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gases de efecto invernadero

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Los gases de efecto invernadero atrapan parte del calor que se produce cuando la luz solar calienta la superficie terrestre. En esta imagen se muestran simbólicamente tres importantes gases de efecto invernadero: dióxido de carbono , vapor de agua y metano .
Factores físicos del calentamiento global ocurridos hasta ahora. No se representa el potencial de calentamiento global futuro derivado de factores a largo plazo como las emisiones de dióxido de carbono. Las líneas verticales en cada barra muestran el margen de error posible .

Los gases de efecto invernadero ( GEI ) son gases en una atmósfera que atrapan el calor, elevando la temperatura superficial de cuerpos astronómicos como la Tierra. A diferencia de otros gases, los gases de efecto invernadero absorben las radiaciones que emite un planeta , lo que resulta en el efecto invernadero . [ 1 ] La Tierra se calienta por la luz solar, lo que hace que su superficie irradie calor , que luego es absorbido en su mayor parte por los gases de efecto invernadero. Sin gases de efecto invernadero en la atmósfera, la temperatura promedio de la superficie de la Tierra sería de aproximadamente −18 °C (0 °F) , [ 2 ] en lugar del promedio actual de 15 °C (59 °F) . [ 3 ] [ 4 ] El calentamiento inducido por el ser humano ha estado aumentando a una tasa sin precedentes desde que comenzó a medirse, alcanzando 0,27 ± 0,1 °C por década durante 2015–2024. Esta alta tasa de calentamiento se debe a una combinación de emisiones de gases de efecto invernadero que alcanzaron un máximo histórico de 53,6 ± 5,2 Gt CO2e por año durante la última década (2014-2023), así como a reducciones en la intensidad del enfriamiento por aerosoles. [ 5 ]     

Los cinco gases de efecto invernadero más abundantes en la atmósfera terrestre, enumerados en orden decreciente de fracción molar global promedio , son: [ 6 ] [ 7 ] vapor de agua , dióxido de carbono , metano , óxido nitroso , ozono . Otros gases de efecto invernadero preocupantes incluyen clorofluorocarbonos (CFC y HCFC ), hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos , SF66 yNF3. El vapor de agua causa aproximadamente la mitad del efecto invernadero, actuando en respuesta a otros gases como unaretroalimentación del cambio climático. [ 8 ]

Las actividades humanas desde el comienzo de la Revolución Industrial (alrededor de 1750) han aumentado el dióxido de carbono en más del 50% , [ 9 ] y los niveles de metano en un 150%. [ 10 ] Las emisiones de dióxido de carbono están causando aproximadamente tres cuartas partes del calentamiento global , mientras que las emisiones de metano causan la mayor parte del resto. [ 11 ] La gran mayoría de las emisiones de dióxido de carbono de los humanos provienen de la quema de combustibles fósiles , [ 12 ] con contribuciones restantes de la agricultura y la industria . [ 13 ] : 687 Las emisiones de metano se originan en la agricultura, la producción de combustibles fósiles, los residuos y otras fuentes. [ 14 ] El ciclo del carbono tarda miles de años en absorber completamente el CO 2 de la atmósfera, [ 15 ] mientras que el metano permanece en la atmósfera durante un promedio de solo 12 años. [ 16 ]

Los flujos naturales de carbono se producen entre la atmósfera, los ecosistemas terrestres , el océano y los sedimentos . Estos flujos se han mantenido relativamente equilibrados durante el último millón de años, [ 17 ] aunque los niveles de gases de efecto invernadero han variado ampliamente en el pasado más remoto . Los niveles de dióxido de carbono son ahora más altos que en los últimos tres millones de años. [ 18 ] La actualización anual de 2023 de los indicadores clave revela que el aumento de la temperatura inducido por el ser humano, las concentraciones de gases de efecto invernadero y el desequilibrio energético de la Tierra han alcanzado nuevos récords. [ 19 ] Si las tasas de emisión actuales continúan, el calentamiento global superará los 2,0 °C (3,6 °F) en algún momento entre 2040 y 2070. Este es un nivel que el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) considera "peligroso". [ 20 ]  

Propiedades y mecanismos

Consulte el pie de foto y el texto adyacente.
Absorción y dispersión atmosféricas en diferentes longitudes de onda de las ondas electromagnéticas . La banda de mayor absorción del dióxido de carbono no está lejos del máximo de emisión térmica del suelo, y reduce parcialmente la transparencia del agua, lo que explica el importante efecto de retención de calor del dióxido de carbono.

