Diez cosas que afectan a nuestro clima Understand article

Traducido por Rafael Martínez-Oña. Las actividades humanas influyen en nuestro clima a escala global, pero también lo hacen una serie de mecanismos interrelacionados entre sí.

No hay duda de que el clima de la Tierra ha cambiado a lo largo del tiempo geológico, incluso antes de la aparición del Homo sapiens. A lo largo de sus 4.600 millones de años de historia, la Tierra ha sufrido varias situaciones extremas, desde períodos en que el planeta estaba casi completamente cubierto de hielo, hasta una ocasión en que el océano Ártico alcanzó una temperatura templada de 23 °C.

Estos cambios climáticos son el resultado de la interacción de muchos mecanismos, que varían en la magnitud de sus efectos. Sin embargo, durante el siglo pasado, un factor en particular ha tenido una influencia importante nuestro clima: el consenso abrumador entre los científicos del clima es que la temperatura de la Tierra está aumentando como resultado de las emisiones de gases de efecto invernadero originados por la actividad humana.

Para conocer el verdadero alcance de nuestro impacto, los científicos están examinando la variedad de procesos interactivos que impulsan el cambio climático inducido por el hombre y la naturaleza, tanto en el pasado como en la actualidad. Aquí, vamos a comentar diez de estos mecanismos. Cada uno varía en la medida en que impacta el clima de la Tierra, por lo que el orden en que se discuten no refleja su importancia.

Antarctica’s Brunt Ice Shelf
Las grietas que se extienden por la plataforma de hielo Brunt de la Antártida están aumentando y próximas a partir la plataforma y generar un iceberg del tamaño del Gran Londres.
ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

1. Sin los gases de efecto invernadero la Tierra sería un planeta congelado

En el efecto invernadero, los gases en la atmósfera de la Tierra (como el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso) atrapan la radiación infrarroja de la Tierra que de otro modo se irradiaría al espacio. Gracias a este proceso natural, la superficie de la Tierra tiene una temperatura promedio de 15 °Cw1. Sin estos gases, nuestro planeta estaría helado a -18 °C, y la vida tal como la conocemos no sería posible.

Los cambios en el nivel de gases de efecto invernadero pueden tener impactos significativos en el clima global. Por ejemplo, en el pasado geológico de la Tierra, las erupciones volcánicas o los impactos de asteroides (ver más adelante) han aumentado el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera, dando como resultado picos dramáticos de temperatura. En la historia más reciente de la Tierra, los humanos han amplificado este efecto natural.

2. Los humanos estamos intensificando el efecto invernadero natural

Desde la Revolución Industrial, las actividades humanas han aumentado la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Los niveles de dióxido de carbono han aumentado como consecuencia de la deforestación y la quema de combustibles fósiles. Los niveles de metano han aumentado como resultado de la cría de ganado y el cultivo de arroz.

Hasta la fecha, el efecto invernadero antropogénico ha dado lugar a un aumento de la temperatura global de aproximadamente 1.0 °C por encima de los niveles preindustriales. Si el calentamiento global continúa a su ritmo actual, esto podría dar lugar a un calentamiento de 3–4 °C para fines de este siglo. Los científicos ahora enfatizan que el calentamiento debe limitarse a 1.5 °C, un aumento adicional de no más de 0.5 °C desde el nivel de hoyw2. Para lograr esto, necesitamos reducir drásticamente nuestras emisiones de gases de efecto invernadero. En el lado positivo, está el hecho de que, el efecto invernadero antropogénico es un mecanismo que tenemos la capacidad de cambiar.

Observed and projected global temperature change
Cambio de temperatura global observado y proyectado. Limitar el calentamiento global a 1.5 °C requiere reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Adaptado del Informe Especial sobre Calentamiento Global de 1.5ºC
IPCC
Global temperature change relative to pre-industrial levels (°C): Cambio de temperatura global en relación con los niveles preindustriales (°C);
Human-induced warming to date: Calentamiento inducido por humanos hasta la fecha;
Likely increase based on the present rate of warming: Probable aumento basado en la tasa actual de calentamiento;
Modelled range of warming if CO2 emissions decline to net zero in 2055 and other greenhouse gases are reduced after 2030: Rango modelado de calentamiento si las emisiones de CO2 disminuyen a cero neto en 2055 y otros gases de efecto invernadero se reducen después de 2030

3. La formación de la placa de hielo está relacionada con la órbita de la Tierra

Actualmente estamos viviendo en la Edad de Hielo Cenozoica Tardía, que comenzó hace 34 millones de años. La última fase de esta edad de hielo es el período Cuaternario, durante el cual la Tierra ha cambiado entre estados glaciales e interglaciales donde las capas de hielo continentales han crecido o retrocedido.

