La Tierra debido a su fuerza de gravedad retiene en su superficie al
aire y al agua del mar, y para poner en movimiento al aire y al mar en
relación con la superficie del planeta se necesita la energía cuya fuente
primaria es el Sol, que emite en todas direcciones un flujo de luz visible
o próxima a la radiación visible, en las zonas del ultravioleta y del infrarrojo.
De acuerdo con los planteamientos de Sadi Carnot acerca del funcionamiento
de la máquina de vapor, se sabe que la transformación de la energía
térmica en energía mecánica no puede ser total. Un motor térmico requiere
de una fuente caliente que suministre la energía térmica y una fuente fría
que la reciba. Al considerar a la Tierra como un motor térmico, la fuente
que suministra la energía térmica es la superficie del suelo calentada por
la radiación solar y la fuente fría está localizada en las capas altas de
la atmósfera, enfriada continuamente por la pérdida de energía en
forma de radiación infrarroja emitida por el suelo caliente hacia el
espacio sideral.
La Tierra solamente recibe una pequeña cantidad de la energía emitida por el
Sol. La luz solar no se utiliza directamente, sino en forma de calor, por lo tanto,
es necesario que la atmósfera transforme la energía térmica de la radiación
solar en energía mecánica del viento. La fuente de calor para la atmósfera
es la superficie del suelo calentada por la luz solar que luego es emitida
como radiación infrarroja hacia el espacio.
El efecto invernadero es uno de los principales factores que provocan el
calentamiento global de la Tierra, debido a la acumulación de los llamados
gases invernadero CO2 , H2O, O3 , CH4 y CFC´s en la atmósfera.
El matemático francés Jean B. J. Fourier planteó que la Tierra es un planeta
azul debido a su atmósfera y que sería un planeta negro si careciera de ella y
que se congelaría el agua si no tuviera la mezcla de gases que forman su atmósfera.
En 1827 comparó la influencia de la atmósfera terrestre con un invernadero y
dijo que los gases que forman la atmósfera de la Tierra servían como las paredes
de cristal de un invernadero para mantener el calor.
El físico irlandés John Tyndall, en 1859, descubrió que ni el oxígeno ni el nitrógeno
producen efecto invernadero, lo cual indica que el 99 % de los componentes de la
atmósfera no producen efecto invernadero y que el agua, el bióxido de carbono y
el ozono sí lo producen. Tyndall se dio cuenta que el bióxido de carbono absorbe
una gran cantidad de energía y que su concentración varía de manera natural
debido a diferentes fenómenos, entre los que se encuentra la fijación orgánica
que llevan a cabo las plantas . También que la disminución de la concentración
del bióxido de carbono en la atmósfera provocaría el enfriamiento del planeta y
que ésta podría ser la explicación de las glaciaciones en la Tierra.
Las moléculas de oxígeno, nitrógeno, agua, anhídrido carbónico y del ozono
son casi transparentes a la luz solar pero las moléculas de CO2 , H2O, O3 ,
CH4 y CFC´s son parcialmente opacas a las radiaciones infrarrojas, es decir,
que absorben a las radiaciones infrarrojas emitidas por el suelo que ha sido
calentado por la luz solar.
Cuando la radiación infrarroja choca con las moléculas de CO2 , H2O, O3 ,
CH4 y CFC´s es absorbida por ellas. Estas moléculas que vibran, se mueven
y emiten energía en forma de rayos invisibles e infrarrojos, provocan el
fenómeno conocido como efecto invernadero, que mantiene caliente la
atmósfera terrestre . Las radiaciones rebotan entre la mezcla de moléculas
que componen a la atmósfera hasta que finalmente escapan al espacio sideral.
El término efecto invernadero aplicado a la Tierra se refiere al posible
calentamiento global debido a la acumulación de los gases de invernadero
provocada por la actividad humana, principalmente desde la revolución industrial
por la quema de combustibles fósiles y la producción de nuevos productos químicos.
El químico sueco Svante A. Arrhenius, en 1896, planteó que la concentración
de anhídrido carbónico se está incrementando continuamente debido a la quema
de carbón, petróleo y leña, lo cual hace que la temperatura promedio de la
Tierra sea cada vez mayor. Señaló que en caso de duplicarse la concentración
del anhídrido carbónico de la atmósfera, la temperatura promedio de la Tierra
aumentaría entre 5 y 6ºC.
Aunque se conocía el efecto invernadero, durante la primera mitad del siglo
XX los investigadores de la Tierra no lo consideraron como un problema de la
estabilidad del planeta, ya que antes consideraban que los océanos podían
absorber al anhídrido carbónico formando carbonato de calcio (CaCO3) que
caería al fondo del mar sin causar ningún daño.
La radiación infrarroja es absorbida en mayor cantidad por el vapor de agua,
le sigue el anhídrido carbónico y luego el ozono, pero de estos 3 compuestos
químicos es el anhídrido carbónico el que produce mayor efecto invernadero
porque el hombre está incrementando su concentración como consecuencia de
las actividades que realiza.
Se considera que sin el efecto invernadero producido por el bióxido de
carbono natural la temperatura de la Tierra sería de alrededor de 20 ºC bajo cero
( - 20 ºC).
Los científicos están de acuerdo en que el anhídrido carbónico interviene en el
efecto invernadero y que su concentración está aumentando , pero no están de
acuerdo en dos aspectos cruciales del efecto invernadero: 1) si ya ha comenzado
el calentamiento de la Tierra y 2) cuánto se incrementará el calentamiento global
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