La Singularidad Desnuda

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Seis mitos sobre el cambio climático

Posted by Carlos en febrero 18, 2010

10-year average (2000-2009) temperature anomaly

NASA Goddard Institute for Space Studies

La afirmación de que el cambio climático tiene causas antropogénicas se asienta sobre dos premisas fundamentales: los cambios de temperatura registrados a lo largo del último siglo, y la incapacidad de los modelos climáticos de dar cuenta de dichos cambios sin la introducción del efecto causado por los gases de efecto invernadero producidos por la actividad humana. Por supuesto, el clima es un sistema extremadamente complejo por lo que todos los modelos existentes están sujetos a una cierta incertidumbre, causada por la falta de compresión plena de todos los aspectos del sistema así como por la complejidad intrínseca de las simulaciones del mismo. Quiere esto decir que hay aspectos de la investigación climática que hay que tomar con una pizca de sal, o que ciertamente requieren un mayor estudio. Sin embargo, las objeciones más comunes al cambio climático antropogénico no se asientan en estos aspectos menos claros, sino en diversas malinterpretaciones de los hechos o conclusiones derivadas de los estudios climáticos (y hay que decir que meteduras de pata como la predicción sobre los glaciales del Himalaya no ayudan). En un artículo de Q. Schiermeier en el número del 21 de enero de Nature se abordan varios de los mitos más persistentes sobre el cambio climático, y cómo estos pueden ser rebatidos:

  1. Los modelos climáticos no proporcionan información de utilidad sobre el mundo real. Como se apuntaba anteriormente, los modelos climáticos están sujetos a un cierto margen de incertidumbre, por lo que no pueden hacer predicciones exactas a largo plazo. Sin embargo, estos modelos son capaces de reproducir las variaciones climáticas del último milenio y apuntan conclusivamente hacia un futuro más cálido.
  2. El calentamiento global cesó hace diez años. Esta objeción se basa en la misma confusión que tienen algunos de nuestros políticos entre disminución del crecimiento y decrecimiento. Las fluctuaciones naturales del clima a corto plazo pueden hacer que las temperaturas suban o bajen de un año para otro, pero las tendencias se mantienen, y la última década es la más cálida en promedio registrada.
  3. Las temperaturas eran mayores en épocas pre-industriales. Hay consenso en que la segunda mitad del siglo XX ha sido la más cálida del último milenio. En momentos más remotos hubo periodos más cálidos, pero bajo condiciones orbitales y geológicas distintas, y la existencia de las mismas no aporta evidencia en contra de la influencia humana en el incremento actual de temperaturas.
  4. Los datos históricos de temperatura en la troposfera indican que la Tierra no se está calentando. Aunque hace una década parecía haber una discrepancia entre las temperaturas de la troposfera y las registradas en la superficie, dicha discrepancia ha sido resuelta en la actualidad gracias a la resolución de problemas de calibración en los sensores de los satélites. Los datos actuales son plenamente consistentes con las predicciones de calentamiento de los modelos climáticos existentes.
  5. Unos pocos grados de calentamiento no son para tanto. Durante la última edad de hielo la temperatura promedio del globo era sólo unos pocos grados inferior a la actual. El ritmo de calentamiento actual no tiene precedentes en la historia de la Humanidad.
  6. Los incrementos de temperatura registrados reflejan el crecimiento de ciudades en torno a las estaciones climáticas más que el calentamiento del globo. Este factor ya se tiene en cuenta en los modelos, que incluyen datos tanto de estaciones urbanas como de estaciones rurales. Más aún, las anomalías de temperatura también ocurren en zonas despobladas, como pueden ser los polos, la superficie oceánica o en capas suboceánicas profundas.

Si la evidencia científica es pues múltiple en relación a las más que probables causas humanas del cambio climático, ¿cuáles son entonces los aspectos más sujetos a debate? En un próximo apunte los veremos.

