¿Es la presión atmosférica la causa de la temperatura de la superficie de un planeta o es la temperatura la causa de la presión atmosférica de un planeta?

Escuché a un climatólogo en un programa de entrevistas decir que uno de los argumentos ampliamente conocidos utilizados por los científicos del clima para ejemplificar lo que un efecto invernadero descontrolado podría causar en la temperatura y el clima de la Tierra (una comparación con la atmósfera de Venus) es básicamente una farsa.

Argumentó que la alta temperatura de la superficie de Venus (que supera los 400ºC) se debe principalmente a su alta presión superficial (que es más de 90 veces mayor que la de la Tierra) y que la llamada "contribución del efecto invernadero" a esta temperatura era "insignificante" o simplemente "inexistente". Mencionó la ley de los gases ideales para "probar" su argumento, diciendo que la temperatura crece proporcionalmente con la presión (lo cual, por supuesto, es cierto para un gas ideal). Y esto prácticamente resolvió su línea de pensamiento.

Esto me hizo dudar y estoy tratando de pensar en un razonamiento que desacredite su argumento. Al principio, pensé que no se podía simplemente aplicar la ley de los gases ideales a la atmósfera de Venus, ya que la densidad molar en la superficie es demasiado alta y que se deberían usar más términos de expansión virial para explicar el comportamiento de la presión cerca de la atmósfera. superficie. Sin embargo, incluso si eso es cierto, su argumento sigue siendo indiscutible, ya que el término principal de la expansión sigue siendo el término "gas ideal".

Luego me di cuenta de que su descuido pudo haber sido la relación causa-efecto que trató de establecer entre la presión y la temperatura. De hecho, una ecuación de estado no nos dice nada acerca de la causalidad: solo establece la relación entre diferentes variables de estado que describen un sistema. Esto nos lleva de vuelta a mi pregunta: ¿Es realmente la alta presión de Venus en la superficie el agente responsable de su alta temperatura superficial, o es al revés o tal vez incluso una mezcla de los dos?

Para aclarar mejor mi pensamiento, imagine esto: si tomamos a Venus y lo colocamos fuera del sistema solar donde su exposición a la radiación solar sería insignificante, creo que podemos estar de acuerdo en que su temperatura disminuiría drásticamente. Ahora, sé que la mayor parte de su atmósfera se solidificaría en tales condiciones, pero la cuestión es: ¿seguiría siendo la misma presión sobre la misma capa de materia donde estaba la superficie del planeta? No. Entonces, ¿esto nos dice que es la temperatura del planeta la que determina su presión?

Por otro lado, también soy consciente de que la presión en la superficie es simplemente una función de la cantidad de materia (gas) que hay encima (no hay una conexión clara con la temperatura aquí).

Llegué a esta encrucijada y parece que no puedo establecer una relación de causalidad clara entre la presión y la temperatura. ¿Voy en la dirección correcta o simplemente estoy equivocado y el climatólogo tiene razón cuando hizo su afirmación?

No hay suficiente tiempo para responder, así que un par de comentarios rápidos. En primer lugar, la frase "no creas todo lo que ves en Internet" se aplica al enésimo grado a lo que escuchas en la radio de derecha. ¿Era realmente un climatólogo u otro charlatán que dice ser climatólogo? Negar la existencia del efecto invernadero es pura charlatanería. Que el efecto invernadero debe existir es ciencia atmosférica básica. Además, sin este efecto, la temperatura de la superficie terrestre sería de 255 kelvin. La vida en la Tierra depende de la existencia del efecto invernadero.
Véase también Earth Science Stack Exchange.
Sé que es un poco difícil de tragar que el tipo es un verdadero climatólogo, pero es verdad. Es profesor en una renombrada universidad en Brasil. Sin embargo, su currículum es mediocre y estoy bastante seguro de que sus colegas no están realmente de acuerdo con él. Y sí, estaba leyendo un libro de física atmosférica y me di cuenta de que la única forma de explicar estos 30 K adicionales en la temperatura global es incluir el efecto invernadero en la imagen.

Respuestas (4)

Bueno, para aclarar algunas cosas primero en ciencia atmosférica, o más correcto: si haces los cálculos... tus únicas variables libres son la densidad y la temperatura. La ecuación de estado que te da la presión es una propiedad material.

