Las ventanas de vapor de agua son longitudes de onda de luz infrarroja que tienen poca absorción por parte del vapor de agua en la atmósfera terrestre. Debido a esta débil absorción, estas longitudes de onda pueden llegar a la superficie de la Tierra sin sufrir efectos de otros componentes atmosféricos. Este proceso se ve muy afectado por los gases de efecto invernadero debido a la temperatura de emisión efectiva. El continuo de vapor de agua y los gases de efecto invernadero están significativamente vinculados debido a los beneficios del vapor de agua sobre el cambio climático.
El vapor de agua es un gas que absorbe muchas longitudes de onda de energía infrarroja (IR) en la atmósfera de la Tierra, y estos rangos de longitud de onda que pueden alcanzar parcialmente la superficie llegan a través de lo que se llama "ventanas de vapor de agua". [1] [2] Sin embargo, estas ventanas no absorben toda la luz infrarroja y, como resultado, la energía electromagnética puede fluir libremente. [3] Los astrónomos pueden ver el Universo con telescopios IR, llamados astronomía infrarroja , debido a estas ventanas.
La ventana del infrarrojo medio, que tiene un rango de 800–1250 cm^-1, es una de las ventanas más significativas, ya que tiene una influencia masiva en los flujos de radiación en áreas de alta humedad de la atmósfera. [4] También se ha aumentado la atención en las ventanas a 4700 cm^-1 y 6300 cm^-1 ya que sus microventanas de vapor de agua confirman que las incertidumbres en los parámetros de la ventana de vapor de agua solo ocurren en los bordes. [4] Además, la radiación neta entrante de onda corta solar y la radiación neta saliente de onda larga terrestre en la parte superior de la atmósfera mantienen bajo control el equilibrio energético de la Tierra .
Las ventanas de vapor de agua también se ven afectadas por los gases de efecto invernadero, ya que el ciclo del agua se acelera en gran medida debido a estos gases. El valor promedio global de la radiación de onda larga emitida es de 238,5 Wm^-2. [5] Se puede obtener la temperatura de emisión efectiva del globo suponiendo que el sistema Tierra-atmósfera irradia como un cuerpo negro de acuerdo con la ecuación de Stefan-Boltzmann de radiación de cuerpo negro. La temperatura resultante es de -18,7 °C. En comparación con +14,5 °C, la temperatura media mundial de la superficie de la Tierra es 33 °C más fría. [5] Por lo tanto, la superficie de la Tierra es hasta 33 °C más cálida de lo que sería sin la atmósfera. Además, la observación de la radiación de onda larga demuestra que el efecto invernadero existe en la atmósfera de la Tierra. Estas ventanas también permiten a los satélites en órbita medir la energía IR que sale del planeta, las temperaturas de la superficie del mar y otros asuntos importantes. Véase Absorción electromagnética por el agua: efectos atmosféricos .
El vapor de agua que absorbe estas longitudes de onda de energía IR se atribuye principalmente a que el agua es una molécula polar. La polaridad del agua le permite absorber y liberar radiación en longitudes de onda del infrarrojo lejano, cercano y medio. [6] La polaridad también afecta en gran medida la forma en que el agua interactúa con la naturaleza, ya que permite la formación de complejos de agua, como el dímero de agua . [ 6 ]
El vapor de agua, uno de los gases más importantes de la atmósfera del planeta, es importante para estudiar debido a sus beneficios para el cambio climático. La absorción de vapor de agua ocurre principalmente en lo que se denomina el continuo de vapor de agua, que es una combinación de bandas y ventanas que influyen en gran medida en la radiación en la atmósfera. Este continuo tiene dos partes, que son el continuo propio y el continuo extraño. [7] El continuo propio tiene una dependencia negativa de la temperatura, y es significativamente más fuerte en los bordes de las ventanas. [7]
Estas ventanas fueron descubiertas originalmente por John Tyndall . [8] Él descubrió que la mayor parte de los rayos infrarrojos provenientes del Universo son bloqueados y luego absorbidos por el vapor de agua y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra.