Gases que provocan el sobrecalentamiento de la atmósfera

¿Qué son los gases que provocan el sobrecalentamiento de la atmósfera?

Los gases que provocan el sobrecalentamiento de la atmósfera son los que absorben y emiten radiación infrarroja. También los que dañan la capa de ozono, porque facilitan una mayor penetración de radiación ultravioleta.

El calentamiento global es el aumento de la temperatura promedio en la biosfera terrestre que ocurre debido al efecto invernadero. Este efecto es un fenómeno natural que consiste en el bloqueo de la salida del calor terrestre (radiación infrarroja) hacia el espacio exterior.

Este bloqueo es ejercido por alguno de los gases que componen naturalmente la atmósfera terrestre, como el vapor de agua y el CO₂. Este fenómeno ocurre de forma natural y permite que el planeta tenga una temperatura biológicamente adecuada.

¿Cómo calientan los gases la Tierra?

La fuente fundamental de energía que calienta la Tierra es la radiación solar, particularmente la radiación ultravioleta. La misma es parcialmente filtrada por la capa de ozono (O3) en la estratosfera.

La radiación ultravioleta (onda corta) que logra penetrar calienta la superficie terrestre y su calor es emitido hacia el espacio como radiación infrarroja (onda larga). Sin embargo, existe una influencia humana en el proceso debido a la emisión artificial de gases con efecto invernadero.

Estos gases absorben y emiten calor o destruyen el ozono que regula el ingreso de radiación ultravioleta. Los gases que contribuyen con el efecto invernadero, sea de forma natural o por influencia antrópica, se denominan Gases de Efecto Invernadero (GEI).

A nivel mundial se presta especial atención al calentamiento global y a la destrucción de la capa de ozono. El Protocolo de Montreal sobre sustancias que agotan la capa de ozono es un tratado internacional que entró en vigencia en 1989 y regula el uso de estos gases.

Este protocolo fue ratificado por 65 países con la enmienda de Kigali del 1 de enero de 2019. Por su parte, el Protocolo de Kioto aborda lo concerniente al calentamiento global.

En el Protocolo de Kioto se contemplan seis gases de efecto invernadero: dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hidrofluorocarbono, hidrocarburo perfluorado y hexafluoruro de azufre.

Para evaluar un gas que produzca sobrecalentamiento se considera su vida útil y su potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés). El GWP compara la cantidad de calor atrapado por un gas con el calor atrapado por el CO₂, cuyo GWP está estandarizado a 1.

Principales gases provocan el sobrecalentamiento de la atmósfera

• Vapor de agua. Es un componente natural y vital de la atmósfera terrestre y cumple un papel muy importante en el efecto invernadero por su capacidad para absorber calor. Además, el agua en estado líquido y sólido refleja la energía solar, enfriando la Tierra.
• Dióxido de carbono (CO₂). Es el principal gas de efecto invernadero, siendo responsable de más del 80% del incremento de dicho fenómeno. Los niveles de CO₂ se han incrementado alarmantemente debido a la actividad industrial y de transporte. Según algunos cálculos, antes de la Revolución industrial la concentración atmosférica de CO₂ alcanzaba cerca de 280 ppm (partes por millón) y en 1998 llegó a 365 ppm. Esto representa una tasa de incremento de 1,5 ppm por año y un 31% de incremento respecto a los niveles de 1750. Al determinarse la composición isotópica del CO₂ atmosférico actual, se ha demostrado que el incremento proviene de la quema de combustibles fósiles y deforestación. El CO₂ actúa absorbiendo y emitiendo la radiación infrarroja y tiene una vida útil de 5 a 200 años.

• Metano (CH4). Es el segundo gas de efecto invernadero, contribuyendo con cerca de 17% del calentamiento, mediante la absorción e irradiación de calor. Aunque gran parte de este gas se produce de forma natural fundamentalmente en pantanos, hay un importante aporte humano (cerca del 50%). Aproximadamente un 60% del metano que existe actualmente en la atmósfera es producto de actividades antrópicas, como la ganadería de rumiantes, el cultivo de arroz, la explotación de combustibles fósiles y la combustión de biomasa. Los niveles estimados de este gas antes de la era industrial son de 700 ppb (partes por billón), y para 1998 alcanzó 1.745 ppb, lo cual representa un incremento del 149%. Sin embargo, el metano presenta una vida útil baja en la atmósfera, alcanzando solo 12 años.

