TERMODINAMICA
Corporacion Colegio
San Bonifacio
De Las Lanzas
Calentamiento Global
Los glaciares se están derritiendo, el nivel del mar aumenta, las selvas se están secando y la fauna y la flora lucha para seguir este ritmo. Cada vez es más evidente que los humanos han causado la mayor parte del calentamiento del siglo pasado, mediante la emisión de gases que retienen el calor, para potenciar nuestra vida moderna. Llamamos gases de invernadero y sus niveles son cada vez más altos, ahora y en los últimos 65.000 años.
Llamamos al resultado calentamiento global pero está provocando una serie de cambios en el clima de la Tierra o patrones meteorológicos a largo plazo que varían según el lugar. Conforme la Tierra gira cada día, este nuevo calor gira a su vez recogiendo la humedad de los océanos, aumentando aquí y asentándose allá. Está cambiando el ritmo del clima al que todos los seres vivos nos hemos acostumbrado.
¿Qué haremos para ralentizar este calentamiento? ¿Cómo vamos a sobrellevar los cambios que ya hemos puesto en marcha? Mientras intentamos entenderlo, la faz de la Tierra tal y como la conocemos, sus costas, bosques, haciendas y montañas nevadas están en vilo.
Efecto Invernadero
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido
Pensad ahora en una casa de cristal al aire libre y a pleno sol. La luz visible del Sol atraviesa sin más el vidrio y es absorbida por los objetos que se hallen dentro de la casa. Como resultado de ello, dichos objetos se calientan, igual que se calientan los que están fuera, expuestos a la luz directa del Sol.
Los objetos calentados por la luz solar ceden de nuevo ese calor en forma de radiación. Pero como no están a la temperatura del Sol, no emiten luz visible, sino radiación infrarroja, que es mucho menos energética. Al cabo de un tiempo, ceden igual cantidad de energía en forma de infrarrojos que la que absorben en forma de luz solar, por lo cual su temperatura permanece constante (aunque, naturalmente, están más calientes que si no estuviesen expuestos a la acción directa del Sol).
Los objetos al aire libre no tienen dificultad alguna para deshacerse de la radiación infrarroja, pero el caso es muy distinto para los objetos situados al sol dentro de la casa de cristal. Sólo una parte pequeña de la radiación infrarroja que emiten logra traspasar el cristal. El resto se refleja en las paredes y va acumulándose en el interior.
La temperatura de los objetos interiores sube mucho más que la de los exteriores. Y la temperatura del interior de la casa va aumentando, hasta que la radiación infrarroja que se filtra por el vidrio es suficiente para establecer el equilibrio. Se ha convertido en un invernadero.
La atmósfera terrestre consiste casi por entero en oxígeno, nitrógeno y argón. Estos gases son bastante transparentes tanto para la luz visible como para la clase de radiación infrarroja que emite la superficie terrestre cuando está caliente. Pero la atmósfera contiene también un 0,03 por 100 de dióxido de carbono, que es transparente para la luz visible, pero algo más opaco para los rayos infrarrojos. El dióxido de carbono de la atmósfera retiene el calor y actúa como el vidrio del invernadero.
Como la cantidad de anhídrido carbónico que hay en nuestra atmósfera es muy pequeña, el efecto es relativamente secundario. Aun así, la Tierra es un poco más caliente que en ausencia de dióxido de carbono. Es más, si el contenido en dióxido de carbono de la atmósfera fuese el doble, el efecto invernadero, ahora mayor, calentaría la Tierra un par de grados más, lo suficiente para provocar la descongelación gradual de los casquetes polares.
Un ejemplo de efecto invernadero a lo grande lo tenemos en Venus, cuya densa atmósfera parece consistir casi toda ella en anhídrido carbónico. Dada su mayor proximidad al Sol, los astrónomos esperaban que Venus fuese más caliente que la Tierra. Pero, ignorantes de la composición exacta de su atmósfera, no habían contado con el calentamiento adicional del efecto invernadero. Su sorpresa fue grande cuando comprobaron que la temperatura superficial de Venus estaba muy por encima del punto de ebullición del agua, cientos de grados más de lo que se esperaba
Cuando decimos que un objeto es "transparente" porque podemos ver a través de él, no queremos necesariamente decir que lo puedan atravesar todos los tipos de luz. A través de un cristal rojo, por ejemplo, se puede ver, siendo, por tanto, transparente. Pero, en cambio, la luz azul no lo atraviesa. El vidrio ordinario es transparente para todos los colores de la luz, pero muy poco para la radiación ultravioleta y la infrarroja.
Esa es la razón por la que se pueden cultivar plantas dentro de un invernadero, pese a que la temperatura exterior bastaría para helarlas. El calor adicional que se acumula dentro del invernadero - gracias a que el vidrio es bastante transparente a la luz visible pero muy poco a los infrarrojos -, es lo que se denomina "efecto invernadero".
La niebla tóxica que flota por encima de las ciudades es la forma de contaminación del aire más común y evidente. No obstante, existen diferentes tipos de contaminación, visibles e invisibles, que contribuyen al calentamiento global. Por lo general, se considera contaminación del aire a cualquier sustancia, introducida en la atmósfera por las personas, que tenga un efecto perjudicial sobre los seres vivos y el medio ambiente.
