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Calentamiento global
Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori
2017
1
Impacto ambiental
de la Revolución
Industrial
• Incremento masivo del uso de energía de origen fósil
• Economías de base agraria, con utilización de maquinarias
• Rápido y amplio crecimiento en la producción de bienes
• Crecimiento sostenido de la población, con migración hacia
centros urbanos
• Incrementos de medios de transporte y de calidad de vida
Algunas consecuencias ambientales de
la Revolución Industrial
• Contaminación del aire
• Polución del agua
• Calentamiento global
• Precipitaciones ácidas
• Deforestaciones
• Destrucción de ecosistemas
La Tierra por dentro
Las capas de la Tierra son
esencialmente cuatro:
1.
2.
3.
4.
Núcleo interno:
mayoritariamente Fe y Ni
(1200 km)
Núcleo externo (fundido):
mayoritariamente Fe, Mg, Ca
y S (2250 km)
El manto: esencialmente
materiales rocosos (2800 km)
La corteza:
1. Corteza oceánica:
esencialmente roca
basáltica (volcánica)
(aprox. 7 km)
2. Corteza continental: roca
granítica (ricas en Si) o
similar (aprox. 35 km)
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La Tierra por dentro
Conforme me acerco al centro de
la Tierra, la presión (mayor peso
gravitatorio) aumenta y por lo
tanto la materia se hace más
densa. También la temperatura
aumenta por la presencia de
materiales radioactivos que se
fisionan liberando energía y por lo
tanto calor.
El calor disminuye la densidad de
la materia y por lo tanto (como en
el agua) busca flotar y asciende;
en compensación materia más fría
desciende. Este fenómeno se
llama convección y es el que
transfiere el calor interno de la
Tierra hasta nuestra superficie. La
Tierra por dentro es nuestra
principal fuente de calor.
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Fuentes de calor en la Tierra
La principal fuente de calor de la Tierra es interna, y es la
responsable de los movimientos tectónicos, los terremotos y
las erupciones volcánicas.
Según las teorías actuales, el centro de la Tierra es una fuente
de material radioactivo (núcleos inestables y por lo tanto en
constante decaimiento) esencialmente de Uranio-238, Torio232 y Potasio-40.
Uranio-238: posee 92 protones y 146 neutrones (92+146 =
238)
Torio-232: posee 90 protones y 142 neutrones (90+142 = 232)
Potasio-40: posee 19 protones y 21 neutrones (19+21 = 40)
Por ser inestables se transforman en elementos más livianos
liberando energía y por lo tanto calor.
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El Sol
La segunda fuente de calor para la
Tierra es el Sol. Dicha energía llega a la
Tierra en forma de ondas
electromagnéticas (luz y radiaciones no
visibles).
Es el único objeto en el Sistema Solar
donde ocurren reacciones nucleares,
fuente primaria de la radiación emitida.
Estas reacciones nucleares pueden
ocurrir debido a que su enorme masa
determina altísimas presiones en el
centro del astro, las cuáles provocan el
choque entre núcleos de H (1 protón)
para formar He (2 protones y 2
neutrones):
4H
1 He + otras partículas
Por convección esta energía llega a la
superficie, y es irradiada como ondas
electromagnéticas al espacio.
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El Clima
El clima es el
resultado de la
interacción entre
la atmósfera, los
océanos, las capas
de hielos
(criósfera), los
organismos
vivientes
(biósfera), los
suelos, sedimentos
y rocas (geósfera)
y la energía del sol.
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Cambio climático
Se llama cambio climático a la alteración del clima respecto a su
histórico promedio y su variabilidad histórica.
Los cambios climáticos grandes ocurren aproximadamente cada
100 mil años, con ciclos de avance y retroceso de glaciares,
mientras que cada 20 mil a 40 mil años pueden ocurrir períodos
secundarios de enfriamiento.
Adicionalmente, las actividades humanas han modificado la
tasa de cambio climático en los últimos 150-200 años.
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Espectro de radiaciones
electromagnéticas
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Efecto invernadero en la Tierra
La superficie terrestre es calentada
por la radiación visible y (en parte)
infrarroja provenientes del sol. La
luz visible es absorbida por la
superficie y es re-emitida como
infrarroja.
La pequeña porción de gases
invernadero (principalmente H2O y
CO2) absorbe y re-emite radiación
infrarroja, manteniéndose así una
temperatura atmosférica apropiada
para la vida.
Los gases atmosféricos en mayor
proporción (N2 y O2) no son gases
invernadero.
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Composición de la atmósfera
Atmos en griego significa vapor, aire.
