Edit2: Vea aquí mi extensa respuesta a un negador del clima . Solo estoy aquí para expresar la ciencia real, pero creo que la desinformación y la pseudociencia son peligrosas cuando se manejan para obtener ganancias políticas / económicas. Es moral / socialmente reprensible usar puntos de vista propagandísticos para permitir que la humanidad llegue al borde de la extinción para que un puñado de personas pueda permanecer en el poder / ganar unos pocos dólares por unos años más.
Editar: ¡ Gracias a todos los que han apoyado esta respuesta! ¡Me alegra que tanta gente lo haya encontrado informativo! Estoy debatiendo si agregar más para explicar un par de cosas que siento que pasé por alto.
Esta es una respuesta larga pero exhaustiva. He tomado esto como una oportunidad para establecer una explicación completa del fenómeno del “calentamiento global”. Puedo volver y editar esto para agregar / modificar más puntos más tarde. También estoy planeando una respuesta a ¿Qué debemos hacer con respecto al calentamiento global? pero puedo tomar un descanso por un tiempo
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Las fuentes están al final.
La respuesta breve y abreviada es: presupuestos térmicos desequilibrados . La respuesta más larga es un poco más complicada, pero se reduce a tres conceptos básicos:
- Para comprender el calentamiento global, debe comprender por qué tenemos el clima estable que tenemos.
- Para comprender nuestra estabilidad climática, debe comprender cómo el agua y la atmósfera afectan la temperatura de la superficie de la Tierra.
- La forma más fácil de entender cómo el agua y la atmósfera influyen en la temperatura de la superficie es comparar nuestro clima con el de la luna .
La temperatura de la luna
La luna es, sin una diferencia significativa, la misma distancia del sol que la Tierra , y sin embargo:
- El “lado claro” , el lado que mira al sol, tiene una temperatura promedio de alrededor de 250 grados Fahrenheit (F) (121 grados Celsius (C)) .
- El “lado oscuro” de la luna tiene una temperatura promedio de -250 F (-157 C) .
- Esto significa que la diferencia entre las temperaturas diurnas / nocturnas en la luna es de 500 F (278 C) .
- Los polos se han medido a una impresionante -413 F (-243 C) . ¡Eso es solo 43 F (30 C) sobre el cero absoluto y comparable a la superficie de Plutón!
La temperatura de la tierra
Mientras tanto, en la Tierra:
- El lugar más caliente registrado (Death Valley, CA) fue 134 F (56.7 C).
- El lugar más frío registrado (Estación Vostok, Antártida) fue -128 F (-89 C) .
- La temperatura media de la Tierra es de 61 F (16 C) .
- La mayor diferencia registrada entre la temperatura día / noche en un lugar (Loma, MA) es 49 F (9 C) versus -54 F (-48 C), lo que hace una diferencia de 103 F (57 C) , en el desierto.
- Algunos lugares pueden tener diferencias de temperatura entre el día y la noche tan pequeñas como 7 F (4 C) , en Hong Kong húmedo.
La diferencia
- La temperatura máxima de la Luna es 116 F (64.3 C) más caliente que la de la Tierra.
- La temperatura mínima de la Luna es 285 F (154 C) más fría que la de la Tierra.
- La diferencia entre las temperaturas de noche / día en la Luna es 397 F (221 C) mayor que incluso ¡El caso más extremo de la Tierra !
¡Todo esto mientras la Luna y la Tierra se sientan aproximadamente a la misma distancia del sol!
¿Por qué la diferencia?
Entonces, ¿por qué hay diferencias tan grandes entre la Luna / Tierra? ¿Por qué el clima de la Luna es mucho más extremo que el de la Tierra, con altas y bajas más altas?
Todo se reduce al hecho de que la Tierra está cubierta principalmente por agua y tiene una atmósfera agradable y espesa que está llena de vapor de agua y otros gases, mientras que la luna es roca desnuda.
¿Por qué es tan importante el agua?
El agua es una molécula fascinante con algunas propiedades interesantes, la más relevante aquí es su sorprendente capacidad para absorber calor . De hecho, tiene la segunda “capacidad de calor” más alta de cualquier molécula que no sea de carbono , solo por detrás del amoníaco.
Lo que esto significa es que se necesita una gran cantidad de energía para elevar la temperatura del agua en comparación con otros materiales, y el calor tarda mucho en escapar y el agua se enfría.
