Pasaje a la Ciencia > Número 12 (2009) > Pasaje a la Ciencia 12 - Volumen 1. Astronomía > Cambio climático: bases científicas

Cambio climático: bases científicas

Cambio Climático: bases científicas
Manuel López Puertas
Investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC

Introducción

En este pequeño artículo de divulgación sobre el cambio climático expondré de la forma más objetiva posible, mi perspectiva científica sobre este tema. La cantidad de información que se encuentra hoy en día sobre este fenómeno (prensa, internet, TV, revistas especializadas, e incluso divulgación, muchas veces interesada) es enorme y, para el lector no especializado, resulta muy difícil saber a qué atenerse. A modo de anécdota, mencionaré que incluso un colega mío, científico y riguroso donde los haya, se quedó dudando sobre la importancia y alcance del cambio climático tras oír una conferencia impartida por un prestigioso y afamado divulgador de la ciencia. Pues sí, creo que incluso prestigiosos divulgadores no dan, en mi opinión, una visión imparcial y acorde con los resultados científicos que tenemos hoy día. Por eso, querría, más que otra cosa, citar datos, números y gráficos, todos obtenidos por científicos de contrastado prestigio, y dejar al lector que saque sus propias conclusiones. Así, casi toda la información aquí presentada se ha extraído del último informe (2007) sobre cambio climático (ARA-4) del IPCC (siglas en inglés del Intergovernamental Panel for Climate Change). He de mencionar que aunque su nombre indique Intergovernamental, no significa que haya sido impuesto por los gobiernos (y, por tanto, con posibles conclusiones interesadas), sino que está formado por colegas científicos del más alto prestigio a nivel internacional.

También quisiera mencionar que el cambio climático es un problema poliédrico, con muchos aspectos y consecuencias. Así, el IPCC, está constituido por tres grupos de trabajo con objetivos muy bien diferenciados: el Grupo 1, encargado de establecer las bases científicas del cambio climático, determinar sus causas y comprenderlo; el Grupo 2 se ocupa de evaluar su impacto (en la sociedad, en los ecosistemas, biodiversidad, etc.) y buscar medidas de adaptación y vulnerabilidad; el Grupo 3 está dedicado a buscar medidas para mitigar los efectos del cambio climático. Sí, el discurso entre científicos acerca de si existe o no cambio climático está más que desfasado (yo también creía que la sociedad lo tenía asumido, hasta que hablas con unos amigos y otros y te sorprendes de que aún lo cuestionen). Hoy en día se va ya más lejos y se buscan medidas de cómo adaptarnos para ser menos vulnerables y cómo mitigarlo y paliar en la medida de lo posible sus efectos. En este artículo, me voy a limitar a la primera parte, las bases científicas del cambio climático. Claro que lo que más nos interesa es la forma de mitigarlo, por lo que para aquellos que no se queden satisfechos con constatar su existencia y quieran profundizar en sus efectos y forma de paliarlo, les recomiendo que lean las conclusiones del Grupo 3 (ver bibliografía). Si quieren ir más allá y actuar, el mejor modo es consumir la menor cantidad de energía posible, entendida ésta en su amplio sentido físico donde energía y materia son un mismo ente; por tanto, consumir también la menor cantidad posible de productos.

Cambio climático global: constatación

Quizás debiéramos empezar por aclarar los conceptos de cambio climático y de clima, este último muy a menudo confundido con el tiempo (atmosférico, se entiende). Imagino que conocen la historia reciente en la que un importante político español decía: ¿Cómo pueden (los científicos) predecir el clima que va a hacer dentro de 50 años si, según mi primo, meteorólogo, no somos capaces de saber a ciencia cierta qué tiempo va a hacer la semana que viene en Sevilla? Pues sí, el orador en cuestión estaba confundiendo dos aspectos muy diferentes; una cuestión es el clima y otra el tiempo.

El clima es un estado promedio del tiempo. Se describe en base a los valores medios y a la variabilidad de parámetros como la temperatura, las precipitaciones, los vientos, etc. a lo largo de un cierto periodo (digamos del orden de unos 30 años). A los cambios a lo largo del tiempo de ese estado medio del tiempo atmosférico (que podríamos llamar, para distinguirlo del tiempo del reloj, temperie -véase el diccionario de la RAE) es lo que llamamos cambio climático. Así pues tiempo y clima están entremezclados; pero, ¿cuáles son las diferencias? En primer lugar, el tiempo, por su naturaleza caótica, no se puede predecir más allá de unos pocos días. Sin embargo, los cambios en el promedio del tiempo debidos, por ejemplo, a cambios en la composición de la atmósfera, variación de la radiación solar, etc., sí que se pueden predecir con alta fiabilidad.

Otra forma de distinguir entre tiempo y clima es atendiendo a la temperatura. Sabemos que siempre hay extremos de frío y calor, noche/día, verano/invierno. Sin embargo, los cambios en la frecuencia de esos extremos y en su intensidad nos indican los cambios del clima. Algunos ejemplos nos pueden ayudar a una mejor compresión. No podemos predecir con certeza a qué edad moriremos, pero sí podemos afirmar con un alto grado de confianza que la esperanza de vida en España es de unos 75 años. Sabemos que la temperatura no es más que el efecto de las colisiones de todas la moléculas del aire. No podemos saber la velocidad con la que se mueven cada una de las aproximadamente 1028 moléculas de aire que hay en una habitación, pero si usamos un termómetro, sí podremos saber, con una precisión de una décima de grado, la temperatura de la habitación, que no es más que una medida de la media de la velocidad de todas las moléculas del aire.

