Climántica :: Biblioteca

Como nos chega a enerxía do Sol?.

O Sol emite enerxía en forma de luz que atravesa a atmosfera. De toda a luz que o Sol manda cara á Terra só unha terceira parte chega a superficie do planeta, pois a atmosfera actúa como un filtro de moita radiación luminosa.

Da que chega á Terra os nosos ollos unicamente aprecian unha pequena parte a que chamamos luz visible. A luz viaxa en forma de onda. Para entender o que é unha onda, imaxinemos unhas partículas que describen uns movementos como os das seguintes figuras:

Por que vemos os obxectos dunha determinada cor?.

Podemos ver que as ondas viaxan oscilando, a primeira oscila máis cá segunda e por esa razón dicimos que ten máis frecuencia. A cada oscilación completa da onda chamámoslle un ciclo, polo que a frecuencia mide o número de ciclos que a onda dá cada segundo. Chamamos lonxitude de onda á lonxitude dun ciclo, tal e como se aprecia nas figuras.

Non toda a luz trae a mesma enerxía, senón que canta máis frecuencia teña ou canto máis pequena sexa a súa lonxitude de onda, máis enerxía trae.

As substancias que non deixan pasar a luz poden facelo por dúas razóns, porque a rebotan (reflexión) ou porque a absorben. Neste caso, a radiación absorbida é transformada en radiación calorífica que non é visible (infravermella). Os obxectos de cor branca reflicten toda a radiación luminosa que lle chega, pola contra os de cor negra absórbena toda e transfórmana en calorífica.

Cando vemos os obxectos dunha determinada cor é porque eses obxectos absorberon o resto das cores, por iso vemos a que non absorben, e por tanto, a que reflicten (“rebotan”), permitindo así que chegue ata os nosos ollos.

Un obxecto transparente coma o vidro deixa pasar a práctica totalidade da radiación luminosa, aínda que non toda a radiación solar, pois o vidro é un filtro moi importante para a radiación infravermella (calorífica). Esta explicación permítenos entender a implantación e xeneralización dos invernadoiros na agricultura.

Estas instalacións agrícolas constrúense cando sobre unha superficie de terra de cultivo se quere manter unha temperatura máis alta e evitar as consecuencias nefastas das xeadas sobre os vexetais, nese caso montamos un invernadoiro. Os mellores invernadoiros son de vidro que é transparente para todas as cores da luz, pero non deixan pasar a maioría da radiación infravermella ou calorífica.

Se o vidro estivera tinguido de vermello non o atravesaría toda a radiación luminosa visible. Neste caso absorberíase a luz correspondente ao resto das cores. Dende o exterior do invernadoiro veriamos a luz non absorbida que é a vermella reflectida (“rebotada”) que ao reflectirse chegaría ata os nosos ollos. Outra parte desa luz vermella non absorbida atravesaría o vidro, por iso dentro do invernadoiro tamén veriamos tonalidades avermelladas. E dicir o vidro vermello non é transparente para todas as cores da luz. En realidade tampouco atravesa toda a radiación solar o vidro normal, pero deixa pasar todas as cores da luz, e a radiación que non o atravesa non pode ser apreciada pola nosa vista (infravermella ou calorífica).

Así como o vidro sen cor deixa pasar a práctica totalidade da radiación visible, o vidro negro non deixa pasar ningunha e absorbe toda a radiación visible, transformándoa en radiación calorífica (radiación infravermella). Por tanto, se o invernadoiro estivera feito de vidro negro non deixaría pasar radiación visible, por iso non poderíamos ver o seu interior. Neste caso a superficie do vidro negro estaría moi quente cando lle dá o sol porque está transformando a radiación luminosa que absorbe na súa totalidade en radiación infravermella calorífica. Se estivera pintado de branco, tampouco deixaría pasar a maioría da luz visible, pero neste caso non porque absorbese, senón porque a reflictiría.

Por que pode facer máis calor dentro dun invernadoiro que fora?.

Cando a radiación luminosa visible incide sobre a terra negra do invernadoiro, é absorbida na súa totalidade, transformándose en radiación infravermella ou calorífica, que é emitida pola terra cara á atmosfera.

