Argumento causal de muestra anotado
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Jason West
De La Conversación
septiembre 13, 2019
Clima explicado: por qué el dióxido de carbono tiene una influencia tan enorme en el clima de la Tierra
(Nota: El título enmarca el artículo como argumento causal, una demostración de cómo el dióxido de carbono afecta el clima.)
Climate Explicado es una colaboración entre The Conversation, Stuff y el New Zealand Science Media Center para responder a tus preguntas sobre el cambio climático.
Pregunta
Escuché que el dióxido de carbono constituye 0.04% de la atmósfera mundial. ¡No 0.4% o 4%, sino 0.04%! ¿Cómo puede ser tan importante en el calentamiento global si es un porcentaje tan pequeño?
A menudo me preguntan cómo el dióxido de carbono puede tener un efecto importante en el clima global cuando su concentración es tan pequeña —apenas 0.041% de la atmósfera terrestre. Y las actividades humanas son responsables de apenas 32% de esa cantidad. (Nota: Jason West presenta su artículo como una refutación a un contraargumento.)
Estudio la importancia de los gases atmosféricos para la contaminación del aire y el cambio climático. (Nota: Occidente establece su credibilidad como investigador en el tema.) La clave de la fuerte influencia del dióxido de carbono en el clima es su capacidad para absorber el calor emitido desde la superficie de nuestro planeta, evitando que escape al espacio. (Nota: West resume su argumento causal explicando un mecanismo que podría explicar el sorprendente efecto del CO2 sobre la temperatura.)
Ciencia temprana del invernadero
Los científicos que identificaron por primera vez la importancia del dióxido de carbono para el clima en la década de 1850 también se sorprendieron por su influencia. (Nota: Este pedacito de historia subraya la simpatía de West por la sorpresa expresada en la pregunta inicial.) Trabajando por separado, John Tyndall en Inglaterra y Eunice Foote en Estados Unidos encontraron que el dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano absorbieron calor, mientras que los gases más abundantes no lo hicieron.
Los científicos ya habían calculado que la Tierra era aproximadamente 59 grados Fahrenheit (33 grados Celsius) más cálida de lo que debería ser, dada la cantidad de luz solar que llega a su superficie. La mejor explicación para esa discrepancia fue que la atmósfera retuvo el calor para calentar el planeta.
Tyndall y Foote mostraron que el nitrógeno y el oxígeno, que en conjunto representan el 99% de la atmósfera, esencialmente no tuvieron influencia en la temperatura de la Tierra porque no absorbieron calor. (Nota: West muestra cómo los científicos eliminaron lo que parecían causas probables del efecto de calentamiento). Más bien, encontraron que los gases presentes en concentraciones mucho menores eran enteramente responsables de mantener temperaturas que hacían habitable a la Tierra, al atrapar el calor para crear un efecto invernadero natural.
Una manta en la atmósfera
(Nota: Comparar los gases que atrapan el calor con una manta ayuda a los lectores a visualizar el argumento causal).
La Tierra recibe constantemente energía del sol y la irradia de vuelta al espacio. Para que la temperatura del planeta se mantenga constante, el calor neto que recibe del sol debe equilibrarse con el calor saliente que desprende. (Nota: Occidente da antecedentes sobre lo que influye en la temperatura de la tierra.)
Dado que el sol es caluroso, emite energía en forma de radiación de onda corta a longitudes de onda principalmente ultravioletas y visibles. La Tierra es mucho más fría, por lo que emite calor como radiación infrarroja, que tiene longitudes de onda más largas.
Figura 2: El espectro electromagnético es el rango de todos los tipos de radiación EM —energía que viaja y se extiende a medida que va. El sol es mucho más caliente que la Tierra, por lo que emite radiación a un nivel de energía más alto, que tiene una longitud de onda más corta. NASA
El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen estructuras moleculares que les permiten absorber la radiación infrarroja. Los enlaces entre los átomos en una molécula pueden vibrar de formas particulares, como el tono de una cuerda de piano. Cuando la energía de un fotón corresponde a la frecuencia de la molécula, se absorbe y su energía se transfiere a la molécula. (Nota: Esta sección establece agencia, una explicación de cómo el CO2 podría atrapar calor.)
El dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor tienen tres o más átomos y frecuencias que corresponden a la radiación infrarroja emitida por la Tierra. El oxígeno y el nitrógeno, con solo dos átomos en sus moléculas, no absorben la radiación infrarroja. (Nota: Occidente explica por qué otras dos posibles causas de calentamiento, el oxígeno y el nitrógeno, no atrapan el calor).
La mayor parte de la radiación entrante de onda corta del sol pasa a través de la atmósfera sin ser absorbida. Pero la mayor parte de la radiación infrarroja saliente es absorbida por los gases que atrapan calor en la atmósfera. Entonces pueden liberar, o re-irradiar, ese calor. Algunos regresan a la superficie de la Tierra, manteniéndola más caliente de lo que sería de otra manera.
