Los gases de efecto invernadero

Todos hemos oído hablar alguna vez de los gases de efecto invernadero, a veces mencionados simplemente como gases invernadero. Se trata de 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? ¿Y si os dijera que sin los gases invernadero la vida, al menos tal como la conocemos, no sería posible? En esta entrada vamos a ver dejar de lado un poco la geología, solo un poco, para abordar este tema de actualidad y ver por qué los gases invernadero son tan importantes y cuáles son los más relevantes.

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

La atmósfera terrestre

Pero antes de hablar de los gases invernadero conviene hablar primero de la atmósfera terrestre, esa capa gaseosa que envuelve a nuestro planeta y que no es exclusiva de nuestro planeta. La atmósfera terrestre hoy en día está compuesta principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%) y, en mucha menor medida, argón (0.93%). Entre los tres gases suman el 99.93% de la atmósfera, quedando tan solo un 0.07% para todos los demás gases, un porcentaje tan pequeño que nos lleva a que su concentración no la demos en tanto por cierto 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.

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La atmósfera terrestre actual es oxidante y está compuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno, que juntos suman el 99% del total de la atmósfera (imagen compuesta a partir de varias fuentes).

La atmósfera terrestre, como la de muchos otros cuerpos del Sistema Solar, se formó hace 4000 millones de años (Ma). Por aquel entonces la Tierra era una especie de bola de roca fundida sin una superficie sólida ni masas de agua, solo un inmenso océano de lava del que surgieron gases que procedían del interior del planeta y que quedaban atrapados alrededor del planeta por la fuerza de gravedad. Así es como se formó la primitiva atmósfera terrestre, cuya composición era muy diferentes a la actual, ya que no tenía oxígeno (era reductora) y su el gas dominante no era el nitrógeno sino el temido dióxido de carbono (CO2). Bajo esta atmósfera reductora surgieron los primeros organismos hace 3800 Ma, criaturas microscópicas muy simples que captaban el CO2 del entorno para liberar en su lugar oxígeno. De este modo, durante millones de años el oxígeno fue concentrándose poco a poco, hasta que hace unos 2500 Ma se produjo la gran oxigenación, un gran cambio global con el que la atmósfera pasó de reductora a oxidante y la vida estuvo al borde de desaparecer. Por suerte algunos organismos evolucionaron para aprovechar ese gas tóxico que era el oxígeno y liberar en su lugar CO2. Es decir, surgió la respiración.

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La atmósfera terrestre procede sobre todo de los gases que son emitidos durante las erupciones volcánicas, si bien su composición es el resultado de la existencia de vida (modificada a partir de sharenator.com).

La atmósfera terrestre actual es el resultado de un gran cambio global que alteró para siempre, y para bien, su química. Porque gracias a aquellos primeros organismos fotosintetizadores no solo se desarrolló la atmósfera oxidante sin la cuál no existiríamos, sino que también se generó la necesaria capa de ozono (O3), que nos protege de parte de la nociva radiación solar. La atmósfera de la Tierra es muy diferente a la de otros cuerpos rocosos similares como son Marte o Venus, cuyas atmósferas siguen siendo reductoras y muy similares a la atmósfera primitiva terrestre, compuestas por CO2 (95%), nitrógeno (3%) y argón (1.6%). Y esto es muy importante porque, entre otras cosas, permite que en la superficie del planeta tengamos unos agradables 15º C de media, muy inferiores a los casi 500º C que tiene de media Venus y muy superiores a los -50º C de media de Marte. Y todo ello gracias a una atmósfera oxidante y equilibrada estrechamente relacionada con la vida del planeta.

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El evento de la gran oxigenación es uno de los mayores cambios globales de la historia de la Tierra. Gracias a él hoy en día tenemos una protectora capa de ozono y podemos respirar oxígeno en una atmósfera oxidante (imagen propia, compuesta a partir de wikipedia.org).

Un invernadero global

Los gases de efecto invernadero son gases naturales que existen desde que el planeta se formó. Su presencia en pequeñas concentraciones es muy beneficiosa porque permiten que tengamos una temperatura agradable en la superficie del planeta sin que el termómetro se dispare hasta convertir a la Tierra en un lugar inhóspito. Y es que la atmósfera es un enorme invernadero que envuelve todo el planeta, prácticamente transparente a la radiación solar y opaca a la radiación infrarroja. Gracias a ello la superficie de planeta se caliente un 19% más que si no tuviéramos atmósfera, suficiente para permitir que el agua permanezca en estado líquido y para que estemos hablando de un planeta en el que la vida es posible.

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El efecto invernadero es un fenómeno natural relacionado con la absorción de radiación por parte de los gases que componen la atmósfera (imagen tomada de diario-eco).

La atmósfera terrestre, en conjunto, actúa como un cuerpo negro, un objeto teórico que actúa como absorbente perfecto y emisor perfecto. Pero la atmósfera no es un cuerpo único sino una mezcla heterogénea de una gran cantidad de gases que actúan cada uno de una forma diferente a la radiación que le llega. De hecho cada gas atmosférico lo podemos considerar como un cuerpo negro ante determinadas longitudes de onda, por lo que todos ellos son muy selectivos a la hora de absorber y dejar pasar la radiación. Y ahí está la clave de los gases invernadero. Porque cuando hablamos de los gases que componen la atmósfera no solo es importante su concentración, también lo es la frecuencia de su banda de absorción, que en el caso de los gases invernadero coincide bastante con la banda de emisión del planeta, si bien existe una parte que sí escapa: la ventana atmosférica.

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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).

Principales gases invernadero

A pesar de que siempre se pone el ojo en el CO2, lo cierto es que el principal gas invernadero es otro que conocemos muy bien y en el que casi nunca nos damos cuenta. El vapor de agua (H2O) es el gas invernadero más abundante de la atmósfera, si bien su concentración es muy variable y su influencia en el clima global va más allá de la simple absorción infrarroja. El vapor de agua tiene un origen fundamentalmente natural y tiene la peculiaridad de que no absorbe radiación en una sola banda sino en dos, una de ellas coincidente en parte con el pico máximo de emisión de la Tierra. No obstante, el vapor de agua también es el que forma las nubes, cuyo fuerte albedo puede favorecer a la reducción de la radiación solar que llegue a a la superficie del planeta.

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Uno de los principales gases invernadero es el vapor de agua, muy importante a la hora de regular el clima. Las nubes se forman por la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera (fuente: fundacionaquae.org).

El segundo gas invernadero en importancia es el dióxido de carbono (CO2), sin duda el más conocido de todos. Se trata de un gas natural que se genera por muchos procesos naturales (entre ellos la respiración) y que de manera natural tiene oscilaciones cíclicas que han coincidido con las últimas glaciaciones. Estos ciclos se repiten cada 100 000 años y en ellos la concentración atmosférica del CO2 ha oscilado entre los 180 ppm y los 300 ppm, si bien hoy en día, como consecuencia de la quema de combustibles fósiles y otras actividades humanas, su concentración ya ha superado el umbral de los 400 ppm. 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 apenas debería tener implicaciones globales en cuanto al calentamiento global.

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La concentración de CO2 atmosférico ha oscilado entre los 300 ppm y los 180 ppm en ciclos de 100 000 años que coinciden perfectamente con las variaciones de la temperatura del planeta, pero todavía desconocemos cuál de las dos es la causa y cuál la consecuencia (modificado a partir de wikipedia.org).

El tercer gas invernadero de importancia es el metano (CH4), que se forma a partir de la descomposición de materia orgánica en ausencia de aire (condiciones anaerobias). El metano como gas invernadero es muy importante porque dada su baja concentración (1.7 ppm), la atmósfera no está saturada en él y eso supone que un pequeño aumento puede tener grandes consecuencias climáticas. De hecho se estima que cada molécula de metano absorbe un 25% más de radiación que una molécula de CO2. No obstante el metano es una molécula que, aunque sea parte del gas natural y esté también presente en las minas de carbón (en forma de grisú), en la atmósfera el metano es muy inestable y en poco tiempo se descompone en CO2 y agua.

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En los pantanos se emiten importantes cantidades de gases fruto de la descomposición anaerobia que se produce en ellos, tales como el metano el ácido sulfhídrico (que da el característico olor a huevos podridos). Algunos de estos gases reaccionan con el agua y dan varias sustancias ácidas que reducen el pH del medio (fuente: estudiosdeco.com).

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, impredecible. Pero no debemos olvidar que ni el efecto invernadero ni los gases invernadero son negativos para la vida del planeta, sino que ha sido gracias a ellos que la vida se desarrollase en el pasado. 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 cosmos.

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