Efecto invernadero

Una representación de los intercambios de energía entre la fuente (el Sol ), la superficie de la Tierra, la atmósfera de la Tierra , y el sumidero final espacio exterior. La capacidad de la atmósfera para capturar y reciclar la energía emitida por la superficie de la Tierra es la característica que define el efecto invernadero.

El efecto invernadero es un proceso por el cual la radiación térmica a partir de una superficie planetaria es absorbida por la atmósfera gases de efecto invernadero , y se re-radiada en todas las direcciones. Dado que parte de esta re-radiación es de nuevo hacia la superficie, la energía se transfiere a la superficie y la atmósfera inferior. Como resultado, la temperatura no es mayor de lo que sería si el calentamiento directo por la radiación solar fuera el único mecanismo de calentamiento.

Este mecanismo es fundamentalmente diferente de la de un real de efecto invernadero, que funciona mediante el aislamiento de aire caliente dentro de la estructura para que el calor no se pierde por convección.

El efecto invernadero fue descubierto por Joseph Fourier en 1824, experimentó por primera vez de forma fiable por John Tyndall en 1858, y el primero reportado cuantitativamente por Svante Arrhenius en 1896.

Si un ideal térmicamente conductora cuerpo negro era la misma distancia del Sol que la Tierra es, tendría una temperatura de alrededor de 5,3 ° C. Sin embargo, puesto que la Tierra refleja aproximadamente el 30% (o 28%) de la luz solar entrante, el planeta de temperatura efectiva (la temperatura de un cuerpo negro que emiten la misma cantidad de radiación) es de aproximadamente -18 o -19 ° C, aproximadamente 33 ° C por debajo de la temperatura de la superficie real de aproximadamente 14 ° C o 15 ° C. El mecanismo que produce esta diferencia entre la temperatura real de la superficie y la temperatura efectiva es debido a la atmósfera y se conoce como el efecto invernadero.

El calentamiento global , un reciente calentamiento de la superficie terrestre y la atmósfera baja, se cree que es el resultado de un fortalecimiento del efecto invernadero, debido principalmente a los incrementos producidos por el hombre en los gases atmosféricos de efecto invernadero.

Mecanismo básico

La Tierra recibe energía del Sol en forma de luz visible. Esta luz es absorbida en la superficie de la Tierra, y re-irradiada en forma de radiación térmica. Parte de esta radiación térmica es absorbida por la atmósfera, y re-radiada tanto al alza como a la baja; que irradiaba hacia abajo es absorbida por la superficie de la Tierra. Así, la presencia de la atmósfera resultados en la superficie que reciben más radiación de lo que eran la atmósfera ausente; y es por lo tanto más caliente de lo que sería de otro modo.

Esta foto muy simplificado del mecanismo básico debe matizarse en un número de maneras, ninguno de los cuales afectan el proceso fundamental.

La radiación solar espectro de la luz directa, tanto en la parte superior de la atmósfera de la Tierra y al nivel del mar