Las ecuaciones para las variables atmosféricas están interconectadas en cualquier momento, no tiene sentido decir que P causa T o que T causa P. Esto solo podría tener sentido si tuviera un cambio concreto en T debido a algún efecto radiativo, o cambio P debido a la contracción.

El punto aquí es, que su 'climatólogo' no reconoce, es que el contenido de energía de una capa atmosférica siempre está cambiando. Si el F tu pag = F d o w norte entonces esto es = σ A T 4 .

Sin embargo, para alcanzar un alto estado de flujo de equilibrio (es decir, ¡para alcanzar una T alta!), debe tener un mecanismo para contener este flujo de alguna manera, y eso se logra cubriendo su atmósfera con una manta (también conocido como efecto invernadero). Esto hace que un flujo inicial nunca pueda escapar.

Entonces, para resumir : la ecuación de estado es cierta en cualquier momento dado, pero no explica cómo llegó allí todo el calor o cómo permaneció allí. Tienes que mirar la historia térmica de Venus o el cuerpo de interés, para entender cómo llegó allí el calor. (y la historia térmica significa resolver las ecuaciones mencionadas anteriormente, que involucran ventanas radiativas, etc. que este tipo ignora).

Dime, si quieres que aclare las cosas.

Gracias por aclarar mi confusión. Solo tengo una pregunta más: dijiste que la ecuación de estado que produce la presión es una propiedad material. Y que las únicas variables libres son la densidad y la temperatura. ¿Significa eso que la presión y la temperatura no están relacionadas por una ecuación de estado y que la presión solo depende de las propiedades del material? Una constante"? ¿Qué tipo de ecuación de estado sería esa? ¿O es que la presión depende de las propiedades del material a través de la densidad y la temperatura como en la ley de los gases ideales? Lo siento, pero no entendí eso.
Lo que quise decir es que PAG = PAG ( ρ , T ) , la presión es una dependencia funcional de ρ y T . Esta función permanecerá igual durante todo el ρ − T -espacio que no viola los supuestos utilizados para derivar PAG ( ρ , T ) . Un ejemplo concreto sería la validez de la ley de los gases ideales, siempre que tenga colisiones elásticas y caminos libres medios largos. Esto se rompe con la degeneración de ee a altas densidades.
Me gustaría modificar el experimento mental de David para aclarar: tome dos planetas idénticos, uno con una capa de invernadero (G) en lo alto de la atmósfera, uno sin (W). G retendrá su contenido de energía. W irradiará su contenido de energía, perderá temperatura. Esto aumentará la densidad, aumentando nuevamente P. Pero debido a este ciclo de retroalimentación, depende de cuánta energía se pierda realmente, esto puede conducir a un aumento o disminución netos de P, por eso tomo el argumento del climatólogo como inválido.
@AtmosphericPrisonEscape en un sistema en movimiento, sí. Si comienzas con una atmósfera que se extiende y la dejas caer más cerca de la superficie del planeta, esa caída generaría calor, pero no estás pensando bien las cosas. Las atmósferas y cuán dispersas están tienen que ver con un equilibrio de temperatura, presión y gravedad, al igual que las estrellas, si eliminas el gas de efecto invernadero, el planeta se enfriaría lentamente y se contraería lentamente, a medida que pierde calor, la contracción correspondería a eso. No hay ningún evento en la eliminación teórica de gases de efecto invernadero que conduzca al calentamiento.

(Solo he leído el primer párrafo de la pregunta)

La presión de la atmósfera de Venus es unas 90 veces mayor que la de la Tierra. También resulta ser unas 90 veces más denso que el de la Tierra. ¿Coincidencia? No. La densidad es la razón por la cual la presión es tan alta.

Si descendieras 1 km en uno de nuestros océanos, la presión sería comparable a la de la atmósfera de Venus. Y, sin embargo, el océano no tiene varios cientos de grados, ¿verdad? La razón de la alta temperatura en Venus es el efecto invernadero.

¡Equivocado! La diferencia de temperatura entre 1 km en el océano y Venus se debe al gradiente de temperatura adiabático. Imagine el gradiente de temperatura adiabático como la velocidad y, por lo tanto, la temperatura que se agrega a una molécula a medida que cae en el campo de gravedad.
@DavidJonsson ¿Qué parte de mi respuesta afirmas que es incorrecta? Mi último párrafo simplemente señala que la presión no dicta la temperatura al dar un ejemplo de dos sistemas que tienen la misma presión pero diferentes temperaturas.

