Introducción
De acuerdo con algunos movimientos sociales o la prensa, el cambio
climático es un hecho indudable que influye en cualquier
sequía, huracán o inundación que afecte a Bangla
Desh, África subsahariana o Europa. Por otro lado, existe
un grupo amplio de instituciones o personas, algunas con sólida
formación científica, que plantean interrogantes sobre
algunos aspectos e incluso sobre toda la realidad de este fenómeno,
los llamados escépticos del cambio climático.
El Panel Intergubernamental de expertos sobre el Cambio Climático
(IPCC) es un organismo de las Naciones Unidas dividido en varios
grupos dedicados a aspectos científicos, económicos
o técnicos relacionados con el cambio climático. El
Grupo I de este Panel se dedica a los aspectos científicos,
y con él colaboran algunos de los mejores científicos
dedicados al estudio del clima. Resulta interesante comparar la
evolución de los contenidos de sus Informes de Evaluación
sobre el problema del cambio climático. En su segundo informe
(1995) se sugería de una forma algo distante la posibilidad
de que el cambio fuera detectable en los datos existentes. El tercer
informe (2001) afirma que existen hechos experimentales que muestran,
a juicio del IPCC, que el clima está cambiando. En este trabajo
se van a exponer de forma resumida algunos de los aspectos más
importantes detallados en este tercer informe del Grupo I del IPCC.
Naturaleza del sistema climático
El sistema climático está formado por el conjunto
de la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera, la criosfera
y la biosfera. Estos sistemas intercambian momento, energía
y materia. Estos componentes reciben energía solar y emiten
energía de onda larga (térmica) al espacio. La energía
recibida menos la emitida están en un balance global aproximado,
de tal manera que la Tierra se encuentra a una temperatura global
aproximadamente constante. El dióxido de carbono (CO2) juega
un papel fundamental, junto con otros gases, en este balance de
energía radiante. El llamado efecto invernadero no es un
problema, es una necesidad. Si no existieran el CO2 o el vapor de
agua (gases con capacidad de absorción y emisión de
la radiación terrestre de onda larga), la temperatura superficial
del planeta sería excesivamente baja para la vida.
El balance global de energía no se cumple a nivel local.
Los Polos son zonas deficitarias de energía (emiten más
de la que reciben) y los Trópicos, por su parte, excedentarias.
Por tanto, se desarrollan corrientes oceánicas y la circulación
general atmosférica, con el fin de transportar del Ecuador
a los Polos la energía excedentaria. El sistema no es periódico
y no se repite a sí mismo de igual manera todos los años.
Algunos años no es posible mantener el balance de energía
promedio, y ese año (o verano, o mes) es más cálido
o más frío que el valor climatológico en algunas
zonas. La circulación atmosférica de gran escala está
perturbada y ello produce cambios en diversos elementos climáticos
(precipitación, temperatura máxima, mínima,
etc...) La variabilidad climática se detecta en cualquier
variable, y muestra diferentes características en todas ellas.
La Figura 1 muestra con puntos la distribución mensual de
la presión superficial en un punto sobre el Atlántico
(40ºE y 35ºN). El valor medio de la distribución
mensual y la desviación estándar se muestran mediante
barras de error. El panel inferior muestra las mismas cantidades
sobre el mismo punto para la media mensual de la temperatura superficial
del océano. En ambos casos, las medidas cubren el periodo
1860 a 1992 según el conjunto COADS.
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Figura 1: Panel superior: Presión superficial
(mb) media mensual a nivel del mar. Panel inferior: temperatura
media mensual superficial del mar. Punto: (40ºE y 35ºN) |
En este sistema global formado por susbsistemas en los que existen
perturbaciones, no todos los componentes responden a una perturbación
en la misma escala temporal. La atmósfera tarda por lo general
unos días en responder a una perturbación. El océano
superficial tarda del orden de meses en alcanzar de nuevo el equilibrio.
La criosfera tarda décadas en recuperarse de una perturbación,
mientras que la circulación del agua profunda del océano
tarda entre siglos y milenios. Esto complica el problema de la predicción
del clima, ya que esos elementos se deben de resolver de una forma
explícita en los modelos de simulación en las predicciones
de largo plazo, algo que no es necesario en la predicción
del tiempo.
El problema de la detección y el problema de la atribución
La señal del cambio climático está sumida en
un nivel alto de ruido de fondo, que está formado por la
variabilidad natural del clima. La Figura 2 muestra la anomalía
de temperatura respecto a la temperatura actual y la fracción
molar de CO2 atmosférico, cantidades obtenidas a partir de
los gases contenidos en el hielo Antártico (base Vostok).