Por el contrario, la roca y el metal tienen una capacidad calorífica muy baja . Se calientan rápidamente y también se enfrían rápidamente. No se necesita mucho para aumentar su temperatura, pero también pierden ese calor fácilmente.
Piense en cuánto tiempo lleva hervir agua en la estufa en comparación con solo calentar una olla de metal vacía. Luego piense en cuánto tiempo tarda el agua hirviendo en enfriarse a temperatura ambiente, mientras que una sartén vacía fuera de la estufa se enfriará al tacto en cuestión de minutos. El punto es que el agua resiste el cambio y retiene el calor durante mucho tiempo. (Esta es también la razón por la cual el agua es un refrigerante altamente eficiente)
Cómo las propiedades del agua afectan el clima
Relacionando esto con la cuestión del clima de la Tierra, el agua en la superficie del planeta sirve como un medio eficiente para resistir temperaturas que aumentan / disminuyen rápidamente . El agua también sirve como un medio eficiente de almacenamiento de calor (relativamente) a largo plazo .
Las regiones de la tierra que están rodeadas de agua y tienen un clima húmedo tienden a tener temperaturas muy estables y rara vez experimentan variaciones extremas de temperatura en cortos períodos de tiempo. Las regiones de la tierra que están lejos del agua, son muy secas o solo tienen una superficie muy pequeña cubierta por agua en comparación con rocas, metales y arena expuestos, y tienden a tener variaciones de temperatura rápidas y extremas entre las estaciones y entre el día y la noche. Esta es la razón por la cual las ciudades costeras experimentan un clima templado mientras que las ciudades del interior, o especialmente las ciudades en los desiertos, tienden a experimentar grandes variaciones en la temperatura y el clima.
La evidencia más simple de esta diferencia en la capacidad de calor es cuando vas a la playa y notas lo ventoso que es. El viento es el resultado de que la tierra y el agua cambian las temperaturas a diferentes velocidades e influyen en la temperatura del aire circundante para crear un gradiente de presión que impulsa los vientos continuos de las zonas más frías a las más cálidas. Durante el día, la tierra se calienta más rápido que el agua y el viento sopla tierra adentro. En la noche, la tierra se enfría más rápido que el agua y el viento sopla hacia el mar.
En resumen, el agua superficial sirve como una fuerza local de estabilización de la temperatura que resiste grandes diferencias de temperatura debido a las diferencias diurnas / nocturnas / estacionales. Mantiene la Tierra fresca durante el día, cálida durante la noche y bloquea el calor del sol para que se libere lentamente con el tiempo , incluso si las estaciones se vuelven más frías. Esta es también la razón por la que podría tener su primera nevada antes de que el lago se congele, porque el lago tiene mucho calor almacenado que debe perderse mientras las gotas de agua en la atmósfera son lo suficientemente pequeñas como para enfriarse rápidamente.
Pero, ¿qué pasa con las áreas de mayor escala más allá del entorno local?
Transporte de calor
Además de servir simplemente como un amortiguador de temperatura local, el agua también distribuye calor a través de la superficie del planeta . Cuando un fluido, como el agua, experimenta diferencias de temperatura en su superficie, también experimenta diferencias en la densidad en estas regiones, lo que resulta en un movimiento neto del fluido de regiones más densas a regiones menos densas, y el movimiento de las regiones más densas. Se retira el agua para llenar el espacio desocupado. El resultado neto es que se forman corrientes y estas dan como resultado el transporte de agua a alta temperatura hacia áreas más frías, y agua a baja temperatura hacia áreas más cálidas, creando un mecanismo adicional para equilibrar la temperatura a grandes escalas .
Pero, ¿qué pasa con las regiones que están lejos del agua?
¿Por qué es importante el ambiente?
Una calidad desafortunada del agua (desde el punto de vista de la regulación de la temperatura global) es que, a la temperatura de nuestro planeta, es un líquido. Un líquido solo puede ocupar un volumen fijo de espacio y no puede extenderse más allá de ese volumen. Esto es desafortunado en el sentido de que solo significa que las regiones cercanas a un cuerpo de agua pueden cosechar los beneficios de regulación de temperatura proporcionados por dicho cuerpo de agua. Las regiones que están más lejos son menos capaces de beneficiarse de los efectos reguladores de la temperatura del cuerpo de agua.
Por otro lado, los gases se expanden para llenar el volumen de espacio disponible. Por lo tanto, incluso en lugares en la tierra que no tienen cuerpos de agua directamente adyacentes, todavía hay una atmósfera suprayacente compuesta de gases. En otras palabras, la atmósfera facilita la regulación de la temperatura en regiones que están lejos del agua .
