Los gases de efecto invernadero

Todos hemos oído hablar alguna vez de los gases de efecto invernadero (a veces simplemente gases invernadero). Como supongo que todos sabéis se trata de unas sustancias gaseosas que están en la atmósfera y que contribuyen en mayor o menor medida al denominado Efecto Invernadero, del que seguro que también habéis oído hablar. ¿Pero sabemos realmente qué son los gases invernadero y qué implicaciones tienen en realidad para el planeta? En esta entrada vamos a ver por qué son tan importantes y cuáles son los más relevantes.

Gases invernadero.jpg
Los gases invernadero son los principales responsables del Efecto Iinvernadero, un fenómeno natural muy importante para el planeta (fuente: formato7.com)

La atmósfera terrestre

El planeta Tierra, como otros planetas del Sistema Solar (Marte, Venus o Júpiter), algunos satélites naturales (Titán) e incluso algún que otro Planeta Enano (Plutón, tal y como hemos podido comprobar recientemente gracias a New Horizons), están envueltos por una capa gaseosa que recibe el nombre de atmósfera. ¿Pero cómo se forma esta capa en torno a un planeta? En el caso de la Tierra debemos remontarnos hasta el Hádico (uno de los eones de la historia geológica), a hace más de 4.000 millones de años (Ma). Por aquel entonces el planeta era una especie de bola de roca fundida, sin una corteza sólida, solo un inmenso océano de basalto que cubría todo el planeta y sobre el que caían constantemente asteroides, cometas y otros cuerpos celestes como el que dio lugar a nuestra Luna (Evento Theia). En este mundo dominado por erupciones volcánicas e impactos de meteoritos no había una atmósfera clara, que no tardó en aparecer poco a poco a partir de los gases emitidos por los primeros y traídos por los segundos. Pero algunas de esas sustancias gaseosas, cuando ascendían mucho, pasaban del calor del planeta al frío del espacio, condensando si bajaban hasta la temperatura adecuada y cayendo de nuevo a la superficie en forma de una fría lluvia que inmediatamente se evaporaba y volvía a ascender. Este proceso, repetido miles o millones de veces, hizo que el lento enfriamiento de la superficie del planeta se acelerase, pero más importante que eso fue que gracias a ello empezaron a formarse sobre la joven y quebradiza corteza los primeros lagos y océanos, todos ellos de agua dulce porque aún no habían tenido tiempo de concentrar las sales. Es así como de los volcanes y los meteoritos surgió la atmósfera, y a partir de esta lo hizo también la hidrosfera, tan importante para la vida en nuestro planeta.

Lava and ocean.jpg
La atmósfera terrestre procede principalmente de las emisiones volcánicas (modificada a partir de sharenator.com)

Pero esta primera atmósfera terrestre poco tenía que ver con la actual. Era reductora porque apenas había oxígeno libre y estaba formada principalmente por dióxido de carbono, metano, vapor de agua, óxidos de azufre… la mayoría de ellos gases invernadero, muchos de ellos además tóxicos para nosotros, pero no así para los primeros organismos. Porque recordemos que la vida surgió muy pronto en la historia de nuestro planeta, cuando apenas llevábamos 500 millones de años con registro rocoso, cosa que sabemos gracias a los circones más antiguos que hemos encontrado. Estos primeros organismos que habitaban en esos mares calientes hace al menos 3.800 Ma eran fotosintetizadores, es decir, tomaban el CO2 del medio para captar su carbono y liberar oxígeno gracias a la luz del Sol. La idea es buena porque les permite obtener energía y generar materia orgánica sin necesidad de andar buscando nada, pero tuvo una consecuencia imprevista. Hace unos 2.500 Ma la gran cantidad de oxígeno generado por estos organismos a lo largo de millones de años fue tan grande que los océanos donde vívian empezaron a acumular este gas, que al ser tóxico amenazó con extinguirlos. Pero la vida es muy cabezona y no desperdicia ningún recurso, de manera que muchos organismos decidieron empezar a utilizar ese nuevo gas para quemar materia orgánica y liberar CO2, surgiendo así la respiración. Pero los organismos fotosintetizadores eran muchos y a pesar de la toxicidad del oxígeno no dejaron de liberarlo al medio, de manera que hace 1.800 Ma los océanos ya se habían saturado en él y el oxígeno empezó a acumularse también en la atmósfera, donde se formó una capa que nos protege de la radiación ultravioleta del planeta, la famosa Capa de Ozono. Pero durante todo el Precámbrico la concentración de oxígeno en la atmósfera siguió siendo baja, al menos hasta hace unos 850 Ma, que es cuando se saturó en este gas y su concentración empezó a subir hasta alcanzar los niveles del Carbonífero y más tarde los que tenemos en la actualidad. A este evento lo conocemos como la Gran Oxigenación y como ya hemos visto supuso no solo la aparición del oxígeno que respiramos, sino también una fuerte reducción del poder invernadero del planeta, que presumiblemente experimentó varias glaciaciones. Pero lo más importante es que con este evento la atmósfera terrestre pasó de ser reductora a oxidante, que es la que tenemos en la actualidad.

