El cambio climático: características y mecanismos (Segunda Parte)

Modificaciones del balance de radiación: cambios climáticos

A lo largo de la vida de la Tierra se han producido cambios climáticos importantes, todos ellos relacionados con alteraciones en el balance de radiación. Las teorías acerca de tales alteraciones establecen una diferencia entre las causas externas y las internas.

Las causas externas son aquellas que tienen su origen fuera del sistema climático y las más importantes son (Balairón, 1998, Linés, 1990 y Font, 1988):

1. Variaciones en los parámetros orbitales de la Tierra en su posición respecto al Sol. Fue Milankovitch quien en 1930 enunció su teoría según la cual la excentricidad de la órbita terrestre y el eje de inclinación de la Tierra respecto al Sol varían en períodos cuya duración es de 110.000 y 41.000 años. A estas oscilaciones estarían asociados los períodos glaciares e interglaciares que han caracterizado los climas de la Tierra.

2. Variaciones en la irradiancia solar total debido a variaciones internas de la actividad solar relacionadas con las denominadas manchas solares y a las variaciones del radio del Sol. La cantidad de radiación que llega al límite de la atmósfera, conocida como constante solar, presenta fluctuaciones que parecen guardar relación con los ciclos de las manchas solares cuya duración se estimó en 11 años, aunque estudios posteriores demuestran la existencia de otros más largos de 80, 205, 2.400 y 2.600 años.

3. La actividad de los meteoritos, por último, puede provocar una disminución de la radiación incidente debido al aumento de los aerosoles presentes en la atmósfera.

Las causas internas tienen su origen en la superficie terrestre y afectan al balance de radiación de dos formas:

La influencia del hombre sobre el cambio climático: gases de efecto invernadero

En la actualidad son los cambios producidos por causas internas los que interesan y según la Convención Marco sobre el Cambio Climático (CMCC) éste es atribuido directa o indirectamente a actividades humanas que alteran la composición de la atmósfera mundial y que vienen a añadirse a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables. De acuerdo con esto, IPCC tiene como objetivos fundamentales evaluar la importancia de los gases de efecto invernadero en el forzamiento radiativo del clima y determinar el papel que las actividades humanas desempeñan en el aumento de las concentraciones en la atmósfera de estos gases.

En el informe del IPC de 1990 se decía que «la composición química de la atmósfera terrestre está cambiando debido en gran parte a la actividad humana. El aire atrapado en el hielo de la Antártida y Groenlandia muestra que, desde el comienzo de la revolución industrial, se han producido importantes aumentos de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄) y el óxido nitroso (N₂O ). Además han aparecido otros como los hidrocarburos clorofluorados (CFCs) producidos por la industria y se ha comprobado que las concentraciones de ozono troposférico (O₃) y de los aerosoles ha aumentado, al menos, regionalmente».

Las características más sobresalientes de cada uno de estos gases las resumiremos siguiendo el esquema de Linés (1990) y del informe del IPCC (1992). Analizaremos aquellos cuya emisión depende especialmente de la acción antrópica, aunque hemos de tener en cuenta que el vapor de agua es el principal gas de efecto invernadero. Su concentración no depende directamente del hombre y es muy variable, por lo que es difícil su tratamiento en los modelos predictivos del IPCC. No obstante, es lógico esperar un aumento como consecuencia del calentamiento global, cuyos efectos serían, por un lado, un incremento en el reforzamiento del efecto invernadero; por otro, un enfriamiento puesto que el aumento de la nubosidad supondría un obstáculo a la penetración de la radiación solar.

el dióxido de carbono (CO₂) o anhídrido carbónico es el más importante por su mayor proporción en la atmósfera y su contribución al forzamiento radiativo es del 50%. Se produce por la respiración de los seres vivos, por oxidación de la materia orgánica y por combustiones. Los principales sumideros naturales son los océanos y la vegetación.

La aportación antrópica se debe a dos procesos esenciales:

a) El uso de combustibles fósiles y la producción de cemento. Ambos procesos han experimentado un crecimiento desde 1860 próximo al 4% anual, con interrupciones importantes debidas a los dos conflictos bélicos mundiales y a descensos notables en el período comprendido entre 1973 y 1979 relacionados con la crisis del petróleo.

