Concentración de dióxido de carbono en ppm

Como decía en el post anterior voy a explicar en qué consiste la medida de concentración de una substancia en ppm, es decir en partes por millón. Utilizare el ejemplo del dióxido de carbono en la atmosfera terrestre.

¿Qué significa ppm? Rápidamente, es una medida de la proporción relativa de una sustancia respecto a otras. En el caso de gases se utiliza el ppmv y significa la proporción relativa de una sustancia respecto a otras dentro de un volumen determinado. Muchas veces se acostumbra a no diferenciar entre ppm y ppmv. En el caso del dióxido de carbono, que es un gas en la atmosfera terrestre, se utiliza la nomenclatura ppm aunque en realidad ppm son ppmv, es decir, partes por millón en volumen. Se acostumbra a omitir el término “en volumen” por simplicidad, pero no hay que olvidarse de que existe.

La concentración es una medida de la cantidad relativa de una sustancia respecto de otras. En el caso de la concentración de gases en la atmosfera se utiliza la magnitud de microkilogramos de aire por metro cúbico. El significado de ppmv es entonces 0,000001 kilogramos de aire por metro cúbico, que es lo mismo que 0,001 gramos de aire por metro cúbico, que es lo mismo que 0,000001×0,001 Toneladas de aire por metro cúbico.

Esto significa que 380 ppm (simplifico ya ppmv a ppm) significan 380×0,000001×0,001 toneladas de aire por metro cubico. Pero si queremos saber la cantidad de Toneladas de dióxido de carbono hay que saber la relación entre el peso molecular del dióxido de carbono respecto el del aire. Calculemos entonces los pesos moleculares de cada molécula.

Peso molecular del dióxido de carbono: la molécula está compuesta por un átomo de carbono y dos de oxigeno. El peso atómico del carbono es 12 y el peso atómico del oxigeno es 16, tenemos pues que el peso atómico del CO2 = 2×16+12 =44.

Peso molecular del aire: Se considera que el aire está formado en un 79% de nitrógeno, 21% de oxigeno y 1% de gases raros. Hay que tener en cuenta que se trata de nitrógeno y oxigeno molecular, es decir, formado por dos átomos de nitrógeno y dos átomos de oxigeno. El peso molecular del aire será pues el resultado de la siguiente operación, 0,79x2x14+0,21x2x16 = 28,84. Se acostumbra a escoger un valor aproximado de 29 para el peso molecular del aire seco.
La relación entre los pesos moleculares del dióxido de carbono y del aire es pues 44/29. La cantidad de CO2 actual en la atmosfera es de 380 ppm, transformemos esta cantidad en toneladas por metro cubico de aire, se calcula de la siguiente manera

380 ppm significan entonces 0,000000057 Toneladas de dióxido de carbono por metro cubico de aire. Para conocer las toneladas totales en toda la atmosfera tendremos que multiplicar por el volumen de la atmosfera terrestre. Suponiendo la Tierra como una esfera perfecta de radio 6378 km y considerando que la zona donde la atmosfera es densa tiene una altura de 10 km, el volumen será

La cantidad total de toneladas de dióxido de carbono es pues

Resulta que tenemos actualmente unas 2850 Gigatoneladas de dióxido de carbono en la atmosfera. Hay que tener en cuenta que el CO2 no es un gas tóxico, nuestro aliento tiene una concentración de CO2 de 50.000 ppm. En el proceso de respiración devolvemos a la atmosfera 2,5 billones de kilogramos de CO2. Se calcula que se han lanzado a la atmosfera 60 mil millones de toneladas de CO2 procedente de la quema de combustibles fósiles, esto significa un 2,1% del total de CO2 en la atmosfera.

Otra manera de visualizar el concepto de ppm es a partir de los dibujos en 3D que les pongo.
Esta primera imagen corresponde a 1 ppm, tenemos un cubo de color amarillo en el extremo inferior izquierda (casi no se ve) que corresponde a una parte en un millón del total de cubos amarillos que caben dentro del cubo grande gris.

 

 

 

 

 

 

Esta segunda imagen de la derecha corresponde a 350 ppm. El cubo amarillo esta formado por 350 cubos amarillos de la imagen anterior.

 

 

 

 


Esta tercera imagen corresponde a una concentración de 5000 ppm. Fijense que el aumento en volumen no es lineal. Un aumento del doble de la concentración en ppm no significa que el cubo amarillo aumente el doble.