Gran Oxigenación.jpg
La Gran Oxigenación ha sido uno de los Cambios Globales más drásticos que ha experimentado el planeta en toda su larga historia, y fue producido posiblemente por los organismos fotosintéticos (modificado a partir de wikipedia.org)

La composición química de la atmósfera terrestre actual está muy descompensada porque solo dos gases (nitrógeno y oxígeno) representan el 99% del total de gases que la componen. El 1% restante es prácticamente todo argón (0’93%), de manera que tan solo un 0’07% lo forma una gran cantidad de diversos gases cuya concentración es tan pequeña que no se mide en tanto por cierto, ni en tanto por mil en algunos casos, sino en partes por millón (ppm) e incluso partes por billón (ppb). Dentro de ellos es donde tenemos a los principales gases invernadero, cuya presencia es crucial para la existencia de vida en el planeta. Pero antes de hablar de ellos vamos a ver cómo se comporta la atmósfera ante la radiación solar y terrestre.

Atmósfera terrestre.jpg
La atmósfera terrestre actual es oxidante y está compuesta principalmente por nitrógeno y en menor medida oxígeno, que sumados suponen el 99% del total

La atmósfera terrestre es como un enorme invernadero que envuelve todo el planeta, ya que es prácticamente transparente a la radiación que nos llega del Sol pero prácticamente opaca a la radiación infrarroja que emite el planeta después de calentarse (de ahí el término de Efecto  Invernadero). De esta forma podemos decir que la atmósfera se comporta como un cuerpo negro, un objeto teórico que actúa como absorbente perfecto y emisor perfecto de radiación porque absorbe y emite toda la radiación que incide sobre él. Y para hacernos una idea de la importancia de esta envoltura gaseosa, algunos autores han calculado que la atmósfera absorbe aproximadamente la mitad de la radiación emitida por el planeta, calentándose gracias a ello la superficie terrestre un 19% más que si no tuviéramos atmósfera. Eso supone una gran cantidad de energía en forma de calor, todo un calentamiento global que ocurre de forma natural, pero debemos tener en cuenta que lo que acabamos de ver es considerando a la atmósfera como un único cuerpo, pero son muchos los gases que la forman y cada uno de ellos se comporta de una forma diferente. De hecho cada gas atmosférico actúa como un cuerpo negro ante determinadas longitudes de onda, por lo que todos ellos son muy selectivos porque absorben solo determinadas bandas de radiación, dejando escapar la radiación que no se corresponde. Y da la casualidad que existe un banda muy particular a la que todos los gases de la atmósfera son más o menos transparentes, que es lo que llamamos la ventana atmosférica. De esta manera, cuando hablamos de los gases atmosféricos y su poder de absorción, debemos considerar dos factores muy importantes que se complementan. Por un lado está su concentración en la atmósfera, algo evidente porque cuanto más gas haya mayor será su poder de absorción de radiación, pero muchas veces olvidamos el otro, que es tanto o más importante que su concentración: la frecuencia de la banda de absorción del gas con respecto al espectro de emisión de la Tierra. Y es que debemos tener en cuenta que si un gas absorbe principalmente en una banda que no se corresponde con la que emite la Tierra, aunque su concentración sea muy elevada su impacto será mínimo. Pero si por el contrario un gas absorbe en la misma banda que emite el planeta, en ese caso su impacto será enorme aunque esté a concentraciones muy bajas. A estos gases atmosféricos que absorben en la misma banda de emisión de la Tierra, que se encuentra dentro de la banda infrarroja, son los denominados gases de efecto invernadero.

