Conoce los principales gases de efecto invernadero y su influencia en el calentamiento global
Los gases de efecto invernadero (GEI) son gases que absorben parte de los rayos del sol y los redistribuyen en forma de radiación en la atmósfera, calentando el planeta en un fenómeno llamado efecto invernadero. Los principales GEI que tenemos son: CO2, CH4, N2O, O3, halocarbonos y vapor de agua.
El nombre de efecto invernadero se le dio por analogía al calentamiento generado por los invernaderos, normalmente de vidrio, al cultivar plantas. El vidrio permite el libre paso de la luz solar y esta energía se absorbe en parte, en parte se refleja. La parte absorbida tiene dificultad para volver a atravesar el vidrio, siendo irradiada de regreso al ambiente interior.
El mismo razonamiento se puede utilizar para calentar la Tierra, donde los gases de efecto invernadero desempeñan el papel del vidrio. El sol, siendo la principal fuente de energía de la Tierra, emite un conjunto de radiación llamado espectro solar. Este espectro está compuesto por radiación luminosa (luz) y radiación calorífica (calor), en la que destaca la radiación infrarroja. La radiación luminosa es de longitud de onda corta, atravesando fácilmente la atmósfera, mientras que la radiación infrarroja (radiación calorífica) tiene una longitud de onda larga, teniendo dificultad para atravesar la atmósfera y siendo absorbida por los gases de efecto invernadero al hacerlo.
Mire este video producido por Minuto da Terra sobre cómo funcionan realmente los gases de efecto invernadero:
Consulte también el video del portal eCycle sobre el problema:
¿Por qué preocupa la intensificación del efecto invernadero?
El efecto invernadero, como se explicó, es un fenómeno natural que permite la vida en la Tierra tal y como la conocemos, ya que sin él se escaparía el calor, provocando un enfriamiento que haría el planeta inhabitable para muchas especies.
El problema es que este efecto se ha intensificado considerablemente debido a las acciones humanas: hubo un récord de emisiones de CO2 a la atmósfera en 2014, según la Organización Meteorológica Mundial (OMM). Esta intensificación se debe principalmente a la quema de combustibles fósiles, por parte de industrias y automóviles, la quema de bosques y ganado, lo que resulta en el calentamiento global.
Según la OMM, en los últimos 140 años la temperatura media mundial ha aumentado 0,7 ° C. Aunque no parezca mucho, fue suficiente para provocar un cambio climático significativo. Y la previsión es que, si la tasa de contaminación sigue aumentando al ritmo actual, en 2100 la temperatura media aumentará de 4,5 ° C a 6 ° C.
Este aumento de la temperatura global se traduce en el derretimiento de grandes masas de hielo en las regiones polares, provocando un aumento del nivel del mar, lo que puede generar problemas como el hundimiento de ciudades costeras y la migración forzada de personas; aumento de desastres naturales como huracanes, tifones y ciclones; desertificación de áreas naturales; sequías más frecuentes; cambios en los patrones de lluvia; problemas en la producción de alimentos, ya que los cambios de temperatura pueden afectar las áreas productivas; e interferencia con la biodiversidad, que puede llevar a varias especies a la extinción. Entonces podemos ver que el calentamiento global es más que un aumento de temperatura, está relacionado con los cambios climáticos más variados.
¿Cuáles son los principales gases que provocan este efecto?
1. CO2
El dióxido de carbono es un gas licuado, incoloro, inodoro, no inflamable, soluble en agua y ligeramente ácido y designado por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) como el principal contribuyente al calentamiento global, estando en 78% de las emisiones humanas y representa el 55% del total mundial de emisiones de gases de efecto invernadero.
Este gas se produce naturalmente en la respiración, por la descomposición de plantas y animales y por la quema natural de los bosques. Su producción es natural y esencial para la vida, el problema está en el gran aumento de esta producción de CO2, que daña el planeta.
El hombre es en gran parte responsable de este aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. La quema de combustibles fósiles y la deforestación son las dos principales actividades que contribuyen a la alta liberación de este gas a la atmósfera.
La quema de combustibles fósiles, sustancias de origen mineral formadas por compuestos de carbono, incluyendo carbón mineral, gas natural y derivados del petróleo, como gasolina y gasoil, que se utilizan para generar electricidad y propulsar automóviles, son los responsable de la exagerada emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, provocando contaminación y alteración del equilibrio térmico del planeta. La deforestación también es responsable de provocar un desequilibrio de dióxido de carbono en la atmósfera, porque además de liberar gas al quemar madera, reduce la cantidad de árboles responsables de la fotosíntesis, que absorben el CO2 presente en la atmósfera.
