Un gas de efecto invernadero (GEI) es un gas atmosférico que absorbe y emite radiación dentro del rango infrarrojo. Este proceso es la fundamental causa del efecto invernadero.¹​ Los principales GEI en la atmósfera terrestre son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido de nitrógeno y el ozono. Sin los gases de efecto invernadero la temperatura promedio de la superficie terrestre sería alrededor de −18 °C,²​ en lugar de la media actual de 15 °C.³​⁴​⁵​ En el sistema solar, las atmósferas de Venus, Marte y Titán también albergan gases que causan un efecto invernadero.

Las actividades humanas desde el inicio de la Revolución Industrial (considerado en 1750) ha producido un incremento del 40 % en la concentración atmosférica del dióxido de carbono, de fórmula CO₂, desde 280 ppm en 1750 a 400 ppm en 2015.⁶​⁷​ Este incremento ha ocurrido a pesar de la absorción de una gran porción de las emisiones por varios depósitos naturales que participan del ciclo del carbono.⁸​⁹​ Las emisiones de CO₂ antropogénicas (producidas por actividades humanas) provienen de la combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón, petróleo y gas natural, además de la deforestación, la erosión del suelo y la crianza animal.¹⁰​

Se ha estimado que si las emisiones de GEI continúan al ritmo actual, la temperatura de la superficie terrestre podría exceder los valores históricos tan pronto como 2047, con efectos potencialmente dañinos en los ecosistemas, la biodiversidad y peligraría la subsistencia de las personas en el planeta.¹¹​ Estimaciones de agosto de 2016 sugieren que de seguir la actual trayectoria de emisiones la Tierra podría superar el límite de 2 °C de calentamiento global (el límite señalado por el IPCC como un calentamiento global «peligroso») en 2036.¹²​

Índice

• 1Gases en la atmósfera terrestre
  • 1.1Gases invernadero
  • 1.2No gases de efecto invernadero
• 2Efecto invernadero
• 3Mecanismo
• 4Contaminación
• 5Impactos sobre el efecto invernadero en general
  • 5.1Componente
  • 5.2Proporción de efectos directos en un momento dado
  • 5.3Forzamiento radiativo
  • 5.4Potencial de calentamiento global
• 6Emisiones directas de gases de efecto invernadero
  • 6.1Atribución regional y nacional de las emisiones
  • 6.2Por cambio de uso de la tierra
  • 6.3Intensidad de gases de efecto invernadero
  • 6.4Emisiones acumuladas e históricas
  • 6.5Emisiones anuales
  • 6.6Principales países emisores
    • 6.6.1Anual
    • 6.6.2Acumulado
  • 6.7Emisión relativa de CO₂ de varios combustibles
• 7Métodos de eliminación de la atmósfera
  • 7.1Procesos naturales
  • 7.2Emisiones negativas
• 8Véase también
• 9Referencias
• 10Enlaces externos

Gases en la atmósfera terrestre[editar]

Concentración en la atmósfera de los principales GEI.

Gases invernadero[editar]

Espectro de absorción en el infrarrojo del conjunto de la atmósfera (abajo) y de gases específicos. De algunos se marcan solamente los centros de sus bandas de absorción (De Graedel & Crutzen, 1993).

• El vapor de agua (H₂O) es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua líquida o por sublimacióndel hielo. Es el que más contribuye al efecto invernadero debido a la absorción de los rayos infrarrojos. Es inodoro e incoloro y, a pesar de lo que pueda parecer, las nubes o el vaho blanco de una cacerola o un congelador, vulgarmente llamado «vapor», no son vapor de agua sino el resultado de minúsculas gotas de agua líquida o cristales de hielo.
• Dióxido de carbono (CO₂) óxido de carbono (IV), también denominado dióxido de carbono, gas carbónico y anhídrido carbónico, es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su fórmula química es CO₂.
• Metano (CH₄) El metano (del griego methy, vino, y el sufijo -ano) es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH₄.

Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su fase líquida.En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacciónanaeróbica de las plantas. Este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Muchos microorganismos anaeróbicos lo generan utilizando el CO₂ como aceptor final de electrones.Constituye hasta el 97 % del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo.El metano es un gas de efecto invernadero relativamente potente que podría contribuir al calentamiento global del planeta Tierra ya que tiene un potencial de calentamiento global de 23; pero que su concentración es bajísima. Esto significa que en una media de tiempo de 100 años cada Kg de CH₄ calienta la Tierra 25 veces más que la misma masa de CO₂, sin embargo hay aproximadamente 220 veces más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra que metano por lo que el metano contribuye de manera menos importante al efecto invernadero.

