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GASES DE "INVERNADERO"
Publicación: 26 de abril de 2006. Actualizaciones: 13 de septiembre de 2007.

Para citar este artículo copie y pegue las siguientes dos líneas. Por favor llene los espacios del día, del mes y del año en que consultó este artículo:

Nahle, Nasif. 2006. Gases de Invernadero. Biology Cabinet. Consultado el (día) de (mes) de (año), de http://www.biocab.org/Gases_de_Invernadero.html

CIENCIA DE LOS GASES DE "INVERNADERO"
Por Nasif Nahle

Desde que se popularizó el asunto del Calentamiento Global, o Variabilidad Térmica Atmosférica, el término "Invernadero" ha llegado a ser más prominente que la ciencia detrás del concepto.

¿Qué significa el término "invernadero"? "Invernadero" se refiere a una habitación dedicada generalmente al cultivo de plantas dentro de un ambiente favorable cuando las condiciones del entorno son inadecuadas (por ejemplo, cultivo de verduras de verano durante inviernos fríos, en ambientes inhóspitos o en ubicaciones con una humedad pobre. El sistema de un invernadero depende del bloqueo del intercambio de gases entre el interior del invernadero y el ambiente natural para evitar la transferencia de calor por convección (traslado de la energía por corrientes en un volumen determinado de un medio fluido). Ello permite que la temperatura dentro del invernadero se mantenga constantemente tibia para evitar la pérdida de las verduras o animales cultivados allí por un excesivo enfriamiento en el exterior.

¿Hay Gases de "Invernadero"? No, no hay Gases de "Invernadero". Los gases de la atmósfera dentro de un invernadero son los mismos que en la atmósfera fuera del invernadero. Los gases son fluidos en constante movimiento que les permite llenar los espacios hacia donde esos gases pueden difundirse. Las masas móviles forman corrientes que permiten la transferencia de energía cuando una gran masa de ese gas se mueve de uno a otro espacio. Recuerde que la energía (por ejemplo, la energía calorífica) siempre fluye desde un sistema de alta densidad a otros sistemas con baja densidad -que es lo mismo que decir que el calor siempre fluye desde un estado de alta densidad a un estado de baja densidad. Cuando la transferencia de energía depende de corrientes de fluidos se llama convección.

El EFECTO DE INVERNADERO EN NUESTROS COCHES

El calentamiento de los coches que se estacionan bajo los rayos de sol con las ventanillas cerradas ¿es un efecto de invernadero? Sí, es un efecto de invernadero porque obstruimos el intercambio de gases (a través de corrientes) entre el interior del coche y el ambiente. En otras palabras, cuando dejamos nuestros coches bajo los rayos solares, si cerramos bien nuestros coches, bloqueamos las corrientes de gas entre el interior de los coches y el ambiente exterior, permitiendo que sólo ocurra transferencia de calor por convección dentro de nuestros coches. Cuando la atmósfera interior absorbe el calor, se entibia hasta un límite porque ningún cuerpo puede absorber calor infinitamente y un porcentaje del calor es transferido por radiación desde el ambiente interior hacia la carrocería del coche y desde la carrocería del coche hacia el ambiente exterior. Después de esto, en la atmósfera el calor fluye por convección y radiación.

El calor atmosférico atraviesa los parabrisas por conducción y golpea las moléculas de los gases del ambiente interior. El calor se transfiere de la carrocería a la atmósfera de la cabina por radiación y conducción y es absorbido por las moléculas de gas dentro de la cabina por convección. El calor que golpea a las moléculas de gas en la atmósfera de la cabina se transforma en energía cinética. La transformación del calor en energía cinética y los choques entre las moléculas generan calor con una longitud de onda más larga que es transferida a la carrocería del coche por convección (la carrocería toma el calor por conducción) y lentamente hacia el ambiente por conducción y radiación, primero a la carrocería y después de la carrocería al ambiente.