La intensificación del efecto invernadero no solo afecta la vida terrestre, sino que también tiene un impacto importante en la vida marina. El calentamiento del agua de mar actúa directamente sobre los corales. Los corales son cnidarios que viven en simbiosis con un alga del género Symbiodinium.(zooxantelas). Estas algas se alojan en las cavidades del exoesqueleto de carbonato cálcico (color blanco) de los corales, que les ayudan a eliminar la luz solar que penetra en las aguas marinas, y el exceso de energía producido por la fotosíntesis de estas algas se transfiere al coral ( además de darle color). Cuando aumenta la temperatura del agua de mar, estas algas comienzan a producir sustancias químicas que son tóxicas para el coral. Para defenderse, el cnidario tiene la estrategia de expulsar las algas. El proceso de expulsión es traumático y el exceso de energía que le dieron las algas al coral desaparece de la noche a la mañana. El resultado es el blanqueamiento y la muerte de estos corales (ver más en nuestro artículo "El cambio climático conducirá al blanqueamiento de los corales, advertencia de la ONU").
Los estudios muestran que el ganado y sus subproductos son responsables de al menos 32 mil millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) por año, o el 51% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo; vea más en "Mucho más allá de la explotación animal: la cría de ganado promueve el consumo de recursos naturales y el daño ambiental a escala estratosférica"
Además, la alta concentración de CO2 aumenta su presión parcial en relación a la mezcla de gases en la atmósfera, lo que acelera su absorción cuando está en contacto directo con un líquido, como en el caso de los océanos. Esta mayor absorción provoca un desequilibrio, ya que el CO2, en contacto con el agua, forma ácido carbónico (H2CO3), el cual descompone y libera iones H + (responsables del aumento de acidez en el medio), iones carbonato y bicarbonato, saturando el Oceano. La acidificación de los océanos es responsable de obstaculizar la capacidad de los organismos calcificantes para formar conchas, provocando su desaparición (ver más en nuestro artículo "Acidificación de los océanos: un grave problema para la vida en el planeta").
Además, el CO2 tiene un largo tiempo de residencia en la atmósfera, que varía de 50 a 200 años; entonces, incluso si logramos dejar de emitirlo, el planeta tardaría mucho en recuperarse. Esto demuestra la necesidad de reducir al máximo las emisiones, permitiendo que el dióxido de carbono sea absorbido de forma natural por los océanos y la vegetación, principalmente por los bosques, y utilizando técnicas para neutralizar el CO2 ya emitido.
Al igual que el dióxido de carbono, otros gases de efecto invernadero impactan en el planeta. Para construir un patrón comparativo entre los potenciales de calentamiento global de estos gases, se creó el concepto de equivalente de carbono (equivalente de CO2). Este concepto se basa en la representación de los demás gases de efecto invernadero en CO2, por lo que el efecto invernadero de cada gas en CO2 se calcula multiplicando la cantidad de un gas por su Potencial de Calentamiento Global (GWP) , que se relaciona con la capacidad de cada uno de ellos para absorber calor en la atmósfera (eficiencia radiativa) en un tiempo determinado (generalmente 100 años), frente a la misma capacidad de absorción de calor por el CO2.
2. CH4
El metano es un gas incoloro e inodoro, con poca solubilidad en agua y que se convierte en una mezcla altamente explosiva cuando se agrega al aire. Es el segundo gas de efecto invernadero más importante y contribuye con aproximadamente el 18% del calentamiento global. Su concentración hoy es de alrededor de 1,72 partes por millón por volumen (ppmv), aumentando a una tasa del 0,9% por año.
Su producción por procesos naturales proviene principalmente de pantanos, actividades de termitas y océanos. El aumento de su concentración en la atmósfera, sin embargo, se debe principalmente a procesos biológicos, como la descomposición anaeróbica (sin oxígeno) de organismos, digestión animal y quema de biomasa, además de estar presente en botaderos, en el tratamiento de efluentes líquidos y rellenos sanitarios. , en la ganadería, en los arrozales, en la producción y distribución de combustibles fósiles (gas, petróleo y carbón) y en los reservorios hidroeléctricos.
Entre los productos resultantes de factores humanos, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) evaluó que la mitad de todas las emisiones de metano provienen de la agricultura, del estómago de ganado vacuno y ovino, de depósitos de excrementos utilizados como fertilizantes y también de plantaciones. de arroz. Como el crecimiento de la población solo tiende a aumentar, también lo hace la liberación de metano.
