De acuerdo con la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC): "Por gases de efecto invernadero se entiende aquellos componentes gaseosos de la atmósfera, tanto naturales como antropógenos (de origen humano), que absorben y reemiten radiación infrarroja" (Artículo 1 de la CMNUCC, 1992). A los gases de efecto invernadero se les denomina por sus siglas como GEIs (o GHG por sus siglas en inglés).
Capítulo III
Figura 3.1 Efecto invernadero que explica la causa del calentamiento global de la superficie terrestre y la troposfera. 7
Fuente: IPCC, 1995
Los GEIs tienen la capacidad de retener el calor emitido por la superficie terrestre, actuando como un gigantesco invernadero que mantiene y regula la temperatura en la Tierra. Aunque solo representan el 1% de la composición atmosférica, cumplen funciones primordiales, ya que sin su existencia la Tierra sería demasiado fría para albergar la vida. Los gases de efecto invernadero naturales son los responsables de la existencia del efecto invernadero, fenómeno que mantiene la temperatura de la Tierra y que permite la presencia de vida en el planeta. A continuación se presenta una breve descripción de los principales gases de efecto invernadero.
• Vapor de agua (H2O)
Por mucho, el gas de efecto invernadero más abundante y dominantes en la atmósfera es el vapor de agua. Esta sustancia tiene un tiempo de vida corto y no
se encuentra bien mezclado en la atmósfera, variando espacialmente de un 0 a un 2% [IPCC 1996]. El agua atmosférica puede existir en diferentes estados físicos (gaseoso, líquido y sólido). No se estima que las actividades humanas afecten de manera importante la concentración global promedio de vapor de agua, pero el incremento en la radiación causado por el aumento en las concentraciones de otros gases de efecto invernadero puede afectar de manera indirecta el ciclo hidrológico. Si bien una atmósfera más cálida tiene una capacidad de retención de agua mayor, las concentraciones elevadas de vapor de agua afectan la formación de las nubes. Estas pueden absorber o reflejar la radiación emitida desde la Tierra. Las estelas de los aviones, las cuales consisten en vapor de agua y otras emisiones aéreas, son similares a las nubes en cuanto a su efectos en la radiación [IPCC, 1999].
• Dióxido de carbono (CO2)
En la naturaleza, el carbono se encuentra en un ciclo entre varias cuencas atmosféricas, oceánicas, minerales, de biota terrestre y de biota marina. Los flujos principales ocurren entre la atmósfera y la biota terrestre y entre la atmósfera y el agua superficial de los océanos. En la atmósfera, el carbono existe predominantemente en su forma oxidada de CO2. El CO2 atmosférico es
parte de este ciclo global del carbono y por lo tanto su destino final es una función compleja de procesos geoquímicos y biológicos. La concentraciones de CO2 en la atmósfera se incrementaron de aproximadamente 280 partes por
millon en volumen en épocas pre-industriales hasta 376.7 ppmv en 2004, un incremento del 35% [IPCC 2001 & Hofmann 2004]. El IPCC afirma de manera definitiva que “el incremento actual del CO2 atmosférico es causado por
emisiones antropogénicas de CO2”. La fuente predominante de las emisiones de
CO2 antropogénico es la combustión de combustibles fósiles. La deforestación,
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interacciones con los diferentes medios (fotosíntesis, vulcanismo, difusión en el océano, etcétera).
Figura 3.2 Ciclo del carbono y los diferentes procesos físico, químicos y biológicos en los que éste se desplaza 8
Fuente: Schlumberger, 2007
• Metano (CH4)
El CH4 se produce principalmente a través de la descomposición anaeróbica de
la materia orgánica en los sistemas biológicos. Los procesos agrícolas tales como el cultivo de arroz anegado, la fermentación entérica en animales y la descomposición de los desechos animales emiten CH4, como también lo hace la
descomposición de los desechos sólidos municipales. También se emite durante la producción y distribución del gas natural y del petróleo y se libera como un subproducto de la minería del carbón y la combustión incompleta de
combustibles fósiles. Las concentraciones atmosféricas de CH4 se han
incrementado en cerca de 143% desde 1750, desde un valor preindustrial de cerca de 722 ppb hasta 1756 ppb en 2004, aunque la tasa de crecimiento ha ido declinando. El IPCC ha estimado que poco más de la mitad del flujo de CH4
actual liberado a la atmósfera es antropogénico, desde actividades humanas tales como la agricultura, la quema de combustibles fósiles y la disposición final de desechos [IPCC, 2001].