Se cree que estos estados glaciales e interglaciales se deben a variaciones en la órbita de la Tierra, conocidos como ciclos de Milankovitchw3. Estos ciclos se centran en tres parámetros relacionados con el movimiento de la Tierra: su excentricidad, oblicuidad y precesión. Respectivamente, estos términos describen la forma de la órbita de la Tierra (ya sea más circular o elíptica); la inclinación del eje de la Tierra en relación con su órbita; y la oscilación en la dirección del eje de giro de la Tierra.

Por ejemplo, actualmente el eje de la Tierra tiene una inclinación de 23.5° con respecto a la perpendicular del plano de su órbita, pero esta inclinación varía entre 22° y 25° a lo largo de un período de 41.000 años aproximadamente. Este cambio afecta a la cantidad de radiación solar que incide en la superficie de la Tierra, lo cual influye en la formación de la capa de hielo.

Excentricidad: la forma de la órbita de la Tierra cambia de ser ligeramente elíptica a ser casi circular en un ciclo de aproximadamente 100.000 años.
Nicola Graf
Oblicuidad: la inclinación del eje de la Tierra varía entre 22° y 25° (en relación con la perpendicular al plano de su órbita, 0°) durante un período de aproximadamente 41.000 años.
Nicola Graf
Precesión: la inclinación del eje de la Tierra oscila conforme describe un círculo completo durante un período de aproximadamente 26.000 años.
Nicola Graf
Earth: Tierra;
Sun: Sol

4. Baja actividad solar ha coincidido con periodos glaciales

La fuerza de la radiación del sol varía a lo largo de su ciclo de actividad de 11 años. En un máximo solar, cuando la actividad del Sol es mayor, aparecen grandes cantidades de manchas solares (puntos más oscuros) y fáculas (puntos más brillantes) en la superficie del Sol. El efecto neto es un aumento de la radiación solar, que puede contribuir a tener climas más cálidos. En un mínimo solar, el período de menor actividad solar, ocurre lo contrariow4.

Un ejemplo digno de mención es el Mínimo de Maunder, que describe el inusual período de manchas solares ocurrido entre 1645 y 1715. Este mínimo solar coincidió con el periodo central de la llamada ‘Pequeña Edad de Hielo’, que realmente no fue una edad de hielo, sino el período en que Europa y América del Norte sufrieron fríos rigurosos y se celebraron las ‘ferias de hielo’ en el congelado río Támesis en Londres, Reino Unido.

Sunspot observations per year since the early 1600s
Observaciones de manchas solares por año desde principios de 1600, destacando los mínimos y máximos solares
Global Warming Art/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Number of sunspots: Número de manchas solares;
Maunder Minimum: Mínimo de Maunder;
Dalton Minimum: Mínimo de Dalton;
Modern Maximum: Máximo Moderno;
Sporadic observations prior to c. 1750: Observaciones esporádicas antes de c. 1750;
Average monthly measurements since c. 1750: Medidas mensuales promedio desde c. 1750

5. El incremento de oxígeno produjo un evento de enfriamiento

Hace unos 2.500 millones de años, no había oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Aunque el Sol era menos brillante en aquel entonces, nuestro planeta era habitable en parte porque la concentración atmosférica de metano era 1000 veces mayor de lo que es ahora. Sin embargo, todo esto cambió con el Gran Evento de Oxigenación, que se desencadenó por la presencia de algas verde-azuladasw5. Estos organismos microscópicos habían evolucionado para llevar a cabo la fotosíntesis y, al mismo tiempo, producían oxígeno.

Se cree que este oxígeno no deseado reaccionó con el metano en la atmósfera y produjo dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono es 62 veces menos efectivo para calentar el planeta que el metano, por lo que reemplazar el metano con dióxido de carbono condujo a una disminución dramática de la temperatura, sumergiendo a la Tierra en su primera edad de hielo: la glaciación de Huronia.

6. El calentamiento puede alterar las corrientes de los océanos

Las corrientes oceánicas y los sistemas eólicos son componentes importantes del sistema climático. Como resultado del calentamiento diferencial, por el cual el ecuador está más caliente que los polos de la Tierra, las corrientes de convección en los océanos y la atmósfera mueven la energía térmica hacia los polos. Esta es la fuerza que da lugar a la circulación atmosférica y a la circulación termohalina en los océanos.