Los gases de efecto invernadero son infrarrojos activos, lo que significa que absorben y emiten radiación infrarroja en el mismo rango de longitud de onda larga que la emitida por la superficie terrestre, las nubes y la atmósfera. [ 21 ] : 2233

El 99% de la atmósfera seca de la Tierra (excluyendo el vapor de agua ) está compuesta de nitrógeno ( N2 ) (78%) yoxígeno(O2 ) (21%). Debido a que susmoléculascontienendos átomos del mismo elemento, no presentan asimetría en ladistribución de sus cargas eléctricas, [ 22 ] y por lo tanto soncasi totalmente inmunesa la radiación térmica infrarroja, [ 23 ] con solo un efecto extremadamente menor debido ala absorción inducida por colisión. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] Otro 0,9% de la atmósfera está compuesto porargón(Ar), que esmonoatómicoy, por lo tanto, completamente transparente a la radiación térmica. Por otro lado,el dióxido de carbono(0,04%),el metano,el óxido nitrosogases trazamenos abundantesrepresentan menos del 0,1% de la atmósfera terrestre, pero debido a que sus moléculas contienen átomos de diferentes elementos, existe una asimetría enla distribución de la carga eléctricaque permite quelas vibraciones molecularesinteractúen con la radiación electromagnética. Esto los hace activos en el infrarrojo, y por lo tanto su presencia causael efecto invernadero. [ 22 ]

Forzamiento radiativo

Hansen et  al. (2025) escribieron que el IPCC había subestimado el efecto de enfriamiento de los aerosoles, lo que provocó que también subestimara la sensibilidad climática (la capacidad de respuesta de la Tierra a los aumentos en las concentraciones de gases de efecto invernadero). [ 27 ] En lo que Hansen denominó un pacto fáustico , la regulación de los aerosoles mejoró la calidad del aire, pero el efecto de enfriamiento de los aerosoles resultó insuficiente para mitigar el creciente efecto de calentamiento de los gases de efecto invernadero, lo que explica el calentamiento global inesperadamente grande en 2023-2024. [ 27 ]
Coeficientes de absorción infrarroja de onda larga de los principales gases de efecto invernadero. El vapor de agua absorbe en un amplio rango de longitudes de onda. La Tierra emite radiación térmica con especial intensidad en las proximidades de la banda de absorción de 15 micras del dióxido de carbono. La importancia relativa del vapor de agua disminuye con la altitud.

La Tierra absorbe parte de la energía radiante recibida del sol, refleja otra parte como luz y refleja o irradia el resto de vuelta al espacio como calor . La temperatura de la superficie de un planeta depende de este equilibrio entre la energía entrante y saliente. Cuando el balance energético de la Tierra se altera, su superficie se calienta o se enfría, lo que provoca diversos cambios en el clima global. [ 28 ] El forzamiento radiativo es una métrica calculada en vatios por metro cuadrado que caracteriza el impacto de un cambio externo en un factor que influye en el clima. Se calcula como la diferencia en el balance energético en la parte superior de la atmósfera (TOA) causada inmediatamente por dicho cambio externo. Un forzamiento positivo, como el de las concentraciones crecientes de gases de efecto invernadero, significa que llega más energía de la que sale en la parte superior de la atmósfera, lo que provoca un calentamiento adicional, mientras que un forzamiento negativo, como el de los sulfatos que se forman en la atmósfera a partir del dióxido de azufre , provoca un enfriamiento. [ 21 ] : 2245 [ 29 ]

En la atmósfera inferior, los gases de efecto invernadero intercambian radiación térmica con la superficie y limitan el flujo de calor radiativo que se aleja de ella, lo que reduce la tasa general de transferencia de calor radiativo ascendente. [ 30 ] : 139 [ 31 ] El aumento de la concentración de gases de efecto invernadero también está enfriando la atmósfera superior, ya que es mucho más delgada que las capas inferiores, y es más probable que cualquier calor reemitido por los gases de efecto invernadero viaje más lejos en el espacio que interactúe con las menos moléculas de gas en las capas superiores. La atmósfera superior también se está contrayendo como resultado. [ 32 ]

Contribuciones de gases específicos al efecto invernadero.

