Presentacin de PowerPoint

NDICE

1.- Introduccin2.- Naturaleza de la luz3.- La absorcin de la energa de la luz por los gases4.- El efecto de invernadero5.- Los GEI*: origen y evolucin

* GEI: Gases de efecto de invernadero

www.universidadpopularc3c.esTres Cantos, 19-04-2016Seminario sobre el Cambio Climtico Jornada 1. El efecto de invernadero

1Desde su fundacin, la Universidad Popular Carmen de Michelena se ha esforzado para ofrecer a la ciudadana conocimientos sobre el Cambio Climtico, y el concepto ms general de Cambio Global, que les permita conocer con cierto detalle las causas de ambos fenmenos y valorar la necesidad de acciones preventivas.

Resultado de ese esfuerzo, son las numerosas charlas conferencias sobre diferentes aspectos del Cambio Climtico/Cambio Global,impartidas por personas muy cualificadas, a quienes agradezco hoy su Colaboracin. Muchos de ellos proceden de la docencia e Investigacin, de la Universidad y centros de investigacin. Algunos de ellos miembros de la Universidad P. Carmen de Michelena.

Como ejemplo podemos citar las conferencias que van a tener lugar a finales de enero y comienzos de febrero de 2017, en las que se van a discutir aspectos de la biodiversidad y de

Hoy en da, los efectos de ambos fenmenos ya son indiscutibles, y muestran un futuro problemtico para la inmensa mayora de la poblacin mundial.A pesar de que nos enfrentamos a amenazas muy graves, y que, incluso, esas amenazas se han convertido en temas de conversacin, se observa que no se est tomando medidas efectivas para evitar una gran catstrofe.

Por este motivo volvemos a poner sobre el tapete, una vez ms, el Cambio Climtico, y el Cambio Global.

El objeto principal de la jornada de hoy es mostrar los conocimientos sobre el efecto de invernadero, y su manifestacin en el aumento de temperaturas.

El tono de este seminario es un poco especial: no se trata de una sesin de adoctrinamiento. No quiero que piensen como yo; solo quiero que me Entiendan.

No esperen ustedes imgenes de catstrofes, inundaciones, sequas, glaciares secos, etc, sino un conjunto de Conocimientos Rigurosos, de las causas, evolucin y futuro del CC.

Les animamos a consultar nuestra web, en la que encontrarn bastantes referencias a conferencias sobre estos temas, y en ellas hallaran vdeos, presentaciones, etc.

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Volver a ndiceIntroduccin

2Nuestro planeta Tierra goza de una temperatura media que hace viable la existencia de seres vivos en ella, entre stos los seres humanos. Esta temperatura se alcanza gracias a la existencia de un fenmeno llamado efecto de invernadero natural.

Desde comienzos del siglo XIX, muchos cientficos y muchas instituciones cientficas de renombre han trabajado intensamente para tratar de explicar ese efecto de invernadero natural y sus consecuencias. Hacia los aos treinta del siglo XX, ya se haba elaborado una teora completa, que explicaba el fenmeno de forma satisfactoria.

Desde esas fechas, esta teora es aceptada de forma abrumadoramente mayoritaria por los cientficos de todo el mundo.

Esta teora es aplicable no solo en los estudios del clima terrestre, sino que se emplea de forma habitual en las investigaciones de las atmsferas de otros planetas, y de la correlacin con sus condiciones climticas.

Hacia mediados de los aos treinta del siglo XX se plante la hiptesis de que los gases que se emiten a la atmsfera como resultado de la actividad econmica humana pudieran desequilibrar el efecto de invernadero natural, y provocar efectos climticos globales, que afecten a la Tierra y a los seres vivos. Se habla ya de un efecto invernadero intensificado (enhanced en ingls).

Este efecto est provocado principalmente por la emisin a la atmsfera de unos gases producidos en la generacin de energa mediante el uso de combustibles fsiles, y tambin por la deforestacin y el cambio de uso de los terrenos.

Desde la dcada de los aos setenta del siglo XX disponemos de evidencias climatolgicas, geofsicas y en la biosfera que son incontestables. Tambin disponemos de conocimientos matemticos especficos que muestran de forma inequvoca una correlacin entre las concentraciones de GEI y las temperaturas globales medidas.

Pero sobre todo disponemos de una teora muy completa que explica el fenmeno de efecto invernadero, que da un apoyo decisivo a las evidencias y a las correlaciones citadas.

En 2016 se sigue investigando intensamente para refinar los modelos matemticos predictivos, a fin de aclarar si las predicciones que hace la teora para un horizonte temporal de 90-100 aos muestran una correlacin aceptable con las temperaturas medidas segn avanza el tiempo.

Este Seminario se ha preparado para un pblico general, y por ese motivo nos hemos esforzado porque las explicaciones no excedan el nivel del bachillerato.No obstante, se recomienda que los asistentes complementen la documentacin que les entregamos con una bibliografa un poco ms avanzada.Documentacin generalUn texto de fsica que incluya secciones sobre Calor y ElectromagnetismoUn texto de estadstica generalDocumentacin especfica- Un texto de divulgacin sobre climatologa- Se recomienda especialmente: La Tierra herida, de M. Delibes- Se recomienda: www.realclimate.com

Pg. 2 de 1519-4-2016 BibliografaVolver a ndice

3Este seminario no puede tratar algunos temas de la forma rigurosa en que se tratan en los textos cientficos.

Por este motivo se recomienda que la documentacin que se entrega se complemente con textos de Fsica, Climatologa, Estadstica, etc. de un nivel algo ms elevado.

Pg. 3 de 1519-4-2016 La Ciencia se encarga de descubrir las causas de esos fenmenos ClimticosBiosferaGeofsicosGeoqumicos

Efectos Observados

Volver a ndiceIntroduccin La Ciencia establece leyes fundamentales de la NaturalezaLa Ciencia hace predicciones

Se realizan experimentos/ob-servaciones para contrastar las predicciones

Resultados compatiblesModificar hiptesis

NO

4Ver Qu es esa cosa llamada ciencia?, de Alan S. Chalmers, Editorial Siglo XXI, Madrid 1991 El conocimiento humano, de Bertrand Russell, Editorial Taurus

No existe un nico modelo ideal de proceso para obtener conocimientos sobre la Naturaleza.

Muchas personas se explican el proceso de descubrimiento de los fenmenos de la Naturaleza en dos etapas:Primero se detectan sus efecto sobre nosotros = Qu sucede?Despus, la Ciencia se encarga de descubrir las causas de esos fenmenos

No es muy corriente, pero los grandes avances de la ciencia se han producido por procesos inversos: La Ciencia busca las leyes fundamentales de la Naturaleza, que se expresan de forma abstracta (sin referencia a ningn fenmeno concreto). El conocimiento de las leyes fundamentales permite hacer predicciones. Estas predicciones se contrastan con observaciones o experimentos.

Infinitos experimentos u observaciones no son suficientes para validar una ley de la Naturaleza, pero basta un experimento u observacin fallidos para negar la validez de una ley de la Naturaleza.

En general, el contraste mediante observaciones o experimentos puede propiciar modificaciones de las hiptesis que sustentan las leyes de la Naturaleza. Estas modificaciones se vuelven a contrastar con experimentos u observaciones, y as sucesivamente.

