Como ya se ha comentado en el apartado anterior, el Sol impulsa el clima de la Tierra, irradiando energía en longitudes de onda muy cortas, predominantemente en la parte visible o casi visible (por ejemplo, ultravioleta) del espectro de radiación electromagnética. Aproximadamente un tercio de la energía solar que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre se refleja directamente en el espacio. Los dos tercios restantes son absorbidos por la superficie y, en menor medida, por la atmósfera. Para equilibrar la energía absorbida, la Tierra debe, por término medio, irradiar la misma cantidad de energía al espacio.
Como la Tierra es mucho más fría que el Sol, irradia en longitudes de onda mucho más largas, principalmente en la parte infrarroja del espectro. Gran parte de esta radiación térmica emitida por la tierra y el océano es absorbida por la atmósfera, incluidas las nubes, y devuelta a la Tierra. Es lo que se denomina efecto invernadero (Greenhouse effect, GH en inglés o EI en español). Este efecto recibe este nombre porque, aunque a través de un proceso físico diferente, se asemeja al efecto que producen las paredes de cristal de un invernadero reduciendo el flujo de aire y aumentando su temperatura en el interior del mismo. La Figura 2(a) muestra visualmente este fenómeno por el cual el efecto invernadero de la Tierra calienta la superficie del planeta. Sin el efecto invernadero natural, la temperatura media en la superficie de la Tierra estaría por debajo del punto de congelación del agua. Así pues, el efecto invernadero natural de la Tierra hace posible la vida tal y como se conoce.
Pero, realmente ¿Qué hace posible este efecto?, como ya se ha introducido en el apartado anterior, la respuesta a esta pregunta viene de la mano fundamentalmente de aquellos componentes gaseosos de la atmósfera, conocidos en consecuencia como gases de efecto invernadero (GEI en español o GHG en inglés). Estos gases, tanto naturales como antropogénicos, absorben y emiten radiación en determinadas longitudes de onda del espectro de radiación infrarroja emitido por la superficie de la Tierra, la atmósfera y las nubes.
Figura 2. (a) Efecto invernadero natural. (b) Efecto invernadero aumentado como consecuencia de las actividades humanas posteriores a la era industrial
Fuente: Elaboración propia a partir de material gráfico con licencia Common Creative
Los dos gases más abundantes en la atmósfera, el nitrógeno (que representa el 78% de la atmósfera seca) y el oxígeno (que representa el 21%), no ejercen prácticamente ningún efecto invernadero. En cambio, el efecto invernadero procede de moléculas más complejas y mucho menos comunes. El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante, y el dióxido de carbono (CO2), el segundo. El metano (CH4), el óxido nitroso (N2O), el ozono (O3) y otros gases presentes en la atmósfera en pequeñas cantidades también contribuyen al efecto invernadero (por ejemplo, los gases halocarbonados utilizados en actividades humanas o industriales).
Si se analiza con un poco más de detalle este efecto, se puede observar que, en las regiones ecuatoriales húmedas -donde hay tanto vapor de agua en el aire- que el efecto invernadero es muy grande, por lo que añadir una pequeña cantidad adicional de CO2 o vapor de agua sólo tiene un pequeño impacto directo en la radiación infrarroja descendente. Sin embargo, en las regiones polares frías y secas, el efecto de un pequeño aumento de CO2 o de vapor de agua es mucho mayor. Lo mismo ocurre en la atmósfera superior, fría y seca, donde un pequeño aumento del vapor de agua influye más en el efecto invernadero que el mismo cambio en el vapor de agua cerca de la superficie.
Varios componentes del sistema climático, en particular los océanos y los seres vivos, influyen en las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, las plantas extraen CO2 de la atmósfera y lo transforman (junto con el agua) en hidratos de carbono mediante la fotosíntesis.
Finalmente cabe comentar el papel importante que juegan las nubes en el mecanismo de retroalimentación de este efecto invernadero, ya que absorben eficazmente la radiación infrarroja y, por tanto, ejercen un gran efecto invernadero que calienta la Tierra. Las nubes también son efectivas a la hora de reflejar la radiación solar entrante, enfriando así la Tierra. Un cambio en casi cualquier aspecto de las nubes, como su tipo, ubicación, contenido de agua, altitud de las nubes, tamaño y forma de las partículas o tiempo de vida, afecta al grado en que las nubes calientan o enfrían la Tierra. Algunos cambios amplifican el calentamiento, mientras que otros lo disminuyen. Actualmente se está investigando mucho para comprender mejor cómo cambian las nubes en respuesta al calentamiento climático, y cómo estos cambios afectan al clima a través de diversos mecanismos de retroalimentación.
Por otro lado, desde la llamada Revolución industrial (iniciada en la segunda mitad del siglo XVIII y concluida entre 1820-1840) hasta nuestros días, las actividades humanas han ido añadiendo progresivamente gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente a través de actividades industriales, la quema de combustibles fósiles y la tala de bosques intensificando enormemente el efecto invernadero natural, dando lugar a lo que se conoce como efecto invernadero aumentado o intensificado (ver Figura 2 (b)) siendo este el principal causante del calentamiento global acelerado que está sufriendo el sistema climático terrestre.
Desde un punto de vista físico, el calentamiento global se traduce en un aumento de la temperatura media mundial consecuencia del desequilibrio operado en el balance radiativo del sistema climático ya que se está produciendo un incremento de la absorción de la energía solar por parte del planeta en relación con la energía que está emitiendo hacia el espacio (forzamiento positivo), como tal se atribuye fundamentalmente a los gases de efecto invernadero de origen antropogénico y se manifiesta en un incremento de la temperatura del aire y los océanos, el aumento de la fusión de la cubierta de nieve y el hielo y la subida del nivel del mar.
Para establecer evidencias científicas de este calentamiento, también se define como el aumento de la temperatura global en superficie en relación con un período de referencia, promediado a lo largo de un período suficiente para eliminar las variaciones interanuales (por ejemplo, 20 o 30 años). Una elección común para la línea de base es 1850-1900 (el periodo más antiguo de observaciones fiables con suficiente cobertura geográfica) aunque dependiendo de los estudios y modelos se han utilizado líneas de base más modernas.
Hoy día existen evidencias científicas más que evidentes para poder afirmar que el calentamiento global se ha acelerado. De hecho, según la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos (NASA) estima que desde 1880 la temperatura global de la superficie terrestre ha aumentado 1.01ºC.