Volvemos con los amigos negacionistas. Cada vez la cosa está peor, y mi previsión de que algún día sacarán el movimiento de placas tectónicas para explicar el actual calentamiento global se dará. Ahora un nuevo negacionista (este que ralla el ridículo), indica que los cálculos de que el CO2 reabsorve la radiación infraroja y la vuelve a emitir de forma expontánea (como se produce en cualquier gas con las densidades y energías que se dan en la atmósfera terrestre cuando este absorve cualquier tipo de radiación), no es así, sinó que toda la radiación absorvida por el CO2 se emite no por emisión expontánea sinó por emisión inducida.

Exáctamente como ocurriría en un láser de CO2. Genial, sencillamente genial. El autor de semejante tontería no es un físico de materiales (noooo…), ni tampoco un físico de altas energías, ni tan sólo un climatólogo, geofísico o alguien que estudie la luz. Tampoco es un optómetra. Es un biólogo. Curioso que un biólogo (que de hecho tampoco es que haya publicado nada en ninguna revista indexada) se ponga a explicar un fenómeno complejo de la física como la emisión inducida y que logramos reproducir con cierto ingenio y esfuerzo, me provoca ciertas alertas. Aún así, no hay que despreciar un argumento por el que lo dice… sabemos que la mayor revolución de la paleontología de finales del siglo XX la realizó un grupo de físicos y geólogos, no paleontólogos, al encontrar una capa de Iridio en un nivel estratográfico que separaba el Mesozoico del Cenozoico y así realizaron la hipótesis del meteorito que hace 60 y pocos millones de años liquidó parte de las especies y grupos conocidos (entre ellos los dinosaurios o los archipermanentes ammonites).

Evidentemente no se trata de un paper, sinó de “otra” bonita web negacionista sin valor científico.

Todo se trata de lo que fundamenta tal “trabajo” del tal Nasif Nahle. En principio podríamos esperar un artículo en el “Physical Letters” (que ya sabemos que allí cuelan bastantes cosas… por cierto), menos rigurosa y más orientada a las ideas de los estudiantes de grado y postgrado de física que a los investigadores que la Physical Review. Pero ni eso… las tontadas en que se fundamenta el artículo de Nahle no colarían ni el ultratolerante review del Letters.

Según Nahle no hay emisión espontánea

Una cosa sencilla… las moléculas de CO2 absorven radiación electromagnética (como lo hace el H2O o el CH4 o casi toda molécula que podamos encontrar en la atmósfera) pero con especial predilección por la banda infraroja, es decir… la banda que más emiten los cuerpos a temperaturas “normales” (es decir, tú, yo, el planeta). Lo que fundamenta que el CO2 o el H2O o el CH4 realizan un forzamiento radiativo que hace que tengamos una temperatura más alta con atmósfera que sin ella (a parte de la capacidad de redistribuir y acumular el calor que esta tiene), es que la radiación térmica que emite la tierra (por tener una temperatura como haría cualquier cuerpo físico) es absorvida por estas moléculas y reemitida calentando la atmósfera en la que se encuentra y el suelo desde donde se emite. Según la densidad de estos gases se alcanza una nueva temperatura de equilibrio más alta, grácias a este forzamiento radiativo.

Según Nahle, este fenómeno no se daría (algo que a día de hoy es observado con facilidad en un laboratorio ya que se pueden ver el espectro de emisión espontánea de cualquier gas a una temperatura determinada o sometido a una radiación infraroja (o de cualquier ancho de banda)). Es obvio que el CO2 absorve la radiación infraroja (negarlo sería ya negar los hechos más básicos de la física elemental), pero Nahle indica que la emisión espontánea es nula y lo que se dá es la emisión inducida, tal y como ocurre en los láseres de CO2.

Diferencias entre emisión espontánea y emisión inducida

Vayamos a diferenciar ambos procesos. Imaginémonos una esfera de gas, donde hay basicamente CO2, esta esfera de gas está sometida a radiación de infrarojos por una dirección (en la otra hay de todo, desde el infrarojo solar, hasta el ultravioleta), una parte de la radiación infraroja del sol será absorvida por el CO2 y reemitida (luego veremos los dos distintos escenarios), el resto de la radiación (incluída la infraroja no absorvida porqué el CO2 absorve una parte, no toda) iría a la tierra y esta la reemetirá entera (porqué está en equilibrio térmico) en la banda del infrarojo. Esa nueva reemisión volverá a pasar por la esfera de CO2 y una parte importante absorvida por el CO2 y vuelta a ser reemitida.

