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13.5: Calentamiento Global

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    objetivos de aprendizaje

    • Describir efecto de los gases de efecto invernadero sobre la temperatura de equilibrio de la Tierra

    La radiación es un proceso natural de transferencia de calor; todo irradia calor constantemente. Cuando un sistema está en equilibrio, no notamos este intercambio de energía porque cada objeto absorbe y emite precisamente la cantidad de energía que recibe, pero este equilibrio es dinámico —el intercambio siempre se produce. En general, a medida que aumenta la temperatura de un objeto, emite energía más rápidamente emitiendo fotones a un ritmo más rápido, y emitiendo fotones de una energía promedio mayor.

    Si aproximamos a la Tierra como un perfecto absorbedor y emisor de la radiación recibida del sol (llamada cuerpo negro), esperaríamos que la Tierra estuviera a una temperatura promedio de 5°C, en lugar de los 14°C que observamos. La temperatura extra proviene de la Tierra y es la atmósfera absorbiendo selectivamente ciertas longitudes de onda de radiación mientras refleja otras longitudes de onda. La discrepancia de 9°C se debe al efecto invernadero. Los gases de la atmósfera son “absorbentes selectivos”; la energía en la parte visible del espectro electromagnético pasa a través de la atmósfera directamente a la superficie de la Tierra (con alguna reflexión ocurriendo también). La Tierra absorbe esta energía y luego vuelve a emitir radiación en la porción infrarroja del espectro. Los gases en la atmósfera, principalmente CO 2 y vapor de agua, son altamente absorbentes en la parte infrarroja del espectro. La atmósfera absorbe la radiación infrarroja de la Tierra, impidiendo que se escape al espacio. Debido a que todos los objetos emiten radiación continuamente, la atmósfera (habiendo absorbido la radiación de la Tierra) emite entonces radiación, parte de la cual luego es reabsorbida por la superficie de la Tierra. Así, el efecto invernadero es un ciclo continuo de absorción y emisión de energía entre la Tierra y la atmósfera. Esto hace que la atmósfera y superficie de la Tierra sean más cálidas de lo que se esperaba de otra manera

    Transferencia Radiativa

    El efecto invernadero es un fenómeno de transferencia radiativa, proceso por el cual se intercambia la energía de las ondas de luz en la materia. La transferencia radiativa dicta qué energía se refleja, absorbe y emite.

    imagen

    El efecto invernadero: Un resumen de la transferencia de calor en la atmósfera terrestre.

    Absorbedores atmosféricos

    Las propiedades de transferencia radiativa de los químicos atmosféricos dependen de la energía de la radiación (tanto para absorción como para emisión), y esas propiedades son únicas para cada sustancia química. En el contexto del calentamiento global, encontramos que es importante considerar tanto cómo los químicos como las partículas reflejan la luz solar y cómo absorben la energía radiada desde la Tierra. Los reflecters atmosféricos, notablemente los sulfatos y nitratos, reflejan y dispersan la luz antes de que llegue a la superficie de la Tierra, reduciendo efectivamente el poder que recibe la Tierra. Por otro lado, los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO 2), el metano (CH 4) y el óxido nitroso (N 2 O) son característicamente fuertes absorbentes de la energía radiada por la superficie terrestre. Absorben tan fuertemente porque normalmente exhiben un comportamiento de absorción resonante en el mismo rango de energía que la radiación emitida por la tierra. Estos atrapan el calor antes de que salga de la Tierra, aislando la Tierra y aumentando la temperatura de equilibrio de la Tierra.

    Entropía y Radiación Solar

    La Segunda Ley de la Termodinámica implica que para producir fuentes de energía se debe producir entropía. A escala planetaria, esta producción de entropía se explica principalmente por la absorción y reemisión de la radiación. En general, la tierra irradia la misma energía que recibe. (Si los gases de efecto invernadero aumentan, entonces la temperatura aumenta, y las temperaturas más altas hacen que la Tierra irradie más, compensando la mayor energía absorbida en la atmósfera.) Con la radiación de luz, encontramos que la entropía transportada por los fotones disminuye a medida que aumenta la temperatura, S1TS1T. Dado que la Tierra es más fría que el Sol, ya que la Tierra absorbe la radiación del Sol y vuelve a emitir radiación de la superficie de la Tierra, hay una producción neta de entropía. Esta producción neta de entropía permite almacenar y reutilizar energía, particularmente en forma de energía química almacenada por las células a través de la fotosíntesis.

    Puntos Clave

    • La atmósfera puede absorber y reflejar la radiación, ya sea aumentando o disminuyendo la temperatura promedio de la Tierra.
    • Todos los cuerpos emiten radiación de forma natural; los cuerpos más cálidos emiten más fotones, con mayores energías promedio.
    • Al absorber la luz solar y emitir radiación infrarroja, la Tierra produce entropía.

    Términos Clave

    • absorbedor selectivo: Un objeto que absorberá radiación sobre un conjunto particular de longitudes de onda pero no (es transparente) en otras longitudes de onda.
    • efecto invernadero: El proceso por el cual un planeta es calentado por su atmósfera.
    • gases de efecto invernadero: Cualquier gas, como dióxido de carbono o CFC, que contribuya al efecto invernadero cuando se libera a la atmósfera.
    • transferencia radiativa: La transferencia de radiación (energía) dejando un objeto y siendo absorbida por otro.
    • blackbody: Un objeto que es un perfecto absorbedor y emisor de radiación.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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