Aclarados estos aspectos, tenemos hoy día datos que nos indican con una muy alta probabilidad que el clima ha cambiado en los últimos 150 años. Hay tres tipos fundamentales de datos:

Temperatura media global de los últimos 150 añosAumento de la temperatura atmosférica, subida del nivel del mar y reducción de la cubierta de nieve del hemisferio Norte

    1. La temperatura media del aire a nivel global en la superficie de todo el planeta ha aumentado en el último siglo (1906-2005) una media de 0.74°C (ver Fig. 1). Es de notar como la subida de la temperatura es mayor en los últimos años, donde nos encontramos los años más cálidos. Es importante recalcar el aspecto de temperatura global, esto es, en todo el planeta, lo que no significa que ese aumento haya tenido lugar en todas las partes del planeta. De hecho, el aumento es mayor sobre los continentes que en los océanos; y más elevado en el hemisferio norte (donde hay más «tierra» que en el hemisferio sur, dominado por los océanos), e incluso hay regiones donde el planeta se enfría (p.e., al sur de Groenlandia y en el Sudeste de EE.UU.). Las regiones más calientes son el Ártico, el Sahel (África), el Mediterráneo y el este de América del Sur.
    2. El nivel del mar ha subido y lo ha hecho de forma consistente con el calentamiento (Fig. 2, panel central). Desde 1961 ha subido a un ritmo de 1.8 mm/año y a mayor ritmo, 3.1 mm/año, desde 1993. En los últimos 150 años ha subido unos 20 cm y durante el s. XX lo hizo en 17 cm. La subida se debe aproximadamente en un 50% a la expansión térmica del agua de los océanos y en el otro 50% a la fusión del hielo de los glaciares y de los casquetes polares (ver Tabla 1). Se sabe que la temperatura de los océanos ha aumentado hasta al menos 3 km de profundidad y que han absorbido el 80% del exceso de calor.
Los datos anteriores a 1993 son de mareógrafo y los posteriores obtenidos por altimetría desde satélites
Tabla 1. Ritmo de elevación del nivel del mar (mm/año)
Expansión térmica 0.42±0.12 1.6±0.5
Glaciares y casquetes de hielo 0.50±0.18 0.77±0.22
Manto de hielo de Groenlandia 0.05±0.12 0.21±0.07
Manto de hielo de la Antártida 0.14±0.41 0.21±0.35
Suma de las contribuciones climáticas (estimadas) 1.1±0.5 2.8±0.7
Total del aumento del nivel del mar observado 1.8±0.5 3.1±0.7
Diferencia (observado-estimado) 0.7±0.7 0.3±1.0
  1. El tercer dato es la reducción de la cubierta de nieve del hemisferio norte. Como consecuencia del aumento de la temperatura, ésta se ha visto sustancialmente reducida en el Ártico. La cubierta de nieve en primavera (Fig. 2) muestra una reducción brusca durante los años 80. La superficie de hielo marino en el Ártico ha disminuido a razón de un 2.7% por década (7.4% en verano). Además, la extensión de tierra helada (el máximo de invierno) se ha reducido en un 7% desde 1900, y la de primavera en un 15%. También hemos visto recientemente en las fotografías de satélite cómo la cubierta de hielo del Ártico se redujo a su mínimo histórico en 2003.

 

Cambios en la temperatura de las capas altas de la atmósfera

Temperatura media de la atmósfera desde 1960 medidas con instrumentos en satélitesOtro dato que nos muestra la existencia del cambio climático (y que, como veremos más adelante, es importante a la hora establecer sus causas) es el cambio de la temperatura en distintas capas de la atmósfera (Fig. 3). En este caso solo tenemos evidencias desde 1960, cuando se iniciaron las medidas de temperatura de la atmósfera con instrumentos a bordo de satélites y, por tanto, globales.

La Fig. 3 nos muestra que los cambios de temperatura han ocurrido no solo en la superficie sino también en capas más elevadas de la atmósfera: en la baja troposfera, a unos 4-5 km, y en la media y alta troposfera, en torno a 8-12 km.

Es de notar que hay varios conjuntos de medidas, todas ellas concordantes. El panel superior de la Fig. 3 nos muestra el cambio de temperatura en la baja estratosfera (a unos 20 km). Fíjense como a esta altura la temperatura disminuye, en lugar de aumentar. Este es un dato muy importante a la hora de explicar las causas del cambio climático.

Evolución de los glaciares en las últimas décadas

Abundando en los distintos datos que nos manifiestan el cambio climático, encontramos la evolución de los glaciares. La Fig. 4 nos muestra de manera gráfica el glaciar Lewis del Monte Kenya en África en la misma época del año pero con una diferencia de 76 años. Como se puede apreciar, la mayor parte del glaciar (el 92% concretamente) ha desaparecido.

De una forma menos llamativa pero más cuantitativa, la Fig. 5 muestra la evolución desde 1960 de la masa acumulada de hielo en los glaciares de distintos continentes. Podemos ver que, salvo los glaciares de Europa y de los Andes, la cantidad de hielo acumulado se ha reducido considerablemente, variando entre el equivalente a entre 2 y 6 mm de subida del nivel del mar[1]. Se ha reducido excepcionalmente en la región de Alaska, donde las temperaturas medias en dicha región registran un elevado aumento. Es de notar también como en Europa y los Andes apenas si ha cambiado, registrándose incluso un ligero aumento en Europa. Este último se explica en parte por el aumento de precipitaciones que ha tenido lugar en la Europa del centro y del Norte. A nivel global, sin embargo, no hay duda del retroceso de los glaciares en el últimos siglo.

