trazas de gas

Los gases traza son gases que se encuentran en pequeñas cantidades dentro de un entorno, como la atmósfera de un planeta . En la atmósfera terrestre, los gases traza son gases distintos del nitrógeno (78,1 %), el oxígeno (20,9 %) y el argón (0,934 %), que en conjunto constituyen el 99,934 % de su atmósfera (sin incluir el vapor de agua).

La abundancia de un gas traza puede variar desde unas pocas partes por billón ( ppt ) en volumen hasta varios cientos de partes por millón en volumen ( ppmv ). ^{[ 1 ]} Cuando un gas traza se añade a la atmósfera, ese proceso se denomina fuente . Hay dos tipos posibles de fuentes: naturales o antropogénicas. Las fuentes naturales son causadas por procesos que ocurren en la naturaleza. En cambio, las fuentes antropogénicas son causadas por la actividad humana.

Algunas fuentes de gases traza son procesos biogénicos , desgasificación de la Tierra sólida, emisiones oceánicas, emisiones industriales y formación in situ . ^{[ 1 ]} Algunos ejemplos de fuentes biogénicas incluyen fotosíntesis , excrementos animales , termitas , arrozales y humedales . Los volcanes son la principal fuente de gases traza de la Tierra sólida. El océano global también es una fuente de varios gases traza, en particular gases que contienen azufre. La formación in situ de gases traza ocurre a través de reacciones químicas en la fase gaseosa. ^{[ 1 ]} Las fuentes antropogénicas son causadas por actividades relacionadas con el ser humano, como la combustión de combustibles fósiles (por ejemplo, en el transporte ), la extracción de combustibles fósiles, la quema de biomasa y la actividad industrial.

En cambio, un sumidero es cuando un gas traza se elimina de la atmósfera. Algunos de los sumideros de gases traza son las reacciones químicas en la atmósfera, principalmente con el radical OH , la conversión de gas a partícula formando aerosoles , la deposición húmeda y la deposición seca . ^{[ 1 ]} Otros sumideros incluyen la actividad microbiológica en los suelos.

A continuación se muestra una tabla con varios gases traza, incluyendo sus abundancias, tiempos de vida atmosféricos, fuentes y sumideros. 

Gases traza – tomados a una presión de 1 atm ^{[ 1 ]}

^A ElPanel Intergubernamental sobre el Cambio Climático(IPCC) afirma que"no se puede dar una vida útil atmosférica única"para el CO₂_.[ ^{4 ] : ​​731 Esto} se debe principalmente a la alta tasa de crecimiento y la gran magnitud acumulativa de las perturbaciones alciclo del carbonopor la extracción geológica y la quema de carbono fósil. ^{[ 5 ]} A partir del año 2014, se esperaba que el CO₂ fósil_emitidocomo un pulso teórico de 10 a 100 GtC sobre la concentración atmosférica existente fuera eliminado en un 50% por la vegetación terrestre y lossumiderosen menos de un siglo. ^{[ 6 ]} También se proyectó que una fracción sustancial (20-35%) permanecería en la atmósfera durante siglos a milenios, donde la persistencia fraccional aumenta con el tamaño del pulso. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Por lo tanto, la vida útil del CO₂_aumentaefectivamente a medida que los humanos extraen más carbono fósil.

La abundancia total de gases traza de origen antropogénico en la atmósfera terrestre está aumentando. La mayoría proviene de la actividad industrial en el hemisferio norte, más poblado. Los datos de series temporales de estaciones de medición en todo el mundo indican que, por lo general, se necesitan entre 1 y 2 años para que sus concentraciones se mezclen uniformemente en toda la troposfera. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

El tiempo de residencia de un gas traza depende de su abundancia y tasa de eliminación. La relación de Junge (empírica) describe la relación entre las fluctuaciones de concentración y el tiempo de residencia de un gas en la atmósfera. Se puede expresar como fc = b /τ _r , donde fc es el coeficiente de variación , τ _r es el tiempo de residencia en años y b es una constante empírica, que Junge originalmente estableció en 0,14 años. ^{[ 11 ]} A medida que aumenta el tiempo de residencia, disminuye la variabilidad de la concentración. Esto implica que los gases más reactivos presentan la mayor variabilidad de concentración debido a sus vidas medias más cortas. Por el contrario, los gases más inertes no son variables y tienen vidas medias más largas. Cuando se mide lejos de sus fuentes y sumideros, la relación se puede utilizar para estimar los tiempos de residencia troposféricos de los gases. ^{[ 11 ]}

Algunos ejemplos de los principales gases de efecto invernadero son el agua , el dióxido de carbono , el metano , el óxido nitroso , el ozono y los CFC . Estos gases pueden absorber la radiación infrarroja de la superficie terrestre a medida que esta atraviesa la atmósfera.

El gas de efecto invernadero más influyente es el vapor de agua . Se presenta frecuentemente en altas concentraciones, puede transformarse en aerosol (nubes) y viceversa, por lo que generalmente no se clasifica como un gas traza. A nivel regional, el vapor de agua puede atrapar hasta el 80 por ciento de la radiación infrarroja saliente. ^{[ 12 ]} A nivel mundial, el vapor de agua es responsable de aproximadamente la mitad del efecto invernadero total de la Tierra . ^{[ 13 ]}

El segundo gas de efecto invernadero más importante, y el gas traza más importante afectado por fuentes antropogénicas, es el dióxido de carbono. ^{[ 12 ]} Contribuye aproximadamente al 20% del efecto invernadero total de la Tierra. ^{[ 13 ]} La razón por la que los gases de efecto invernadero pueden absorber la radiación infrarroja es su estructura molecular. Por ejemplo, el dióxido de carbono tiene dos modos básicos de vibración que crean un fuerte momento dipolar , lo que provoca su fuerte absorción de la radiación infrarroja. ^{[ 12 ]}

Por el contrario, los gases más abundantes ( N₂ ,O_{El 2} yel Ar) en la atmósfera no son gases de efecto invernadero. Esto se debe a que no pueden absorber radiación infrarroja, ya que no tienen vibraciones con momento dipolar. ^{[ 12 ]} Por ejemplo, los enlaces triples deldinitrógenoforman una molécula simétrica conestados de energía vibracionalque no se ven afectados casi en absoluto por las frecuencias infrarrojas.

A continuación se muestra una tabla con algunos de los principales gases de efecto invernadero traza, sus fuentes artificiales y una estimación de la contribución relativa de esas fuentes al efecto invernadero intensificado que influye en el calentamiento global .

Principales gases de efecto invernadero y sus fuentes ^{[ 12 ]}

• Descripción de los gases traza atmosféricos
• Sobre los gases traza y su papel