Esto pasa tanto para el modelo razonable como para el de Nahle.

Según el modelo fundamentado en la física la emisión que prevalece en la atmósfera es la espontánea. La molécula del CO2 absorve el fotón que incrementa el estado energético de vibración de la molécula, una molécula escitada tiende a volver a su estado de mínima energía, por tanto emitirá fotones, en los cuales las vibraciones de la molécula tenderán a su estado fundamental. Como el espectro energético de vibración de la molécula de CO2 es bastante claro, todos los estados tendrán un espectro bastante parecido al contínuo (debido a que no todo el rango infrarojo se absorve por el CO2 y parte de los estados escitados también se pierden en colisiones entre moléculas) pero con cierto pico en los 2,4 micrómetros. Además, esta emisión se realiza de forma isotrópica, es decir se encuentra emitiéndose en todas las direcciones de la esfera. Por tanto el CO2 atmosférico absorve parte de la radiación infraroja y se transforma en una parte en incrementar la propia temperatura del gas (la vibración molecular también tiene un reflejo macroscópico que es el incremento de la temperatura del propio gas), de incremento de la temperatura de la superficie terrestre y otra parte se reemite al espacio.

Es evidente que sin el CO2 u otros gases, toda la radiación infraroja de la tierra se emitiría por tanto el CO2 produce el efecto neto de incrementar la temperatura de la atmósfera y de la superficie terrestre (al final toda la radiación recibida por el sol es reemitida [a grandes rasgos, hay fenómenos físicos, químicos y biológicos que permiten la acumulación de energía solar y por tanto no toda la radiación es reemitida inmediatamente al menos, por ejemplo, el petróleo y el carbón que h0y quemamos se produjo grácias a la acumulación de energía solar en algas, filoplacton y vegetales terrestres, pero en el conjunto es una porción ínfima], y por tanto para compensar el forzamiento radiativo la tierra y la atmósfera elevan su temperatura para incrementar el ritmo de radiación térmica).

Según el modelo de Nahle, lo que ocurre no es eso, el CO2 absorve la radiación infraroja incrementando su energía vibracional y luego la reemite pero no de forma espontánea sinó inducida, como ocurriría en un láser, en dirección al espacio. Algo parecido a una cascada de emisiones. Un fotón golpea a la molécula de CO2 que a su vez arranca otro fotón del CO2 que ya se encontraría en un estado escitado previo, y así iría arrancando fotones uno tras otro hasta atravesar toda la capa de gas con CO2. Algo así como ocurre en los láseres de CO2 (o de cualquier gas escitado).

Para producir un láser natural se requiere procesos físicos que no se dan en la atmósfera

Esta emisión es la que físicamente es poco provable, lo primero porqué previamente a que un fotón logre arrancar otro, requiere que el CO2 ya esté de forma masiva en un estado escitado con suficiente energía como para que este salte (la energía no se crea de la nada, para que un láser funcione antes se ha de introducir mucha energía para que el gas ya esté escitado). Por ejemplo, el CO2 es bombardeado antes con moléculas de nitrógeno que transmiten la energía a través de colisiones y luego se le vuelve a bombardear con fotones para que inicie la emisión inducida… para mantener el funcionamiento del láser el CO2 se le ha de ir transmitiendo energía para continuar en estado escitado (con un contínuo bombardeo de moléculas de Nitrógeno) y poder continuar con la abalancha de fotones. El resultado es una radiación (que llamamos luz láser) que tiene varias características, se emite en la dirección de los fotones originales y además mantiene lo que se llama coherencia (una característica que hace que los paquetes de luz se centren en un haz estrecho) y tengan (lo más importante para el caso) una frecuencia única. En el caso de los láseres de CO2 esta radiación se emite sobre los 10,6 micrómetros.

