¿Hay alguna diferencia en el espectro de absorción de infrarrojos de un gas de efecto invernadero cuando es puro y cuando se mezcla con gases que no son de efecto invernadero?

De acuerdo con la hipótesis estándar del cambio climático del efecto invernadero del IPCC, una duplicación de la concentración preindustrial de CO2 de 285 ppm en la atmósfera (el valor actual es de 405 ppm) conduciría a un aumento en la retrorradiación o forzamiento radiativo de 3,7 W/m2 (una afirmación anterior fue 4,3W/m2). Usando la Ley de Stefan-Boltzmann, esto se traduce en un aumento de temperatura de alrededor de 0,7 °C (el IPCC en realidad afirma 1 °C, para una discusión ver aquí ). El IPCC también afirma que existen mecanismos de retroalimentación que amplifican aún más el aumento de la temperatura inicial en un factor de 1,5 a 4, pero eso no debe preocuparnos en este contexto.

Para verificar esto, un químico, el Dr. Heinz Hug, realizó el siguiente experimento simple ( La catástrofe climática: ¿un artefacto espectroscópico? ): Primero midió el espectro de absorción infrarrojo de una muestra de aire con una concentración de CO2 de 357 ppm (el valor de 1993); luego tomó otra con una muestra de aire con el doble de esa concentración. El resultado de una comparación entre los dos espectros dio un aumento de absorción del 0,17 %, equivalente a un aumento en el forzamiento radiativo de 0,054 W/m2, aproximadamente 1/70 del valor del IPCC. Esto daría como resultado un aumento de la temperatura de sólo unos 0,015 °C.

¿Cuál podría ser la razón de esta discrepancia masiva? Dado que los modelos radiativos del 'cambio climático' se basan en suposiciones muy cuestionables, no faltan posibles puntos de partida. Uno de ellos es el hecho de que los modelos se basan en espectros de absorción IR generados a partir de gases de efecto invernadero puros. En el mundo real, por supuesto, la mayor parte de la atmósfera consiste en una mezcla de gases en su mayoría de gases que no son de efecto invernadero. Simplemente se supone que la característica de absorción IR de un gas de efecto invernadero no cambiará con otros tipos de gases presentes.

Para comprobar si esta suposición realmente es cierta, el Dr. Hug llevó a cabo otro experimento en el que hizo una comparación del espectro de absorción de infrarrojos ( Hug & Barrett versus IPCC ) entre CO2 puro, CO2 mezclado con helio y CO2 mezclado con nitrógeno. En los tres casos, el número de moléculas de CO2 absorbentes, la temperatura y la presión general fueron idénticos (el último punto es particularmente importante, ya que un aumento en la presión del gas conduce a un aumento correspondiente en la absorción por la ampliación de la banda de absorción IR, un efecto llamado presión). o ensanchamiento por colisión). El resultado fue que la absorción en el CO2 mezclado con Helio fue significativamente mayor que en el CO2 puro y más aún en la mezcla con Nitrógeno.

Estos resultados, si son correctos, tienen consecuencias de largo alcance. En particular, significa que la banda de absorción de CO2 está mucho más saturada de lo que supone el IPCC, por lo que existe menos posibilidad de que aumente la absorción en caso de una mayor concentración de CO2.

Sin embargo, los científicos conectados del IPCC cuando se confrontaron con los resultados del Dr. Hug insistieron en que no hay ninguna diferencia en la absorción infrarroja si el gas de efecto invernadero es puro o está mezclado con gases que no son de efecto invernadero y que las mediciones del Dr. Hug deben ser defectuosas. . A continuación, se muestra un diagrama (de este documento: Ampliación de la presión en los diámetros de colisión óptica e infrarroja ) para refutar las mediciones realizadas por el Dr. Hug. Muestra la absorción IR del metano aumentando con la presión parcial del "gas extraño" como el helio o el nitrógeno (la escala parece estar en Torr, es decir, entre 0 y 1 bar). Se supone que la presión parcial del metano se mantiene constante, lo que significa que aumentará la presión de toda la mezcla de gases.

