EL EFECTO INVERNADERO - Universidad Nacional de San Luis

EL EFECTO INVERNADERO
1
EL EFECTO INVERNADERO
DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO
¿Qué es el Efecto Invernadero?
Es el fenómeno mediante el cual la temperatura de un ambiente cerrado, en el
que ingresa la radiación solar, se incrementa muy por encima de la temperatura
exterior a dicho ambiente.
Por ejemplo:

Dentro de un invernadero (como el utilizado para el cultivo de vegetales),
la temperatura es más alta que en el exterior, sin necesidad de que
empleemos calefacción para hacerlo.

También puede tratarse de un colector solar de placa plana, como el
empleado en los calefones solares.

O bien toda la superficie de la tierra con su atmósfera. La temperatura
media en la Tierra es de unos 15ºC y si la atmósfera no existiera sería
de unos -18ºC.
En todos estos casos podemos hablar de la presencia de efecto invernadero.
Requerimientos
Para tener efecto invernadero se requieren tres elementos y que son los que
tendremos que analizar luego:

la radiación solar,

una cubierta
semitransparente que
encierre o envuelva a

una superficie que absorba
esta radiación y la re-emita
En el caso de nuestro planeta, la atmósfera es la que cumple la función de
cubierta semitransparente a la radiación y que encierra a la superficie terrestre
(superficie absorbente).
La Radiación Solar
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
2
La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol.
Viene en forma de radiación electromagnética (ondas electromagnéticas).
Estas ondas se desplazan en el vacío a la velocidad de la luz (c = 3 x 10 8 m/s).
Sólo difieren en su longitud de onda (y por lo tanto en su frecuencia).
La luz visible es sólo una porción del espectro electromagnético. Ondas con
longitudes superiores a 770 nm (rojo) no son visibles para el ojo humano
(radiación infrarroja, radio, TV).
Ondas con longitudes inferiores a 390nm (violeta) tampoco son percibidas por
el ojo humano ( Ultravioleta, RX, gama).
Visible
0.39m
0.77m
Rayos X
Rayos  Ultravioleta
10-3
10-2
Infrarrojo
cerc ano
-1
10
1
Radar
TV
Radio
Infrarrojo
lejano
10
2
10
103
longitud de onda (m)
Espectro de la radiación electromagnética
No solo el sol emite radiación. Todo cuerpo la emite. Esta radiación se
caracteriza por estar constituida por un amplio espectro de longitudes de onda,
que se extiende entre dos extremos alejados entre sí. Estos extremos, así
como la longitud de onda de mayor intensidad, dependen de la temperatura a
la que se encuentra el cuerpo. La radiación solar que llega a las inmediaciones
de nuestro planeta se parece a la de un cuerpo negro a 5777 ºC.
La radiación solar atraviesa la atmósfera y alcanza la superficie terrestre
calentándola.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
3
Al igual que el Sol, la superficie de la Tierra (continentes, océanos, casquetes
polares) y la atmósfera también emiten radiación, pero con un nivel de energía
mucho menor que la de aquel. Esta radiación se manifiesta principalmente en
las longitudes de onda correspondientes al infrarrojo lejano.
Radiación de un cuerpo negro a 5777 ºK y a 290ºK.
La atmósfera terrestre
La atmósfera es la capa gaseosa que cubre la Tierra y que se mantiene
atrapada a ella por la fuerza de gravedad. Comparado con el radio de la Tierra
(6400 km) el espesor de la atmósfera es relativamente pequeño: el 99 % de su
masa se concentra en los primeros 30 km sobre la superficie de la Tierra. La
atmósfera se divide en varias capas concéntricas sucesivas. Esta división
teórica se corresponde con las variaciones de temperatura en la misma:

Troposfera, se extiende desde la superficie de la Tierra hasta los 11 km

Estratosfera (hasta los 47 km),

Mesosfera (80km)

