¿Por qué atribuimos el problema del calentamiento global y el cambio climático sobre todo al aumento de la concentración atmosférica de CO2?

Sostenibilidad

09/05/2024

By Jordi Sardans, investigador CREAF

Uno de los retos más serios para el futuro de la humanidad es, sin duda alguna, enfrentar y mitigar el cambio global. Un repaso comprensible y basado en las leyes más básicas de la química y de la ciencia en general debe permitirnos entender por qué la atmósfera se calienta, y cada vez absorbe más energía. Esta energía, principalmente absorbida en forma de calor por ciertos gases de la atmósfera, en gran parte se transforma en movimientos de las masas de aire, traduciéndose en que las borrascas y anticiclones son cada vez más fuertes. Esto es la causa que provoca estos fenómenos extremos como las oleadas de calor y frío, así como sequías y episodios de lluvias y temporales cada vez más intensos.

Este endurecimiento de las condiciones climáticas asociado al calentamiento global, se escucha en todos los medios de comunicación y en la comunidad científica decir que se basa en el aumento de las concentraciones en la atmósfera de uno de los gases que la forman: el dióxido de carbono (CO2). Pero nunca se explica qué tiene ese gas que no tienen los otros gases, como por ejemplo, los dos mayoritarios en la atmósfera: el oxígeno (O2) y el nitrógeno (N2), que le dan a él el protagonismo del calentamiento global y el cambio climático en general.

Por otra parte, el desconocimiento y la falta de comprensión de lo que está ocurriendo puede aumentar cuando nos dicen que otros gases más desconocidos como el metano (CH4) o los óxidos de nitrógeno como el N2O o el NO2 también colaboran en calentar atmósfera.

Ante todo, es necesario aclarar porqué gases como el CO2, CH4 y N2O o NO2 contribuyen a calentar la atmósfera y otros como el O2 y el N2 no. Sin necesidad de tener demasiados conocimientos de química, lo primero que podemos captar fácilmente es que los gases del grupo del CO2 tienen letras distintas en su fórmula química. ¿Qué significa esto? Pues que son compuestos (moléculas) formadas por átomos distintos con distintas características químicas. Por ejemplo, cada molécula de CO2 está formada por un átomo de carbono y dos de oxígeno. Si tenemos en cuenta que las moléculas se forman porque los átomos se juntan para compartir electrones, formando lo que llamamos enlaces químicos, en el caso del CO2, el átomo de carbono (C) comparte electrones a ambos lados con un oxígeno, tal y como podemos ver en la figura 1. Esta situación se repite de forma similar y equivalente en el caso del CH4, N2O o NO2, donde en el CH4, el C forma enlaces con los hidrógenos (H), y en los óxidos de nitrógeno, el N forma enlaces con el oxígeno.

Por el contrario, moléculas formadas por átomos iguales como O2 y N2 forman enlaces químicos entre átomos iguales. Es, por tanto, este hecho; que los enlaces sean entre átomos diferentes o entre átomos iguales el que marca la diferencia entre los gases de efecto invernadero como el CO2 y los que no tienen efecto invernadero como el O2, por lo que los primeros puedan absorber la energía calorífica que nos llega del Sol y los segundos no.

Figura 1. Estructura molecular del CO2.