El desarrollo de las ideas sobre el efecto de invernadero y el cambio climtico ha seguido un proceso de este segundo tipo.

Por se motivo vamos a comenzar mostrando el desarrollo de los conocimientos sobre los fenmenos fsicos fundamentales, y despus veremos los efectos patentes del cambio climtico (las evidencias), y explicaremos sus causas, es decir, el calentamiento global.

Como ejemplo tangible de lo que decimos, consideremos que hasta la dcada de los aos treinta del siglo XX, el impulso para investigar en el campo del efecto de invernadero, y su campo derivado del cambio climtico, no provino de la necesidad de explicar unas evidencias slidas de un calentamiento global, detectadas como cambios climatolgicos, geofsicos o en la biosfera; esas evidencias no existan, como tampoco existan conocimientos precisos sobre la correlacin entre las temperaturas globales disponibles en esa poca, y la abundancia de gases de efecto invernadero antropognicos existentes en la atmsfera.

Tampoco exista un conocimiento matemtico suficiente para establecer la presencia de tendencias definidas en los datos con comportamiento tan variable como los del clima.

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Un enigma conocido desde la antigedad: El enfriamiento extraordinario que sufre la Tierra por la noche, en los desiertos y otros lugares en los que hay muy poca humedad en el aire.En un punto del Sahara se han registrado en un mismo da tempera-turas entre 0,5 C y + 37,5 C Volver a ndiceIntroduccin

5Desde la antigedad se conoce el fenmeno del enfriamiento extraordinario que sufre la Tierra por la noche, en los desiertos y otros lugares en los que hay una marcada escasez de humedad en el aire. Pero, a pesar de que ese fenmeno debe ser evidente, tanto para los habitantes de esas zonas, como para los viajeros, exploradores, etc., no hay noticias de que este conocimiento se haya transmitido por escrito a lo largo de la Historia.

Lo realmente chocante no es que se enfre la atmsfera por la noche, sino que se enfre mucho ms que lo que se enfra en zonas con mayor humedad en el aire.

Por otro lado, es bien sabido desde antiguo que el vidrio es transparente para la luz, pero no para el calor radiado. Por este motivo, los invernaderos se han construido desde siempre con paredes y techo de vidrio, que permiten el paso hacia el interior de la luz del Sol, pero impiden el paso del calor radiado desde el interior hacia afuera.

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En 1824 Jean Baptiste Joseph Fourier publica un estudio titulado "Observaciones generales sobre la temperatura del globo terrestre y los espacios planetarios. Describa una invisible cpula de gas que rodea la Tierra y ayuda a mantenerla caldeada conservando el calor recibido del Sol, evitndose as el enfriamiento nocturno exagerado. Pero, qu pasa en los desiertos para que se produzca ese enfriamiento tan grande?Volver a ndiceIntroduccin

6(Gran matemtico que cre el desarrollo en serie y de la funcin transformada que llevan su nombre, etc).

Fourier formaba parte del grupo de cientficos que acompaaron a Napolen en su campaa de Egipto, y vivi varios aos en esa regin. Lleg a ser nombrado Gobernador de Egipto, y es muy probable que tuviese una experiencia de primera mano del enfriamiento extraordinario que se experimenta en las zonas desrticas, como se ha explicado.Escribi que la cuestin de la temperatura global es uno de los asuntos ms notables e interesantes de la ciencia, y uno de los ms difciles de tratar. A pesar de su elevada capacidad como matemtico, no pudo adelantar gran cosa en un estudio cuantitativo de este fenmeno.Con el paso del tiempo se ha visto que su intuicin acerca de la complejidad e importancia de la temperatura global se ha confirmado con creces.

El trabajo de Fourier se public unos 25 aos despus de que Herschell descubriera la radiacin infrarroja.

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En 1862, el cientfico irlands John Tyndall (fue uno de los cientficos experimentales ms importantes de su poca) describi de forma intuitiva la clave de lo que, andando el tiempo, se llamara efecto de invernadero. Haba descubierto en su laboratorio que ciertos gases, entre ellos el vapor de agua y el CO2, eran opacos a lo que entonces se llamaba rayos calorficos. Relacion, de forma cualitativa, el freno al enfriamiento de la atmsfera con la presencia de estos gases, que interfieren con la radiacin que escapa de la Tierra y atraviesa la atmsfera. Volver a ndiceIntroduccin

7En 1837 Simon D. Poisson public Teora matemtica del calor. Esta teora es muy similar a la que se ha desarrollado por los cientficos 100 aos ms tarde!

Tyndall expresaba sus resultados en una florida prosa victoriana:El vapor de agua constituye una manta ms necesaria para la vida vegetal de la Gran Bretaa que las ropas lo son para el hombre. Elimnese el acuoso vapor del aire durante una sola noche de verano, y el sol se elevara sobre una isla presa del frreo abrazo del hielo.

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Por analoga, este freno al enfriamiento nocturno se llama efecto de invernadero, puesto que produce un efecto similar al del vidrio de los invernaderos.Ahora queda ms claro lo que sucede en los desiertos: el efecto de invernadero est atenuado.Volver a ndiceIntroduccin El efecto de invernadero tendra que afectar a toda la Tierra

8Porqu el efecto invernadero est atenuado en los desiertos? Porque los gases de que impiden el enfriamiento nocturno estn presentes en concentraciones muy bajas

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Hacia mil ochocientos noventa y tantos, Svante Arrhenius intervino en una de las controversias de la poca acerca de las causas de la eras glacialesEn su poca ya se conoca de forma cualitativa la absorcin de energa radiante por algunos gases, y pens que las glaciaciones se podran haber producido por una reduccin temporal de ese efecto.Volver a ndiceIntroduccin

9Svante Arrhenius, qumico sueco y premio Nobel de Qumica en 1904, creador de la teora de la disociacin electroltica, de la teora de la dinmica de las reacciones qumicas, etc.

El estudio de Arrhenius se basaba en lo que se conoca entonces acerca del espectro de absorcin de diferentes gases presentes en la atmsfera, en concreto, el CO2 y el vapor de agua.

Realiz un inmenso trabajo de clculo manual para determinar la absorcin de la energa por los gases atmosfricos, pero ya con resultados cuantitativos

El estudio no inclua ningn tipo de experimento para medir la variacin de temperatura con la variacin de las cantidades de los citados gases

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Energa Transmitida: 70-75 %Viaje de la radiacin desde las capas altas de la atmsfera hasta el sueloViaje de la radiacin desde el suelo hasta las capas altas de la atmsfera Energa Transmitida: 15-30 % Energa Absorbida: 25-30 % Energa Absorbida: 70-85 %Al llegar al suelo, la energa se transforma: calienta el suelo, y ste emite en onda larga (infrarrojo)Luz del Sol. Cuerpo ne-gro radiando a 6500 CLongitud de onda:0,2-3,5 m Longitud de onda:4-70 m(Infrarrojo) Atmsfera

Efecto de Invernadero (Explicacin Esquemtica)

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10Qu es el Efecto de Invernadero?:La radiacin procedente del Sol llega a las capas superiores de la atmsfera con un espectro ideal correspondiente a un cuerpo negro que emitiera a unos 6500C. Al atravesar la atmsfera se produce la absorcin en ciertas bandas de frecuencia, debidas principalmente al O2, O3, H2O y CO2.En el nivel del suelo se recibe un espectro final que abarca principalmente desde 0,2 m hasta 3,5 m.Esta energa no desaparece, sino que se transforma: calienta el suelo. La Tierra reemite esa energa, pero ahora con otra longitud de onda ms larga (infrarroja, aprox. desde 4,0 m hasta unas 70 m).