Los cambios antropogénicos en el efecto invernadero natural a veces se denominan efecto invernadero intensificado . [ 21 ] : 2223

Esta tabla muestra las contribuciones más importantes al efecto invernadero general, sin el cual la temperatura promedio de la superficie terrestre sería de aproximadamente −18 °C (0 °F) [ 2 ] en lugar de alrededor de 15 °C (59 °F) [ 3 ] . Esta tabla también especifica el ozono troposférico , porque este gas tiene un efecto de enfriamiento en la estratosfera , pero una influencia de calentamiento comparable a la del óxido nitroso y los CFC en la troposfera [ 33 ] .    

Papel especial del vapor de agua

Los gases atmosféricos solo absorben algunas longitudes de onda de energía, pero son transparentes a otras. Los patrones de absorción del vapor de agua (picos azules) y del dióxido de carbono (picos rosas) se superponen en algunas longitudes de onda. [ 36 ]

El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante en general, siendo responsable del 41-67% del efecto invernadero, [ 34 ] [ 35 ] pero sus concentraciones globales no se ven afectadas directamente por la actividad humana. Si bien las concentraciones locales de vapor de agua pueden verse afectadas por desarrollos como el riego , tiene poco impacto a escala global debido a su corto tiempo de residencia de aproximadamente nueve días. [ 37 ] Indirectamente, un aumento en las temperaturas globales también aumentará las concentraciones de vapor de agua y, por lo tanto, su efecto de calentamiento, en un proceso conocido como retroalimentación del vapor de agua. Ocurre porque la relación de Clausius-Clapeyron sostiene que habrá más vapor de agua presente por unidad de volumen a temperaturas elevadas. [ 38 ] Por lo tanto, la concentración atmosférica local de vapor de agua varía desde menos del 0,01% en regiones extremadamente frías hasta el 3% en masa en aire saturado a unos 32  °C. [ 39 ]

Potencial de calentamiento global (PCG) y equivalentes de CO₂

Comparación del potencial de calentamiento global (PCG) de tres gases de efecto invernadero durante un período de 100 años (PCG-100) por tonelada: perfluorotributilamina (PFTBA), óxido nitroso y metano , en comparación con el dióxido de carbono (este último es el valor de referencia, por lo que tiene un PCG de uno). La PFTBA se utiliza aquí como ejemplo de un grupo más amplio de potentes gases de efecto invernadero fluorados. Los hidrocarburos fluorados, en conjunto, contribuyen aproximadamente un 10 % al calentamiento global.

El potencial de calentamiento global (PCG) es una medida de cuánto calor atrapa un gas de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera durante un período de tiempo específico, en relación con el dióxido de carbono (CO₂ ) . [ 40 ] : 2232 Es una cantidad adimensional que se expresa como un múltiplo del calentamiento causado por la misma masa de CO₂ . Por lo tanto, por definición, el CO₂ tiene un PCG de 1. Para otros gases, depende de la intensidad con la que el gas absorbe la radiación térmica , la rapidez con la que abandona la atmósfera y el período de tiempo considerado.

Por ejemplo, el metano (CH₄ ) tiene un PCA a 20 años (PCA-20) de 81,2 [ 41 ] , lo que significa que una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 81,2 toneladas de CO₂ , ambas medidas durante 20 años. Dado que el metano tiene una vida útil atmosférica mucho más corta que el CO₂ , su PCA es mucho menor en periodos de tiempo más largos, con un PCA-100 de 27,9 y un PCA-500 de 7,95. [ 41 ] : 7SM-24

Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) pueden expresarse en términos de masa equivalente de dióxido de carbono o simplemente equivalente de dióxido de carbono (simbolizado como CO₂e o CO₂eq , también denominado CO₂ - e o CO₂ - eq) y calcularse a partir del potencial de calentamiento global (PCG) y la masa emitida. Para cualquier gas, la masa de CO₂ que calentaría la Tierra sería equivalente a la masa de dicho gas. Por lo tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula multiplicando el PCG por la masa del otro gas y se expresa normalmente en gigatoneladas (símbolo Gt).

