7.4: Gases de efecto invernadero

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Caralyn Zehnder, Kalina Manoylov, Samuel Mutiti, Christine Mutiti, Allison VandeVoort, & Donna Bennett
Georgia College and State University via GALILEO Open Learning Materials

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Estaremos cubriendo las cuatro categorías principales de gases de efecto invernadero que más han sido impactadas por los humanos. Consulte\(\PageIndex{1}\) el Cuadro para una comparación numérica de estos gases de efecto invernadero.

• Dióxido de carbono, CO ₂

• Metano, CH ₄

• Óxido nitroso, N ₂ O

• Gases fluorados sintéticos, incluidos hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF ₆)

El dióxido de carbono (CO ₂) es el gas de efecto invernadero responsable de la mayor parte del cambio climático causado por el hombre en nuestra atmósfera. Tiene la mayor concentración en la atmósfera de cualquiera de los gases de efecto invernadero que discutiremos aquí. Recuerde que el CO ₂ es un producto directo tanto de la combustión como de la respiración celular, provocando que se produzca en grandes cantidades tanto de forma natural como antropogénica. Cada vez que se quema biomasa o combustibles fósiles, se libera CO ₂. Las principales fuentes antropogénicas incluyen: producción de electricidad a partir de centrales eléctricas de carbón y gas natural, transporte e industria (Capítulo 4). Para tener una idea de cómo la concentración de CO ₂ ha cambiado con el tiempo, vea este video compilado por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA): http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/history.html. Este video contiene concentraciones atmosféricas de CO ₂ medidas directamente, que datan de 1958, así como concentraciones atmosféricas de CO ₂ medidas indirectamente a partir de datos de núcleos de hielo, que datan de 800,000 a. C. Para 1990, una cantidad de más de siete mil millones de toneladas de carbono (equivalente a 26 mil millones de toneladas de dióxido de carbono cuando también se considera el peso de los átomos de oxígeno) se emitía a la atmósfera cada año, gran parte de él de naciones industrializadas. Similar a la acción de los gases de efecto invernadero naturalmente existentes, cualquier gas de efecto invernadero adicional conduce a un aumento en la temperatura superficial de la Tierra.

Mientras que el CO ₂ es producido por la respiración celular aeróbica, gases como CH ₄ y N ₂ O suelen ser productos de metabolismos anaeróbicos. La agricultura es un importante contribuyente a las emisiones de CH ₄, como vio en la sección 7.1. Además de las bacterias anaerobias, el metano también es un componente importante del gas natural, y comúnmente se emite a través de la minería y el uso de gas natural y petróleo, además de la minería del carbón. Para una revisión de cómo se extraen los combustibles fósiles, véase el Capítulo 4. Finalmente, los rellenos sanitarios contribuyen significativamente a las emisiones de CH ₄, ya que los desechos depositados en el relleno sanitario sufren en gran medida descomposición anaeróbica ya que se entierran bajo muchas capas de basura y suelo. Las fuentes naturales de CH ₄ incluyen pantanos y humedales, y volcanes.

La gran mayoría de la producción de N ₂ O por parte de los humanos proviene de la gestión de tierras agrícolas. Si bien algo de N ₂ O se emite naturalmente a la atmósfera desde el suelo como parte del ciclo del nitrógeno, los cambios humanos en el manejo de la tierra, en gran parte debido a las prácticas agrícolas, han aumentado considerablemente las emisiones de N ₂ O. Algunos N ₂ O también se emiten desde el transporte y la industria.

Debido a sus concentraciones relativamente altas en la atmósfera en comparación con los gases sintéticos, CO ₂, CH ₄ y N ₂ O, son responsables de la mayor parte del cambio climático global causado por el hombre durante el siglo pasado. La Figura 7.9 muestra los incrementos en los tres gases después de la revolución industrial. Los datos del núcleo de hielo nos muestran que la concentración atmosférica de CO ₂ nunca superó las 300 ppm antes de la revolución industrial. A principios de 2015, la concentración atmosférica actual de CO ₂ es de 400 ppm. Comparando la Figura\(\PageIndex{1}\) con la Figura 7.3.3, arriba, ¿qué es probable que suceda con la temperatura global tras este aumento sin precedentes en los niveles de gases de efecto invernadero?