Durante la transmisin a travs de la atmsfera hacia el exterior, esta energa es parcialmente absorbida, pero ahora por el CO2 y H2O y otros gases poliatmicos.

La energa atrapada no puede escapar libremente al espacio exterior, lo cual impide el enfriamiento de la atmsfera, que nosotros lo percibimos como un calentamiento de la atmsfera, lo que da lugar al llamado efecto invernadero.

Esta explicacin es esquemtica y realmente no explica nada acerca de preguntas esenciales, tales como:Qu es la radiacin trmica y que propiedades la caracterizan?Por qu la atmsfera absorbe preferentemente la radiacin infrarroja?Cmo se mantiene el equilibrio entre la energa recibida del Sol y la energa emitida al espacio?Etc.Por este motivo hace falta completarla con la explicacin del punto 4.

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Public estos resultados en 1896, y una de las conclusiones principales era: Si se redujera a la mitad la cantidad de CO2 presente en la atmsfera, la temperatura media de la Tierra se reducira entre 4 y 5 C. Este resultado pareca apoyar el origen de las glaciaciones, de acuerdo con el conocimiento que se tena en esa poca sobre stas. Volver a ndiceIntroduccin

11Desde el punto de vista de la explicacin del origen de las glaciaciones, posteriormente se ha hallado que estos resultados no eran totalmente correctos, puesto que, si bien la cantidad de CO2 y el vapor de agua influyen directamente en la temperatura media de la Tierra, hay otros fenmenos que intervienen y tienen una influencia considerable en las glaciaciones.

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Volver a ndicePero tambin se puede derivar una consecuencia lgica de los resultados de Arrhenius: Si se multiplicara por 2 la cantidad de CO2 en la atmsfera, la temperatura media de la Tierra subira entre 5 y 6 C. Introduccin

12Hay que insistir en que en esa poca no haba ninguna sospecha ni temor acerca de un potencial aumento excesivo de la temperatura de la Tierra. Incluso haba cientficos (el mismo Arrhenius, etc) que especulaban con la posibilidad de moderar el clima del norte de Europa mediante la produccin artificial de CO2

No se le ocurri a nadie continuar con las investigaciones sobre la absorcin de la energa radiante por los gases de efecto de invernadero.

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Volver a ndiceEn 1900, Knut ngstrm puso a prueba los resultados de Arrhenius, y realiz un experimento de medicin de la variacin de la cantidad de energa radiante absorbida por el CO2 con la variacin de la cantidad de este gasEsto significaba que no se podra producir ningn aumento de temperatura al aumentar el CO2 en la atmsferaEstos experimentos se realizaron en laboratorios situados en capas bajas de la atmsfera, y los resultados mostraban que el CO2 presente en la atmsfera estaba saturado para la radiacin.Introduccin

13An ms convincente era el hecho de que el vapor de agua, que es mucho ms abundante que el CO2 en la atmsfera, tambin intercepta la radiacin infrarroja, y precisamente en unas bandas que se solapan con las del CO2

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Este resultado supuso un grave descrdito para Arrhenius. ste abandon sus investigaciones sobre el origen de las glaciaciones, y ningn otro cientfico importante se dedic durante varias dcadas a investigar en este campo.Se puede decir que haba una confianza generalizada en que el CO2 emitido por los seres humanos no podra nunca llegar a afectar a algo tan inmensamente grande como la atmsfera y el clima de la Tierra.En aquella poca no haba un punto de vista oficial" sobre un hipottico calentamiento excesivo de la Tierra por la presencia de gases de efecto invernadero.Introduccin Volver a ndice

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El conocimiento que se ha ido adquiriendo sobre el efecto de invernadero nos permite ahora afirmar que es imprescindible para el sostenimiento de la vida en la Tierra.Sin el efecto de invernadero, la temperatura media en la Tierra sera unos 32 C inferior a la actual, es decir, unos 17 C.Volver a ndiceIntroduccin

15El conocimiento que se ha ido adquiriendo sobre el efecto de invernadero nos permite ahora afirmar que es imprescindible para el sostenimiento de la vida en la Tierra.

Sin el efecto de invernadero, la temperatura media en la Tierra sera unos 32 C inferior a la actual, es decir, unos 17 C.

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Representacin grfica de las causas principales de las glaciaciones, segn las teora de Milutin Milankovitch, publicadas en 1914Introduccin

16En 1914 Milutin Milankovitch public la primera versin de una teora que es ampliamente aceptada en la actualidad, y que explica que el origen principal de las glaciaciones reside probablemente en la fluctuacin de la inclinacin del eje de la Tierra, la fluctuacin de la excentricidad de la rbita de la Tierra, y la rotacin de la lnea de psides.

Por lo que respecta al objeto original de la investigacin de Arrehnius, sus resultados no explican de forma totalmente rigurosa el origen de las glaciaciones, porque las causas de la ltimas eras glaciales (ocurridas en los ltimos 500.000 aos) dependen no solo de las cantidades de CO2 presentes en la atmsfera.

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Newton public en 1672 los resultados de un el experimento de dispersin de la luz blanca del Sol por un prisma. Concluy que la luz del Sol est compuesta por la mezcla de luces de distintos coloresLuz del Sol incidente Dispersin de la luz por un prisma: (experimento de Newton) Volver a ndiceNaturaleza de la Luz

17El efecto de invernadero es un fenmeno en el que interviene fundamentalmente la energa que recibimos del Sol en forma de luz solar. Entendemos que una explicacin rigurosa de la naturaleza de la luz est fuera del alcance de estas Notas, por lo cual daremos solo una explicacin intuitiva

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Naturaleza de la Luz

En la actualidad se considera que la luz tiene una naturaleza doble:- Es una onda electromagntica- Es una emisin de partculas subatmicas llamadas fotonesEn ambos casos, el parmetro fundamental de la luz es su energa, que se expresa mediante la frmula de Planck:E = h.vh = Constante de Plankv = frecuencia de la luzVolver a ndice

18El desarrollo de la ciencia en este campo ha sido inmenso, y hacia mediados del siglo XIX ya se haba avanzado lo suficiente (por ejemplo, las ecuaciones de Maxwell) como para describir la luz en la forma de onda electromagntica (una onda en un campomagntico y en un campo elctrico).

A comienzos del siglo XX Max Planck introduce el concepto de quanto de energa, y con ello comienza el desarrollo de la fsica cuntica.

A comienzos del siglo XX Albert Einstein explica el efecto fotoelctrico como el resultado de la interaccin de unas partculas denominadas fotones con la materia.

La frmula de Planck de la energa de la luz es vlida tanto si se trata de una onda electromagntica, como si se trata de una emisin de fotones. En consecuencia, los fotones tambin tienen una longitud de onda, aunque sean partculas.