Termósfera (110 km).
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
4
Capas de la atmósfera terrestre
Una atmósfera normal, en la actualidad contiene más de 20 elementos
permanentes, estables y uniformemente distribuidos, además del vapor de
agua cuya concentración es altamente variable.
Los diferentes gases y otros componentes de la atmósfera no absorben de
igual forma los distintos tipos de radiaciones. Algunos gases, como el oxígeno y
el nitrógeno son transparentes a casi todas las radiaciones, mientras que otros
como el vapor de agua y el dióxido de carbono son transparentes a las
radiaciones de longitud de onda corta (ultravioletas y visibles), mientras que
Espectro solar fuera de la atmósfera
Espectro solar dentro de la atmósfera
absorben las radiaciones largas (infrarrojas). Esta diferencia es decisiva en la
producción del efecto invernadero.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
5
¿Por qué se produce el efecto invernadero?
El efecto invernadero se origina porque la energía que llega del sol, al
proceder de un cuerpo a muy elevada temperatura, está formada por radiación
de onda corta que traspasa la atmósfera con gran facilidad. La energía que
llega calienta la superficie de la tierra, y esta se enfría emitiendo radiación. La
energía emitida hacia el exterior, desde la Tierra, al proceder de un cuerpo
mucho más frío, está formada por radiación de onda larga, y es absorbida por
los gases con efecto invernadero. Esta retención de la energía hace que la
temperatura sea más alta de la que habría si no existiera la atmósfera.
El efecto invernadero hace que la temperatura media de la superficie de la
Tierra sea 33ºC mayor que la que tendría si no existieran gases con efecto
invernadero en la atmósfera.
Aunque hay que entender bien que, al final, en condiciones normales, es igual
la cantidad de energía que llega a la Tierra que la que esta emite.
Cambio climático
Los componentes de la atmósfera se han mantenido estables en los últimos
miles de años, de manera que el balance entre la radiación solar que entra y la
radiación infrarroja terrestre que sale se ha mantenido aproximadamente en
equilibrio, manteniendo una temperatura media relativamente estable.
Pero en el último siglo la concentración de anhídrido carbónico y otros gases
invernadero en la atmósfera ha ido creciendo constantemente debido a la
actividad humana:

A comienzos de siglo por la quema de grandes masas de vegetación
para ampliar las tierras de cultivo, lo que reduce el proceso de absorción
de anhídrido carbónico.

En los últimos decenios, por el uso masivo de combustibles fósiles como
el petróleo, carbón y gas natural, con lo que se libera el carbono
depositado en el interior de la Tierra a lo largo de millones de años.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO

6
Algunos procesos industriales liberan gases que tienen efecto
invernadero ( CO2, metano, óxido nitroso, gases fluorados).
Por lógica muchos científicos piensan que a mayor concentración de gases con
efecto invernadero se producirá mayor aumento en la temperatura en la Tierra.
Las evidencias científicas no son totalmente claras, pero en 1995 el principal
organismo internacional que se encarga de coordinar todos los estudios sobre
este tema, la IPCC (Panel Internacional sobre Cambio Climático) acordó que:
"el conjunto de evidencias sugiere un cierto grado de influencia humana sobre
el clima global" .
El IPCC es un panel de 3000 científicos de primera línea pertenecientes a 150
países. Fue establecido en 1988 por las Naciones Unidas para conseguir una
mejor comprensión del cambio climático y para proporcionar información
científica autorizada a los responsables políticos.
No es posible predecir con gran seguridad lo que pasaría en los distintos
lugares, pero son previsibles algunas consecuencias:

que los desiertos se hagan más cálidos pero no más húmedos, lo que
tendría graves consecuencias en zonas donde el agua es escasa.

Entre un tercio y la mitad de todos los glaciares del mundo y gran parte
de los casquetes polares se fundirían, poniendo en peligro las ciudades
y campos situados en los valles que se encuentran por debajo del
glaciar. Grandes superficies costeras podrían desaparecer inundadas
por las aguas que ascenderían de 0,5 a 2 m., según diferentes
estimaciones. Unos 118 millones de personas podrían ver inundados los
lugares en los que viven por la subida de las aguas.

