Seguro que alguna vez te has topado con alguien que afirma que “eso del calentamiento global es una patraña” o con alguien que admite que “existe pero es simple variabilidad natural”....Sin embargo, cuando se estudia el calentamiento global usando física básica y tomando el sistema Tierra como un todo, se llega de manera irremediable a la conclusión de que variabilidad natural por sí sola implicaría la violación del principio de conservación de la energía, uno de los pilares básicos de la Física.
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Energía total absorbida por el sistema climático en el periodo 1971-2010.
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Del sol llega radiación electromagnética en casi todo el espectro: luz visible, ultravioleta, infrarrojo cercano, infrarrojo lejano, microondas... la atmósfera es transparente a buena parte de dicho espectro, con lo que la mayoría de dicha radiación llega hasta el suelo, la cual la absorbe y, por tanto, se calienta.
Ahora bien, por el efecto de radiación de cuerpo negro, cualquier objeto a una temperatura superior al cero absoluto emitirá radiación electromagnética, perdiendo así energía y enfriándose. Y la frecuencia concreta de la radiación que se emite sólo depende de la temperatura, y no de otros factores como el material, color, etc.
Esto significa que la superficie terrestre recibe energía en forma de radiación de muchas frecuencias, pero la emite en un rango de frecuencias muy concreto, el que se corresponde con "temperatura ambiente" (por usar un término coloquial). Y la cuestión es que la molécula de CO2 (entre otras; el vapor de agua también) es opaco en ese rango de frecuencias, por lo que las absorbe muy bien y se calienta.
Por supuesto, al calentarse emitirá también radiación electromagnética y a la misma frecuencia, claro. Pero la cuestión es que de toda la radiación que emite el suelo y que llega a una capa de CO2, la mitad será emitida "hacia arriba", y la mitad "hacia abajo" (más o menos, claro. Es una distribución uniforme. También saldrá "hacia los lados", pero en promedio la mitad tendrá componente vertical negativa y la otra mitad positiva).
La cuestión es que el CO2 no es una capa fina, sino que está repartido por la atmósfera, por lo que se puede modelar como un conjunto muy elevado de "capas" una encima de la otra. Y lo interesante es que esta distribución devuelve la mayoría del calor hacia abajo. Te he hecho un dibujo para que lo veas, con tres capas. Ahí puedes ver como si la mitad de la radiación se "refleja" hacia abajo, y la mitad atraviesa la capa, sólo con tres capas ya tenemos que casi el 75% vuelve hacia abajo, en lugar del 50% que cabría esperar intuitivamente (ten en cuenta que la radiación que vuelve "hacia abajo" también es absorbida por la capa inferior). Y cuantas más capas añadas, más se reflejará. Según la densidad de CO2 en la atmósfera, ésta se podrá modelar como más o menos capas (¡¡¡recuerda, es un modelo!!! No es que el CO2 esté distribuido en capas físicas).
El principio es el mismo que el que hace que funcione el escudo térmico del telescopio espacial James Webb (te adjunto una foto también): puedes ver que son cinco capas de mylar, que refleja muy bien la radiación infrarroja. De esa manera, consigue mantener protegido y frío al telescopio.
Y obviamente nos salva que la proporción de CO2 sea del 0,04%, por lo que el porcentaje de lo que vuelve sea pequeño y no el 50% que he indicado en el MODELO (que era para que entendieses el concepto), porque si llegásemos a los niveles de Venus, estaríamos como él: con temperaturas capaces de fundir el plomo (y no, no es por estar más cerca del sol: la temperatura media de Mercurio es más baja que la de Venus).