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Volver a ndiceEspectro electromagntico completoNaturaleza de la Luz

19La capacidad de la radiacin electromagntica para penetrar la atmsfera y alcanzar el suelo es limitada:

Frecuencias que SI penetran completamente: Ondas con longitud de onda > 1m (radio) y ondas desde 0,5 x10-6 hasta 1x10-6 Frecuencias que SI penetran parcialmente: Ondas con longitud de onda 0, debido a que las molculas suelen forman agrupaciones de duracin muy corta, que absorben energa en frecuencias ligeramente superior o inferior a la nominal correspondiente a la molcula aislada.

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Volver a ndiceVamos a explicar el efecto de invernadero de forma un poco ms rigurosa que la que hemos aplicado en la pgina 9 de la Introduccin.No obstante, se recomienda leer el artculo siguiente, escrito por Raymond T. Pierrehumbert, (Louis Block Professor in Geophysical Sciences, Universidad de Chicago)

https://geosci.uchicago.edu/~rtp1/papers/PhysTodayRT2011.pdfEl efecto de invernadero

26La explicacin del efecto de invernadero que vamos a dar no es rigurosa, pero lo es mucho ms que la explicacin esquemtica que vimos en la introduccin.

El efecto de invernadero es un fenmeno mucho ms complejo de lo que se haba imaginado. Interviene la absorcin de energa por el vapor de agua y por el CO2, pero tambin tiene una gran importancia la transmisin de la energa a travs de los GEI.

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Algunas cuestiones fundamentalesVolver a ndice

Funcin de Planck para la radiacin de un cuerpo negro a 260 K -13,16 C

Nmero de ondas = 1/El efecto de invernadero

27Todos los cuerpos emiten una radiacin trmica, que, de acuerdo con lo explicado, es una radiacin electromagntica. Esta radiacin es una mezcla de radiaciones con longitudes de onda determinadas (ver el experimento de Newton).

Un cuerpo negro se define como aquel que est en equilibrio termodinmico con la radiacin trmica que emite. Uncuerpo negroes un objeto terico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energa radiante que incide sobre l. Nada de la radiacin incidente se refleja o pasa a travs del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite radiacin electromagntica y constituye un sistema fsico idealizado para el estudio de la emisin de dicha radiacin.

Para esa radiacin de cuerpo negro, la distribucin del flujo de energa respecto de la frecuencia est dada por una expresin universal denominada funcin de Planck B(v,T), en la cual v es la frecuencia y T es la temperatura absoluta (K).

En esta frmula, el flujo de la radiacin se expresa en vatios/(m2.estereorradin)

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Algunas cuestiones fundamentalesF = T4En esta frmula tenemos: = 25kb4/(15c2h3) 5,67x10-8wm-2K-4kb= Constante de Boltzmannc = Velocidad de la luzh= Constante de PlanckVolver a ndiceEl efecto de invernaderoLey de Stefan-Boltzmann

28Si se integra la Funcin de Planck sobre todas las direcciones y todas las frecuencias obtenemos la ley de Stefan-Boltzmann, que nos da el flujo F que radia la superficie de un cuerpo negro:

La inclusin de h y c en la formula significa que la relatividad y la cuantizacin, que son los dos aspectos no clsicos del universo, se manifiestan macroscpicamente en temas tan fundamentales como la temperatura de los planetas .

El incremento del flujo segn la cuarta potencia de la temperatura es la principal retroalimentacin negativa que permite a los planetas mantenerse en equilibrio con su fuente de energa.

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Volver a ndiceEl efecto de invernaderoEn 1930! E. O. Hulburt y otros cientficos hallaron errores de concepto muy graves en el experimento de ngstrm, que invalidaban sus resultados, y que, en principio, volvan a dar cierto crdito a la explicacin de Arrhenius.El aspecto ms importante que ngstrm haba pasado por alto es que la transmisin de la energa a travs de la atmsfera es un fenmeno muy complejo, debido a que se da de forma simultnea la radiacin de las capas de la atmsfera y la transmisin entre diferentes capas.

29Retomamos la discusin tal como la dejamos en la pgina 13 de la Introduccin.

ngstrm haba supuesto que la atmsfera se comporta como una nica capa con propiedades uniformes en todo su espesor respecto de la transmisin de la energa.

En realidad, como ya Arrhenius haba supuesto, la transmisin de la energa a travs de la atmsfera se realiza mediante fenmenos simultneos de radiacin de las capas de la atmsfera y transmisin de energa a travs de las capas, hasta que se alcanza la capa externa de la atmsfera, y la energa puede escapar al espacio vaco.

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Volver a ndiceEl efecto de invernadero

La radiacin procedente del Sol llega a las capas superiores de la atmsfera con el espectro de un cuerpo negro ideal que emitiera a unos 6500CFuente: Wikipedia

30Del total de la radiacin que se recibe en las capas superiores de la atmsfera, aprox. el 26 % se refleja hacia el espacio por la propia atmsfera y las nubes, y el 19% se absorbe por la atmsfera y las nubes. La mayor parte de la energa remanente llega al suelo y se absorbe por la superficie de la Tierra.

Al atravesar la atmsfera se produce la absorcin en ciertas bandas de frecuencia, debidas principalmente al O2, O3, H2O y CO2.

La energa que llega al suelo procedente del Sol est compuesta por una mezcla de longitudes de onda, de las cuales las ms abundantes corresponden a longitudes de onda cortas (es decir, radiaciones de mayor energa), abarcando desde la luz visible y llegando incluso a los ultravioletas, en concreto, desde aproximadamente 0,2 m hasta 4,0 m).

Ahora se produce un fenmeno interesante: La radiacin incide sobre el suelo y lo calienta = la energa se transforma (no puede desaparecer!)

Pg. 6 de 1419-4-2016 Durante la transmisin a travs de la atmsfera hacia el exterior, la energa es parcialmente absorbida, pero ahora por el CO2 y H2O, lo que da lugar al efecto invernadero.El efecto de invernaderoVolver a ndice

Fuente: WikipediaEl grfico de la derecha muestra los espectros de emisin para tres temperaturas:210 K = -63 C 260 K = -13 C 310 K = 37 C

31En su interaccin con el suelo, algunas radiaciones se reflejan directamente hacia el exterior, y por tener longitud de onda ms corta, no son absorbidas por los gases de efecto invernadero.

Las radiaciones incidentes se transforman en energa de longitud de onda ms larga (infrarroja, aproximadamente desde 4,0 m hasta unas 100 m), que es emitida hacia la atmsfera, y que es parcialmente absorbida por los gases de efecto invernadero.

Debido a que la superficie de la Tierra est ms fra que la fotosfera del Sol, la Tierra radia la energa en longitudes de onda mucho ms largas que las de la energa procedente del Sol y que es absorbida por el suelo.

La mayor parte de esta radiacin trmica se absorbe por la atmsfera, calentndola. Adems de la absorcin de la energa solar y trmica, la atmsfera gana calor debido a los flujos de calor latente (evaporacin) y calor sensible (conveccin) que se originan en la superficie de la Tierra.

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Volver a ndiceEl suelo emite como un cuerpo negro ideal, caracterizado por la funcin B de Planck.La energa escapar hacia el espacio desde la capa 3, que es la capa superior de la atmsfera.El efecto de invernaderoEl efecto de invernadero no calienta la Tierra, sino que frena la emisin de la radiacin infrarroja que emite la Tierra.El efecto final es aun aumento de temperatura de la Tierra.