 

 

 

 

 

Hace 20000 años, durante la última glaciación la concentración de CO2 era de 200 ppm que subió a 280 ppm hace 11000 años durante la última desglaciación. Actualmente tenemos una concentración de 380 ppm. Pero hay que tener en cuenta que es de las veces que la concentración de CO2 es más baja (ver “Temperatura i CO2”). En la época de los dinosaurios estaba a 1800 ppm y en el cámbrico a 7000 ppm.

Se ha determinado experimentalmente que la concentración óptima para el crecimiento de las plantas es de 895 mg/m^3, (biocab) ¿A que concentración en ppm corresponde? Muy sencillo, puesto que la concentración en ppm ya esta indicada en mg/m^3, solamente tenemos que hacer la multiplicación de la relación entre pesos moleculares, 895×29/44 = 590 ppm.

Obtenemos que para que las plantas del planeta crezcan abundantemente es necesaria una concentración de 590 ppm. Es decir, 1,5 veces la concentración actual. Por eso en algunos invernaderos se inyecta CO2 para mejorar el crecimiento de las plantas. Algunos incluso creen que el descubrimiento de la agricultura se debio al aumento del CO2 hace 11000 años, ya que con la última glaciación la concentración de 200 ppm era muy pobre. De esta manera se explica que este descubrimiento se produjera en distintas civilizaciones casi al mismo tiempo.

Pueden ver tambien: “Cambios climáticos a 4,2% de CO2

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Acerca de Carles Paul

Licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Barcelona, Máster en Física y Matemática Aplicada por la Universidad Politècnica de Cataluña y Máster en Historia de la Ciéncia por la Universidad Autónoma de Barcelona. Profesor titulado de la Universidad Politècnica de Mataró, Investigador del CERpIE y Eurostars Technical Expert.
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15 respuestas a Concentración de dióxido de carbono en ppm

  1. alvrosda dijo:

    La gran mentira del cambio climático en Libertad Digital (quedaos con la noticia, no la publicación)

    http://www.libertaddigital.com/sociedad/un-miembro-del-ipcc-destapa-la-gran-mentira-del-cambio-climatico-1276335809/

  2. anónimo2 dijo:

    están bien estas fotos/dibujos sintéticos que pones a veces, pero yo creo que las mejores fotos se sacan de la calle. A mi me gusta particularmente esta que publica hoy el Avui, por poner un ejemplo….

    http://paper.avui.cat/article/barcelona/137615/revolta/contra/festes/rave.html

  3. Fortuna dijo:

    Esos cálculos están mal. Ppmv significan partes por millón en volumen, es decir, se toma un volumen de 1 m^3, se calcula cuántas moléculas hay en ese volumen de cada componente, se suman todas y para cada una se indica la fracción de moléculas del mismo respecto del total.

    Para el CO2 se indica que de cada millón de moleculas totales en 1 m^3 hay 380 de CO2.

    Si usamos la ley de los gases P.V=n.R.T. Despejamos n/V=P(R.T).

    Para el aire a 1 atmósfera y 0ºC, obtenemos

    (n/V)=44.60 moles de aire que son 1.29Kg/m3.

    De ello sale que de CO2 hay 380/1000000*44.60=0.0169 moles/m3

    0.0169 moles=0.0169*44=0.00075 Kg de CO2/m^3 y no 0.000001 como dices. Todo ello a nivel del mar.

    Esa proporcion en partes por millón, se mantiene constante. Pero la densidad absoluta varía exponencialmente con la altura y todo el cálculo que haces no sirve de nada.

  4. Carles Paul dijo:

    Al principio dejo claro lo que significa ppmv. Que es una medida de concentración de una substancia en otra, en este caso de CO2 en aire y se indica la medida por el disolvente, en este caso el aire.
    Utilizas la aproximación de gas ideal, que en este caso no sirve, en el aire tenemos diferentes moléculas con diferentes pesos moleculares, pero es una buena aproximación no lo discuto.
    La concentración de 380 ppm es una medida global atmosférica y no solamente a nivel del mar. Dices que digo que la concentración de CO2 es de 0,000001, de donde lo sacas? Si lees bien (pasando las Tn a kg)digo que son 0,00057 kg de CO2/m^3, tu aproximación dice 0,00075, tampoco es tanta la diferencia. Si haces el cálculo completo te van a salir 3,75*10^15 kg de CO2 en la atmosfera. Yo obtengo 2,85*10^15 kg y el valor aceptado es de 2,99*10^15 kg.
    Para mi tan válido es tu cálculo como el mio.