• La radiación entrante desde el Sol está en su mayoría en forma de luz y cerca de las longitudes de onda visibles, en gran medida en el rango 0,2-4 micras, correspondiente a la temperatura de radiación del Sol de 6000 K. Casi la mitad de la radiación está en la forma de luz "visible" , que nuestros ojos están adaptados para su uso.
• Alrededor del 50% de la energía del Sol es absorbida en la superficie de la Tierra y el resto es reflejada o absorbida por la atmósfera. El reflejo de la luz de vuelta al espacio-en gran parte por las nubes-no afecta tanto el mecanismo básico; esta luz, de manera efectiva, se pierde en el sistema.
• La energía absorbida calienta la superficie. Presentaciones simples del efecto invernadero, tales como el modelo idealizado de efecto invernadero, se repite el calor que se pierde en forma de radiación térmica. La realidad es más compleja: la atmósfera cerca de la superficie es en gran medida opaco a la radiación térmica (con excepciones importantes para "ventana" bandas), y la mayoría de la pérdida de calor de la superficie es por calor sensible y transporte de calor latente. Las pérdidas de energía de radiación se vuelven cada vez más importante en la atmósfera superior en gran parte debido a la concentración decreciente de vapor de agua, un importante gas de efecto invernadero. Es más realista pensar en el efecto invernadero que se aplica a una "superficie" en el mediano troposfera, que está acoplado de manera efectiva a la superficie por una gradiente vertical.
• Dentro de la región donde los efectos de radiación son importantes la descripción dada por el modelo idealizado de efecto invernadero se convierte realista: La superficie de la Tierra, se calentó a una temperatura de alrededor de 255 K, irradia longitud de onda larga, calor infrarrojo en el rango de 4-100 micras. En estas longitudes de onda, gases de efecto invernadero que eran en gran parte transparente a la radiación solar entrante son más absorbentes. Cada capa de la atmósfera con gases de efecto invernadero absorbe parte del calor se irradia hacia arriba desde las capas inferiores. Para mantener su propio equilibrio, se re-irradia el calor absorbido en todas las direcciones, tanto hacia arriba como hacia abajo. Esto se traduce en más calidez a continuación, mientras que todavía irradiaba calor suficiente hacia el espacio profundo de las capas superiores de mantener global equilibrio térmico. El aumento de la concentración de los gases aumenta la cantidad de absorción y re-radiación, y por lo tanto más se calienta las capas y, finalmente, la superficie a continuación.
• Los gases de efecto invernadero, incluyendo la mayoría de los gases diatómicas con dos átomos diferentes (tales como monóxido de carbono, CO) y todos los gases con tres o más átomos-son capaces de absorber y emitir radiación infrarroja. Aunque más del 99% de la atmósfera seca es transparente IR (porque los constituyentes principales _2-N, O _2, y no AR-son capaces de absorber o emitir directamente la radiación infrarroja), las colisiones intermoleculares causan la energía absorbida y emitida por el efecto invernadero los gases que pueden compartir con los demás, no IR-activas, gases.
• El cuadro simple asume equilibrio. En el mundo real no es la ciclo diurno, así como los ciclos estacionales y el clima. Calefacción solar sólo se aplica durante el día. Durante la noche, la atmósfera se enfría un poco, pero no mucho, porque su emisividad es baja, y durante el día se calienta la atmósfera. Los cambios de temperatura diurnas disminuyen con la altura en la atmósfera.

Gases de invernadero

Por su porcentaje de contribución al efecto invernadero en la Tierra los cuatro gases principales son:

• vapor de agua , 36-70%
• dióxido de carbono , 9-26%
• metano , 4-9%
• ozono , 7.3%

El principal contribuyente no gas a efecto invernadero de la Tierra, nubes, también absorben y emiten radiación infrarroja y por lo tanto tener un efecto sobre las propiedades radiativas de la atmósfera.

Papel en el cambio climático

La Curva de Keeling de concentraciones _de CO2 atmosférico medido en Mauna Loa Observatorio.

Fortalecimiento del efecto invernadero a través de las actividades humanas es conocido como el mayor (o antropogénico) efecto invernadero. Este aumento de la forzamiento radiativo de la actividad humana se debe principalmente a un aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico.

CO ₂ es producido por la quema de combustibles fósiles y otras actividades como la producción de cemento y la deforestación tropical. Las mediciones de CO ₂ de la serie observatorio Mauna Loa que las concentraciones han aumentado de alrededor de 313 ppm en 1960 a alrededor de 389 ppm en el año 2010. La cantidad actual observado de CO ₂ supera los máximos geológica registro (~ 300 ppm) a partir de datos de testigos de hielo. El efecto del dióxido de carbono de combustión producidos en el clima mundial, un caso especial del efecto invernadero primero descrito en 1896 por Svante Arrhenius, también se ha llamado la Efecto Callendar.

Debido a que es un gas de efecto invernadero, elevadas de CO ₂ niveles contribuyen a adicional absorción y emisión de infrarrojo térmico en la atmósfera, que producen calentamiento neto. Según el último Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, "la mayor parte del aumento observado en las temperaturas promedio a nivel mundial ya que es muy probable que a mediados del siglo 20 debido al aumento observado en las concentraciones de gases de efecto invernadero antropogénicos".