Evolución del glaciar Lewis en Monte KenyaEvolución de la cantidad de hielo acumulada en los glaciares de distintas zonas del planetaPrecipitaciones

El cambio climático también se encuentra reflejado en los patrones de precipitaciones, aunque en este caso no es tan fácil de identificar como en los casos mostrados anteriormente, debido principalmente a su gran variabilidad natural, muy influenciadas por fenómenos como el Niño y la Oscilación del Atlántico Norte.

Las observaciones muestran que las precipitaciones medias anuales han sufrido cambios significativos desde 1900 hasta 2005, tanto en lo relativo a cantidad, como intensidad, frecuencia y tipo de precipitaciones. A modo de resumen, se ha observado que las precipitaciones han aumentado de forma significativa en el Este de América del Norte y el Este de América del Sur; en el Norte de Europa y en Asia Central. Por el contrario han disminuido en la región del Sahel (Oeste de África), en el Mediterráneo, en el Sur de África y en algunas partes del Sur de Asia.

De la misma forma, se ha observado que:

 

  1. Hay más precipitaciones en forma de nieve que de lluvia en las regiones del Norte.
  2. Las lluvias torrenciales son más frecuentes e intensas.
  3. Ha aumentado la frecuencia tanto de inundaciones como de sequías.

 

En cuanto a precipitaciones a nivel global, éstas se miden con el denominado índice de severidad de las sequías que mide el déficit acumulativo en la humedad de la superficie terrestre. Pues bien, la serie temporal de este índice para todo el planeta muestra que ha aumentado (menos lluvias) desde 1900 a 2002. La principal razón es la menor cantidad de precipitaciones sobre los continentes (principalmente en los trópicos y sub-trópicos) y la mayor evaporación.

Todos estos cambios se explican mediante los modelos climáticos básicos como una consecuencia del aumento de la temperatura. Este aumento, con océanos más calientes, sobre todo en los trópicos, lleva asociado un aumento del vapor de agua en la atmósfera, lo que produce lluvias más intensas, aún cuando el total es menor. Esto es, en un clima más cálido aumenta el riesgo de sequías donde no llueve y el de inundaciones donde llueve.

Tendencias en temperaturas extremas

Como mencionamos al principio, los cambios del clima también se manifiestan en las tendencias de las temperaturas extremas. Las observaciones muestran, sobre una base de medidas tomadas desde 1951 hasta 2003, que:

  • La cantidad de noches y días fríos ha disminuido (más la de noches que la de días).
  • La cantidad de noches y días cálidos ha aumentado (también más las noches que los días).

Clima en el pasado

Reconstrucción de las temperaturas en el hemisferio Norte en el último milenioEn la Fig. 6 se muestran 12 reconstrucciones de la temperatura desde antes de la Edad Media, sobre el año 700, hasta nuestros días usando multitud de registros indicadores del clima (anillos de árboles, perforaciones, muestras de hielo, corales, etc.). Vemos que la temperatura sí ha sufrido variaciones, como el aumento que hubo en torno a los siglos X al XIV, conocida como la Anomalía Climática Medieval, cuando la temperatura subió significativamente. Sin embargo, las investigaciones sugieren que no fue un cambio global, sino que afectó principalmente al Atlántico Norte y Europa. A esta época le siguió una más fría, la denominada Pequeña Edad del Hielo (siglos XIV-XIX) que tampoco fue global, sino que igualmente afectó en especial a Europa. Aún así, hemos de hacer notar (ver figura) que: 1) Ni los cambios en temperatura fueron tan grandes como el aumento sufrido en los últimos 150 años (0.75C), ni ocurrieron en un tiempo tan corto. Así pues, es muy probable que las temperaturas medias globales del hemisferio norte en la 2ª mitad del s. XX fueron mayores que en cualquier periodo en los últimos 500 años, y probable[2] que fueran más cálidas que las de los últimos 1.300 años.

Reconstrucción de las temperaturas en el hemisferio Norte en los últimos 200.000 años a partir de las variaciones del deuterio en burbujas de aire atrapadas en el hieloBueno, podemos incluso irnos más atrás en el tiempo y ver qué temperaturas teníamos más allá de hace 1.000 ó 2.000 años. Es bien sabido que el clima de la Tierra ha sufrido en el último millón de años importantes cambios, alternando periodos fríos (glaciaciones) con cálidos (inter-glaciaciones). La figura 7 muestra una reconstrucción de las temperaturas en los últimos 200.000 años. Vemos entonces que las temperaturas actuales son muy similares a las que teníamos hace unos 11.600 años, el inicio del actual periodo interglacial, y que hemos de viajar en el tiempo unos 125.000 años hacia atrás para encontrarnos temperaturas similares a las de hoy día! Pero esto no es todo, en efecto vemos que la Tierra se ha calentado y enfriado, pero ¿a qué ritmo lo ha hecho? Observando la figura vemos que durante el calentamiento después de la última glaciación, la temperatura aumentó unos 6 grados en unos 10.000 años. Esto es, ¡más de 10 veces más lento que el calentamiento actual! Y un comportamiento similar lo tenemos en los últimos 450.000 años (Fig. 8). Así pues, sí que encontramos (aunque excepcionalmente y a escala de tiempos geológicos) temperaturas similares a las actuales, pero nunca calentamientos tan rápidos. Además, viendo las temperaturas en el contexto geológico (centenares de miles de años), nos encontramos actualmente al final de un periodo interglacial, y lo que esperaríamos sería una disminución significativa de la temperatura. Sin embargo, lo que medimos es un aumento.

