Con frecuencia me preguntan cómo puede el dióxido de carbono tener un efecto tan importante en el clima mundial si su concentración es tan baja, solo el 0,041 % de la atmósfera terrestre. Y las actividades humanas son responsables de solo el 32 % de esa cantidad.
Estudio la importancia de los gases atmosféricos para la contaminación del aire y el cambio climático. La clave de la fuerte influencia del dióxido de carbono sobre el clima es su capacidad para absorber el calor que emite la superficie de nuestro planeta, impidiendo que escape hacia el espacio.
Los primeros estudios sobre el efecto invernadero
Los científicos que, en la década de 1850, identificaron por primera vez la importancia del dióxido de carbono para el clima también se sorprendieron por su influencia. Trabajando por separado, John Tyndall en Inglaterra y Eunice Foote en Estados Unidos descubrieron que el dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano absorbían calor, mientras que los gases más abundantes no lo hacían.
Los científicos ya habían calculado que la Tierra estaba unos 59 grados Fahrenheit (33 grados Celsius) más caliente de lo que debería estar, teniendo en cuenta la cantidad de luz solar que llega a su superficie. La mejor explicación de esa discrepancia era que la atmósfera retenía calor para calentar el planeta.
Tyndall y Foote demostraron que el nitrógeno y el oxígeno, que juntos representan el 99 % de la atmósfera, prácticamente no influían en la temperatura terrestre, porque no absorbían calor. Por el contrario, comprobaron que los gases presentes en concentraciones mucho menores eran los únicos responsables de mantener temperaturas que hacían habitable la Tierra, al atrapar calor para crear un efecto invernadero natural.
Una manta en la atmósfera
La Tierra recibe constantemente energía del sol y la devuelve al espacio. Para que la temperatura del planeta se mantenga constante, el calor neto que recibe del sol debe equilibrarse con el calor saliente que emite.
Como el sol está caliente, emite energía en forma de radiación de onda corta, principalmente en longitudes de onda ultravioleta y visible. La Tierra está mucho más fría, por lo que emite calor en forma de radiación infrarroja, que tiene longitudes de onda más largas.
El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen estructuras moleculares que les permiten absorber la radiación infrarroja. Los enlaces entre los átomos de una molécula pueden vibrar de formas particulares, como el tono de una cuerda de piano. Cuando la energía de un fotón corresponde a la frecuencia de la molécula, es absorbida y su energía se transfiere a la molécula.
El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen tres o más átomos y frecuencias que corresponden a la radiación infrarroja emitida por la Tierra. El oxígeno y el nitrógeno, con solo dos átomos en sus moléculas, no absorben la radiación infrarroja.
La mayor parte de la radiación de onda corta que llega del sol atraviesa la atmósfera sin ser absorbida. Sin embargo, la mayor parte de la radiación infrarroja saliente es absorbida por los gases que atrapan el calor en la atmósfera. Después, pueden liberar ese calor o volver a irradiarlo. Parte de él regresa a la superficie terrestre, manteniéndola más caliente de lo que estaría de otro modo.
Investigaciones sobre la transmisión del calor
Durante la Guerra Fría se estudió ampliamente la absorción de radiación infrarroja por parte de muchos gases diferentes. El trabajo estuvo dirigido por la Fuerza Aérea de Estados Unidos, que desarrollaba misiles guiados por calor y necesitaba comprender cómo detectar el calor que atraviesa el aire.
Esta investigación permitió a los científicos comprender el clima y la composición atmosférica de todos los planetas del sistema solar mediante la observación de sus firmas infrarrojas. Por ejemplo, Venus tiene una temperatura de unos 870 F (470 C) porque su densa atmósfera está formada por un 96,5 % de dióxido de carbono.
También sirvió de base para los modelos de previsión meteorológica y climática, lo que permite cuantificar cuánta radiación infrarroja queda retenida en la atmósfera y devuelta a la superficie terrestre.
A veces me preguntan por qué el dióxido de carbono es importante para el clima, si el vapor de agua absorbe más radiación infrarroja y ambos gases absorben en varias de las mismas longitudes de onda. La razón es que la atmósfera superior de la Tierra controla la radiación que escapa al espacio. La atmósfera superior es mucho menos densa y contiene mucho menos vapor de agua que cerca del suelo, lo que significa que añadir más dióxido de carbono influye significativamente en la cantidad de radiación infrarroja que escapa al espacio.
Observación del efecto invernadero
¿Has notado alguna vez que los desiertos suelen ser más fríos por la noche que los bosques, aunque sus temperaturas medias sean las mismas? Sin mucho vapor de agua en la atmósfera sobre los desiertos, la radiación que emiten escapa fácilmente al espacio. En regiones más húmedas, la radiación de la superficie queda atrapada por el vapor de agua del aire. De forma similar, las noches nubladas tienden a ser más cálidas que las despejadas porque hay más vapor de agua presente.
La influencia del dióxido de carbono puede observarse en los cambios climáticos del pasado. Los núcleos de hielo de los últimos millones de años han demostrado que las concentraciones de dióxido de carbono eran altas durante los periodos cálidos, de alrededor del 0,028 %. Durante las edades de hielo, cuando la Tierra estaba aproximadamente entre 7 y 13 F (4-7 C) más fría que en el siglo XX, el dióxido de carbono representaba solo alrededor del 0,018 % de la atmósfera.
Aunque el vapor de agua es más importante para el efecto invernadero natural, los cambios en el dióxido de carbono han impulsado los cambios de temperatura del pasado. En cambio, los niveles de vapor de agua en la atmósfera responden a la temperatura. A medida que la Tierra se calienta, su atmósfera puede contener más vapor de agua, lo que amplifica el calentamiento inicial en un proceso denominado «retroalimentación del vapor de agua». Las variaciones del dióxido de carbono han sido, por tanto, la influencia determinante en los cambios climáticos del pasado.
Pequeños cambios, grandes efectos
No debería sorprender que una pequeña cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera pueda tener un gran efecto. Tomamos pastillas que representan una fracción minúscula de nuestra masa corporal y esperamos que nos afecten.
Hoy en día, el nivel de dióxido de carbono es más alto que en cualquier otro momento de la historia de la humanidad. Los científicos coinciden ampliamente en que la temperatura media de la superficie terrestre ya ha aumentado unos 2 F (1 C) desde la década de 1880, y que los aumentos de dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor causados por el ser humano son con toda probabilidad los responsables.
Sin medidas para controlar las emisiones, el dióxido de carbono podría alcanzar el 0,1 % de la atmósfera en 2100, más del triple del nivel anterior a la Revolución Industrial. Esto supondría un cambio más rápido que las transiciones del pasado de la Tierra que tuvieron enormes consecuencias. Sin medidas, esta pequeña franja de la atmósfera provocará grandes problemas.
