Resumen — El incremento de la concentración atmosférica de gases de efecto invernadero causado, principalmente, por el uso de combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas desde el inicio de la Revolución Industrial a mediados del siglo XVIII ha provocado un cambio en el clima de la tierra. Los impactos del cambio climático ya son evidentes, por ejemplo, en el aumento de temperaturas, la disminución de los glaciares y casquetes polares, y el calentamiento y acidificación de los océanos. Durante las próximas décadas, el cambio climático afectará, entre otros, a la producción de alimentos y a las cadenas de suministro globales, a la disponibilidad de agua y otros recursos, e incrementará el riesgo de inestabilidad global. El futuro de nuestro planeta durante el siglo XXI depende de nuestras acciones, y es necesario empezar a reducir, lo antes posible, las emisiones de gases de efecto invernadero.
Palabras clave — cambio climático, efecto invernadero, dióxido de carbono, temperatura
Indice de contenidos
INTRODUCCIÓN
Durante las primeras dos semanas de Diciembre 2015 se celebró a Paris la vigésima primera Conferencia de las Partes de la Convención Marco en Cambio Climático de las Naciones Unidas, donde 195 países llegaron a un acuerdo histórico para luchar contra el cambio climático y limitar el aumento de la temperatura del planeta. Se pretende evitar que la temperatura media del planeta no supere en más de 2ºC la temperatura media antes de la Revolución Industrial (aproximadamente 1750), y se alienta a los países miembros a no superar los 1.5ºC. Para lograr este objetivo, es necesario reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que provienen, principalmente, de la combustión de combustibles fósiles.
El año 2015 fue, a nivel global, el año más cálido de la historia desde que se tienen registros instrumentales (Fig. 1). Esto ha sido provocado, principalmente, por el efecto invernadero causado por las emisiones de gases de efecto invernadero, pero también ha contribuido el fenómeno oceánico y atmosférico global conocido como “El Niño”.
Fig. 1 Temperatura media anual global desde 1850 hasta la actualidad. Fuente: http://www.metoffice.gov.uk/research/monitoring/climate/surface-temperature
¿QUÉ ES EL CLIMA?
El clima es el promedio de las condiciones meteorológicas (ej. temperatura, precipitación, presión, humedad, viento, etc.) de una región durante los últimos 30 años. Dependiendo de la escala espacial, hablaremos de clima global, zonal, regional, local, microclima, etc. Los factores que pueden influenciar el clima son, entre otros, la latitud, el relieve, la continentalidad, las corrientes marinas, etc.
A pesar de la íntima relación con la meteorología, las ciencias del clima engloban muchas más ramas científicas, incluyendo el estudio de los océanos, la biosfera (ej. bosques), la criosfera (ej. casquetes polares y glaciares), los suelos, etc. Se trata de una ciencia compleja que tiene en consideración una multitud de componentes del planeta Tierra, así como su interrelación.
BREVE HISTORIA DE LAS CIENCIAS DEL CLIMA
La pregunta que estimuló la evolución de las ciencias de clima durante sus primeras etapas fue: cómo se pueden explicar las Edades de Hielo, que fueron descubiertas por Louis Agassiz en el 1837. Registros geológicos en varias localidades de nuestro planeta demuestran que, de una manera cíclica, la Tierra ha pasado por épocas donde la temperatura media era mucho más baja que el actual, y donde los casquetes polares cubrían una gran parte de Norteamérica, Escandinavia y el norte de Europa. Estas fluctuaciones fueron acompañadas de cambios en la concentración atmosférica de CO2 (Fig. 2).
