Cuando estamos dentro de un coche cerrado en un día soleado, la luz del Sol entra por las ventanas, calienta los asientos y el interior del vehículo, y poco a poco la temperatura aumenta. Algo parecido ocurre en la Tierra con el efecto invernadero, aunque el mecanismo no es exactamente el mismo. En nuestro planeta, ciertos gases de la atmósfera funcionan como una especie de manta invisible que dificulta que parte del calor escape.
La historia de este descubrimiento comenzó en el siglo XIX. En 1824, el matemático y físico francés Joseph Fourier planteó que la atmósfera desempeñaba un papel fundamental en la temperatura de la Tierra y señaló que, sin ella, nuestro planeta sería mucho más frío. Décadas después, en 1856, la científica estadounidense Eunice Newton Foote realizó experimentos en los que observó que recipientes con dióxido de carbono y vapor de agua se calentaban más que otros expuestos a la luz solar. Su trabajo fue importante como una de las primeras investigaciones experimentales relacionadas con la capacidad de estos gases para retener calor, aunque durante mucho tiempo fue poco reconocido. En 1859, el físico irlandés John Tyndall realizó experimentos y demostró que gases como el dióxido de carbono y el vapor de agua absorben radiación infrarroja, proporcionando una explicación física fundamental del efecto invernadero.
Para entender el fenómeno, pensemos en la energía que llega desde el Sol. La radiación solar incluye principalmente luz visible y también radiación ultravioleta e infrarroja. Una parte es reflejada de regreso al espacio por las nubes, la atmósfera, el hielo, la nieve y otras superficies, mientras que otra parte es absorbida por la superficie terrestre y los océanos. Al calentarse, la Tierra devuelve energía hacia el espacio principalmente en forma de radiación infrarroja, es decir, una radiación térmica de longitud de onda mayor que la de buena parte de la radiación solar que llega a la superficie.
Aquí entran en acción los gases de efecto invernadero. El vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso, el ozono y diversos gases industriales tienen la capacidad de absorber determinadas longitudes de onda de la radiación infrarroja. Después de absorber esa energía, la vuelven a emitir en diferentes direcciones. Una parte termina regresando hacia la superficie y otra continúa hacia capas superiores de la atmósfera y finalmente al espacio. De esta manera, la energía tarda más en escapar.
Este proceso natural es fundamental para la vida. Sin el efecto invernadero natural, la temperatura media de la superficie terrestre sería aproximadamente de -18°C, en lugar de los cerca de 15°C que caracterizan el promedio global actual. La diferencia es enorme. En esas condiciones, la Tierra sería mucho más fría y grandes partes de los océanos estarían congeladas.
El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más abundante y desempeña un papel muy importante. Sin embargo, existe una diferencia fundamental entre el vapor de agua y el dióxido de carbono. La cantidad de vapor de agua que puede permanecer en la atmósfera depende de la temperatura: cuando el aire se calienta, puede contener más humedad. El dióxido de carbono, en cambio, puede permanecer durante mucho tiempo y su concentración puede aumentar debido a actividades humanas, por lo que desempeña un papel especialmente importante como impulsor del calentamiento actual.
El metano también es un potente gas de efecto invernadero. Se produce tanto por procesos naturales, por ejemplo, en humedales, como por actividades humanas relacionadas con la ganadería, la agricultura, los residuos y la producción y utilización de combustibles fósiles. Las termitas y otros organismos también generan metano mediante procesos biológicos. En un horizonte de cien años, una molécula de metano contribuye al calentamiento mucho más que una molécula de dióxido de carbono, aunque el metano permanece menos tiempo en la atmósfera. El óxido nitroso, por su parte, está relacionado en buena medida con actividades agrícolas y también tiene un fuerte efecto de calentamiento.