De acuerdo con el informe del IPCC, la suma de emisiones desde 1850 se estima en 200 Gt C con un margen de error del 10%. Asimismo se observa que los países industriales son los principales emisores, de tal modo que el 99% procede del HN y una tasa de emisión per cápita de 5 tC/año, frente a las 0,2 y 0,6 de los países en desarrollo. Se observa, no obstante, un descenso en las emisiones de los países desarrollados, mientras que en los otros la tasa anual se mantiene en torno al 6% anual, sin cambios significativos desde 1973.

b) Los cambios en los usos de las tierras es la segunda causa de la contribución antrópica al CO₂. La emisión total a la atmósfera entre 1875 y 1985 se ha estimado en torno a 115 Gt, debido a la deforestación, la quema asociada al cambio de uso de las tierras, la descomposición de la biomasa in situ (raíces, árboles talados, ramas), la oxidación de los productos de la madera retirados de su entorno (papel, maderas, residuos) y la oxidación del carbono en el suelo. Por su parte la repoblación forestal y la regeneración de materia orgánica en los suelos tras la cosecha contribuyen a disminuir las concentraciones.

El tiempo que tarda el CO₂ en adaptarse a las fuentes o sumideros es del orden de 50-200 años en función del lento intercambio de carbono entre las aguas superficiales y las profundas. En consecuencia el CO₂ que se emite hoy en la atmósfera influirá durante siglos en las futuras concentraciones de carbono y con objeto de estabilizar las concentraciones sería necesario reducirlas entre un 60 y un 80%.

Existen, no obstante, una serie de efectos indirectos que, si se produjese el cambio climático, influirían en las concentraciones de este gas. Es lo que se conoce como retroalimentación del cambio climático sobre el ciclo del carbono, cuyos principales efectos serían:

El metano (ch₄). A diferencia del anterior, su formación se origina por la fermentación de la materia orgánica y las principales fuentes de emisión están asociadas a ciertas actividades agrícolas.

Las emisiones anuales se han evaluado en algo más de 500 Tg (teragramos = 10¹² g) procedentes de las zonas pantanosas y los bosques húmedos, de los arrozales y de los rumiantes (el intestino de un vacuno adulto puede emitir 25 litros de metano diarios). Las termitas, la combustión de biomasa, los escapes de instalaciones de gas natural, las refinerías de hidrocarburos y el tratamiento de basuras son otras tantas fuentes de producción de metano.

Las áreas productoras más importantes se localizan en el E y SE asiático. El sumidero más importante es la oxidación del metano por el radical OH; sin embargo, la presencia de este radical en la atmósfera tiende a disminuir por el aumento de otros contaminantes como el monóxido de carbono (CO). La recuperación del metano para combustible es otra fuente de disminución de este gas.

Su contribución al calentamiento global es del 15%, en gran parte debido a su capacidad de absorción de la radiación infrarroja procedente de la Tierra, pero también por ser uno de los principales agentes introductores de agua en la atmósfera y porque su presencia está muy relacionada con las reacciones entre el CO, el O₃ y otros gases de efecto invernadero.

Las previsiones del IPCC estiman necesaria una reducción del 15-20% para estabilizar las concentraciones a los niveles actuales.

Los halocarburos. Son sustancias cuya presencia en la atmósfera se debe exclusivamente a la actividad humana, siendo inexistente antes de la revolución Industrial. Con este nombre se agrupan numerosos compuestos, entre los que destacan los clorofluorados, CFC, en cuya composición aparece el flúor y el cloro, y los halones, que contienen bromo.

Entre los primeros, los más importantes son el CFC11 y el CFC12. Por sus características (bajo punto de ebullición y no tóxicos ni inflamables), se ha generalizado su uso como disolventes, en la conservación de alimentos, cosmética, fabricación de espumas, chips y en la industria del frío.

Su proporción en la atmósfera es muy pequeña (0,5 ppmmv: media parte por mil millones de volumen) y durante mucho tiempo se les ha conocido más como destructores de la capa de ozono que como gases de efecto invernadero. Sin embargo, su larga permanencia en la atmósfera (80 años para CFC11, 170 para CFC12 y hasta 400 para el CFC13) y su alta capacidad de absorción en las bandas del infrarrojo determina que su contribución al calentamiento global sea del 24% (17% los CFCs 11 y 12 y el 7% otros CFCs), el segundo en importancia tras el CO₂.

Otros gases como el óxido nitroso (N₂O), procedente de la quema de la biomasa, contribuyen de forma menor al calentamiento global, en torno al 6%, debido a su corta duración en la atmósfera y a que los flujos emitidos parecen ser bastante más bajos de lo estimado.

Por último haremos una breve referencia al ozono y a los aerosoles, como ejemplos representativos de la complejidad de los procesos que tienen lugar en el sistema climático.