Lista de todos los gases de efecto invernadero

El forzamiento radiativo (influencia de calentamiento) de los gases de efecto invernadero atmosféricos de larga duración se ha acelerado, casi duplicándose en 40 años. [ 42 ] [ 43 ]

La contribución de cada gas al efecto invernadero intensificado está determinada por las características de ese gas, su abundancia y cualquier efecto indirecto que pueda causar. Por ejemplo, el efecto radiativo directo de una masa de metano es aproximadamente 84 veces mayor que el de la misma masa de dióxido de carbono en un período de 20 años. [ 44 ] Desde la década de 1980, las contribuciones al forzamiento radiativo de los gases de efecto invernadero (en relación con el año 1750) también se estiman con alta precisión utilizando expresiones recomendadas por el IPCC derivadas de modelos de transferencia radiativa . [ 45 ]

La concentración de un gas de efecto invernadero se mide típicamente en partes por millón (ppm) o partes por mil millones (ppb) en volumen. Una concentración de CO₂ de 420 ppm significa que 420 de cada millón de moléculas de aire son moléculas de CO₂ . El primer aumento de 30 ppm en las concentraciones de CO₂ tuvo lugar en aproximadamente 200 años, desde el inicio de la Revolución Industrial hasta 1958; sin embargo, el siguiente aumento de 90 ppm tuvo lugar en 56 años, de 1958 a 2014. [ 9 ] [ 46 ] [ 47 ] De manera similar, el aumento anual promedio en la década de 1960 fue solo el 37% de lo que fue en 2000 a 2007. [ 48 ]  

Muchas observaciones están disponibles en línea en una variedad de bases de datos de observación de química atmosférica . La tabla a continuación muestra los gases de efecto invernadero de larga duración y bien mezclados más influyentes, junto con sus concentraciones troposféricas y forzamientos radiativos directos , según lo identificado por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC). [ 49 ] Las abundancias de estos gases traza son medidas regularmente por científicos atmosféricos a partir de muestras recolectadas en todo el mundo. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] Se excluye el vapor de agua porque los cambios en sus concentraciones se calculan como una retroalimentación del cambio climático causada indirectamente por cambios en otros gases de efecto invernadero, así como el ozono, cuyas concentraciones solo se modifican indirectamente por varios refrigerantes que causan el agotamiento del ozono . Algunos gases de corta duración (por ejemplo, monóxido de carbono , NOx ) y aerosoles (por ejemplo, polvo mineral o carbono negro ) también se excluyen debido a su papel limitado y fuerte variación, junto con refrigerantes menores y otros gases halogenados , que se han producido en masa en cantidades menores que las de la tabla. [ 49 ] : 731–738 y Anexo III del Informe del Grupo de Trabajo 1 del IPCC de 2021 [ 53 ] : 4–9

  1. ↑ Fracciones molares : μmol/mol = ppm = partes por millón (10⁶ ) ; nmol/mol = ppb = partes por mil millones (10⁹ ) ; pmol/mol = ppt = partes por billón (10¹² ) .
  2. ↑ Los valores son relativos al año 1750. El AR6 informa sobre el forzamiento radiativo efectivo que incluye los efectos de los ajustes rápidos en la atmósfera y en la superficie. [ 54 ]
  3. ↑ El IPCC afirma que "no se puede dar una vida útil atmosférica única" para el CO₂ . [ 49 ] : 731 Esto se debe principalmente al rápido crecimiento y la magnitud acumulativa de las perturbaciones al ciclo del carbono de la Tierra por la extracción geológica y la quema de carbono fósil. [ 59 ] A partir del año 2014, se esperaba que el CO₂ fósil emitido como un pulso teórico de 10 a 100 GtC sobre la concentración atmosférica existente fuera eliminado en un 50% por la vegetación terrestre y los sumideros oceánicos en menos de un siglo, según las proyecciones de los modelos acoplados a los que se hace referencia en la evaluación AR5. [ 60 ] También se proyectó que una fracción sustancial (20-35%) permanecería en la atmósfera durante siglos o milenios, donde la persistencia fraccional aumenta con el tamaño del pulso. [ 61 ] [ 62 ]
  4. ↑ Existen fuentes naturales, pero estas no producen una concentración tan alta como 1 parte por cuatrillón [ 63 ].
  5. ↑ La figura muestra la abundancia natural total combinada de todos los perfluorocarbonos: no existen datos para compuestos individuales.