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El gas invernadero que resuelve la paradoja del joven Sol débil

Posted by Carlos en agosto 19, 2009

Los orígenes de la vida se remontan a hace más de 3 500 millones de años (3.5 Ga) según indica la evidencia fósil. Aunque los detalles del proceso distan mucho de estar claros y hay diferentes hipótesis al respecto, sí puede afirmase que las condiciones ambientales de temperatura y la disponibilidad de agua líquida fueron determinantes (si no para la aparición de la vida en sí, al menos para los primeros pasos de su evolución en lo que hoy vemos). De manera un tanto intrigante, la existencia de estas condiciones favorables plantea en sí misma un enigma: hace 3-4 Ga el Sol no era más que una jovencísima estrella que comenzaba su camino por la secuencia principal, y su brillo era menor que el actual, apenas un 70% del de hoy en día. De acuerdo con la Ley de Stefan-Boltzmann, la temperatura de un cuerpo negro es proporcional a la raíz cuarta de la energía que emite por unidad de área, lo que nos deja con una temperatura de 0,70,25 = 91% de la actual. La temperatura de la Tierra es a su vez proporcional a la del Sol -asumiendo que el radio de éste y la distancia a la que nos hallamos no varía- lo que quiere decir que si en la actualidad debería ser de unos 279K sin contar el efecto invernadero, por aquel entonces sería de apenas 255K, o lo que es lo mismo unos frígidos -18ºC. Incluso con concentraciones de gases invernadero como las actuales la temperatura no subiría por encima del punto de congelación del agua, en contra de lo que la evidencia muestra. Es lo que se conoce como la paradoja del joven Sol débil.

Evolución del sol.

Evolución del sol. Credit: Tablizer

Lógicamente, la composición de la atmósfera era muy diferente de la actual hace 3.5 Ga y la presencia de gases invernadero debió ser muy superior para permitir que la temperatura permaneciera por encima de 0ºC. El candidato más en boga era el socorrido CO2, pero ahora un reciente estudio conjunto del Tokyo Institute of Technology y de la Universidad de Copenague arroja un nuevo escenario dominado por otro gas: el sulfuro de carbonilo (OCS).

Carbonyl sulfide

El estudio en cuestión ha sido realizado por Yuichiro Ueno y colaboradores, lleva por título

y ha sido publicado esta semana en PNAS. Ueno et al. han analizado la distribución de isótopos sulfurosos en rocas del Arcaico. Dicha distribución depende de la intensidad de la fotolisis del SO2, la cual depende a su vez de la composición atmosférica en la Tierra primitiva, y en particular de los gases que puedan bloquear la radiación ultravioleta. De acuerdo con los modelos numéricos que han desarrollado, las concentraciones observadas son compatibles con una atmósfera rica en OCS. Este gas haría las veces de la actual capa de ozono, con un añadido especial: un potente efecto invernadero, mucho más efectivo que el del CO2 y capaz de compensar la reducida energía solar. Más aún, el OCS actúa como catalizador para la formación de péptidos, lo que resulta sumamente interesante desde el punto de vista de la abiogénesis.

La vida encontró pues un ambiente favorable para su desarrollo gracias a la disponibilidad de agua líquida como disolvente. Formas de vida más sofisticadas se fueron abriendo camino, y hace alrededor de 3 Ga surgieron los primeros organismos fotosintéticos. Con ellos empezó el proceso de enriquecemiento atmosférico de oxígeno (los volcanes superficiales también ayudaron). Paradójicamente este oxígeno reaccionó con el azufre volcánico, dificultando la regeneración de la capa de sulfato de carbonilo y produciendo otros aerosoles sulfúricosde sulfato que actuaron como refrigerantes atmosféricos. Este proceso acabaría por dar lugar durante el Paloproterozoico a la glaciación global que cubrió completamente de hielo y nieve a la superficie terrestre.

