EFECTE HIVERNACLE: COM ES PRODUEIX, CAUSES, GASOS, CONSEQÜÈNCIES - MEDI AMBIENT - 2025

L' efecte hivernacle és un procés natural en què l'atmosfera reté part de la radiació infraroja emesa per la Terra i així l'escalfa. Aquesta radiació infraroja prové de l'escalfament que genera a la superfície terrestre la radiació solar.

Aquest procés passa perquè la Terra com a cos opac absorbeix radiació solar i emet calor. A el mateix temps, a l'existir una atmosfera la calor no s'escapa totalment a l'espai exterior.

Esquema de l'efecte hivernacle. Font: Robert A. Rohde (Dragons flight at English Wikipedia), Translation into Spanish felix, adaptation layout Basquetteur

Una part de la calor és absorbit i es torna a emetre en totes direccions pels gasos que componen l'atmosfera. Així, la Terra manté un cert equilibri tèrmic que estableix una temperatura mitjana de 15 ºC garantint un rang variable en el qual la vida pot desenvolupar-se

El terme "efecte hivernacle" és un símil amb els hivernacles per a cultiu de plantes en climes on la temperatura ambient és inferior al requerit. En aquestes cases de cultiu, el sostre plàstic o de vidre permet el pas de la llum solar però impedeix la sortida de la calor.

D'aquesta manera es manté un microclima càlid favorable a el desenvolupament de les plantes, independentment de la temperatura exterior més baixa.

Els gasos més rellevants en l'efecte hivernacle són el vapor d'aigua, el diòxid de carboni (CO2) i el metà. Després, producte de la contaminació generada per l'ésser humà, s'incorporen altres gasos i s'incrementen els nivells de CO2.

Gasos CO2, vapor d'aigua i metà en l'atmosfera

Entre aquests gasos estan els òxids de nitrogen, els hidrofluorocarburs, els hidrocarbur perfluorado, l'hexafluorur de sofre i els clorofluorocarbonis.

És bo o dolent l'efecte hivernacle?

L'efecte hivernacle és fonamental per a la vida a la Terra ja que garanteix el rang de temperatura apropiat per a la seva existència. La majoria dels processos bioquímics requereixen temperatures entre -18 ºC a 50 ºC.

En el passat geològic han ocorregut fluctuacions en la temperatura mitjana terrestre, bé sigui augmentant o disminuint. En els últims dos segles ve donant-se un procés d'augment sostingut de la temperatura global.

La diferència està en que actualment la taxa d'augment és particularment alta i sembla estar associada a l'activitat humana. Aquestes activitats generen gasos d'efecte hivernacle que accentuen el fenomen.

Quin és el problema llavors?

L'ésser humà ha afegit persistentment contaminants a l'ambient des de mitjans de segle XVIII, producte de la industrialització. Entre aquests contaminants està l'emissió de gasos que contribueixen a l'efecte hivernacle, bé sigui perquè absorbeixen calor o danyen la capa d'ozó.

La capa d'ozó es troba a la part superior de l'estratosfera i filtra la radiació solar ultraviolada (de més alta energia). A més radiació ultraviolada més calor i més es poden generar efectes mutagènics.

D'altra banda, els gasos que retenen la calor com el CO2 i el metà redueixen la pèrdua de calor per emissió de la Terra. Mentre que entre els gasos que danyen la capa d'ozó estan tots els compostos de fluor i clor.

Les conseqüències de l'increment de l'efecte hivernacle és un augment de la temperatura de la Terra. Això al seu torn provoca una sèrie d'alteracions climàtiques, entre elles la fosa dels gels polars i glaceres.

Com es produeix l'efecte hivernacle?

- L'atmosfera terrestre

Capes de l'atmosfera

Comprendre els elements bàsics de la composició química i estructura de l'atmosfera és fonamental per entendre l'efecte hivernacle.

Composició química de l'atmosfera terrestre

En la composició de l'atmosfera terrestre predominen el Nitrogen (N), en un 79% i Oxigen (O2) en un 20%. L'1% restant està format per diversos gasos, dels quals els més abundants són el Argó (Ar = 0,9%) i el CO2 (0,03%).