Durante los últimos 800.000 años, los datos de núcleos de hielo muestran inequívocamente que el dióxido de carbono ha variado de valores tan bajos como 180 partes por millón (ppm) a nivel preindustrial de 270ppm. Paleoclimatólogos consideran variaciones de dióxido de carbono que es un factor fundamental en el control de las variaciones climáticas sobre esta escala de tiempo.

Invernaderos reales

Un moderno Invernadero en RHS Wisley

El "efecto invernadero" es el nombre por analogía a los invernaderos. El efecto invernadero y un invernadero real son similares en que ambos limitan la tasa de energía térmica que fluye fuera del sistema, pero los mecanismos por los que se retiene el calor son diferentes. Un invernadero trabaja principalmente mediante la prevención de calor absorbido salir de la estructura a través convección, es decir, transporte de calor sensible. El efecto invernadero se calienta la tierra porque los gases de invernadero absorben la energía de radiación saliente y re-emiten algunos de vuelta hacia la tierra.

Un invernadero está construido de cualquier material que pasa la luz solar, generalmente de vidrio, o plástico. Se calienta principalmente porque el sol calienta el suelo en el interior, que a continuación calienta el aire en el invernadero. El aire continúa calentándose debido a que está confinado dentro del invernadero, a diferencia del entorno fuera del invernadero donde el aire caliente cerca de la superficie se eleva y se mezcla con aire más frío en el aire. Esto se puede demostrar mediante la apertura de una pequeña ventana cerca del techo de un invernadero: la temperatura bajará considerablemente. También se ha demostrado experimentalmente ( RW Wood, 1909) que un "efecto invernadero" con una cubierta de sal de roca (que es transparente a los infrarrojos) se calienta un recinto de manera similar a uno con una cubierta de vidrio. Así invernaderos trabajan principalmente mediante la prevención enfriamiento convectivo.

En el efecto invernadero, en vez de retener el calor (sensible) al impedir físicamente el movimiento del aire, gases de efecto invernadero actúan para calentar la Tierra por la re-irradia parte de la energía de nuevo hacia la superficie. Este proceso puede existir en invernaderos reales, pero es relativamente poco importante allí.

Organismos distintos de la Tierra

En nuestro sistema solar, Marte , Venus y la luna Titan también muestran el efecto invernadero. Titan tiene una efecto anti-invernadero, en que su atmósfera absorbe la radiación solar, pero es relativamente transparente a la radiación infrarroja. Plutón también muestra un comportamiento superficialmente similar al efecto anti-invernadero.

La efecto invernadero desbocado se produce si evaluaciones positivas llevan a la evaporación de todos los gases de efecto invernadero a la atmósfera. Un dióxido de carbono y vapor de agua efecto invernadero desbocado que implica se cree que han ocurrido en Venus .

Literatura

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• Businger, Joost Alois; Fleagle, Robert Guthrie (1980). Una introducción a la física de la atmósfera. Serie Internacional geofísica (2ª ed.). San Diego: Academic. ISBN 0-12-260355-9.
• Informes de evaluación del IPCC, véase http://www.ipcc.ch/
• Henderson-Sellers, Ann; McGuffie, Kendal (2005). Una introducción modelización del clima (3ª ed.). Nueva York: Wiley. ISBN 0-470-85750-1. "Efecto invernadero:. El efecto de la atmósfera en la re-reenviando radiación de onda larga de nuevo a la superficie de la Tierra no tiene nada que ver con los invernaderos, que atrapan el aire caliente en la superficie."
• Idso, SB (1982) Dióxido de carbono:. Amigo o enemigo? : Una investigación sobre las consecuencias climáticas y agrícolas del rápido aumento de CO ₂ contenido de la atmósfera terrestre. Tempe, AZ: IBR Press. OCLC 63236418. "... la fraseología es un poco en su caso, ya que el CO ₂ no calienta el planeta en una manera análoga a la forma en que un invernadero mantiene su interior cálido"
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