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Gases de efecto invernadero: algo más que calentar el planeta


En su declaración sobre el estado del cambio climático en 2019, la Organización Meteorológica Mundial (WMO) indicó que la temperatura global del planeta estaba 1,1 ºC por encima del valor de referencia, que se toma como la temperatura media en el período comprendido entre los años 1850 y1900. Se ha podido constatar que desde la década de los años 80 del siglo XX cada década ha sido más cálida que las precedentes desde 1850. Este efecto es lo que conocemos como calentamiento global.

El calentamiento global ya ha alterado la duración de las estaciones en grandes partes del planeta. Las variaciones en las mismas influyen en la proliferación de insectos, hierbas invasoras y enfermedades que podrían afectar a las cosechas. Lo mismo sucede con la ganadería, donde las variaciones climáticas afectan directamente a las principales especies en su reproducción, sanidad, etc.

Este calentamiento se debe principalmente al incremento en la atmósfera de los conocidos como gases de efecto invernadero. El efecto invernadero es un fenómeno natural que mantiene la temperatura del planeta a un nivel adecuado para el desarrollo de la vida. Debido a este efecto, la Tierra presenta una temperatura media de 15 ºC, lo que supone 33ºC por encima del valor que debería ser por su tamaño y lejanía al Sol (aproximadamente -19 ºC). Además, está presente en todos los planetas y lunas de nuestro Sistema Solar que tengan una atmósfera.

La radiación solar llega sin grandes obstáculos a la superficie terrestre y se invierte en calentar la atmósfera, el suelo y los océanos. Tanto el suelo como los océanos emiten calor en forma de radiación infrarroja que escapa en dirección a la atmósfera. Una parte de esta radiación se pierde en el espacio exterior, pero otra parte es absorbida por los conocidos como gases de efecto invernadero, los cuales vuelven a emitir este calor en forma de radiación infrarroja hacia la superficie terrestre.

Esquema del efecto invernadero mostrando los flujos de energía entre el espacio, la atmósfera y superficie de la Tierra. En esta gráfica la radiación absorbida es igual a la emitida, por lo que la Tierra no se calienta ni se enfría. La habilidad de la atmósfera para capturar y reciclar la energía emitida desde la superficie terrestre es el fenómeno que caracteriza al efecto invernadero. / Wikipedia.

El océano funciona como un regulador de la temperatura del planeta, absorbiendo calor. De hecho, absorbe el 90% del calor que queda atrapado en la Tierra. Con el aumento de la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera debido a la actividad humana, su temperatura ha subido, y como consecuencia se está favoreciendo el deshielo de los polos, lo que ha traído consigo el aumento del nivel del mar en 178 mm durante los últimos 100 años. Esto hace que en las regiones costeras se esté perdiendo terreno habitable, como ha sucedido en el archipiélago de las islas Salomón. Además, otra consecuencia directa es la existencia de huracanes cada vez más frecuentes y devastadores, ya que se forman sobre aguas cálidas con una temperatura de al menos 26,5 ºC.

No todos los gases presentes en la atmósfera son gases de efecto invernadero, ni todos serán igual de efectivos, ya que esto depende de su composición química y de su estructura molecular. La atmósfera terrestre está compuesta en su mayoría por los gases nitrógeno (alrededor de un 78%) y oxígeno (alrededor de un 21%).

Los gases de efecto invernadero forman parte del 1% restante, con lo cual son componentes minoritarios, pero aún así tienen una gran influencia sobre las propiedades físico-químicas de la misma. Los gases principales que contribuyen al efecto invernadero natural son: el vapor de agua (H2O), que es el gas de efecto invernadero más abundante; el dióxido de carbono (CO2), uno de los gases invernadero con mayor actividad, liberado en procesos naturales como la respiración y las erupciones volcánicas; el metano (CH4), gas producido en la descomposición o putrefacción de materia orgánica, como sucede en los pantanos, es un gas de efecto invernadero mucho más activo que el dióxido de carbono, aunque mucho menos abundante en la atmósfera; óxidos de nitrógeno, como el óxido de dinitrógeno (N2O), el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), producidos por microorganismos durante su metabolismo; por último, otro gas de efecto invernadero es el dióxido de azufre (SO2), que proviene de forma natural de erupciones volcánicas.