Ventana atmosférica.jpg
Los gases invernadero son aquellos gases que se encuentran en la atmósfera y su rango de absorción corresponde con la banda de emisión de la Tierra (fuente: academiatesto.com.ar)

Los gases invernadero

Los gases de efecto invernadero son por tanto gases naturales que existen desde que el planeta se formó y su presencia en la atmósfera es muy beneficiosa, ya que permiten que tengamos una temperatura agradable en la superficie del planeta. Entonces, ¿por qué siempre se habla de ellos como algo negativo? Porque aunque en principio sean beneficiosos, todo en exceso es malo, y la mejor forma de ver el peligro de estos gases es viajando a Venus. El segundo planeta más próximo al Sol es un mundo del todo inhóspito, prácticamente tan grande como la Tierra, con una atmósfera densa rica en CO2 donde las nubes son de ácido sulfúrico. Pero quizás lo más importante es que la temperatura media en la superficie es de 464º C, muy por encima del punto de ebullición del agua (100º C) o incluso de fusión del plomo (327º C). Por tanto en Venus es del todo imposible encontrar agua líquida, incluso podríamos olvidarnos de jugar con soldaditos de plomo en su superficie. ¿Y por qué tiene una temperatura tan elevada? ¿Por qué está más cerca del Sol que la Tierra? No porque Mercurio está aún más cerca y su temperatura media es de unos 160º C. La respuesta es su atmósfera, que está compuesta casi exclusivamente por gases invernadero (un 96% es CO2), tal y como suponemos que fue esa atmósfera primitiva terrestre.

Venus vs  Tierra.jpg
Comparación de la evolución de la temperatura con respecto a la altitud en dos planetas muy parecidos que han seguido evoluciones diferentes: Venus y la Tierra (fuente: desconocida)

El ejemplo de Venus nos sirve para hacernos una idea de la importancia que pueden llegar a tener los gases de efecto invernadero en un planeta, pero sobretodo nos ayuda a comprender la importancia de que estén en equilibrio. Porque si su concentración es muy elevada el planeta dejaría de ser habitable, como ocurre con el hermano gemelo de la Tierra, pero si no los tuviéramos en nuestra atmósfera lo que ocurriría es que estaríamos muriéndonos de frío. Así que podríamos decir que el equilibrio es la clave. ¿Y cuáles son los gases de efecto invernadero más importantes? A continuación vamos a resumirlos brevemente.

1. Vapor de agua (H2O): No todo el mundo sabe que el principal gas invernadero, en parte porque es el más abundante de todos ellos, es el agua en su forma gaseosa. El vapor de agua se encuentra por toda la atmósfera en una concentración muy variable, ya que es el que forma las nubes, y su origen es casi exclusivamente natural, por lo que poco podemos hacer por controlar esa concentración. El problema de este gas tan potente es que el agua absorbe radiación no en una, sino en dos bandas, una de ellas coincidente en parte con el pico máximo de emisión de la Tierra (imagen de abajo). Pero no todo es negativo, y es que las nubes tienen un fuerte albedo, por lo que un excesivo aumento en este gas en la atmósfera puede significar una reducción de la radiación solar que llegue a la superficie del planeta.