Reconstrucción de las temperaturas (a partir de las variaciones del deuterio) y del CO2 en burbujas de aire atrapadas en el hielo de la Antártida

Factores que controlan el clima

Antes de ver las causas del aumento de la temperatura actual (y explicar las de épocas anteriores), veamos, someramente, cuáles son los principales factores que controlan el clima y explicar, de forma somera, lo que entendemos por efecto invernadero.

La energía que recibe el planeta (Tierra y atmósfera) procede enteramente del Sol (1370 W/m2; o 342 W/m2 si lo hacemos por metro cuadrado de la superficie de la Tierra), y ésta la devuelve al espacio en su totalidad. Aproximadamente un tercio de la luz recibida (casi toda la luz la recibimos en el ultravioleta y visible) se refleja al espacio directamente por las nubes y por los aerosoles (partículas pequeñas, del orden de nanometros, 10-9 m en suspensión en la atmósfera). Una pequeña parte (10%) la refleja la superficie de la Tierra (principalmente los hielos, la nieve y zonas libres de vegetación como los desiertos). El resto de energía, absorbida en la superficie, la reemite al exterior la propia superficie y, es aquí donde los llamados gases de efecto invernadero (GEIs) juegan un papel fundamental. Si no existieran los GEI en la atmósfera (si tuviéramos solo N2 y O2), la temperatura que tendría que tener la tierra-atmósfera para devolver la energía recibida del Sol sería sólo de 19 grados bajo cero. Los gases de efecto invernadero atrapan la radiación procedente de la superficie terrestre y la re-emiten en todas direcciones, esto es, gran parte la devuelven a la superficie, haciendo que aumente la temperatura de la superficie hasta los aproximadamente 14ºC, que es la temperatura media de la superficie del planeta. Cuanto mayor sea la concentración de GEIs, mayor será la temperatura de la superficie pues estos gases impiden que se emita el calor reflejado por la superficie de la Tierra. Debe aumentar la temperatura para poder emitir la energía recibida del Sol.

Así pues los principales factores que controlan la temperatura de la superficie son:

  1. La fuente, la radiación del Sol;
  2. La cobertura nubosa;
  3. La cantidad de aerosoles (polvo, hollín, restos de volcanes, etc.);
  4. Las características de la superficie (hielo, nieve, vegetación, desiertos, etc.) y
  5. Las concentraciones de gases de efecto invernadero (GEIs).

Así pues, repasemos uno a uno qué factores han cambiado significativamente en los últimos 150 años.

¿Ha aumentado la radiación solar? Pues no. Medidas muy precisas de la radiación solar lo descartan. Además, si así fuera, se esperaría una respuesta de la atmósfera muy distinta a la observada: esperaríamos una alta atmósfera más cálida y una superficie menos caliente, que como vimos (Fig. 3) no es lo que se observa. Este comportamiento está corroborado por modelos atmosféricos. Además, el efecto es muy pequeño comparado con el de los gases invernadero. Los resultados del IPCC indican que en muy improbable (<1%) que la radiación solar sea la responsable de los cambios en temperatura observados.

Esquema de los principales procesos que afectan a la temperatura en la superficie del planetaPor el contrario, los patrones observados (Fig. 3) de un aumento de la temperatura de la superficie y baja atmósfera (troposfera, hasta 10 km) y de un enfriamiento de la estratosfera, ambos se pueden explicar por un aumento de los gases de efecto invernadero. Pues, de la misma forma que una mayor concentración de GEIs impide la emisión de la superficie y aumenta la temperatura en las capas bajas, en las capas altas, al no haber impedimento (la concentración de gases cae con al altura exponencialmente), emiten con mayor efectividad y una mayor concentración da lugar a un mayor enfriamiento y a temperaturas más frías.

Concentraciones de CO2Los otros factores, cubierta de nubes, aerosoles en la atmósfera, superficie terrestre, también han cambiado en los últimos 150 años, pero no en gran medida; después veremos sus efectos. Lo que sí ha cambiado enormemente ha sido la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

La figura 10 muestra de forma inequívoca el aumento constante de la concentración de CO2 (dióxido de carbono) en la atmósfera en los últimos 35 años en dos puntos del planeta, hemisferio norte (Mauna Loa) y en el hemisferio sur (Nueva Zelanda). Se ve también claramente el ciclo estacional (durante la primavera, la mayor masa arbórea del hemisferio norte absorbe gran parte del CO2), mayor en el hemisferio norte que en el Sur. Las medidas de oxígeno molecular muestran una clarísima anti-correlación con el aumento de CO2, lo que evidencia más, si cabe, dicho aumento. En la parte inferior se muestra la evolución de las cantidades de CO2 emitidas a la atmósfera debidas a la combustión de carburantes fósiles y fabricación de cemento. La línea roja en este panel muestra el cociente de isótopos de CO2, altamente correlacionado con el aumento anterior, lo que muestra el origen inequívoco del CO2 que observamos: quema de fósiles y fabricación de cemento. Hemos de hacer notar, en este sentido, que la deforestación tiene un doble efecto negativo: por un lado se libera más CO2, en su combustión y, por otro, se reduce la absorción por las plantas, lo que contribuye a aumentar la cantidad de CO2 en la atmósfera.

