La temperatura media de la superficie de la Tierra se mantiene mediante un equilibrio de diversas formas de radiación solar y terrestre. La radiación solar a menudo se llama radiación de “onda corta” porque las frecuencias de la radiación son relativamente altas y las longitudes de onda relativamente cortas, cerca de la porción visible del espectro electromagnético.
La radiación terrestre, por otro lado, a menudo se llama radiación de «onda larga» porque las frecuencias son relativamente bajas y las longitudes de onda relativamente largas, en algún lugar de la parte infrarroja del espectro. La energía solar en movimiento descendente generalmente se mide en vatios por metro cuadrado.
La energía de la radiación solar entrante total en la parte superior de la atmósfera de la Tierra (la llamada «constante solar») es de aproximadamente 1.366 vatios por metro cuadrado al año.
Ajustando el hecho de que solo la mitad de la superficie del planeta recibe radiación solar en un momento dado, la insolación superficial promedio es de 342 vatios por metro cuadrado al año.
La cantidad de radiación solar absorbida por la superficie de la Tierra es solo una pequeña fracción de la radiación solar total que ingresa a la atmósfera. Por cada 100 unidades de radiación solar entrante, aproximadamente 30 unidades se reflejan de vuelta al espacio por las nubes, la atmósfera o las regiones reflectantes de la superficie de la Tierra.
Esta capacidad reflexiva se conoce como el albedo planetario de la Tierra, y no necesita permanecer fija con el tiempo, ya que la extensión espacial y la distribución de formaciones reflectantes, como las nubes y la capa de hielo, pueden cambiar.
Las 70 unidades de radiación solar que no se reflejan pueden ser absorbidas por la atmósfera, las nubes o la superficie. En ausencia de complicaciones adicionales, para mantener el equilibrio termodinámico, la superficie y la atmósfera de la Tierra deben irradiar estas mismas 70 unidades de regreso al espacio.
La temperatura de la superficie de la Tierra (y la de la capa inferior de la atmósfera esencialmente en contacto con la superficie) está vinculada a la magnitud de esta emisión de radiación saliente de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzmann.
El presupuesto energético de la Tierra se complica aún más por el efecto invernadero. Los gases traza con ciertas propiedades químicas, los llamados gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), absorben parte de la radiación infrarroja producida por la superficie de la Tierra.
Debido a esta absorción, alguna fracción de las 70 unidades originales no escapa directamente al espacio. Debido a que los gases de efecto invernadero emiten la misma cantidad de radiación que absorben y debido a que esta radiación se emite por igual en todas las direcciones (es decir, tanto hacia abajo como hacia arriba), el efecto neto de la absorción por los gases de efecto invernadero es aumentar la cantidad total de radiación emitida hacia abajo hacia la superficie de la Tierra y la atmósfera inferior.
Para mantener el equilibrio, la superficie de la Tierra y la atmósfera inferior deben emitir más radiación que las 70 unidades originales. En consecuencia, la temperatura de la superficie debe ser mayor. Este proceso no es exactamente el mismo que gobierna un verdadero invernadero, pero el efecto final es similar.
La presencia de gases de efecto invernadero en la atmósfera conduce a un calentamiento de la superficie y la parte inferior de la atmósfera (y un enfriamiento más alto en la atmósfera) en relación con lo que se esperaría en ausencia de gases de efecto invernadero.
Es esencial distinguir el efecto invernadero “natural” o de fondo del efecto invernadero “mejorado” asociado con la actividad humana. El efecto invernadero natural está asociado con las propiedades de calentamiento de la superficie de los componentes naturales de la atmósfera de la Tierra, especialmente el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano.
La existencia de este efecto es aceptada por todos los científicos. De hecho, en su ausencia, la temperatura promedio de la Tierra sería aproximadamente 33 ° C más fría que la actual, y la Tierra sería un planeta congelado y probablemente inhabitable.
Lo que ha sido objeto de controversia es el llamado efecto invernadero mejorado, que se asocia con mayores concentraciones de gases de efecto invernadero causadas por la actividad humana.
En particular, la quema de combustibles fósiles aumenta las concentraciones de los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera y estas concentraciones más altas tienen el potencial de calentar la atmósfera en varios grados.
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