Se puede ver cómo hay evidencias geológicas de climas
más cálidos y más fríos con una concentración
de CO2 significativamente menor que la actual (360 ppmV) en tiempos
en los que no existían civilizaciones.
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Figura 2. Concentración (ppmV) de CO2
en el hielo antártico. El panel inferior muestra la anomalía
de temperatura global (ºC) inferida a partir del deuterio
contenido en el hielo |
Por tanto, en el análisis de la variabilidad climática
se plantean dos problemas. Por un lado, determinar con cierta confianza
estadística la validez de la hipótesis "el clima
observado actualmente es diferente del que se observaba antes".
Este problema se llama el problema de la detección,
y no entraña ningún análisis de la causa del
cambio. La respuesta del Tercer Informe del Grupo I del IPCC es
inequívoca. Sí, el clima ha cambiado.
Por otro lado, el problema de la atribución se enfrenta
al problema de identificar la causa probable del cambio observado.
Con el fin de resolver el problema que plantea la variabilidad natural
a la hora de identificar una señal de calentamiento global,
se utilizan técnicas que identifican en el patrón
espacial de anomalías de temperatura observado el parecido
con el patrón esperado a partir de modelos teóricos
de simulación para reducir las incertidumbres. La atribución
responde a la pregunta: ¿Es compatible el cambio observado
con la influencia antropogénica sobre el clima? El IPCC se
muestra más cauto y solamente dice "es probable".
Observaciones e incertidumbres
Las mediciones de las concentraciones de diversos gases de efecto
invernadero muestran que estas concentraciones han aumentado de
una forma inusual en el último siglo. Existen mediciones
instrumentales de la concentración de fondo de CO2 desde
finales de la década de los 50 en Mauna Loa. Estas mediciones
se han combinado con datos procedentes de los hielos permanentes
de la Antártida o Groenlandia. Todos los resultados indican
que el aumento de las concentraciones de CO2, metano u óxido
nitroso coinciden con el incremento del consumo de combustibles
fósiles de los últimos dos siglos. También
han aumentado las concentraciones de otros compuestos como los sulfatos.
Con el fin de comparar el efecto de sustancias tan heterogéneas
por tiempo de residencia en la atmósfera o capacidad de incidir
en el balance de energía radiante se ha acuñado el
concepto de forzamiento radiante, que describe la capacidad de provocar
un aumento (forzamiento positivo) o disminución (negativo)
de la temperatura global como resultado de la presencia de un gas
o aerosoles en la atmósfera. El forzamiento radiante del
CO2 es positivo (mayor concentración de CO2 provoca mayor
temperatura superficial del planeta), pero no es el único.
Los aerosoles de sulfato emitidos por la combustión de combustibles
fósiles parece que tienen un forzamiento negativo, aunque
es de menor magnitud y sus efectos son locales. Hay aún factores,
como la variación de la actividad solar, los cambios en el
uso del suelo o el efecto de la combustión de biomasa cuyos
efectos netos no se comprenden del todo. Parece que los efectos
combinados de la variabilidad solar y los aerosoles atmosféricos
de origen volcánico constituyen un forzamiento negativo (provocarían
una disminución de la temperatura global) en las últimas
décadas, lo que contrasta con la tendencia positiva en las
temperaturas observadas.
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Figura 3. Concentración atmosférica
de CO2 (partes por millón en volumen) medida en el observatorio
de Mauna Loa, Hawaii. |
Las series instrumentales obtenidas a partir de mediciones con
termómetros de los últimos 140 años indican
una clara tendencia en las series de temperatura global del planeta,
con un incremento de 0.6º±0.2ºC en la temperatura
media global a lo largo del siglo XX, especialmente centrado en
las masas continentales del Hemisferio Norte. El aumento ha sido
mayor en las temperaturas mínimas nocturnas que en las máximas.
El aumento en la temperatura global queda también de manifiesto
en el análisis de las llamadas series multiproxy. En estas
series se obtiene información sobre la temperatura a partir
de diferentes indicadores, como son anillos de árboles, corales,
isótopos contenidos en los hielos perpetuos, entre otros.
Todos estos datos sugieren que, posiblemente, el siglo XX ha sido
el más caliente del último milenio.