Para que un láser de CO2 funcione necesita presiones de CO2 del orden de 0,001 atmósferas, mientras que la presión de CO2 en la atmósfera es tan sólo de 0,0003 atmósferas (unas 30 veces menor), contando además que el Nitrógeno molecular no lo vemos acelerado ni hay mecanismo físico natural que vaya a producir este bombardeo de nitrógeno altamente energético sobre el pobre CO2, como que la posibilidad de que sea el CO2 el que se escite por colisiones es mucho menor cuando no la proporción en la mezcla de gases (que es del 10% en los láseres de CO2, en cambio en la atmósfera sería del 0,03%) es menor. Costaría encontrar formas de explicar que la radiación inducida se está dando en la atmósfera con los actuales rangos de energía, habría que encontrar también cómo el CO2 está escitado y de forma tan masiva como para que la radiación fuera inducida, y por supuesto habría que encontrar trazas de esa emisión a 10,6 micrómetros de luz coherente que diría que ahí, en la atmósfera se está dando un láser natural de CO2.

El hecho es que la emisión inducida que nos indica el biólogo metido a físico de materiales no hay manera de explicar como se estaría produciendo, es una hipótesis en la que la mera condición que se cumpla requiere de una situación en la atmósfera que no se está dando (no hay bombardeo de moléculas de nitrógeno u otro gas molecular a altas energías para escitar el CO2 ni se observa ningún gas molecular muy energético, ni tampoco un CO2 sobreescitado).

Por otro lado, el CO2 tendría un efecto aún peor y que tendría que mostrarse, enfriaría el planeta. Imaginémonos que hay un fenómeno no conocido de sobreexcitación del nitrógeno molecular (o cualquier otro fenómeno físico que transmita energía al CO2 para estar sobreexcitado), este fenómeno transferirá energía del conjunto de la atmósfera al CO2 (o lo absorverá de la radiación solar, reduciendo la que llega al planeta), el nitrógeno si no encuentra CO2 terminará por perder esa excitación mediante la colisión con otro gas (oxígeno o lo que sea) y por tanto esa radiación terminaría por calentar la atmósfera, por tanto sin CO2 no hay pérdida energética. Pero al absorver esa energía por el CO2 para producir esas moléculas sobreexcitadas que terminarían emitiendo en forma de luz láser radiación hacia fuera de la atmósfera, esa energía terminaría por eliminarse en forma de radiación. Por tanto, cuanto mayor densidad de CO2, más se enfriaría el planeta… todo lo contrario a lo que se está observando. No es que, como afirma Nasif Nahle, toda la radiación de infrarojo simplemente atravesaría el CO2 como si fuera transparente al ser emitidos los fotones en la misma dirección en la que llegan los fotones incidentes, no, para que se dé el fenómeno de emisión inducida el CO2 perderá su energía extra (que en el láser se la proporcionan las colisiones con el Nitrógeno) y por tanto la energía se disipa hacia la atmósfera. Para entenderlo un poco, el láser de CO2 consume energía, el 80% la disipa en calor (el Nitrógeno no termina de colisionar con todo el cO2 de forma eficiente y necesita un refrigerante) pero el 20% se escapa en forma de luz coherente que llamamos láser. Por cada 1Watt que inyectamos en el sistema, 0,8Watts son calor y 0,2Watts es láser.

En nuestro láser natural propuesto por Nahle, si el Nitrógeno por poner un ejemplo sacara de la atmósfera o de la radiación solar energía para sobreexcitarse y colisionar con el CO2 (o este se sobreexcitara) por cada 1Watt que se utilizara para sobreexcitarse (y que sale de la “cuenta” de la energía térmica acumulada en la atmósfera o de la energía que llega del sol a la tierra) se perdería 0,2Watts.

Cuestión de conservación de la energía, si la Tierra se ha convertido en algo así como un láser gigante que emite en todas las direcciones una bonita luz coherente de 10,6 micrómetros esa energía va a cuenta de algo, en este caso de la emisión térmica del planeta por tanto ha de estar a menor temperatura. Por tanto la temperatura media del planeta tendería a reducirse cuanto más CO2 haya. Algo que no se observa… como es más que evidente.

