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Por Eduardo Ferreyra
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    Estudios Solares de Theodor Landscheidt



    Los gases invernadero no calientan a la Tierra

    Por Dr. Charles R. Anderson, PhD

    Noviembre 14, 2014

    Esta es una explicación simple de por qué la principal afirmación de la teoría del catastrófico calen-tamiento global presuntamente causado por las emisiones del hombre está equivocada. Muy equivocada. La teoría cree que la retro-radiación (o 'back radiation) que hacen las moléculas de CO2 desde la atmósfera hacia la superficie es casi la misma que la irradiación solar total que incide sobre la parte superior de la atmósfera.

    Este borrador es bastante breve y sólo discutirá una explicación simple del argumento que es una de las piedras fundacionales de la hipótesis del calentamiento de la atmósfera por parte del CO2. Por cierto, veremos por qué la retro-radiación es virtualmente cero. Como resultado de este hecho, la hipótesis del calentamiento global causado por el hombre y sus emisiones se revela como carente de todo sentido y valor científico. Y esto tiene serias implicancias políticas porque basar políticas económicas sobre una hipótesis falsa no sólo es anticientífico e irracional, sino que ya causa severos problemas en las economías de varios países desarrollados que repercuten en los países en vías de desarrollo como el desempleo, encarecimiento de los bienes de consumo, y detención en los procesos de desarrollo e industrialización.

    Comencemos examinando una descripción de la NASA del enorme rol que la hipótesis del calentamiento catastrófico le confiere a la retro-radiación:

    Gráfico de la NASA (Trenberth) del mecanismo de retro-radiación

    Nótese que la radiación superficial emitida es 117% de la radiación promedio del sol y la retro-radiación es del 100% de la radiación solar incidente. Nótese además que sólo el 48% de la radiación solar es absorbida por la superficie de la Tierra. Del 48% de la radiación de energía incidente del sol absorbida por la superficie, se pierde el 25% por evaporación de agua y 5% por pérdidas por convección, dejando apenas 18% para ser emitida por radiación.

    Los proponentes del gran efecto invernadero afirman que el 18% es sólo una diferencia neta entre una mayor tasa de emisión de radiación de una superficie más grande y una gran tasa de retro-radiación. En este caso la diferencia de 117% - 100% = 17%, que es alrededor de ese 18%. Vamos a evaluar esta afirmación.

    Consideremos por un momento a la superficie de la Tierra. La densidad de átomos por metro cúbico en la superficie. La densidad de átomos por metro cúbico en la superficie es de 1 gramo por centímetro cúbico (cm3) de agua que cubre al 71% de la superficie de la Tierra y aún más para materiales en tierra firme o, si también se considera a las sales en los océanos. Expresado como densidad por metro cúbico de agua, esto es 1.000 kg por metro cúbico. Un m3 de agua tiene 3,34 x 1028 moléculas de agua. La emisión y absorción de infrarrojo en una superficie de agua ocurre en los 2 micrones exteriores de la superficie. En consecuencia, hay unas 6,7 x 1022 de moléculas de agua emitiendo radiación infrarroja desde la superficie. Cuando la radiación infrarroja incide sobre la superficie, estas son las mismas moléculas de agua que serían capaces de absorber a la radiación.

    La densidad de la atmósfera cerca de la superficie del mar es 1,225 kg/m3 en una atmósfera estándar de presión y a una temperatura de 15,15º C. Añadir vapor de agua disminuye muy levemente esa densidad. La cantidad de moléculas por metro cúbico a nivel del mar es de 2,55 x 1025/m3. El gas activo en el infrarrojo más importante cerca de la superficie del mar es el vapor de agua y su densidad por metro cúbico es comúnmente entre 10g/kg a 14 g/kg de aire. A una humedad específica de 12 g/kg, la cantidad de moléculas de agua/m3 es de unas 4,9 x 1023. En consecuencia hay más moléculas de agua (emisoras de radiación) en el primer metro cúbico de aire encima de 1 m2 de superficie de agua, en un factor de 7,3. Esto significa que la radiación que puede ser absorbida por el vapor de agua será absorbida en el primer metro de aire encima de la superficie, a una humedad cercana al promedio de la humedad de la Tierra.