Los gases permiten algunos beneficios de regulación de la temperatura en la superficie, pero no casi en la medida del agua. La mayoría de los gases tienen una capacidad calorífica mucho más baja que el agua, por lo que no son tan eficientes para absorber directamente el calor como el agua, pero aún así es mejor que nada. Los gases de la atmósfera proporcionan una fuerza estabilizadora de la temperatura directa menos eficiente que los cuerpos de agua, pero este no es su medio principal para regular la temperatura .
La atmósfera extiende la influencia del agua.
Además de las moléculas de gas, la atmósfera proporciona un medio en el que el agua puede vaporizarse y distribuirse por toda la superficie del planeta . El vapor de agua generalmente se encuentra cerca de cuerpos de agua de los que se evaporó, pero puede transportarse incluso a regiones alejadas del agua, dadas las condiciones adecuadas. No llueve mucho en el desierto, pero a veces llueve.
El agua que se vaporiza exhibe muchas de las cualidades del agua líquida, excepto que su capacidad para resistir los cambios de temperatura y almacenar calor se reduce en comparación con los cuerpos de agua líquida. Por lo tanto, el agua vaporizada puede transportar calor como los mares, pero es menos eficiente . Además, cuando el agua atmosférica se acumula y se enfría, precipita, agrega agua a lugares que pueden estar lejos de las costas y proporciona beneficios de regulación de la temperatura del agua hacia el interior mientras transporta el calor absorbido de regreso a la atmósfera o, eventualmente, al mar.
Todo este proceso se llama Ciclo del Agua, y además de explicar los medios por los cuales el agua se mueve a través de un sistema, también explica cómo el agua puede tener influencia sobre el clima de los lugares del interior lejos de las regiones costeras . Los lugares con bajo contenido de agua y poca entrada de agua son desiertos y exhiben propiedades desérticas que incluyen variaciones extremas de temperatura.
Sin embargo, la razón principal por la que nos preocupa la atmósfera no es su capacidad de transportar calor directamente. Entonces, ¿cuál es el efecto principal que juega la atmósfera al regular la temperatura de la Tierra? Para entender eso, necesitamos entender cómo los cuerpos celestes pierden calor.
Como los cuerpos celestes pierden calor
Los cuerpos en el vacío (como la Tierra o la Luna) solo tienen un medio para ganar o perder calor: la radiación térmica . Todos los demás medios de transferencia de calor requieren contacto directo entre los cuerpos.
La radiación térmica es el resultado de un material con alta temperatura que emite radiación de cuerpo negro (calor irradiado) donde la longitud de onda y la intensidad de la radiación dependen de la temperatura del objeto. Por ejemplo, una plancha caliente o una estufa eléctrica se volverán rojas a medida que se calienta, y las bobinas de una tostadora pueden tostar pan sin tocarlo directamente.
Esto es el resultado de la radiación térmica que deja una fuente de calor (las bobinas de la tostadora o el sol) y es absorbida por una superficie (la tostada o la Tierra). El resultado final es un aumento de la temperatura por la superficie absorbente que finalmente cae a medida que la superficie emite su propia radiación térmica y pierde calor.
Cómo la atmósfera interfiere con la pérdida de calor
El principal medio por el cual la atmósfera calienta el planeta es disminuyendo la pérdida de calor . Cuando la radiación térmica golpea la tierra, podría ser absorbida por gases / vapores en la atmósfera, absorbida por un cuerpo de agua o absorbida por una superficie sólida. Esto eleva la temperatura de la superficie, que luego emite su propia radiación térmica a medida que pierde calor.
Cuando una superficie dentro de la atmósfera emite radiación térmica, la radiación sale del planeta y viaja al espacio, lo que enfría el planeta, o se reabsorbe en la atmósfera o en el vapor de agua.
Cuanto más espesa es la atmósfera, más vapor de agua está presente y más moléculas absorbentes de calor (como CO2 y CH4) están presentes en la atmósfera, más difícil es que escape el calor y más calor se retiene.
Esto se llama el ” efecto invernadero ” porque es el mismo principio que mantiene un invernadero más caliente que el entorno abierto, y es la razón principal por la cual la Tierra es más cálida que la luna.
Para exponer la situación, veamos el sistema simple de la luna como un ejemplo de comparación.
