La ecuación de Arrhenius y el calentamiento global

Concreción curricular

Biología y geología 3 de ESO

  • Impactos humanos en los ecosistemas. Acciones que favorecen la conservación del medio ambiente.

Biología y geología 4 de ESO

  • La actividad humana y el medio ambiente. Los recursos naturales. La superpoblación y sus consecuencias. Los residuos. Impactos ambientales.
  • Medidas de gestión y defensa para evitar el deterioro del medio ambiente y promover su conservación.

Planteamiento

Svante August Arrhenius (1859-1927)En 1896, un científico sueco, Svante Arrhenius, descubrió el calentamiento global del planeta como un concepto teórico. Su hipótesis era sencilla: en esencia, estableció una relación directa entre las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera con la temperatura. Posteriormente, en 1903 publicó Lehrbuch der Kosmischen Physik (Tratado de física del cosmos), el cual trataba por primera vez de la posibilidad de que la combustión de combustibles fósiles incrementara la temperatura media de la Tierra y, en colaboración con Thomas Chamberlain, calcularon que las actividades humanas podrían provocar un aumento de las temperaturas mediante la adicción de CO2 a la atmósfera.

Arrhenius calculó que si se duplicara la cantidad de CO2 de la atmósfera preindustrial subiría la temperatura unos 5 °C, para ello utilizó la siguiente fórmula:

Fórmula de Arrhenius para la temperatura superficial

La fórmula es muy simple considerando que resume fenómenos muy complejos. La variable Ts es la temperatura promedio en la superficie de la Tierra y ε es una variable que caracteriza la absorción de luz infrarroja por la atmósfera y depende de la cantidad de gases de efecto invernadero presentes en la atmósfera (CO2, H2O, CH4…). Si ε=0, la atmósfera no absorbe radiación infrarroja, o sea que es completamente transparente. Si ε=1, la atmósfera absorbe toda la radiación infrarroja que le llega, o sea que es completamente opaca. En general tendremos que 0 ≤ ε ≤ 1. Y esto es todo. Ya pueden ustedes predecir el calentamiento global.

Como todas las fórmulas, ésta también funciona al revés. Despejando ε tendremos que:

Arrhenius y la temperatura terrestre

Ahora la variable independiente es Ts. Podemos calcular la absorción de la atmósfera si conocemos la temperatura promedio de la Tierra.

Cuestión 1

Calcula la temperatura terrestre en el caso de que la atmósfera fuera totalmente transparente a la radiación infrarroja (ε=0).

¿Qué consecuencias para la vida podría tener que la Tierra tuviera esa temperatura media?

Cuestión 2

Calcula la temperatura terrestre en el caso de que la atmósfera fuera totalmente opaca a la radiación infrarroja (ε=1).

Cuestión 3

La temperatura media actual del planeta es de unos 15 °C. ¿Qué valor de la variable ε le corresponde a esta temperatura media?  

Cuestión 4

Como hemos dicho, Arrhenius utilizó la ecuación para calcular el aumento de temperatura suponiendo que la concentración de dióxido de carbono fuera de 560 partes por millón, o sea el doble de lo normal en el pasado, o un aumento de 100%. Se ha calculado que la variable ε sería la correspondiente a ε=0,82. ¿Qué temperatura media le corresponde a este valor de la variable ε?

Conclusión

El acuerdo al que se ha llegado en la Conferencia de la ONU para el cambio climático (COP21) de Paris es el de limitar el incremento de la temperatura media global a dos grados por encima de la actual durante el próximo siglo. ¿Crees que este acuerdo representa un gran avance en la lucha contra el calentamiento global?

Bibliografía

La fórmula del calentamiento global y la XVIII Olimpiada de Ciencias de la Tierra: http://olimpiadas.ugm.org.mx/docs/xx/informe-xviii.pdf

Por qué sabemos que el CO2 de los combustibles fósiles es el causante del calentamiento global: https://ustednoselocree.com/2010/05/19/co2-prueba/

Cómo informar con rigor en materia de cambio climático: 2. Algunas cuestiones no siempre bien comprendidas (1): https://ustednoselocree.com/2009/12/15/informar-algunas-cuestiones-1/

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Autor: pakosimarro

Profesor de Biología en ESO y Bachillerato. Tutor de Psicobiología y enamorado de la neurociencia. Apasionado de la aplicación de las TIC en educación. Aficionado al running y al senderismo.

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