El metano tiene un tiempo de residencia más corto (diez años) en la atmósfera en comparación con el dióxido de carbono, sin embargo, su potencial de calentamiento es mucho mayor, y tiene 21 veces más impacto que el CO2 (ver más en nuestro artículo “El gas metano se incendia y amenaza al objetivo 2 grados ”). Además de la alta capacidad para absorber radiación infrarroja (calor), el metano genera otros gases de efecto invernadero, como el CO2, el O3 troposférico y el vapor de agua estratosférico. Si hubiera cantidades iguales de metano y dióxido de carbono en la atmósfera, el planeta sería inhabitable.
Un gran sumidero de este gas de efecto invernadero se produce por la reacción química entre éste y el radical hidroxilo (OH) en la troposfera, siendo responsable de la eliminación de más del 90% del metano emitido. Este proceso es natural, pero se ve afectado por la reacción del hidroxilo con otras emisiones de gases generados por el hombre, principalmente monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos emitidos por motores de vehículos. Además de esto, hay dos sumideros más pequeños, que son absorbidos por suelos aireados y transportados a la estratosfera. Para que el metano estabilice sus concentraciones presentes en la atmósfera, sería necesaria una reducción inmediata del 15 al 20% de las emisiones globales.
3. N2O
El óxido nitroso es un gas incoloro, de olor agradable, bajo punto de fusión y ebullición, no inflamable, no tóxico y de baja solubilidad. Es uno de los principales gases que contribuyen a la intensificación del efecto invernadero y el consiguiente calentamiento global. Aunque tiene una baja emisión en relación con otros gases, su efecto invernadero es unas 300 veces más intenso que el CO2 y permanece en la atmósfera durante mucho tiempo, unos 150 años. El N2O es capaz de absorber una cantidad muy elevada de energía, siendo el gas que más destrucción provoca en la capa de ozono, responsable de proteger la superficie terrestre frente a las radiaciones ultravioleta.
El N2O puede ser producido de forma natural por bosques y océanos. Su proceso de emisión ocurre durante la desnitrificación del ciclo del nitrógeno. El nitrógeno (N2) presente en la atmósfera es capturado por las plantas y convertido en amoníaco (NH3) o iones de amonio (NH4 +) en un proceso llamado nitrificación. Estas sustancias se depositan en el suelo y luego las plantas las utilizan. El amoniaco depositado puede sufrir un proceso de nitrificación generando nitratos. Y, a través del proceso de desnitrificación, los microorganismos presentes en el suelo pueden transformar los nitratos en nitrógeno gaseoso (N2) y óxido nitroso (N2O), emitiéndolos a la atmósfera.
La principal fuente humana de emisiones de óxido nitroso es la actividad agrícola (aproximadamente el 75%), mientras que la producción energética e industrial y la quema de biomasa contribuyen con aproximadamente el 25% de las emisiones. El IPCC señala que alrededor del 1% del fertilizante nitrogenado utilizado en las plantaciones termina en la atmósfera en forma de óxido nitroso.
En la actividad agrícola existen tres fuentes de producción de N2O: suelos agrícolas, sistemas de producción animal y emisiones indirectas. La adición de nitrógeno al suelo puede ocurrir mediante el uso de fertilizantes sintéticos, estiércol animal o residuos de cultivos. Y su liberación puede ocurrir por procesos de nitrificación y desnitrificación llevados a cabo por bacterias en el suelo, o por descomposición del estiércol. Las emisiones indirectas pueden ocurrir, por ejemplo, debido al aumento de la producción de N2O en los sistemas acuáticos, como resultado de un proceso de lixiviación (erosión con nutrientes de lavado) de los suelos agrícolas.
En la producción de energía, los procesos de combustión pueden formar N2O al quemar combustible y oxidar el N2 atmosférico. Grandes cantidades de estos GEI son emitidos por vehículos equipados con convertidores catalíticos. La quema de biomasa libera N2O durante la quema de vegetación, la quema de basura y la deforestación.
Todavía existe una pequeña, pero significativa, emisión de este gas a la atmósfera que proviene de procesos industriales. Estos procesos incluyen la producción de ácido adípico y ácido nítrico.
Un sumidero natural de este gas son las reacciones fotolíticas (en presencia de luz) en la atmósfera. En la estratosfera, la concentración de óxido nitroso disminuye con la altura, estableciendo un gradiente vertical en su velocidad de mezcla. Una fracción del N2O emitido en la superficie se descompone, principalmente por fotólisis ultravioleta, cuando ingresa a la estratosfera, a través de la tropopausa.