Fig. 2 Registros de la concentración atmosférica de dióxido de carbono (CO2) y temperatura durante los últimos 800.000 años medidos en testigos de hielo de la Antártida. El CO2 se mide en pequeñas burbujas de gas atrapadas en el hielo, mientras que la temperatura se mide indirectamente a partir de la proporción de isótopos del gas hidrógeno. (Fuente: https://www.bas.ac.uk/data/our-data/publication/ice-cores-and-climate-change/)
En el siglo XIX, el matemático francés Joseph Fourier quería determinar los diversos factores que afectan la temperatura de la Tierra, pero detectó un problema: según sus cálculos y considerando la energía que llega del Sol, nuestro planeta tendría que ser una bola de hielo. Años más tarde, el físico irlandés John Tyndall demostró que gases como el metano y el dióxido de carbono absorben radiación infrarroja (la radiación que emite la Tierra), y que podían atrapar calor en la atmósfera. De hecho, la temperatura media de nuestro planeta tendría que ser de aproximadamente 15 grados bajo cero. La temperatura media real es de 15 grados positivos, es decir, unos 30 grados superior. A finales del siglo XIX, el químico sueco Svante Arrhenius realiza el primer cálculo de la “sensibilidad climática”, que se define como el cambio en temperatura causado al doblar la concentración de CO2 en la atmosfera. Sus cálculos, sorprendentemente precisos, sugirieron un incremento de 4ºC, un resultado no muy diferente del rango de valores que se puede encontrar en el quinto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático: 1.5-4.5ºC (IPCC, 2013).
EL EFECTO INVERNADERO
La energía (1) que nos llega del Sol es en forma de radiación de onda muy corta, predominantemente en la parte visible del espectro, y es absorbida por la superficie terrestre y por la atmósfera. Para equilibrar la energía absorbida, la Tierra tiene que irradiar la misma cantidad de energía al espacio, que se emite en forma de radiación de onda larga. La atmósfera absorbe una gran parte de esta radiación térmica emitida y la vuelve a irradiar hacia la tierra, en un proceso que se conoce como efecto invernadero. Sin el efecto invernadero natural, la temperatura media de la superficie terrestre estaría por debajo del punto de congelación del agua. Por lo tanto, el efecto invernadero natural hace posible la vida en nuestro planeta tal y como la conocemos. Sin embargo, las actividades humanas, principalmente la quema de combustibles fósiles y la deforestación han intensificado este efecto natural, provocado un calentamiento global (Fig. 3). Los gases de efecto invernadero más importantes son:
- Dióxido de carbono (CO2): Proviene principalmente de la combustión de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), pero también de la quema de bosques y deforestación, y de la producción de cemento, entre otros.
- Metano (CH4): Proviene principalmente de la agricultura (por ejemplo, cultivo de arroz) y de la ganadería (por ejemplo, ganado vacuno), y también de pérdidas y escapes de la industria del petróleo y gas natural.
- Óxido nitroso (N2O): Proviene principalmente del uso de fertilizantes químicos y la combustión de carburantes.
Fig. 3 Registros de la concentración atmosférica de dióxido de carbono (CO2) (gráfico superior) y metano (CH4) medidos en testigos de hielo (símbolos) y a la estación de Mauna Loa en Hawai desde medios del siglo XX (línea azul) (Fuente: https://www.bas.ac.uk/data/our-data/publication/ice-cores-and-climate-change/)
(1) Este breve resumen de la evolución de las ciencias del clima proviene de: Ed Hawkins (2013) A brief history of Climate Science, http://theconversation.com/a-brief-history-of-climate-science-18578. Consultadlo para más información y enlazos a información adicional (en inglés)
La Fig. 4 muestra un registro más detallado de la concentración atmosférica global de CO2 durante la segunda mitad del siglo XX y el siglo XXI. Desde que se empezaron los registros en 1958, la concentración de CO2 ha aumentado de 315 partes por millón (ppm) a más de 400ppm. Esta concentración es un 40% superior al nivel máximo de CO2 durante los últimos 800.000 años, y estudios recientes han demostrado que niveles como los actuales se vieron por última vez durante el período geológico conocido como Plioceno, hace 2-5 millones de años (Martínez-Botí y otros, 2015a) (ver sección “Paleoclima: El estudio del clima del pasado”).
Cada una de las tres últimas décadas ha sido más cálida que la anterior, y más cálida que ninguna otra desde el 1850. Desde que se tienen registros de temperatura, 14 de los 15 años más cálidos han sido en el siglo XXI. Además, hay muchos más indicadores de cambio climático aparte del incremento de temperaturas: los océanos también se están calentando (90% del calentamiento global causado por las emisiones humanas es absorbido por los océanos) y acidificando, el nivel del mar está aumentado, los glaciares de montaña están desapareciendo, los casquetes polares en Groenlandia y la Antártida están disminuyendo, etc.