El calor en el interior del coche se distribuye uniformemente por medio de las corrientes de aire atrapado dentro del coche (convección). No hay transferencia de calor por convección hacia la atmósfera exterior porque obstruimos las corrientes de aire desde dentro hacia fuera del coche. Entonces, el calentamiento en nuestros coches estacionados a la intemperie en un día soleado obedece al efecto de invernadero. Sin embargo, no hay cambio en las longitudes de ondas infrarrojas, sino que el calor que penetra en nuestros coches (calor de la atmósfera) no es el mismo calor que el calor generado por el movimiento y los choques de las moléculas de gas en nuestros coches. La longitud de onda infrarroja de la radiación solar es de cerca de 500 nanómetros, mientras que la radiación infrarroja que emite la Tierra es de cerca de 10 micrómetros. La longitud de onda infrarroja de la radiación dentro de nuestros coches es levemente menor a 10 micrómetros. Así, el calor entrante del Sol no es el mismo calor emitido por la atmósfera, y ambas, la radiación del Sol y la radiación infrarroja de la Atmósfera no son las mismas que la radiación infrarroja emitida por la atmósfera interior de nuestros coches.

Cuando eliminamos la convección, la transferencia de calor al ambiente dependerá sólo de la conducción y la radiación, que hace que la transferencia de calor sea más lenta que si ocurrieran las tres maneras de transferencia de calor.

Imagínese una actividad hecha por tres personas. Tres personas hacen un trabajo en 30 minutos, si despedimos a una persona y dejamos sólo a dos trabajadores para hacer el trabajo, el tiempo se reprogramará en 10 minutos adicionales; consecuentemente, las dos personas completarán el mismo trabajo en 40 minutos. Si eliminamos a otro trabajador, el tiempo se alargará por otros 10 minutos, así que una persona sola hará el mismo trabajo en 50 minutos. Imagínese que, sellando nuestros coches, nosotros estamos eliminando a uno de los trabajadores (convección) que controlaban la difusión del calor desde el interior del coche hacia el ambiente. El calor emitido por los coches tiene una longitud de onda más larga que el calor irradiado por el Sol. Entonces, el calor en el interior del coche fluye más lentamente que el calor emitido por el Sol. El calor en la atmósfera, el agua y el suelo fluyen a una velocidad limitada a causa de la masa de sus moléculas, que limita su velocidad, mientras las ondas del calor emitido por el Sol son ondas electromagnéticas que se desplazan a la velocidad de la luz. El calor solar atraviesa rápidamente la atmósfera; sin embargo, el calor liberado por la transformación de la radiación infrarroja en energía cinética y potencial fluye lentamente hacia el espacio exterior. Esto es el Efecto de Invernadero; aunque los gases de la atmósfera no son gases de "Invernadero", sino TRANSPORTADORES TÉRMICOS.

¿Sabía usted que las noches en la Tierra no son congelantes porque el agua de los océanos transfiere el calor más lentamente que la atmósfera y el suelo? Si hay Gases de "Invernadero", dado que los océanos son más eficientes para transportar el calor que los gases, los culpables de todo esto son los Océanos de "Invernadero".

Todas las clases de transformación de un tipo de energía a otro generan calor. Esto es lo mismo que decir que ninguna clase de transformación de la energía es 100 % eficiente (Segunda Ley de Termodinámica). En ese caso, ¿qué ocurre con todo el calor generado por la transformación de la radiación infrarroja a energía cinética y química en la atmósfera? Un alto porcentaje de ese calor es irradiado al espacio exterior (radiación), en donde el calor es transferido a otros mundos y al campo gravitacional, otra porción es transferida a masas fluidas, por ejemplo líquidos y gases, por convección y otra porción es transferida a objetos sólidos también por convección.

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¿QUE ACONTECE EN LA ATMÓSFERA?