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Los depósitos de material orgánico en el Ártico son mayores de lo pensado

Posted by Carlos en septiembre 11, 2008

Hace unos días hablábamos de cómo el incremento de las temperaturas puede provocar un paulatino deshielo del permafrost ártico, dejando expuesta una gran cantidad de material orgánico cuya descomposición lanzaría cantidades ingentes de CO2 a la atmósfera. Para determinar el riesgo que esto supone hay que avanzar en la comprensión de la dinámica del permafrost por un lado, y debe realizarse una estimación ajustada de la cantidad de material orgánico contenido en el subsuelo ártico por otro lado. Este segundo aspecto parece ser un tema en el que se está desarrollando una intensa actividad, a juzgar por los trabajos que han aparecido al respecto en los últimos tiempos. Además del trabajo de Schuur et al. en el que se hacía una estimación global de la cantidad de material orgánico almacenado en el permafrost, esta semana ha aparecido otro trabajo en Nature Geosciences en el que se trata en detalle el caso del territorio ártico norteamericano. El artículo en cuestión ha sido realizado por Chien-Lu Ping y 6 colaboradores, de las Universidades de Alaska en Fairbanks y de la Universidad de Virginia, y lleva por título

En este trabajo intentan subsanar las deficiencias en las estimaciones anteriores de dicha cantidad de material orgánico, y que se basaban únicamente en 5 muestras superficiales (40cm) para un área de 5.05·1012 m2 (i.e., poco más de 5 millones de km2).

Mapa del paisaje ártico norteamericano (10.1038/ngeo284)

Mapa del paisaje ártico norteamericano (credit: Ping et al., Nature Geosciences, doi:10.1038/ngeo284)

Para realizar su estudio, Ping et al. han combinado datos existentes con muestreos directos siguiendo un enfoque sistemático, orientado a cubrir los diferentes tipos de terreno existentes en la zona ártica. Este extremo es importante, ya que la distribución de material orgánico no es en absoluto uniforme. Así, mientras en las tierras bajas y en las tundras de las tierras altas hay grandes cantidades, en los pedregales y montañas la presencia de material orgánico es muchísimo menor. Concretamente, usando los datos de 139 excavaciones se ha determinado que en los dos primeros tipos de terreno hay 55.1 kg/m2 y 40.6 kg/m2 respectivamente, mientras que en los dos segundos sólo hay 3.4 kg/m2 y 3.8 kg/m2. Combinando ambas estimaciones en función de la proporción de cada tipo de terreno, se llega a una media global para la zona de 34.8 kg/m2, siempre considerando hasta 1m de profundidad. Proyectando estos resultados a un área de 2.82 millones de km2, que representaría las tierras del Ártico norteamericano, excluyendo glaciares y lagos, se llega a una estimación de 98.2 Pg de material orgánico.

Aunque esta cifra no resulta muy alta en relación a la estimación total que hacían Schuur et al., es importante resaltar que las estimaciones previas para esta zona eran de unos 21.8 kg/m2, i.e., casi un 40% inferior (o lo que es lo mismo, la nueva cifra es un 60% superior a la anterior). Será interesante determinar si esta subestimación es extrapolable en todo o en parte al resto de zonas árticas, lo que se traduciría en un aumento del riesgo potencial en algunos de los escenarios descritos a medio plazo para la región.

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El deshielo del permafrost acelerará el calentamiento global

Posted by Carlos en septiembre 3, 2008

Siempre que se habla de los efectos de la actividad humana en el cambio climático, y fundamentalmente en los casos en los que se pretende hacer proyecciones a largo plazo, suele introducirse la salvaguarda de la falta de conocimiento pleno de los ciclos geoclimáticos naturales. Por poner un ejemplo, el flujo de carbono entre tierra, océano y atmósfera es un orden de magnitud mayor que el debido a actividad antropogénica. Así, más que analizar los flujos netos de gases invernadero o los aumentos locales de temperatura de manera aislada o absoluta, es necesario entender de que manera esta perturbación externa puede alterar los ciclos naturales, y hacia que nuevo punto de equilibrio puede desplazarlos. Centrándonos en el ciclo del carbono, son de particular importancia los denominados depósitos vulnerables, grandes almacenes de carbono que pueden resultar afectados por el cambio climático, y verter cantidades ingentes de CO2 a la atmósfera. Uno de estos depósitos vulnerables -uno de los más grandes de hecho- es el permafrost.