Fig. 4 Registro de la concentración atmosférica global de dióxido de carbono (CO2) desde 1958 a 2016. La línea verde marca 400 ppm. (Fuente: https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/)
PALEOCLIMA: EL ESTUDIO DEL CLIMA DEL PASADO
El estudio de los cambios climático que han tenido lugar en nuestro planeta durante su historia geológica nos ayuda a entender el funcionamiento del clima de la Tierra: ¿Qué es “normal”? ¿Qué ha pasado antes y qué es nuevo? ¿Cómo era el clima hace miles o millones de años? Sólo hay un planeta Tierra, y no es posible hacer “experimentos”, así que analizar el pasado nos permite estudiar nuestro planeta bajo condiciones climáticas muy diferentes al actual.
Ejemplo#1: La transición entre la última edad de hielo y el Holoceno.
Al final de la última edad de hielo, hace unos veinte mil años, la concentración atmosférica de CO2 era aproximadamente 180ppm, la temperatura global media de la Tierra era entre 3 y 8ºC más baja, y casquetes polares de una altura superior a 1 kilómetro cubrían Norte-América, Escandinavia y el Norte de Europa. En menos de diez mil años, el hielo retrocedió hasta aproximadamente su posición actual, la temperatura se incrementó hasta niveles similares a los de hoy en día y la concentración atmosférica de CO2 aumentó hasta 280-300 partes por millón, similar a la que había antes de la Revolución Industrial.
Estudios basados en el análisis de la composición química de microfósiles calcáreos (foraminíferos; Fig. 5) recuperados de los fondos oceánicos han demostrado que pequeños cambios en la órbita de la Tierra empezaron a calentar la temperatura del planeta, y que este cambio se amplificó por mecanismos internos del planeta, como por ejemplo la reactivación de la circulación oceánica y cambios en la productividad biológica del océanos. Los océanos empezaron a liberar CO2 que había sido almacenado en las profundidades oceánicas durante la edad de hielo, convirtiéndose en una fuente de CO2 (Martínez-Botí y otros, 2015b). En menos de diez mil años, el CO2 atmosférico aumentó un 50% y pasó de 180 a 280 partes por millón.
Fig. 5 Foramínifero planctónico de la especie Globigerina bulloides
Ejemplo #2: Concentración atmosférica de CO2 durante el Plioceno y sensibilidad climática
El Plioceno es un periodo geológico que empezó hace 5,33 millones de años y acabó hace 2,58 millones de años. Se considera un posible análogo de lo que podrían ser las condiciones climáticas en nuestro planeta durante la segunda parte del siglo XXI, puesto que los continentes y la circulación oceánica eran similar a los actuales y los niveles atmosféricos de CO2 eran similares a los que se prevén durante las próximas décadas. Estudios basados en la composición química de los foraminíferos han confirmado que la concentración de CO2 era más elevada que el actual, sobre las 450ppm, y que la temperatura global media era aproximadamente 2-3ºC más cálida que la media global antes de la Revolución Industrial, lo que implica que el clima en un futuro responderá al incremento de la concentración de CO2 de una manera similar a las proyecciones de Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático. También demostraron que un descenso rápido del CO2 por debajo de 280ppm fue determinante para que se estableciera, de forma permanente, el casquete polar de Groenlandia.
IMPACTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE NUESTRA SOCIEDAD Y FUTURAS SOLUCIONES
El cambio climático no sólo afectará a los sistemas naturales como los bosques, los océanos, los escollos de corales, los glaciares, etc., también tendrá efectos profundos sobre nuestra sociedad. Por ejemplo, tendrá un impacto en la producción de alimentos y las cadenas de subministro global, y afectará la disponibilidad de agua y otros recursos, incrementando el riesgo de inestabilidad global. En cuanto a la zona Mediterránea, se prevé un aumento de las temperaturas medias, un cambio en la frecuencia e intensidad de los fenómenos meteorológicos extremos, un aumento del riesgo de oleadas de calor y una disminución de la precipitación y la disponibilidad de agua. Finalmente, también se prevé que aumentará el nivel del mar, afectando las zonas costeras.