32Vamos a mostrar la transferencia de energa desde el suelo hasta la capa ms externa de la atmsfera, y como es emitida por sta hacia el espacio

Las flechas onduladas significan emisin trmica, y las flechas rectas significan radiacin transmitida

1.- El suelo radia como un cuerpo negro, ver Funcin de Planck, a la temperatura del suelo Tg

2.- La atmsfera de la Tierra es una mezcla de materia (gases, entre ellos los GEI) y fotones con frecuencia perteneciente a las frecuencias de la luz incidente, y al rango Infrarrojo Trmico (4 a 70 m).

3.- Excepto en las capas exteriores de la atmsfera (muy enrarecidas), la materia se puede considerar dividida en capas con un espesor suficiente para poder aplicar las leyes de la Termodinmica, pero suficientemente finas para poderlas considerar en un estado de equilibrio termodinmico (Equilibrio Termodinmico Local, ETL).

4.- Cada una de las capas consideradas radiar como un cuerpo negro. Para esa radiacin de cuerpo negro, la distribucin del flujo de energa respecto de la frecuencia est dada por la funcin de Planck B(v,T), en la cual v es la frecuencia y T es la temperatura absoluta (K). Ver pgina 27.

La atmsfera situada cerca de la superficie de la Tierra es en gran medida opaca a la radiacin trmica infrarroja (con excepciones importantes debidas a las bandas ventana, y la mayor parte del calor emitido por la superficies es mediante procesos de transporte de calor latente y calor sensible.

Una capa de la atmsfera que contenga GEI absorbe la energa trmica radiada hacia arriba por las capas inferiores. Esta energa es vuelta a radiar en todas las direcciones, tanto hacia arriba como hacia abajo; en el equilibrio termodinmico (Ley de Kirchoff), se emite la misma energa que la que se ha absorbido.

Esto da lugar a que no se produzca el enfriamiento que se debiera producir en las capas inferiores y en ltimo trmino en el suelo

Este freno a la radiacin se mantiene hasta que la capa ms externa de la atmsfera radia hacia el exterior una cierta cantidad de energa, que al no encontrar ninguna capa ms externa, no genera ninguna radiacin hacia abajo y con ello no se produce ningn calentamiento de las capas inferiores.

En caso de que se produzca un incremento de la concentracin de gases de efecto de invernadero, aumentar la absorcin y la re-radiacin, lo cual evitar an ms el enfriamiento de las capas inferiores y en ltimo trmino, del suelo.

Pg. 8 de 1419-4-2016 Volver a ndiceBalance energtico del efecto de invernaderoEl efecto de invernaderoFuente: Revista Investigacin y Ciencia, junio 1989Conveccin trmica = Calor sensibleEvaporacin = Calor latente

33Balance energtico del efecto de invernadero:

- Radiacin solar que llega a las capas altas de la atmsfera (A=100)- Radiacin solar reflejada directamente por la atmsfera (B=25)- Radiacin solar absorbida por la atmsfera (C=25)- Radiacin reflejada por el suelo (R=5) - Radiacin que llega al suelo (S= A-B-C-R = 45) - Radiacin absorbida por el suelo (D=45)- Radiacin solar reflejada (T= C+R = 30)- Radiacin emitida por la atmsfera (N = 25)- Conveccin trmica del suelo (G=5)- Radiacin de la energa latente (evaporacin) (H=24)- Radiacin emitida por el suelo (I=100)- Radiacin infrarroja que escapa al espacio desde el suelo (J=4)- Radiacin infrarroja que escapa al espacio desde la atmsfera (K=12)- Radiacin total emitida por el suelo (L=I+J =100+4 = 104)- Radiacin total emitida por la atmsfera (M= F+G+H+K= 66) - Radiacin del Efecto de Invernadero retenida en la (EI= I-K= 88) atmsfera

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El efecto de invernaderoAerosoles estratosfricosGases trazaAerosoles troposfricosCapas y constituyentes atmosfricosSuperficie del terrenoAltitud sobre el nivel del mar

Molculas de gas (dispersin de Rayleigh)

34En el caso de la Tierra, la atmsfera se calienta desde abajo, las capas inferiores se agitan debido a movimientos convectivos y otros fenmenos de los fluidos.

El movimiento constante de ascenso y el enfriamiento adiabtico establecen una regin cuya temperatura disminuye con la altura. Esta regin es la troposfera.A alturas superiores, la transferencia de calor est dominada por la transferencia radiativa en lugar de los movimiento de fluidos. Esa regin corresponde a la estratosfera, cuya temperatura es constante, o disminuye ligeramente con la altura, debido al puro equilibrio radiativo infrarrojo, pero la absorcin local de la radiacin solar puede provocar un aumento de temperatura con la altitud. El O3 facilita dicho efecto.

Hasta los 3.000 m de altitud, el vapor de agua produce la mayor parte del efecto invernadero.

A partir de esa altitud, el CO2 y resto de GEIs se convierten en los principales factores del efecto invernadero.

En las condiciones actuales de la Tierra, el CO2 es responsable aprox. de un tercio del efecto de invernadero entre los dos trpicos, y una cantidad ligeramente mayor en los espacios extra-trpicos. El resto se debe en gran medida al vapor de agua.

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Volver a ndiceEl efecto de invernaderoEl CO2 es un driver (impulsor), mientras que el vapor de agua es un efecto del CO2El CO2 o el vapor de agua. Cul de ellos origina el efecto de invernadero?

35Debemos considerar que el CO2, adems de su considerable efecto trmico, tiene tambin otro importante papel como controlador del clima.

Si se eliminara el CO2 de la atmsfera, la atmsfera se enfriara hasta el punto de que la mayora del H2O estara en forma slida. Ese efecto, a su vez, enfriara an ms la atmsfera, conduciendo a la Tierra a un estado glacial global.

Es la presencia del CO2 la que mantiene a la atmsfera suficientemente caliente para contener una gran cantidad de vapor de agua.

De la misma forma, un incremento del CO2 calentara la atmsfera, lo cual conducira a un nivel ms alto de vapor de agua, lo cual se conoce hoy en da como retroalimentacin del vapor de agua.

El CO2 es un driver (impulsor), mientras que el vapor de agua es un efecto del CO2

Esto se debe a que los mecanismos de generacin del CO2 y del vapor de agua son diferentes:

El vapor de agua se produce por evaporacin del agua lquida. Este proceso depende la temperatura, y por ello un aumento de CO2 produce un aumento de vapor de agua.

El CO2 se produce por las emisiones de GEI (actividades humanas), que no dependen de la temperatura. Por ese motivo, un aumento de vapor de agua no produce un aumento de CO2

Aunque el primer clculo del calentamiento de la Tierra debido al CO2 lo realiz Arrhenius en 1896, la precisa espectroscopia del CO2 y del vapor de agua, as como la formulacin del correcto equilibrio de energa planetario no se alcanzaron hasta los trabajos de Syukuro Manabe y Richard Wetherald en 1967

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Variacin de la temperatura de la atmsfera con la altitudVolver a ndiceEl efecto de invernadero

36La concentracin del vapor de agua (es un vapor) va disminuyendo de forma progresiva con la altura, pero a unos 5.000 m de altitud la temperatura de la atmsfera es 0 C, el agua lquida se hace hielo, y la tensin de vapor se hace muy baja.