Miro la pregunta de esta manera, y es muy simple.

¿Qué sucede cuando inflas el neumático de tu bicicleta? ... se calienta, porque se realiza trabajo en el aire para comprimirlo en el neumático. Lo dejas cuando termines. Se enfría. El aire todavía está a presión (OK, un poco menos al enfriarse). ¿Por qué se enfría? Porque ya NO se trabaja en el aire. Pero todavía está a alta presión. El trabajo realizado en la atmósfera por su compresión debido a la masa/gravedad es un evento de UNA sola vez y NO se mantiene allí por ese proceso. De la misma manera, la llanta de su bicicleta no permanece siempre caliente.

Su profesor brasileño tiene razón en parte: las altas temperaturas en la superficie de Venus se deben en parte a las altas presiones en su superficie. Pero eso no es suficiente para explicar la temperatura total. Otros factores son que Venus está mucho más cerca del sol que la Tierra y, por supuesto, el efecto invernadero.

Como experimento mental, si tomas dos planetas que son idénticos en todos los sentidos excepto que uno tiene una atmósfera más espesa que el otro, el que tiene la atmósfera más espesa tendría temperaturas superficiales más altas que su gemelo, incluso si el calentamiento global no fuera un factor. . Esto se debe a que las presiones más altas producen temperaturas más altas y explica por qué hace más calor en la base del monte Everest que en la cima.

Creo que parte del problema es que la mayoría de la gente no entiende cómo funciona realmente el efecto invernadero. Aquí hay una breve explicación: los gases que se consideran "gases de efecto invernadero" son transparentes en las longitudes de onda máximas que emite el Sol, por lo que la energía viaja a través de la atmósfera relativamente ilesa y calienta la superficie de la Tierra. La Tierra se deshace de esa energía al volver a irradiarla al espacio como radiación de cuerpo negro. Pero esa re-radiación es en longitudes de onda mucho más largas (muy en el infrarrojo), en las que los gases de efecto invernadero no son transparentes. (Los gases que no son de efecto invernadero son transparentes tanto en las longitudes de onda entrantes como salientes). Esto no es una cuestión de especulación: puede tomar un recipiente lleno de metano o dióxido de carbono y medir su transparencia en función de la longitud de onda en cualquier laboratorio bien equipado del mundo. Sabemos exactamente cuánta energía adicional queda atrapada dentro de la atmósfera debido a estos gases. La única disputa (entre los versados ​​en la ciencia) es cuáles serán los efectos sobre el clima, las corrientes oceánicas, el nivel del mar, etc., y qué tan rápido ocurrirán esos cambios.

Entiendo la explicación del efecto invernadero ya que acabo de hacer los cálculos aquí. Pude obtener una temperatura global promedio de 286K considerando una transmitancia de longitud de onda corta alta (0.9) y una transmitancia de onda larga baja (0.2) como cabría esperar de una atmósfera de gas de efecto invernadero. Esta parte está clara ahora. Sin embargo, la parte de las altas temperaturas debido a las altas presiones aún no está clara. Debo estar de acuerdo en que el argumento de su experimento mental es muy convincente. Sin embargo, ¿no funcionan las cosas de la manera en que Lemon dijo anteriormente: no hay un cambio en la densidad que compense el efecto que tendría la presión sobre la temperatura?
Supongo que no entiendo el argumento de Lemon. La presión en el fondo de la atmósfera se debe al peso del aire que está encima, y ​​ese peso comprime el aire a la densidad observada. Lemon tiene razón en que descender al océano aumentaría la presión y no la temperatura. Pero eso es porque el océano no es un gas. Si llenara un globo con aire y lo hundiera 1 km en el océano, de hecho aumentaría su presión, densidad y temperatura de acuerdo con la ley de los gases ideales (suponiendo que las paredes del globo estuvieran aisladas para evitar que se enfríe por contacto con el agua) .
¿Es la presión atmosférica la causa de la temperatura de la superficie de un planeta o es la temperatura la causa de la presión atmosférica de un planeta?
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