• Óxidos de nitrógeno (NO_x) El término óxidos de nitrógeno (NxOy) se aplica a varios compuestos químicos binarios gaseosos formados por la combinación de oxígeno y nitrógeno. El proceso de formación más habitual de estos compuestos inorgánicos es la combustión a altas temperaturas, proceso en el cual habitualmente el aire es el comburente.
• Ozono (O₃) El ozono (O₃), es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno, formada al disociarse los 2 átomos que componen el gas de oxígeno. Cada átomo de oxígeno liberado se une a otra molécula de oxígeno (O₂), formando moléculas de Ozono (O₃).
• Clorofluorocarbonos (CFC) El clorofluorocarbono o clorofluorocarburo, es cada uno de los derivados de los hidrocarburos saturados obtenidos mediante la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de flúor y/o cloro principalmente.

Debido a su alta estabilidad fisicoquímica y su nula toxicidad, han sido muy usados como gases refrigerantes, agentes extintores y propelentes para aerosoles. Fueron introducidos a principios de la década de los años 1930 por ingenieros de General Motors, para sustituir materiales peligrosos como el dióxido de azufre y el amoníaco.

No gases de efecto invernadero[editar]

Los principales constituyentes atmosféricos, nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y argón (Ar), no son gases de efecto invernadero porque las moléculas que contienen dos átomos del mismo elemento, como N₂ y O₂, no tienen un cambio neto en la distribución de sus cargas eléctricas cuando vibran, y los gases monatómicos como Ar no tienen modos vibratorios. Por lo tanto, no se ven afectados casi en su totalidad por la radiación infrarroja. Algunas moléculas heterodiatómicas que contienen átomos de diferentes elementos como el monóxido de carbono (CO) o el cloruro de hidrógeno (HCl) absorben la radiación infrarroja, aunque estas moléculas tienen una vida corta en la atmósfera debido a su reactividad y solubilidad. Por lo tanto, no contribuyen significativamente al efecto invernadero y a menudo se omiten cuando se habla de los gases de efecto invernadero.

Efecto invernadero[editar]

Artículo principal: Efecto invernadero

La atmósfera, por el hecho de ser muy transparente para la luz visible pero mucho menos para la radiación infrarroja, produce para la superficie terrestre el mismo efecto que el techo de cristal produce en un invernadero; la luz solar, que llega sin grandes obstáculos hasta el suelo, lo calienta, dando lugar a que emita rayos infrarrojos (ondas caloríficas), los cuales, a diferencia de los rayos de luz, son absorbidos en gran parte por el vidrio o la atmósfera. Al final la cantidad de energía emitida al espacio tiene que ser la misma que la absorbida, pero la superficie terrestre tiene que alcanzar la temperatura en que ambos flujos se equilibran, la cual es más alta en presencia de una atmósfera (en un planeta) o de techos de cristal (en un invernadero; aunque en realidad el cristal de un invernadero protege de la pérdida de calor más porque interrumpe la circulación del aire, que porque sea opaco a los rayos infrarrojos).

Es importante señalar que el efecto invernadero afecta a todos los cuerpos planetarios del sistema solar dotados de atmósfera, porque aunque no todos los gases absorben radiación infrarroja, en ninguna de esas atmósferas faltan los que sí lo hacen. En la Tierra el efecto invernadero es responsable de un exceso de 33 °C de la temperatura superficial (15 °C de valor medio) sobre la temperatura de emisión (−18 °C), pero en Marte la diferencia es de tan solo 3 °C y en Venus la diferencia alcanza los 466 °C.

El efecto invernadero es un fenómeno natural, pero la alusión frecuente a él en relación con el calentamiento global hace creer a algunos que es en sí indeseable, y una consecuencia reciente de la contaminación atmosférica. Hay que aclarar que el calentamiento no es atribuido a la simple existencia, sino al aumento del efecto invernadero por encima de sus valores naturales por acción del hombre.