En consecuencia, el vapor de agua desaparece casi por completo por encima de los 5.000 m.

Esto es evidente, teniendo en cuenta que el agua no puede estar en forma lquida por debajo de los 0 C, temperatura que se alcanza de forma natural hacia los 5.000 metros de altitud, y la tensin de vapor del agua a esa temperatura es bajsima. Vamos a ver que implicaciones tiene este fenmeno en la explicacin del efecto de invernadero.

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Diagrama de fases del CO2Volver a ndice1 kPa aprox. 0,01 AtmEl efecto de invernadero

37La concentracin de CO2 (es un gas) va disminuyendo con la altura, pero no sufre un cambio de fase brusco (no se licua) al bajar la temperatura por efecto de la altura. Por ello, existe en cantidades apreciables por encima de los 20.000 m de altitud.

Esta diferencia entre el comportamiento del vapor de agua y el CO2 es importante para explicar de forma convincente el efecto de invernadero.

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Volver a ndiceCorrelacin entre la temperatura global y la concentracin de CO2Fuente: Revista Investigacin y Ciencia, Junio de 1989El efecto de invernadero

38En 1938, nueve aos despus de la muerte de Arrhenius, el ingeniero ingls G. S. Callendar dio a la teora de Efecto de Invernadero originado por los GEI un gran impulso. Callendar estudi las mediciones de temperatura del siglo XIX y posteriores, y vio un apreciable aumento.

Luego, comprob un aumento apreciable del CO2 durante el mismo perodo; descubri que los niveles de CO2 haban aumentado aproximadamente un 10% en 100 aos.

Dedujo que ese calentamiento se deba probablemente a un aumento en los niveles de CO2.A partir de esa fecha, y gracias a los trabajos de G. S. Callendar, se cambia la orientacin de los estudios del efecto invernadero hacia lo que ahora se denomina el efecto invernadero intensificado (ver punto 2). En lo que sigue nos referiremos siempre a este concepto.

En las figuras podemos ver los grficos que muestran el calentamiento experimentado desde 1870, y la evolucin de la cantidad de CO2, as como la cantidad de Carbono producido por la deforestacin y el cambio de uso de los terrenos desde 1850. Debe quedar perfectamente claro que hasta 1870, la temperatura media se deba a la existencia del efecto invernadero natural, pero que desde esa fecha el incremento de temperatura se debe al efecto de invernadero forzado.

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El efecto de invernaderoVolver a ndice

Medicin espesor del hielo por un submarino en el polo Norte en 1958Globo estratosfrico, 1958

39En la dcada de 1950 los investigadores militares de los Estados Unidos realizaron investigaciones muy importantes de las capas ms externas de la atmsfera, debido al inters estratgico de ese tipo de conocimiento (vuelo de aviones, transmisin de seales, teledeteccin de objetos, etc.). La fsica de la absorcin de radiacin en esas condiciones de densidad y temperatura de los gases es distinta de los fenmenos que se dan en las capas inferiores de la atmsfera.

Las franjas de absorcin de los gases se hacen sumamente estrechas, con lo cual el fenmeno de solapamiento es despreciable, lo que hace que la absorcin de energa por los GEI se pueda calcular con mejor precisin.

Con unos datos de absorcin mucho ms fiables, en 1956 el fsico Gilbert Plass confirm experimentalmente que aadiendo CO2 a la atmsfera se produca un aumento de la absorcin de la radiacin infrarroja, y estim que la industrializacin, con el consiguiente aumento del consumo de energa, supondra un aumento de la temperatura de la Tierra de algo ms de 1 C por siglo.

A finales de la dcada de 1950, Plass y otros cientficos en los EE.UU. comenzaron a advertir a los funcionarios del Gobierno que el calentamiento por el efecto invernadero podra convertirse en un grave problema en el futuro.

De forma independiente de los resultados anteriores, en EE.UU. ya se haba comenzado el seguimiento de lo que muchos crean eran los efectos directos del calentamiento mundial: Los submarinos que operaban en el Crculo Polar rtico tomaron lecturas precisas del grosor de las capas de hielo que flotan en el ocano.

Cuando el Pentgono public los datos en la dcada de los aos noventa, se revel la existencia de una sorprendente fusin de la capa de hielo, con un adelgazamiento medio de 1,3 metros desde 1953 hasta los aos noventa, es decir un 40 %.

En la dcada de 1960, los investigadores de la Scripps Institution of Oceanography en San Diego comenzaron a tomar un gran nmero de mediciones del CO2 atmosfrico. El objetivo era establecer un nivel de referencia con el que poder comparar las lecturas futuras, por ejemplo, posteriores una dcada o ms.

Durante la dcada de los aos sesenta, el conocimiento sobre el efecto invernadero se extiende entre los cientficos de todas las ramas, vindose implicados incluso las personas que trabajan en campos aparentemente alejados.

Por ejemplo, Juan Or (qumico espaol que trabaj en los proyectos Viking de exploracin de la atmsfera y terreno en Marte) ya menciona en uno de sus libros el efecto invernadero como una amenaza para el futuro de la Tierra

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Volver a ndiceNMVOC: compuestos orgnicos voltiles (no metano)Gases de Efecto de InvernaderoNat.AntropognicosCambios en la radiacin solarCambios en el albedo por uso de las tierrasGases y aerosoles de corta vidaGases GEI bien mezcladosAerosoles y precursores(Polvo minerales, SO4, NH3, Carbono orgnico, negro de humoNOxNMVOCCON2OHalocarburosCH4CO2Compuestos emitidosAjustes en las nubes debidos a los aerosolesPolvo minerales, Sulfatos, Nitratos, carbono orgnico, negro de humoNitrato, CH4, O3CO2, CH4, O3CO2, CH4, O3NO2O3, CFCs, HCFCsCO2, H2O*, O3, CH4CO2Forzamientos atmos-fricos resultantes

40Toda actividad humana se realiza con consumo de energa, y por ello con emisin de GEIs.

Vamos a estudiar los gases de efecto de invernadero, cuales son y que efecto producen.

Esos GEIs tienen capacidades de retencin de la energa radiante de la Tierra muy dispares.

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Volver a ndiceEl CO2 produce el forzamiento mximo, pero los efectos del resto de GEI no son despreciablesVer el efecto de enfriamiento de los aerosoles, las nubes y el cambio de uso de las tierras.NMVOC: compuestos orgnicos voltiles (no metano)Balance de forzamientos radiativos - Informe IPCC de 2013

41Toda actividad humana se realiza con emisin de GEIs.

Vamos a estudiar los gases de efecto de invernadero, cuales son y que efecto producen.

Esos GEIs tienen capacidades de retencin de la energa radiante de la Tierra muy dispares.Para tratar con comodidad este asunto, se ha desarrollado el concepto de CO2 equivalente: resulta de la suma de las emisiones de cada gasmultiplicado por un factor f=CapRetencGas/CapRetencCO2.En los informes de IPCC, protocolos de Kioto, etc, las cifras son siempre de CO2 equivalente.

Fuente IPCC-2013. https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdfPg. 3 de 1819-4-2016

Volver a ndiceEl aumento del forzamiento radiativo se mide respecto del valor del ao 1750.El valor absoluto en 1850 era aprox. 0,17 w/m2Evolucin del forzamiento radiativo del CO2 en w/m2 Informe IPCC de 2013

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El efecto de invernaderoPg. 4 de 1819-4-2016

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Fuente: ESRL-NOAAhttp://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/globalview/

43La concentracin de CO2 en la atmsfera, medida en ppm (mol x mol-1), tiene una fuerte dependencia de la latitud.