Se ben os obxectos que están ao aire libre non teñen ningunha dificultade para desfacerse da radiación infravermella (calorífica) emitíndoa cara á atmosfera, só unha pequena parte da irradiada pola terra dun invernadoiro é quen de atravesar o vidro cara á atmosfera exterior, e a maioría rebota sobre a cara interior do vidro, quedando así retida no interior do invernadoiro, o que provoca un aumento da temperatura no seu interior.

Este efecto sentímolo nos coches a nas habitacións con moitas ventás, especialmente nos días soleados do verán. Tamén se aproveitou en determinadas construcións galegas para suavizar as temperaturas invernais, poñendo galerías nas zonas soleadas.

Os gases invernadoiro

A atmosfera terrestre está composta por moitos gases. Os máis abundantes son o nitróxeno, o osíxeno e o argón. Estes gases son bastantes transparentes tanto para a luz visible como para a radiación infravermella ou calorífica que emite a Terra cando está quente.

Outros, que representan menos dunha centésima parte, son gases que actúan de xeito similar ao vidro do invernadoiro. Entre eles destacan o dióxido de carbono (CO₂), o metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O). Dentro dos gases invernadoiro sobresae, neste papel termorregulador, o dióxido de carbono. Tamén o vapor de auga (H₂O) é importante na regulación térmica aínda que de xeito diferente a como o fai o vidro do invernadoiro.

Os filtros da atmosfera: capa de gases invernadoiro.

Cando a luz solar chega á atmosfera, parte desta enerxía fíltrase en distintos puntos por absorcións e por reflexións. A radiación máis enerxética non é a visible se non que é a ultravioleta. Esta fíltrase nunha capa moi alta con un gas chamado ozono que a absorbe.

Outra capa filtro diferente é a de gases invernadoiro, na que destaca o dióxido de carbono. Esta diferénciase da anterior pola posición, polo tipo de gases, e polo tipo de radiación que filtran, sendo neste caso a menos enerxética: infravermella ou calorífica.

Como esta capa non deixa pasar unha parte da radiación infravermella, a calor emitida pola Terra, como resultado da transformación da radiación luminosa absorbida, é enviada de novo cara á superficie terrestre, dun xeito que presenta certa semellanza co vidro do invernadoiro, aínda que actúa máis ben como o fai unha esponxa coa auga.

Por último as capas de nubes tamén reflicten e absorben radiación. Por iso os días con nubes hai menos luminosidade. Pola acción termorreguladora da auga, esta capa de gas vapor de auga tamén ten importancia na regulación térmica facendo posible a vida na Terra, aínda que actúa de xeito diferente ao dióxido de carbono.

O efecto invernadoiro

A enerxía calorífica retida polos gases de invernadoiro emítese de novo cara á superficie terrestre. Este efecto, coñecido como invernadoiro, pola similitude do que ocorre neste tipo de instalacións agrícolas, quenta o aire que rodea á Terra. Se non existisen os gases de invernadoiro, o planeta sería cerca de 30 graos máis frío que agora.

Nesas condicións probablemente a vida nunca podería chegar a desenvolverse. Isto é o que sucede en Marte que ten unha temperatura de -50º C, aínda así parece que esas circunstancias non sempre foron as mesmas, por canto no seu relevo parece que existen pegadas morfolóxicas de relevo fluvial.

Relacións do CO₂ coa temperatura da Terra

Despois de todos estes filtros atmosféricos, aproximadamente a metade da radiación que saíu do Sol chega á Terra. A radiación visible que incide en terra negra é absorbida mentres que a que incide sobre corpos brancos é reflectida (“rebotada”) . A que incide sobre corpos doutra cor, parte é absorbida e o resto de radiación luminosa visible é reflectida. Esta radiación luminosa reflectida permítenos ver os corpos nas cores complementarias das absorbidas.

En todo caso, a parte de enerxía luminosa absorbida é a que se transforma en calor. Esta enerxía calorífica resultante é a que se emite como radiación infravermella cara á atmosfera. Parte desta calor emitida queda retida pola capa de gases invernadoiro.

Tal como se deduce do exposto neste apartado, a Terra é mais quente gracias ao 0,03% que contén de dióxido de carbono que actúa como filtro da radiación calorífica dun xeito semellante a como o fai un vidro dun invernadoiro, dado que é bastante transparente para a radiación visible pero pouco para a infravermella ou calorífica .