Factores que afectan a las concentraciones

Las concentraciones atmosféricas están determinadas por el equilibrio entre las fuentes (emisiones del gas procedentes de actividades humanas y sistemas naturales) y los sumideros (la eliminación del gas de la atmósfera mediante su conversión en un compuesto químico diferente o su absorción por masas de agua). [ 65 ] : 512

fracción en suspensión en el aire

La mayor parte de las emisiones de CO2 han sido absorbidas por sumideros de carbono , incluyendo el crecimiento de las plantas, la absorción del suelo y la absorción oceánica ( Presupuesto Global de Carbono 2020 ).

La proporción de una emisión que permanece en la atmósfera después de un tiempo determinado es la " fracción atmosférica " ​​(FA). La fracción atmosférica anual es la relación entre el aumento atmosférico en un año determinado y las emisiones totales de ese año. La fracción atmosférica anual de CO₂ se ha mantenido estable en 0,45 durante las últimas seis décadas , incluso a pesar del aumento de las emisiones. Esto significa que el otro 0,55 del CO₂ emitido es absorbido por los sumideros de carbono terrestres y atmosféricos durante el primer año de una emisión. [ 59 ] En los escenarios de altas emisiones, la efectividad de los sumideros de carbono será menor, lo que aumentará la fracción atmosférica de CO₂ aunque la cantidad bruta de emisiones absorbidas sea mayor que en la actualidad. [ 66 ] : 746

Vida útil atmosférica

Vida útil estimada del metano atmosférico antes de la era industrial (área sombreada); cambios en la vida útil del metano desde 1850 simulados por un modelo climático (línea azul), y el gráfico conciliado (línea roja). [ 67 ]

Los principales gases de efecto invernadero están bien mezclados y tardan muchos años en abandonar la atmósfera. [ 68 ]

La vida útil atmosférica de un gas de efecto invernadero se refiere al tiempo necesario para restablecer el equilibrio tras un aumento o disminución repentina de su concentración en la atmósfera. Los átomos o moléculas individuales pueden perderse o depositarse en sumideros como el suelo, los océanos y otras aguas, o la vegetación y otros sistemas biológicos, reduciendo el exceso a concentraciones de fondo. El tiempo promedio necesario para lograr esto es la vida útil media . Esto se puede representar mediante la siguiente fórmula, donde la vida útilτ{\displaystyle \tau }de una especie atmosférica X en un modelo de una caja es el tiempo promedio que una molécula de X permanece en la caja. [ 69 ]

τ{\displaystyle \tau }También se puede definir como la relación de la masametro{\displaystyle m}(en kg) de X en la caja a su tasa de remoción, que es la suma del flujo de X fuera de la caja (Fafuera{\displaystyle F_{\text{salida}}}), pérdida química de X (L{\displaystyle L}), y deposición de X (D{\displaystyle D}) (todo en kg/s):

τ=metroFafuera+L+D{\displaystyle \tau ={\frac {m}{F_{\text{out}}+L+D}}}. [ 69 ]

Si se interrumpió la entrada de este gas en la caja, entonces después de un tiempoτ{\displaystyle \tau }, su concentración disminuiría en aproximadamente un 63%. [ 70 ]

Los cambios en cualquiera de estas variables pueden alterar la vida útil atmosférica de un gas de efecto invernadero. Por ejemplo, se estima que la vida útil atmosférica del metano fue menor en el siglo XIX que ahora, pero mayor en la segunda mitad del siglo XX que después del año 2000. [ 67 ] El dióxido de carbono tiene una vida útil aún más variable, que no se puede especificar con un solo número. [ 71 ] [ 44 ] [ 21 ] : 2237 Los científicos dicen en cambio que si bien el primer 10% de la fracción atmosférica del dióxido de carbono (sin contar el ~50% absorbido por los sumideros terrestres y oceánicos durante el primer año de la emisión) se elimina "rápidamente", la gran mayoría de la fracción atmosférica (el 80%) dura "siglos a milenios". El 10% restante permanece durante decenas de miles de años. En algunos modelos, esta fracción de mayor duración es tan grande como el 30%. [ 72 ] [ 73 ]

Comparación de la persistencia del CO2 en la atmósfera con una función de decaimiento exponencial con la misma vida media.