No está claro por qué se supone que esto es una refutación del trabajo del Dr. Hug. El hecho de que haya un aumento de la absorción debido al aumento de la presión, por supuesto, no excluye en modo alguno que participen otros efectos. Que no es posible desentrañar la ampliación de la presión de forma no empírica se aclara en el resumen del artículo: "A partir de los resultados obtenidos, está claro que los efectos de ampliación de la presión de ciertos gases en un absorbedor no pueden extrapolarse de forma fiable para predecir la efectos en otro absorbedor. Además, los efectos en una longitud de onda no son, en general, los mismos en otra longitud de onda para el mismo absorbedor". Lo que el diagrama muestra muy bien es que, según lo medido por el Dr. Hug, la absorción es diferente para diferentes "gases extraños" a la misma presión.

Además, el ensanchamiento de la presión no aumenta tanto la absorción como la extiende, disminuyendo los picos mientras aumenta las bandas laterales. Dado que la medición en el diagrama anterior se realizó solo en el pico, es muy probable que los efectos del aumento de la presión realmente disminuyan el aumento observado en la absorción.

Según tengo entendido, tiene mucho sentido que un gas de efecto invernadero tenga una tasa de absorción más alta cuando se mezcla con gases que no son de efecto invernadero: una sola molécula de CO2 absorberá un fotón y luego, después de un cierto período de tiempo, lo volverá a emitir. En un gas que consta de muchas moléculas de CO2, una sola molécula colisionará con otras moléculas; el tiempo medio entre estas colisiones es, al menos en las condiciones de la atmósfera inferior, mucho más corto que el tiempo medio entre la absorción y la reemisión. Cuando una molécula excitada choca con otra, esto puede conducir a una conversión de la energía de rotación/vibración en energía de traslación y la molécula se moverá más rápido, es decir, se producirá la termalización y el gas se calentará (si definimos la temperatura únicamente por los movimientos de traslación) . Por supuesto, esto también sucede en la otra dirección, es decir,

¿Qué sucede si ahora agregamos moléculas de gases que no son de efecto invernadero como N2? Las moléculas de N2 chocarán con las moléculas de CO2 y, por lo tanto, se igualarán los niveles de energía de traslación/vibraciones. Dado que el N2 tiene menos energía de traslación y ninguna energía rotacional, esto da como resultado una transferencia neta de energía de traslación/vibración de las moléculas de CO2 a las moléculas de N2. Esta pérdida de energía significa que las moléculas de CO2 pueden o, si se prefiere, necesitan mantener una mayor tasa de absorción para mantener la temperatura de equilibrio. Otro punto de vista sería que se necesita una absorción adicional por parte del CO2 para mantener la temperatura elevada del N2. Se debe enfatizar nuevamente que la absorción mejorada será igualada por una emisión mejorada idéntica una vez que se haya alcanzado el nuevo equilibrio.

Pero no soy un experto y el Dr. Hug realmente podría haber estropeado sus medidas. Entonces, la pregunta es la siguiente: ¿Existe alguna diferencia en el espectro de absorción de infrarrojos de un gas de efecto invernadero cuando es puro y cuando se mezcla con gases que no son de efecto invernadero?

Lo que sería perfecto serían gráficos como en el diagrama de presión-absorción anterior, pero eliminando los efectos de la presión al disminuir la presión parcial del gas de efecto invernadero a medida que aumenta la presión parcial del gas que no es de efecto invernadero para mantener una presión general constante, mientras se mantiene el número de moléculas de gases de efecto invernadero constante (como lo hizo el Dr. Hug para un solo punto de datos de presión). Pero cualquier tipo de medición de mezclas de gases absorbentes y no absorbentes de IR con una presión de gas total constante debería ser útil.

Un documento aparentemente relevante:

Efectos de la temperatura, la presión y el vapor de agua en la absorción infrarroja en fase gaseosa por CO2 por DK McDermitt, JM Welles y RD Eckles

"Intuitivamente, uno espera que la absorción sea proporcional al número de moléculas absorbentes en el camino de la luz, no a la fracción molar (Ball, 1987). Pero cuando los datos de la Figura 1b se representan en la Figura 3 como una función de la densidad molar, Es claro que todavía no existe una única relación funcional".

y

"5. Los analizadores de CO2 infrarrojos deben calibrarse en términos de fracción molar, no de presión parcial o densidad molar. Esto es sorprendente".

Fracción molar: número molar de CO2 dividido por el número molar de toda la mezcla de aire. Entonces, el hecho "sorprendente" es que el CO2 no es suficiente, los constituyentes del gas no absorbente también son necesarios para explicar el comportamiento de absorción, incluso después de eliminar la influencia de la presión.