Esto se debe a que en el Hemisferio Norte se concentran principalmente las tierras emergidas, en las que se realiza el proceso de fotosntesis de las plantas.

En este proceso se produce de forma alternada a lo largo del ao el consumo de CO2 (en primavera-verano) y su emisin en otoo-invierno.

Observar el aumento sufrido desde 2001 hasta 2012.

Volver a ndiceConcentracin de CO2 en la atmsfera en 2015400 ppm = 0,04%La concentracin de CO2 es el resultado de la acumulacin de las diferencias entre emisiones y absorcionesPg. 5 de 1819-4-2016

Concentracin de CO2 en la atmsfera (ppm)

44Este grfico muestra la concentracin de CO2 en la atmsfera, medida por la NASA desde 1948 hasta hoy. Hasta 1980 datos de NASA. Posteriores de NOAA-ESRL. De 2016, estimacin de CO2Org.Este grfico muestra un aumento de la concentracin siempre creciente.cmo podemos analizar estos datos y obtener alguna enseanza?

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La velocidad de aumen-to de la concentracin de CO2 sigue creciendo: - En 1948: 0,38 ppm/ao- En 2016: 2,30 ppm/ao Pg. 6 de 1819-4-2016

La reduccin de la velocidad de crecimiento de emisiones debiera pasar por un punto de inflexin=lnea horizontalVelocidad de aumento de la Concentracin de CO2 en la atmsfera (ppm/ao)

45La velocidad a la que crece la concentracin del CO2 aumenta con el tiempo (no se mantiene constante). Se trata de un crecimiento acelerado (con aceleracin)En 1948 era 0,38 ppm/aoEn 2016 es 2,3 ppm/aoEsto es lo que hace especialmente peligrosa la situacin actual: nos acercamos cada vez ms rpidamente a la catstrofe

Volver a ndicePg. 7 de 1819-4-2016

Se ha calculado una curva de regresin (R = 0,92) con los valores desde 1948 hasta 2005Curva de regresin: y=0,0127(41+x)2-0,55(41+x)-0,01En la frmula el valor x para 1948 vale 0 y se suma 1 para cada ao sucesivoConcentracin de CO2 en la atmsfera (ppm)

46Nos podemos hacer una pregunta: Las acciones emprendidas a consecuencia del Protocolo de Kioto han supuesto un cambio en la evolucin de la concentracin de CO2?.Para ello se calcula una curva de regresin con los datos de 1948 hasta 2005. Esta curva tiene un coeficiente de correlacin de 0,92, que es muy elevado

Hiptesis neutra: la media de las diferencias entre datos y puntos de la curva posteriores a 2005 est dentro del I.C. de la media anterior a 2005.Los datos muestran que la hiptesis no se puede rechazarPg. 8 de 1819-4-2016 Volver a ndiceConcentracin de CO2 en la atmsfera (ppm)

47En esta figura prolongamos la curva de regresin hasta hoy, y vemos que no hay evidencia grfica de que los datos de medida del CO2 se estn desviando de forma significativa de la curva de regresin.Enseanzas:La curva de regresin sigue siendo vlida para calcular la evolucin de la concentracin del CO2 Podemos calcular la velocidad a la que crece esa concentracin del CO2 Hasta hoy no hay indicios de que se este frenando el aumento de concentracinVamos a calcular si la media de las diferencias entre valores medidos y puntos de la curva para los 11 valores posteriores a 2005 es consistente con los 62 valores anteriores:Prueba de Hiptesis nula H0: Xpk=XkMedia Pre-Kioto (Xpk)= -0,01 Pre-Kioto= 0,761Media Kioto (Xk)= -0,0071 Kioto= ,0925t Student para 95% y 11 g.l.= 2,20Intervalo para la media=+0,60-0,62Como la media de los datos Kioto es -0,0071 est entre 0,60 y -0,62 no hay razones para rechazar la Hiptesis Nula H0: Xpk=Xk

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La Gran PreguntaCunto CO2 podemos emitir sin correr riesgos de sobrepasar 2 C en 2100?La respuesta es probabilsticaConcentrac. de CO2 (eq.)Probabilidad de sobrepasar 2CConcentrac.de CO2550 ppm*68 99 %*470 ppm*450 ppm26 78 %400 ppm400 ppm2 58 %355 ppmAos al ritmo actual2043*20151992

Un aumento de 2 C sobre la temperatura preindustrial supondra someter al Mundo a un cmulo de problemas que hara la vida muy difcil para miles de millones de personas* Al ritmo actual de emisiones de CO2

Volver a ndicePulsar para ver evolucin futura

48La respuesta a la Gran Pregunta es necesariamente probabilstica (intervienen probabilidades).Al ritmo actual de emisiones de GEIEn 2015, tenemos una probabilidad entre 26 y 78 % de sobrepasar los 2 CEn 2043, tendremos una probabilidad entre 68 y 99 % de sobrepasar los 2 C

Los especialistas han establecido un lmite de unas 560 ppm (0,056 %), ms all del cual las consecuencias del calentamiento global seran muy graves: Transformaciones muy importantes del clima Subida del nivel del mar, cambios en las lneas de costa Acidificacin del mar, con desaparicin de especies de inters econmico Cambios en la climatologa (rgimen de lluvias, severidad y frecuencia de huracanes, etc).

Ese lmite de 560 ppm no se debe superar bajo ningn concepto, en un horizonte de unos 50 - 100 aos.

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Volver a ndiceAcidificacin y aumento de temperatura de los ocanos Cambio de uso de las tierrasReducen su capacidad de absorcin del CO2

Aumenta la cantidad de CO2 retenida en la atmsfera

49Durante dos aos de la dcada de los aos setenta se realizaron mediciones de los niveles de CO2 en la Antrtida y sobre el volcn Mauna Loa en Hawai, y se hall que incluso en este corto perodo, haban aumentado.

Se lleg a la conclusin de que los ocanos no estn absorbiendo todos los gases de efecto invernadero que la actividad humana arroja a la atmsfera; por el contrario, las cantidades de CO2 presente en la atmsfera estn aumentando de forma contnua.

Este fue un descubrimiento muy importante, ya que por primera vez los cientficos supieron que los ocanos no van a ser capaces de absorber todo este CO2 que generamos.

Sin embargo, entre la poblacin en general, y los poderes pblicos, pocos consideraron como un problema el efecto invernadero y el calentamiento que traera consigo. En esos momentos, los modelos climticos sugeran aumentos de temperatura modestos, del orden de unos 2 C en varios cientos de aos.

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Volver a ndiceEl calentamiento global est en marcha y se est acelerandoLa cantidad de CO2 en la atmsfera es la ms alta de los ltimos 800.000 aos

Los efectos del calentamiento global son ya innegables

Valor en 2015 = 400 ppmMiles de aos antes del presenteEl calentamiento global

50En el decenio de 1980, se analizan muestras de hielo tomadas a diferentes profundidades en Groenlandia y en otros lugares. Las burbujas de aire que contiene el hielo se analizan y se halla la cantidad de CO2 que haba en la atmsfera durante las ltimas glaciaciones.