Aquests gasos no poden absorbir la llum solar, és a dir l'energia d'ona curta emesa pel Sol (espectre visible i ultraviolada).

Capes de l'atmosfera

La major proporció de gasos atmosfèrics es concentra a la franja que va des de la superfície terrestre fins als 50 km d'altura. Això és així a causa de l'atracció que fa la força gravitatòria sobre els gasos que componen a l'atmosfera.

En aquests primers 50 km d'atmosfera es reconeixen dues capes, la primera de 0 a 10 km d'altura i la segona de 10 a 50 km d'altura. La primera es denomina troposfera i concentra aproximadament el 75% de la massa gasosa de l'atmosfera.

La segona és l'estratosfera que concentra el 24% de la massa gasosa atmosfèrica ia la part superior es troba la capa d'ozó. La capa d'ozó és clau per entendre l'efecte hivernacle, ja que és l'encarregada de fixar els raigs ultraviolats provinents de Sol.

Encara que per sobre d'aquestes capes de l'atmosfera s'estenen tres capes més, les dues més baixes són les determinants per a l'efecte hivernacle.

- L'efecte hivernacle

El procés pel qual es produeix l'efecte hivernacle té com a elements principals a el Sol, la Terra i els gasos atmosfèrics. El Sol és la font d'energia, la Terra el receptor d'aquesta energia i emissor de calor i gasos juguen papers diferents segons les seves propietats.

L'energia solar

El Sol emet fonamentalment radiació d'alta energia, és a dir corresponent a la longitud d'ona visible i ultraviolada de l'espectre electromagnètic. La temperatura d'emissió d'aquesta energia arriba als 6.000 ºC, però la major part es dissipa en el trajecte.

De el 100% d'energia solar que arriba a l'atmosfera, a prop de el 30% és reflectit a l'espai exterior (efecte albedo). Un 20% és absorbit per l'atmosfera, principalment per partícules en suspensió i la capa d'ozó i el 50% restant s'escalfa a la superfície terrestre. En aquest vídeo es reflecteix aquest procés:

la Terra

Com tot cos, la Terra emet radiació que en aquest cas és radiació d'ona llarga (infraroja). La radiació infraroja emesa per la Terra ve del seu centre incandescent (energia geotèrmica), però la temperatura d'emissió és baixa (gairebé 0 ºC).

No obstant això, la Terra rep energia solar que també l'escalfa i emet radiació infraroja addicional.

D'altra banda, la Terra reflecteix una part important de la radiació solar a causa del seu albedo (to clar o blancor). Aquest albedo ve donat fonamentalment pels núvols, cossos d'aigua i gel.

Prenent en consideració l'albedo i la distància de la planeta a el Sol, la temperatura de la Terra hauria de ser -18 ºC (temperatura efectiva). La temperatura efectiva es refereix a la que hauria de tenir un cos sol considerant albedo i distància.

No obstant això, la temperatura real mitjana de la Terra està al voltant dels 15 ºC amb una diferència de 33 ºC amb la temperatura efectiva. En aquesta marcada diferència entre la temperatura efectiva i la real, l'atmosfera té un paper fonamental.

l'atmosfera

La clau de la temperatura de la Terra és la seva atmosfera, si aquesta no existís el planeta estaria congelat permanentment. L'atmosfera és transparent per a gran part de la radiació d'ona curta, però no per a una gran proporció de la radiació d'ona llarga (infraroja).

A el deixar passar la radiació solar, la Terra s'escalfa i emet radiació infraroja (calor), però l'atmosfera absorbeix part d'aquesta calor. D'aquesta manera, les capes de l'atmosfera i els núvols s'escalfen i emeten calor en totes direccions.

efecte hivernacle

El procés d'escalfament de la planeta per la retenció atmosfèrica de la radiació infraroja, és el que es coneix com a efecte hivernacle.

Hivernacle als jardins de l'Kew (Anglaterra). Font:

El nom prové dels hivernacles agrícoles, on es conreen espècies que requereixen més temperatura que l'existent a la zona de producció. Per això, aquestes cases de cultiu posseeixen un sostre que permet el pas de la llum solar però reté la calor emesa.