El calor proveniente del Sol y de otras estrellas -inclusive desde las supernovas- se encuentra con las moléculas de gases atmosféricos. El calor absorbido hace que las moléculas se muevan con mayor rapidez (el calor se transforma en energía cinética) y promueve reacciones químicas entre los gases (el calor se transforma en energía química). Una mayor cantidad de calor proveniente del Sol es absorbida por el suelo terrestre, en donde las moléculas y los electrones libres vibraran más intensamente generando calor con longitud de onda más larga. Dado que todo intercambio y transformación de energía implica un déficit de calor, el calor engendrado por el movimiento de las moléculas y las reacciones químicas se transfiere por convección a otras regiones de la atmósfera. Una cantidad del calor generado en la atmósfera es transferida por convección a la corteza terrestre y a los océanos, al mismo tiempo que otro porcentaje de calor es irradiado al espacio exterior. Así, el calor no se acumula ni se almacena en la atmósfera. La propia idea es inconcebible porque ello implicaría un calentamiento que se incrementaría constantemente. Si así fuera, la Tierra ya se hubiera chamuscado desde hace miles de millones de años.

El calor en la atmósfera no es re-irradiado porque el calor liberado por el movimiento de las moléculas y las reacciones químicas en la atmósfera no es el mismo calor que penetra desde el espacio exterior. El calor proveniente del Sol, absorbido por los gases atmosféricos (principalmente por el vapor de agua), por los océanos y por los suelos no es re-irradiado desde la Tierra, sino que es transformado en Energía Cinética y Potencial. Debido al movimiento vibratorio de las moléculas de la atmósfera, del agua y de los suelos, y a la excitación de los electrones libres se genera calor de onda larga que se IRRADIA desde la Tierra hacia el espacio exterior. La nieve y las nubes REFLEJAN cierto porcentaje del calor proveniente del cosmos hacia el espacio exterior.

Los gases de "invernadero" no son un espejo que refleja el calor nuevamente hacia la Tierra, ni forman un manto que pueda obstruir la transferencia de calor a otros sistemas térmicos. Los gases de "Invernadero" son componentes de la atmósfera terrestre que hacen posible la vida en ella. Si no hubiera oxígeno en la atmósfera, de todos modos la vida sería posible en la Tierra. Recuerde que el oxígeno era escaso en la atmósfera terrestre muchos millones de años antes de que los organismos fotosintéticos prosperaran en la Tierra. Si la atmósfera terrestre no tuviera gases de "invernadero", la Tierra sería una pelota congelada donde no sería posible la existencia de seres vivientes.

Los gases atmosféricos -todo ellos- absorben energía, aunque unos poseen un alto calor específico y pueden absorber mayores cantidades de calor, aunque esta propiedad térmica los hace ser malos conductores del calor. El Bióxido de carbono, es señalado como el principal culpable del "Calentamiento Global" (el nombre apropiado es Variabilidad de la Temperatura Troposférica); sin embargo, su capacidad de absorción y de emisión de calor es bastante baja. En su concentración actual de 381 ppmv en la atmósfera, el bióxido de carbono tiene una absorbencia-emitancia de apenas 0.00092 (sin unidades). O sea que a su concentración actual en la atmósfera de 381 ppmv, el CO2 es capaz de un incremento de la temperatura troposférica de tan solo 0.02° C, una variación normal; sin embargo, la anomalía registrada en la temperatura troposférica ha alcanzado 0.62 °C. La discrepancia revela que la variabilidad de la temperatura troposférica no obedece a los contaminantes, sino a una densidad más alta de la energía proveniente del Cosmos –que incluye a la Radiación Solar y a los Rayos Cósmicos Interestelares. (Por favor, lea un artículo relacionado en Science)

Los gases atmosféricos como el vapor de agua, el bióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y algunas partículas de polvo y hollín, cuando colisionan con los fotones de radiación infrarroja, adquieren una dinámica que libera calor por la transformación de energía potencial a energía cinética y por las muchas reacciones químicas dadas entre ellos y otros compuestos en la atmósfera. En particular, nosotros debemos mantener en mente las siguientes fórmulas:

Eventos durante la luz del día: energía potencial de los gases Atmosféricos + calor del Sol y otros lugares del Universo >> energía Cinética molecular de gases atmosféricos + calor liberado por el movimiento de las moléculas de los gases atmosféricos + calor liberado por los choques entre moléculas + calor cósmico no absorbido >> la Tierra se calienta algo.

