El dióxido de carbono es un tipo de molécula que puede absorber radiaciones infrarrojas largas que son emitidas por la superficie de la Tierra.
En el verano de 1856, Eunice Foot realizó experimentos para determinar los factores que influenciaban el calor de los rayos del sol. Sus hallazgos mostraron que un ambiente cerrado que contenía una alta concentración de gas ácido carbónico (ahora conocido como dióxido de carbono) se calentaba más rápidamente bajo la luz del sol en comparación con un ambiente con aire regular. También se enfriaba a un ritmo más lento cuando se retiraba de la luz solar directa.
En su artículo, que no se le permitió presentar debido a su género, ella escribió: «Una atmósfera llena de ese gas haría que nuestra Tierra tuviera una alta temperatura, y si algunas personas creen que en algún momento de su historia el aire contenía una proporción mayor de este gas de la que contiene ahora…». Esta observación no recibió mucha atención en ese momento, pero ahora nos está afectando todos los días. Actualmente estamos viviendo en el futuro que Eunice había imaginado, el cual no es tan agradable.
A menos que hayas estado completamente ajeno durante más de diez años, eres consciente de que el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global (aunque técnicamente, «nosotros» somos los responsables de ello). ¿Pero qué lo hace un gas de efecto invernadero mientras que los otros componentes principales de la atmósfera no lo son? ¡Adentrémonos en cómo el gas que hace que tu refresco sea efervescente también contribuye al derretimiento de los glaciares!
Una breve visión general de los gases de efecto invernadero
Cada día, nuestro planeta recibe una enorme cantidad de energía del sol. La luz solar consiste en rayos ultravioleta, visibles e infrarrojos que son esenciales para mantener la vida.
Antes de que estos rayos lleguen a la superficie de la Tierra, nuestra atmósfera, que es como una manta masiva que pesa 55 mil billones de toneladas, filtra aproximadamente el 99% de los rayos UV, gracias a la capa de ozono (aunque no es completamente efectiva, así que no olvides ponerte protector solar). Luego permite que los rayos visibles pasen, iluminando nuestro mundo. Finalmente, los rayos infrarrojos calientan la Tierra, creando un ambiente acogedor para la vida en medio del frío espacio vasto.
Los rayos infrarrojos que golpean la superficie de la Tierra son absorbidos por varios objetos y luego se emiten como calor. Este calor intenta escapar desde la superficie calentada hacia las regiones más frías de la atmósfera, pero se encuentra con los gases de efecto invernadero, que actúan como barreras para el calor.
Gases específicos como el dióxido de carbono, el vapor de agua, los óxidos de nitrógeno, el metano y los clorofluorocarbonos impiden que el calor escape por completo hacia el espacio. ¡Sin estos gases, nuestro planeta sería una esfera congelada con una temperatura promedio de 18 grados bajo cero!
¿Qué hace que el dióxido de carbono funcione como un gas de efecto invernadero?
En este contexto, cuando mencionamos radiaciones infrarrojas o IR, nos referimos a los rayos infrarrojos que son reflejados por la superficie de la Tierra, no a los que entran con la luz del sol.
Los componentes principales del aire, como el nitrógeno y el oxígeno, no interactúan con la radiación infrarroja (IR) porque son transparentes a ella. Sin embargo, el gas dióxido de carbono (CO2) es IR activo, lo que significa que interactúa con la radiación IR, impidiendo que salga del planeta. Cuando estas moléculas interfieren con el camino de los rayos IR, sufren interacciones químicas con la radiación. Para entender esto, debemos examinar las moléculas de gas individuales.
Incluso bajo condiciones normales de temperatura y presión, las moléculas de gas están en un estado constante de vibración. Estas vibraciones se intensifican cuando son golpeadas por una fuente externa de energía. Imagina una molécula de CO2 como pelotas de ping-pong (átomos de carbono y oxígeno) conectadas por resortes (enlaces). Normalmente, estos enlaces se doblan y estiran a una frecuencia específica y existen en la atmósfera.
Pero luego, un fotón de radiación IR golpea la molécula de CO2, que absorbe el fotón y se excita, haciéndola vibrar a una velocidad más rápida. Sin embargo, la molécula no puede mantener este movimiento rápido durante mucho tiempo y debe volver a su estado original. Lo hace emitiendo la energía de vuelta al aire o transfiriéndola a una molécula de CO2 cercana.
Este proceso ocurre repetidamente para billones de moléculas de CO2, lo que resulta en la absorción continua, excitación y reemisión de energía, lo que atrapa el calor en el interior.
Ahora, ¿por qué el nitrógeno y el oxígeno no se consideran gases de efecto invernadero? En cada molécula, hay cargas positivas y negativas debido al núcleo y las nubes de electrones. Cuando las moléculas heteroatómicas vibran, como el dióxido de carbono, el metano o el dióxido de nitrógeno, su distribución de carga cambia. Esta distribución desigual de cargas crea un campo eléctrico que los hace sensibles a radiaciones electromagnéticas como la IR.
Sin embargo, los gases diatómicos como el N2 y el O2, incluso cuando sus enlaces se estiran, no experimentan un cambio en el campo eléctrico. Como resultado, las radiaciones electromagnéticas pasan a través de ellos sin obstrucción. Además, las moléculas son selectivas en la frecuencia de radiación con la que interactúan. El CO2 absorbe fácilmente la radiación de onda larga de baja energía IR, mientras que el N2 y el O2 solo absorben radiaciones de mayor energía como los rayos gamma o los rayos X.
¿Es el CO2 el gas de efecto invernadero más peligroso? No, una sola molécula de clorofluorocarbono tiene una huella equivalente a 10,000 moléculas de CO2, el metano puede absorber 30 veces más calor y el vapor de agua es el gas de efecto invernadero más fuerte en la atmósfera.
Sin embargo, estos gases no se ven afectados significativamente por las actividades humanas, a diferencia del CO2, que es un subproducto importante de muchas actividades humanas. Desde 1970, las emisiones de CO2 han aumentado en un 90%, lo que lo convierte en el punto focal de preocupación debido a su liberación excesiva y en gran parte no regulada en la atmósfera.
Resumen
El dióxido de carbono desempeña un papel crucial en el mantenimiento de las condiciones habitables de la Tierra. Sin embargo, nuestras emisiones excesivas han causado un desequilibrio, lo que ha llevado a veranos cada vez más calurosos. Afortunadamente, la naturaleza nos ha proporcionado inmensos sumideros de carbono, como el suelo, los bosques y los océanos. Es imperativo que protejamos y restauremos estos sumideros para permitirles cumplir su propósito.