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Figura 4. Anomalía de temperatura media
del Hemisferio Norte (respecto a la temperatura actual) desde
el año 1000, obtenida por medio de una combinación
de diferentes datos proxy. Los sombreados representan barras
de error de 2 o 1 desviación estándar sobre el
valor estimado. La última parte de la gráfica
muestra el valor de la temperatura media hemisférica
medida con termómetros. |
Sin embargo, no emerge una imagen clara de calentamiento en todas
las áreas del planeta y en todos los períodos. El
calentamiento es más fuerte en algunos períodos (1910-1940
y 1975-2000), en algunas zonas o en algunas estaciones del año.
Existen medidas contradictorias, como es el caso de los satélites,
que no indican una tendencia positiva en la temperatura de la troposfera
baja en los últimos 20 años. Este dato difiere de
las mediciones de la estructura vertical de la troposfera mediante
el uso de sondeos, que sí indican el calentamiento en la
troposfera desde finales de los años 50.
Las medidas de satélite más antiguas y los registros
superficiales muestran un retroceso general de la cobertura de hielo
y menor duración de la época en la que las aguas superficiales
continentales están heladas en las latitudes altas. Los glaciares
de montaña muestran por lo general una tendencia a disminuir
su extensión. Otros datos que avalan la existencia de una
señal de calentamiento global son una tendencia positiva
en el nivel del mar de entre 0.1 y 0.2 metros, dato del cual existen
mediciones detalladas desde finales de los años 50 del siglo
XX.
La señal no es tan clara en el caso del ciclo hidrológico.
En algunas zonas (latitudes medias y altas del Hemisferio Norte),
el ciclo hidrológico parece haber sufrido una intensificación.
No obstante, no hay datos que permitan generalizar estos resultados
al Hemisferio Sur, puesto que las incertidumbres son mayores. Los
datos observacionales no parecen sostener con un nivel suficiente
de certidumbre que en estos momentos existan más tornados,
inundaciones o sequías, excepto en regiones muy concretas
afectadas por altos niveles de variabilidad decadal o multidecadal.
En ocasiones, estos cambios están asociados a los últimos
eventos El Niño-Oscilación Sur más frecuentes,
persistentes e intensos que anteriormente.
Evaluación del clima futuro
Ante la imposibilidad de crear un laboratorio de la Tierra a escala,
la simulación numérica es el método generalmente
utilizado para obtener estimaciones del clima futuro. En general,
los modelos climáticos han mejorado mucho en los últimos
años, pero aún hay muchos problemas técnicos
y científicos por resolver en este ámbito. Los modelos
más avanzados resuelven las ecuaciones que describen el comportamiento
de la atmósfera, el océano, la criosfera o el suelo,
entre otros componentes, mediante una representación discreta
que solamente obedece de forma aproximada al comportamiento del
sistema real. Se define una malla cada ciertos grados de longitud,
latitud y altura y se resuelven las ecuaciones en estos puntos.
A pesar del aumento de la capacidad de cálculo de los computadores
durante los últimos años, hay muchos procesos (radiación,
nubes, precipitación, etc...) que no se pueden resolver con
el debido detalle en los modelos climáticos globales mediante
primeros principios. Estos procesos sólo se pueden representar
intentando aproximar de una forma cuantitativa los fenómenos
que ocurren en una escala inferior al tamaño de malla del
modelo. La diversidad de las parametrizaciones existentes y las
dudas sobre el impacto real que esta diversidad tiene en los diferentes
resultados obtenidos provoca dudas sobre la certidumbre real con
la que se pueden plantear las predicciones de cambio climático.
Los modelos están creciendo en complejidad. Inicialmente,
los modelos utilizados en modelización del clima se trataban
básicamente de modelos de circulación general atmosférica
que se integraban para intervalos largos de tiempo sobre condiciones
de contorno (p. ej. temperatura de agua del mar) fijas (integraciones
del tipo "enero perpetuo") o variables de acuerdo a la
climatología observada de los componentes (océano,
hielo) de tiempo de respuesta más lento. Actualmente, los
modelos atmosféricos se acoplan a modelos oceánicos,
de hielo, de suelo o vegetación. El objetivo es simular un
sistema climático donde los diferentes componentes puedan
interactuar entre sí y generar la complejidad del clima observado.
No obstante, este acoplamiento de modelos plantea problemas prácticos
y aparecen problemas en la inicialización y el acoplamiento
de estos modelos, en los intercambios de energía o materia
en las fronteras entre estos componentes.
Los modelos reproducen bastante bien la variabilidad del clima
observado en los últimos 140 años cuando se utilizan
todas las influencias existentes, como las variaciones observadas
en la actividad solar y erupciones volcánicas o el aumento
observado en la concentración de gases de efecto invernadero.