En 1987, una muestra de hielo procedente de la Antrtida central mostr que en los ltimos 400.000 aos, el CO2 ha disminuido a 180 partes por milln (ppm) durante los perodos glaciales ms extremos, y subi hasta las 280ppm en las etapas ms clidas, pero esta cifra no haba sido superada ninguna vez. En esos momentos, en el exterior del Laboratorio el aire contena unas 350ppm de CO2, que es un valor sin precedentes en casi medio milln de aos.

El contenido de CO2 en la atmsfera ya han superado con creces cualquier cifra medida en los ltimos 800.000 aos, y probablemente, los ltimos 2 millones de aos.Esto nos pone en una posicin de jugar a recuperar el tiempo perdido", incluso si empezamos la reduccin de emisiones de forma inmediata.

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Volver a ndiceTamao relativo del efecto de invernaderoEnerga retenida en la atmsfera por los GEIs emitidos en 1 ao: Aprox. 1,34x1013 Mwh durante 100 aos (Datos de 2015)

Energa primaria producida globalmente al ao: 1,55x1011 Mwh (2012)Calor producido = 1,55x1011x0,8= 1,08x1011Es el 0,805 % de la energa retenida en la atmsfera por efecto de los GEIs

51Para ver el tamao del efecto de invernadero lo podemos comparar con la cantidad de calor generada por la energa primaria producida globalmente durante un ao.

La hiptesis de partida es que la eficiencia media de la energa primaria es un 20 %, es decir, el 20 % se transforma en trabajo mecnico y el 80 % restante se transforma en calor, que se transfiere a la atmsfera.

El efecto invernadero y el calor originado por el consumo de energa primaria son dos fenmenos distintos por varios motivos, entre los que destacamos:- El consumo de energa primaria supone un aporte de calor a la atmsfera, pero el Efecto de Invernadero consiste en un freno al enfriamiento.- La escala temporal es completamente diferente- El tiempo de presencia de los GEI en la atmsfera es superior a 200 aos. Entonces la energa retenida por la atmsfera por el efecto invernadero de los GEI emitidos durante 1 ao es la suma de la energa retenida durante el perodo de presencia de los GEI, que es unos 200 aos.El tiempo durante el cual la energa primaria consumida durante 1 ao genera trabajo mecnico y calor es tambin 1 ao. Este calor se disipa de forma inmediata.

Por lo tanto, hay que comenzar calculando de la potencia de ambos fenmenos, y calcular despus la energa.Efecto de Invernadero Ao CO2 ppm Potencia emisin w/m2 1850 290 0,17 2016 400 1,70 Potencia emitida por CO2 Incrementos 110 1,53 0,014 w/m2/ppm Sup. Tierra Km2 Perm. Horas Incr.Co2/ao Ener. Absorb. 100 aos CO2 (Mwh)500.000.000 876000*) 2,2 ppm 1,34.1013 Consumo Energa Primaria Calor generado por Energ. Primaria Cons. 2012 (Mwh) 1,55.1011 x0,8 = 1,08.1011 Mwh Proporcin (%) 0,805Segn lo indicado, la energa primaria producida globalmente/ao es el 0,805 % de la energa emitida por la atmsfera debido al efecto de invernadero durante 100 aos.*) Esta cifra es el nmero de horas de 100 aos. Se considera que la eliminacin de CO2 de la atmsfera depende linealmente del tiempo.

Ciclo del Carbono en la Naturaleza

Pg. 13 de 1819-4-2016 Volver a ndiceEl origen del vapor de agua es claro: a las temperaturas actuales de la Tierra, la tensin de vapor del agua es suficiente para originar cantidades de vapor entre 0 y 4 %.El origen del CO2 est en el ciclo del Carbono en la Naturaleza. Este ciclo se completa en millones de aos, y hasta aproximadamente 1850 haba depositado en la atmsfera de forma natural unas 290 ppm (0,029 %).Cul es el origen del H2O y del CO2?

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Ciclo del Carbono en la NaturalezaFuente: Revista Investig. y CienciaRobert A. Berner Antonio C. LasagaMayo 1989Volver a ndice

53Las plantas toman el CO2 de la atmsfera y lo fijan en sus tejidos. Pasa al suelo, donde se combina con H2O, para formar cido carbnico (H2CO3).Este cido meteoriza los carbonatos y silicatos de las rocas, y se originan iones bicarbonato (HO3-), Calcio (Ca++) y slice disuelta (SiO2).Estos productos llegan transportados por los ros a los mares, cuya fauna sintetiza nuevamente CaCO3 y libera CO2, que vuelve a la atmsfera.La meteorizacin de las rocas carbonatadas no supone una prdida neta del CO2 atmosfrico, porque cuando los iones bicarbonato y calcio producidos durante la meteorizacin tambin se combinan para producir carbonato clcico en los mares, en estas reacciones solo la mitad del CO2 de la atmsfera vuelve a ella, dando como resultado una prdida neta del CO2 atmosfrico. El equilibrio se restablece en el manto terrestre, donde el CaCO3 y el SiO2 se calientan y se produce silicato clcico y CO2, que retorna a la atmsfera mediante el vulcanismo.Este ciclo se completa en millones de aos, y hasta 1850 haba depositado en la atmsfera unas 290 ppm (0,029 %).

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Ciclo del Carbono en la Naturaleza

Fuente: Revista Investig. y CienciaRobert A. Berner Antonio C. LasagaMayo 1989Volver a ndice

54Las plantas toman el CO2 de la atmsfera y lo fijan en sus tejidos. Pasa al suelo, donde se combina con H2O, para formar cido carbnico (H2CO3).Este cido meteoriza los carbonatos y silicatos de las rocas, y se originan iones bicarbonato (HO3-), Calcio (Ca++) y slice disuelta (SiO2).Estos productos llegan transportados por los ros a los mares, cuya fauna sintetiza nuevamente CaCO3 y libera CO2, que vuelve a la atmsfera.La meteorizacin de las rocas carbonatadas no supone una prdida neta del CO2 atmosfrico, porque cuando los iones bicarbonato y calcio producidos durante la meteorizacin tambin se combinan para producir carbonato clcico en los mares, en estas reacciones solo la mitad del CO2 de la atmsfera vuelve a ella, dando como resultado una prdida neta del CO2 atmosfrico. El equilibrio se restablece en el manto terrestre, donde el CaCO3 y el SiO2 se calientan y se produce silicato clcico y CO2, que retorna a la atmsfera mediante el vulcanismo.Este ciclo se completa en millones de aos, y hasta 1850 haba depositado en la atmsfera unas 290 ppm (0,029 %).

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Ciclo del Carbono en la NaturalezaFuente: Revista Investig. y CienciaRobert A. Berner Antonio C. LasagaMayo 1989Volver a ndice

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Balance del Carbono en la NaturalezaFuente: Revista Investig. y CienciaRobert A. Berner Antonio C. LasagaMayo 19891018 g = 1GTVolver a ndice

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57Y si todo no es ms que un gran engao y creamos un mundo mejor por nada?

Independencia energticaConservacin de las selvas hmedasSostenibilidadPuestos de trabajo en actividades ecolgicasCiudades viviblesEnergas renovablesAgua limpia, aire limpioNios sanosEtc., etc.