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 combinación, 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 se agrega un gas traza a la atmósfera, ese proceso se llama 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 de animales , las termitas , los arrozales y los humedales . Los volcanes son la principal fuente de gases traza de la tierra sólida. El océano global es también una fuente de varios gases traza, en particular gases que contienen azufre. La formación de gases traza in situ se produce mediante reacciones químicas en la fase gaseosa. [1] Las fuentes antropogénicas son causadas por actividades relacionadas con el hombre, como la quema de combustibles fósiles (por ejemplo, en el transporte ), la extracción de combustibles fósiles, la quema de biomasa y la actividad industrial.
Por el contrario, un sumidero es cuando se elimina un gas traza de la atmósfera. Algunos de los sumideros de gases traza son reacciones químicas en la atmósfera, principalmente con el radical OH , conversión de gas en partículas formando aerosoles , deposición húmeda y 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]
R El Panel Intergubernamental sobre 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 en el 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 además de la concentración atmosférica existente fuera eliminado en un 50% por la vegetación terrestre y los sumideros oceánicos en menos de aproximadamente un siglo. [6] También se proyectó que una fracción sustancial (20-35%) permanecería en la atmósfera durante siglos o milenios, donde la persistencia fraccionaria 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 producidos por el hombre en la atmósfera de la Tierra está aumentando. La mayoría proviene de 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 velocidad 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. Se puede expresar 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 originalmente dio 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 su vida útil más corta. Por el contrario, los gases más inertes no son variables y tienen vidas más largas. Cuando se mide lejos de sus fuentes y sumideros, la relación se puede utilizar para estimar los tiempos de residencia de los gases en la troposfera. [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 su paso por la atmósfera.
El gas de efecto invernadero más influyente es el vapor de agua . Con frecuencia ocurre en altas concentraciones, puede pasar hacia y desde un aerosol (nubes) y, por lo tanto, generalmente no se clasifica como gas traza. A nivel regional, el vapor de agua puede atrapar hasta el 80 por ciento de la radiación IR 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 artificiales, es el dióxido de carbono. [12] Contribuye alrededor del 20% del efecto invernadero total de la Tierra. [13] La razón por la que los gases de efecto invernadero pueden absorber radiación infrarroja es su estructura molecular. Por ejemplo, el dióxido de carbono tiene dos modos básicos de vibración que crean un fuerte momento dipolar , lo que provoca su fuerte absorción de 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 al no tener vibraciones con momento dipolar. [12] Por ejemplo, los triples enlaces del dinitrógeno atmosférico forman una molécula simétrica con estados de energía vibratoria que casi no se ven afectados en frecuencias infrarrojas.
A continuación se muestra una tabla de algunos de los principales gases de efecto invernadero, sus fuentes artificiales y una estimación de la contribución relativa de esas fuentes al aumento del efecto invernadero que influye en el calentamiento global .
Principales fuentes y gases de efecto invernadero [12]