Durante escalas de tiempo geológicas

Concentraciones de CO2 durante los últimos 500 millones de años
Concentración de CO₂ atmosférico durante los últimos 40.000 años, desde el Último Máximo Glacial hasta la actualidad. La tasa de aumento actual es mucho mayor que en cualquier momento durante la última desglaciación .

Las estimaciones de 2023 indicaron que la concentración actual de dióxido de carbono en la atmósfera podría ser la más alta de los últimos 14 millones de años. [ 74 ] Sin embargo, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC estimó niveles similares hace entre 3 y 3,3 millones de años, durante el período cálido del Plioceno medio . Este período puede servir como indicador de los posibles resultados climáticos con los niveles actuales de CO₂ . [ 75 ] : Figura 2.34

Se cree que el dióxido de carbono ha desempeñado un papel importante en la regulación de la temperatura de la Tierra a lo largo de sus 4.540 millones de años de historia. En los inicios de la Tierra, los científicos han encontrado evidencia de agua líquida, lo que indica un mundo cálido, a pesar de que se cree que la producción solar era solo el 70% de la actual. Mayores concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera primitiva de la Tierra podrían ayudar a explicar esta paradoja del sol joven y débil . Cuando la Tierra se formó, su atmósfera podría haber contenido más gases de efecto invernadero y concentraciones de CO₂ más altas, con una presión parcial estimada de hasta 1.000 kPa (10⁶ bar ), debido a la ausencia de fotosíntesis bacteriana que redujera el gas a compuestos de carbono y oxígeno. El metano , un gas de efecto invernadero muy activo, también podría haber sido más abundante. [ 76 ] [ 77 ]  

Escucha

El monitoreo de gases de efecto invernadero implica la medición directa de las concentraciones atmosféricas y la medición directa e indirecta de las emisiones de estos gases . Los métodos indirectos calculan las emisiones de gases de efecto invernadero basándose en métricas relacionadas, como la extracción de combustibles fósiles. [ 59 ]

Existen varios métodos diferentes para medir las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera, incluyendo el análisis infrarrojo y la manometría . [ 78 ] El metano y el óxido nitroso se miden con otros instrumentos, como el lidar de absorción diferencial infrarrojo de rango resuelto (DIAL). [ 79 ] Los gases de efecto invernadero se miden desde el espacio, por ejemplo, mediante el Observatorio Orbital de Carbono y a través de redes de estaciones terrestres como el Sistema Integrado de Observación del Carbono . [ 59 ]

El Índice Anual de Gases de Efecto Invernadero (AGGI, por sus siglas en inglés) es definido por los científicos atmosféricos de la NOAA como la relación entre el forzamiento radiativo directo total debido a los gases de efecto invernadero de larga duración y bien mezclados para cualquier año para el que existan mediciones globales adecuadas, y el presente en el año 1990. [ 80 ] [ 81 ] Estos niveles de forzamiento radiativo son relativos a los presentes en el año 1750 (es decir, antes del inicio de la era industrial ). Se elige 1990 porque es el año de referencia para el Protocolo de Kioto y es el año de publicación de la primera Evaluación Científica del Cambio Climático del IPCC . Por lo tanto, la NOAA afirma que el AGGI "mide el compromiso que la sociedad (global) ya ha asumido para vivir en un clima cambiante. Se basa en las observaciones atmosféricas de más alta calidad de sitios de todo el mundo. Su incertidumbre es muy baja". [ 82 ]

Redes de datos

Hay varias redes de medición de superficie (incluyendo frascos y mediciones continuas in situ) incluyendo NOAA / ERSL , [ 83 ] WDCGG, [ 84 ] y RAMCES. [ 85 ] Los datos de la Red de Observatorios de Referencia NOAA/ESRL y de la Red de la Institución Scripps de Oceanografía [ 86 ] están alojados en el CDIAC en ORNL . Los datos del Centro Mundial de Datos para Gases de Efecto Invernadero (WDCGG), parte de GAW , están alojados por la JMA . La base de datos de la Red Atmosférica de Medición de Compuestos y Efecto Serre (RAMCES) es parte de IPSL .