La figura 10 muestra de forma inequívoca el aumento constante de la concentración de CO2 (dióxido de carbono) en la atmósfera en los últimos 35 años en dos puntos del planeta, hemisferio norte (Mauna Loa) y en el hemisferio sur (Nueva Zelanda). Se ve también claramente el ciclo estacional (durante la primavera, la mayor masa arbórea del hemisferio norte absorbe gran parte del CO2), mayor en el hemisferio norte que en el Sur. Las medidas de oxígeno molecular muestran una clarísima anti-correlación con el aumento de CO2, lo que evidencia más, si cabe, dicho aumento. En la parte inferior se muestra la evolución de las cantidades de CO2 emitidas a la atmósfera debidas a la combustión de carburantes fósiles y fabricación de cemento. La línea roja en este panel muestra el cociente de isótopos de CO2, altamente correlacionado con el aumento anterior, lo que muestra el origen inequívoco del CO2 que observamos: quema de fósiles y fabricación de cemento. Hemos de hacer notar, en este sentido, que la deforestación tiene un doble efecto negativo: por un lado se libera más CO2, en su combustión y, por otro, se reduce la absorción por las plantas, lo que contribuye a aumentar la cantidad de CO2 en la atmósfera.

Al igual que hicimos anteriormente con la temperatura, podemos comparar los niveles actuales de CO2 y otros gases invernadero (metano, CH4, y óxido nitroso, N2O) en la atmósfera con su contenido en el pasado. La figura 11 muestra el contenido de estos gases en los últimos 10.000 años. Podemos observar que ha habido muy pocos cambios hasta el inicio de la revolución industrial, en torno al 1750 y, desde entonces, hay un marcado aumento (paneles pequeños), con una tasa creciente y con valores excepcionalmente altos en la siglo pasado. Vemos entonces que las concentraciones actuales de los principales gases invernadero y sus tasas de crecimiento, no tienen precedente en los últimos 10.000 años.

Concentraciones de CO2 (izquierda), metano (CH4, centro) y óxido nitroso (N2O, derecha) en los últimos 10.000 añosY, de la misma forma que también hicimos antes, nos preguntamos, ¿qué pasó antes de hace 10.000 años? La respuesta la encontramos en la figura 12: ¡Nunca antes en, al menos los últimos 650.000 años, han existido en la atmósfera unas concentraciones de CO2, de metano, y de óxido nitroso, tan altas como las que tenemos actualmente! Como podemos ver, las concentraciones actuales exceden, en gran medida, sus variaciones naturales en los últimos 650.000 años. Nótese que durante los periodos cálidos o interglaciares (zonas sombreadas) hay una correlación entre la temperatura y los contenidos de gases de efecto invernadero en la atmósfera; a mayor contenido de gases, mayor temperatura. Asimismo podemos ver que periodos interglaciares (cálidos) también existieron antes de hace 450.000 años, aunque apreciablemente más fríos que los periodos interglaciares típicos del Cuaternario tardío. El periodo interglacial actual parece más largo de lo normal, aunque no es del todo inusual visto en el contexto de los últimos 650.000 años.

Factores humanos y naturales que controlan el cambio climático

Una vez identificados los distintos factores que controlan el clima y medidos sus cambios, nos corresponde simular o intentar reproducir mediante modelos que reflejan nuestro conocimiento de los procesos que controlan el clima, los cambios observados en éste. El parámetro que solemos utilizar para medir el cambio en el clima producido por un determinado parámetro físico se denominada «forzamiento radiativo» (del inglés «radiative forcing»). Cuando el forzamiento es positivo indica un aumento de la temperatura, calentamiento y, si es negativo, enfriamiento.

 

Los resultados de los modelos para los cambios acaecidos entre 1750 y 2005 se encuentran reflejados en la figura 13; en rojo los factores que dan lugar a un aumento de la temperatura (calentamiento) y en azul a un enfriamiento. En ella distinguimos entre los cambios inducidos por factores naturales y los debidos a la actividad humana. Empezando por los últimos, podemos ver que no todos los factores contribuyen al calentamiento, aunque sí en su conjunto. El principal responsable del calentamiento es el CO2, casi el doble que el del resto de gases de efecto invernadero (CH4, N2O y halocarbonos). En segundo lugar se encuentra el metano, CH4. En tercer lugar los halocarbonos que, aunque se encuentran en menor cantidad que los otros gases en la atmósfera, tienen una enorme capacidad para atrapar la radiación terrestre, unas 10.000 veces mayor que la del CO2. Las concentraciones de halocarbonos se han reducido de forma significativa en las últimas décadas gracias al protocolo de Montreal y sus sucesivas enmiendas y, por ello, su efecto hoy es menor que hace unos años. De hecho, el protocolo de Montreal ha sido un éxito de cómo, con acuerdos internacionales, se pueden controlar los efectos perjudiciales de las emisiones de gases a la atmósfera (el O3 en este caso). Así, sus ponentes se jactan de que no sólo han conseguido que el agujero de O3 se recupere (éste es su principal objetivo), sino que, además, ha sido unas 5-6 veces más efectivo que los objetivos del protocolo de Kyoto para 2012 en paliar el calentamiento global.

Componentes y márgenes de error del forzamiento radiativo (FR) medio mundial en 2005 para el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y otros agentesEl ozono troposférico, el comprendido entre la superficie y los 10 km, (no confundir con la capa de O3 que se encuentra en la estratosfera, sobre los 30 km), ha aumentado también de forma significativa debido a actividades humanas como la quema de biomasa, carburantes fósiles, etc. Es también un gas de efecto invernadero muy efectivo y de ahí su importante contribución[3].

