Las ventanas de vapor de agua son longitudes de onda de luz infrarroja que tienen poca absorción por el vapor de agua en la atmósfera terrestre. Debido a esta débil absorción, se permite que estas longitudes de onda alcancen la superficie de la Tierra, salvo los efectos de otros componentes atmosféricos. Este proceso se ve muy afectado por los gases de efecto invernadero debido a la temperatura efectiva de emisión. La continuidad del 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 terrestre, y estos rangos de longitudes 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, se permite que la energía electromagnética fluya libremente. [3] Los astrónomos pueden observar el Universo con telescopios IR, llamados astronomía infrarroja , gracias a estas ventanas.
La ventana de infrarrojo medio, que tiene un rango de 800 a 1250 cm^-1, es una de las ventanas más importantes, ya que tiene una enorme influencia en los flujos de radiación en áreas de la atmósfera con alta humedad. [4] También se ha prestado mayor atención a 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 las ventanas de vapor de agua solo ocurren en los bordes. [4] Además, la radiación neta de onda corta solar entrante y la radiación neta de onda larga terrestre saliente 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 enormemente debido a estos gases. El valor promedio global de la radiación de onda larga emitida es 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 radiación de cuerpo negro de Stefan-Boltzmann . La temperatura resultante es -18,7 °C. En comparación con los +14,5 °C, la temperatura media mundial de la superficie de la Tierra es 33 °C más fría. [5] Así, 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 terrestre. Estas ventanas también permiten a los satélites en órbita medir la energía IR que sale del planeta, las TSM y otras cuestiones importantes. Ver 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 complejos de agua, como el dímero de agua . [6]
Al ser uno de los gases más importantes del planeta en la atmósfera, es importante estudiar el vapor de agua debido a sus beneficios para el cambio climático. La absorción de vapor de agua ocurre principalmente en lo que se llama 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 autocontinuo tiene una dependencia negativa de la temperatura y el autocontinuo es significativamente más fuerte en los bordes de las ventanas. [7]
Estas ventanas fueron descubiertas originalmente por John Tyndall . [8] Descubrió que la mayor parte del infrarrojo procedente del Universo está siendo bloqueado y luego absorbido por el vapor de agua y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre.