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Simulación del flujo del CO2 en la atmósfera

  |   IES Valle del Saja

Este último fin de semana más de 190 países reunidos en la Cumbre del Clima de Lima (XX Conferencia Internacional sobre Cambio Climático –COP 20-) con el objetivo de alcanzar un acuerdo provisional mundial para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero, consiguieron, después de 13 días de arduas y lentas negociaciones, y no sin antes flexibilizar posturas, un acuerdo de mínimos que permite mantener una pizca de optimismo de cara a la próxima cumbre que está previsto celebrarse en París en octubre de 2015. Entonces se deberá lograr un nuevo pacto global que sustituya al Protocolo de Kioto vigente desde 2005.

 

El objetivo a conseguir en París consistirá en evitar que la temperatura del planeta se incremente en más de 2 ºC, límite considerado por los científicos para evitar consecuencias catastróficas derivadas de los cambios en el clima.

 

Precisamente hace unos pocos días, Álvaro Fernández Castañeda, estudiante de 3º de ESO, enviaba la noticia que puede leerse en la siguiente dirección:

http://www.cambioclimatico.org/contenido/como-circulan-emisiones-CO2-atmosfera-video-nasa

 

En ella se nos da a conocer una simulación creada por la NASA donde puede observarse el transporte del CO2 en la atmósfera. El CO2 es uno de los gases de efecto invernadero cuya concentración en la atmósfera está aumentando de manera constante como resultado de las actividades humanas. Se estima que alrededor de la mitad de la cantidad emitida de CO2 permanece en la atmósfera, mientras que la otra mitad es absorbida por las plantas (ecosistemas terrestres) y por los océanos del planeta. Son bastante desconocidos los procesos que controlan el flujo de dióxido de carbono entre las plantas, los océanos y la atmósfera, y en este punto es donde parecen tener bastante importancia los modelos de simulación que puedan predecir este flujo, así como la localización geográfica de las fuentes y los sumideros del gas y, también, las oscilaciones que sufra la concentración de CO2 en las diferentes estaciones. Parece que así podrá conocerse la velocidad de acumulación del gas en la atmósfera y, como respuesta, la de calentamiento del planeta.

 

El modelo creado por la NASA considera, por una parte, medidas de las emisiones y de las concentraciones de CO2 en diferentes instantes y puntos de la atmósfera, por otra, un software denominado “modelo de transporte químico” en el que los científicos de la atmósfera combinan los procesos atmosféricos correspondientes a un determinado modelo de clima con información adicional sobre los compuestos químicos importantes presentes, incluyendo aquí las reacciones químicas a las que dichos compuestos dan lugar, sus fuentes en la superficie de la Tierra y los mecanismos que los eliminan del aire denominados sumideros.

 

Respecto a las medidas del CO2 en función de tiempo y posición, la NASA dispone de un satélite, el OCO-2, dedicado al estudio y medición precisa de este gas en la atmósfera. Fue lanzado el 2 de julio del año en curso desde California, y es la primera nave espacial de la NASA cuyo objetivo es el estudio del CO2.

Recreación artística del observatorio OCO-2

Recreación artística del observatorio OCO-2

Preparación del OCO-2 antes de su puesta en órbita

Preparando el OCO-2 antes de su puesta en órbita

En la siguiente dirección puede verse un breve vídeo en el que se simula el lanzamiento de la nave, la separación del satélite (observatorio del CO2) del vehículo de lanzamiento, el despliegue de sus paneles solares…:

https://www.youtube.com/watch?v=MOc_N6uhzag&list=PLTiv_XWHnOZrc_nIeYjlzpcr_3HioYGlo#t=15

 

El satélite OCO-2 está diseñado para estudiar con medidas de gran precisión e imágenes de alta resolución, las fuentes y sumideros de dióxido de carbono a nivel mundial y cuantificar su variabilidad a lo largo del ciclo estacional, proporcionando así a los científicos una mejor idea de cómo este gas está contribuyendo al cambio climático. También se nos explica esto en el siguiente vídeo:

https://www.youtube.com/watch?v=ZVnfzVmViKs

 

Está previsto que la misión del OCO-2 dure al menos dos años. Durante ese tiempo estará tomando alrededor de 24 mediciones de CO2 en la atmósfera por segundo, con un campo de visión de aproximadamente tres kilómetros cuadrados. Se sabe que las nubes y otros elementos atmosféricos suponen un importante obstáculo para las medidas por lo que se estima en unas 100 000 las instantáneas diarias útiles.