Figura 3: La Tierra recibe energía solar del sol (amarilla), y devuelve la energía al espacio reflejando algo de luz entrante e irradiando calor (rojo). Los gases de efecto invernadero atrapan parte de ese calor y lo devuelven a la superficie del planeta. NASA vía Wikimedia. (Nota: La Figura 3, con la franja roja más a la derecha apuntando de nuevo a la tierra, hace un argumento visual de que los gases de efecto invernadero atrapan el calor)
Investigación sobre transmisión de calor
Durante la Guerra Fría, se estudió extensamente la absorción de radiación infrarroja por muchos gases diferentes. El trabajo fue liderado por la Fuerza Aérea de Estados Unidos, que estaba desarrollando misiles de búsqueda de calor y necesitaba comprender cómo detectar el calor que pasaba por el aire.
Esta investigación permitió a los científicos comprender el clima y la composición atmosférica de todos los planetas del sistema solar mediante la observación de sus firmas infrarrojas. Por ejemplo, Venus es de aproximadamente 870 F (470 C) debido a que su atmósfera espesa es 96.5% de dióxido de carbono. (Nota: La comparación con Venus muestra que una alta concentración de dióxido de carbono en la atmósfera se correlaciona con la alta temperatura en otro planeta.)
También informó el pronóstico del tiempo y los modelos climáticos, lo que les permitió cuantificar cuánta radiación infrarroja se retiene en la atmósfera y se devuelve a la superficie de la Tierra.
La gente a veces me pregunta por qué el dióxido de carbono es importante para el clima, dado que el vapor de agua absorbe más radiación infrarroja y los dos gases absorben a varias de las mismas longitudes de onda. La razón es que la atmósfera superior de la Tierra controla la radiación que escapa al espacio. La atmósfera superior es mucho menos densa y contiene mucho menos vapor de agua que cerca del suelo, lo que significa que agregar más dióxido de carbono influye significativamente en cuánta radiación infrarroja escapa al espacio. (Nota: En este párrafo, Occidente elimina otro posible impulsor del cambio climático, el vapor de agua que atrapa el calor).
Los niveles de dióxido de carbono aumentan y bajan en todo el mundo, cambiando estacionalmente con el crecimiento y descomposición de las plantas.
Observando el efecto invernadero
¿Alguna vez has notado que los desiertos suelen ser más fríos por la noche que los bosques, aunque sus temperaturas medias sean las mismas? Sin mucho vapor de agua en la atmósfera sobre los desiertos, la radiación que emiten escapa fácilmente al espacio. En regiones más húmedas, la radiación de la superficie es atrapada por el vapor de agua en el aire. Del mismo modo, las noches nubladas suelen ser más cálidas que las noches claras porque hay más vapor de agua presente.
La influencia del dióxido de carbono se puede ver en cambios climáticos pasados. Los núcleos de hielo de los últimos millones de años han demostrado que las concentraciones de dióxido de carbono fueron altas durante los períodos cálidos, alrededor de 0.028%. Durante las edades de hielo, cuando la Tierra era aproximadamente de 7 a 13 F (4-7 C) más fría que en el siglo XX, el dióxido de carbono constituía solo alrededor de 0.018% de la atmósfera. (Nota: Occidente da más evidencia de la historia de la Tierra para mostrar una correlación entre la alta concentración de dióxido de carbono y las temperaturas más altas).
Aunque el vapor de agua es más importante para el efecto invernadero natural, los cambios en el dióxido de carbono han impulsado cambios de temperatura pasados. En contraste, los niveles de vapor de agua en la atmósfera responden a la temperatura. A medida que la Tierra se vuelve más cálida, su atmósfera puede contener más vapor de agua, lo que amplifica el calentamiento inicial en un proceso llamado “retroalimentación de vapor de agua”. (Nota: Oeste describe un bucle de retroalimentación o círculo vicioso donde el calentamiento conduce a un mayor calentamiento). Por tanto, las variaciones en el dióxido de carbono han sido la influencia controladora en los cambios climáticos pasados
Pequeño cambio, grandes efectos
No debería sorprender que una pequeña cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera pueda tener un gran efecto. Tomamos pastillas que son una pequeña fracción de nuestra masa corporal y esperamos que nos afecten. (Nota: West apoya su afirmación causal al hacer una comparación con algo más familiar, las pastillas.)
Hoy el nivel de dióxido de carbono es más alto que en cualquier momento de la historia humana. Los científicos coinciden ampliamente en que la temperatura media de la superficie de la Tierra ya ha aumentado en aproximadamente 2 F (1 C) desde la década de 1880, y que los aumentos causados por el hombre en el dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor son extremadamente propensos a ser los responsables. (Nota: Oeste apunta a una correlación entre CO2 y temperatura. Aquí confía en expertos para apoyar la idea de causalidad.)
Sin acciones para controlar las emisiones, el dióxido de carbono podría alcanzar el 0.1% de la atmósfera para 2100, más del triple del nivel anterior a la Revolución Industrial. Este sería un cambio más rápido que las transiciones en el pasado de la Tierra que tuvieron enormes consecuencias. Sin acción, esta pequeña astilla de la atmósfera causará grandes problemas. (Nota: Oeste termina con una breve predicción. Compara el aumento potencial del dióxido de carbono con los cambios pasados para implicar que las consecuencias del cambio climático inducido por el hombre serán más dramáticas que en el pasado).
Atribución
Este artículo es reeditado de The Conversation bajo licencia Creative Commons CC BY-ND 4.0. Las anotaciones son de Anna Mills y con licencia CC BY-NC 4.0.