Posibles soluciones al problema del cambio climático pasan por la producción de energía “baja en carbono”, como las energías renovables; una mejora en la eficiencia de los medios de transporte y una expansión del uso de vehículos eléctricos; un incremento de la eficiencia energética en la industria y los hogares; y una mejora de las prácticas agrícolas y ganaderas que consiga disminuir sus emisiones (Commitee on Climate Change, 2015). También es evidente que, dada la tendencia actual y el compromiso de intentar evitar que la temperatura global supere los 2ºC, hay que desarrollar la tecnología que nos permita la captura y el almacenamiento geológico del CO2.
CONCLUSIONES
- El año 2015 ha sido el año más cálido desde que se tienen registros.
- El clima ha cambiado siempre, debido a cambios en la órbita terrestre y por mecanismos internos.
- El efecto invernadero es un fenómeno natural, clave para la vida en la Tierra. Las emisiones humanas de gases de efecto invernadero han alterado el equilibrio natural.
- Indicadores del cambio climático: aumento global de las temperaturas, acidificación oceánica, disminución de los glaciares y casquetes polares, alteración en el patrón natural de los acontecimientos meteorológicos extremos, etc.
- Los impactos en la zona Mediterránea serán: sequías, oleadas de calor, incremento del nivel del mar.
- El futuro del siglo XXI depende de nuestras acciones y hay razones para ser positivos, como el acuerdo de Paris.
AGRADECIMIENTOS
- A la Universidad de Southampton (Reino Unido)
- Al Natural Environment Research Council (Reino Unido)
- Al International Ocean Discovery Programme
- Al Programa Marie Curie (Unión Europea)
- Al Ministerio de Energía y Cambio Climático (Reino Unido),
- Al programa de divulgación de ciencia y tecnología ciènciaprop®
REFERENCIAS
[1] Committe on Climate Change (2015): The Fifth Carbon Budget. The next step towards a low-carbon economy. United Kingdom.
[2] E. Hawkins (2013) A brief history of Climate Science, http://theconversation.com/a-brief-history-of-climate-science-18578.
[3] IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovern¬mental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.
[4] M.A. Martínez-Botí, G. Marino, G.L. Foster, P. Ziveri, M.J. Henehan, J.W.B. Rae, P.G. Mortyn, D. Vance (2015), Boron isotope evidence for oceanic carbon dioxide leakage during the last deglaciation, Nature 518, 219–222.
[5] M. A. Martínez-Botí, G.L. Foster, T.B. Chalk, E.J. Rohling, P.F. Sexton, D.J. Lunt, R.D. Pancost, M.P.S. Badger, D.N. Schmidt (2015), Plio-Pleistocene climate sensitivity evaluated using high-resolution CO2 records, Nature 518, 49–
[6] http://www.metoffice.gov.uk/research/monitoring/climate/surface-temperature
[7] https://www.bas.ac.uk/data/our-data/publication/ice-cores-and-climate-change/
[8] https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/es/faq-1-3.html
[9] https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/
AUTOR
MIGUEL ÁNGEL MARTÍNEZ BOTÍ nació en Vinaròs en 1980. Cursó su educación primaria en el CEIP Virgen de la Misericordia y secundaria en el IES Leopoldo Querol, en Vinaròs. Se licencia en Ciencias Ambientales con Premio Extraordinario de Fin de Carrera por la Universidad Autónoma de Barcelona en 2004, y obtiene su doctorado en Paleoclimatología y Geoquímica en la misma universidad en 2009. Desde 2010 a 2014 fue investigador en la Universidad de Southampton (Reino Unido), donde recibió financiación del Natural Environment Research Council y de la Comisión Europea mediante una beca de investigación Marie Skłodowska-Curie. Su investigación se basó en la reconstrucción del ciclo de carbono durante el pasado geológico de la Tierra mediante técnicas de geoquímica isotópica. Ha publicado numerosos artículos de investigación en revistas internacionales, donde destacan tres publicaciones en las revistas Nature y Nature Geoscience. En 2014 se incorpora al Ministerio de Energía y Cambio Climático del Reino Unido como Jefe de ciencias del clima. Actualmente trabaja en la Dirección General de Investigación e Innovación de la Comisión Europea.