Los gases de efecto invernadero dióxido de carbono y metano

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Aunque el vapor de agua es el gas invernadero más importante, normalmente el dióxido de carbono y el metano tienen también mucha importancia. La concentración de estos gases es mucho menor que la del agua, pero ellos cierran parcialmente la pequeña ventana atmosférica por donde la radiación calorífica puede abandonar la atmósfera, y sus concentraciones están creciendo continuamente...

La imagen muestra por que los gases invernadero son bastante eficientes como gases invernadero. El vapor de agua absorbe a un amplio rango de longitudes de onda la radiación infrarroja emitida por la superficie de la Tierra y mantiene el calor. Sin embargo a algunas longitudes de onda, la absorción es muy débil o cercana a cero y la barrera de vapor de agua tiene una ventana permeable. Justo a estas longitudes de onda otros gases invernadero como CO2 o CH4, y también el óxido nitroso, el ozono y los clorofluorocarburos absorben radiación y acortan la ventana.

greenhouse gas absorption

1. Absorción del agua y otros gases invernadero.
Sacado de: Climate Website Deutsches Museum

El efecto es mucho más fuerte que el de un incremento equivalente de la concentración de vapor de agua. Estos gases invernadero son mucho más eficientes. Por lo tanto el impacto depende por un lado de la concentración del gas, y por otro de su eficiencia.
El concepto de Potencial de Calentamiento Global (GWP) se ha desarrollado para comparar la capacidad de cada gas invernadero de atrapar calor en la atmósfera en relación a otro gas. Como referencia se ha tomado el dióxido de carbono (CO2).

Los gases invernadero, su concentración en 1750 (época preindustrial) y en 1998, y el potencial de calentamiento global en 100 años (GWP).Datos de IPCC TAR 2001:

Gas invernadero

abundancia 1750

abundancia 1998

GWP en 100 años

dióxido de carbono CO2

280 ppm

365 ppm

1

metano CH4

700 ppb

1745 ppb

23

óxido nitroso N2O

270 ppb

314 ppb

296

ozono troposférico* O3

25 DU
(10 ppb)

34 DU
(30-40 ppb)

 

CFC-11 CFCl3

0

268 ppt

4600

CFC-12 CF2Cl2

0

533 ppt

10600

1 DU = Dobson Unit = 0.01 mm de columna de ozono puro
*como el ozono no está repartido por la atmósfera uniformemente, solo se da una suposición aproximada de los ratios de mezcla promedio en ppb para la baja troposfera.

Evolución de las emisiones de CO2

De los datos que tenemos del análisis de los núcleos de hielo sabemos que ,durante los últimos 400,000 años la concentración de CO2 en el aire siempre ha oscilado entre 180 ppm en los periodos glaciares y 280 ppm durante los periodos interglaciares. Esta tendencia cambió con el inicio de la industrialización y el incremento de la explotación del combustible fósil por el hombre como fuente de energía. Las emisiones de CO2 han crecido exponencialmente y alcanzado valores de alrededor de 370 ppm en el presente. Comparado con esa situación bastante estable que duró varios miles de años, en el actual periodo cálido el aumento del CO2 ha sido muy rápido y se ha producido principalmente por el impacto humano. ¿Qué emisiones contribuyen a este incremento?

"Vostok

2. Tendencia del CO2 en los últimos 400,000 años según el análisis del núcleo de hielo de Vostok
fuente: IPCC TAR 2001 fig 3-2

Todos los años varios millones de toneladas de carbono producido por la actividad humana (1Petagramo C = PgC = 1x1015 g = bio toneladas) se emiten a la atmósfera como CO2, 5.4 ± 0.3 PgC/año en los años 80, 6.3 ± 0,4 PgC/año en los 90 casi exclusivamente de la combustión del combustible fosil. Otros 1.5 - 2 PgC/año provienen del cambio en el uso de la tierra, principalmente de los incendios de vegetación. Los sumideros son más inestables. De la concentración en el aire se sabe que sólo alrededor de 3.2 a 3.3 ± 0.1 PgC/año permanecen en la atmósfera. El consumo de los océanos puede ser de 1-2 PgC / año. Aquí el CO2 acaba como carbonato.

CO2 trend of the last 50 years

3. Tendencia del CO2 en las últimas décadas. El incremento del CO2 es paralelo a la ligera disminución del oxígeno atmosférico, que se pierde en los procesos de oxidación.
fuente: IPCC TAR fig 3-2

También se da por hecho que una gran parte es captada por la vegetación creciente (2 PgC/año). Esto implica formación de biomasa más allá del anterior equilibrio. Especialmente la fijación de CO2 por las plantas puede variar fácilmente de año a año según las diferentes condiciones climáticas, como por ejemplo las causadas por El Niño.