Calentar y enfriar la luna
Cuando la radiación térmica del sol golpea la luna, se absorbe como calor o se refleja como luz (por qué brilla la luna). La luna pierde calor al emitir radiación térmica en forma de luz infrarroja que se emite al espacio a medida que la superficie de la luna se enfría. Este proceso es rápido y no hay factores complicados.
La radiación se absorbe, las temperaturas aumentan. Se emite radiación, las temperaturas caen. Las temperaturas son extremadamente localizadas y no hay forma de distribuirlas. El calor no se distribuye rápidamente de un lugar a otro, la temperatura de cada región es independiente de todas las demás regiones a menos que estén directamente en contacto.
Calentar y enfriar la tierra
Cuando la radiación térmica del sol golpea la Tierra, es más complicado.
La radiación infrarroja es absorbida o reflejada por la atmósfera, el vapor de agua, el agua superficial o la tierra y las temperaturas aumentan. Parte de la radiación se emite de vuelta al espacio y la temperatura cae. Algunas partículas calentadas se unen a las corrientes de aire / agua que dispersan el calor sobre un área grande , lo que extiende el calor absorbido en un lugar a regiones distantes que no se vieron directamente afectadas, y disminuye la velocidad a la que se emite radiación térmica al disminuir el aumento de la temperatura. de cualquier área pequeña. Esto permite que se absorba más calor del que se emite mientras la temperatura es baja.
Algunas partículas calentadas emiten radiación infrarroja solo para reabsorberla en otro lugar antes de que pueda escapar al espacio. A veces, la radiación hace muchos “saltos” antes de que finalmente escapen, y estos “saltos” permiten que el calor se retenga durante mucho tiempo después de su llegada inicial y hace que la atmósfera se caliente, lo que a su vez puede calentar la tierra y el mar.
La atmósfera hace que sea más difícil que escape el calor una vez que ingresa, y el agua almacena mucho calor antes de que su temperatura comience a aumentar, por lo que se captura y retiene mucho calor antes de que se pierda en el espacio.
Además, dado que el agua y la atmósfera son tan buenos para distribuir el calor a distancias cortas y largas, significa que el calor se extiende sobre un área mucho más amplia que la que llegó por primera vez y que el agua del sistema lo abandona lentamente. Esto significa que el calor se retiene durante días / noches / estaciones, y se propaga por las corrientes para igualar las diferencias en la entrada de calor en diferentes regiones de la Tierra. Esta configuración no produce un planeta homogéneo donde todo tenga la misma temperatura, pero proporciona una distribución de calor mucho más uniforme que la luna que carece de estos sistemas.
Solo queda un último punto para comprender el Calentamiento Global, y es la culminación de aplicar todos los conceptos anteriores a una escala de tiempo donde medimos sus efectos. Este último concepto se llama presupuestos de calor .
Presupuestos de calor
Un presupuesto de calefacción es muy parecido a un presupuesto regular, excepto que, en lugar de dinero, está buscando intercambios de calor.
En un presupuesto regular, establece todas las formas en que el dinero ingresa a un sistema y las cantidades que ingresan de cada medio ( ingreso ). También establece todas las formas en que el dinero sale de un sistema y las cantidades que salen por cada medio ( gastos ). Sumas los ingresos totales (ingresos brutos) y los gastos totales (gastos brutos) y luego restas los gastos brutos de los ingresos brutos para averiguar si has ganado dinero (beneficio neto) o lo has perdido (pérdida neta ) Al final del día, aplica su ganancia / pérdida neta a la cantidad de dinero con la que comenzó (su saldo bancario) para averiguar cuánto dinero tiene ahora en total .
Un presupuesto de calefacción es exactamente el mismo, excepto:
- dinero = calor
- ingreso = calor entrante = del sol
- gasto = calor saliente = radiación térmica que escapa de la Tierra
- ingreso bruto = calor entrante total
- gastos brutos = calor saliente total
- ganancia / pérdida neta = aumento / disminución neta del calor
- cuenta bancaria = temperatura global
Aquí hay un buen diagrama de cómo se ve el presupuesto de calor de la Tierra en la actualidad (por la NASA):
Conclusión: cómo encaja todo
El problema del calentamiento global es que antes de la revolución industrial, el presupuesto de calor de la Tierra estaba en un estado de equilibrio razonable (se desvía la escala natural lenta de millones de años), donde la cantidad de calor que llegaba a la atmósfera de la Tierra era igual a la cantidad de el calor abandonaba la atmósfera , por lo que la temperatura global no estaba cambiando mucho.