Efectos do aumento do CO₂.

Se o contido en dióxido de carbono da atmosfera fose o dobre: 0,06%, o efecto invernadoiro tamén aumentaría, quentando a Terra un par de graos máis, o suficiente para provocar a desconxelación gradual dos casquetes polares. Canto máis grosa sexa a capa de dióxido de carbono, máis se vai parecer o seu comportamento ao vidro dun invernadoiro. Se se chegase a desxear a Antártida e Groenlandia, o nivel do mar subiría 72 metros.

O contrario desta situación foi o que aconteceu como consecuencia do último máximo glaciar hai uns 18.000 anos, onde o nivel do mar se situaba 120 metros por debaixo do que se atopa na actualidade, quedando a antiga liña de costa cuberta polas augas hoxe en día. No pasado máis recente, hai uns 8000 anos, produciuse unha fase transgresiva onde o nivel do mar situouse ao redor de 2 metros por riba da liña de costa actual.

A importancia do CO₂

O gas dióxido de carbono (CO₂) estando na atmosfera nunha porcentaxe en volume moi baixa (0,03%) é o principal gas que contén o carbono (C) atmosférico. Así considerando a unidade de volume atmosférica dividida en un millón de partes, o CO₂ocuparía 358 partes (o CO₂ representa 358 partes por millón). Os outros dous gases atmosféricos, moito máis minoritarios, que conteñen carbono (C) son o metano (CH₄) e monóxido de carbono (CO). Destes dous gases minoritarios, o primeiro representa 0,1 partes por millón e o segundo 1,6 partes por millón.

Por tanto, o dióxido de carbono contén a práctica totalidade do carbono da atmosfera. Este gas tamén se atopa na hidrosfera e no solo e entre as tres localizacións estanse a producír intercambios permanentes.

O gas dióxido de carbono é unha das formas químicas polas que o carbono se move de xeito cíclico, polo que o C que se emite á atmosfera dende un punto que actúa como fonte, volta outra vez a ese punto actuando en este caso como sumidoiro.

As reservas fundamentais de carbono en forma de moléculas de CO₂(g) que os seres vivos poden asimilar, atópanse na atmosfera e na hidrosfera.

O ciclo do carbono

O carbono asimilado polos seres vivos da atmosfera, no proceso da fotosíntese, pasa duns seres vivos a outros nos procesos de nutrición e acaba liberándose de novo á atmosfera pola respiración, descomposición de restos e cadáveres ou por combustión, describindo así un proceso cíclico. Algúns destes restos de seres vivos, en vez de descompoñerse poden fosilizar no interior da terra retirando este carbón do ciclo, aínda que segue estando sometido a posibilidades de movemento cíclico moito máis lento, pois os volcáns, terremotos, erosións, etc., poden facer que volva a liberarse á atmosfera como gas CO₂.

Pode dicirse entón que o carbono da Terra está en movemento cíclico (ciclo do carbono). Este ciclo pode descompoñerse, á súa vez, en dous subciclos axustados que suceden a diferentes velocidades e que se poden explicar co modelo do percorrido cíclico da cadea da bicicleta, como resultado da combinación dos xiros do piñón e do prato.

O ciclo máis rápido (piñón) é aquel relacionado coa fotosíntese, nutrición, e descomposición dos seres vivos e os seus restos. O máis lento é o xeoquímico, encargado de regular a transferencia entre os solos e a atmosfera e relacionado pola formación de combustibles fósiles a partir da transformación da materia orgánica (formación de carbón, gas natural e petróleo) e a súa combustión ou liberación como resultado de procesos xeolóxicos.

Ciclo rápido o papel da fotosíntese como sumidoiro

En canto ao ciclo rápido, coa fotosíntese os sistemas biolóxicos incorporan dióxido de carbono da atmosfera en compostos orgánicos (cadeas de carbonos) que manteñen almacenado, nas unións, a enerxía química resultante da transformación da enerxía luminosa durante o proceso da fotosíntese. O gas entra na planta a través dos estomas (poros) das follas. A materia orgánica formada en primeiro lugar son os hidratos de carbono tipo glicosa, a partires da cal se forman as demais substancias. O proceso fotosintético pode resumirse na seguinte ecuación global:

A maioría da absorción do dióxido de carbono acontece nos bosques xuvenís. É sabido que as plantas medran máis vigorosamente en ambientes ricos en dióxido de carbono. A medida que as árbores van medrando vai aumentando a importancia da respiración para manter máis biomasa, chegando un momento en que a respiración se compensa coa fotosíntese en canto a entrada e saída de dióxido de carbono.