Cada cuerpo celeste posee su propia atmósfera. La atmósfera seca (sin
considerar el vapor de agua) de la Tierra tiene la siguiente composición:
nitrógeno
N2
78.08% en volumen
oxígeno
O2
20.95% en volumen
argón
Ar
0.93% en volumen
anhídrido carbónico
CO2
~0.03% en volumen
El 0,01 % restante incluye aproximadamente un 0,000006%
ozono y gran variedad de otros gases presentes en cantidades muy
reducidas, llamados gases traza.
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La atmósfera
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Distribución de gases en la atmósfera
La presión
atmosférica decrece
con la altura
Casi toda la masa
gaseosa está cerca de
la superficie (50% en
los primeros 6 km)
Above 99%
Above 90%
Casi toda la energía es
capturada cerca de la
superficie
Dicha energía es en
parte responsable del
clima terrestre
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Above 50%
Pressure (mb)
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Gases invernadero
• Los gases invernadero son eficientes en la absorción de radiación
infrarroja, transformando esta energía lumínica en calor. El N2 y el O2 no
tienen dicha capacidad.
• A pesar de estar en pequeñas proporciones, los gases invernadero son
esenciales para conservar la temperatura del planeta, entre ellos:
H2O – vapor de agua
CO2 – dióxido de carbono
CH4 – metano (en parte antropogénico -actividad ganadera)
HCFCs e HFC (antropogénicos)
N2O (Óxido nitroso)
O3 (ozono)
El más abundante es el vapor de agua y por lo tanto la mayor fracción
del efecto invernadero se debe a este gas, que transfiere el calor a los
demás gases de la atmósfera.
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Agua
Por su abundancia es el gas de invernadero de mayor importancia,
jugando un papel vital en el balance global energético de la
atmósfera.
Su ciclo está regulado por los climas y no es de origen
antropogénico.
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Dióxido de carbono (CO2)
Se disuelve en los océanos y es consumido en los procesos fotosintéticos.
Fuentes naturales: respiración de organismos, descomposición de materia
orgánica, incendios forestales naturales, volcanes, etc.
Fuentes antropogénicas: quema de combustibles fósiles, cambios en el uso
de suelos (principalmente deforestación), quema de biomasa, manufactura
de cemento, etc.
Duración: 100 años
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Metano (CH4)
Es producto de procesos anaeróbicos y es destruido por reacción con
radicales hidroxilo libres (-OH).
Fuentes naturales: descomposición de materia orgánica en condiciones
anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes.
Fuentes antropogénicas: cultivos de arroz, quema de biomasa, quema de
combustibles fósiles, basureros y cría de rumiantes.
Duración: 10 años
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Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e
Hidrofluorocarbonos (HFCs)
Compuestos de origen antropogénico (producción industrial) que
están sustituyendo a los CFCs (más contaminantes).
Duración: 100 años
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Óxido nitroso (N2O)
Es destruido fotoquímicamente.
Fuentes naturales: producto natural de océanos y bosques lluviosos.
Fuentes antropogénicas: producción de nylon y ácido nítrico, prácticas
agrícolas (ciclo del nitrógeno), automóviles con convertidores catalíticos
de doble vía, quema de biomasa y combustibles.
Duración: 150 años
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Ozono (O3)
El ozono en la estratosfera filtra los UV dañinos para las estructuras
biológicas. Su concentración varía según la altura.
Se forma a través de reacciones que involucran radiación solar, O2 y un
átomo solitario de oxígeno.
Es generado por procesos industriales y constituye un potente
contaminante atmosférico en la troposfera superficial.
Es destruido por procesos que involucran a radicales hidroxilos y cloro
(Cl, ClO).
Duración: 3 meses
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Equilibrio vapor-líquido del agua
La combinación de tres factores: distancia al sol, el albedo (% de
radiación reflejada) y el efecto invernadero mantienen el equilibrio
líquido-vapor del agua en el planeta.
El vapor de H2O es un gas invernadero y su presencia en la atmósfera
está regulada por las condiciones de presión y temperatura, a través de
la evaporación, vientos y precipitaciones.
Entonces, la mayor presencia en la atmósfera de CO2, al incrementar el
efecto invernadero, podría estar incrementando la evaporación, y por lo
tanto la presencia de vapor de agua en atmosfera, potenciando aún más
el efecto invernadero.
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Cambio climático
Fuentes antropogénicas
Quema de petróleo, gas y carbón para
producción de energía y transporte. Cría de
ganado
Industria
Acumulación en la atmósfera de cantidades apreciables de gases invernadero
Dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4)
Oxido nitroso (N2O), Hidroclorofluorocarbonos
(HCFCs) e hidrofluorocarbonados (HFCs)
Incrementos del efecto invernadero y consecuencias
Aumento global de la temperatura, variaciones locales de temperaturas, y cambios en los
patrones de precipitaciones
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Absorción de radiación electromagnética
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Datos científicos
Según datos del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático
(IPCC), organismo fundando por Naciones Unidas, el cambio climático
causado por los gases antropogénicos de "efecto invernadero" ha
generado los siguientes efectos:
1. Aumento en 0,6° C de la temperatura media de la Tierra en los
últimos 100 años, lo que ha generado cambios en la superficie
terrestre.