El problema que surgió, comenzando con la revolución industrial y continuando hasta el día de hoy, es el hecho de que para facilitar la productividad a gran escala que nos permitió producir grandes cantidades de bienes en venta para aumentar enormemente la economía global, tenemos que quemar una gran cantidad de petróleo y carbón que ponen una gran cantidad de dióxido de carbono (CO2) extra en la atmósfera . También liberamos gas natural (CH4) a la atmósfera por accidente o como resultado de la producción ganadera u otros mecanismos. También eliminamos muchos sistemas naturales que eliminan el CO2 de la atmósfera , como bosques, selvas, pantanos, pantanos, etc. debido a la expansión de las áreas habitables, la conversión del uso de la tierra, la cosecha de recursos o simplemente por descuido.
El problema, entonces, es que a través del curso de nuestras acciones, y a largo plazo, estamos alterando fundamentalmente la composición de nuestra atmósfera de tal manera que la velocidad a la que el CO2 y el CH4 ingresan a la atmósfera aumenta, mientras que el la velocidad a la que se elimina está disminuyendo. Este aumento en la concentración hace que nuestra atmósfera sea más eficiente para retener el calor y reduce la cantidad de calor que se puede perder en el espacio . Esto significa que la temperatura de la tierra aumentará como resultado de no poder enfriarse de manera eficiente, y significa que el entorno en el que vivimos cambiará. La manera en que cambiarán los sistemas meteorológicos específicos, como su área local, es impredecible ya que la Tierra es eficiente en la distribución de calor (como se señaló anteriormente). Todo lo que se puede decir con precisión es que la temperatura promedio de la Tierra continuará subiendo hasta que sea lo suficientemente alta como para que la cantidad de calor perdido se iguale con la cantidad de calor que se obtiene continuamente.
Es importante tener en cuenta que hay un tiempo de retraso entre un aumento de CO2 y CH4 en la atmósfera y un aumento de la temperatura. La velocidad a la que el calor ingresa a la biosfera de la Tierra no está cambiando (el sol no se está calentando), todo lo que está cambiando es que no nos estamos enfriando tan eficientemente como solíamos hacerlo. Una buena analogía es que es como tirar una manta: no te calienta de inmediato, pero tu temperatura máxima aumenta una vez que te calientas. Lo que efectivamente estamos haciendo en este momento es acumular más mantas cada año , pero pasará un tiempo antes de que veamos que la temperatura alcanza el umbral máximo que nos hemos establecido.
El peligro aterrador es que cuando alcancemos una temperatura que nos demos cuenta de que necesitamos arreglar la situación, estaremos demasiado profundos para salir antes de que estemos cocinados.
Peor de los casos:
La temperatura del planeta alcanza un “punto de inflexión” donde el aumento de la temperatura de repente se sale de control y el planeta de repente se calienta muy rápido. Esto ha sucedido antes , y uno de los mayores peligros es que si las capas de hielo se derriten por completo, puede provocar que vuelva a suceder. Un aumento rápido de la temperatura resultaría de una reflectividad reducida de la tierra y la absorción de más luz solar que antes. produciendo un ciclo de retroalimentación positiva donde la Tierra se “cocina” rápidamente .
Esto casi con certeza provocaría una extinción masiva de todas las especies que se adaptan a sus entornos actuales, ya que alteraría todos los entornos en la tierra , excepto en las profundidades del mar , pero incluso entonces la acidificación de los océanos (más CO2 en la atmósfera hace que disolverse en los océanos elevando la acidez de los océanos y matando gran parte de la vida allí) puede matar también la mayor parte de la vida oceánica . Eso resultaría en una extinción masiva donde los humanos no tendrían una oportunidad de sobrevivir .
En ese punto, la vida inteligente en la tierra tendría que evolucionar nuevamente, pero ¿cuál sería el punto? La vida inteligente ya habrá demostrado ser un resultado insostenible.
Bueno, creo que tuvimos una muy buena carrera, al menos. ¿Quizás la próxima raza inteligente en habitar la Tierra piense amablemente de nosotros? Aunque no estoy seguro de cuánto consuelo será para la mayoría de las personas.
Fuentes:
¿Cuáles son las causas de las diferencias extremas de temperatura en la luna? El | El aula | Sinónimo
¿Cuál es la temperatura en la tierra?
Variación diurna de la temperatura
Propiedades del agua
Brisa marina
El ciclo del agua
Radiación termal
Presupuesto
Presupuesto de energía de la tierra
Cartel del presupuesto energético de la Tierra: Inicio
Evento de extinción Pérmico-Triásico