Tierras agrícolas se convertirían en desiertos y, en general, se
producirían grandes cambios en los ecosistemas terrestres.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
7
Estos cambios supondrían una gigantesca convulsión en nuestra sociedad, que
en un tiempo relativamente breve tendría que hacer frente a muchas obras de
contención del mar, emigraciones de millones de personas, cambios en los
cultivos, etc.
Los gobiernos acordaron en 1997 (Kioto) un Convenio Internacional para
reducir las emisiones de gases con efecto invernadero
El protocolo de Kioto estableció un programa. Para ello propuso etapas, en la
primera etapa se congelaban las tasas de emisión de anhídrido carbónico, y
de otros gases que producen efecto invernadero, hacia la atmósfera. En una
segunda se procedería a su reducción. Sin embargo este acuerdo, aceptado
por amplia mayoría, aún no entra en
vigencia porque los mayores
consumidores de energía (EEUU y Rusia, con el 33% y el 17% de emisiones,
respectivamente),
han
presentado
objeciones.
Pero
próximamente
el
Parlamento ruso aprobará la ratificación, y el Protocolo de Kioto entrará en
vigencia dejando aislada a la administración de Bush. Por fin Kioto será Ley
Internacional.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
8
EL EFECTO INVERNADERO
EL PROYECTO EDUCATIVO
Los integrantes del grupo de Energía Solar, docentes –
investigadores
perteneciente al departamento de Física de la Universidad Nacional de San
Luis, hemos llevado a cabo tareas de divulgación sobre las fuentes de energías
renovables, y colaboramos activamente de Clubes de Ciencia. Es allí donde
nos encontramos en contacto con estudiantes interesados particularmente por
el conocimiento de disciplinas científicas. Estas ocasiones las utilizamos para
difundir el uso de energías no convencionales y orientar el aprendizaje de los
alumnos y alumnas como una investigación.
Así fue que alumnos de 2º año polimodal, se contactaron con nosotros, con el
fin de que les sirviéramos de orientadores para realizar algún trabajo vinculado
con la Ecología, alegando que era una problemática actual y que deseaban
presentarse en un Encuentro de Ecología próximo a realizarse.
Con el aval de la Universidad pusimos en práctica un proyecto educativo
dirigido a este nivel, con la garantía de que el proceso enseñanza - aprendizaje
se llevaría
a cabo con éxito ya que los estudiantes consideraban útil el
conocimiento a adquirir.
Como objetivos nos propusimos que los estudiantes lograran:

Encauzar la curiosidad espontánea sobre el medio ambiente hacia la
formación de una actitud científica y reflexiva.

Trabajar cooperativamente.

Adquirir el conocimiento de un conjunto de temas de Ciencias Naturales.

Desarrollar la capacidad de organizar el estudio y el aprendizaje.

Adquirir habilidades y destrezas en la recolección de datos y búsqueda
bibliográfica.

Montar y aplicar algunos instrumentos de medida.

Diseñar experimentos cuyos resultados puedan interpretar

Traducir hechos experimentales por medio de tablas de valores y gráficas
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
9

Correlacionar diversas disciplinas científicas.

