superficie terrestre, así que hay que dividir la constante solar entre 4 lo que nos lleva a 342 W/m 2 . De esa energía, 77 W/m 2 es reflejada por las nubes o difundida por el aire hacia el espacio y 30 W/m 2 es reflejada hacia el espacio por la superficie terrestre. Así que 107 W/m 2 se pierden en el espacio por el albedo terrestre. El albedo es 0,313 así que se pierden en el espacio 0,313*342=107 W/m 2 . Por lo que quedan 342-107=235 W/m 2 que son los que penetran en la atmósfera. Pero empecemos por el principio: De los 342 W/m 2 el 51,7% es decir 177 W/m 2 son dispersados por la nubes o por los gases atmosféricos (22,5%= 77W/m 2 en dirección al espacio y 29,2%= 100 W/m 2 en dirección a la Tierra). Sólo el 2% es decir 7W/m 2 son absorbidos por las nubes. El aire absorbe un 17,5% es decir 60 W/m 2 . A la superficie de la Tierra llega directamente un 28,7% de la radiación solar inicial, es decir 98 W/m 2 , de la que un 19,9% es decir 68 W/m 2 son absorbidos por la Tierra y un 8,8% es decir 30 W/m 2 son irradiados directamente al espacio. Balance de radiación corta [ editar ] Por la parte superior de la atmósfera se pierde el 31,3 % es decir 107 W/m 2 de la radiación corta (30 reflejados por el suelo y 77 reflejados por las nubes o difundidos por el aire) Por ello entran en la atmósfera 235 W/m 2 . La atmósfera absorbe un 19,5% de la radiación corta que corresponde a 67 W/m 2 . La superficie de la Tierra absorbe un 49,1% que corresponde a 168 W/m 2 . (100 W/m 2 reflejado por las nubes o difundido por el aire y 68 como radiación directa absorbida por la superficie terrestre). Radiación térmica terrestre [ editar ] La Tierra, como todo cuerpo caliente, emite radiación, pero al ser su temperatura mucho menor que la solar, emite radiación infrarroja de una longitud de onda, mucho más larga que la incidente y que interacciona con los gases de efecto invernadero de la atmósfera. Más del 75% del calor capturado por la atmósfera, puede atribuirse a la acción de los gases de efecto invernadero . La atmósfera transfiere la energía recibida tanto hacia el espacio (37,5%) como hacia la superficie de la Tierra (62,5%); la cantidad transferida en cada dirección depende de la estructura y densidad de la atmósfera. Al recibir la superficie de la Tierra, de la atmósfera más energía que la proveniente del Sol, la temperatura de la superficie puede alcanzar en promedio los 14ºC. Vayamos por partes: La superficie de la Tierra por estar caliente irradia a la atmósfera radiación térmica por valor de 114 % de la radiación solar incidente es decir 390 W/m 2 . De ellos 40 W/m 2 van directamente al espacio (un 11,7% de la radiación solar incidente). El resto 350 W/m 2 son absorbidos por la atmósfera. La Tierra irradia a la atmósfera un 23% de la radiación solar incidente es decir 78 W/m 2 por la evaporación del agua. Cada gramo de agua para pasar a vapor de agua debe absorber 537 calorías que se roban de la superficie de la Tierra. Es el mismo efecto que cuando nos mojamos y la evaporación del agua sobre nuestro cuerpo nos refresca. La Tierra irradia a la atmósfera un 7% de la radiación solar incidente es decir 24 W/m 2 por convección y turbulencia del aire atmosférico. Sabemos que el aire en contacto con la superficie de la Tierra se calienta por lo que se dilata, pierde densidad y asciende, del mismo modo el aire frío más denso desciende donde roba calor de la superficie de la Tierra y completa el ciclo. A esto se le llama convección y hay una transferencia de calor de la Tierra a la atmósfera. La atmósfera absorbe el 132% de la radiación solar incidente es decir 452 W/m 2 . (350+78+24). La atmósfera como todo cuerpo caliente emite radiación térmica emite el 151,7% de la radiación solar incidente es decir 519 W/m 2 y lo hace irradiando hacia el suelo el 94,7% de la radiación solar incidente es decir 324 W/m 2 (mientras hacia el espacio irradia el 57% de la radiación solar incidente es decir 195 W/m 2 (165 irradiados por la atmósfera y 30 por la nubes). Balance de radiación infrarroja o larga [ editar ] Por la parte superior de la atmósfera se irradia el 68,7% es decir 235 W/m 2 (195 por la atmósfera y nubes y 40 por el suelo). Como en el albedo expulsaba un 31,3% de la energía por esta superficie sale el 100% y el sistema Tierra-atmósfera no se calienta. A nivel de atmósfera se pierde un 67 W/m 2 de la energía en onda larga (452 absorbidos por la atmósfera y 519 perdidos que corresponden 195 irradiados por atmósfera y nubes y 324 irradiados por el suelo), pero como la atmósfera ganaba 67 W/m 2 de energía en onda corta queda equilibrada. A nivel de la superficie terrestre se pierde en energía de onda larga 492 W/m 2 (40 radiados al espacio,350 a la atmósfera, 24 por convección y 78 por evaporación) y como la superficie terrestre ganaba también 492 W/m 2 (168 de onda corta y 324 radiados por la atmósfera) queda también equilibrada. Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de la atmósfera, retienen la energía que el suelo terrestre emite y una parte de la misma la reemiten a la superficie de la Tierra. Este fenómeno evita que gran parte de la energía emitida por la Tierra se trasmita directamente al espacio, lo que provocaría un continuo enfriamiento de la superficie terrestre e impediría la vida. El efecto invernadero se está viendo acentuado por la emisión de ciertos gases debidos a la actividad humana, como el dióxido de carbono y el metano , que está produciendo un calentamiento en la Tierra . Hay un consenso prácticamente unánime en la comunidad científica sobre que este calentamiento se está produciendo por esta causa. Este efecto tiene cierta similitud al calentamiento que se produce en un invernadero , aunque el proceso es diferente. Afecta a todos los cuerpos planetarios dotados de atmósfera. La atmósfera es clave en el mantenimiento del equilibrio entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación infrarroja. La atmósfera devuelve al espacio la misma energía que recibe del Sol. Esta acción de equilibrio se llama balance energético de la Tierra y permite mantener la temperatura en un estrecho margen que posibilita la vida ( 1 ) En un periodo de tiempo suficientemente largo el sistema climático debe estar en equilibrio, la radiación solar entrante en la atmósfera está compensada por la radiación saliente. Pues si la radiación entrante fuese mayor que la radiación saliente se produciría un calentamiento y lo contrario produciría un enfriamiento. 2 Por tanto, en equilibrio, la cantidad de radiación solar entrante en la atmósfera debe ser igual a la radiación solar reflejada saliente más la radiación infrarroja térmica saliente. Toda alteración de este balance de radiación, ya sea por causas naturales u originado por el hombre (antropógeno), es un forzamiento radiativo y supone un cambio de clima y del tiempo asociado. 3 Los flujos de energía entrante y saliente se juntan en el sistema climático ocasionando muchos fenómenos tanto en la atmósfera, como en el océano o en la tierra. Así la radiación entrante solar se puede dispersar en la atmósfera o ser reflejada por las nubes y los aerosoles. La superficie terrestre puede reflejar o absorber la energía solar que le llega. La energía solar de onda corta se transforma en la Tierra en calor. Esa energía no se disipa, se encuentra como calor sensible o calor latente , se puede almacenar durante algún tiempo, transportarse en varias formas, dando lugar a una gran variedad de tiempo y a fenómenos turbulentos en la atmósfera o en el océano.Finalmente vuelve a ser emitida a la atmósfera como energía radiante de onda larga. 2 Un proceso importante del balance de calor es el efecto albedo , por el que algunos objetos reflejan más energía solar que otros. Los objetos de colores claros, como las nubes o la superficies nevadas, reflejan más energía, mientras que los objetos oscuros, como los océanos y los bosques, absorben más energía solar que la que reflejan. Otro ejemplo de estos procesos es la energía solar que actúa en los océanos, la mayor parte se consume en la evaporación del agua de mar, luego esta energía es liberada en la atmósfera cuando el vapor de agua se condensa en lluvia. 4 La imagen adjunta resume el Balance Global anual de energía de la Tierra desarrollado en 2008 por Trenberth, Fasullo y Kiehl del NCAR ( National Center for Atmospheric Research ). Se basa en mediciones del Sistema de Energía Radiante de la Tierra y de las Nubes de la Agencia NASA tomadas por satélite entre marzo de 2000 y mayo de 2004. 5 La Tierra, como todo cuerpo caliente, superior al cero absoluto , emite radiación térmica, pero al ser su temperatura mucho menor que la solar, emite radiación infrarroja por ser un cuerpo negro . La radiación emitida depende de la temperatura del cuerpo. En el estudio del NCAR han concluido una oscilación anual media entre 15.9 °C en Julio y 12.2 °C en Enero compensando los dos hemisferios, que se encuentran en estaciones distintas y la parte terrestre que es de día con la que es de noche. Esta oscilación de temperatura supone una radiación media anual emitida por la Tierra de 396 W/m 2 . 