• Óxidos de nitrógeno (NOx). Los NOx, especialmente el óxido nitroso, contribuyen a la destrucción del ozono estratosférico, incrementando la cantidad de radiación ultravioleta que penetra la Tierra. Estos gases se originan por la producción industrial de ácido nítrico, ácido adípico y la utilización de abonos. El óxido nitroso (N2O) tenía una concentración atmosférica de 270 ppb antes de la era industrial, alcanzando en 1998 314 ppb. Esto representa un incremento del 16% en su concentración, y tiene una vida útil de 114 años, que lo hace muy problemático.
• Hidrofluorocarbonos (HFC). Gases empleados en diversas aplicaciones industriales, en sustitución de los CFC limitados por el acuerdo de Montreal. Sin embargo, los HFC también afectan la capa de ozono y tienen una permanencia activa alta en la atmósfera (hasta 260 años). Estos gases no existían en la atmósfera, fueron introducidos por el ser humano, y en el caso del HFC-23, alcanza una concentración de 14 ppt (partes por trillón).
• Hidrocarburo perfluorado (PFC). Los PFC se producen en las instalaciones de incineración para el proceso de fusión del aluminio. Al igual que los HFC, tienen una alta permanencia en la atmósfera y afectan la integridad de la capa de ozono estratosférico.
• Hexafluoruro de azufre (SF6). Otro gas cuyo efecto de sobrecalentamiento pasa por la destrucción de la capa de ozono. Se emplea en los equipos de alta tensión y en la producción de magnesio, y tiene una alta permanencia en la atmósfera.
• Clorofluorocarbonados (CFC). Potente gas de efecto invernadero que daña el ozono estratosférico y está regulado por el Protocolo de Montreal. Sin embargo, en algunos países se sigue empleando, como China. El daño a la capa de ozono es causado por los átomos de cloro que se disocian cuando son golpeados por la radiación ultravioleta. Los principales clorofluorocarbonados son el CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114 y CFC-115. Estos gases no existían en la atmósfera, pero para 1998 el CFC-11 ya alcanzaba 268 ppt, con una vida útil de 45 años.
• Metilcloroformo o tricloroetano (CH3CCL3). Tipo particular de CFC, usado como solvente y en la limpieza de metales. Al descomponerse emite gases de cloruros, cuyos átomos de cloro contribuyen a la destrucción de la capa de ozono.
• Ozono troposférico (O3). Es el ozono que se forma a nivel del suelo, entre la superficie y los 18 km de altura. Aunque el ozono estratosférico contribuye a disminuir el sobrecalentamiento global al reducir el ingreso de radiación ultravioleta, el troposférico genera calentamiento. Se ha planteado que el efecto del ozono troposférico es contradictorio. Por un lado, genera un calentamiento superficial de la Tierra, y por otro, elimina otros gases de efecto invernadero. En todo caso, el O3 es un gas tóxico que produce daños pulmonares, además de deteriorar diversos materiales.

• Clorodifluorometano (HCFC-22). Es el R-22, un gas incoloro y hasta hace poco el más utilizado en equipos de refrigeración. Sin embargo, hoy en día está prohibido en gran parte del mundo por su efecto negativo en la capa de ozono.
• Cloruro de carbono o tetracloruro de carbono (CCl4). Organoclorado, hoy prohibido en muchas partes por su toxicidad, pero ampliamente empleado como refrigerante, agente extintor, desengrasante y plaguicida. Al degradarse, genera sustancias derivadas que afectan la capa de ozono.
• Tetrafluorometano o perfluorometano(CF4). Gas conocido como R-14, empleado como refrigerante, pero tiene una alta capacidad de absorción y emisión de energía ultravioleta. Tiene un tiempo de vida en la atmósfera de más de 50.000 años y un potencial de calentamiento global de 6.500. Según Guinness World Records, el tetrafluorometano es el gas de efecto invernadero más persistente, aunque su baja proporción en la atmósfera restringe su efecto.
• Hexafluoroetano (C2F6). Usado en refrigerantes y en la producción de aluminio, ya que gracias a la alta energía de sus enlaces carbono-flúor es muy estable. Esto le asigna una larga vida útil, de mínimo 500 años. Igualmente, su alto potencial de absorción de radiación infrarroja lo hace un problema para la temperatura global. El hexafluoroetano forma parte de la lista de gases de efecto invernadero del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC).
• Hexafluoruro de azufre (SF6). Gas no tóxico, cinco veces más pesado que el aire, con un índice GWP de 176 (20.000 veces más que el CO₂). Por otra parte, tiene una vida útil de 3.200 años, aunque por ser tan denso no asciende a las capas altas de la atmósfera.

Referencias 

1. Bolin, B., Doos, B.R. Greenhouse effect.
2. Elsom, D.M. Atmospheric pollution: a global problem.
3. Global Warming of 1.5 °C. Recuperado de ipcc.com.
4. Mitchell, J.F.B., Johns, T.C., Gregory, J.M., Tett, S.F.B. Climate response to increasing levels of greenhouse gases and sulphate aerosols. Nature.
5. Schneider, S.H. The Greenhouse Effect: Science and Policy. Science.