Según el IPCC, para estabilizar las concentraciones actuales de óxido nitroso debería haber una reducción inmediata de alrededor del 70 al 80% de su producción.
4. O3
El ozono estratosférico es un contaminante secundario, es decir, no es emitido directamente por las actividades humanas, sino que se forma por reacción con otros contaminantes liberados a la atmósfera.
En la estratosfera, este compuesto se encuentra de forma natural y tiene la importante función de absorber la radiación solar y evitar la entrada de la mayoría de los rayos ultravioleta. Sin embargo, cuando se forma en la troposfera a partir de la unión de otros contaminantes, es altamente oxidante y dañino.
El ozono troposférico se puede obtener en cantidades limitadas debido al desplazamiento del ozono estratosférico y en mayores cantidades por complejas reacciones fotoquímicas asociadas a la emisión de gases por el hombre, normalmente dióxido de nitrógeno (NO2) y compuestos orgánicos volátiles. Estos contaminantes se liberan principalmente en la quema de combustibles fósiles, la volatilización de combustibles, la ganadería y la agricultura.
En la atmósfera, este compuesto contribuye activamente a la intensificación del efecto invernadero, con mayor potencial que el CO2, y es responsable del humo gris en las ciudades. Su alta concentración puede traer problemas a la salud humana, siendo los principales efectos el agravamiento de los síntomas del asma y deficiencia respiratoria, así como otras enfermedades pulmonares (enfisema, bronquitis, etc.) y cardiovasculares (arteriosclerosis). Además, un tiempo de exposición prolongado puede provocar una reducción de la capacidad pulmonar, el desarrollo de asma y una reducción de la esperanza de vida.
5. Halocarbonos
Los halocarbonos más conocidos de este grupo de gases son los clorofluorocarbonos (CFC), los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC).
El clorofluorocarbono es una sustancia artificial a base de carbono que contiene cloro y flúor. Su uso se inició alrededor de la década de 1930, como alternativa al amoniaco (NH3), por ser menos tóxico y no inflamable, en las industrias de refrigeración y aire acondicionado, espumas, aerosoles, disolventes, productos de limpieza y extintores.
Estos compuestos se consideraron inertes hasta la década de 1970, cuando se descubrió que causaban agujeros en la capa de ozono. La disminución de la capa de ozono favorece la entrada de rayos ultravioleta que provocan el efecto invernadero y, al mismo tiempo, aumentan los riesgos para la salud humana, como es el caso del cáncer de piel por exposición excesiva al sol.
Con estos datos, Brasil, entre otros países, se adhirió al Convenio de Viena y al Protocolo de Montreal en 1990, comprometiéndose mediante el Decreto 99.280 / 06/06/1990 a eliminar completamente los CFC para enero de 2010, entre otras medidas. . Las metas no se han cumplido, pero existe una gran tendencia actual a revertir los daños a la capa de ozono, según informa el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD). La expectativa es que, para el 2050, la capa se restaurará a los niveles anteriores a 1980.
La destrucción de la capa de ozono por estos compuestos es grande. La degradación de la capa ocurre en la estratosfera, donde la luz solar fotoliza estos compuestos, liberando átomos de cloro que reaccionan con el ozono, disminuyendo su concentración en la atmósfera y destruyendo la capa de ozono.
Primero, el ozono se degrada al descomponer las moléculas de CFC a través de la radiación solar en la estratosfera:
CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)
Luego, los átomos de cloro que se liberaron reaccionan con el ozono, según la siguiente ecuación:
Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)
El ClO (g) formado reaccionará nuevamente con los átomos libres de oxígeno, formando más átomos de cloro, que reaccionarán con el oxígeno y así sucesivamente.
ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)
Como la reacción de los átomos de cloro con el ozono ocurre 1.500 veces más rápido que la reacción entre los átomos libres de oxígeno en la atmósfera que descomponen el ozono, se produce una intensa destrucción de la capa de ozono. Así, un átomo de cloro es capaz de destruir 100 moléculas de ozono.
Para reemplazar el uso de CFC, se produjeron HCFC, que son mucho menos dañinos para la capa de ozono, pero siguen causando daños y son un importante contribuyente a la intensificación del efecto invernadero.
