El efecto invernadero I (el nombre)

En la serie Falacias tratamos de desmontar mitos e ideas falsas más o menos extendidas utilizando el razonamiento lógico cuando es posible. Por cierto, si no conoces esta serie y piensas que el nombre de “Falacias” es incorrecto porque esa palabra tiene un significado diferente en el DRAE, o bien crees que me las doy de iluminado y nadie cree estas cosas, te pido que leas la descripción de la serie antes de seguir.

Vamos a dedicar algunos artículos de la serie a hablar de cosas relacionadas con el denominado efecto invernadero y algunas ideas relacionadas con él que se oyen a menudo pero que son falsas. En el artículo de hoy nos dedicaremos precisamente al nombre de efecto invernadero, que es engañoso en sí mismo y se basa en una idea falsa… aunque, como pasa a menudo, es muy difícil cambiar el nombre de algo una vez que se ha arraigado, de modo que tendremos que acostumbrarnos a él — pero siendo conscientes del origen y la realidad de las cosas.

Al igual que en el caso del artículo anterior sobre los antibióticos y los virus, soy consciente de que la mayor parte de los “habituales” probablemente conocéis la verdad sobre la Falacia de hoy, pero como en aquel caso pretende servir por un lado de apoyo en las discusiones que podáis tener con gente que no sabe la verdad, y por otro para aquellos que aprendieron (normalmente en el colegio) la versión errónea y nunca han podido leer la explicación correcta.

De modo que la afirmación falsa de hoy es sencillamente ésta: El efecto invernadero se llama así porque se basa en el mismo principio físico que los invernaderos construidos por el ser humano — la opacidad de algunas sustancias a la radiación infrarroja.

Mentira cochina.

El problema es doble: por un lado, se leen por ahí explicaciones realmente horribles acerca del efecto invernadero –incluso en libros de texto escolares, lo cual es preocupante–. Por otro lado, existe una concepción errónea bastante generalizada sobre cómo funciona un invernadero de vidrio o plástico y por qué dentro suele alcanzarse una temperatura mayor que la de fuera.

La explicación errónea acerca de cómo funciona un invernadero es la siguiente: “El invernadero está cubierto en su mayor parte de vidrio o plástico que es transparente a la radiación visible, pero opaco a la radiación infrarroja. Por lo tanto, la luz del Sol puede penetrar por los cristales del invernadero y calentar lo que hay dentro, pero la radiación infrarroja emitida por el interior caliente no puede escapar por el vidrio, de modo que el interior alcanza temperaturas bastante elevadas.”

Invernadero: Cálido, pero no por lo que mucha gente piensa.

De hecho, he leído por ahí casi exactamente el mismo razonamiento para explicar por qué el interior de los coches se calienta en verano: “las ventanas del coche son transparentes a la radiación visible pero opacas al infrarrojo, de modo que “atrapan” el calor dentro del coche”.

Esta explicación es incorrecta. Existen varios fenómenos físicos diferentes involucrados en el aumento de temperatura dentro de un invernadero o un coche, pero el responsable fundamental tanto en uno como en otro no es la opacidad de nada a ninguna radiación (aunque sí sea cierto que el vidrio es opaco al infrarrojo lejano), sino la ausencia de un fenómeno completamente diferente: la convección.

Aunque no quiero extenderme demasiado en esto, el funcionamiento de la convección es bastante simple: como probablemente sabes, cuando un fluido está caliente se expande y su densidad disminuye y al revés. Esto es lo que hace que el aire frío descienda y el aire caliente ascienda, por ejemplo — y es la base del funcionamiento de los globos aerostáticos que calientan el aire de su interior con vistosas llamaradas. Lo mismo sucede con el agua dentro de una olla o el magma en el interior de la Tierra. Mediante la convección se transmite energía térmica por un fluido debido al movimiento del propio fluido.

De los tres mecanismos de transmisión del calor –conducción, convección y radiación– la convección es, de lejos, el más rápido y eficaz en la vida cotidiana. Cuando calientas algo en el interior de un fluido, prácticamente toda la pérdida térmica que se produce es debida a la convección: el objeto calienta el fluido a su alrededor, de modo que éste se vuelve menos denso y asciende, llevándose consigo el calor desprendido por el objeto. El espacio que rodea al objeto es llenado entonces por el fluido cercano que está más frío, pero el objeto lo calienta, de modo que el fluido pesa menos y asciende para ser reemplazado por otra “remesa” de fluido frío, etc.

La convección hace que ese objeto caliente esté rodeado siempre de una masa de fluido más frío que él, de modo que la pérdida térmica es muchísimo más rápida de lo que sería si el fluido no se moviera — si no hubiera convección. Aunque no seamos siempre conscientes de por qué hacemos las cosas, éste es el funcionamiento básico de un jersey, una manta… o un invernadero.

Efectivamente, cualquiera de estos inventos evita en gran medida la pérdida térmica porque atrapa el aire, impidiendo que ascienda y sea reemplazado por aire nuevo. Cuando se introduce en ellos algo caliente, ese algo calienta el aire que hay atrapado ahí dentro y una vez que eso ocurre se reduce muchísimo la pérdida de temperatura del objeto, puesto que la diferencia de temperatura con lo que lo rodea (el aire que ha calentado) es minúscula. Desde luego, sigue perdiéndose energía porque las paredes del recipiente se calientan y emiten radiación, pero es algo muchísimo más lento, como has comprobado en invierno cuando duermes tan a gusto envuelto en una manta.