CO2 budget

4. El balance de CO2: media estimada de aportes y pérdidas en los 80 en PgC por año. La combustión del combustible fosil y el cambio en el uso de la tierra actúan como fuentes y la vegetación y los océanos como sumideros.
imagen por Anja Kaiser © ESPERE, Data: IPCC TAR 2001 / AR4 2007

El ciclo del carbono

El intercambio de carbono entre la biosfera y la atmósfera ocurre en dimensiones mucho mayores que las cantidades que se muestran arriba. Se asume que cada año  alrededor de 270 PgC se disuelven en el agua de las hojas o se almacenan temporalmente durante la respiración (llamada autótrofa). Alrededor de 60 PgC contribuyen al crecimiento vegetal anual, llamado producción primaria neta (PPN). Pero como el ciclo del carbono natural es un equilibrio, toda la PPN vuelve a la atmósfera por respiración heterótrofa de los descomponedores y por combustión de biomasa. La concentración de CO2 en la atmósfera no cambia significativamente. Este equilibrio ha sido perturbado por la contribución adicional debida a las actividades humanas descritas anteriormente.

Fuentes de metano

5. a-d) Bacterias metanógenas en las deposiciones de las vacas... y las ovejas
fuente: www.freefoto.com

El metano se emite en los campos de arroz ... o en páramos y otras tierras húmedas

La cantidad media global de metano en la superficie en 1998 era 1745 ppb. Las incertidumbres sobre la carga total y las divergencias en la distribución troposférica son pequeñas. Sin embargo, como las emisiones desde las tierras húmedas son muy variables y las emisiones de los campos de arroz probablemente se han sobreestimado (quizás solo 40 Tg /año) los aportes exactos son desconocidos. La tabla da la visón de dos autores al respecto.

Fuentes de metano (emisiones globales por año):

Fuente (selected)

emisiones [Tg CH4 / año]
(Hein et al., 1997)

emisiones [Tg CH4 / año]
(Lelieveld et al., 1998)

tierras húmedas y arrozales

325
(237 + 88)

225

sector de la energía

97

110

ruminantes

90
(incl. waste treatment)

115

landfills

35

40

combustión de biomasa

40

40

otras

-

(70)

Total

587

600

Alrededor del 60% de las emisiones de metano se deben a actividades humanas como la agricultura, uso del petróleo y tratamiento de basuras. Debido a la creciente contribución humana la concentración de metano ha sido más que doblada durante los últimos 1000 años.

El sumidero más importante de metano es la reacción con OH:
OH + CH4 -> CH3 + H2O

Pero la reacción es bastante lenta y la vida del metano atmosférico es de 8.4 años

methale mole fraction

6. Cambio en la cantidad de CH4 (fracción molar en ppb = 10-9) determinada a partir de muestras de núcleos de hielo y de aire de los últimos 1000años. La fuerza radiante, aproximada por una escala lineal desde la era preindustrial, está representada en el eje de la derecha.
Fuente: IPCC TAR Fig. 4-1

Los hidratos de metano

Enormes cantidades de CH(una fuente de energía enorme aún inutilizada) se almacenan en los hidratos de metano, mezclas de metano y hielo sólidas, que son estables a altas presiones y bajas temperaturas, por ejemplo en el suelo de los océanos o en las capas más profundas de un suelo permafrost. Las estimaciones de estos recursos están en torno a 10,000 PgC, que es aproximadamente el doble de la cantidad de combustible fosil ordinario (petróleo, gas, carbón) que hay en la Tierra. Durante los últimos 400,000 años (según los datos de los núcleos de hielo de Vostok) no ha habido indicios de grandes liberaciones de estos recursos. Sin embargo, no se puede asegurar que durante los próximos siglos el aumento de la temperatura de la superficie no produzca la descomposición de los hidratos de metano contribuyendo así al efecto invernadero.

burning methane hydrate

7. Cuando se funden los hidratos de metano el metano que se libera arde y se libera agua líquida.
© GEOMAR 2002

Sobre esta página:

autor: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
supervisor científico: Dr. Benedikt Steil - MPI for chemistry, Mainz
corrección pedagógica: Michael Seesing - Uni Duisburg - 02-07-2003, Yvonne Schleicher - Uni Erlangen
última publicación: 09-10-2008

Sist endret: fredag, 2. november 2018, 15:06