Eventos durante la noche: energía Cinética molecular de los gases atmosféricos >> disminución del intercambio de energía potencial + disminución del calor entrando desde el espacio exterior + irradiación de calor atmosférico al espacio exterior + la transferencia de calor atmosférico >> la Tierra se refresca algo, pero es mantenida tibia por el calor difundido desde el agua y el suelo.

Muchos otros factores calientan o refrescan a la Tierra, pero he resumido todo para una mejor comprensión del texto. Por ejemplo, yo no he tomado en consideración el calor liberado por la propia Tierra (por ejemplo el de la actividad volcánica). He dejado pasar también las Partículas Cósmicas Interestelares, que evidentemente calientan a la Tierra y a otros planetas en nuestro Sistema Solar (lea aquí).

Después de la desmitificación de los pedazos y pedacitos sobre los Gases de "Invernadero" -desplegado por los verdes, ¿piensa usted todavía que nosotros los humanos estamos calentando la Tierra y que nosotros los humanos podemos revertir este calentamiento cíclico y natural?

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PUTREFACCIÓN Y GASES DE INVERNADERO

En un resumen preparatorio de la Academia de Ciencias de Nueva York, informado por Christine Van Lenten, William Ruddiman asegura que los cambios del clima que ocurrieron hace 12000 años fueron los efectos de las actividades agrícolas practicadas por los humanos de esa época.

William Ruddiman dice que las actividades agrícolas de un puñado de comunidades humanas causaron un incremento excepcional del metano atmosférico terrestre hace unos 12,000 años, provocando un cambio climático global.

Para aumentar por mano humana la concentración del Metano atmosférico en sólo un 0.3 % se requieren 2.95 X 10e+8 toneladas métricas (2.95 Kg X 10e+11) de productos orgánicos en putrefacción (paja, rastrojo y estiércol en descomposición) y flatulencias del ganado. La producción actual de cosechas mundiales (granos y pajares) es de 1.841 toneladas X 10e+9 por año. La producción bruta engendra 9.21 X 10e+8 toneladas métricas de pajares, de los cuales sólo 2.3 X 10e+8 toneladas se tiran y se pudren. Hace 12000 años, sin maquinaria agrícola y sin animales para estirar los arados (los arados aún no existían y los único animales domesticados eran los perros y quizás los gatos), esos primeros granjeros -que sembraban con pica y un pie descalzo- serían capaces de producir apenas un 0.00007% del metano atmosférico debido a la tala de árboles y a la putrefacción de basura agrícola (principalmente paja de arroz y trigo porque otros cereales como el maíz y leguminosos como el frijol y la soya no eran explotados domésticamente).

Sería bueno que los alarmistas del cambio climático antropogénico nos dijeran si los seres humanos fueron los causantes de las disminuciones y los exagerados aumentos del Metano y del Bióxido de Carbono, los cuales han propiciado regularmente glaciaciones y calentamientos globales cíclicos a lo largo de la historia de la Tierra; claro, sin la presencia de seres humanos.

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RECURSOS

http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/312/5778/1366

Bakken, G. S., Gates, D. M., Strunk, Thomas H. and Kleiber, Max. Linearized Heat Transfer Relations in Biology. Science. Vol. 183; pp. 976-978. 8 March 1974.

McGrew, Jay L. , Bamford, Frank L and Thomas R. Rehm. Marangoni Flow: An Additional Mechanism in Boiling Heat Transfer. Science. Vol. 153. No. 3740; pp. 1106 - 1107. 2 September 1966.

Pitts, Donald R. and Sissom, Leighton E. Heat Transfer-Second Edition. McGraw-Hill. 1998. New York, NY.

Potter, Merle C. and Somerton, Craig W. Thermodynamics for Engineers. Mc Graw-Hill. 1993. New York, NY.

Wilson, Jerry D. College Physics-2nd Edition; Prentice Hall Inc. 1994. New York, NY.

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