Los modelos también muestran cierta capacidad para simular
de forma aceptable el clima de épocas pasadas (simulaciones
paleoclimáticas), en las cuales es posible comparar las simulaciones
con las observaciones. Ello da cierta confianza en la capacidad
de los modelos de simular el clima futuro. No obstante, a la hora
de predecir el clima futuro hay muchas indeterminaciones que producen
una gran dispersión en las predicciones realizadas.
En primer lugar, existen indeterminaciones en la cuantía
de las emisiones atmosféricas de gases con capacidad de potenciar
el efecto invernadero (CO2, metano, CFCs, etc...) en función
de la actividad económica o la demografía del futuro.
Para reducir estas incertidumbres se han diseñado escenarios
estandarizados de emisiones que cubren un rango razonable de estas
variables y que se utilizan de forma sistemática con todos
los modelos climáticos utilizados por el IPCC para imponer
un forzamiento radiativo común a todos ellos. Así,
las diferencias en la respuesta se pueden achacar a los modelos.
En función de las diferentes combinaciones de escenarios
de emisiones, modelos de ciclos biogeoquímicos y modelos
climáticos utilizados, el IPCC estima que la temperatura
global en el año 2100 será entre 1.4ºC y 5.8ºC
más alta. No obstante, el calentamiento global no será
uniforme, será más alto en la estación invernal
de latitudes medias y altas del Hemisferio Norte, en las grandes
masas continentales. Las predicciones respecto a la precipitación
son en general menos fiables, pero parecen indicar una mayor concentración
de vapor de agua en la atmósfera y mayor precipitación
en las zonas de latitudes medias y altas del Hemisferio Norte y
la Antártida en la estación invernal. Se presume que
existirá mayor alternancia y extremos en la distribución
de años secos y húmedos. Otros aspectos como la variación
en los monzones, los efectos sobre los eventos El Niño-Oscilación
Sur, tornados, etc... son menos claros, ya que los modelos no reproducen
de forma consistente las predicciones.
El grado de consenso es más alto en lo que respecta al nivel
del mar. El mismo subirá entre 0.09 y 0.88 metros, dependiendo
de la combinación de escenarios de forzamiento y modelos
climáticos utilizados. Existe también un alto grado
de consenso en las predicciones de debilitamiento de la circulación
termosalina en el Atlántico, la disminución de la
cubierta de hielo en el Artico y los glaciares de montaña,
efectos que serán claramente perceptibles a finales del siglo
XXI.
Estos efectos están sometidos a considerables incertidumbres
regionales, que se deben añadir a las incertidumbres generales
ya mencionadas. Los modelos globales tienen resoluciones horizontales
de varios cientos de kilómetros, y las influencias de la
topografía o el contraste mar-tierra en las zonas costeras
no están bien tratados. Por ello, hay mayores incertidumbres
sobre el impacto regional que sobre el impacto global.
Finalmente, conviene resaltar que estos efectos tienen memoria.
No desaparecerán simplemente en el momento en que se limiten
las emisiones al nivel natural previo al consumo de combustibles
fósiles. Del ciclo biogeoquímico del carbono se puede
deducir que el equilibrio del carbono en la atmósfera solamente
se obtendrá tras varios siglos, el tiempo necesario para
que llegue al océano profundo y todos los componentes del
ciclo global del carbono se hayan equilibrado. Sin embargo, aún
entonces no se habrá alcanzado el equilibrio de energía
radiante del planeta, que seguiría subiendo, aunque con muy
poca tendencia, en un mundo con la concentración de CO2 ya
equilibrada en los nuevos valores. Mientras, el océano seguiría
calentándose en todas sus capas y su nivel seguiría
subiendo, debido a su expansión. Ya en el orden de milenios,
los hielos continentales (Groenlandia y Antártida, especialmente)
deberían de alcanzar una nueva situación de equilibrio
con el nuevo estado térmico del planeta.
En resumen, hay incertidumbres, nadie puede garantizar exactamente
cómo van a ser las cosas dentro de un siglo con total certeza.
Sin embargo, el conjunto de la teoría, los datos observacionales
y los modelos numéricos de simulación apuntan, con
un grado alto de consenso y mediante una serie de interpretaciones
muy consistentes con las leyes básicas de la Física,
en una misma dirección, la de una Tierra globalmente más
caliente, con unos impactos regionales muy inciertos. En esta situación,
la decisión de disminuir o no el consumo de combustibles
no es científica, es política o de sentido común.
Jon Sáenz Agirre,
Departamento de Física Aplicada II
Universidad del País Vasco |