Los gases efecto invernadero

Por: Camilo Prieto V. / 17 junio, 2024

Los gases de efecto invernadero (GEI) son componentes gaseosos de la atmósfera que tienen la capacidad de absorber y emitir radiación infrarroja, lo cual contribuye al efecto invernadero. Este fenómeno es esencial para mantener la temperatura de la Tierra en niveles que permitan la vida tal como la conocemos, al atrapar el calor en la atmósfera y evitar que escape al espacio exterior. Sin embargo, el aumento en las concentraciones de estos gases debido a actividades humanas está intensificando el efecto invernadero, llevando a un calentamiento global y cambios climáticos significativos.

Gases de Efecto Invernadero Naturales y Antropogénicos

Existen varios tipos de gases de efecto invernadero, algunos de origen natural y otros de origen antrópico (causados por actividades humanas). Los principales GEI son:

  1. Dióxido de Carbono (CO2): El CO2 es uno de los GEI más abundantes y de mayor impacto. Naturalmente, se libera a la atmósfera mediante la respiración de los seres vivos, la descomposición de materia orgánica y las erupciones volcánicas. Sin embargo, las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la deforestación y ciertos procesos industriales, han aumentado significativamente sus concentraciones en la atmósfera desde la Revolución Industrial.
  2. Metano (CH4): Este gas es más eficiente que el CO2 en atrapar calor en la atmósfera, aunque está presente en menores concentraciones. Se libera naturalmente en procesos como la descomposición anaeróbica en pantanos y el metabolismo de ciertos organismos. Las actividades humanas, como la agricultura (especialmente el cultivo de arroz y la ganadería), la explotación de combustibles fósiles y la gestión de residuos, han incrementado sus niveles en la atmósfera.
  3. Óxidos de Nitrógeno (N2O): Producidos naturalmente por bacterias en el suelo y el agua, estos gases también son liberados por actividades agrícolas (uso de fertilizantes nitrogenados) y ciertas actividades industriales.
  4. Vapor de Agua (H2O): El vapor de agua es el GEI más abundante y potente en la atmósfera. Su concentración depende de la temperatura del aire y, aunque no es directamente controlado por actividades humanas, los cambios en la temperatura global pueden alterar sus niveles.
  5. Gases Industriales (como los CFCs y HFCs): Estos gases no tienen fuentes naturales y son producto exclusivamente de actividades humanas, como la producción de refrigerantes y propelentes en aerosoles.

El CO2 y su Historia en la Atmósfera

El dióxido de carbono ha estado presente en la atmósfera de la Tierra desde sus primeras etapas. Durante el período Hadeano, hace unos 4.6 a 4 mil millones de años, las erupciones volcánicas liberaron grandes cantidades de CO2, junto con otros gases, en la atmósfera primitiva. En esta época, la atmósfera terrestre era muy diferente de la actual, con una composición rica en gases volcánicos y una carencia de oxígeno libre.

El inicio de la fotosíntesis, hace aproximadamente 2.5 mil millones de años, marcó un punto crucial en la historia del CO2 atmosférico. Las cianobacterias, uno de los primeros organismos en desarrollar la fotosíntesis oxigénica, comenzaron a utilizar CO2 y agua para producir glucosa y oxígeno mediante la energía solar. Este proceso no solo redujo significativamente las concentraciones de CO2 en la atmósfera, sino que también aumentó la cantidad de oxígeno, transformando la atmósfera en una rica en oxígeno y permitiendo la evolución de formas de vida más complejas.

Relación entre Actividades Humanas y GEI

La quema de combustibles fósiles, la deforestación y la industrialización han incrementado las concentraciones de CO2 y otros GEI, intensificando el efecto invernadero natural. Esto ha llevado a un calentamiento global acelerado y cambios climáticos que afectan los ecosistemas y las sociedades humanas. La comprensión y mitigación de estos efectos es un desafío crucial para la sostenibilidad y la supervivencia a largo plazo en nuestro planeta.

El caso del ozono

El ozono es un gas con propiedades únicas que desempeña un papel crucial en la regulación del clima y la protección de la vida en la Tierra. Aunque el ozono es considerado un gas de efecto invernadero, su interacción con la radiación ultravioleta (UV) del sol y su distribución en diferentes capas de la atmósfera tienen implicaciones significativas para el medio ambiente y la salud humana. El O3 es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno. En la atmósfera, el ozono se encuentra principalmente en dos capas: la estratosfera y la troposfera.

