Los gases traza son gases que están presentes en pequeñas cantidades en un entorno como la atmósfera de un planeta . Los gases traza en la atmósfera de la Tierra son gases distintos del nitrógeno (78,1 %), el oxígeno (20,9 %) y el argón (0,934 %) que, en conjunto, constituyen el 99,934 % de su atmósfera (sin incluir el vapor de agua).
La abundancia de un gas traza puede variar desde unas pocas partes por billón ( ppt ) en volumen hasta varios cientos de partes por millón en volumen ( ppmv ). [1] Cuando un gas traza se agrega a la atmósfera, ese proceso se denomina fuente . Hay dos tipos posibles de fuentes: naturales o antropogénicas. Las fuentes naturales son causadas por procesos que ocurren en la naturaleza. Por el contrario, las fuentes antropogénicas son causadas por la actividad humana.
Algunas fuentes de un gas traza son los procesos biogénicos , la desgasificación de la Tierra sólida, las emisiones oceánicas, las emisiones industriales y la formación in situ . [1] Algunos ejemplos de fuentes biogénicas incluyen la fotosíntesis , los excrementos animales , las termitas , los arrozales y los humedales . Los volcanes son la principal fuente de gases traza de la tierra sólida. El océano global también es una fuente de varios gases traza, en particular los gases que contienen azufre. La formación de gases traza in situ ocurre a través de reacciones químicas en la fase gaseosa. [1] Las fuentes antropogénicas son causadas por actividades relacionadas con el hombre, como la combustión de combustibles fósiles (por ejemplo, en el transporte ), la minería de combustibles fósiles, la quema de biomasa y la actividad industrial.
Por el contrario, un sumidero es cuando un gas traza se elimina de la atmósfera. Algunos de los sumideros de gases traza son las reacciones químicas en la atmósfera, principalmente con el radical OH , la conversión de gas a partícula formando aerosoles , la deposición húmeda y la deposición seca . [1] Otros sumideros incluyen la actividad microbiológica en los suelos.
A continuación se muestra un cuadro de varios gases traza, incluidas sus abundancias, vidas atmosféricas, fuentes y sumideros.
Gases traza: tomados a una presión de 1 atm [1]
A El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) afirma que "no se puede dar una vida atmosférica única" para el CO 2 . [4] : 731 Esto se debe principalmente a la alta tasa de crecimiento y la gran magnitud acumulada de las perturbaciones al ciclo del carbono de la Tierra por la extracción geológica y la quema de carbono fósil. [5] A partir del año 2014, se esperaba que el CO 2 fósil emitido como un pulso teórico de 10 a 100 GtC sobre la concentración atmosférica existente fuera eliminado en un 50% por la vegetación terrestre y los sumideros oceánicos en menos de un siglo. [ 6] También se proyectó que una fracción sustancial (20-35%) permanecería en la atmósfera durante siglos a milenios, donde la persistencia fraccional aumenta con el tamaño del pulso. [7] [8] Por lo tanto, la vida útil del CO 2 aumenta efectivamente a medida que los humanos extraen más carbono fósil.
La abundancia general de gases traza de origen humano en la atmósfera de la Tierra está aumentando. La mayoría de ellos se originan en la actividad industrial en el hemisferio norte, más poblado. Los datos de series temporales de estaciones de medición de todo el mundo indican que normalmente se necesitan entre uno y dos años para que sus concentraciones se mezclen bien en toda la troposfera. [9] [10]
El tiempo de residencia de un gas traza depende de la abundancia y la tasa de eliminación. La relación de Junge (empírica) describe la relación entre las fluctuaciones de concentración y el tiempo de residencia de un gas en la atmósfera. Puede expresarse como fc = b /τ r , donde fc es el coeficiente de variación , τ r es el tiempo de residencia en años y b es una constante empírica, que Junge dio originalmente como 0,14 años. [11] A medida que aumenta el tiempo de residencia, la variabilidad de la concentración disminuye. Esto implica que los gases más reactivos tienen la mayor variabilidad de concentración debido a sus vidas medias más cortas. Por el contrario, los gases más inertes no son variables y tienen vidas medias más largas. Cuando se miden lejos de sus fuentes y sumideros, la relación se puede utilizar para estimar los tiempos de residencia troposférica de los gases. [11]
Algunos ejemplos de los principales gases de efecto invernadero son el agua , el dióxido de carbono , el metano , el óxido nitroso , el ozono y los CFC . Estos gases pueden absorber la radiación infrarroja de la superficie de la Tierra a medida que pasa a través de la atmósfera.
El gas de efecto invernadero más influyente es el vapor de agua . Se presenta con frecuencia en altas concentraciones, puede pasar de un aerosol (nubes) a otro y, por lo tanto, no suele clasificarse como gas traza. A nivel regional, el vapor de agua puede atrapar hasta el 80 por ciento de la radiación infrarroja saliente. [12] A nivel mundial, el vapor de agua es responsable de aproximadamente la mitad del efecto invernadero total de la Tierra . [13]
El segundo gas de efecto invernadero más importante, y el gas traza más importante afectado por fuentes creadas por el hombre, es el dióxido de carbono. [12] Contribuye aproximadamente al 20% del efecto invernadero total de la Tierra. [13] La razón por la que los gases de efecto invernadero pueden absorber la radiación infrarroja es su estructura molecular. Por ejemplo, el dióxido de carbono tiene dos modos básicos de vibración que crean un fuerte momento dipolar , que provoca su fuerte absorción de la radiación infrarroja. [12]
Por el contrario, los gases más abundantes ( N
2, oh
2, y Ar ) en la atmósfera no son gases de efecto invernadero. Esto se debe a que no pueden absorber la radiación infrarroja, ya que no tienen vibraciones con un momento dipolar. [12] Por ejemplo, los enlaces triples del dinitrógeno atmosférico forman una molécula simétrica con estados de energía vibracional que casi no se ven afectados en frecuencias infrarrojas.
A continuación se presenta una tabla de algunos de los principales gases de efecto invernadero, sus fuentes de origen humano y una estimación de la contribución relativa de esas fuentes al aumento del efecto invernadero que influye en el calentamiento global .
Principales gases y fuentes de efecto invernadero [12]