Efecto Invernadero
El efecto invernadero es el calentamiento de la superficie terrestre causado por gases atmosféricos que absorben y reemiten la radiación infrarroja proveniente del suelo.
Definition
El efecto invernadero es el calentamiento natural de la superficie terrestre causado por gases en la atmósfera, principalmente vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y ozono, que dejan pasar la luz solar pero absorben el calor infrarrojo que desprende el suelo calentado, y luego reemiten parte de esa energía de vuelta hacia abajo. Esto eleva la temperatura promedio de la superficie terrestre de unos $-18^\circ C$ a unos $15^\circ C$, y ocurre porque estos gases tienen vibraciones moleculares que cambian su momento dipolar, a diferencia del nitrógeno y el oxígeno simétricos, que constituyen el $99\%$ del aire pero prácticamente no retienen nada de calor. El equilibrio radiativo requiere que la radiación de onda larga saliente coincida con la luz solar absorbida, unos $240\ \text{W/m}^2$, así que añadir más gases de efecto invernadero eleva la altura efectiva de emisión hacia aire más frío y obliga a la superficie a calentarse aún más para restaurar ese equilibrio, un efecto de aproximadamente $3.7\ \text{W/m}^2$ por una duplicación del $CO_2$.
Example
Un auto estacionado bajo el sol se calienta por dentro porque sus ventanas dejan entrar la luz solar pero atrapan el calor resultante, de manera muy similar a como la atmósfera lo hace para todo el planeta, y Venus muestra la versión extrema de esto con una atmósfera densa de $CO_2$ y un efecto invernadero desbocado que mantiene su superficie cerca de $460^\circ C$, más caliente que Mercurio a pesar de estar más lejos del Sol. El $CO_2$ atmosférico ha aumentado de unas $280$ partes por millón antes de la industrialización a más de $420$ ppm hoy, medido continuamente en Mauna Loa desde 1958.
Key Insight
El efecto invernadero es natural y necesario. Sin él, la Tierra sería una bola congelada muy por debajo del punto de congelación, y el efecto solo se convierte en un problema cuando se añaden gases de efecto invernadero adicionales más rápido de lo que los procesos naturales los eliminan. El nombre en realidad es un accidente histórico, ya que un invernadero real funciona principalmente al bloquear la convección en lugar de atrapar la radiación, pero la versión atmosférica es genuinamente radiativa, y su física fue desarrollada por Fourier, Tyndall y Arrhenius en el siglo XIX, mucho antes de que alguien hubiera medido el calentamiento que predecía.