    Hay un informe de que el largo libre promedio de la absorción del vapor de agua en la atmósfera es de hasta unos 8 metros de altura desde la superficie. Si en verdad es tan larga, entonces el resultado que obtenemos más abajo sobre la cantidad de retro-radiación puede multiplicarse por un factor de 8. Ese número seguiría siendo muy poco impresionante.

    Figura 1: La humedad específica promedio del aire se muestra en función de la latitud. La humedad específica es el peso del agua en gramos en un kilogramo de aire.
    En comparación, a 400 ppm de dióxido de carbono, hay 1,0 x 1022 moléculas de CO2/m3. Hay 49 moléculas de vapor de agua por cada molécula de CO2 a una humedad específica de 12 g/kg. Además, la emisividad de las moléculas de CO2 es menos de 40% de las moléculas de vapor de agua. Dado que el pico de absorción de la molécula de CO2 es absorbido por las líneas de absorción del vapor de agua que se solapan sobre las del CO2, el efecto del CO2 cercano a la superficie es mínimo comparado con el del vapor de agua. Esto es menos cierto en altura de más de 4 km donde la concentración del vapor de agua cae en gran manera y la del CO2 se mantiene en proporción a las del nitrógeno y oxígeno, pero tal alturas tiene muy poco que ver con el asunto de la retro-radiación a la superficie.

    Regresando a la retro-radiación causada por el vapor de agua, hallamos que la diferencia de temperatura sobre el rango de un metro de altura, de acuerdo con la Atmósfera Estándar USA es de apenas 0,0065 K/m. Para el aire húmedo, el gradiente de temperatura es todavía menor. De modo que si la superficie del agua y el vapor de agua en el primer metro de aire encima de la superficie son tratados como “cuerpos grises”, tenemos una transferencia de potencia desde la superficie del agua al vapor de agua en la atmósfera de PW.

    Para la superficie 's' y el vapor de agua de la atmósfera 'a', y si tomamos las emisividades como un valor grande de 0,95, usado a menudo por los promotores del calentamiento global catastrófico antropogénico, esto es igual a 0,0033W/m2.

    En realidad esto es una sobrestimación porque hemos ignorado al hecho de que algo del calor de la energía en la superficie es usado para evaporar agua y algo es perdido hacia el aire por medio de colisión de moléculas con la superficie. Gran cantidad de la radiación solar absorbida por la superficie es en verdad transferida desde la superficie de acuerdo con el esquema de la NASA visto más arriba, un total del 30% es retirado de la superficie de la Tierra por la evaporación y la convección/conducción. Esto deja a un 18% para ser irradiado desde la superficie. De manera que si la superficie de la Tierra fuese una interfaz directa con el espacio exterior, el 48% de la radiación solar absorbida sería irradiado totalmente. Pero otros procesos, evaporación y conducción, remueve a la mayor parte desde esta energía, dejando una fracción de apenas 18% / 48% = 0,375 del total del flujo de energía a ser removido por la radiación.

    Pero el vapor de agua no absorbe al infrarrojo a lo largo de todo el espectro de emisión de la superficie. En realidad sólo absorbe al 65%. Por lo menos un 28% de la emisión de superficie es irradiado en la ventana atmosférica donde no hay gases atmosféricos absorbiendo la radiación infrarroja. Veamos al espectro de transmisión de las emisiones infrarrojas del Tierra tomada por el satélite Nimbus IV en 1970 cerca de Guam, en el Pacífico:

    Esto apunta a uno de muchos errores en la manera en que la NASA describe al presupuesto de Energía de la Tierra de la figura.

    Tomando a las dos ventanas atmosféricas con cifras de onda más altas que el pico del espectro de emisión de la Tierra, el infrarrojo irradiado en ellas es de alrededor de 28%. El 28% del 117% de la emisión infrarroja de la superfi-cie reclamada por la NASA es 33%, no el 12% que su esquema le asigna a la radiación perdida de la ventana at-mosférica hacia el espacio desde la superficie. La pérdida directa al espacio de la emisión de superficie, con la descripción del 117% de la NASA, debería ser 2,75 veces lo que NASA pone en su Presupuesto de la Energía de la tierra al comienzo de este artículo. Esta inconsistencia sugiere que la emisión de radiación de la superficie es en realidad mucho menor que el 1175 afirmado por NASA. Si esa emisión es mucho menos, entonces la retro-radiación también tendría que ser mucho menor.

