Acerca de este experimento
Sin su atmósfera, la Tierra sería una bola congelada a unos −18 °C. La luz solar atraviesa fácilmente el aire y calienta el suelo, pero el suelo caliente emite radiación infrarroja, y gases como el vapor de agua y el dióxido de carbono absorben gran parte de ella y la devuelven parcialmente hacia abajo. Este efecto invernadero mantiene la temperatura media de la superficie cerca de los 15 °C. Sigue los flujos de energía, añade dióxido de carbono, cambia la cantidad de luz solar que se refleja y observa cómo la superficie se calienta hacia un nuevo equilibrio.
Objetivos de aprendizaje
- Describe los flujos de radiación solar e infrarroja entre el Sol, la atmósfera y la superficie.
- Explica cómo los gases de efecto invernadero calientan la superficie sin crear energía.
- Explica el equilibrio radiativo y por qué un planeta se calienta hasta que la radiación saliente iguala la luz solar absorbida
- Explica el papel del albedo y de la retroalimentación del vapor de agua
- Interpreta el calentamiento previsto si se duplica el dióxido de carbono
Cómo usarlo
- 1Apaga la atmósfera. ¿Cuál es la temperatura de la superficie? Vuelve a encenderla. ¿Cuánto más cálida es la Tierra con atmósfera?
- 2Observa las flechas en equilibrio. Comprueba que la energía que llega a la superficie es igual a la energía que sale de ella.
- 3Elige «Duplicado» (560 ppm). ¿Cuánto se calienta la superficie y cuánto tarda?
- 4Desactiva la retroalimentación del vapor de agua y repite. ¿Qué parte del calentamiento se debe a esta retroalimentación?
- 5Aumenta el albedo a 0,4, como si una mayor parte de la Tierra estuviera cubierta de hielo o nubes. ¿Qué ocurre?
- 6Ajusta el dióxido de carbono al nivel actual. Compara el calentamiento con los 1,2 °C observados desde aproximadamente 1850.
El modelo
Supuestos
- Una sola capa atmosférica absorbe una fracción ε de la radiación infrarroja de la superficie y emite esa misma fracción a su propia temperatura, hacia arriba y hacia abajo. Deja pasar directamente la luz solar.
- Con el CO₂ preindustrial, la capa absorbe el 77,9 % de la radiación infrarroja, lo que da 15 °C. El CO₂ modifica esta fracción de modo que produce el forzamiento estándar.
- La retroalimentación del vapor de agua aumenta la absorción de infrarrojos un 1 % por cada kelvin de calentamiento, lo que da aproximadamente 3 °C con el doble de CO₂, cerca de la estimación central de la ciencia del clima. Las nubes y el hielo solo se representan mediante el control del albedo.
- La capacidad calorífica equivale a la de unos 100 m de océano. Se omite el océano profundo, que retrasa el calentamiento durante siglos.
Pruébalo en clase
- Q1Usa la ley de Stefan-Boltzmann para mostrar que la Tierra sin atmósfera tendría una temperatura de unos 255 K.
- Q2¿Por qué un gas de efecto invernadero calienta la superficie, pero enfría la atmósfera superior?
- Q3Explica por qué la retroalimentación del vapor de agua amplifica el calentamiento causado por el dióxido de carbono.
- Q4¿Por qué la temperatura sigue aumentando durante varios años después de que dejan de aumentar las concentraciones de dióxido de carbono?
- Q5El deshielo del hielo marino reduce el albedo. ¿Es una retroalimentación positiva o negativa? Explícalo.
Preguntas frecuentes
¿Viola el efecto invernadero la conservación de la energía?
No. La superficie recibe luz solar y también la radiación que la atmósfera devuelve hacia ella, por lo que debe estar más caliente para volver a emitir toda esa energía. En la parte superior de la atmósfera, la Tierra sigue emitiendo exactamente tanta energía como absorbe.
¿Por qué el efecto del dióxido de carbono es logarítmico?
El centro de la principal banda de absorción del CO₂ ya es casi opaco, así que añadir más gas ensancha la banda principalmente por los bordes. Cada duplicación añade aproximadamente el mismo forzamiento: unos 3,7 W/m².
¿Hasta qué punto es realista un modelo de una sola capa?
Calcula bastante bien la magnitud del efecto invernadero natural y el calentamiento causado por la duplicación del CO₂, lo que lo convierte en un buen modelo didáctico. Los modelos climáticos reales representan muchas capas, nubes, océanos y hielos, y ofrecen un intervalo probable de 2,5 a 4 °C para una duplicación del CO₂.