Construir modelos con el fin de ilustrar resultados

Sacar conclusiones y generar explicaciones didácticas con fundamentos
científicos.
Desarrollo del Proyecto
El proyecto fue dividido en seis etapas, en cada una de las cuales se lograba
llegar a uno o varios de los objetivos propuestos.
Primera etapa:
Consistió de una charla con los alumnos donde se plantearon los posibles
temas a tratar, como ser: Efecto Invernadero, Capa de Ozono, Contaminación
del Medio ambiente: incendios, uso intensivo de combustibles, etc. Los
estudiantes pusieron especial interés en el Efecto Invernadero, el que
seleccionaron como su tema de investigación. Expusieron sus conocimientos
sobre el tema, los cuales habían sido adquiridos a través de revistas de
divulgación científica y material periodístico.
En esta etapa los estudiantes propusieron los objetivos de su trabajo:
a) Concientizar sobre las consecuencias de la actividad humana sobre el clima
del planeta.
b) Mostrar en qué consiste el efecto invernadero y cuáles son sus principales
contribuyentes.
Segunda etapa:
El tiempo disponible hasta la realización del encuentro de ecología era de 4
meses. Considerando el nivel de formación de los estudiantes y que iban a
realizar esta investigación como tarea extraescolar en sus momentos libres, se
hizo la selección de los temas básicos que deberían aprender. Los mismos
fueron los siguientes:
Energía. Temperatura. Fuerza de gravedad.
Espectro electromagnético: Velocidad, frecuencia y longitud de onda.
Radiación de cuerpo negro: Radiación solar y terrestre.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
10
Atmósfera terrestre: Diferentes forma de intercambio energía (conducción,
convección y radiación). Capas y composición. Carácter selectivo a la radiación
de sus componentes.
Ciclo del Carbono.
Acuerdos Internacionales.
Notación científica. Escalas logarítmicas. Interpretación de gráficos.
Tercera etapa:
Los estudiantes, junto a nosotros, realizaron la búsqueda de material
bibliográfico de acuerdo a los temas seleccionados. Se distribuyeron el material
de lectura, el cual estaba constituido por libros específicos de física, de
radiación solar, de Biología, revistas científicas de difusión masiva y artículos
periodísticos. Luego de un período de estudio organizado y asistido expusieron
los conocimientos adquiridos.
En esta etapa se discutió grupalmente, se reforzaron conceptos, se comenzó a
establecer la correlación entre las diversas disciplinas y temas que abarca el
Efecto Invernadero, logrando entre los estudiantes una participación conciente
y responsable.
Se cuestionaron, y trataron de responder preguntas tales como: ¿cómo se
manifiesta esta problemática ambiental?, ¿qué elementos de la naturaleza se
encuentran comprometidos?, ¿quiénes resultan perjudicados y de qué
manera?, ¿cuáles son las razones que explican esta problemática ambiental?.
O sea que en esta etapa identificaron plenamente el problema:
Quema
intensiva
combustibles fósiles
de
Mayor
porcentaje
de
anhidrido carbónico en la
atmósfera
Luego se discutió cómo mostrar esta problemática en forma didáctica, para así
lograr llegar al público que asistiría al Encuentro de Ecología. Se planteó la
necesidad de buscar un material que simule el comportamiento absorbente de
la atmósfera frente la radiación terrestre, una fuente de radiación que simule la
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
11
radiación solar y otra que simule la radiación terrestre y el uso de un detector
de radiación.
Los estudiantes formularon propuestas de las cuales se seleccionaron aquellas
que presentaban cierta factibilidad de llevarlas a cabo con el material
disponible.
Luego se pasa a la etapa siguiente que es básicamente experimental.
Cuarta etapa:
Se realiza la búsqueda de materiales que impiden el paso de la radiación
térmica y otros que la dejan pasar. Los estudiantes determinan las propiedades
de cuanto material de aspecto transparente encuentran tales como: vidrio de
ventana, papel celofán, papel vegetal, bolsas de polietileno de alta densidad
con distintos aditivos y espesores, que se usan para guardar alimentos en el
freezer , bolsa para horno, y otros. Para esta tarea utilizaron como fuente de
radiación una estufa de cuarzo y como detector una termopila (dispositivo que