Cobertura mundial que el OCO-2 proporcionará cada 16 días

Cobertura mundial que el OCO-2 proporciona cada 16 días

Los instrumentos con los que está equipado el observatorio del CO2 (OCO-2) miden en un lugar determinado la intensidad de la luz solar reflejada por la superficie de la Tierra en longitudes de onda específicas. Las moléculas de gas en la atmósfera pueden absorber la luz del sol en esas longitudes de onda específicas, de modo que cuando la luz solar reflejada pasa a través de la atmósfera de la Tierra, los gases que están presentes dejan una huella distintiva que puede ser detectada mediante instrumentos como los que lleva instalados el OCO-2, los denominados espectrómetros. Concretamente se miden los niveles de absorción en la zona del espectro electromagnético correspondiente al infrarrojo cercano al visible de dos gases atmosféricos, el oxígeno y el dióxido de carbono. El primero de ellos a una longitud de onda de 0,76 micrómetros , y el segundo a 1,61 y 2,06 micrómetros. El espectro de absorción del oxígeno se utiliza como medida de referencia ya que se conoce la concentración de este gas en la atmósfera y su distribución es uniforme. A través de los espectros de absorción puede determinarse el número de moléculas de gas en la región en la que mide el instrumento.

Recreación de las mediciones desde el espacio

Recreación de las mediciones desde el espacio

Radiación reflejada por diferentes ecosistemas terrestres en función de la radiación incidente, para las tres longitudes de onda que mide OCO-2

Radiación reflejada por diferentes ecosistemas terrestres en función de la radiación incidente, para las tres longitudes de onda en que mide OCO-2

Los tres espectrómetros que utiliza el observatorio (uno por cada longitud de onda en la que mide) son de rejilla de difracción, lo que significa que consiguen separar la energía de la luz entrante en un espectro de múltiples colores componentes. Pero el patrón espectral característico del CO2 puede incluir muy pequeñas variaciones en la longitud de onda por lo que el OCO-2 debe ser capaz de detectar estos cambios. Para ello incorpora 17500 colores diferentes que cubren toda la gama de longitud de onda que puede ser vista por el ojo humano. Además, para intentar evitar ciertas fuentes de error el instrumento se mantiene aproximadamente en -120 ºC.

La medida del CO2 se efectúa en una columna de aire

La medida del CO2 se efectúa en una columna de aire

Resulta también de sumo interés saber que además de los satélites utilizados con fines militares (satélites de reconocimiento y armas antisatélite) o de los empleados en las telecomunicaciones, existen otros con diferentes objetivos como, por ejemplo, los satélites de observación terrestre (sin fines militares) con uso científico; este es el caso del OCO-2 y de otros cinco satélites internacionales que constituyen la denominada “constelación A-Train”. Esta flota de satélites gira alrededor del planeta cada 99 minutos realizando observaciones prácticamente simultáneas.

 

Grupo de satélites para la comprensión del cambio climático

Grupo de satélites que utiliza la Ciencia para la comprensión del cambio climático

Si te interesa conocer cuáles son las observaciones que realizan esos cinco satélites que acompañan a OCO-2, puedes dar rienda suelta a tu curiosidad en la siguiente dirección: http://atrain.nasa.gov/

 

En cualquier caso, y aun siendo no solo de suma importancia sino además necesaria la observación y medida del CO2 atmosférico, así como los modelos de simulación, no es menos cierto que urge ya un acuerdo mundial que consiga minimizar las emisiones de los gases de efecto invernadero, a la par que el apoyo económico por parte de los gobiernos que permita el avance de las investigaciones, ya en marcha en los últimos años, para la puesta en marcha y la optimización de técnicas alternativas tanto para la captura como para el almacenamiento del CO2. Tema éste que quizás abordemos en el futuro en alguna otra entrada.