¿Qué sabemos sobre el clima? Evidencias sobre el cambio climático

Traducido por Alberto Fernández Martínez y Gabriel Pinto Cañón (Universidad Politécnica de Madrid)

Imagen cortesía de Rasmus Benestad

En el primero de dos artículos, el investigador del clima Rasmus Benestad del Instituto Meteorológico Noruego examina las evidencias sobre el cambio climático.

En los últimos años, el cambio climático se ha convertido en un asunto político internacional de importancia, implicando el Protocolo de Kioto y discusiones a alto nivel en reuniones como las cumbres del G-8. El reciente cuarto informe de evaluación (AR4) del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC) afirma que el calentamiento global registrado durante las últimas décadas ha sido, muy probablemente, causado por la actividad del hombre (con una probabilidad  de más del 90%).

Sociedades científicas internacionales han abogado por acciones para atenuar el calentamiento global causado por las emisiones de gases invernadero tales como el CO₂ ; el IPCC  y el anterior Vicepresidente de EE.UU., Al Gore, compartieron el Premio Nobel de la Paz 2007 por difundir el conocimiento sobre el cambio climático provocado por el hombre;  hubo un Premio de la Academia para el documental de Gore titulado Una verdad incómoda; y el Informe de Revisión de Stern concibe el cambio climático como un  reto trascendental para el mundo.

Al mismo tiempo, los medios de comunicación han proporcionado informes que transmiten la impresión de que la ciencia que defiende el calentamiento global antropogénico (provocado por el hombre) es polémica, y el debate actualmente va desde los asuntos científicos que conciernen al cambio climático hasta las preguntas sobre cómo afrontar el cambio climático. Entonces, ¿qué es lo que realmente sabemos sobre el clima? Aquí examinamos la evidencia y argumentos que conciernen al clima y el cambio climático.

La historia del estudio del clima

Es útil situar la noción de cambio climático en un contexto histórico, y darse cuenta de que ya ha sido un tema de debate con anterioridad. A finales del siglo XIX, los estudiosos discutían sobre si el clima local se veía afectado por la deforestación, o si las manchas solares tenían alguna influencia en el tiempo atmosférico. A finales del siglo XIX, fue fundado el observatorio de auroras de Mount Haddle al norte de Noruega - basado en parte en la creencia de que la Aurora Boreal, o Luces del Norte, podía afectar al tiempo atmosférico.

Algunos estudiosos creían que el clima sigue ciertos ciclos, y mirando al pasado, uno puede observar patrones que podrían ser utilizados para predecir el futuro. En torno a esta misma época, también había estudiosos que estudiaban los efectos de los aumentos de las concentraciones de CO₂ en la atmósfera. Se pensaba que las variaciones en las concentraciones de CO₂ podrían ayudar a explicar las marcadas variaciones de temperatura asociadas a las edades de hielo, ya que los efectos en los cambios de la órbita terrestre alrededor del sol eran considerados muy débiles como para estar involucrados. ‘The Discovery of Global Warming’^w1 es una excelente página web sobre estos aspectos históricos.

¿Cómo sabemos que en un primer momento hubo edades de hielo?  La teoría de períodos glaciales e interglaciares fue inspirada por tempranos descubrimientos geológicos y otras evidencias geológicas. Los geólogos se preguntaron qué era lo que había esculpido  los valles en las cadenas de montañas, qué había causado desprendimientos (scouring) de roca y las morenas glaciales, y llegaron a la única explicación aceptable: el hielo. También había pruebas paleontológicas, como restos de vegetación y animales asociados con climas más templados, lo cual sugería que el clima local había sido más templado, y fósiles que sugerían que los anteriores niveles del mar eran diferentes a los niveles actuales.

Recientemente,  una prueba química contundente ha sido obtenida a partir de los núcleos de hielo taladrados en las capas de hielo del Antártico y Groenlandia (ver gráfico superior). Las burbujas de aire atrapadas en el hielo, a profundidades que representan el momento en el que se formó la capa de hielo, proporcionan pistas sobre las temperaturas y las concentraciones del rastro dejado por los gases de la atmósfera. Nuestro conocimiento de las edades de hielo se basa en dos pilares: la Teoría Milankovitch explicando cómo el ritmo de sucesión  de las edades de hielo estaba relacionado con cambios en la órbita terrestre alrededor del Sol, y la explicación de Arrehnius de cómo las variaciones en los niveles de CO2 podía tener influencia en la temperatura global media. Los debates continúan; pero retrospectivamente, ¿estaban los estudiosos del pasado equivocados sobre el clima?