Otros contaminantes relacionados con el cambio climático son el dióxido de azufre, uno de los componentes de la niebla tóxica. Una de las características principales del dióxido de azufre y de otros productos químicos íntimamente relacionados es que son los causantes de la lluvia ácida. Sin embargo, también reflejan la luz cuando son liberados en la atmósfera, lo que mantiene la luz solar fuera y hace que la Tierra se enfríe. Las erupciones volcánicas pueden arrojar cantidades enormes de dióxido de azufre a la atmósfera, lo que en ocasiones provoca un enfriamiento que dura varios años. De hecho, antes los volcanes eran la fuente principal de dióxido de azufre; hoy en día, han sido sustituidos por los seres humanos.
Los países industrializados han tomado medidas para reducir los niveles de dióxido de azufre, niebla tóxica y humo para mejorar la salud de sus habitantes. Sin embargo, uno de los resultados, no previsto hasta hace poco, es que unos niveles de dióxido de azufre más bajos podrían, de hecho, empeorar el calentamiento global. Del mismo modo que el dióxido de azufre de los volcanes puede enfriar el planeta al bloquear el paso de la luz del sol, la reducción de la cantidad de este compuesto presente en la atmósfera hace que pase más luz solar, lo que calienta la Tierra. Este efecto se magnifica cuando cantidades altas en la atmósfera de otros gases invernadero hacen que se retenga el calor adicional.
La mayor parte de la gente está de acuerdo en que, para luchar contra el calentamiento global, se deben tomar una serie de medidas. A nivel individual, un menor uso de coches y aviones, el reciclaje y la protección del medio ambiente son medidas que reducen la huella de carbono de una persona, es decir, la cantidad de dióxido de carbono liberada a la atmósfera debido a las acciones de cada individuo.
En un nivel más amplio, los gobiernos están tomando medidas para limitar las emisiones de dióxido de carbono y de otros gases de efecto invernadero. Una de ellas es el Protocolo de Kioto, un acuerdo entre países para reducir las emisiones de dióxido de carbono. Otro método es el de gravar las emisiones de carbono o aumentar los impuestos de la gasolina, para que tanto la gente como las empresas tengan más motivos para conservar la energía y contaminar menos.
La contaminación del aire
El efecto invernadero y el segundo principio de la termodinámica
Lo que dice la ciencia...
La atmósfera terrestre absorbe menos radiación de onda corta procedente del Sol que radiación térmica (infrarroja) procedente de la superficie. El efecto de esta disparidad es que la radiación térmica que escapa al espacio procede fundamentalmente de las frías capas superiores de la atmósfera, mientras que la superficie se mantiene a una temperatura sustancialmente más cálida. Este es el llamado "efecto invernadero atmosférico" y, sin él, la superficie terrestre sería mucho más fría.
El segundo principio de la termodinámica contradice la teoría del efecto invernadero
La mayoría de los participantes en los debates climáticos puede aceptar que la capacidad de la atmósfera de interactuar con la radiación térmica permite mantener la temperatura de la superficie de la Tierra a un nivel capaz de soportar la vida. La superficie terrestre está en torno a 33 grados Celsius más caliente que lo necesario para radiar de vuelta toda la radiación que ha absorbido procedente del sol. Esto es posible solamente porque la mayoría de esta radiación térmica se absorbe en la atmósfera y la fracción que finalmente escapa al espacio ha sido principalmente emitida en una atmósfera más fría.
Esta absorción se debe a los gases traza que constituyen solamente una pequeña parte de la atmósfera. Tales gases son opacos a la radiación térmica y son los llamados gases de efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero más importantes sobre la Tierra son el vapor de agua y el dióxido de carbono, con contribuciones adicionales por parte del metano, óxido nitroso, ozono y otros. Si la atmósfera fuera simplemente una mezcla seca de sus constituyentes mayoritarios (oxígeno y nitrógeno), estaría completamente congelada.
Observando el efecto invernadero en acción...
La observación directa más sencilla del efecto invernadero en activo es la radiación reemitida por la atmósfera. Cualquier sustancia que absorba la radiación térmica emitirá también radiación térmica; esto es una consecuencia de la ley de Kirchoff. La atmósfera absorbe radiación térmica mediante los gases de efecto invernadero, y también emite radiación térmica, en todas direcciones. Esta radiación térmica se puede medir desde la superficie o el espacio. La superficie terrestre recibe en total más radiación desde la atmósfera que la que recibe desde el Sol.
La radiación atmosférica reemitida ha sido medida directamente durante más de cincuenta años. El efecto de los gases de efecto invernadero se puede identificar claramente en las medidas modernas, las cuales son capaces de mostrar un espectro completo.
'El efecto invernadero atmosférico, una idea que los autores identifican en el pasado en los trabajos tradicionales de Fourier 1824, Tyndall 1861 y Arrhenius 1896, y que aún se defiende en la climatología global, esencialmente describe un mecanismo ficticio, según el cual una atmósfera planetaria actúa como una bomba de calor movida por un entorno que interactúa mediante radiación pero que está en equilibrio radiante con el sistema atmosférico. De acuerdo con el segundo principio de la termodinámica tal máquina planetaria no puede existir en ningún caso .' (Gerhard Gerlich)
El flujo de neto de energía es, con todo, desde la superficie hacia arriba, hacia la atmósfera, porque la radiación térmica ascendente es mayor que la retroradiación térmica atmosférica descendente. Esta es una consecuencia simple del segundo principio de la termodinámica. La magnitud del flujo neto de energía es la diferencia entre la energía radiante que fluye en cada dirección. Debido a la radiación atmosférica reemitida hacia abajo, la temperatura superficial y la radiación térmica ascendente son mayores que si no existiera el efecto invernadero.