Las nubes hacen todavía más complejo el sistema. Pueden reflejar parte de la radiación solar hacia el espacio y, al mismo tiempo, absorber y emitir radiación infrarroja. Por ello, su efecto climático depende de factores como su altura, composición, extensión y características. El clima terrestre, en consecuencia, no depende de un único gas, sino de la interacción de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos.
El efecto invernadero natural no es un problema en sí mismo. El problema aparece cuando las actividades humanas aumentan la concentración atmosférica de gases de efecto invernadero. Desde la Revolución Industrial, la quema de carbón, petróleo y gas, la deforestación, determinados procesos industriales y actividades agrícolas y ganaderas han incrementado significativamente las concentraciones de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso. Es como si a la manta que mantiene caliente a la Tierra le fuéramos agregando nuevas capas: el planeta sigue perdiendo calor hacia el espacio, pero el equilibrio energético cambia y la temperatura media aumenta.
El dióxido de carbono ocupa un lugar central en este proceso. Aunque su concentración atmosférica es mucho menor que la del vapor de agua, su incremento provocado por las actividades humanas altera de manera duradera el balance energético del planeta. Las mediciones realizadas en observatorios atmosféricos, entre ellos el famoso Observatorio de Mauna Loa, muestran que la concentración de CO₂ ha superado ampliamente las 420 partes por millón, niveles que no se habían observado en la atmósfera durante cientos de miles de años. Las reconstrucciones paleoclimáticas indican, además, que las concentraciones actuales son excepcionalmente altas en el contexto de la historia humana y muy probablemente de los últimos millones de años.
No todos los gases tienen la misma capacidad de calentamiento. El hexafluoruro de azufre (SF₆) es un gas industrial utilizado, entre otras aplicaciones, como aislante en determinados equipos eléctricos. Aunque se encuentra en concentraciones muy pequeñas, es extremadamente eficaz para absorber radiación infrarroja y tiene un potencial de calentamiento global de aproximadamente 25000 veces el del CO₂ en un horizonte de cien años. Empero, el CO₂ domina la contribución antropogénica debido a las enormes cantidades que emitimos.
Una manera sencilla de visualizar la diferencia entre el efecto invernadero atmosférico y un invernadero convencional es imaginar un edificio cubierto de vidrio. En un invernadero, el vidrio permite la entrada de radiación solar y limita el intercambio de aire caliente con el exterior. En la atmósfera, en cambio, el mecanismo fundamental del efecto invernadero es la absorción y reemisión de radiación infrarroja por determinados gases.
El efecto invernadero también ayuda a comprender por qué Venus es tan extremo. Su atmósfera está compuesta aproximadamente en un 96% por dióxido de carbono y es extraordinariamente densa. Como consecuencia, la superficie alcanza temperaturas cercanas a 465°C, suficientes para fundir el plomo. Venus suele utilizarse como ejemplo de un efecto invernadero extremo o desbocado, aunque su historia climática y su evolución atmosférica son mucho más complejas que una simple versión exagerada de lo que está ocurriendo en la Tierra.
Las erupciones volcánicas ofrecen otro ejemplo de la complejidad del sistema climático. Los volcanes liberan dióxido de carbono, pero las grandes erupciones también pueden inyectar dióxido de azufre en la estratosfera. Allí, este compuesto puede transformarse en aerosoles de sulfato que reflejan parte de la radiación solar y provocan un enfriamiento temporal del planeta. Por eso, después de grandes erupciones volcánicas se han observado descensos temporales de la temperatura global. Sin embargo, esto no significa que los volcanes estén compensando actualmente las emisiones humanas de CO₂.
El calentamiento producido por el aumento de los gases de efecto invernadero tampoco se limita al aire. Los océanos han absorbido más del 90% del exceso de calor acumulado debido al calentamiento global. Este almacenamiento de energía provoca, entre otras consecuencias, el calentamiento de las aguas y su expansión térmica, contribuyendo al aumento del nivel del mar. Además, una parte del dióxido de carbono atmosférico es absorbida por los océanos y modifica la química del agua, provocando acidificación oceánica. Esto representa una amenaza para numerosos organismos y ecosistemas marinos, especialmente aquellos que dependen de estructuras de carbonato de calcio.