El vapor de agua ha contribuido también de forma positiva al calentamiento. No debemos olvidar que, debido sobre todo a su cantidad, el vapor de agua es el principal gas de efecto invernadero. Sin embargo, los cambios en su concentración han sido menores y de ahí su menor importancia. Su contribución ha tenido lugar mediante un efecto indirecto: al aumentar el CO2, aumenta la temperatura de la tierra y de los océanos, lo que implica una mayor evaporación, que da lugar a su vez a una mayor humedad de la atmósfera y así aumentar adicionalmente la temperatura. El aumento del CH4 también ha contribuido un poco al aumento de la cantidad de agua en la atmósfera.

La transformación de la superficie terrestre tiene algunos aspectos que contribuyen al calentamiento, pero principalmente, da lugar a un enfriamiento neto. El carbón atrapado en la nieve, que da lugar a una menor reflectividad de la nieve y, en algunos lugares, a una mayor absorción de la radiación solar, contribuyen a un calentamiento. Pero, por otro lado, la deforestación da lugar a una mayor reflectividad (menos radiación solar absorbida) y por tanto contribuye a un enfriamiento.

Los aerosoles (partículas de pequeño tamaño) emitidos a la atmósfera, tanto los producidos por la actividad humana (p. e. compuestos de azufre, compuestos orgánicos y carbón negro producidos en la quema de combustibles fósiles y biomasa; o el polvo producido en las minas al aire libre), como los de origen natural (polvo del desierto, sales marinas y volcanes) tienen un efecto directo de enfriamiento. Actúan como un parasol en la atmósfera que hace que se reciba menos radiación solar en la superficie terrestre. Tienen, además, un efecto de enfriamiento indirecto muy importante a través del cambio que causan en las propiedades de las nubes. Actúan como agentes de nucleación que dan lugar a una mayor cobertura nubosa. Como se puede apreciar en la figura 13, con sus grandes barras de error, es uno de los procesos que menos se conocen hoy día.

También se ha evaluado el impacto de las estelas de los aviones. Éstas se forman en las regiones de baja temperatura y alta humedad de la media/alta troposfera, dando lugar a cirros que, por un lado, reflejan más radiación solar pero, por otro, absorben más radiación de la superficie terrestre. El efecto global en un calentamiento, aunque muy pequeño.

El único cambio natural ha sido un ligero aumento de la radiación solar total (al margen de los cambios cíclicos conocidos de 11 años de la actividad solar). Su contribución da lugar a un calentamiento, aunque menor. Las erupciones volcánicas han sido pocas y tienen normalmente una breve duración (2-3 años) por lo que su contribución es despreciable.

El balance global es claramente positivo y concluimos que: los cambios inducidos por la actividad humana dominan claramente el cambio climático actual y el dióxido de carbono es el principal factor responsable del cambio.

Modelos climáticos

Anomalías en la temperatura superficial media mundial relativas al período de 1901 a 1950Para entender los cambios observados (temperatura, precipitaciones, etc.) es necesario conocer la física del clima. Estos conocimientos los incluimos en los modelos climáticos, tanto en los simples como en los complejos, y los utilizamos para: 1) reproducir las observaciones realizadas y 2) hacer proyecciones en el futuro [4] contenido en los modelos. De esta manera, los modelos climáticos nos resultan herramientas muy útiles para entender el cambio climático.

Aún después de todos los datos mostrados, todavía nos podríamos preguntar: ¿Son las medidas consistentes con la respuesta esperada de los modelos, incluyendo todos los factores? La respuesta es sí. La parte superior de la figura 14 muestra los cambios de la temperatura [5] medidos con los simulados mediante modelos climáticos donde se han incluido todos los cambios observados y descritos anteriormente. La respuesta salta a la vista: la concordancia es muy buena, con un acuerdo excelente dentro de los intervalos de errores de las medidas y de la dispersión de los distintos modelos. Nótese que no solo explica la tendencia general, sino también los cambios a corto plazo, como los originados por los volcanes (Santa María, Agung, El Chichón, Pinatubo).

Aún así todavía podríamos preguntarnos: pero en esos modelos están incluidos todos los factores, ¿cómo sabemos que el principal responsable son los gases de efectos invernaderos y no otros? Para responder a esta pregunta, volvemos a ejecutar los modelos pero esta vez sin incluir los cambios de los GEIs. El resultado está en la parte inferior de la figura 14: ¡no somos capaces de explicar los cambios observados en la temperatura! Así pues, parece bastante evidente que el aumento de la emisión de los gases de efecto invernadero a la atmósfera son los responsables del aumento de la temperatura y, por tanto, del cambio climático constatado.

Otro aspecto más que corrobora nuestro entendimiento del aumento de la temperatura global con los modelos climáticos es su distribución espacial. El cambio en la temperatura global se observa, con distinta magnitud en todos los continentes. Pues bien, los modelos no solo reproducen el cambio global de la temperatura sino también sus diferentes cambios en los distintos continentes.

¿Qué causó los periodos glaciares?

Si los cambios actuales de la temperatura global los podemos explicar entonces con el aumento de los gases de efecto invernadero, nos preguntamos ¿qué causó entonces los aumentos de temperatura en los periodos interglaciares? Pues, entonces, no había actividad humana para general el aumento en la atmósfera de los GEIs. Explicar dichos cambios requiere una extensión que va más allá de este artículo. Mencionaremos no obstante, que dichos cambios tienen un origen astronómico. Las fluctuaciones de los periodos glaciares han estado vinculados a variaciones regulares de la órbita terrestre: son los llamados ciclos de Milankovitch. Las causas son, pues naturales, cambios en la distribución de la radiación solar, tanto en latitud como a los largo de las estaciones del año.

