Bueno, lo que sigue, es especulación personal.
De esta página
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/atmosfera/atmosfera.html , que explica un modelo muy simple de la atmósfera estática se deduce esta fórmula.
Válida hasta la tropopausa. "n" es el número de moléculas por m3. "n0", esa misma cantidad en el nivel del mar. T0 la temperatura ambiente a nivel del mar. "a" la variación de temperatura expresada en ºK por metro. "y" la altura, "m" la masa de la molécula expresada en Kg. "g" la aceleración de la gravedad. Y "k" la constante de Boltzman.
Si a ella le añadimos que la masa=(Peso molecular)*(Masa de la u.m.a.), obtenemos que el exponente depende directamente del peso molecular.
Ma y Mb sería los pesos moleculares. Para el aire Ma=30, y para el CO2, Mb=44 mas o menos. M0=1,660·10-27kg. El resto de constantes lo podéis ver en en enlace.
En esa expresión lo que vemos es que,
en una atmósfera sin flujos verticales, la proporción en volumen de CO2 respecto al aire, disminuiría con la altura casi exponencialmente. (ver texto del enlace. Allí compran la presión, pero la densidad es equivalente). Si la masa molecular del gas de efecto invernadero es menor que la del aire, el exponente resulta ser positivo, es decir, aumenta la proporción respecto al aire.
Pero la troposfera no está quieta. Se mueven masas de aire arriba y abajo.
Pongo un modelo simple. Luego se puede complicar.
Los gases de efecto invernadero se generan en la superficie terrestre. Consideremos el CO2 y el CH4. Al producirse cerca de la superficie, podemos suponer que acumulan energía térmica que absorben de la radiación infrarroja emitida por el suelo o la superficie del mar. Si una corriente ascendente los envía hacia la troposfera, la columna de aire se expande, se enfría cinéticamente (por expansión adiabática) y posteriormente emite radiación infrarroja, liberando el calor absorbido en superficie.
En este sentido, en esta fase, los gases de efecto invernadero, actuarían como radiadores, contribuyendo a eliminar el 50% de la radiación infrarroja procedente del suelo.Ahora bien, una vez enfriados, absorberían de nuevo, a menor temperatura, la radiación infrarroja procedente de la tierra. A partir de ese momento, actúa como un aislante, al reflejar el 50% de la radiación. Es lo que siempre hemos oído.
En el caso del CO2, tendríamos que la situación no puede mantenerse mucho tiempo. Tenemos un gas cuya densidad es muy superior a la del aire atmosférico en esa altura y su tendencia es a caer exponencialmente con la altura. A parte de ello, las circulaciones atmosféricas favorecerán su caída hacia el suelo de nuevo.
En cambio, un gas como el metano, cuyo peso molecular es muy inferior al del aire, tenderá a subir por la estratosfera, si no hay impedimentos químicos que lo destruyan. Tendrá una tendencia natural a quedarse en altas capas atmosféricas, calentando la estratosfera, tapando parte de la radiación infrarroja procedente del suelo y emitiéndola de nuevo hacia abajo y hacia arriba. En esas capas, dado el poco movimiento vertical, ascendería poco a poco hasta ser destruido por otras causas, sin dejar de calentar la estratosfera y la superficie.
El CO2, actúa como radiador en primera fase. Si el tiempo de permanencia en las capas altas es alto, tendrá un efecto invernadero neto. Si, por el contrario no es muy grande, podría tener un resultado neutro e incluso, refrigerante si el ciclo es muy rápido.
Por supuesto, puedo estar quivocado, y la situación real podría ser otra.
Saludos.
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