Para poder comprender el cambio global climático y el aumento de la temperatura global se debe primero comprender el clima global y cómo opera. El clima es consecuencia del vínculo que existe entre la atmósfera, los océanos, las capas de hielos (criosfera), los organismos vivientes (biosfera) y los suelos, sedimentos y rocas (geosfera). Sólo si se considera al sistema climático bajo esta visión, es posible entender los flujos de materia y energía en la atmósfera y finalmente comprender las causas del cambio global. Para ello es necesario analizar cada uno de los compartimentos interrelacionados, se comenzará con el más importante, la atmósfera.
La Atmósfera
Capa gaseosa que rodea al planeta Tierra, se divide teóricamente en varias capas concéntricas sucesivas. Estas son, desde la superficie hacia el espacio exterior: troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesosfera y termósfera.
La atmósfera es uno de los componentes más importantes del clima terrestre. Es el presupuesto energético de ella laque primordialmente determina el estado del clima global, por ello es esencial comprender su composición y estructura. Los gases que la constituyen están bien mezclados en la atmósfera pero no es físicamente uniforme pues tiene variaciones significativas en temperatura y presión, relacionado con la altura sobre el nivel del
mar .
Composición Atmosférica
Es una mezcla de varios gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión), forma el sistema ambiental integrado con todos sus componentes. Entre sus variadas funciones mantiene condiciones aptas para la vida. Su composición es homogénea, resultado de procesos de mezcla, el 50% de la masa está concentrado por debajo de los 5 km. Los gases más abundantes son el N2 y O2.
A pesar de estar en bajas cantidades, los gases de invernadero cumplen un papel crucial en la dinámica atmosférica. Entre éstos contamos al CO2, el metano, los óxidos nitrosos, ozono, halocarbonos, aerosoles, entre otros. Debido a su importancia y el papel que juegan en el cambio climático global, se analizan a continuación.
Dióxido de Carbono
Es el más importante de los gases menores, involucrado en un complejo ciclo global. Se libera desde el interior de la Tierra a través de fenómenos tectónicos y a través de la respiración, procesos de suelos y combustión de compuestos con carbono y la evaporación oceánica. Por otro lado es disuelto en los océanos y consumido en procesos fotosintéticos. Sus fuentes naturales son: respiración, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales. Mientras que sus fuentes antropogénicas son : quema de combustibles fósiles, cambios en uso de suelos (principalmente deforestación), quema de
biomasa, manufactura de cemento.
Metano
Otro gas de invernadero, CH4, el metano es producido principalmente a través de procesos anaeróbicos tales como los cultivos de arroz o la digestión animal. Es destruida en la baja atmósfera por reacción con radicales hidroxilo libres (-OH). Como el CO2, sus concentraciones aumentan por acción antropogénica directa e indirecta.
Fuentes naturales: descomposición de materia orgánica en condiciones anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes. Fuentes antropogénica: cultivos de arroz, quema de biomasa, quema de combustibles fósiles, basureros y el aumento de rumiantes como fuente de carne.
Oxido Nitroso
El óxido nitroso (N2O) es producido por procesos biológicos en océanos y suelos, también por procesos antropogénicos que incluyen combustión industrial, gases de escape de vehículos de combustión interna, etc. Es destruido fotoquímicamente en la alta atmósfera.
Fuentes naturales: producido naturalmente en océanos y bosques lluviosos. Fuentes antropogénicas: producción de nylon y ácido nítrico, prácticas agriculturales, automóviles con convertidores catalíticos de tres vías, quema de biomasa y combustibles.
Ozono
El ozono (O3) en la estratosfera filtra los UV dañinos para las estructuras biológicas, es también un gas invernadero que absorbe efectivamente la radiación infrarroja. La concentración de ozono en la atmósfera no es uniforme sino que varía según la altura. Se forma a través de reacciones fotoquímicas que involucran radiación solar, una molécula de O2 y un átomo solitario de oxígeno.
También puede ser generado por complejas reacciones fotoquímicas asociadas a emisiones antropogénicas y constituye un potente contaminante atmosférico en la troposfera superficial. Es destruido por procesos fotoquímicos que involucran a raciales hidroxilos, NOx y cloro (Cl, ClO). La concentración es determinada por un fino proceso de balance entre su creación y su destrucción. Se teme su eliminación por agentes que contienen cloro (CFCs), que en las alturas estratosféricas, donde está la capa de ozono, son transformadas en radicales que alteran el fino balance que mantiene esta capa protectora.
Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e Hidrofluorocarbonos (HFCs):
Compuestos de origen antrópico que están usándose como sustitutos de los CFCs, sólo considerados como transicionales, pues también tienen efectos de gas invernadero. Por la larga vida que poseen son gases invernadero miles de veces más potentes que el CO2.
Agua
El vapor de agua es un constituyente vital de la atmósfera, en promedio 1% por volumen, aunque con variaciones significativas en las escalas temporales y espaciales. Por su abundancia es el gas de invernadero de mayor importancia, jugando un papel de vital importancia en el balance global energético de la atmósfera.
Aerosoles
La variación en la cantidad de aerosoles afecta también el clima. Incluye polvo, cenizas, cristales de sal oceánica, esporas, bacterias, etc., etc. Sus efectos sobre la turbidez atmosférica pueden variar en cortos periodos de tiempo, por ejemplo luego de una erupción volcánica. En el largo plazo, los efectos son bastante equilibrados debido al efecto natural de limpieza atmosférica, aunque
el proceso nunca es completo. Las fuentes naturales se calculan que son 4 a 5 veces mayores que las antropogénicas. Tienen el potencial de influenciar fuertemente la cantidad de radiación de onda corta que llega a la superficie terrestre.
Como conclusión la atmósfera esta principalmente constituida por nitrógeno, oxígeno y algunos otros gases traza y aerosoles que regulan el sistema climático, al regular el balance energético entre la radiación solar incidente y la radiación terrestre que se emite.
Una vez explicados los elementos que conforman la atmósfera así como sus fuentes y funciones, será mejor la comprensión del por qué de los cambios climáticos:
La energía del sol que logra pasar a la atmósfera terrestre tiene la función de calentar la superficie de la Tierra. Esta energía, luego es liberada de la superficie hacia el
espacio en forma de radiación infrarroja . El vapor de agua, el dióxido de carbono y los otros gases de efecto invernadero que existen en la atmósfera absorben gran parte de la radiación infrarroja que emite la Tierra, impidiendo que la energía pase directamente de la superficie terrestre al espacio. Posteriormente esta radiación es liberada a la atmósfera por corrientes de aire, evaporación, lluvias, etc. Si la superficie de la Tierra pudiera irradiar libremente la energía, nuestro planeta sería un lugar frío y sin vida. Por lo que los gases de efecto invernadero ayudan a mantener una temperatura adecuada en la Tierra. Al aumentar la capacidad de la atmósfera para absorber la radiación infrarroja, debido al exceso de emisiones de gases de efecto invernadero, se altera la forma en que el clima mantiene el equilibrio entre la energía que entra y sale de la atmósfera. Según el Programa de la Naciones Unidas para el Medio Ambiente si los gases de efecto invernadero se emiten al ritmo actual, en la próxima década la Tierra dejará de emitir 2% de energía hacia el espacio lo que equivale a retener el contenido energético de 3 millones de toneladas de petróleo por minuto.
El calentamiento global se genera cuando la radiación infrarroja no puede salir de la Tierra ya que la capa en la atmósfera se vuelve más espesa debido al exceso de gases de efecto invernadero.