  1. Ozono Estratosférico (Ozono Bueno):
    • Ubicación: Se encuentra principalmente en la estratosfera, entre aproximadamente 10 y 30 kilómetros sobre la superficie terrestre.
    • Función: Esta capa de ozono es fundamental para la vida en la Tierra porque absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta (UV) del sol, especialmente la UV-B y la UV-C, que son extremadamente perjudiciales para los seres vivos. Al absorber esta radiación, el ozono protege a los organismos vivos, incluidos los seres humanos, animales y plantas, de daños genéticos y térmicos.
    • Interacción con la Radiación UV: La interacción del ozono con la radiación UV implica la absorción de fotones UV, lo que rompe las moléculas de ozono en oxígeno molecular (O2) y átomos de oxígeno (O). Este proceso es esencial para filtrar la radiación ultravioleta dañina.
  2. Ozono Troposférico (Ozono Malo):
    • Ubicación: Se encuentra en la troposfera, la capa más baja de la atmósfera, que se extiende desde la superficie terrestre hasta unos 10 kilómetros de altura.
    • Formación: El ozono troposférico no se forma de la misma manera que el ozono estratosférico. Se produce principalmente por reacciones químicas entre los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) en presencia de la luz solar. Este proceso es comúnmente conocido como la formación de ozono fotoquímico.
    • Problemas para la Salud Humana: A diferencia del ozono estratosférico, el ozono troposférico es un contaminante y un peligro para la salud. La exposición a altas concentraciones de ozono troposférico puede causar una variedad de problemas de salud, incluidos:
      • Problemas Respiratorios: Irritación de las vías respiratorias, tos, sibilancias y exacerbación de enfermedades respiratorias como el asma y la bronquitis crónica.
      • Daño a los Pulmones: El ozono troposférico puede dañar los tejidos pulmonares, reduciendo la función pulmonar y aumentando la susceptibilidad a infecciones respiratorias.
      • Impacto en la Salud Cardiovascular: Se ha demostrado que la exposición a altos niveles de ozono también puede aumentar el riesgo de enfermedades cardiovasculares, como ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares.

El aumento del ozono troposférico es una preocupación creciente, especialmente en áreas urbanas y regiones con alta actividad industrial y vehicular. La quema de combustibles fósiles, la agricultura y otros procesos industriales liberan contaminantes que reaccionan con la luz solar para formar ozono troposférico. Estos compuestos, conocidos como precursores del ozono, incluyen los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles.

Potencial de calentamiento global

El Potencial de Calentamiento Global (GWP, por sus siglas en inglés) es una medida desarrollada por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) para comparar el impacto relativo de diferentes gases de efecto invernadero en el calentamiento global a lo largo de un período específico de tiempo. El GWP se expresa en relación al CO2, cuyo GWP se define como 1. Esto permite comparar la eficiencia de distintos gases en contribuir al calentamiento global sobre una base común. El GWP de un gas de efecto invernadero se calcula considerando tres factores principales:

  1. La absorción de radiación infrarroja por el gas: Algunos gases son más eficientes que otros en absorber radiación y, por lo tanto, en retener calor en la atmósfera.
  2. La vida atmosférica del gas: Esto se refiere a cuánto tiempo permanece el gas en la atmósfera antes de ser eliminado por procesos naturales.
  3. El impacto de la liberación del gas en la radiación infrarroja durante su vida atmosférica.

El GWP se calcula típicamente para periodos de 20, 100 y 500 años, siendo el periodo de 100 años el más comúnmente utilizado.

Caso del Metano (CH4)

El metano (CH4) es un gas de efecto invernadero potente que tiene un GWP significativamente mayor que el del dióxido de carbono. Según el IPCC, el GWP del metano es aproximadamente:

  • 28-36 veces mayor que el del CO2 en un periodo de 100 años.
  • 84-87 veces mayor que el del CO2 en un periodo de 20 años.

Estos valores indican que, aunque el metano tiene una vida atmosférica más corta que el CO2 (aproximadamente 12 años comparado con siglos para el CO2), su capacidad para atrapar calor en la atmósfera es mucho más fuerte en el corto plazo.

Importancia del Metano en el Cambio Climático

El metano es el segundo gas de efecto invernadero más importante en términos de su contribución al cambio climático inducido por el hombre, después del CO2. A pesar de su vida atmosférica relativamente corta, el metano es extremadamente eficiente en atrapar el calor en la atmósfera, lo que lo convierte en un objetivo clave para estrategias de mitigación a corto plazo.

Fuentes de Metano

Las principales fuentes de metano incluyen:

  • Actividades Agrícolas: La fermentación entérica en el ganado, la producción de arroz y la gestión de estiércol son grandes fuentes de emisiones de metano.
  • Producción y Transporte de Combustibles Fósiles: La extracción, procesamiento y distribución de petróleo y gas natural liberan cantidades significativas de metano.
  • Descomposición de Residuos Orgánicos: Los vertederos y las aguas residuales también son importantes emisores de metano debido a la descomposición anaeróbica de la materia orgánica.