  5. Pingback: Cambios climáticos a 4,2% de CO2 « abcienciade

  6. Toni dijo:

    ¿¿¿De dónde sacas que “se calcula que se han lanzado a la atmosfera 60 millones de toneladas de CO2 procedente de la quema de combustibles fósiles”???

    Te informo que según el informe estadístico de BP (http://www.bp.com/productlanding.do?categoryId=6929&contentId=7044622) en el 2007 se consumieron 3952 millones de toneladas de petróleo MÁS otras 3177 millones de toneladas de carbón MÁS otras tantas 2638 toneladas equivalentes de petróleo en forma de gas natural. La suma de estas tres fuentes de energía totaliza unas 9700 MILLONES DE TONELADAS sólo en 2007.

    Simplificando mucho (al quemar una tonelada de combustible se emite MUCHO MÁS de una tonelada de CO2, y una parte del petróleo sirve para la fabricación de plásticos), aquí ya hay bastante más de las 60 millones de toneladas a los que aludes.

    Otro concepto es que este CO2 se emite y se absorbe continuamente y cuánto mayor es la concentración de CO2 mayor es la velocidad de su absorción (constante de equilibrio y esas cosas).

  7. Carles Paul dijo:

    Tienes razón, me deje el “mil”, son 60 mil millones de toneladas (ya lo he arreglado), no recuerdo bien de que fuente saque la información, hace más de un año. Seguramente fue del “Primer informe del ciclo del carbón”.
    Pero fijate que la proporción en % si que es correcta, repito me deje la palabra “mil” pero el calculo si que lo realice correctamente.

    Y también tienes razon, la cinetica química depende de las concentraciones relativas y es dificil calcular la concetración máxima de saturación de CO2 en el oceano.

    Gràcias por el comentario que me ha permitido solventar este error.

    Saludos

  8. Moises Rojas dijo:

    Si se interesan en conocer mas de equipos detectores de gases toxicos industriales en Peru deben visitar:
    http://www.gdsdelperu.com
    Donde encontraran sensores y detectores de gases como H2S, SO2 CO2, gases explosivos, refugios mineros y detectores de alcoholemia.

  9. Pingback: Anónimo

  10. Hola Toni1, me parecio muy interesante los cálculos que realizaste,en especial un dato que comentas en una de tus replicas a un comentario: el cálculo completo te van a salir 3,75*10^15 kg de CO2 en la atmosfera. Yo obtengo 2,85*10^15 kg y el valor aceptado es de 2,99*10^15 kg.

    Mi pregunta es de donde sacaste ese valor ACEPTADO de cO2 en la atmosfera?, me podrias pasar la referencia? es informacion que he estadobuscando y no he encontrado, es decir, valores maximos o permitidos de concentraciones de gases en la atmosfera. Lo que encuentro siempre es la concentracion actual, mas no la permitida o estandar. SAludos!!

  11. Pingback: Sol, lluvia y mucho CO2 « EspejitosVerdes

  12. Pingback: Anónimo

  13. Mario dijo:

    Disculpa si actualmente la concentración de CO2 es de 400 ppm y aumentara 3 veces más. ¿Cuál sería el impacto de la concentración de O2 en la atmósfera sabiendo que por cada molécula de CO2 que se produce por combustión se gastan 1.4 moléculas de O2?

  14. CARAY QUE NIVEL, ME DIO GUSTO LEER EL INTERCAMBIO DE CONOCIMIENTOS, BUENA. IMAGINO QUE CON EL MISMO CRITERIO SE DEBE CALCULAR LOS DEMÁS GASES PRESENTES EN LA ATMÓSFERA.

  15. Carles Paul dijo:

    Disculpa Mario, no me di cuenta de tu comentario, al ser un post muy antiguo. La verdad es que no se como se realizaría exactamente este cálculo de la cantidad de oxigeno y co2 pues hay muchas más variables que intervienen. No esta relacionado directamente la concentración de co2 con la de o2.
    Fijate en el gráfico de la temperatura, co2 i o2 a lo largo de millones de años.

    http://abcienciade.wordpress.com/2007/12/16/temperatura-y-co2/

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