Al hablar del ozono (O₃) es necesario diferenciar el ozono troposférico y el estratosférico. El primero se forma en las bajas capas de la atmósfera como consecuencia de las reacciones entre diversos precursores como los óxidos de nitrógeno en presencia de la radiación solar; es el principal exponente del smog fotoquímico asociado a las emisiones del tráfico rodado. El ozono estratosférico se localiza en torno a los 23 km por encima de la superficie terrestre y desempeña un importante papel en el balance de radiación global por la absorción tanto de la radiación solar ultravioleta como de la radiación terrestre de onda larga. La disminución del ozono estratosférico puede modificar la temperatura de la superficie mediante dos procesos: por una parte, penetraría más radiación solar, contribuyendo al calentamiento de la superficie; por otra, se produciría un enfriamiento al disminuir la absorción de radiación de onda larga. Ambos efectos parecen tener magnitudes similares, por lo que su efecto como gas de invernadero es pequeño. No obstante, como vimos al hablar del CO₂, puede contribuir al aumento de este último como consecuencia de los daños que un aumento de los rayos ultravioleta provocaría en la biomasa terrestre.

Los aeorosoles son partículas en suspensión existentes en la atmósfera, que contribuyen a un forzamiento radiativo negativo. Las emisiones pueden ser tanto de origen natural, procedentes de las erupciones volcánicas y el polvo transportado hacia la atmósfera, como de origen antrópico debido a la combustión incompleta de los combustibles fósiles. Su incidencia en el balance global es negativa debido tanto a la menor transparencia de la atmósfera como a la mayor nubosidad que se produciría al aumentar los núcleos de condensación, fundamentales en la formación de las nubes.

De todo lo expuesto hasta ahora las conclusiones que, a modo de resumen, podemos destacar son:

1.ª El incremento notable de los gases de efecto de invernadero desde la época preindustrial, mayor en las últimas décadas (Cuadro 1), lo que pone en evidencia es el importante papel que la actividad humana ha tenido y tiene en este proceso.

cuadro 1. evolución de las concentraciones de los principales gases de efecto invernadero (gei)

Fuente: IPCC, 1995. Ppmv: partes por millón en volumen. Ppbv: partes por mil millones; pptv: partes por billón.

2.ª La contribución del conjunto de los GEI en el forzamiento radiativo del clima es bastante mayor que la provocada por cualquiera de los otros mecanismos susceptibles de modificar el sistema climático. Las magnitudes reflejadas en el Cuadro 2 indican aumentos notables en el balance de radiación desde 1765 y con un ritmo creciente en las décadas más recientes. Comparando estos valores con los efectos negativos que provocarían los cambios orbitales de Milankovich o la acción del vulcanismo, la tendencia es claramente favorable al calentamiento global.

Cuadro 2. variaciones de los forzamientos radiativos en Wm^-2 (Balairón, 1998)

3.ª En la actualidad el mayor gas de efecto de invernadero es el CO₂ que, como vimos, contribuye en un 50% al calentamiento total, seguido de los clorofluorados y el metano, debido a la mayor proporción de CO₂ presente en la atmósfera. Sin embargo el potencial de calentamiento global (GWP: Global Warming Potential), que podemos definir como el calentamiento que una unidad de gas emitida en un momento determinado producirá en diferentes horizontes temporales, es bastante importante para otros gases (Cuadro 3), por lo que, de no producirse la reducción de las emisiones de gases como el metano o el óxido nitroso, el reforzamiento del efecto de invernadero se vería agudizado.

Cuadro 3. potencial de calentamiento del globo (GWP) de diferentes gases según el IPCC de 1995, referidos al del CO₂

fuente: ipcc, 1995.

4.ª Tendencia de las emisiones. El IPC contempla cuatro escenarios en la evolución de las emisiones hasta el año 2100:

En todos los casos la población estimada es de 10.500 millones de habitantes y el crecimiento de la economía oscila entre un 2% para los países industriales y hasta en un 5% en los demás. El incremento de las emisiones en la situación habitual sería general para todos los gases y en el caso del dióxido de carbono y del metano oscilaría entre el 10% y el 20% (Gráfico 2). En las demás hipótesis se produciría un estancamiento y una posterior disminución que a mediados del próximo siglo daría lugar a un descenso generalizado que, en el caso del CO₂, alcanzaría el 50% respecto a las concentraciones de 1985.

Gráfico 2. Evolución de las emisiones de gases de efecto invernadero según el informe del IPC de 1990.

Felipe Fernández García es Profesor Titular del Departamento de Geografía. Facultad de Filosofía y Letras. Universidad Autónoma de Madrid.

Ecoiuris