Tipos de fuentes

Fuentes naturales

Los flujos naturales de carbono entre la atmósfera, el océano, los ecosistemas terrestres y los sedimentos están bastante equilibrados; por lo tanto, los niveles de carbono serían aproximadamente estables sin la influencia humana. [ 87 ] [ 88 ] El dióxido de carbono se elimina de la atmósfera principalmente a través de la fotosíntesis y entra en las biosferas terrestre y oceánica. El dióxido de carbono también se disuelve directamente de la atmósfera en cuerpos de agua (océano, lagos, etc.), así como disolverse en la precipitación cuando las gotas de lluvia caen a través de la atmósfera. Cuando se disuelve en agua, el dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua y forma ácido carbónico . Luego puede acidificar las superficies que toca, siendo así absorbido por las rocas a través de la meteorización , o ser arrastrado al océano contribuyendo a la acidificación oceánica . [ 89 ]

Representación esquemática de la perturbación general del ciclo global del carbono causada por las actividades antropogénicas, promediada de 2010 a 2019 [ 90 ]

El ciclo del carbono atmosférico explica el intercambio de compuestos de carbono gaseosos , principalmente dióxido de carbono (CO₂ ) , entre la atmósfera terrestre, los océanos y la biosfera terrestre . Es uno de los componentes más rápidos del ciclo global del carbono del planeta , y sustenta el intercambio de más de 200  mil millones de toneladas de carbono (es decir, gigatoneladas de carbono o GtC) dentro y fuera de la atmósfera a lo largo de cada año. [ 91 ] Las concentraciones atmosféricas de CO₂ se mantienen estables en escalas de tiempo más largas solo cuando existe un equilibrio entre estos dos flujos. El metano ( CH₄ ), el monóxido de carbono ( CO) y otros compuestos artificiales están presentes en concentraciones menores y también forman parte del ciclo del carbono atmosférico. [ 92 ]

Fuentes creadas por el hombre

Si se tienen en cuenta las emisiones directas e indirectas, la industria es el sector con la mayor proporción de emisiones globales. Datos del IPCC correspondientes a 2019.

La gran mayoría de las emisiones de dióxido de carbono de los humanos provienen de la quema de combustibles fósiles . Otras contribuciones provienen de la fabricación de cemento, la producción de fertilizantes y los cambios en el uso de la tierra, como la deforestación . [ 13 ] : 687 [ 12 ] [ 93 ] Las emisiones de metano se originan en la agricultura , la producción de combustibles fósiles, los residuos y otras fuentes. [ 14 ] Los arrozales son una fuente agrícola importante de emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo con el 22 % del metano agrícola total y el 11 % de las emisiones de óxido nitroso. [ 94 ]

Si continúan las tasas de emisión actuales , el aumento de la temperatura superará los 2,0 °C (3,6 °F) en algún momento entre 2040 y 2070, que es el nivel que el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) de las Naciones Unidas considera "peligroso". [ 20 ]  

La mayoría de los gases de efecto invernadero tienen fuentes tanto naturales como antropogénicas. Una excepción son los halocarbonos sintéticos de origen puramente humano, que no tienen fuentes naturales. Durante el Holoceno preindustrial , las concentraciones de los gases existentes se mantuvieron prácticamente constantes, debido al equilibrio entre las grandes fuentes y sumideros naturales. En la era industrial, las actividades humanas han añadido gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente mediante la quema de combustibles fósiles y la deforestación. [ 95 ] [ 4 ] : 115

Las principales fuentes antropogénicas (de origen humano) de gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono (CO₂ ) , el óxido nitroso ( N₂ ) y el dióxido de carbono (CO₂).2 O),metanoy tres grupos de gases fluorados (hexafluoruro de azufre(SF )6 ),hidrofluorocarbonos(HFC) yperfluorocarbonos(PFC,hexafluoruro de azufre(SF6)ytrifluoruro de nitrógeno(NF3)). [ 96 ] Aunque elefecto invernaderoestá fuertemente impulsado porel vapor de agua, [ 97 ] las emisiones humanas de vapor de agua no son un contribuyente significativo al calentamiento.

Reducción de los gases de efecto invernadero causados ​​por el ser humano

Recortes de emisiones necesarios

Escenarios mundiales de emisiones de gases de efecto invernadero, basados ​​en políticas y compromisos a fecha de 11/21.

