¿Qué gases son capaces de absorber radiación electromagnética en la región del infrarrojo?

Deben estar compuestos por moléculas lo suficientemente complejas para admitir transiciones con bajas energías. Un gas atómico como el argón no puede ser un gas invernadero porque su radiación característica tiene frecuencias mucho más altas, en el visible o el ultravioleta. Incluso gases diatómicos como el oxígeno y el nitrógeno son demasiado sìmples para exhibir líneas espectrales en el infrarrojo. La lista de gases invernadero puede verse a continuación en la Figura 8.

_{^{Figura 8. Absorción y dispersión en la atmósfera}}

Los gráficos de la Figura 8 contienen todos los hechos importantes que nos gustaría comprender ahora. El eje x representa la longitud de onda en micrómetros: atención, la gráfica es logarítmica. En el eje y aparece el porcentaje de radiación para una longitud de onda dada que es absorbida o dispersada por todas las moléculas de un tipo particular que contiene la atmósfera.

El rectángulo superior muestra el espectro del Sol (en rojo), i.e. la radiación termal entrante que corresponde a una temperatura de 5525 grados Kelvin. Alrededor de el 70-75 por ciento de esta radiación alcanza la superficie. La parte derecha del rectángulo superior representa la radiación termal saliente de la Tierra (en azul), asociada con una temperatura entre 210 y 310 grados Kelvin. Sólo entre el 15-30 por ciento consigue penetrar la atmósfera porque el grueso de esta radiación es absorbida o dispersada.

Los restantes rectángulos en gris indican las contribuciones de los gases individuales (y otros efectos) a la absorción y dispersión totales. El primer rectángulo gris dibuja la absorción y dispersión total, los seis rectángulos más pequeños restantes describen el vapor de agua, dióxido de carbono, oxígeno y ozono, metano, óxido nitroso y la dispersión Rayleigh. Podemos examinarlos uno a uno:

• Vapor de Agua, de lejos el gas invernadero más importante. Responsable de aproximadamente el 90 por ciento del efecto invernadero. Si pudiéramos suprimir el H₂O de la atmósfera la Tierra se enfriaría unos 30 grados Celsius. El agua absorbe una parte significativa de la radiación cuya longitud de onda supera 1 micrómetro.
• Dióxido de Carbono, representado por 3-4 columnas de relevancia, i.e líneas espectrales anchas. El efecto invernadero causado por todo el CO₂ en la atmósfera podría incrementar la temperatura 3º C pero es preciso recordar que, debido al solapamiento de los espectros, el efecto inducido por una combinación de gases es menor que la suma de los efectos que causarían los gases de forma separada.
• El oxígeno común absorbe radiación de longitud de onda inferior a 300 nanometros, lejos de ser infrarroja. Por otro lado, el ozono es capaz de absorber la radiación infrarroja y es un gas invernadero potente pero de efecto limitado a causa de su baja concentración en la atmósfera.
• El metano y el óxido nitroso son dos gases invernadero adicionales, con una importancia relativa menor. Sin embargo, el metano cobra importancia porque es un subproducto importante de la actividad ganadera y agrícola. Es el metano la razón principal de casi el 20 por ciento del efecto invernadero total de carácter "artificial", una cifra que casi iguala la contribución de todo el sector de transporte.
• El último rectángulo está dedicado a un olvidado, la dispersión de Rayleigh, i.e el cambio en la dirección de la luz que viaja a través de un medio con impurezas de dimensiones más pequeñas que la longitud de onda de la luz. El efecto, que varía como la potencia cuarta de la frecuencia, actúa primariamente sobre longitudes de onda corta y provoca que el cielo se vea azul: la luz azul se percibe desde todas las direcciones, y no sólo desde la dirección del Sol, a causa de la dispersión de Rayleigh.

Surge una pregunta, si sabemos que el vapor de agua es el gas invernadero más importante, ¿por qué hablamos del CO₂ y el CH₄ con tanta frecuencia?. La razón es que la concentración de vapor de agua no puede ser modificada durante largos períodos de tiempo, décadas por ejemplo: casi instantáneamente su concentración converge hacia un valor de equilibrio (sea por condensación o por evaporación) que puede ser calculado a partir de otras cantidades como la temperatura o la concentración de los gases que sobreviven períodos mayores. El vapor de agua no es, por tanto, un "agente primario" de los cambios sino más bien un efecto inmediato de cambios en otros "agentes".

Por eso no debe asombrar que el texto restante se concentre en el CO₂ porque ninguna otra cosa salvo el dióxido de carbono es la causa de discusiones a veces tan apasionadas.

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