Los HFC interactúan con los gases de efecto invernadero, contribuyendo al calentamiento global. Estos gases tienen una eficiencia radiactiva muy superior a la del dióxido de carbono, según la comparación con el Potencial de Calentamiento Global (GWP). El desarrollo de estos compuestos redujo el problema del agotamiento del ozono, pero incrementó la temperatura del planeta, debido al calentamiento global generado por la emisión de estos compuestos.
Véase también el video producido por el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) sobre la degradación de la capa de ozono por los CFC.
6. Vapor de agua
El vapor de agua es el mayor contribuyente al efecto invernadero natural, ya que retiene el calor presente en la atmósfera y lo distribuye por todo el planeta. Sus principales fuentes naturales son las superficies de agua, hielo y nieve, la superficie del suelo y las superficies de plantas y animales. El paso al vapor a través de procesos físicos de evaporación, sublimación y transpiración.
El vapor de agua es un componente del aire muy variable, que cambia fácilmente de fase según las condiciones atmosféricas predominantes. Estos cambios de fase van acompañados de la liberación o absorción de calor latente que, asociado al transporte de vapor de agua a través de la circulación atmosférica, actúa en la distribución del calor sobre el globo terrestre.
Las actividades humanas tienen poca influencia directa sobre la cantidad de vapor de agua en la atmósfera. La influencia se producirá de forma indirecta, a través de la intensificación del efecto invernadero resultante de otras actividades.
El aire frío contiene una pequeña cantidad de agua en comparación con el aire caliente, por lo que la atmósfera de las regiones polares contiene poco vapor de agua en comparación con la atmósfera de las regiones tropicales. Entonces, si se intensifica el efecto invernadero generando un aumento en la temperatura global, habrá más vapor de agua presente en la atmósfera debido a mayores tasas de evaporación. Este vapor, a su vez, retendrá más calor, contribuyendo a la intensificación del efecto invernadero.
¿Qué podemos hacer para reducir la intensificación de este fenómeno?
La alta emisión de estos GEI es el resultado de las actividades humanas según la principal línea del pensamiento científico en acción. Su disminución depende de un cambio de actitud de empresas, gobiernos y personas. Los cambios de cultura son necesarios para una educación orientada al desarrollo sostenible. Es necesario que más gente empiece a buscar alternativas que provoquen menos impactos y que cubran a las autoridades y empresas que reducen la emisión de gases.
En Brasil, las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), tanto de unidades físicas como de procesos que liberan algunos gases de efecto invernadero a la atmósfera, son: deforestación, transporte, ganadería, fermentación entérica, centrales eléctricas de combustibles fósiles y procesos industriales.
La deforestación es un contribuyente importante y puede mitigarse mediante la reforestación y el uso de material reciclado. Por cada tonelada de papel reciclado, se salvan de diez a 20 árboles. Esto representa un ahorro de recursos naturales (los árboles no cortados continúan absorbiendo CO2 a través de la fotosíntesis) y el reciclaje de papel utiliza la mitad de la energía necesaria para producirlo mediante el proceso convencional. Una lata reciclada ahorra energía el equivalente a consumir un televisor encendido durante tres horas.
El sector del transporte es muy relevante en la emisión por la quema de combustibles fósiles, y puede ser mitigado por tecnologías dominadas y generalizadas en el país, como el etanol y el biodiesel, por el uso de vehículos eléctricos o propulsados por celdas de hidrógeno, o por el uso del transporte. alternativas, como bicicleta y metro. Al igual que en el transporte, en las termoeléctricas la sustitución de combustibles fósiles por energías más limpias, como la caña de azúcar, también ayuda a reducir la emisión de estos gases.
La fermentación entérica contribuye a la emisión de gases por la digestión de los rumiantes. Esta fuente se puede reducir mejorando la dieta del ganado y mejorando los pastos (fertilización adecuada del suelo). Reemplazar los aditivos alimentarios con aditivos que atacan a los protozoos en el rumen reduce las emisiones de metano de los animales entre un 10 y un 40%. La idea es que estos aditivos maten a los protozoos, que contribuyen a una gran parte de la producción de hidrógeno que utilizan las bacterias arqueas (presentes en el intestino de los rumiantes). A medida que estas bacterias ganan energía al absorber hidrógeno y dióxido de carbono, en un proceso que da como resultado metano, con menos hidrógeno disponible, habrá menos producción de metano.
También existe la necesidad de mejorar el proceso productivo de las industrias, buscando formas de impactar menos y no emitir muchos gases de efecto invernadero.
Estos cambios solo se producirán cobrando a las personas, por lo que es necesario que todos se muevan. Si no actuamos de inmediato, pagaremos un precio muy alto por el descuido de nuestras actitudes.