• Óxido nitroso (N2O)
Las fuentes antropogénicas de N2O incluyen suelos agrícolas, especialmente la
producción de cultivos fijadores de nitrógeno, el uso de fertilizantes sintéticos y estiércol y la deposición de abono por parte del ganado; la combustión de combustibles fósiles, especialmente la combustión de los automóviles; la producción de ácido nítrico y ácido adípico (nylon); el tratamiento de aguas residuales y la combustión de los desechos y la quema de biomasa. La concentración atmosférica del N2O se ha incrementado en un 18% desde 1750,
de un valor pre-industrial de 270 ppb a 319 ppb en 2004 [IPCC, 2001]. • Ozono (O3)
Se estima que el incremento en el ozono troposférico proporciona el tercer aumento más grande en fuerza radiativa desde la época pre-industrial, después del CO2 y del CH4. El ozono troposférico se produce de reacciones químicas
complejas de compuestos orgánicos volátiles mezclados con NOX en presencia
de luz solar [IPCC, 2001].
• Perfluorocarbonos y Hexafluoruro de azufre
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procesos industriales incluyendo la fundición de aluminio, la fabricación de semiconductores, la transmisión y distribución de energía eléctrica y la fundición del magnesio. En la actualidad, sus impactos de fuerza radiativa son pequeños pero tienen tasas de crecimiento importantes, tiempos de vida atmosféricos muy largos y absorben fuertemente la radiación infrarroja [IPCC, 2001].
Algunos halocarbonos sintetizados por el hombre, como los CFC, HCFC, HFC y los perfluorocarbonos (PFC, compuestos que solo tienen átomos de carbono y fluor y caracterizados por una alta estabilidad, baja toxicidad y un ODP de cero) son buenos absorbentes de radiación infrarroja, en parte, porque muchos de ellos absorben energía en la región de longitudes de onda donde la energía no es absorbida por el dióxido de carbono ni el vapor de agua (región denominada como ventana atmosférica) [IDEAM, 2008]. Las moléculas de halocarbonos pueden ser miles de veces más eficientes como absorbentes de energía emitida por la tierra que una molécula de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de estos gases pueden contribuir apreciablemente al forzamiento radiativo del sistema climático.
El forzamiento radiativo es la perturbación del balance radiativo de la atmósfera terrestre entre la radiación solar incidente y la radiación infrarroja saliente, denotado por un cambio en la irradiancia neta en la tropopausa y es expresado en vatios por metro cuadrado (W/m2). Estas perturbaciones se deben a cambios
internos o forzamientos externos del sistema climático, como por ejemplo, cambios en la concentración de un Gas de Efecto Invernadero o en la radiación emitida por el sol. Un forzamiento radiativo positivo tiende a calentar la troposfera (capa de la atmósfera desde la superficie hasta cerca de 16km de altura) y uno negativo tiende a enfriarla. El agotamiento de la capa de ozono debido a su destrucción por el incremento en las emisiones de halocarbonos desde 1970, ha representado un forzamiento radiativo negativo del sistema climático, ya que, el ozono es un GEI.
El forzamiento radiativo de los GEI y el ozono se presenta en la Tabla 3.1 y su magnitud está dada por el producto de su concentración y su eficiencia radiativa (energía absorbida por unidad de concentración W/m2*ppb). El CO2 es el que
más ha contribuido al forzamiento radiativo positivo, seguido por el CH4, el
ozono troposférico, el N2O y algunos halocarbonos. Otros agentes que
contribuyen al forzamiento radiativo son los cambios en los aerosoles troposféricos y en la radiación emitida por el sol.
Tabla 3.1 Contribuciones al forzamiento radiativo positivo de algunos GEI 7
CO2 * 1,46 0,67 1 Metano 12 0,48 0,13 23 Óxido Nitroso 0,15 0,068 CFC-11 45 0,066 0,053 4680 CFC-12 100 0,172 0,137 10720 CFC-113 (CCl2FCClF2) 85 0,03 0,023 6030 HCFC-22 12 0,0286 0,026 1780 HCFC-141b 9,3 0,0018 0,0018 713 HCFC-142b 17,9 0,0024 0,0024 2270 HFC-23 270 0,0029 0,0029 14310 HFC-134a 14 0,004 0,004 1410 HFC-152a 1,4 0,0002 0,0002 122 PFC-14 50000 0,0061 0,0061 5820 PFC-116 10000 0,0006 0,0006 12010 PFC-218 2600 0,0001 0,0001 8690 Pentano 0,010 - - Etano 0,214 - - Sustancias agotadoras de Ozono Forzamiento radiativo (W/m2) 1750- 2000 Forzamiento radiativo (W/m2) 1970- 2000 Potencial de Calentamiento a 100 años Vida media atmosférica (años)
* La eliminación del CO2 de la atmósfera está relacionada a diferentes procesos y su
tasa no se pueden expresar con un valor de vida media.
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