Ejercicios: Gases de efecto invernadero, albedo y ciclos de retroalimentación

Nombra tres gases de efecto invernadero. Para cada uno, da una fuente natural o una fuente humana.

Define el albedo. ¿Qué superficie tiene mayor albedo: la nieve fresca o el océano abierto? Explica qué implica esto sobre cuánta luz solar absorbe cada superficie.

Nombra los tres ciclos de Milankovitch. Para cada uno, indica qué parte de la órbita o de la orientación de la Tierra cambia (usa excentricidad, inclinación del eje y precesión).

La energía solar promedio que llega al tope de la atmósfera (constante solar) es $1{,}361\ \text{W/m}^2$ sobre una superficie que mira al Sol. Como la Tierra es una esfera, el promedio sobre todo el planeta es la cuarta parte de ese valor. El albedo de la Tierra es 0.30.

1. Calcula la energía solar promedio absorbida por metro cuadrado, $\frac{S(1-\alpha)}{4}$.

2. Sin ningún efecto invernadero, la temperatura superficial promedio de la Tierra sería de unos $-18\,^\circ\text{C}$. El promedio real es de unos $15\,^\circ\text{C}$. Calcula la diferencia.

3. Explica cómo los gases de efecto invernadero causan esta diferencia.

Valores de albedo de varias superficies:

La luz solar llega a cada superficie a $1{,}000\ \text{W/m}^2$.

1. Calcula la energía absorbida por metro cuadrado por la nieve fresca y por el océano abierto.

2. Calcula cuánta más energía absorbe un metro cuadrado cuando el hielo marino (supón albedo 0.85) se derrite y se convierte en océano abierto.

3. Explica qué significa esto para el calentamiento del Ártico.

Clasifica cada uno de los siguientes casos como retroalimentación positiva (amplificadora) o negativa (estabilizadora) y justifica cada respuesta:

1. El calentamiento derrite el hielo marino del Ártico, lo que reduce el albedo, lo que causa más calentamiento.

2. El aire más cálido retiene más vapor de agua, un gas de efecto invernadero, lo que causa más calentamiento.

3. Más CO$_2$ atmosférico aumenta el crecimiento de las plantas, que retiran más CO$_2$ del aire.

4. El calentamiento descongela el permafrost, lo que libera metano, lo que causa más calentamiento.

La inclinación del eje de la Tierra (oblicuidad) varía entre unos $22.1^\circ$ y $24.5^\circ$ con un periodo de unos 41,000 años. Desde aproximadamente 1850, el CO$_2$ atmosférico ha subido de unos 280 ppm a unos 420 ppm, en unos 175 años.

1. Calcula el aumento porcentual del CO$_2$.

2. Explica cómo una mayor inclinación cambia el contraste entre verano e invierno en latitudes altas y cómo esto podría influir en el crecimiento o el derretimiento de las capas de hielo.

3. Explica por qué un pequeño cambio en la energía solar causado por los ciclos orbitales no basta por sí solo para explicar la magnitud de los ciclos de las eras glaciales, e identifica al menos dos ciclos de retroalimentación que lo amplifican.

4. Compara la escala de tiempo de los ciclos de Milankovitch con la del aumento reciente del CO$_2$ e indica qué implica esta comparación sobre la causa del calentamiento actual.

Una clase modela el efecto invernadero con dos botellas transparentes idénticas bajo una lámpara. La botella A contiene aire. La botella B contiene aire con CO$_2$ adicional producido al mezclar vinagre y bicarbonato en un recipiente aparte y pasar el gas a la botella. Se lee un termómetro en cada botella antes de encender la lámpara y después de 20 minutos.

1. Calcula el cambio de temperatura en cada botella y la diferencia entre ellos.

2. Usa el modelo para explicar cómo los gases de efecto invernadero atrapan energía térmica.

3. Identifica al menos dos maneras en que el modelo difiere de la atmósfera real de la Tierra.

4. Sugiere un cambio que haría el experimento más confiable.