¿Por qué unos calientan y otros no? Pues porque cuando los enlaces son entre átomos diferentes, poco o mucho, siempre hay uno de los dos que, por tener unas características determinadas como el número de cargas positivas del núcleo diferente al otro, atrae más fuerte a los electrones (cargas negativas) que forman los enlaces que el otro átomo que forma el enlace químico correspondiente. Es esta asimetría en la distribución de cargas lo que permite que estas moléculas formadas por átomos diferentes, como el CO2, puedan absorber las radiaciones infrarrojas que provienen del Sol, calentándose, lo que no pueden realizar las moléculas formadas por los mismos átomos como l 'O2. Para ir un poco más allá en esta característica de las moléculas formadas por más de un átomo, es preciso decir que los electrones de sus enlaces tienen unos niveles de vibración (movimientos internos de los átomos de la molécula para alargamientos, contracciones, torsiones y vibraciones de los enlaces que los mantienen unidos). Estos niveles de vibración tienen diferencias energéticas de la misma magnitud que las de las radiaciones infrarrojas y, por tanto, las pueden ir absorbiendo y así vibrar y moverse cada vez más y más. ¿Qué significa esto? Pues que se calientan, estas vibraciones y movimientos cada vez mayores hacen que choquen con otras moléculas de la atmósfera como el O2 y el N2 que, aunque no absorben directamente los infrarrojos debido a estos choques, también se mueven y vibran más y, por tanto, también acaban calentándose. Por lo tanto, la atmósfera se calienta a partir de las radiaciones solares que nos llegan a la Tierra porque los gases formados por más de un átomo pueden absorber los infrarrojos.

Así pues, los gases formados por más de un tipo de átomo, son los que marcan que la atmósfera se caliente más o menos cuando es atravesada por los infrarrojos. ¿Y por qué es la atmósfera atravesada por infrarrojos? Pues muy sencillo: por efectos directos e indirectos debidos a las radiaciones solares que nos van llegando día a día. Las radiaciones solares llevan una cantidad notable de radiación infrarroja cuando nos llegan del espacio, pero además los materiales de la superficie de la Tierra, al absorber la energía del Sol, parte de ella la vuelven a emitir en forma de infrarrojos hacia el espacio, atravesando la atmósfera de abajo hacia arriba. Así pues, la atmósfera es atravesada día y noche por radiaciones infrarrojas.

¿Qué más debemos añadir para entender toda la ecuación del cambio climático y entender bien sus causas? Ahora sabemos que la atmósfera se calienta más o menos si tiene más o menos gases formados por más de un átomo distinto. Pues fijémonos en que está pasando con estos gases. Se sabe a ciencia cierta que, en números grandes, podemos decir que a mediados del siglo diecinueve, cuando comenzó la revolución industrial, en la troposfera, la capa baja de la atmósfera donde se desarrolla la vida y el clima, había unos 280 partes por millón (ppm) de CO2 y que ahora vamos por los 420 ppm y subiendo. Esto se debe a que los humanos, con nuestra actividad, hemos movilizado un porcentaje muy elevado de los combustibles fósiles, reservas sedimentadas y atrapadas en la corteza de la Tierra, proveniente de restos de madera (carbón) o de organismos sobre todo marinos (petróleo y gas natural). Esta movilización ha pasado en casi menos de 200 años. Por tanto, desde que hay vida más o menos estable en los continentes, nunca el ciclo del carbono había sufrido un cambio tan grande en tan pocos años. Muchos negacionistas se basan en decir que teníamos unos pocos miles de ppm de CO2 en ciertas épocas, y es cierto. Lo que no dicen es que los cambios de más o menos 1 ppm al año (si promediamos los últimos 140 años), que es miles de veces más rápida de la que nunca ha habido, donde los cambios naturales de las concentraciones de CO2 de 1 ppm se producían en ventanas de tiempo de muchos miles sino millones de años. Es más, en los últimos veinte años los cambios han sido de más de 2 ppm anuales.

Por tanto, la atmósfera se está calentando a una velocidad sin precedentes y como consecuencia el clima también, a una velocidad que es muy superior a la que tiene el ritmo de la evolución de la vida en el planeta y puede responder por adaptarse. Además, otros gases de los que absorben la radiación infrarroja y, como hemos visto, contribuyen a calentar la atmósfera como el metano, han aumentado también por causas ligadas a las actividades humanas, como por el aumento de los campos de arroz o de los rebaños de ganado sobre todo de bóvidos. O los óxidos de nitrógeno, provenientes también y sobre todo de la combustión de los derivados del petróleo.