Los principales cambios orbitales de la Tierra son: a) movimiento de precesión (P en la figura), o sea, cambio en la dirección del eje de giro de la Tierra, que varía con un periodo entre 19 y 23 miles de años; b) oblicuidad (T en la figura): cambio en el ángulo de inclinación, entre 22.05 y 24.50º, que varía con un periodo de 41 mil años; y c) elipticidad (E), que cambia entre 0.002 y 0.05 con un mayor periodo, entre 100 y 400 mil años. Es importante mencionar que estos cambios apenas afectan a la insolación total en la superficie de la Tierra pero sí a la distribución de dicha radiación a lo largo de la latitud y estación de año. En concreto, la insolación mínima recibida en el solsticio de verano a 65ºN es crítica.

Ciclos de Milankovitch de variación de la órbita de la TierraPor otra parte, los fenómenos de realimentación (sobre todo el producido por la cubierta de hielo en la superficie) han jugado un papel fundamental. El resultado es que los modelos son capaces de simular bastante fielmente los cambios observados en la temperatura global durante los últimos periodos glaciares a partir de estos cambios orbitales. Entonces, ¿el CO2 (GEIs) no han jugado ningún papel en dichos cambios? Sí, sí que lo han jugado. Sabemos que dichos gases han amplificado en gran medida los cambios originados por las variaciones orbitales, que de otra forma, serían insuficientes para producir las variaciones observadas en la temperatura. De hecho estos cambios en el CO2 están medidos (ver figura 8), pero hay una diferencia fundamental con los actuales. Durante los periodos glaciares el aumento de CO2 fue un efecto natural producido por el aumento de temperatura, y no al revés, como ocurre actualmente, donde es el aumento de CO2 el que está generando el aumento de temperatura. Una prueba se muestra en la figura 8, donde, en efecto, el CO2 aumenta cuando lo hace la temperatura, pero si se observa detenidamente se ve que el aumento del CO2 está retrasado con respecto a la temperatura en unos 500-1000 años.

Observando las figuras de los cambios de temperatura a escala geológica (Figs. 7 y 8), vemos que la tendencia natural sería un descenso de la temperatura. ¿Podría la tendencia natural hacia la siguiente glaciación paliar entonces el calentamiento actual? La respuesta es no, dicha tendencia es mucho más lenta que el calentamiento actual, pues se espera que la Tierra entre en la siguiente edad de hielo dentro de aproximadamente unos 30.000 años.

Proyecciones en el futuro

La ventaja del desarrollo de los modelos climáticos es que, una vez comprendidos los cambios observados, nos permite hacer proyecciones en el futuro bajo distintos escenarios. Como mencionamos al principio, el Grupo 3 del IPCC está encargado de buscar formas de mitigar los efectos del cambio climático. Este Grupo ha diseñado varios escenarios de evolución de la humanidad basados en distintos aspectos como las actividades socio-económicas, el tipo de progreso, el desarrollo tecnológico o la población mundial. Resumimos aquí brevemente los tres principales escenarios considerados:

  • Escenario A2 (o de emisiones elevadas). Contempla una población mundial en continuo crecimiento (hasta unos 15.000 millones de habitantes en 2100); un mundo heterogéneo (basado en la autosuficiencia, la conservación de las entidades locales, etc.) y un crecimiento económico y cambio tecnológico fragmentados (GDP/p de 16k$)[6]
  • Escenario A1B (o de emisiones intermedias). Caracterizado por un crecimiento económico rápido (GDP/p de 75k$); con una población mundial que alcanzaría el máximo a mediados de este siglo y sería de 9.000 millones en el 2100; con la introducción rápida de nuevas tecnologías, más eficaces; y un uso equilibrado de todo tipo de fuentes de energía, incluidas las alternativas.
  • Escenario B1 (o de emisiones bajas). En este supuesto la población mundial alcanzaría el máximo a mediados de este siglo y sería de 9.000 millones en el 2100; se introducirían cambios rápidos en las estructuras económicas (servicios, infor-mación, etc.), se desarrollarían tecnologías limpias y se aprovecharían los recursos al máximo (sin uso intensivo de materias primas), en un marco de sostenibilidad económica, social y ambiental y de mayor igualdad, con un GDP/p de 47k$.

Las proyecciones sobre el aumento de la temperatura para los próximos tres siglos se pueden ver en la figura 16. Resulta evidente que la temperatura sube si los gases de efecto invernadero (GEIs) aumentan. Los valores medios de los aumentos de temperatura global previstos para el final de este siglo son de 1.8ºC, 2.8ºC y de 3.4ºC para los tres escenarios anteriores, B1, A1B y A2, respectivamente. Uno de los resultados quizás más sorprendentes es que, incluso aún dejando de emitir más CO2 desde ya, la temperatura aumentaría, y los haría al final de este siglo en casi tanto como lo hizo durante el siglo pasado, en torno a 0.6ºC. Esto se debe principalmente a la lenta respuesta (absorción del CO2 atmosférico) por parte de los océanos.

Otro aspecto interesante es que el aumento de temperatura hasta el 2030 es independiente del escenario considerado y será, al menos, similar al del siglo XX, a razón de 0.2ºC/década.

