La manta de Gaia. La temperatura de la Tierra explicada (Parte I) [*]
| La Diosa duerme feliz, mantenida caliente por el manto de la atmósfera de la Tierra. (imagen realizada con Bing) A menudo descubrí que las explicaciones de asuntos complejos por parte de no especialistas son más claras porque el especialista da por sentado muchos elementos de la historia. Entonces, aquí está mi opinión como no especialista sobre los elementos básicos de la regulación de la temperatura de la Tierra. No lo toméis más que como una explicación de “nivel cero”, pero pensé que podría ser útil para aquellos de nosotros que no tenemos tiempo para profundizar en los oscuros detalles de la física atmosférica, uno de los campos más complejos de la ciencia. ciencia a la que te puedes enfrentar. Adopté un enfoque algo diferente al habitual, que espero que les resulte útil. |
Empecemos por algo que seguramente conoces si eres terrícola: cuanto más alto subes, más frío se vuelve el aire. Es una de esas cosas que todo el mundo sabe, pero pocos pueden explicar. De hecho, la pregunta es simple, pero la respuesta, bueno, en absoluto. Pero es la clave para comprender el clima de la Tierra. Déjame intentar explicar la historia lo mejor que pueda.
Imagina que estás mirando la Tierra desde el espacio. Que estás familiarizado con las imágenes de “canica azul” de los satélites que muestran mares, continentes y nubes. Puedes ver estas características en la superficie porque la atmósfera es mayormente transparente a la luz solar, que resulta ser el rango de longitudes de onda donde una estrella amarilla, como el Sol, emite la mayor cantidad de luz. Lo que vemos aquí es luz reflejada directamente hacia el espacio desde la Tierra.
Ahora bien, hay una regla que dice, más o menos, que lo que entra, debe salir. La Tierra recibe energía del Sol y debe emitir la misma cantidad. De lo contrario, el calentamiento sería eterno y eso no es posible. Pero la emisión de luz de la Tierra será sólo en parte luz visible reflejada. Por un principio termodinámico muy básico, la Tierra emitirá la energía que recibe en forma “degradada”, es decir, a temperaturas mucho más bajas que el sol (afortunadamente, desde nuestro punto de vista).
Las mediciones satelitales muestran que, hoy en día, la Tierra emite menos de lo que recibe. Es lo que llamamos “calentamiento global”, que puede detectarse tanto desde el espacio como desde la superficie. De 2005 a 2019, el desequilibrio aumentó de 0,5 W/m2 a 1,0 W/m2. El calentamiento global se está acelerando. Pero necesitamos entender por qué.
Ahora bien, seguramente has oído el concepto de radiación de “cuerpo negro”. Es una abstracción de cómo un cuerpo sin rasgos distintivos a una determinada temperatura emitiría calor. El “espectro de emisión” de un cuerpo negro es una curva similar a la que se ve en la Tierra. Aquí puede ver cómo debería verse el espectro si la Tierra fuera un cuerpo negro, junto con lo que es según las mediciones reales. La escala está en micrómetros (μm), millonésimas de metro. Las líneas discontinuas indican las emisiones esperadas a diferentes temperaturas. La línea negra es la emisión medida desde un satélite. La parte visible del espectro está fuera de la figura, a la derecha. Lo que estamos viendo es toda la banda llamada “infrarrojos”.
Claramente, la Tierra no es un cuerpo negro, aunque sigue aproximadamente el espectro esperado para una temperatura de aproximadamente 290°K (17°C), que está cerca de la temperatura superficial promedio medida por los termómetros, alrededor de 15°C.
Inmediatamente se ve que la atmósfera es transparente en algunas longitudes de onda, pero no en otras. La zona entre 10 y 12 μm es la «ventana atmosférica». lo que ves allí viene directamente de la superficie y es una medida de su temperatura. Se llama “Temperatura de la superficie terrestre” (LST) y es una alternativa al uso de termómetros a nivel del suelo que proporciona resultados similares. (*)
¿Pero cuáles son estas grandes “caídas” en el espectro? Son “bandas” de absorción, parte del espectro en el que la luz es absorbida por moléculas “activas en infrarrojo”. Mire esta imagen, la “radiancia” (radiación emitida) medida desde el espacio. (fuente) (source)
Como se puede ver, el espectro está dominado por la gran «caída» en ca. 15-16 μm que corresponde a la absorción de CO2. Es enorme y la gente suele sorprenderse porque saben que la concentración de CO2. en la atmósfera es sólo del 0,04%. ¿Cómo es posible que una cantidad tan pequeña genere un efecto tan grande?
Puede. Es que lo que cuenta no es la concentración sino la cantidad absoluta. Un fotón infrarrojo emitido desde la superficie de la Tierra no «ve» las moléculas de oxígeno o nitrógeno que componen la mayor parte de la atmósfera. Solo ve las moléculas activas en el infrarrojo, el CO2, el agua y algunas más. En promedio, no recorrerá más de unos pocos metros antes de ser absorbido (lo que se denomina “camino libre medio”). Por tanto, su probabilidad de escapar al espacio es prácticamente nula.
De ello se deduce que si miras la Tierra en las longitudes de onda en las que el CO2. absorbe tanto, verás sólo una esfera sin rasgos distintivos, sin rastros de las características de la superficie, continentes y similares (**), sólo los fotones infrarrojos emitidos por la capa superior de la atmósfera, típicamente más alta que ca. 5 kilómetros. Allí, la atmósfera está lo suficientemente enrarecida como para que un fotón infrarrojo tenga buenas posibilidades de escapar al espacio.
Podemos llamar “manta” a la banda de CO2. (si así lo deseamos, podemos decir “manta de Gaia”). Creo que es mejor que usar el término “invernadero”, que no está mal, pero a menudo se ha malinterpretado.
N. del E.: La Parte II de este artículo se publicará en la edición del 28.07.2024
UB
06/07/2024
Fuente: 06.07.2024, desde el substack. com de Ugo Bardi “The Proud Holobionts” (“Los Orgullosos Holobiontes”), autorizado por el autor.
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