    De manera que la radiación infrarroja realmente absorbida por el vapor de agua es:

    Pero porque de 6,9 x 109 colisiones en el aire cercano al nivel del mar, la mayor parte de esta energía es transferi-da a los gases no radiantes nitrógenos, oxígeno, y argón. Sólo el 20% es re-irradiado y la mitad de eso es radiado hacia el espacio. En consecuencia, la retro-radiación total que puede ser absorbida por la superficie PB es de alrededor:

    Así, la retro-radiación absorbida tiene un límite superior de cerca de 0,00023% de la insolación promedio en la parte superior de la atmosfera. (342 W/m2)! Para todo propósito, la retro-radiación absorbida es cero. Este valor debería de ser multiplicado por la ruta media para la absorción por el vapor de agua, que podría ser tan grande como 8 metros en promedio.

    He seguido la ruta verdadera del análisis dictada por el uso de la Navaja de Occam. Supongamos que la NASA está en lo cierto sobre que ese 117% de la radiación solar incidente en la parte superior de la atmósfera está en realidad emitida desde la superficie debido a algún desconocido aporte extra de energía que eleva al 48% del flujo de la energía solar absorbida en la superficie en 117% + 25% + 5% - 48% = 99%, de manera que uno pueda tener 117% de radiación, 25% de evaporación, y 5% de mecanismos de enfriamiento por conducción operando. ¿Es posible que esa fuente de 99% de calentamiento sea por retro-radiación?

    La radiación de 117% es mayor que el 18% sobre el que se realizó la versión de la Navaja de Occam para los cálculos. De hecho, la retro-radiación por metro de camino libre medio es entonces 117% / 18% = 6,5 veces más grande que el valor que se calculó. De modo que si asumimos que el camino libre promedio del vapor de agua es 8 metros, tenemos 8 (6,5) (0,00023%) = 0,012%, que no parece ser para nada igual al 100% afirmado por la NASA.

    A causa de que la retro-radiación a la superficie es insignificante comparado con las afirma-ciones hechas por los proponentes de la hipótesis de calentamiento por CO2, el mecanismo sobre el que descansa esa teoría está errado. Ciertamente, añadir dióxido de carbono a la atmósfera hará que más radiación solar sea absorbida por la atmósfera antes de que llegue hasta la superficie. Esto dará por resultado en un enfriamiento de la superficie.

    Además, más CO2 cerca de la superficie hará que el gradiente de temperatura en la atmósfera se haga ligeramente más pequeño, de la misma forma que el vapor de agua absorbente de infrarrojo lo hace más pequeño. Esto es porque los efectos del transporte de radiación operan a la velocidad de la luz, que es mucho más rápida que transporte por evaporación/condensación, o el transporte de energía por conducción/convección. Dado que todos retiran energía de la superficie, esos son efectos enfriadores. Como resultado, añadir CO2 a la atmósfera en realidad causa un ligero enfriamiento de la superficie, al revés de las afirmaciones de que causa un sustancial efecto de calentamiento.

    Las fuentes primarias del CO2 en la atmósfera son los mares en calentamiento, la vida vegetal en descomposición, y los venteos de calor y emisiones volcánicas. Dado que el CO2 en la atmósfera crea un pequeño enfriamiento de la superficie, actúa como una realimentación negativa para el calentamiento de los océanos que causan que lo aumenten y enfría ligeramente a las plantas en descomposición frenando a la futura generación de CO2 de esa fuente. Por supuesto, las fuentes submarinas de escapes de calor del manto a través de las uniones en las placas tectónicas, y otras emisiones volcánicas también están proveyendo calor, de modo que el CO2, como un enfriador de la superficie actúa para estabilizar a la temperatura de la Tierra lo mismo que lo hace el vapor de agua. Tiene efectos de realimentación negativos. No está más sujeto a la clase de catástrofes del punto de no retorno que los alarmistas del calentamiento global ponen como más potente, aunque sus efectos son mucho, mucho más débiles.

    Por lo expuesto más arriba, el CO2 no tiene el gran efecto "calentador" sino que contribuye a enfriar a la atmósfera y a la superficie de la Tierra.



