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

Por Emilio Meneses

Ya hemos pasado por todas los tópicos importantes en el debate actual climático, incluyendo todo el paleo-clima conocido tanto de fuentes arqueológicas, históricas y reconstrucciones mediante proxys; 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 masas [1][2], para la ley de relatividad se han enviado aviones a circunnavegar la tierra con relojes atómicos [3], 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 tiene un problema: la teoría del gas invernadero se basa en teorías de otra área: Espectrometría y Vibración molecular [4], que es fuera de su área de competencia. Para peor la piedra funcional 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 la siguiente.

 

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 . En 1820 Joseph Fourier propuso que los gases pueden atrapar calor, idea que se seguida por John Tyndall en 1861 en sus estudios. 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. Esto último fue desechado 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 ahora [5].

 

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 atrapara 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 sólidos no reflectantes (tierra, mar) que a su vez la liberan como calor (radiación infrarroja), que es absorbida por el CO2 y otros gases invernaderos.

Figura 1: Diagrama animado de la teoría de gas invernadero con C02, Fuente: scied.ucar.du

Gracias a la forma de la molécula de CO2 esta “vibra” debido a la radiación que atrapa en forma de un fotón, y vuelve a liberarla posteriormente como otro fotón [6]. Esto en el papel se ve bien, pero tiene un problema derivado, la misma ley de espectometría sobre vibración molecular indica que sólo ciertos gases pueden atrapar radiación infrarroja ( CO2, CH4, N2O, H20 y O3), mientras que el resto de los gases de la atmósfera no (N2, O2 y Ar) [7]. 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.

Eficiencia Argon - Aire

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: http://glassed.vitroglazings.com/glasstopics/gas_insulating_glass.aspx imagen en minuto 3 :17 del video.

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

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

 

Cómo 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 aún más ineficiente que el Argón si se aumenta la distancia entre los paneles de vidrio.

C02-Argon 2

Figura 2: Radiación emitida por paneles con distintos grosores y gases, el CO2 ( rojo) pasa a ser más ineficiente que el Argón (verde) con paneles sobre 0,7 pulgadas de espacio para gas. Fuente: http://web.ornl.gov/sci/buildings/conf-archive/1982%20B2%20papers/036.pdf página 653

 

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?, ¿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 mientras que científicos climáticos están persiguiendo correlaciones 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…” [8] 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 termodinámica [9]. 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 está teoría para explicar porqué a mayor altura disminuye la temperatura atmosférica.

Nikolov_New_Insights

Figura 3: Regresión lineal entre Temperaturas calculada en superficie y Presión Atmosférica de varios cuerpos celestes del sistema solar, la regresión acertó con las temperatura 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 Ideales [10]. Esta teoría presentada será validada cuando NASA actualice la temperatura promedio del planeta Mercurio, data que fue recabada por la sonda Messenger [11]. Recomiendo a mis lectores encarecidamente leer el paper de Nikolov, es sumamente bueno y, si su teoría es validada por los datos de NASA, estimo que serán candidatos al Nobel de Física.

 

¿Es la teoría de gas invernaderos falsa? 

Respuesta corta: probablemente no, esta teoría permite explicar porque 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 sumamente abundante. Lo más probable es que haya más factores involucrados y efectos en juego para la captura de radiación infrarroja por parte de los gases, yo personalmente tengo la sospecha que la teoría del gas invernadero es correcta pero tales gases probablemente tienen una capacidad de retener calor muy inferior a lo que se afirma hoy en día, y con una función logarítmica (sobre cierto porcentaje, a más gas no hay efecto detectable).

 

Conclusiones 

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

 Science is never settled.

[1] https://study.com/academy/lesson/cavendishs-gravity-experiment-the-value-of-g.html

[2] https://www.learner.org/courses/physics/unit/text.html?unit=3&secNum=5

[3] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/airtim.html

[3] https://www.youtube.com/watch?v=gdRmCqylsME

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_vibration

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_spectroscopy

[5] https://history.aip.org/climate/co2.htm#N_1_

[6] https://scied.ucar.edu/carbon-dioxide-absorbs-and-re-emits-infrared-radiation

[7] https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/greenhousegases/properties.html

[8] Nikolov New-Insights-on-the-Physical-Nature-of-the-Atmospheric-an-Empirical-Planetary-Temperature-Model

[9] https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiabático

[10] https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/temp-kinetic-theory-ideal-gas-law/a/what-is-the-ideal-gas-law

[11] https://solarsystem.nasa.gov/missions/messenger/indepth

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