Introducción al Cambio Climático 11: Problemas con la teoría del efecto invernadero

Ya hemos pasado por todos los tópicos importantes en el debate climático actual, incluyendo las reconstrucciones del paleo-clima conocido, tanto de fuentes arqueológicas, históricas y reconstrucciones mediante proxys; también el enardecido debate actual y el «Groupthinking» que tiene atrapados a muchos científicos climáticos de renombre. Pero queda un tema pendiente: la teoría misma de gas invernadero.

Obteniendo conclusiones bajo hipótesis dudosas

Para la Ley de Gravedad se han construido aparatos que midieron la atracción entre dos masas¹, para la Teoría de la Relatividad se han enviado aviones a circunnavegar la tierra con relojes atómicos², pero para la teoría del efecto invernadero no hay nada por el estilo. Incluso para la teoría de la evolución, si bien no la hemos probado creando otra especie distinta en laboratorio, gracias a la genética tenemos suficiente evidencia para considerarla correcta.

Los científicos climáticos tienen un problema: la teoría del gas invernadero se basa en conocimientos de otras áreas: Espectrometría³ y Vibración molecular⁴, que son fuera de su campo de competencia. Para peor, la piedra fundacional sobre la que se construye la teoría de gas invernadero nunca ha sido demostrada o replicada en laboratorio. Pueden intentar buscar papers que demuestren esta teoría, sólo llegarán a videos en Youtube de gente calentando una botella llena de CO₂  o papers que indican que la teoría es errónea como el de Gerhlich y Tscheuschner (GT) del año 2009, llamado ‘Falsification of the atmospheric CO₂  greenhouse effects within the frame of physics’⁵.

El paper de ambos científicos causó revuelo, lo que impulsó a Halpern et al a escribir una refutación en el mismo Journal indicando que los cálculos de GT eran erróneos⁶. Por supuesto, GT no se quedaron de brazos cruzados y escribieron una contra refutacion⁷. Aún así, la crítica a GT no demostró la existencia del efecto invernadero, todavía no se ha replicado ni demostrado, y diferentes científicos le entregan distintos grados de intensidad.

Una teoría del S. XIX aún en boga

La teoría del efecto invernadero tiene otro detalle que obliga a comprobar más que nunca su hipótesis, sigue siendo una teoría no corroborada del S. XIX, es incluso anterior a la teoría de la evolución de Darwin. El año 1820 Joseph Fourier propuso que los gases pueden atrapar calor, idea que fue seguida por John Tyndall en el año 1861. Posteriormente, en 1896, al descubrirse evidencia geológica de épocas glaciares, el científico sueco Svante Arrhenius propuso que las variaciones de CO₂  generaban y acababan los periodos glaciares. Esta última teoría fue desechada al ganar más aceptación la Teoría de Milankovic para explicar los periodos glaciares. Las teorías de gas invernadero fueron dejadas de lado durante las primeras décadas del siglo XX, para luego ganar tracción nuevamente a partir de los años 50, cuando se empezó a medir de mejor manera el CO₂  atmosférico y se detectó su tendencia al alza, que dura hasta ahora⁸.

Explicando el gas invernadero con peras y manzanas

Según los científicos climáticos, el planeta sería un lugar inhabitable sin los gases con efecto invernadero ya que logran atrapar el calor, siendo de día un horno y de noche un congelador.

En pocas palabras, la teoría de Gas Invernadero funciona así: la luz solar atraviesa la atmósfera, al llegar la luz a la superficie esta es absorbida por elementos no reflectantes (tierra, mar) que a su vez la liberan como calor (radiación infrarroja), para luego ser atrapado por el CO₂  y otros gases invernaderos.

Figura 1: Diagrama animado de la teoría de gas invernadero con CO₂ , Fuente: scied.ucar.du

Gracias a la forma de la molécula de CO_2,  esta «vibra» debido a la radiación que atrapa en forma de un fotón, y vuelve a liberarla posteriormente como otro fotón⁹. Esto en el papel se ve bien, pero tiene un problema derivado, la misma ley de espectometría indica que sólo ciertos gases pueden atrapar radiación infrarroja (CO₂ , CH₄, N₂O, H₂O y O₃), mientras que el resto de los gases de la atmósfera no (N₂, O₂ y Ar)¹⁰. Aquí es donde la realidad empieza a mostrar quiebres con la teoría.