¿Cuál es entonces la explicación correcta del funcionamiento de un invernadero?

Las ventanas del invernadero son, efectivamente, transparentes a la radiación visible procedente del Sol, que calienta los objetos que hay dentro, como la tierra y las propias plantas. Estos objetos calientan el aire que hay dentro del invernadero y la radiación infrarroja emitida es absorbida por los cristales, pero la pérdida térmica evitada de este modo es muy pequeña. El aire caliente del interior del invernadero disminuye su densidad y trata de escapar ascendiendo, pero no puede debido a las paredes, con lo que tampoco es reemplazado por aire nuevo más frío.

La cantidad de calor que se perdería en forma de radiación infrarroja es mucho más pequeña que la que se perdería cuando el aire escapase, de modo que decir que esa opacidad de las paredes a la radiación infrarroja es la razón del aumento de temperatura es absolutamente engañoso — lo que mantiene el calor dentro del invernadero es la “opacidad” de los cristales al aire, que se llevaría más calor en un minuto que la radiación infrarroja en horas.

No es difícil comprobar que lo que estoy diciendo es cierto; los científicos, que son curiosos por naturaleza, han realizado diversos experimentos para verificar qué fenómeno es el responsable fundamental de que el calor no escape del invernadero.

Uno muy sencillo es abrir un agujero en la ventana del invernadero, o bien en el techo o bien cerca del suelo, exactamente del mismo tamaño. Si el agujero está cerca del suelo, la temperatura del interior del invernadero desciende ligeramente pero el invernadero funciona bastante bien: de hecho, algunos invernaderos ni siquiera están cerrados por debajo, sino que son “gorros” que evitan que el aire caliente ascienda. Pero si el agujero está en el techo, la temperatura desciende muy bruscamente y el invernadero deja de ser útil, pues se pierde calor muy rápidamente no por radiación, sino porque todo el aire caliente está escapándose por esa “chimenea” y llevándose consigo la energía térmica.

Otro experimento más curioso fue realizado por R. W. Wood y publicado en el Philosophical Magazine británico en 1909. Wood sospechaba que la explicación errónea que he mencionado arriba era efectivamente falsa, y que el calentamiento del invernadero se debía a la ausencia de convección, aunque muchos de sus contemporáneos creían que la responsable era la opacidad del vidrio a la radiación infrarroja. Para comprobarlo, construyó dos pequeños invernaderos, uno cubierto por una ventana de vidrio (opaco a la radiación infrarroja de onda larga), y otro cubierto por una ventana de sal de roca (transparente a la radiación infrarroja de onda larga). De este modo, su invernadero de sal cristalina no presentaba en absoluto opacidad a la radiación infrarroja procedente del interior. Las conclusiones de Wood fueron claras:

Había ahora una diferencia escasa de un grado entre las temperaturas de los dos recipientes. La temperatura máxima alcanzada fue de 55 °C. Por lo que sabemos de la distribución de energía en el espectro de radiación emitida por un cuerpo a 55 °C, está claro que la lámina de sal de roca puede transmitir prácticamente toda, mientras que la de vidrio la absorbe completamente. Esto nos muestra que la pérdida de temperatura del suelo por radiación es muy pequeña comparada con la pérdida por convección; en otras palabras, conseguimos muy poco por el hecho de que la radiación sea bloqueada.

Desgraciadamente, la idea de que los invernaderos funcionaban bloqueando la radiación infrarroja estaba muy extendida, y el nombre del mal llamado efecto invernadero es la consecuencia de esto. Todavía se explica muy a menudo a los escolares con diagramas que muestran “cristales” en la atmósfera y rayos infrarrojos que suben desde el suelo, rebotan y vuelven a caer al suelo: estoy hablando completamente en serio, y de libros de 2008.

No, el efecto invernadero atmosférico no se debe a que la radiación infrarroja “rebote” en la atmósfera. La atmósfera recibe energía térmica de diversas maneras y fuentes: algunos de sus gases absorben parte de la radiación que nos llega del Sol, y parte de la radiación infrarroja que emite el suelo. Las capas altas de la troposfera también se calientan por convección, al ascender masas de aire caliente que han absorbido calor del suelo. Como consecuencia de todo esto, la atmósfera tiene una temperatura determinada — que depende de la altitud.

Cualquier cuerpo que está a una temperatura superior al cero absoluto emite radiación (tanta más cuanto más caliente esté), luego la atmósfera emite radiación infrarroja hacia la Tierra y el espacio. Puesto que la Tierra está rodeada por la atmósfera, recibe continuamente energía térmica de ésta, de igual modo que ella la emite. De hecho, de las dos fuentes de energía térmica directa más importantes del suelo (el Sol y la atmósfera) la Tierra recibe bastante más energía de la atmósfera que del Sol, aunque en último término casi toda la energía que nos pasamos el uno al otro tiene su origen en la estrella.

De modo que el efecto invernadero se debe simplemente a que, al estar rodeados por una masa de gas que tiene una temperatura no nula, recibimos más radiación de la que recibiríamos si esa masa de gas no estuviera ahí. Pero ni la temperatura que tiene el gas se debe únicamente a la radiación que absorbe procedente de la Tierra, ni la radiación infrarroja del suelo “rebota” en ninguna parte, ni tiene nada de esto que ver con el funcionamiento de los invernaderos que construimos los humanos.

En el próximo artículo de la serie trataremos de desmontar razonadamente la confusión entre el efecto invernadero y el calentamiento global.