D'aquesta manera es aconseguir crear un microclima càlid per a aquelles espècies que ho requereixen en el seu creixement.

causes

Encara que l'efecte hivernacle és un procés natural, és alterat per l'acció de l'ésser humà (acció antròpica). Per tant, cal diferenciar les causes naturals de l'fenomen i les alteracions antròpiques.

- Causes naturals

energia solar

La radiació electromagnètica d'ona curta (alta energia) provinent de el Sol és la que escalfa la superfície terrestre. Aquest escalfament provoca l'emissió de radiació d'ona llarga (infraroja), és a dir calor, cap a l'atmosfera.

energia geotèrmica

El centre de la planeta es incandescent i genera calor addicional a l'provocat per l'energia solar. Aquesta calor es transmet a través de l'escorça terrestre sobretot per mitjà dels volcans, fumaroles, guèisers i altres aigües termals.

composició atmosfèrica

Les propietats dels gasos que componen l'atmosfera determinen que la radiació solar abast la Terra i que la radiació infraroja sigui parcialment retinguda. Alguns gasos com el vapor d'aigua, el CO2 i el metà són especialment eficients en la retenció de la calor atmosfèric.

Aportacions naturals de gasos d'efecte hivernacle

Aquells gasos que retenen la radiació infraroja provinent de l'escalfament de la superfície terrestre se'ls denomina gasos d'efecte hivernacle. Aquests gasos es produeixen de forma natural com el CO2 que és aportat per la respiració dels éssers vius.

També els oceans intercanvien grans quantitats de CO2 amb l'atmosfera i també els incendis naturals aporten CO2. Els oceans són font natural d'altres gasos d'efecte hivernacle com l'òxid de nitrogen (NOx).

D'altra banda l'activitat microbiana en els sòls també és font de CO2 i NOx. A més, els processos digestius dels animals aporten grans quantitats de metà a l'atmosfera.

- Causes antropogèniques

Generació de calor

Les activitats humanes no només aporten gasos que incrementen l'efecte hivernacle, sinó que també aporten calor addicional. Una part de la calor aportada prové de la crema de combustibles fòssils i una altra per la disminució de l'efecte albedo.

Distribució de la temperatura a la superfície terrestre. Font:

Això últim és a causa de la major absorció d'energia solar per part de superfícies artificials fosques com l'asfalt. Diverses investigacions han demostrat que les grans ciutats generen una aportació neta de calor entre 1,5 i 3 ºC.

activitats industrials

La indústria en general emet a l'atmosfera calor addicional així com també diversos gasos que incideixen en l'efecte hivernacle. Aquests gasos poden absorbir i emetre calor (ex: CO2) o destruir la capa d'ozó (ex.: NOx, CFC i altres).

trànsit automotor

Les grans concentracions de vehicles a les ciutats són responsables de la major part de CO2 addicionat a l'atmosfera. El trànsit automotor aporta al voltant de l'20% de l'total de CO2 generat per la crema de combustibles fòssils.

Producció d'electricitat i calefacció

La crema de carbó, gas i derivats de petroli per a la producció d'electricitat i la calefacció aporten gairebé el 50% de el CO2.

Indústria manufacturera i de la construcció

Aquestes activitats industrials aporten en conjunt gairebé el 20% de el CO2 produït per crema de combustibles fòssils.

Incendis forestals

Els incendis forestals també s'originen per activitats humanes i alliberen anualment milions de tones de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera.

Abocadors de residus

L'acumulació de residus i els processos de fermentació que es produeixen així com la crema d'aquests residus, són font de gasos d'efecte hivernacle.

Agricultura

L'activitat agrícola aporta més de 3 milions de tones mètriques de gas metà anualment a l'atmosfera. Entre els cultius que més aporten en aquest sentit està l'arròs.

En el cas de l'arròs l'aportació de metà prové de l'ecosistema generat pel seu sistema de cultiu. Això és degut a que l'arròs es sembra en una làmina d'aigua, per la qual es crea un pantà artificial.

En els pantans, els bacteris descomponen la matèria orgànica en condicions anaeròbiques produint metà. Aquest cultiu pot arribar a aportar fins al 20% de l'metà injectat a l'atmosfera.