Mitigación del Metano

Reducir las emisiones de metano puede tener beneficios climáticos sustanciales a corto plazo debido a su alto GWP y su corta vida atmosférica. Algunas estrategias de mitigación incluyen:

  • Mejorar las prácticas agrícolas: Técnicas como la mejora en la alimentación del ganado y la gestión adecuada del estiércol pueden reducir las emisiones de metano.
  • Captura de metano en vertederos: Implementar tecnologías para capturar y utilizar el metano generado en vertederos y plantas de tratamiento de aguas residuales.
  • Reducción de fugas en la producción de combustibles fósiles: Mejorar la infraestructura y las prácticas de gestión en la producción y distribución de petróleo y gas para minimizar las fugas de metano.

Gases Anestésicos como Gases de Efecto Invernadero

Los gases anestésicos utilizados en medicina, como el óxido nitroso (N2O), el desflurano, el sevoflurano y el isoflurano, tienen propiedades que los califican como gases de efecto invernadero (GEI). Al igual que otros GEI, estos gases pueden atrapar el calor en la atmósfera y contribuir al calentamiento global. La razón principal de esto radica en su capacidad para absorber y emitir radiación infrarroja, lo cual intensifica el efecto invernadero natural.

Propiedades y Efectos de los Gases Anestésicos

  1. Óxido Nitroso (N2O):
    • Uso Médico: Utilizado comúnmente como anestésico y analgésico.
    • Propiedades como GEI: El N2O tiene un GWP de aproximadamente 298 en un periodo de 100 años, lo que significa que es 298 veces más eficaz en atrapar el calor en la atmósfera que el CO2.
    • Vida Atmosférica: Tiene una vida atmosférica de alrededor de 114 años, lo que le permite permanecer en la atmósfera durante mucho tiempo y contribuir al calentamiento global a largo plazo.
  2. Desflurano, Sevoflurano e Isoflurano:
    • Uso Médico: Estos compuestos halogenados se utilizan ampliamente en anestesia general.
    • Propiedades como GEI: Estos gases tienen GWPs extremadamente altos. Por ejemplo, el desflurano tiene un GWP de aproximadamente 2,540, el sevoflurano tiene un GWP de alrededor de 130, y el isoflurano tiene un GWP de aproximadamente 510.
    • Vida Atmosférica: Aunque tienen vidas atmosféricas más cortas en comparación con el N2O, su alto GWP significa que su impacto en el calentamiento global es significativo incluso en cantidades pequeñas.

Si bien los gases anestésicos representan una fracción menor de las emisiones globales de GEI en comparación con otros sectores como el transporte, la industria y la agricultura, su alto GWP los convierte en contribuyentes notables al calentamiento global. A continuación se detallan algunos aspectos clave de su impacto:

  1. Fracción de Emisiones Totales: Los gases anestésicos representan menos del 1% de las emisiones globales de GEI. Sin embargo, debido a su alto GWP, su impacto relativo en el calentamiento global es mayor de lo que su cantidad sugiere.
  2. Emisiones Anuales: Se estima que el uso de desflurano, sevoflurano e isoflurano en la práctica médica contribuye con el equivalente a cientos de miles de toneladas de CO2 a la atmósfera cada año. Por ejemplo, el uso de desflurano en un solo hospital puede equivaler a las emisiones anuales de decenas de automóviles.
  3. Acciones de Mitigación: La comunidad médica y científica está explorando maneras de reducir el impacto ambiental de los gases anestésicos. Algunas estrategias incluyen:
    • Uso de Alternativas Menos Dañinas: Optar por gases anestésicos con menor GWP o técnicas anestésicas alternativas que no involucren gases de efecto invernadero.
    • Recuperación y Destrucción: Implementar tecnologías para capturar y destruir los gases anestésicos después de su uso, en lugar de liberarlos a la atmósfera.
    • Optimización de la Administración: Mejorar las prácticas en la administración de anestesia para reducir la cantidad de gas utilizada sin comprometer la eficacia médica.

Referencias

  1. Task Force Green Houses Gases IPCC https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/
  2. Greenhouse Gases: Sources and Sinks https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/05/ipcc_wg_I_1992_suppl_report_section_a1.pdf
  3. Working Group III Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_SPM.pdf
  4. Sherman, Jodi MD*; Le, Cathy†; Lamers, Vanessa†,‡; Eckelman, Matthew PhD§. Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Anesthetic Drugs. Anesthesia & Analgesia 114(5):p 1086-1090, May 2012. | DOI: 10.1213/ANE.0b013e31824f6940
  5. Rübsam, ML., Kruse, P., Dietzler, Y. et al. A call for immediate climate action in anesthesiology: routine use of minimal or metabolic fresh gas flow reduces our ecological footprint. Can J Anesth/J Can Anesth 70, 301–312 (2023). https://doi.org/10.1007/s12630-022-02393-z