Los datos de espectro de emisiones no detectan láseres naturales ni en la Tierra ni en ninguna otra atmósfera, en cambio si detectan el espectro de emisión espontánea del CO2

Pero podemos ir también al propio espectro de emisiones de la tierra. Al igual que se produciría un fenómeno láser que haría que el CO2 emitiera toda esa energía le pasaría a cualquier planeta con CO2. Los planetas con CO2 como Venus serían un láser precioso que podríamos ver un espectro de emisión claro en la banda de 10,6 micrómetros… cosa que no es así… Además, según esta teoría Venus sería mucho más frío que la Tierra o que Mercurio en cambio la temperatura del planeta es mayor que Mercurio o la Tierra, grácias, precisamente, a que el sistema de emisión espontánea que es el que la física de materiales y la termodinámica predicen que es el que se está dando (y es el que se observa en los laboratorios), es el que se está dando.

Es curioso el espectro de emisión de Venus, que tiene un máximo, precisamente en esos 2,4 micrómetros que corresponden a la emisión espontánea del CO2. Además, que la luz de un láser es fácil de diferenciar de otras fuentes de luz, grácias a su característica de coherencia, y que jamás hemos detectado en ninguna atmósfera con CO2. Pero siempre podemos pensar que otros planetas no son la Tierra y que la atmósfera de la Tierra es más chachipiruli y es capaz de producir láseres de forma espontánea por su mezcla de gases y que es capaz de hacer esas moléculas de nitrógeno sobreexcitado sin que haya fenómeno físico de por medio y sin que podamos medir ese nitrógeno sobreexcitado.

El problema radica en que el espectro de emisión de la Tierra es difícil de medir, los “cacharros” que hemos enviado al espacio o están demasiado cerca de la Tierra como para que otros efectos no malogren el resultado, o las imágenes tomadas son con el reflejo de la luz solar (que tiene la cualidad de cubrir un espectro de emisión más amplio y llegar a tapar la luz reflejada la que pueda la Tierra emitir debilmente por su temperatura). Podemos observar el espectro de emisión de Venus y otros planetas porqué podemos observarlos de lejos y con cierta distancia y evitar observarlos en el momento en que refleja la luz del sol, en cambio la Tierra provoca ciertos problemas. Ahora bien, recientemente ha habido una observación grácias al ingenio de unos astrónomos del Instituto Astronómico de Canarias y la conjunción de un eclipse lunar, que ha permitido ver la luz que emite la tierra reflejada en la luna y ver que espectro de emisión tiene nuestra atmósfera… Curioso, hay un máximo, nuevamente a 2,4 micrómetros, curioso también, no lo hay a los 10,6 micrómetros. Y nuevamente curioso, ni traza de luz coherente ni de láseres en todo el espectro.

Todo ello no deja de ser una evidencia experimental a algo que no dejaba de ser una incoherencia de modelo. Los modelos no sólo han de hacer predicciones sobre els sistema físico que intentan describir, sinó que han de ser coherentes internamente. En el caso del modelo de el CO2 emite de forma inducida requiere tantas condiciones que no se observan ni se están dando en la atmósfera que resultan en un absurdo plantearlas (¿donde está el mecanismo físico que  el CO2 esté sobreexcitado?), por tanto de partida ya es un absurdo, pero además este modelo tiene consecuencias que pueden ser falsadas facilmente: el CO2 enfría la atmósfera (eso no se observa ni en la Tierra ni en los planetas circundantes donde observamos atmósferas con CO2) y se ha de observar un máximo en los 10,6 micrómetros y NO en los 2,4 micrómetros en los espectros de emisión de planetas con CO2, incluída la Tierra. Cosa que esto no se produce.

No deja de ser una película un poco tonta debatir esto, porqué en conjunto, incluso los negacionistas más recalcitrantes con un mínimo de formación científica no niegan que el CO2 incremente la temperatura de la Tierra, el fundamento físico es muy sólido (tan sólo hay que leer el conjunto de papers que sustentan los modelos del IPCC), y este artículo no deja de ser un ejercicio intelectual al vacío porqué el propio artículo de Nahle no deja de ser un cúmulo de incoherencias, pero como los negacionistas les encanta sumarse a cualquier argumento, sea o no científico, es bueno que quede demostrado como falaz.

Como no, el CO2 sigue emitiendo de forma espontánea la radiación infraroja que captura y calentando la atmósfera tal y como predice la física más elemental y los modelos climatológicos. Los láseres naturales de CO2 en las atmósferas planetarias no dejan de ser otro invento negacionista de turno.