Efecto Invernadero y Absorción Atmosférica

Cómo el vapor de agua, el dióxido de carbono y otros gases absorben y reemiten la radiación térmica, calentando la superficie por encima de su temperatura de equilibrio radiativo.

Definition

El efecto invernadero es el calentamiento de la superficie de un planeta causado por gases atmosféricos que son transparentes a la luz solar entrante, pero que absorben y reemiten la radiación térmica saliente, elevando la temperatura de la superficie por encima del valor establecido únicamente por el calentamiento solar.

Scope

Este tema abarca la base física del efecto invernadero: la absorción y emisión de radiación de onda larga por gases moleculares, las bandas espectrales en las que actúan y la forma en que el nivel de emisión radiativa efectivo de la atmósfera controla la temperatura de la superficie. Trata los roles del vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y el ozono, el concepto de forzamiento radiativo a partir de cambios en sus concentraciones, y los efectos de saturación y superposición de bandas que rigen cómo el forzamiento escala con la concentración.

Core questions

• ¿Por qué algunos gases son absorbentes efectivos de la radiación térmica mientras que otros no lo son?
• ¿Cómo eleva el efecto invernadero la temperatura de la superficie por encima del equilibrio radiativo?
• ¿Cómo cambia el forzamiento radiativo a medida que aumenta la concentración de un gas de efecto invernadero?
• ¿Cuáles son las contribuciones relativas del vapor de agua y el dióxido de carbono?

Key theories

Nivel de emisión efectivo

Los gases de efecto invernadero elevan la altitud desde la cual el planeta irradia efectivamente al espacio, y debido a que ese nivel es más frío que la superficie, la superficie debe calentarse para emitir suficiente energía y equilibrar la luz solar entrante.

Forzamiento logarítmico del dióxido de carbono

Debido a que las bandas de absorción centrales del dióxido de carbono están casi saturadas, su forzamiento radiativo crece aproximadamente con el logaritmo de la concentración, por lo que cada duplicación añade una cantidad similar de forzamiento.

Mechanisms

Las moléculas con las transiciones vibracionales y rotacionales adecuadas absorben la radiación infrarroja saliente y la reemiten en todas direcciones, incluyendo de vuelta hacia la superficie; esto eleva la altitud a la que la radiación finalmente escapa al espacio, y dado que la temperatura disminuye con la altura en la troposfera, la superficie se calienta hasta que el nivel de emisión más frío irradia lo suficiente para equilibrar la luz solar absorbida. Añadir más gas engrosa la capa absorbente y desplaza el nivel de emisión a una altura mayor y más fría, aumentando el forzamiento.

Clinical relevance

El forzamiento radiativo derivado del aumento del dióxido de carbono, el metano y otros gases de efecto invernadero es el impulsor físico directo del cambio climático causado por el ser humano, lo que hace que este mecanismo sea central para comprender y proyectar el calentamiento global.

Evidence & guidelines

El Sexto Informe de Evaluación del IPCC cuantifica el forzamiento radiativo efectivo de cada gas de efecto invernadero principal y atribuye la parte dominante del calentamiento observado desde la era preindustrial a estos gases.

History

Tyndall demostró en el siglo XIX que el vapor de agua y el dióxido de carbono absorben la radiación térmica, y Arrhenius realizó la primera estimación cuantitativa del calentamiento por la duplicación del dióxido de carbono; la espectroscopia y el modelado radiativo-convectivo del siglo XX refinaron estas ideas en la teoría cuantitativa moderna del forzamiento radiativo.

Debates

Afirmaciones históricas de saturación de banda

Las objeciones iniciales de que la absorción de dióxido de carbono ya estaba saturada se resolvieron al reconocer que la adición de gas eleva el nivel de emisión frío, por lo que el forzamiento continúa aumentando en lugar de estabilizarse.

Key figures

• Svante Arrhenius
• John Tyndall
• Raymond Pierrehumbert
• Syukuro Manabe

Seminal works

• arrhenius1896
• pierrehumbert2010

Frequently asked questions

¿Qué gas contribuye más al efecto invernadero?

El vapor de agua es el mayor contribuyente en general, pero actúa como una retroalimentación que responde a la temperatura, mientras que el dióxido de carbono es el principal gas de larga duración que los humanos están aumentando.

¿Por qué el dióxido de carbono sigue siendo importante si sus bandas están casi saturadas?

La adición de dióxido de carbono eleva la altitud desde la cual el planeta irradia al espacio a un nivel más frío, por lo que el efecto de calentamiento sigue creciendo con cada duplicación de la concentración.