La circulación termohalina (o transportador oceánico, como a veces se la conoce) está impulsada por las diferencias de temperatura y salinidad del aguaw6. Lleva las aguas superficiales cálidas desde los trópicos hasta el Atlántico Norte, que posteriormente calienta zonas costeras de Europa. Existe la preocupación de que el calentamiento global hará que las capas de hielo en Groenlandia se derritan, diluyendo la salinidad del océano Atlántico Norte y reduciendo la densidad de sus aguas. Si el agua ya no es lo suficientemente densa como para hundirse, la circulación termohalina se interrumpiría.

Thermohaline circulation of the world’s oceans
Circulación termohalina de los océanos del mundo, que es impulsada por las diferencias en la salinidad y la temperatura del agua. Las zonas azules representan las corrientes de aguas profundas, mientras que las zonas rojas representan las corrientes superficiales.
Nicola Graf
Atlantic Ocean: Oceano Atlántico;
Indian Ocean: Oceano Índico;
Pacific Ocean: Oceano Pacífico;
Warm shallow current: Corriente superficial cálida;
Warm shallow current
Cold and salty deep current: Warm shallow current
Cold and salty deep current

7. Los impactos de asteroides causaron catástrofes climáticas

Hace unos 66 millones de años, el asteroide Chicxulub de 10 km de diámetro colisionó con la Tierra, lo que provocó la desaparición de los dinosauriosw7. El impacto arrojó polvo a la estratosfera lo cual, se cree, bloqueó el 50% de la luz solar que llegaba a la Tierra. Esto habría dificultado la fotosíntesis y conducido al colapso de las cadenas alimentarias. Lo cual, también, habría dado lugar a una caída brusca de las temperaturas globales, sumiendo a la Tierra en un «periodo invernal» que persistió durante una década.

Sin embargo, una vez que el polvo se asentó, se cree que la Tierra experimentó un rápido calentamiento global. Esto fue el resultado de las masas de dióxido de carbono liberadas por el impacto en sí (se cree que el asteroide descompuso las rocas de carbonato) y por los incendios forestales posteriores que se extendieron por la Tierra.

También se cree que otras extinciones masivas significativas (como los eventos de extinción Pérmico-Triásico y Triásico-Jurásico) también fueron causadas por eventos de impacto de asteroides, aunque no se han encontrado cráteres.

8. Las placas tectónicas pueden calentar o enfriar el planeta

La cordillera del Himalaya, formada como resultado de la colisión entre las placas tectónicas de la India y Eurasia, es un excelente ejemplo de cómo la tectónica de placas puede tener un impacto en el clima. En los últimos 50 millones de años, la lenta elevación del Himalaya ha expuesto las rocas nuevas a la intemperie química. En este proceso, el dióxido de carbono de la atmósfera queda atrapado por algunos minerales en la roca, reduciendo la cantidad de dióxido de carbono atmosférico y enfriando el planeta.

El movimiento de las placas tectónicas también puede tener una influencia importante en las corrientes oceánicas. Por ejemplo, la creación de la Puerta de Tasmania y el Pasaje Drake, cuando los continentes de Australasia y América del Sur se separaron de la Antártida, condujo a la formación de la corriente circumpolar antártica hace más de 30 millones de años. La corriente trajo agua antártica profunda y fría a la superficie. Se cree que esta actividad tectónica, combinada con la captura de dióxido de carbono atmosférico a partir de la formación del Himalaya, desencadenó la Edad de Hielo Cenozoica Tardía. Los científicos pueden predecir dónde se moverán las placas en los próximos 250 millones de añosw8.

9. Las erupciones volcánicas tienen efectos variados

Otro efecto de la tectónica de placas son las erupciones volcánicas, que pueden afectar el clima de la Tierra durante períodos que van desde días hasta décadas. Las grandes cantidades de dióxido de carbono que emiten los volcanes pueden calentar el planeta a largo plazo, pero el polvo y el dióxido de azufre que arrojan a la atmósfera pueden bloquear la radiación solar entrante, lo que lleva a un enfriamiento global a corto plazow9.

La erupción del Monte Pinatubo en Filipinas en 1991 arrojó 17 millones de toneladas de dióxido de azufre a la estratosfera. Esto condujo a una neblina de gotas de ácido sulfúrico que bloquearon la luz solar y redujeron las temperaturas globales en aproximadamente 0.4 °C durante dos años.

Hot volcanic ash erupting from Mount Pinatubo
Erupción de cenizas volcánicas del Monte Pinatubo el 12 de junio de 1991, tres días antes de la erupción principal
Dave Harlow/USGS/Wikimedia Commons, public domain

10. Las capas de nubes inciden en el calentamiento global

Las nubes tienen una influencia notable en el clima de la Tierra. Nubes bajas y densas enfrían la superficie de la Tierra, mientras que nubes altas y finas calientan el aire bajo ellas. La clave para la formación de nubes son los aerosoles, pequeñas partículas que están en suspensión en la atmósfera. Los aerosoles actúan como pequeñas «semillas» sobre las cuales se condensa el vapor de aguaw10. Los aerosoles son mucho más que lo que se encuentra en un bote de laca para el pelo. Pueden ser naturales (como el polvo o la sal marina) o antropogénicos (como las partículas contaminantes o el humo). Por lo tanto, un aumento en los aerosoles antropogénicos podría dar lugar a una mayor formación de nubes y esto, dependiendo de la altura a la que estén, podría reducir el alcance total del calentamiento global.