La acción del hombre está aumentando la presencia de algunos de estos gases en la atmósfera, principalmente la del dióxido de carbono, el metano y el óxido de dinitrógeno (N2O). Como ejemplo, el dióxido de carbono proviene de los procesos de desforestación, el cambio en el uso de los suelos y la quema de combustibles fósiles, principalmente. El metano se genera en la descomposición de los desechos orgánicos en los vertederos, en algunos cultivos, especialmente los de arroz, en la digestión de los animales rumiantes que criamos para nuestra alimentación y en el manejo del estiércol del ganado. La producción de óxido de dinitrógeno está vinculada con el uso de fertilizantes comerciales y orgánicos, la incineración de combustibles fósiles, la producción de ácido nítrico a nivel industrial y la quema de biomasa. En 2018 se alcanzaron unos niveles con respecto a los niveles de referencia del 147%, 259% y 123%, respectivamente.

Otros dos gases de efecto invernadero emitidos por la actividad humana son el ozono (trioxígeno, O3), el cual en la troposfera es un agente oxidante muy contaminante, proveniente de la quema de combustibles fósiles y biomasa, y los compuestos clorofluorocarbonados (CFCs), cuya producción y emisión a la atmósfera están ahora muy reguladas mediante tratados internacionales.

El clima de la Tierra ha cambiado en el pasado debido a procesos naturales, y se han producido oscilaciones regulares entre períodos cálidos y edades de hielo en el último millón de años. Durante estos procesos, por ejemplo, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera ha fluctuado y nunca ha excedido una concentración de 300 partes por millón (ppm), que equivalen a 300 cm3 de dióxido por cada metro cúbico de aire. Sin embargo, en el último siglo ha aumentado de forma alarmante y ahora está en las 415 ppm, el valor más alto en 650000 años.

Parte del dióxido de carbono que hay en la atmósfera es eliminado por los océanos disolviéndose en el agua. En la década de 2009-2018 se estima que absorbió alrededor de un 23% del dióxido de carbono procedente de emisiones humanas. Sin embargo, esto hace que la aguas marinas se acidifiquen, lo que tiene un alto coste para la vida marina. Organismos como las almejas, las ostras y los crustáceos ven debilitada su concha o directamente la pierden, con lo cual mueren. También se ven afectados de igual forma los esqueletos de coral. Si los animales con concha desaparecen también comienzan a desparecer los peces que se alimentan de ellos. Este aumento de la acidez del agua también interfiere en la reproducción de muchas especies. Todo esto tiene un efecto negativo tanto en los ecosistemas marinos como en la industria pesquera en general.

Adicionalmente, estos gases sufren reacciones químicas en la atmósfera. Por ejemplo, los CFCs se descomponen por acción de la luz solar produciendo átomos de cloro, los cuales atacan a la capa de ozono estratosférico, que es la que permite la vida en la superficie terrestre protegiéndola de las radiaciones solares ultravioleta. Este cloro puede reaccionar también con el metano, produciendo el gas cloruro de hidrógeno (HCl), que es soluble en agua y vuelve a la superficie disuelto en las gotas de lluvia. Conviene tener en cuenta que en concentraciones adecuadas para su uso doméstico, las disoluciones de cloruro de hidrógeno en agua se conocen con el nombre de salfumán o agua fuerte.

Como podemos comprobar, los gases de efecto invernadero no solo intervienen en el calentamiento global del planeta, sino que son actores principales en otros procesos destructivos de los ecosistemas terrestres.

Referencias

1) “Cinco islas del Pacífico desaparecen a causa de la subida del nivel del mar”; La Vanguardia (2016), https://www.lavanguardia.com/natural/20160510/401698135419/islas-nivel-mar-pacifico.html

2) ESA Climate Office, https://climate.esa.int/es/

3) “Los gases de efecto invernadero”, Fundación AQUAE, https://www.fundacionaquae.org/los-gases-de-efecto-invernadero/

4) NASA Global Climate Change. Vital signs of the Planet; https://climate.nasa.gov/

5) “Ocean Acidification: The Other Carbon Dioxide Problem”; Compound Interest (2017), https://www.compoundchem.com/2017/01/18/ocean-acidification-co2/

6) “WMO Statement on the State of the global Climate in 2019”; World Meteorological Organization, boletín nº 1248 (2020), https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10211

 

Licenciado en Ciencias Química por la Universidad de Jaén en 1994, y Doctor por la misma institución en 2001 en Ciencias Químicas, dentro del Área de Química Física.

Es profesor del Área de Química Física y su interés investigador se centra en el estudio de las propiedades químicas de moléculas de pequeño y mediano tamaño utilizando para ello cálculos computacionales basados en la Mecánica Cuántica y Espectroscopía Molecular.