Un altre cultiu el maneig genera gasos d'efecte hivernacle és la canya de sucre, ja que aquesta es crema abans de la collita i produeix gran quantitat de CO2.

Ramaderia de remugants

Els remugants com la vaca consumeixen la pastura fibrós mitjançant processos de fermentació efectuats per bacteris en el seu sistema digestiu. Aquesta fermentació allibera diàriament de 3 a 4 litres de gas metà a l'atmosfera per cada animal.

Només considerant el bestiar boví s'estima una contribució equivalent a el 5% dels gasos d'efecte hivernacle.

- Reacció en cadena

L'augment de la temperatura global que provoca l'increment dels gasos d'efecte hivernacle, indueix una reacció en cadena. A l'augmentar la temperatura dels oceans s'incrementa l'alliberament de CO2 a l'atmosfera.

Igualment la fosa dels pols i de el permafrost allibera CO2 que ha estat allà retingut. També a major temperatura ambiental, hi ha major ocurrència d'incendis forestals i s'allibera més CO2.

Gasos d' 'efecte hivernacle

Alguns gasos com el vapor d'aigua i el CO2 actuen en el procés natural de l'efecte hivernacle. Per la seva banda, procés antròpic participen altres gasos a més de el CO2.

Corbes de tendència global d'acumulació de diferents gasos d'efecte hivernacle. Font: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivative work: Ortisa (talk) derivative work: Ortisa

El Protocol de Kyoto contempla les emissions de sis gasos d'efecte hivernacle, entre ells el diòxid de carboni (CO2) i el metà (CH 4). Així mateix, l'òxid nitrós (N2O), hidrofluorocarbur (HFC), hidrocarbur perfluorado (PFC) i l'hexafluorur de sofre (SF6).

Vapor d'aigua

El vapor d'aigua és un dels més importants gasos d'efecte hivernacle per la seva capacitat per absorbir calor. No obstant això, l'equilibri es genera a causa de que l'aigua en estat líquid i sòlid reflecteix l'energia solar i refreda la Terra.

Diòxid de carboni (CO2)

El diòxid de carboni és el principal gas d'efecte hivernacle de llarga durada en l'atmosfera. Aquest gas és responsable de el 82% de l'augment de l'efecte hivernacle ocorregut en les últimes dècades.

En 2017 l'Organització Meteorològica Mundial va reportar una concentració mundial de CO2 de 405, 5 ppm. Això representa un increment de l'146% respecte als nivells estimats per abans de 1750 (era preindustrial).

Metà (CH

El metà és el segon gas d'efecte hivernacle més important, contribuint amb prop de 17% de l'escalfament. Un 40% de l'metà és produït per fonts naturals, principalment pantans, mentre que el 60% restant és generat per activitats humanes.

Entre aquestes activitats hi ha la ramaderia de remugants, el cultiu d'arròs, l'explotació de combustibles fòssils i la combustió de biomassa. En 2017 el CH 4 atmosfèric va aconseguir una concentració de 1.859 ppm que és un 257% més gran que el nivell preindustrial.

Òxids de nitrogen (NOx)

Els NOx contribueixen a la destrucció de l'ozó estratosfèric, augmentant la quantitat de radiació ultraviolada que penetra a la Terra. Aquests gasos s'originen per la producció industrial d'àcid nítric i àcid adípic així com per la utilització d'abonaments.

Per 2017 aquests gasos van aconseguir una concentració atmosfèrica de 329,9 ppm, equivalent a un 122% de l'nivell estimat per a l'era preindustrial.

Hidrofluorocarburs (HFC)

Aquests gasos són emprats en diverses aplicacions industrials en substitució dels CFC. No obstant això, els HFC també afecten la capa d'ozó i tenen una permanència activa molt alta en l'atmosfera.

Hidrocarbur perfluorado (PFC)

Els PFC es produeixen a les instal·lacions d'incineració per al procés de fusió de l'alumini. A l'igual que els HFC tenen una alta permanència a l'atmosfera i afecten la integritat de la capa d'ozó estratosfèric.

Hexafluorur de sofre (SF6)

Aquest gas també té efecte negatiu sobre la capa d'ozó, així com alta persistència en l'atmosfera. És emprat en els equips d'alta tensió i en la producció de magnesi.