El experimento CLOUD del CERN está orientado a conocer el comportamiento de los aerosoles y las nubes y está investigando la posible influencia de los rayos cósmicos en la formación de nubesw11. Estos rayos tienen partículas subatómicas procedentes de supernovas externas al Sistema Solar, y se cree que influyen en el desarrollo de las nubes a través de la formación de nuevos aerosoles.

Agradecimientos

El autor y los editores desean agradecer al Dr. Anwar Khan, del grupo de investigación de química atmosférica de la Universidad de Bristol, Reino Unido, los útiles comentarios realizados a este artículo.

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Web References

  • w1 – En el video from ‘MinuteEarth’, se explica cómo los gases de efecto invernadero mantienen caliente nuestro planeta.
  • w2 – La Office for Climate Education (OCE) ha elaborado un summary for teachers del Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) Special Report on Global Warming of 1.5 ºC (SR15).
  • w3 – Consulte este video con explicaciones detalladas de los ciclos de Milankovitch y cómo influyen en el clima.
  • w4 – En este enlace lively account from ‘SciShow Space’ se explica cómo el Sol afecta al clima.
  • w5 – Consulte este enlace engaging explanation para entender el Gran Evento de Oxigenación.
  • w6 – Para saber más acerca de la circulación termohalina ver el YouTube video.
  • w7 – En un video de 3 minutos, BBC Earth explica cómo influyó el impacto de Chicxulub en la extinción de los dinosaurios.
  • w8 – En este enlace animation se muestra el movimiento de los continentes sobre la superficie de la Tierra debido a las placas tectónicas.
  • w9 – Esta animación 2-minute video explica cómo los volcanes pueden alterar nuestro clima.
  • w10 – Escuche el vídeo TED-Ed clip que explica el efecto que los aerosoles pueden tener en nuestro clima.
  • w11 – El experimento CLOUD del CERN se describe en más detalle en el enlace CERN website.

Resources

  • Descargue el siguiente libro de texto introductorio sobre el clima, gratuito, en el enlace ‘Bookboon’ website:
    • Sloan T (2016) Introductory Climate Science: Global Warming Explained 1st edition. Aberystwyth, UK: Aberystwyth University. ISBN: 9788740314083

Author(s)

Mike Follows es profesor de física en la King Edward’s School de Birmingham, Reino Unido. Antes de obtener un doctorado en física de temperaturas ultra bajas, estuvo trabajando una década en la Oficina Meteorológica Británica, por lo que no es extraño que se sienta atraído por problemas globales y cómo la física ayuda a explicarlos y, tal vez, cómo podría ayudar a resolverlos.


Review

El cambio climático es un tema importante para muchos estudiantes de todo el mundo, como lo demuestran las recientes campañas dirigidas por estudiantes para crear conciencia sobre el problema y exigir acciones para evitar un mayor calentamiento global. Este artículo explica los mecanismos que influyen en el cambio climático y puede usarse como punto de partida para discutir el impacto de la actividad humana en el cambio climático y sus consecuencias para la Tierra.

Los estudiantes también podrían pensar en acciones que podrían tomar para ayudar a preservar nuestro planeta. Además, estudiar los mecanismos que influyen en el clima ofrece la posibilidad de utilizar biología, ciencias de la tierra y física al mismo tiempo, destacando la naturaleza interdisciplinar de la ciencia.

Posibles preguntas para promover la discusión:

  • ¿Qué son los gases de efecto invernadero? Da dos ejemplos.
  • Sin gases de efecto invernadero, ¿cuál sería la temperatura promedio de la superficie de la Tierra?
  • ¿Qué sucede en la superficie del Sol durante un máximo solar?
  • ¿Qué efecto tuvo el aumento en los niveles de oxígeno en la atmósfera de la Tierra sobre la temperatura de la Tierra?
  • ¿Qué impulsa la circulación termohalina?
  • ¿Cómo afectaría el impacto de un asteroide a la temperatura de la Tierra?
  • ¿Cómo pueden afectar las erupciones volcánicas el clima de la Tierra?

Mireia Güell Serra, profesora de química y de matemáticas, INS Cassà de la Selva, España




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