Casaconsult

Calentamiento Global - Efecto invernadero.-

En el interior de un invernadero la temperatura es mayor que en su exterior. Esto es debido a que entra mas energía de la que sale por la estructura vidriada del mismo. No se necesita emplear otra energía para calentarlo, a menos que no se logre, por este medio, la temperatura deseada.

En la Tierra se produce, de forma natural,  un efecto similar de retención del calor debido a la acción de algunos gases atmosféricos. La temperatura media en la Tierra es de unos 15 ºC. Sin atmósfera bajaría a unos 18 ºC bajo cero ( -18 ºC).
Se lo denomina efecto invernadero pues, aunque el mecanismo físico sea distinto, el resultado es el mismo, la elevación de la temperatura.

Desde comienzos de la  la Revolución Industrial  y principalmente desde el siglo pasado (siglo XX), se viene produciendo un constante aumento de la cantidad de gases de efecto invernadero, lo cual tiende a reforzarlo pudiendo llegar a provocar una suba de la temperatura media del planeta de consecuencias altamente perjudiciales.

Para comprender como se produce el fenómeno invernadero terrestre deberemos referirnos antes a algunos conceptos físicos.

Transmisión del calor

La energía en forma de calor se trasmite entre los cuerpos de tres maneras distintas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción se produce al poner en contacto dos o mas cuerpos a distinta temperatura, la convección a través de los fluidos (gases, líquidos) y la radiación por medio de las ondas electromagnéticas que no necesitan de ningún medio para su propagación.

Radiación electromagnética

Las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, 300.000 km/seg.
Están compuestas de paquetes de energía llamados fotones. 
Las ondas electromagnéticas son todas de la misma naturaleza y se propagan a la misma velocidad, varían en su longitud y en su frecuencia.

La longitud de una onda se mide entre dos puntos sucesivos de igual valor, por ejemplo dos máximos como se muestra en la figura.

 

La frecuencia viene dada por el número de ondas que pasan por segundo por un determinado punto del espacio.

La velocidad de propagación de las ondas está dada por: V = f . l (Frecuencia medida en 1/seg, por longitud de onda, medida en km). Como la velocidad es la misma para todas las ondas, conociendo f se puede hallar l y viceversa, conociendo l hallar f.
Por ejemplo, la frecuencia de la corriente eléctrica domiciliaria es de 50 1/s, luego su longitud de onda es: 300.000 km/s dividido por 50 1/s lo cual da 6.000 km para la longitud de onda.

El espectro electromagnético abarca una extensa gama de longitudes de onda. Comienzan en los rayos cósmicos, luego, los rayos gamma con una longitud de onda del orden de 10-12 mm(1milímetro dividido por 1.000.000.000.000), pasando por los rayos X, los ultravioletas (UV), del orden de 10-6 mm, la luz o parte visible del espectro al ojo humano, que va del violeta (3,8 . 10-4 mm) al rojo (7,6 . 10-4 mm), las ondas infrarrojas son del orden de 10 -3mm a 1 mm, las ondas de radio, que incluyen radar, microondas  FM , TV, y AM y otras ondas largas son del orden de 1mm hasta los 1000 km hasta llegar, por último, a  las ondas de energía eléctrica que son del orden de los 6000 km.

 

Energía radiante

Los cuerpos emiten energía radiante según la ley de Stefan- Boltzman: E = e.s.T4
Donde
E: energía radiante emitida en W/m2
e coeficiente de emisividad
s: constante 5,6699.10-8 W/K4m2
T temperatura absoluta en grados Kelvin (K = ºC + 273)

La radiación electromagnética se compone de ondas de distinta longitud (l). La energía radiada por los cuerpos depende, como vimos de su temperatura, siendo que un cuerpo a una cierta temperatura emite la mayor parte de su energía en longitudes de onda mas bajas que otro cuerpo que se encuentre a menor temperatura.

El Sol y la Tierra son dos cuerpos a distinta temperatura y cada uno radiará una energía (unitaria) proporcional a su temperatura.

La energía de la radiación solar se ubica mayormente dentro de la zona del ultravioleta y de las ondas visibles (luz) y algo en la infrarroja. En cambio la de la Tierra se sitúa dentro de la zona infrarroja.