Predicción de cantidad de CO2 (gris) y temperatura (azul) a partir del núcleo de hielo de Vostok. A la derecha se encuentran las concentraciones de CO2 presentes. Haga click en la imagen para ampliarla. Imagen cortesía de Rasmus Benestad

Realidades sobre nuestro clima

Las variaciones naturales nos transmiten que nuestro clima es sensible a cambios en las condiciones externas, como la energía que la Tierra recibe del Sol. También sabemos que la temperatura media de la superficie terrestre debería ser más baja de lo que es, si solo considerásemos el balance entre la energía recibida del Sol y el calor que se libera al espacio.

Vista de la Tierra a bordo de la Estación Espacial Internacional Imagen cortesía de NASA

Ya  hay un efecto invernadero natural que mantiene la superficie terrestre ~30°C más templada que lo que se deduce del balance de energía. ¿Cómo lo sabemos? Esta idea está mayoritariamente  basada en las leyes de la física (las cuales han tenido éxito en el resto de circunstancias), las cuales afirman que nuestro planeta recibe energía del Sol sólo en forma de luz, medida por la constante solar de valor ~1370 W/m2. Si el planeta no se calienta o se enfría a lo largo del tiempo, entonces la energía recibida del Sol debe de estar en balance, o equilibrio, con la cantidad de energía que la Tierra pierde en el universo. Esta pérdida de energía sigue una ley física establecida (ley de Stefan-Boltzman), que ha sido comprobada experimentalmente y afirma que la pérdida de calor (radiación de cuerpos oscuros)  depende de la temperatura. Es importante tener en cuenta la proporción de luz reflejada por el planeta (por ejemplo, por las nubes y el hielo).

El balance de energía puede ser empleado para predecir la temperatura de la superficie de otros planetas del Sistema Solar, y de ahí la confirmación a través de medidas empíricas constituye un test científico. La intensidad de la luz solar se calcula fácilmente a partir de la constante solar y de la distancia del planeta al Sol.

En general, la temperatura de la superficie de los planetas disminuye a medida que la distancia al Sol aumenta, tal y como se espera de un balance de energía radiactiva. Pero algunos planetas -como la Tierra- tienen temperaturas más altas en la superficie  que las predichas por el modelo de balance de energía radiactiva puro. Estos son los planetas con una atmósfera que contiene gases invernaderos (GHGs). Por ejemplo, la superficie de Venus, que posee una atmósfera que contiene GHGs, es más cálida  que la de Mercurio, el cual está más cerca del Sol pero no posee una atmósfera que contiene GHGs.

Los experimentos en el laboratorio confirman las propiedades de gas invernadero del CO2. GHGs como el CO2 tienen una importante propiedad física: son transparentes con luz visible, pero opacos con infrarrojos (radiación de calor). El efecto invernadero también puede ser comprendido desde la perspectiva de la física cuántica, donde los fotones son absorbidos a través del aumento de la rotación o vibración de algunas moléculas.

Vista de la Tierra desde el espacio Imagen cortesía de NASA

Cuando posteriormente las moléculas pierden la energía recibida por los fotones, irradian de vuelta al suelo entorno a la mitad de dicha energía. Cuando se añade esta radiación a la luz solar recibida del Sol, el efecto neto es un calentamiento de la superficie.

En resumen, la teoría que respalda el efecto invernadero es sólida y está basada tanto en pruebas empíricas como en la física teórica. También se ha establecido a través de diferentes pruebas que el clima terrestre ha sufrido variaciones en el pasado. Estas variaciones pueden ser explicadas como cambios en los factores que afectan el balance energético de la Tierra.

En el próximo artículo de Science in School…

¿Qué sabemos acerca del clima? Calentamiento global antropogénico

Referencias en la web

w1 – The Discovery of Global Warming: www.aip.org/history/climate/index.html

Recursos

Climate Change Education es una página web para estudiantes, profesores y muchos más: http://climatechangeeducation.org

RealClimate es una página web sobre la climatología hecha por científicos expertos en dicho tema para el público interesado y los periodistas. Su objetivo es proporcionar una rápida respuesta a historias en desarrallo y el contexto a veces perdido en la corriente de comentarios habituales. La discusión en RealClimate está restringida a temas científicos y no incluye ninguna implicación política o económica de la ciencia. Ver www.RealClimate.org