Captura de pantalla (95) .png — Figura\(\PageIndex{1}\): Aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera en los últimos 2,000 años. Los aumentos en las concentraciones de estos gases desde 1750 se deben a las actividades humanas en la era industrial. Las unidades de concentración son partes por millón (ppm) o partes por mil millones (ppb), lo que indica el número de moléculas del gas de efecto invernadero por millón o mil millones de moléculas de aire. Fuente: USGCRP (2009)

Una clase de productos químicos para gases de efecto invernadero que no tiene fuentes naturales son los gases fluorados. Estos incluyen HFC, PFC y SF6, entre otros. Debido a que estos son químicos sintéticos que solo son creados por humanos, estos gases eran esencialmente inexistentes antes de la revolución industrial. Estos gases sintéticos se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones, desde refrigerantes hasta fabricación de semiconductores, y propulsores a retardantes de fuego. Suelen tener una larga vida en la atmósfera, como se ve en Table\(\PageIndex{1}\). Algunos de estos productos químicos, así como los clorofluorocarbonos (CFC) más antiguos, han sido retirados por la legislación ambiental internacional bajo el Protocolo de Montreal (ver Capítulo 6). Debido a su larga vida útil, muchos de estos CFC ahora prohibidos permanecen en la atmósfera. Los reemplazos químicos más nuevos, como los HFC, proporcionan muchas de las mismas aplicaciones industriales, pero desafortunadamente tienen sus propias consecuencias ambientales.

Así como los gases de efecto invernadero difieren en sus fuentes y su tiempo de residencia en la atmósfera, también difieren en su capacidad para producir el efecto invernadero. Esto se mide por el potencial de calentamiento global, o GWP, de cada gas de efecto invernadero. El GWP de un gas de efecto invernadero se basa en su capacidad para absorber y dispersar energía, así como su vida útil en la atmósfera. Como el CO ₂ es el gas de efecto invernadero más prevalente, todos los demás gases de efecto invernadero se miden en relación con él. Como punto de referencia, el CO ₂ siempre tiene un GWP de 1. Obsérvese los valores muy altos de GWP de los gases fluorados sintéticos en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Esto se debe en gran parte a su muy largo tiempo de residencia en la atmósfera. También tenga en cuenta los valores de GWP más altos para CH ₄ y N ₂ O en comparación con CO ₂. ¿Cómo afecta esto la comparación de los efectos ambientales de las prácticas agrícolas en países menos industrializados y más industrializados que concluimos en la sección 7.1?

Gases de efecto invernadero	Fórmula química o abreviatura	Vida útil en la atmósfera	Potencial de calentamiento global (100 años)
Dióxido de carbono	CO ₂	Variable	1
Metano	CH ₄	12 años	28-36
Óxido nitroso	N ₂ O	114 años	298
Hidrofluorocarburos	Abreviatura: HFC	1-270 años	12-14,800
Perfluorocarburos	Abreviatura: PFC	2,600-50,000 años	7,390
Hexafluoruro de azufre	SF6	3,200 años	22,800

Otros influencers climáticos

Además de los gases de efecto invernadero, otros cambios producidos por el hombre pueden estar forzando el cambio climático. Los aumentos en el ozono cercano a la superficie de los motores de combustión interna, los aerosoles como el negro de humo, el polvo mineral y los gases de escape inducidos por la aviación están actuando para elevar la temperatura superficial. Esto ocurre principalmente debido a una disminución en el albedo de las superficies de color claro por el negro de humo, hollín, polvo o materia particulada de color más oscuro. Como sabes, es más cómodo llevar una camisa blanca en un caluroso día de verano que una camisa negra. ¿Por qué es esto? Porque el material de color más claro rebota más radiación solar hacia el espacio que el material de color más oscuro, lo que le permite mantenerse más fresco. El material de color más oscuro absorbe más radiación solar, aumentando su temperatura. Así como la camisa blanca tiene un albedo más alto que la camisa negra, los objetos de color claro en la naturaleza (como la nieve) tienen un albedo más alto que los objetos de color oscuro (como hollín o polvo). A medida que los humanos aumentan la cantidad de negro de humo, hollín, polvo y partículas en la atmósfera, disminuimos el albedo de las superficies de colores claros, haciendo que absorban más radiación solar y se vuelvan más cálidas de lo que lo harían sin la influencia humana. Un ejemplo de esto se puede ver en la nieve de la Figura\(\PageIndex{2}\).

Captura de pantalla (96) .png — Figura\(\PageIndex{2}\): Una fotografía de la deposición extrema de polvo desde los desiertos de la meseta de Colorado sobre la capa de nieve de las Montañas Rocosas de Colorado en 2009. Tomado desde el punto alto de la Cuenca Senadora Beck en las montañas de San Juan, captura la extensión del impacto del oscurecimiento en el que el albedo de nieve cayó a cerca del 30%, más del doble de la absorción de la luz solar. Crédito: S. McKenzie Skiles, Laboratorio de Óptica de Nieve, NASA/JPL