2. Dióxido de carbono (CO2): Sin duda es el gas de efecto invernadero más conocido, y aunque no es el más abundante sí es el más importante. El CO2, del que hablo en más detalle en esta entrada, es un gas natural que se genera por la respiración de los organismos, si bien su incremento por acción antrópica (quema de combustibles fósiles) es una cuestión que no ha de ser despreciable. La concentración de CO2 atmosférico es variable a lo largo del año, con los valores máximos en marzo y los mínimos en septiembre como consecuencia de la variación anual de la actividad fotosintética. Pero la concentración de CO2 también oscila a una escala mayor siguiendo ciclos de 100.000 años, variando en este caso entre los 180-300 ppm, aunque en las últimas décadas ya hemos alcanzado los 400 ppm como norma (aquí podéis ver los datos del Oobservatorio de Mauna Loa, Hawai). La importancia del CO2 como gas invernadero radica en que su banda de absorción coincide con el pico de máxima emisión del planeta, pero dado que actualmente la atmósfera está sobresaturada en él (absorbe prácticamente el 100% de la radiación de su banda), un aumento en su concentración ya apenas tiene implicaciones globales en cuanto al calentamiento asociado al efecto invernadero se refiere.

3. Metano (CH4): El metano es otro de los gases de efecto invernadero de gran importancia. Se forma a partir de la descomposición de materia orgánica en ausencia de aire (condiciones anaerobias), por lo que los lugares de emisión principales son pantanos y turberas, pero además es el componente principal del gas natural y del peligroso grisú de las minas de carbón. El metano como gas invernadero es muy importante porque dada su baja concentración (tan solo de 1’7 ppm), la atmósfera no está saturada en él, por lo que un pequeño aumento en metano atmosférico puede tener grandes consecuencias climáticas, hasta el punto de que se ha estimado que cada molécula de metano absorbe un 25% más de radiación que una molécula de CO2. Esos datos son suficientes para preocuparse, pero la ventaja que tiene el metano como gas es que es muy inestable en la atmósfera y en poco tiempo se descompone en CO2 y agua, que aunque sean dos gases de efecto invernadero no tienen la misma capadidad de absorción que el metano.

4. Otros: Los tres gases que hemos visto son los más importantes que existen, pero hay otros muchos que debemos tener en cuenta porque al estar en concentraciones sumamente bajas su impacto es enorme, como hemos visto con el metano. De esta forma hay que considerar el ozono troposférico (O3), los óxidos de nitrógeno (NOx) o los peligrosos clorofluorocarbonos (CFC), prohibidos por su fuerte impacto negativo en la capa de ozono.

Radiación.jpg
Rango de radiación emitida por la Tierra indicando los picos que corresponden con la absorción de los principales gases invernadero (modificado a partir de giss.nasa.gov)

Consideraciones finales

Los gases de efecto invernadero son parte de la dinámica climática, llevan existiendo en el planeta desde sus comienzos y en prácticamente todos ellos su origen es fundamentalmente natural. Pero determinadas actividades humanas han trastocado el débil equilibrio que existía en la atmósfera, obligando al sistema climático a entrar en una dinámica que nos es del todo desconocida, y por tanto bastante impredecible. Pero no debemos olvidar que ni el Efecto Invernadero ni los gases invernadero son negativos para la vida de planeta, es más bien lo contrario al haber sido ellos quienes han posibilitado el desarrollo de esa vida. Además, hay que tener en cuenta que algunos autores creen que el sistema climático se autorregula y que tarde o temprano la sobresaturación en CO2 provocará una respuesta brusca del sistema, llegando incluso a proponer que el actual aumento en gases invernadero nos está acercando no a una situación de sequías generalizadas, brusca subida del nivel del mar y destrucción del planeta, sino a una nueva glaciación. En cualquier caso, y mientras desconozcamos completamente qué esperar para el futuro, no nos queda otra cosa que seguir observando lo que ocurre y estar agradecidos a estos gases por haber hecho habitable nuestro pequeño rincón del Universo.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s