Permafrost en el Hemisferio Norte

Permafrost en el Hemisferio Norte. Crédito: NSDIC

El permafrost es el material del subsuelo que se halla permanentemente congelado a temperaturas bajo cero. Se encuentra fundamentalmente en zonas cercanas a los polos y en terreno montañoso a gran altitud, donde la temperatura media anual está por debajo de los 0ºC . Más precisamente, si la temperatura media es superior a los -5ºC no se formará una capa continua de permafrost, sino únicamente regiones aisladas (hay excepciones debidas a temperaturas pasadas frías que dejaron un legado de permafrost fósil). La zona de permafrost continuo abarca grandes zonas árticas y antárticas, y puede considerarse que ocupa alrededor del 20% del terreno sobre el mar. La estructura de estas zonas de permafrost comprende una capa más superficial en la que se produce descongelación estacional (denominada capa activa, y que puede tener de unos centímetros a un par de metros de grosor), y una capa estable de permafrost, con una zona de transición rica en hielo entre ambas. Estas capas más profundas de permafrost almacenan una gran cantidad de carbono en forma de material orgánico, por lo que su descongelación podría exponerlo a descomposición y vertido a la atmósfera. Un estudio de la magnitud e implicaciones de esta descongelación ha sido realizado por Edward A.G. Schuur, de la Universidad de Florida, y 19 colaboradores, en un trabajo titulado

recién publicado en BioScience. La estimación de Schuur et al. es de 1672 Pg (1 petagramo = 1000 millones de toneladas) para todo el carbono acumulado en el permafrost del hemisferio Norte (en el hemisferio Sur hay un contenido mucho menor, por lo que no se ha tenido en cuenta en el análisis). Este material orgánico se ha ido acumulando a través de la zona activa por obra de diferentes procesos geológicos. Por un lado está el crecimiento singenético, por el que se produce un crecimiento vertical de la zona de permafrost (de unos 0.7 mm/año), que engulle el material acumulado en el fondo de la zona activa. Por otro lado está la crioturbación, por el que se produce una mezcla de los materiales entre las capas del subsuelo debido a ciclos repetidos de congelación/descongelación.

Mapa del hielo ártico calculado con los datos del AMSR-E

Mapa del hielo ártico calculado con los datos del AMSR-E

Dado que algunos modelos predicen un aumento de varios grados de temperatura en estas zonas circumpolares a lo largo del siglo XXI (de hecho, los hielos árticos son hoy en día una isla por primera vez en 125,000 años, como se aprecia en la imagen superior), puede producirse una liberación gradual de este material orgánico acumulado. El ritmo al que se produce dependerá de condiciones locales, y se verá afectado por otros factores externos como las precipitaciones de nieve (que tendrán un efecto aislante), o los incendios boreales (que tendrán un efecto opuesto, al eliminar la capa orgánica superficial y reducir a corto plazo el albedo). Otro factor importante es el colapso del suelo debido al descongelamiento de bloques de hielo. El así denominado terreno termocárstico, acelera el deshielo del permafrost, al crear depresiones topográficas que atraen el flujo de agua dado lugar a erosión térmica y deslizamientos de tierras. Esto puede dar lugar a una tasa catastrófica de liberación de carbono. Dicho carbono entrará en los ecosistemas, y en la medida en la que el suelo sea óxico, pasará a la atmósfera en forma de CO2. Por supuesto, esta disponibilidad de materiales orgánicos unida a un aumento de la temperatura favorecerán el crecimiento vegetal, que tenderá a su vez a capturar el carbono, aunque la magnitud de este efecto no bastará para evitar que haya un flujo neto a la atmósfera. Dicho flujo puede ser de 40 Pg a 100 Pg de aquí a finales de siglo, lo que supone unas emisiones del mismo orden de magnitud que las debidas a la desforestación causada por el hombre.

A pesar de las sombrías perspectivas que este trabajo arroja al identificar esta realimentación positiva entre el calentamiento global y la emisión de CO2 proveniente del permafrost, hay que señalar que la magnitud de la misma está sujeta a ciertas incertidumbres: la dinámica de descongelación del permafrost es compleja y no-lineal, como lo son los procesos de transferencia de carbono a la atmósfera. Habrá pues que refinar los modelos geológicos y biológicos involucrados, antes de disparar todas las alarmas.

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