Mecanismo[editar]

No todos los componentes de la atmósfera contribuyen al efecto invernadero. Los gases de invernadero absorben los fotones infrarrojos emitidos por el suelo calentado por el sol. La energía de esos fotones no basta para causar reacciones químicas —para romper enlaces covalentes— sino que simplemente aumenta la energía de rotación y de vibración de las moléculas implicadas. El exceso de energía es a continuación transferido a otras moléculas, por las colisiones moleculares, en forma de energía cinética, es decir, de calor; aumentando la temperatura del aire. De la misma forma, la atmósfera se enfría emitiendo energía infrarroja cuando se producen las correspondientes transiciones de estado vibracional y rotacional en las moléculas hacia niveles menores de energía. Todas esas transiciones requieren cambios en el momento dipolar de las moléculas (es decir, modificaciones de la separación de cargas eléctricas en sus enlaces polares) lo que deja fuera de este papel a los dos gases principales en la composición del aire, nitrógeno (N₂) y oxígeno (O₂), cuyas moléculas, por estar formadas por dos átomos iguales, carecen de cualquier momento dipolar.

Contaminación[editar]

Si bien todos ellos —salvo los compuestos del flúor— son naturales, en tanto que existen en la atmósfera desde antes de la aparición de los seres humanos, a partir de la Revolución industrial de mediados del siglo XIX, y debido principalmente al uso intensivo de combustibles fósiles en las actividades industriales, la ganadería y el transporte, se han producido sensibles incrementos en las cantidades de óxidos de nitrógeno y dióxido de carbono emitidas a la atmósfera. Se estima que también el metano y el óxido nitroso están aumentando su presencia por razones antropogénicas (debidas a la actividad humana, en mayor parte la ganadería y la agricultura ganadera). Además, a este incremento de emisiones se suman otros problemas, como la deforestación, que han reducido la cantidad de dióxido de carbono retenida en materia orgánica, contribuyendo así indirectamente al aumento antropogénico del efecto invernadero. Asimismo, el excesivo dióxido de carbono está acidificando los océanos y reduciendo el fitoplancton.

Impactos sobre el efecto invernadero en general[editar]

Componente[editar]

Schmidt y otros (2010) analizaron cómo los componentes individuales de la atmósfera contribuyen al efecto invernadero total. Estimaron que el vapor de agua representa alrededor del 50% del efecto invernadero de la Tierra, y que las nubes contribuyen con el 25%, el dióxido de carbono con el 20%, y los gases de efecto invernadero menores y los aerosoles con el 5% restante. En el estudio, la atmósfera modelo de referencia es para las condiciones de 1980. Crédito de la imagen: NASA.

La contribución de cada gas al efecto invernadero está determinada por las características de ese gas, su abundancia y los efectos indirectos que pueda causar. Por ejemplo, el efecto radiativo directo de una masa de metano es aproximadamente 84 veces más fuerte que la misma masa de dióxido de carbono en un período de 20 años, pero está presente en concentraciones mucho más pequeñas, de modo que su efecto radiativo directo total es menor, en parte debido a su menor vida atmosférica.¹³​ Por otro lado, además de su impacto radiativo directo, el metano tiene un gran efecto radiativo indirecto porque contribuye a la formación de ozono. Shindell et al (2005)¹⁴​ sostienen que la contribución del metano al cambio climático es al menos el doble de las estimaciones anteriores como resultado de este efecto.¹⁵​ Cuando se clasifican por su contribución directa al efecto invernadero, las más importantes son:¹⁶​

Compuesto	Fórmula	Concentración en la atmósfera (ppm)	Contribución(%)
Vapor de agua y nubes	H 2O	10–50,000(A)	36–72%
Dióxido de carbono	CO2	~400	9–26%
Metano	CH 4	~1.8	4–9%
Ozono	O 3	2–8(B)	3–7%
(A) El vapor de agua varía mucho localmente(B) La concentración en la estratosfera. Alrededor del 90% del ozono de la atmósfera terrestre está contenido en la estratosfera.

Además de los principales gases de efecto invernadero enumerados anteriormente, otros gases de efecto invernadero incluyen el hexafluoruro de azufre, los hidrofluorocarbonos y los perfluorocarbonos (véase la lista de gases de efecto invernadero del IPCC). Algunos gases de efecto invernadero no suelen figurar en la lista. Por ejemplo, el trifluoruro de nitrógeno tiene un alto potencial de calentamiento global (GWP) pero sólo está presente en cantidades muy pequeñas.¹⁷​