Cabe recordar finalmente que si todo el calor absorbido no se transformara en movimiento, la atmósfera no pararía de calentarse hasta valores de temperatura que harían inviable sostener los sistemas biológicos tal como ahora los conocemos, incluida nuestra propia especie. La mayor parte de ese calor que la atmósfera atrapa cada vez más a medida que aumentan los gases de efecto invernadero se convierte en movimiento de las masas de aire a nivel planetario. El movimiento se transmite desde el nivel de molécula a molécula hasta el movimiento de las grandes masas de aire a nivel planetario. ¿Y por qué ocurre esto? Pues, porque donde llega la radiación solar con mayor intensidad, ahora se calienta mucho más rápidamente que donde llega con menor intensidad. En el ecuador, donde la radiación solar llega con el máximo número de horas y con la máxima intensidad, se produce un calentamiento más rápido que en las zonas más cercanas a los polos. Esto provoca que los movimientos de aire a gran escala, las evaporaciones de agua (es decir, la formación de anticiclones y borrascas) sean más frecuentes y/o más intensos. De aquí provienen las olas de calor y frío que cada vez son más intensas, así como las sequías y tormentas más fuertes que ocurren con mayor frecuencia. Todo esto es la consecuencia de la energía captada en forma de calor que se convierte en movimiento de las masas de aire, ya sea en forma de anticiclones o de borrascas.

Evidentemente, esto no afectará por igual a todo el planeta. Las grandes zonas de formación de borrascas y anticiclones están distribuidas por la Tierra según su situación latitudinal. Dado que la Tierra gira en torno al Sol con un ángulo de inclinación, las zonas cercanas al ecuador siempre reciben la máxima insolación, es decir, la máxima cantidad de energía del Sol, incluyendo los infrarrojos. En cambio, en las zonas templadas experimentamos un verano que coincide cuando la Tierra está orientada hacia el hemisferio norte o sur. Esto provoca, por ejemplo, que la zona del ecuador sea un lugar donde el aire se calienta más rápidamente, se vuelve más ligero y tiene una tendencia a subir, absorbiendo humedad y formando así borrascas. Las masas de aire de amos lados tienden a llenar el espacio dejado por el aire que sube, creando zonas de altas presiones o anticiclones en los trópicos.

Si nos fijamos en la figura 2, veremos como todo esto está asociado a la formación de celdas de movimiento de aire. Por ejemplo, la celda del trópico norte muestra cómo el aire sube desde el nivel del ecuador hasta las capas altas de la troposfera, viaja hacia la zona del trópico norte, baja a la superficie y regresa hacia el ecuador para llenar el aire que se eleva a esta región, ya que es donde el aire se calienta más.

Figura 2. Representación esquemática de las grandes zonas mundiales de formación de borrascas y anticiclones.

En el Mediterráneo, estamos muy cerca del trópico de Capricornio, especialmente en verano del hemisferio norte, lo que significa que tenemos una alta probabilidad de que nos afecten anticiclones, que cada vez serán más fuertes, agravando los episodios de tiempo soleado y sin lluvias. En invierno, en cambio, las celdas de movimiento de aire se desplazan de norte a sur, colocando el Mediterráneo entre las zonas de anticiclones tropicales y la formación de borrascas en la región del círculo polar. Esto hace que el clima sea más variable en lo que se refiere a la presencia de borrascas y anticiclones.

Sin embargo, la mayor parte del año estamos más cercanos a la zona de formación de anticiclones, y, por tanto, en el contexto del cambio climático, se prevé que continuaremos recibiendo más anticiclones que borrascas. Sin embargo, los anticiclones que se forman más cerca serán mayores, con más energía, y será más difícil que las borrascas más lejanas puedan desplazarlos, dificultando así las precipitaciones. En cualquier caso, tarde o temprano, alguna borrasca suficientemente fuerte se hará lugar entre los anticiclones y llevará lluvias. Debido a su fuerte intensidad, las lluvias serán más abundantes. Esto implica que recibiremos más precipitaciones, pero mal repartidas, con episodios de fuertes tormentas y mayor proporción de lluvia torrencial respecto al total, aunque la cantidad total de agua caída puede ser igual o inferior, limitando su aprovechamiento y aumentando la capacidad para causar daños en caso de intensas lluvias.

Categorías: Sostenibilidad