    Comentario de Eduardo Ferreyra: El concepto del efecto invernadero se ha prestado a mucha confusión. De la observación de las atmósferas de los planetas Venus y Marte, donde ambos tienen una proporción de alrededor del 90% de CO2, se comprueba que este gas no juega un rol importante en la temperatura de la superficie del planeta, porque mientras Venus tiene una tempera-tura de unos 450ºC, Marte tiene una temperatura por debajo de cero grados.

    Es el peso de la atmósfera y la distancia relativa al sol la que da por resultado las temperaturas de cada planeta. Venus tiene una presión atmosférica 90 veces más alta que la de la Tierra, y la de Marte es menos de la mitad de la terrestre. El gran volumen de CO2 en Venus comprime a los niveles inferio-res de la atmósfera y, ayudado por la cercanía al sol, calienta enormemente al planeta. Lo contrario es lo que sucede en Marte. Afortunadamente, la Tierra fue creada en una región del espacio dentro de un rango del 5% entre el mínimo y el máximo admisible para la existencia de la vida tal como la conocemos.

    La temperatura en la superficie de la Luna, donde no hay “efecto invernadero” de gases, es de unos 125º C en la cara expuesta al sol, y de unos -230º C en la cara oculta a los rayos solares. El famoso “efecto invernadero” lo provee la atmósfera de la Tierra –pero no como la absorción de energía o calor por las moléculas de gases sino porque el calor de las zonas iluminadas produce corrientes convectivas ascendentes y grandes movimientos de masas de aire en la forma de vientos que distribuyen la tempe-ratura desde las zonas más calientes hacia las regiones más frías.

    Así es que el famoso “efecto invernadero” no es otra cosa que un transporte de calor de una región a otra por los vientos que son provocados por las gradientes de temperatura, tanto desde el ecuador hacia los polos, como a lo largo de los paralelos, desde las zonas cálidas diurnas hacia las regiones más frías de las que ocurren en las noches. De esa manera se evita la enorme diferencia de temperatura que se observa en la Luna, +125º C y -230º C, manteniéndola en unos agradables 15º C de promedio.

    Sobre todo, lo que demuestra sin lugar a dudas la incapacidad del CO2 de almacenar y mantener el calor de la atmósfera está demostrado por un hecho irrefutable: En la región del desierto del Sahara se registra –en la estación de Hoggar- una máxima de alrededor de 55º C y una mínima de -5º C. Corrién-donos hacia el oeste y llegando al Amazonas, se comprueba que en la época de lluvias la máxima llega a ser de 34ºC y la mínima es de unos 23ºC. Significa que la amplitud térmica en Hoggar de unos 50ºC mientras que en el Amazonas es de unos 8ºC. Se infiere de allí que en Hoggar el calor fue irradiado hacia el espacio exterior durante la noche y en el Amazonas se mantuvo. La diferencia entre Hoggar, en el desierto del Sahara y el Amazonas es que en el primero la humedad relativa ambiente no sobre-pasa el 5% mientras que en las selvas lluviosas la humedad relativa ambiente ronda el 90%. La similitud entre ambas regiones, sin embargo, es que en ambas la concentración de CO2 es la misma, con ligerísimas diferencia de dos o tres partes por millón. Queda claro que el CO2 del desierto no “almacenó” calor durante la noche, y que fue el vapor de agua en el Amazonas quien impidió la radiación de energía al espacio.

    El vapor de agua tiene una concentración en la atmósfera varios órdenes de magnitud mayor que el CO2, ya que el 50% promedio de vapor de agua en la atmósfera es mucho más grande que el 0,004% de la concentración del CO2. El vapor de agua en las selvas absorbe la energía irradiada por la superficie de la Tierra durante el día y la noche, pero la transmite por contacto directo a las moléculas de oxígeno y nitrógeno que, por ser moléculas dipolares, no irradian fotones y mantienen a la energía. Sin embargo pierden energía por contacto con las otras moléculas de gases de tres o más moléculas que sí tienen la propiedad de irradiar energía en la forma de fotones. Pero la ausencia de vapor de agua en la atmósfera del Sahara permite que la irradiación del calor desde la superficie pase casi directamente hacia el espacio exterior en su casi totalidad, mientras que el CO2, por su muy escasa concentración atmosférica, apenas si intercepta la radiación emitida por la superficie.

    Eduardo Ferreyra
    Presidente de FAEC


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