Los cuerpos tienen la propiedad de absorber la energía recibida siguiendo la ley  E = a s.T4 donde a es el coeficiente de absorción. Para un mismo cuerpo a = e o sea que es capaz de emitir toda la energía que absorbe. De esta forma se mantiene constante su temperatura, está en equilibrio térmico. Si por alguna causa el cuerpo emite menos de lo que absorbe se produciría un aumento de su temperatura hasta que se llega a la situación de equilibrio térmico nuevamente cuando emite lo mismo que absorbe.

Energía recibida, reflejada y emitida por la Tierra

La mayor parte de la energía que llega a la Tierra procede de una estrella que llamamos Sol. Al no estar en contacto éste con la Tierra y al haber vacío entre ambos, la energía se recibe sólo por radiación.

El flujo de energía radiante que llega a la atmósfera exterior se denomina constante solar siendo una cantidad fija de unos de 1,37 · 103 W/m2 (1370 vatios de energía incidentes sobre cada metro cuadrado de la atmósfera exterior), 

Para poder trabajar con mas comodidad se calcula este valor refiriéndolo a la superficie del planeta. Este es un valor ficticio, pues en realidad no es la cantidad que llega a la superficie terrestre.

El flujo de energía radiante solar por metro cuadrado referida a la superficie del planeta es de 342 W/m2  y se calcula así:
Tomamos el área efectiva expuesta a la radiación, esto es el área del círculo terrestre: p.r2 = p. (3.235000 m)2 = 3,286.1013 m2

 

La cantidad de energía total recibida referida  al área efectiva expuesta a la radiación será:
1,37 · 103 W/m2 . 3,286.1013 m2 = 4.5 .1016 W

Para tener este valor por unidad de superficie lo dividimos por la superficie total de la esfera terrestre: 
4.p.r2 = 1,3144. 1014 m2

O sea: 4.5 .1016 W/1,3144. 1014 m2 = 342 W/m2 (También llamada Constante solar media.)

Ahora bien, la  Tierra no absorbe toda la energía solar que llega hasta su atmósfera exterior.
En efecto, todo cuerpo tiene un cierto poder de reflexión de la energía que recibe.

La Tierra en sí mas la atmósfera que la rodea tienen un poder de reflexión de un 30%, o sea que unos 102 W/m2 se devuelven al espacio exterior. Las nubes (vapor de agua) son responsables de gran parte de la reflexión terrestre.

El 70% de la energía solar restante (240 W/m2) es absorbido por la atmósfera (20%) y por la Tierra en sí (50%).  
La mayor parte de la radiación ultravioleta y mucha de la infrarroja la absorbe el ozono, mientras que el vapor de agua (nubes) y otros gases absorben radiación del espectro de luz visible y algo de los infrarrojos. La vegetación mayormente absorbe energía en la zona del espectro visible, siendo ésta la que se consume para producir la fotosíntesis. 

El Sol irradia desde su superficie a una temperatura de unos 6000 K y la Tierra irradia al espacio exterior una energía de 240 W/m2, según mediciones satelitales de la radiación infrarroja del planeta.
Esta energía corresponde a un cuerpo a una temperatura de 255 K (-18 ªC) 

Sin embargo, la temperatura promedio de la Tierra es de 15 ºC (288 K). Esto se corresponde con un cuerpo que emite 390 W/m2 

Tenemos una diferencia de 15 - (-18) = 33 ºC.

Esta diferencia se explica por la ocurrencia del fenómeno del efecto invernadero, es decir que la Tierra  irradia mas de 240 W/m2 pero que esa energía  excedente le es devuelta y no sale al espacio exterior.

390 W/m2 - 240 W/m2, =  150 W/m2  (energía radiada menos energía saliente = energía devuelta)

Esto se explica por el distinto comportamiento que tienen los gases componentes de la atmósfera frente a las radiaciones de diferentes longitudes de ond

El oxígeno y el nitrógeno dejan pasar a casi todas las radiaciones. El vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano y los óxidos de nitrógeno dejan pasar a las radiaciones de corta longitud de onda (ultravioletas y visibles), mientras que reflejan las radiaciones largas (infrarrojas). Estos comportamientos disímiles tienen gran importancia para la existencia del efecto invernadero. 

En la figura siguiente se esquematizan las energías solar incidente y terrestre emitida en función de las longitudes de onda que corresponden a cada una de ellas.