Atrapando calor con gases no infrarrojos

El uso más práctico para tener intuiciones de esta teoría es en el uso de ventanas de termopanel, ya que estas usan un gas entre dos piezas de vidrio para reducir la pérdida calórica. Lo interesante de esta técnica es que el gas más usado es uno de los que la teoría dice que no puede atrapar radiación infrarroja: el Argón.

Figura 2: Comparación de eficiencia entre Argón, Kriptón a Atmosfera normal como gas aislante. Eje Vertical: Factor de temperatura perdida en ventana; Eje Horizontal: espacio de gas entre vidrios. Fuente: https://glassed.vitroglazings.com/topics/tag/science-of-glass.

El campo de la aislación térmica para vidrios lleva varios años de experiencia y mucho análisis práctico. Y usan Argón o Aire corriente para sus productos. Sus conclusiones más importantes son las siguientes:

1. El Argón es un gas neutro y es el 0,97% de la atmósfera
2. El Argón es un 16% más eficiente que el aire normal
3. No se atrapa más calor si se agrega más gas a un termopanel, hay un óptimo de distancia entre los vidrios
4. El CO₂  es marginalmente más eficiente que el Argón
5. El CO₂  ya no se usa hace décadas porque reacciona con la humedad

Cómo es mencionado en el punto 4, el CO₂ , que es supuestamente superior al Argón bajo la teoría de Gases Invernaderos para atrapar calor, no hace un trabajo especialmente mejor. Adicionalmente, el CO₂  es más ineficiente que el Argón si se aumenta la distancia entre los paneles de vidrio.

Figura 2: Radiación emitida por paneles con distintos grosores y gases, el CO₂  (rojo) pasa a ser más ineficiente que el Argón (verde) al aumentar la distancia de paneles por sobre 0,7 pulgadas. Fuente:Sabatiuk, P. A, “Review of Gas Filled Window Technology: Summary Report,” in Proceedings of ASHRAE/DOE Conference, Thermal Performance of the Exterior of Buildings 11, ASHRAE Special Publication No. 38, 1982, pp. 643-653. descarga

La experiencia práctica, recabada durante décadas por empresas que usan gas como aislante, nos plantean una serie de interrogantes sobre la teoría de gases invernaderos: ¿por qué el CO₂  es apenas marginalmente superior al Argón en atrapar calor si este último no es capaz de atrapar radiación infrarroja?, ¿por qué el aumentar la cantidad de un gas en un espacio cerrado no ayuda en atrapar más calor como la teoría dice? Aún más imporante: ¿es la capacidad de retener calor de un gas invernadero una función linear o logarítmica?

Y para rematar, una pregunta final: ¿qué tanto más eficiente sería una ventana al usar aire normal si se aumenta el CO₂  de 0,035% a 0,04% tal como sucede en el planeta hoy? Esto es completamente crítico, mientras no sean respondidas las preguntas mencionadas, simplemente podemos estar tirando gigantescas sumas de dinero a la basura, y los científicos climáticos estarían persiguiendo relaciones espurias entre el CO₂  y temperatura.

Teoría alternativa: Procesos Adiabáticos para explicar la temperatura de la atmósfera

Ned Nikolov y Karl Zeller publicaron un paper en 2017 titulado ‘New Insights on the Physical Nature of the Atmospheric Greenhouse Effect Deduced from an Empirical Planetary Temperature Model’¹¹ donde proponen un modelo universal para medir la temperatura promedio de cualquier cuerpo celeste en la galaxia, basado simplemente en energía recibida y presión atmosférica. Su teoría se basa en los procesos adiabáticos de la Ley de Termodinámica¹². El teorema adiabático explica por qué un gas al expandirse se enfría y se calienta al contraerse. Bajo este mismo principio se explica cómo funcionan los refrigeradores y los motores. De hecho usamos ya esta teoría para explicar por qué a mayor altura disminuye la temperatura atmosférica.

Figura 3: Regresión lineal entre Temperatura calculada en superficie y Presión Atmosférica de varios cuerpos celestes del sistema solar, la regresión acertó con las temperaturas promedio conocidas hasta hoy. Fuente: Nikolov, Zeller 2017

La ventaja de la teoría presentada por Nikolov y Zeller es que es válida para cualquier planeta en el universo, independiente de la composición de la atmósfera, ya que se basa en la Ley de Gases Ideales¹³. Esta teoría presentada será nuevamente validada cuando NASA actualice la temperatura promedio del planeta Mercurio, data que fue recabada por la sonda Messenger¹⁴. Recomiendo encarecidamente a mis lectores leer el paper de Nikolov, es sumamente bueno y, si su teoría es validada por los datos de NASA, considero que deberían ser candidatos al Nobel de Física.