El informe anual "Emissions Brep Report" del PNUMA , publicado en 2022, señalaba la necesidad de reducir las emisiones casi a la mitad. "Para encaminarnos hacia la limitación del calentamiento global a 1,5 °C, las emisiones globales anuales de GEI deben reducirse en un 45 % con respecto a las proyecciones de emisiones bajo las políticas vigentes en tan solo ocho años, y deben seguir disminuyendo rápidamente después de 2030 para evitar agotar el limitado presupuesto restante de carbono atmosférico ". [ 98 ] : xvi El informe comentaba que el mundo debería centrarse en transformaciones económicas amplias y no en cambios graduales. [ 98 ] : xvi

En 2022, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) publicó su Sexto Informe de Evaluación sobre el cambio climático. Advirtió que las emisiones de gases de efecto invernadero deben alcanzar su punto máximo antes de 2025 y disminuir un 43 % para 2030 para tener una buena probabilidad de limitar el calentamiento global a 1,5  °C (2,7  °F). [ 99 ] [ 100 ] O en palabras del Secretario General de las Naciones Unidas, António Guterres : «Los principales emisores deben reducir drásticamente las emisiones a partir de este año». [ 101 ]

Según un comunicado de prensa conjunto publicado por la Sociedad Alemana de Física y la Sociedad Meteorológica Alemana en septiembre de 2025, si las tendencias actuales continúan, la temperatura global podría aumentar 3 °C por encima del nivel preindustrial para el año 2050 y 5 °C para el año 2100. Los científicos enfatizaron la necesidad de implementar urgentemente las soluciones ya existentes. [ 102 ] [ 103 ]

Eliminación de la atmósfera mediante emisiones negativas

Varias tecnologías eliminan las emisiones de gases de efecto invernadero de la atmósfera. Las más analizadas son aquellas que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera, ya sea hacia formaciones geológicas como la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono y la captura de dióxido de carbono del aire , [ 104 ] o hacia el suelo como en el caso del biocarbón . [ 104 ] Muchos modelos de escenarios climáticos a largo plazo requieren emisiones negativas de origen humano a gran escala para evitar un cambio climático grave. [ 105 ]

También se están estudiando enfoques de emisiones negativas para el metano atmosférico, denominados eliminación de metano atmosférico . [ 106 ]

Historia del descubrimiento

Este artículo de 1912 describe sucintamente cómo la quema de carbón crea dióxido de carbono que causa el cambio climático. [ 107 ]

A finales del siglo XIX, los científicos descubrieron experimentalmente que N2 yO2 no absorben radiación infrarroja (llamada, en ese momento, "radiación oscura"), mientras que el agua (tanto como vapor verdadero como condensada en forma de gotitas microscópicas suspendidas en las nubes) yelCO₂y otras moléculas gaseosas poliatómicas sí absorben radiación infrarroja. [ 108 ] [ 109 ] A principios del siglo XX, los investigadores se dieron cuenta de que los gases de efecto invernadero en la atmósfera hacían que la temperatura general de la Tierra fuera más alta de lo que sería sin ellos. El términoinvernaderofue aplicado por primera vez a este fenómeno porNils Gustaf Ekholmen 1901. [ 110 ] [ 111 ]

Durante finales del siglo XX, se desarrolló un consenso científico de que el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera provoca un aumento sustancial de las temperaturas globales y cambios en otras partes del sistema climático, [ 112 ] con consecuencias para el medio ambiente y para la salud humana .

Otros planetas

Los gases de efecto invernadero existen en muchas atmósferas , creando efectos invernadero en Marte , Titán y, particularmente, en la densa atmósfera de Venus . [ 113 ] Si bien Venus ha sido descrito como el estado final del efecto invernadero descontrolado , tal proceso tendría prácticamente ninguna posibilidad de ocurrir debido a cualquier aumento en las concentraciones de gases de efecto invernadero causado por los humanos, [ 114 ] ya que el brillo del Sol es demasiado bajo y probablemente necesitaría aumentar en algunas decenas por ciento, lo que tomará unos pocos miles de millones de años. [ 115 ]

Véase también

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  • Centro de Análisis de Información sobre Dióxido de Carbono (CDIAC) , Departamento de Energía de EE. UU., archivado del original el 13 de agosto de 2023 , consultado el 26 de julio de 2020.
  • Índice anual de gases de efecto invernadero (AGGI) de la NOAA
  • Espectros atmosféricos de GEI y otros gases traza . Archivado el 25 de marzo de 2013 en Wayback Machine .