Clorofluorocarbonats (CFC)

El CFC és un potent gas d'efecte hivernacle que danya l'ozó estratosfèric i està regulat en el marc de el Protocol de Mont-real. No obstant això, en alguns països com la Xina se segueix emprant en diversos processos industrials.

Per a què serveix l'efecte hivernacle als éssers vius?

- Condicions límit

La vida com la coneixem no és possible per sobre de determinats nivells de temperatura. Només alguns bacteris termòfils són capaços d'habitar ambients amb temperatures superiors als 100 ºC.

temperatura vital

En general l'amplitud de variació de temperatura que permet la major part de la vida activa va de -18 ºC a 50 ºC. Així mateix, poden existir formes de vida en estat latent en temperatures de -200 ºC i 110 ºC.

La majoria de les espècies d'animals i plantes tenen fins i tot rangs més restringits de tolerància a la temperatura ambient.

- L'equilibri dinàmic de la temperatura

L'efecte hivernacle és un procés natural positiu per a la vida sobre el planeta, ja que garanteix aquest rang vital de temperatura. Però això és així sempre que es mantingui l'equilibri adequat entre entrada d'energia solar i sortida de radiació infraroja.

el balanç

L'equilibri es garanteix perquè la naturalesa produeix gairebé tants gasos d'efecte hivernacle com els que immobilitza. L'oceà produeix prop de 300 gigatones de CO2, però absorbeix una quantitat lleugerament més gran.

Igualment la vegetació produeix al voltant de 440 gigatones de CO2, a el mateix temps que fixa unes 450.

Conseqüències de l'efecte hivernacle per contaminació

La contaminació antròpica, aporta quantitats extres de gasos d'efecte hivernacle trencant l'equilibri dinàmic natural. Encara que aquestes quantitats són molt menors que les generades per la natura, són suficients per trencar aquest equilibri.

Això porta greus conseqüències per a l'equilibri tèrmic planetari i al seu torn per a la vida sobre la Terra.

escalfament global

L'augment de la concentració de gasos d'efecte hivernacle genera un augment de la temperatura mitjana a nivell global. De fet, s'estima que la temperatura global mitjana ha augmentat 1,1 ºC des de l'era preindustrial.

D'altra banda, s'ha indicat que el període de 2015 a al 2019 ha estat el més calorós registrat fins ara.

Fosa dels gels

L'augment de la temperatura porta com a conseqüència la fosa dels gels polars i les glaceres a nivell mundial. Això implica un augment en el nivell de la mar i l'alteració dels corrents marins.

canvi climàtic

Encara que no hi ha ple acord sobre el procés de canvi climàtic producte de l'escalfament global, la realitat és que el clima de l'planeta està canviant. Això s'evidencia en l'alteració dels corrents marins, els patrons de vents i les precipitacions, entre d'altres aspectes.

desequilibris poblacionals

L'alteració dels hàbitats a causa de l'augment de la temperatura, afecta el comportament poblacional i biològic de les espècies. En alguns casos, hi ha espècies que augmenten les seves poblacions i amplien el seu rang de distribució.

No obstant això, aquelles espècies que tenen intervals de temperatures molt estrets per al seu creixement i reproducció poden reduir àmpliament les seves poblacions.

Disminució de la producció d'aliments

Moltes zones agrícoles i ramaders veuen reduïda la producció a causa de que les espècies són afectades per l'augment de la temperatura. D'altra banda, les alteracions ecològiques porten com a conseqüència la proliferació de plagues agrícoles.

salut pública

Malalties de transmissió per vectors

A l'augmentar la temperatura mitjana planetària, alguns animals vectors de malalties s'expandeixen seu rang geogràfic. És així que estan passant casos de malalties tropicals més enllà del seu rang natural.

Shock

L'augment de la temperatura pot produir l'anomenat xoc tèrmic o cop de calor, la qual cosa implica una deshidratació extrema. Aquesta situació pot provocar falles orgàniques greus, afectant especialment a nens i gent gran.

Prevenció i solucions

Per prevenir l'increment de l'efecte hivernacle és necessari reduir les emissions dels gasos que el provoquen. Això requereix mesures que van des de la conscienciació ciutadana, passant per la legislació nacional i internacional, fins a canvis tecnològics.