2. Elevación del nivel medio del mar en aproximadamente 30 cm
como consecuencia del derretimiento de los glaciares y polos.
3. Las emisiones antropogénicas de CO2 acumuladas entre 1991 y
2010 estarían alrededor de las 1000 gigatoneladas.
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Variación de las temperaturas máximas
anuales (1951-1990)
Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum
temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023.
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Variación de las temperaturas mínimas
anuales (1951-1990)
Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum
temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023.
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Variación de la brecha entre temperaturas
máximas y mínimas anuales (1951-1990)
Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum
temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023.
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Consecuencias del incremento del efecto
invernadero
1.
El descongelamiento de las nieves en las regiones sub-polares afecta la
estabilidad de los suelos causando severos daños en las infraestructuras
2.
El descongelamiento de los glaciares aumenta el nivel de los océanos,
aumentando la salinidad de los suelos costeros, con los consecuentes
impactos para la vida silvestre.
3.
El calentamiento de las regiones templadas favorece el aumento de
vectores (insectos principalmente) y de parásitos, con impactos directos
para el hombre (enfermedades) e indirectos (agricultura).
4.
Los cambios en los patrones de lluvias fuerza una adaptación de
temporadas de siembra y cosecha.
5.
Posible incremento de tormentas y huracanes tropicales.
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Consecuencias del incremento del efecto
invernadero
6. Cambios en la disponibilidad del agua, tras sequías, inundaciones, cambios
en las precipitaciones, etc.
7. Para algunas especies existen umbrales de temperatura, los cuales
atravesados pueden consecuencias negativas para ellas.
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Factores de mitigación
1.
Si bien el H2O (vapor) es el gas que más participación tiene en el
efecto invernadero, no es un gas que el hombre pueda controlar
directamente, ya que proviene de la evaporación de mares, lagos, ríos,
etc.
2.
Sí en cambio puede controlar la emisión y consumo de CO2, y también
la emisión de CH4, N2O, HCFC e HFC.
3.
El impacto real del CO2 en la atmósfera estará dado por cómo se
estabilicen los otros gases de efecto invernadero, como una
consecuencia combinada de sus propias fuentes y de la estabilización
del mismo CO2.
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Nuestra humilde contribución
Utilizar papel
reciclado
Reducir el consumo
de energía eléctrica
Limitar el consumo
de agua
Hacer mayor uso de
la energía solar
Reciclar envases de
aluminio, plástico y
vidrio; cartón y papel
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Utilizar bombillas
fluorescentes
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Nuestra humilde contribución
Sembrar árboles
alrededor de la casa
para reducir el uso de
acondicionadores de
aire
Adquirir productos
sin empaque o con
empaque reciclado
o reciclable
Hacer uso eficiente del
automóvil
Caminar o utilizar
transportes públicos
Crear conciencia sobre la
importancia de tomar acciones
dirigidas a reducir el impacto
del calentamiento global
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Escenarios climáticos
Según el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC)
1.
Escenarios A1
1.
Rápido crecimiento económico
2. Máximo de población mundial hacia mediados del siglo, disminuyendo
posteriormente
3. Rápida introducción de tecnologías nuevas y más eficientes.
Tres grupos con alternativas en el sistema de energía: utilización intensiva de
combustibles de origen fósil (A1FI), utilización de fuentes de energía no de origen
fósil (A1T), o utilización equilibrada de todo tipo de fuentes (A1B).
2. Escenarios A2
1.
Mundo muy heterogéneo
2. Autosuficiencia y conservaciones de identidades locales
3. Población mundial en continuo crecimiento
4. Crecimiento económico por habitante y cambios tecnológicos fragmentados.
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Escenarios climáticos (cont.)
Según el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC)
1.
Escenarios B1
1.
Mundo convergente, con una población que se maximiza a mediados de siglo, y
desciende posteriormente.
2. Rápidos cambios de las estructuras económicas, orientados a economías de
servicios e información.
3. Menor utilización de materiales y tecnologías más limpias.
4. A escala global, mundo más sostenible e igualitario.
2. Escenario B2
1.
Soluciones locales a la sostenibilidad económica, social y ambiental.
2. Población en aumento, a un ritmo menor que en A2.
3. Niveles de desarrollo intermedios, con cambios tecnológicos mas lentos y
diversos que en B1 y A1.
4. Protección del ambiente e igualdad social, pero a nivel local.
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