6 La energía infrarroja emitida por la Tierra es atrapada en su mayor parte en la atmósfera y reenviada de nuevo a la Tierra. Este fenómeno se llama Efecto Invernadero y garantiza las temperaturas templadas del planeta. 7 Según el estudio anterior de la NCAR, el Efecto Invernadero de la atmósfera hace retornar nuevamente a la Tierra 333 W/m 2 . 8 Globalmente la superficie de la Tierra absorbe energía solar por valor de 161 w/m 2 y del Efecto Invernadero de la Atmósfera recibe 333 w/m 2 , lo que suma 494 w/m 2 , como la superficie de la Tierra emite (o dicho de otra manera pierde) un total de 493 w/m 2 (que se desglosan en 17 w/m 2 de calor sensible, 80 w/m 2 de calor latente de la evaporación del agua y 396 w/m 2 de energía infrarroja), supone una absorción neta de calor de 0,9 w/m 2 , que en el tiempo actual está provocando el calentamiento de la Tierra. 9 Efecto Invernadero de varios gases de la Atmósfera Se llama Efecto Invernadero al proceso por el que ciertos gases de la atmósfera retienen gran parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra y la reemiten de nuevo a la superficie terrestre calentando la misma. Estos gases han estado presentes en la atmósfera en cantidades muy reducidas durante la mayor parte de la historia de la Tierra. 10 Aunque la atmósfera seca está compuesta prácticamente por nitrógeno (78,1%), oxígeno (20,9%) y argón (0,93%), son gases muy minoritarios en su composición como el dióxido de carbono (0,035%), el ozono y otros los que desarrollan esta actividad radiativa. Además, la atmósfera contiene vapor de agua (1%) que también es un gas radiativamente activo, siendo con diferencia el gas natural invernadero más importante. El dióxido de carbono ocupa el segundo lugar en importancia. 3 La denominada curva Keeling muestra el continuo crecimiento de CO 2 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 CO 2 en la atmósfera y atrajo la atención mundial sobre el impacto de las emisiones de los gases invernadero. 11 El efecto invernadero es esencial para la vida del planeta: sin CO 2 ni vapor de agua (sin el efecto invernadero) la temperatura media de la Tierra sería unos 33 °C menos, del orden de 18 °C bajo cero, lo que haría inviable la vida. 12 Actualmente el CO 2 presente en la atmósfera está creciendo de modo no natural por las actividades humanas, principalmente por la combustión de carbón, petróleo y gas natural que está liberando el carbono almacenado en estos combustibles fósiles y la deforestación de la selva pluvial que libera el carbono almacenado en los árboles. Por tanto es preciso diferenciar entre el efecto invernadero natural del originado por las actividades de los hombres (o antropogénico). 10 La población se ha multiplicado y la tecnología ha alcanzado una enorme y sofisticada producción de forma que se está presionando muchas partes del medio ambiente terrestre siendo la Atmósfera la zona más vulnerable de todas por su delgadez. Dado el reducido espesor atmosférico la alteración de algunos componentes moleculares básicos que también se encuentran en pequeña proporción supone un cambio significativo. En concreto, la variación de la concentración de CO 2 , el más importante de los gases invernadero de la atmósfera. Ya se ha explicado el papel básico que estos gases tienen como reguladores de la temperatura del Planeta. 13 Los gases invernadero permanecen activos en la atmósfera mucho tiempo, por eso se les denomina de larga permanencia. Eso significa que los gases que se emiten hoy permanecerán durante muchas generaciones produciendo el efecto invernadero. Así del CO 2 emitido a la atmósfera: sobre el 50% tardará 30 años en desaparecer, un 30% permanecerá varios siglos y el 20% restante durará varios millares de años. 14 La concentración de CO 2 atmosférico se ha incrementado desde la época preindustrial (año 1.750) desde un valor de 280 ppm a 379 ppm en 2005. Se estima que 2/3 de las emisiones procedían de la quema de combustibles fósiles (petroleo, gas y carbón) mientras un 1/3 procede del cambio en la utilización del suelo (Incluida la deforestación). Del total emitido solo el 45% permanece en la atmósfera, sobre el 30% es absorbido por los océanos y el restante 25% pasa a la biosfera terrestre. Por tanto no solo la atmósfera está aumentando su concentración de CO 2 , también está ocurriendo en los océanos y en la biosfera Estas son algunas de las razones