No obstant això, d'acord a l'Panell Intergovernamental sobre el Canvi Climàtic (PICC) no n'hi ha prou amb reduir les emissions. A més, cal reduir l'actual concentració de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera per aturar l'escalfament global.

En aquest sentit una solució és augmentar la cobertura vegetal per fixar CO2 atmosfèric. Una altra és implementar sistemes tecnològics de filtrat de l'aire per extreure el CO2 i fixar-lo en productes industrials.

Fins ara els esforços per arribar a acords internacionals com el Protocol de Kyoto no han complert les seves metes. D'altra banda, els desenvolupaments tecnològics per extreure CO2 atmosfèric estan només a nivell de prototips.

Prevenció

Per prevenir l'increment de l'efecte hivernacle és necessari reduir la producció de gasos d'efecte hivernacle. Això implica una sèrie d'accions que inclouen el desenvolupament d'una consciència ciutadana, mesures legislatives, canvis tecnològics.

conscienciació

Una ciutadania conscient el problema de l'escalfament global generat per l'increment de l'efecte hivernacle és fonamental. D'aquesta manera es proporciona la pressió social necessària per tal que els governs i poders econòmics prenguin les mesures requerides.

marc legal

El principal acord internacional per enfrontar el problema de la generació de gasos d'efecte hivernacle és el Protocol de Kyoto. No obstant això, fins ara aquest instrument legal no ha estat efectiu per disminuir la taxa d'emissió de gasos d'efecte hivernacle.

Alguns dels principals països industrialitzat i amb majors taxes d'emissió, no van subscriure la pròrroga d'el protocol per al seu segon període. Per tant, es fa necessari un marc legal nacional i internacional més estricte si es vol aconseguir un efecte real.

canvis tecnològics

Es requereix una reenginyeria dels processos industrials per tal de disminuir les emissions de gasos d'efecte hivernacle. De la mateixa manera, es necessita promoure l'ús d'energies renovables i disminuir l'ús de combustibles fòssils.

D'altra banda, és fonamental reduir en general la producció de residus contaminants.

solucions

Segons els experts no n'hi ha prou amb reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle, a més cal disminuir les actuals concentracions en l'atmosfera. Per això, s'han proposat diverses alternatives que poden utilitzar tecnologies molt senzilles o sofisticades.

Embornals de carboni

Per això es recomana augmentar la cobertura de boscos i selves, així com implementar estratègies com els sostres verds. Les plantes fixen el CO2 atmosfèric en les seves estructures vegetals, extraient de l'atmosfera.

Bombes d'extracció de carboni

Fins ara extreure CO2 de l'atmosfera és costós des del punt de vista energètic i té un alt cost econòmic. No obstant això, estan en curs diferents investigacions per aconseguir formes eficients de filtrar l'aire i extreure el CO2.

Una d'aquestes propostes ja està en fase de planta pilot i és desenvolupada per les Universitats de Calgary i la Carnegie Mellon. Aquesta planta dóna feina una solució d'hidròxid de potassi com a trampa aquosa i calci càustic, per la qual es filtra l'aire.

En aquest procés el CO2 contingut en l'aire va sent retingut formant carbonat de calci (CaCO3). Posteriorment el carbonat de calci s'escalfa i el CO2 es desprèn, aplicant-se el CO2 purificat resultant per a usos industrials.

referències bibliogràfiques

1. Bolin, B. and Doos, BR Greenhouse effect.
2. Caballero, M., Lozano, S. i Ortega, B. (2007). Efecte hivernacle, escalfament global i canvi climàtic: una perspectiva des de les ciències de la terra. Revista Digital Universitària.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM i Giraldo, LA (2005). El gas metà en la producció ramadera i alternatives per mesurar les seves emissions i disminuir el seu impacte a nivell ambiental i productiu. Societat Catalana de Ciències Pecuàries.
4. Elsom, DM (1992). Atmospheric pollution: a global problem.
5. Martínez, J. i Fernández, A. (2004). Canvi climàtic: una visió des de Mèxic.
6. Schneider, SH (1989). The Greenhouse Effect: Science and Policy. Science.