Otro proceso preocupante ocurre en las regiones donde existe permafrost, es decir, suelo que ha permanecido congelado durante largos periodos. Estos suelos contienen enormes cantidades de materia orgánica y carbono almacenado. Cuando el calentamiento provoca su descongelamiento, parte de ese material puede descomponerse y liberar dióxido de carbono y metano a la atmósfera. En consecuencia, el calentamiento puede favorecer emisiones adicionales de gases de efecto invernadero, que a su vez contribuyen a un mayor calentamiento.
El calentamiento global también está relacionado con cambios en los glaciares, las capas de hielo, el nivel del mar, las precipitaciones y la frecuencia e intensidad de determinados fenómenos extremos. Un aumento de la temperatura media global de uno o dos grados puede parecer pequeño cuando se piensa en la temperatura de una habitación, pero representa una alteración enorme cuando se aplica al promedio de todo el planeta. Además, ese promedio esconde cambios regionales mucho mayores y modifica numerosos componentes del sistema climático.
La historia de la ciencia demuestra que este fenómeno no es una preocupación surgida recientemente. Fourier planteó la importancia de la atmósfera en el balance térmico de la Tierra en el siglo XIX; Foote y Tyndall realizaron investigaciones experimentales sobre la capacidad de determinados gases para absorber calor; y, a finales del siglo XIX, el científico sueco Svante Arrhenius calculó que cambios importantes en la concentración de dióxido de carbono podían modificar significativamente la temperatura terrestre. Desde entonces, las observaciones se han multiplicado. Hoy contamos con estaciones terrestres, globos meteorológicos, satélites, observaciones oceánicas y registros conservados en núcleos de hielo que permiten estudiar cómo ha cambiado la composición de la atmósfera y cómo responde el sistema climático.
El calentamiento observado desde la era preindustrial es inequívocamente causado por las actividades humanas, principalmente por el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero. Los cambios en la actividad solar, las erupciones volcánicas y otros factores naturales influyen en el clima, pero no explican el patrón ni la magnitud del calentamiento observado en las últimas décadas.
Ante este problema también han surgido propuestas tecnológicas controvertidas. Una de ellas es la geoingeniería solar, que contempla la posibilidad de introducir partículas reflectantes en la estratosfera para reducir temporalmente la cantidad de radiación solar que llega a la superficie. La idea podría disminuir parte del calentamiento, pero no eliminaría el exceso de dióxido de carbono ni resolvería problemas como la acidificación de los océanos. Además, podría generar riesgos ambientales, políticos y geopolíticos importantes. Por eso, se trata de un campo de investigación y debate, no de una solución probada.
El efecto invernadero es uno de los mecanismos naturales que hacen posible que la Tierra sea habitable. Sin él, nuestro planeta sería mucho más frío. Las actividades humanas han aumentado la cantidad de gases capaces de retener radiación infrarroja y han alterado el equilibrio energético del sistema climático.
Referencias:
- State of the Science Fact Sheet: Greenhouse Gases and Climate
- Las causas del cambio climático – NASA Ciencia
- Greenhouse gas – Wikipedia
- La evidencia del cambio climático – NASA Ciencia
- Retroalimentación del cambio climático – Wikipedia, la enciclopedia libre
- Causas del calentamiento global – Wikipedia, la enciclopedia libre
- Efecto invernadero – Wikipedia, la enciclopedia libre
- Dióxido de carbono atmosférico – Wikipedia, la enciclopedia libre
- What Is the Greenhouse Effect? – NASA Science
- ISO – El efecto invernadero: recuento de gases y por qué es importante
- Graphic: The Greenhouse Effect – NASA Science