 

Mecanismo del efecto invernadero

La combinación de lo arriba apuntado, es decir el distinto comportamiento de los gases respecto a las energías de diferentes longitudes de onda y las longitudes de onda correspondientes a las energías emitidas por cuerpos a distinta temperatura conforman las condiciones para que se produzca el efecto invernadero.

La mayor parte de la energía radiada por el sol a alta temperatura que llega a la atmósfera corresponde a longitudes de onda bajas que penetran mas fácilmente los gases atmosféricos..
La tierra emite energía en concordancia con su temperatura mucho menor y parte de la misma le es devuelta por corresponder a longitudes de onda largas (sólo infrarrojas) que son reflejadas y absorbidas parcialmente por los gases atmosféricos responsables del efecto invernadero.
Esto es lo que hace que la temperatura de la Tierra sea mayor que la que le correspondería si solo recibiera la energía solar.

La Tierra se asemeja a una plancha caliente.  La misma emite radiaciones infrarrojas que se sienten en forma de calor si se aproxima la mano pero no se ven puesto que no están dentro del espectro visible.
En cambio el Sol se asemeja mas a una lámpara de filamento, pues la mayor parte de su energía está compuesta por ondas visibles del espectro (luz).

Cuando un cuerpo emite la misma cantidad de energía que la que recibe se dice que está en equilibrio térmico. Su temperatura se mantiene constante mientras dure ese equilibrio.
Así la Tierra recibe 240 W/m2 y emite 240 W/m2 con lo cual mantiene una temperatura promedio de 15 ºC.

El balance energético se indica en la comparativa siguiente

Recibida del espacio exterior  342 W/m2. Emitida por la Tierra 390 W/m2. 
Reflejada al espacio exterior  102 W/m2.  Reflejada a la Tierra  150 W/m2. 
Total absorbido por la tierra  240 W/m2.  Emitida al espacio exterior  240 W/m2. 

El equilibrio térmico terrestre se logra a una temperatura media de 15 ºC.. Esto es porque a esa temperatura se equilibra la energía recibida con la emitida. Á medida que aumente la presencia de los gases de efecto invernadero es de esperar un desbalance que haga aumentar la temperatura promedio del planeta.

Cambio Climático - Legislación de Aplicación (Parcial).-
Leyes.-
* 24.295 Convención Marco de Naciones Unidas sobre Cambio Climático.
* 25.438 Apruébase el Protocolo de Kyoto de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre Cambio Climático.
Decretos.-
*2.156/91 Comisión Nacional para el Cambio Global del Sistema Climático Terrestre.
* 822/98 Creación de la Oficina Argentina de Implementación Conjunta
* 377/99 Comisión sobre emisión de gases efecto invernadero.
* 481/00 Efecto Invernadero - Memorando 
*2.213/02 Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. Desígnase a la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable Autoridad de Aplicación de la Ley Nº24.295.
Disposiciones.-
* 166/01 Crea el Programa Nacional de Energías y Combustibles Alternativos
* 167/01 La Oficina Argentina de Implementación Conjunta será identificada en lo sucesivo como Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio (O.A.M.D.L. DECRETO 822/98).
* 168/01 Servicio de evaluación técnica de los proyectos presentados a la Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio.
* 169/01 Normas de Procedimiento para la Gestión de Proyectos presentados a la Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio.
Resoluciones.-
* 849/99 Reglamento de funcionamiento del Comité Ejecutivo de la Oficina de Argentina de Implementación Conjunta (OAIC).
*1.076/01 Créase, en el ámbito de la Secretaría de Desarrollo Sustentable y Política Ambiental, el Programa Nacional de Biocombustibles.
*1.125/01 Créase, en el ámbito de la Secretaría de Desarrollo Sustentable y Política Ambiental, el Programa Nacional sobre Impactos en Cambio Climático. 
*1.620/01 Ratificación de la Disposiciones 167/01, 168/01 y 169/01.
* 345/02 Formato para la presentación de Proyectos MDL ante la Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio
* 435/02 Créase el Registro de Instituciones Evaluadoras en el ámbito de la Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio.
* 56/03 Creación de la Unidad de Cambio Climático.
* 372/03 Designaciones en la Unidad de Cambio Climático.
* 579/03 Desígnase Presidente del Comité Ejecutivo de la Oficina Argentina del Mecanismo para un Desarrollo Limpio

Pub.: Feb/03 - Rev.1: mar/03