¿Es la teoría de gas invernaderos falsa?

Respuesta corta: no, la teoría es correcta. Esta teoría permite explicar por qué en noches nubladas disminuye menos la temperatura que en una noche despejada. El vapor de agua es uno de los gases que mejor atrapa calor bajo esta teoría y es el más abundante de todos.  En mi opinión personal, la teoría del gas invernadero es correcta, pero tales gases tienen una capacidad de retener calor muy inferior a lo que se afirma hoy en día, y con una función logarítmica (sobre cierto porcentaje de gas, no hay efecto detectable).

Conclusiones

La última palabra en ciencias climáticas aún no está dicha, quedando aún muchísimas incógnitas por aclararse. Más aún, es evidente la falta de comprensión que tienen los científicos climáticos sobre la ciencia que usan para basar sus afirmaciones, que son fuera de su área de especialidad.

Science is never settled.

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Bibliografía

1. [Volver] – Krumine, Jennifer, ‘Cavendish’s Experiment and the Value of G’, Study.com, accedido el 15.02.2023, https://study.com/academy/lesson/cavendishs-gravity-experiment-the-value-of-g.html
2. [Volver] – Nave, R, ‘Hafele and Keating Experiment’, HyperPhysics, GSU, accedido el 15.02.2023, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/airtim.html
3. [Volver] – Sin autor, ‘Molecular vibration’, Wikipedia, accedido el 15.02.2023, https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_vibration
4. [Volver] – Sin autor, ‘Infrared spectroscopy’, Wikipedia, accedido el 15.02.2023, https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_spectroscopy
5. [Volver] – Gerhlich, G, Tscheuschner, R, 2009, ‘Falsification of the atmospheric CO₂  greenhouse effects within the frame of physics’, International Journal of Modern Physics B Vol. 23, No. 03, pp. 275-364
6. [Volver] – Halpern, J, Colose, C, Ho-Stuart, C, Shore, J, et al., 2010 ‘Comment on “Falsification of the atmospheric CO₂  greenhouse effects within the frame of physics”‘, International Journal of Modern Physics B Vol. 24, No. 10, pp. 1309-1332
7. [Volver] – Gerhlich, G, Tscheuschner, R, 2010, ‘Reply to “Comment on ‘Falsification of the atmospheric CO₂  greenhouse effects within the frame of physics’ by Joshua B Halpern…”‘, International Journal of Modern Physics B Vol. 24, No. 10, pp. 1333-1359
8. [Volver] – Weart, Spencer, ‘The Carbon Dioxide Greenhouse Effect’, 2022, Center for History of Physics, accedido el 15.02.2023, https://history.aip.org/climate/CO₂ 
9. [Volver] – Sin autor, ‘Carbon Dioxide Absorbs and Re-emits Infrared Radiation’, UCAR Center for Science Education, accedido el 15.02.2023, https://scied.ucar.edu/carbon-dioxide-absorbs-and-re-emits-infrared-radiation
10. [Volver] – Sin autor, ‘What are the properties of a greenhouse gas?’, American Chemical Society, accedido el 15.02.2023, https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/greenhousegases/properties.html
11. [Volver] – Nikolov, N, Zeller, K, 2017, ‘New Insights on the Physical Nature of the Atmospheric Greenhouse Effect Deduced from an Empirical Planetary Temperature Model’, Environment Pollution and Climate Change, 1:112.s, descarga
12. [Volver] – Sin autor, ‘Proceso adiabático’, Wikipedia, accedido el 16.02.2023, https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiabático
13. [Volver] – Sin autor, ‘What is the ideal gas law?’, Khan Academy, accedido el 16.02.2023, https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/temp-kinetic-theory-ideal-gas-law/a/what-is-the-ideal-gas-law
14. [Volver] – Sin autor, ‘MESSENGER’, NASA, accedido el 16.02.2023, https://solarsystem.nasa.gov/missions/messenger/in-depth/

Nota del autor: Artículo original publicado en diciembre del 2017, reeditado y actualizado en febrero del 2023.