Os bosques no ciclo rápido

Neste senso, un ecosistema forestal actúa como un sumidoiro (eliminación neta de CO₂ atmosférico), cando hai un aumento da suma das existencias totais retidas na mesma vexetacións forestais (árbores e plantas) en relación ao dióxido de carbono liberado por respiración e descomposición (reacción inversa á da fotosíntese) dese bosque, o que ocorre en bosques xuvenís.

A medida que o bosque se vai facendo maduro estas cantidades de sumidoiro e fonte de dióxido de carbono van igualándose, chegando a un equilibrio. Nesta evolución pode chegarse a situacións de bosques vellos, onde a liberación de CO₂ pode superar á incorporación.

Tendo en conta que os bosques vanse facendo máis vellos ao tempo que van aumentando os problemas de deforestación e incendios forestais, a capacidade dos bosques para actuar como sumidoiros de dióxido de carbono é limitada, atrapando como máximo un 20% das nosas emisións á atmosfera.

Aínda que non debemos desbotar o papel dos bosques como sumidoiros de CO₂, a clave para conseguir esta retirada de excesos de dióxido de carbono temos que atopala no mar, onde a cantidade de carbono disolto é unhas 50 veces maior cá cantidade presente na atmosfera. Por tanto, na hidrosfera atopámonos as maiores posibilidades de sumidoiro de C que quedará formando parte nas rochas carbonatadas e nas cunchas de moluscos e crustáceos, xunto coas formacións coralinas.

O ciclo lento e a súa relación co problema

O dióxido de carbono disolve as rochas con silicatos de calcio do continente (por exemplo basaltos) dando bicarbonatos que van disoltos na auga cara ao océano. Alí os bicarbonatos entran nos seres vivos incorporando o C que estaba na atmosfera. Parte dos cadáveres destes seres vivos entérranse sen descompoñer formando rochas sedimentarias ou sufren transformacións dando lugar ao petróleo. Estas rochas formadas a partir dos seres vivos afastan o C do ciclo

Sen a capa dos gases invernadoiro gran parte do calor da Terra volvería ao espacio. Esta capa configurouse como resultado dun equilibrio natural acadado ao longo de moito tempo. Con esta capa a Terra quedou dotada da temperatura necesaria para o desenvolvemento da vida e os seres vivos pasaron a xogar un papel fundamental no mantemento do equilibrio necesario para manter esta capa e o efecto invernadoiro natural necesario para a vida (ciclo do carbono).

Pero se ben estes gases son en si bos, o seu exceso, en concreto do dióxido de carbono emitido por coches e centrais térmicas, está producindo unha subida constante da temperatura. Isto é así porque estas combustións derivadas da actividade humana, son o resultado da extracción dos combustibles fósiles e a súa combustión, o que conleva a aceleración artificial da velocidade da parte lenta do ciclo (aceleración artificial da velocidade do prato). Tamén se están a producir desequilibrios na parte rápida do ciclo (piñón) coas actividades humanas incendiarias e de deforestación.

Este exceso de dióxido de carbono liberado á atmosfera por combustión de combustibles fósiles, sumado aos efectos da actividade humana na deforestación por talas e incendios, supoñen a alteración do ciclo do carbono e a emisión dun exceso de CO_2(g) á atmosfera o que conleva a un incremento de grosor na capa de gases invernadoiro.

A medida que esta capa medra, refórzase a analoxía co vidro (aumenta o efecto invernadoiro) que é o que provoca a subida constante da temperatura. Dos vinte anos máis quentes dos que se ten rexistro, a súa maioría son posteriores ao 1980. Impedir que a atmosfera terrestre pase desta situación de invernadoiro na que está entrando a unha situación de estufa natural, representa un dos maiores retos aos que se enfrontarán os novos científicos do século XXI.