absorbe la radiación y la convierte en una diferencia de potencial) conectada a
un milivoltímetro, intercalando entre la fuente y el detector las láminas de cada
uno de los materiales.
Confeccionaron una tabla con los resultados obtenidos. Concluyeron que el
vidrio era un elemento apropiado para generar el efecto invernadero y que las
bolsas para freezer (polietileno de alta densidad con aditivos) era el material
que dejaba pasar mayor cantidad de radiación infrarroja.
Para mostrar el efecto absorbente del anhídrido carbónico sobre la radiación
infrarroja realizaron una experiencia demostrativa, esquematizada en la Figura
1. Utilizaron dos tubos de vidrio, uno con anhídrido carbónico y el otro con aire,
taparon los extremos de los tubos con bolsas para freezer y con la termopila
conectada a un milivoltimetro comparaban la radiación, proveniente de una
estufa de cuarzo, luego de atravesar los tubos. El anhidrido carbónico lo
extraían de un tubo para producir agua carbonatada (soda)
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
12
Se busca un procedimiento que permita mostrar el efecto invernadero a escala
reducida, que permita una presentación didáctica y convincente.
Se resuelve parte de la demostración de este efecto construyendo el dispositivo
esquematizado en la figura siguiente. Se arman dos cajas de vidrio, una con
tapa y la otra sin ella. De esta forma la primer caja simulaba una atmósfera
cargada de anhídrido carbónico y la segunda una atmósfera no contaminada.
Se exponen las cajas a una fuente de radiación luminosa simulando al sol, para
esto utilizaron una lámpara de sodio de alta presión. En el interior de las cajas
se colocaron termómetros de alcohol que permitían la lectura
de las
temperaturas a una distancia de uno o dos metros, que es la distancia a la que
se encontraría el público. Para representar la superficie terrestre forraron la
base de las cajas con una lámina de color verde oscuro. Colocaron elementos
decorativos representando un paisaje campestre en la caja sin tapa y un
paisaje simulando actividad humana contaminante en la caja con tapa.
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
13
Quinta etapa:
En esta etapa los estudiantes realizan la tarea de integración elaborando un
informe que contenía los siguientes títulos y subtítulos : Resumen. Introducción:
Objetivos e Hipótesis. Desarrollo: Planteo de la experiencias; Selección de
Materiales e instrumentos de medida; Materiales e Instrumentos a emplear;
Experiencias y Resultados; El Ciclo del Carbono; Dificultades. Conclusiones:
Aplicación de resultados; Proyecciones. Bibliografía. Agradecimientos.
Prepararon láminas para mostrar en forma gráfica cómo se comporta la
radiación una vez que entra a la atmósfera terrestre, el ciclo del Carbono y
estadísticas.
También confeccionaron un folleto para hacer difusión y concientización sobre
el tema y que repartieron durante los diversos encuentros de ciencia en que se
presentaron.
Sexta etapa:
Los estudiantes presentaron el trabajo en las Ferias Provincial y Nacional de
Ciencia y Tecnología, y en el 1er Encuentro Latinoamericano sobre Ecología y
Lic. Carmen Esteban
5/11/04
EL EFECTO INVERNADERO
14
Calidad de Vida para Estudiantes y Profesores de Ciencias. Obtuvieron en la
Feria Provincial la tercera mejor puntuación y en el Encuentro Latinoamericano
una mención especial.
Conclusiones
Consideramos que esta experiencia educativa fue llevada a cabo con éxito, ya
que los estudiantes trabajaron con entusiasmo, usando la creatividad y el
cooperativismo, se familiarizaron con la investigación científica, aprendieron los
contenidos de los temas seleccionados y se ejercitaron en la comunicación
oral y escrita. No sólo se lograron los objetivos propuestos por nosotros sino
también los propuestos por los estudiantes ya que expusieron su trabajo en
diversas ferias y encuentros científicos.
Bibliografía
Alonso - Finn. Física Vol III. Fondo Educativo Interamericano. 1990
Caiuri E. A. "La energía radiante en la Atmósfera". Eudeba, 1979.
Iqbal M. "An Introduction to Solar Radiation". Academic Press. 1983.
Curtis H y Barnes S. "Biología". Panamericana, 2000.
http://www.atmósfera.cl/HTML/temas/estructuras.
http://www.greenpeace.org
Lic. Carmen Esteban
5/11/04