La manta de Gaia. La temperatura de la Tierra explicada (Parte II) [*]

Ugo Bardi

Desde Florencia, Italia

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.

N. del E.: La Parte I de este artículo se publicó en la edición del 21.07.2024

Por supuesto, no es lo mismo una manta que el ambiente. Una manta es una capa uniforme que ralentiza el flujo de calor desde una fuente caliente a un sumidero frío. La atmósfera, en cambio, es una entidad increíblemente complicada que se vuelve menos densa con la altitud. Actúa como motor térmico, transformando el calor en energía mecánica (se llama “viento”) y también como acondicionador de aire, trasladando el calor de una altura a otra por evaporación y condensación del agua (el resultado se llama “nubes”). Y mucho más. Pero el término “manta” enfatiza que el CO₂hace exactamente lo que hace una manta. Absorbe parte del calor emitido por una superficie caliente y lo envía de regreso al emisor, la superficie de la Tierra, calentándola.

Podríamos definir el rendimiento de una manta midiendo la diferencia de temperatura de atrás hacia adelante. La parte en contacto con la superficie caliente tiene que estar más caliente, por supuesto. Tenga en cuenta también que, si el sistema tiene que ser estable, la superficie exterior de la manta tiene que irradiar al ambiente exactamente tanto calor como el que genera la fuente. Lo que significa que tiene que estar a la misma temperatura que tendría la fuente sin la manta.

Podríamos llamar “Tasa de Lapso” a la relación entre la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la manta dividida por el espesor de la manta (tomado como positivo cuando la parte superior está más fría que la inferior). Cuanto mayor sea la tasa de caída, más aislante será la manta. Si la tasa de caída es cero, la parte superior está a la misma temperatura que la parte inferior. La manta no aísla nada.

Las mismas consideraciones valen para la atmósfera. Aquí hay una imagen de la tasa de retraso (de Science Direct):

Se ve que la atmósfera funciona como una manta hasta unos 12 -13 km, el límite de la troposfera, la región donde el movimiento del aire es turbulento. Entonces, la tendencia se invierte: la estratosfera (movimiento laminar) definitivamente NO es una manta. Esto se debe a que la concentración de CO₂ por unidad de volumen es tan baja que ya no detiene significativamente la radiación infrarroja. La estratosfera se calienta mediante un mecanismo completamente diferente que implica la absorción de la radiación ultravioleta por el oxígeno y el ozono.

Entonces, hemos llegado a la respuesta de por qué las montañas son más frías que las llanuras. Esto se debe a la tasa de caída positiva de la troposfera. La tasa de caída experimental es de aproximadamente 6,4°C/km, lo que explica por qué es necesario subir sólo unos cientos de metros para notar un enfriamiento significativo. Tenga en cuenta también que ninguna montaña es tan alta como para emerger a la estratosfera; de lo contrario, ¡se calentaría más con la altura!

Ahora, una última pregunta: ¿qué causa el calentamiento global?

Se produce calentamiento global cuando se añade CO₂ a la atmósfera (podemos ignorar otros gases como primera aproximación). En términos de la metáfora de la “manta”, simplemente hace que la manta sea más gruesa. Y ya sabe que si añade una manta cuando sienta frío, funcionará exactamente así.

Entrando un poco más en detalles, cuando agregamos CO₂ a la atmósfera, este se distribuirá uniformemente según cómo cae la presión con la altura. Esto significa que habrá más CO₂en aquellas alturas donde la atmósfera es lo suficientemente delgada como para permitir que parte de la radiación infrarroja escape al espacio, y las emisiones ahora comenzarán desde alturas más altas. Pero debido a la tasa de caída positiva, hará más frío en esas alturas y la potencia emitida será menor. Por lo tanto, toda la gran porción de atmósfera y superficie tendrá que calentarse un poco para compensar.

Un poco difícil de digerir, lo sé, pero no se preocupe. ¡Solo recuerde que una manta más gruesa le hace sentir más abrigado! Esa es la esencia del calentamiento global.

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Si pudo encontrar tiempo para leer hasta aquí, ¡felicidades! Ahora tiene un nivel básico de comprensión de lo que determina la temperatura de la superficie de la Tierra.

Hice lo mejor que pude al adoptar un enfoque un poco diferente a los típicos que se encuentran en la Web. Lo hice principalmente por un esfuerzo personal por comprender este asunto y también para intentar transmitir algo de lo increíblemente compleja y fascinante que es la física atmosférica. Para mí, cada vez que vuelvo a estudiar alguna de sus facetas, aprendo algo nuevo. Puede probarlo Ud. mismo, es una historia increíblemente hermosa. El tipo de belleza que, lamentablemente para nosotros, puede matar.

La imagen de abajo no fue tomada por un satélite de la NASA, pero ¿quién sabe? ¡Algún día podríamos encontrar la longitud de onda adecuada para ver a la Diosa Gaia!

(*) Aquí hay un ejemplo de una imagen tomada en la “ventana de infrarrojos” (de la ESA). Esta imagen está muy procesada para eliminar nubes y océanos, pero muestra qué tipo de mediciones se pueden realizar utilizando diferentes longitudes de onda.

(**) Se buscaría en vano en las bases de datos de la NASA una imagen global de las emisiones de la Tierra a 16 micrones. No existe por dos razones: la primera es que no es interesante escanear todo el globo en una longitud de onda en la que no se ve nada interesante. La segunda es que la emisión proviene de una región donde las temperaturas rondan los -70°C y es tan débil que a los sensores les cuesta registrarla. Lo mejor que se puede encontrar son imágenes en una longitud de onda de 13,6 micras, en el “hombro” de la banda de CO₂. Se llama «ABI-16», donde ABI significa «Imagen de referencia avanzada» (“Advanced Baseline Image”) y «16» indica el canal 16 del instrumento. Se utiliza para medir las concentraciones de CO₂ en diferentes regiones. Tenga en cuenta que hay muchas imágenes globales etiquetadas con «imágenes IR de la Tierra» sin ninguna indicación sobre qué rango de IR se está midiendo. Para los especialistas es obvio, pero no para nosotros, pobres que intentamos comprenderlo. Aquí hay imágenes de los 16 canales de ABI (link)