Proyecciones del aumento de la temperatura superficial global de un multi-modelo climático para los distintos escenariosEn dichas proyecciones se han usado los resultados de toda una jerarquía de modelos, que comprenden: a) un modelo climático sencillo; b) varios modelos de complejidad intermedia, y c) un gran número de complejos modelos de circulación general de la atmósfera, acoplados con los océanos y continentes. En dichos modelos se han incluido las últimas informaciones que tenemos sobre todos los procesos físicos involucrados, incluyendo: a) efectos de retro-alimentación del ciclo del carbono; b) la contribución debida al aumento de las corrientes de hielo de Groenlandia y la Antártida (datos de 1993-2003); y 3) se han tenido en cuenta las limitaciones que tenemos todavía para reproducir las observaciones. A mayores temperaturas la captación de CO2 por la superficie terrestre y por los océanos tiende a disminuir. Este efecto de retro-alimentación se ha incluido en las simulaciones de la figura 16 y, en concreto, es el responsable del aumento de más de 1 grado en la temperatura en el escenario A2. La conclusión es pues, un elevado aumento de temperatura, mayor incluso que el del último siglo, incluso en el mejor de los escenarios previstos.

La figura 17 muestra la distribución mundial del aumento de la temperatura de la superficie previsto por el multi-modelo anterior para el escenario intermedio A1B a finales de este siglo. El calentamiento global medio proyectado es de 2.8ºC. Sin embargo, vemos que no es uniforme. El promedio sobre los continentes es de 3.5oC y sobre el Ártico es de 7oC. Las zonas menos afectadas serían el océano atlántico en el hemisferio norte, justo al sur de Groenlandia y el océano Pacífico. Sobre la península ibérica el cambio proyectado es similar al de la media continental, 3.5ºC.

Otro aspecto interesante son las proyecciones sobre la subida del nivel del mar, mostradas en la figura 18. El aumento medio proyectado para el escenario intermedio A1B es de unos 40 cm para el final de este siglo y podría llegar hasta 1 m en los dos próximos siglos. Esta proyección es, sin embargo, muy incierta y se ha estimado para el caso más favorable. En concreto, no se ha tenido en cuenta la posible aceleración del flujo de hielo en los glaciares, una vez eliminadas las barreras de hielo, p.e. el caso de la plataforma Larsen B en la Antártida.

Proyecciones de cambios en la temperatura superficial para finales del siglo XXIGroenlandia tiene el hielo equivalente a una subida del nivel del mar de 7 m.

Durante el último periodo interglacial (hace 125.000 años), el polo Norte estaba 3-5ºC más caliente que ahora y la fusión del hielo de Groenlandia produjo un aumento de 4 a 6 m del nivel del mar. Los modelos actuales predicen que el hielo de Groenlandia se fundirá lentamente, en milenios, para un calentamiento de 2-5ºC. Sin embargo, las rápidas corrientes de hielo observadas recientemente no están incluidas en los modelos. Algunos estudios sugieren que dichas corrientes son transitorias; otros que pueden aumentar. La subida del nivel del mar es pues muy incierta y los datos de la figura 18 reflejan las proyecciones más optimistas.

Como vimos anteriormente, existen otros efectos que nos muestran el cambio climático. Las proyecciones del cambio climático del multi-modelo anterior predicen también que: la cubierta de nieve se reducirá; extensas regiones de permafrost se fundirán; el hielo marino del Ártico y del Antártico retrocederán (según algunos modelos el hielo marino del Ártico se fundirá casi completamente en la segunda mitad del s. XXI); es muy probable que continúen, y sean más frecuentes, las temperaturas extremas, las olas de calor y las precipitaciones intensas; y es probable que los ciclones tropicales sean más intensos.

Serie cronológica del nivel del mar medio mundialAsí pues, podemos concluir que el cambio climático es inequívoco, multitud de pruebas lo confirman. Tenemos la certeza (al menos a nivel del 90%) que el cambio climático actual ha sido causado por la actividad humana. Sabemos que afecta globalmente a muchos sistemas físicos y biológicos, y que tiene grandes consecuencias a nivel ecológico y socio-económico. Las proyecciones futuras apuntan a una agudización del cambio climático, en particular en regiones como el Ártico, el Sahel o el Mediterráneo. Tenemos que ser realistas y admitir que tenemos un problema, un problema global y de enorme magnitud que debemos resolver, o más bien, mitigar pues ya, al menos en los 2 próximos siglos no tiene marcha atrás. Mi recomendación es que todos y cada uno de los habitantes del planeta debemos actuar, intentando evitar lo máximo posible la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera lo que se traduce en consumir la menor energía posible. ¡Tenemos que ponernos las pilas ya! ¡Y que sean recargables! ¡Y si son biológicas, o solares, mejor aún!

 

Bibliografía

  1. La principal lectura que recomiendo es el 4º informe del IPCC de 2007, disponible en http://www.ipcc.ch/. Allí se encuentran los trabajos de los tres Grupos, así como una síntesis global de todos los grupos. Por cada grupo hay cuatro apartados que cubren: a) Resumen para responsables políticos; b) Resumen técnico; c) Preguntas frecuentes; y d) una serie de capítulos detallados. Hay algunos traducidos al castellano pero, siempre que sea posible recomiendo la versión inglesa.
  2. Una verdad incómoda (Puesta al día con Al Gore).
  3. Evaluación preliminar de los impactos en España por el efecto del cambio climático (M. Medio Ambiente, UCLM, 2005)
  4. R. Henson, The rough guide to «Climate Change, Penguin.
  5. National Geographics España (Oct. 2007)
  6. http://www.bbc.co.uk/spanish/especiales/clima/
  7. http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/sitemapgw.html
  8. http://www.aip.org/history/climate/cycles.htm
  9. http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/animation/animation.html.