Download POSIBLES EFECTOS EN EL AMBIENTE DEDUCIDOS A

EL CICLO DEL CARBONO Y EL HOMBRE: ALTERACIONES DEL
CICLO DE CARBONO CAUSADOS POR LA ACTIVIDAD HUMANA.
Quema de combustibles fósiles
Durante los últimos años se viene planteando un continuo debate tanto público como científico
acerca de la posibilidad de un cambio futuro en el clima producto de las actividades humanas, tales
como la quema de combustibles fósiles, especialmente a partir del siglo XVIII. Con la revolución
industrial da comienzo el uso masivo de combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas, que
poseen grandes cantidades de carbono que es liberado a la atmósfera en forma de dióxido de
carbono. El desprendimiento de CO2 de los combustibles fósiles es en la actualidad de 6 Pg de
15
carbono al año (1 Pg = 10 g) y la mitad aproximadamente se acumula en la atmósfera. De hecho, el
incremento atmosférico de dióxido de carbono detectado a partir de los años 50 no tiene precedentes
conocidos en la historia de la tierra. La concentración atmosférica de CO 2 ha aumentado más del 25
% durante los últimos 100 años. La evidencia de este incremento procede de las continuas
observaciones de los niveles de CO2 atmosférico en Mauna Loa, un archipiélago de las islas Hawai
y por registros paralelos alrededor del mundo. Los registros anteriores a 1958 provienen de varias
fuentes, principalmente del análisis burbujas de aire atrapadas en el hielo de los glaciares de
Groenlandia y la Antártida (Petit et al., 1999; Climate and atmospheric history of the past 420000
years from the Vostok ice core, Antarctica).
Evolución de la concentración de CO2 en la atmósfera terrestre en partes por millón en volumen
(ppmv) durante los últimos 1000 años. Datos anteriores a la observación directa (desde 1958 hasta
nuestros días) se han estimado por varias técnicas incluyendo el análisis de las burbujas de aire
atrapadas en cores de hielo.
A partir de la gráfica anterior se puede observar que las concentraciones de CO 2 se mantienen
alrededor de 280 y 290 ppmv hasta mediados del 1800. A partir de 1860, al comienzo de la
Revolución Industrial las concentraciones aumentan exponencialmente.
Concentración de CO2 en ppmv
Aumento de la concentración de CO2 atmosférico registrado en el observatorio de Mauna Loa, Hawai.
Las fluctuaciones estacionales regulares corresponden a las estaciones (respiración en el invierno
boreal y fotosíntesis en el verano boreal). El hemisferio norte es el determinante por su mayor
superficie continental, con mayor producción vegetal que los océanos.
Registro histórico de las emisiones de CO2 hacia la atmósfera a partir de la quema de
combustibles fósiles desde 1860. La gráfica de la parte superior izquierda indica las emisiones
acumuladas de los 20 países que más CO2 vierten a la atmósfera a partir de datos del año 1989.
Deforestación
La quema de combustibles fósiles no es la única causa del aumento de CO 2 en la atmósfera, la
deforestación ha sido también considerada responsable parcial de este aumento. El cálculo de la
contribución de la deforestación al aumento de CO2 atmosférico es complejo, ya que aunque gran
parte de la producción del bosque es reutilizada, parte se quema y una proporción de los terrenos
deforestados son abandonados, con lo cual la vegetación y la materia orgánica del suelo se
restablecen, o se restablecerán, a lo largo de la sucesión. Últimamente se están utilizando imágenes
de satélite para estimar los cambios en el uso del suelo. La emisión de CO 2 a la atmósfera
resultado de la destrucción neta de vegetación ha sido estimada en 0.9 Pg de carbono al año.
Algunos números y el sumidero desconocido
15
La quema de combustibles fósiles y la deforestación aportan alrededor de 6.9 Pg (1 Pg=10 g) de C
al año (Marland y Boden, 1993). Sin embargo sólo aproximadamente el 46 % permanece en la
atmósfera (Keeling et al., 1995). A partir de la utilización de modelos de circulación oceánica y del
intercambio de CO2 en la superficie de los océanos, se cree que aproximadamente un 29 % (2 Pg
por año) de los aportes antropogénicos de CO2 entra en el océano cada año (Siegenthaler y
Sarmiento, 1993). Si sumamos el aumento atmosférico y la captación por el océano de CO2 resulta
el 75 % de las emisiones. El resto ha sido designado con el nombre de “sumidero desconocido”, y
se cree que podría ser captado por los ecosistemas terrestres. Algunos estudios sugieren que la
captación neta de los ecosistemas terrestres se debe a la reforestación en las zonas templadas del
hemisferio Norte (Melillo et al., 1995) que siguieron al abandono a gran escala de tierras agrícolas
durante finales del siglo XIX y principios del XX.
El tema de cómo los procesos naturales (sumideros de carbono naturales) pueden llegar a paliar, o
no, los efectos de las perturbaciones en el ciclo del carbono está desarrollado en el artículo de
Falkowski et al. (2000) The global carbon cycle: a test of our knowledge of Earth as a system. Uno
de los procesos en los que se ha puesto grandes esperanzas es en la captación de CO 2 por los
productores primarios marinos (la llamada “bomba biológica” del océano). Schmitz (2000)
“Plankton cooled a greenhouse”, comenta un estudio reciente que muestra cómo un incremento de
la productividad planctónica marina permitió la finalización de un episodio de calentamiento global
ocurrido durante la transición entre el Paleoceno y el Eoceno. La naturaleza llevó a cabo el
experimento sobre efecto invernadero que todo investigador hubiera soñado (Bains et al. 2000.
“Termination of global warmth at the Palaeocene/Eocene boundary through productivity
feedback”).
Efectos: el aumento de la temperatura
Aunque el aumento de la concentración atmosférica de CO2 tiene un efecto potencial sobre la
productividad y el reciclado de los nutrientes en los ecosistemas tanto terrestres como acuáticos, el
mayor impacto del aumento de CO2 en los ecosistemas podría ser indirecto, debido a su influencia
sobre el clima global.
La mayor parte de la energía que nos llega del sol como radiaciones de onda corta, en especial la
luz visible es absorbida por el planeta, calentándolo. Gran parte de esta energía vuelve al espacio
como radiación infrarroja de onda larga, pero parte de estas radiaciones son absorbidas por la
atmósfera por un conjunto de gases, conocidos colectivamente como gases de efecto invernadero.
Tanto el CO2, el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O), el vapor de agua y algunos gases traza de la
atmósfera como los clorofluorcarbonos (CFC) y el ozono tienen una fuerte capacidad de absorber e
irradiar calor.
Las actividades humanas interfieren en el balance energético global del planeta, al aumentar la
concentración de los gases invernadero en la atmósfera. Los científicos estiman que a las tasas
actuales de emisión los valores de concentración de CO2 de 280 ppmv (máximos durante la época
preindustrial) se habrán duplicado en el año 2020. Otros gases con efecto invernadero producidos
por las actividades humanas son CH4, los CFCs, el óxido nitroso (N2O), el ozono (O3). Aunque
estos gases están presentes en mucha menor concentración, son mucho más efectivos en capturar
calor que el CO2, por lo tanto constituyen una parte importante en el efecto invernadero total.
Gases con efecto invernadero
GAS
CONCENTRACIÓN
CO2
350 ppmv
ORIGEN
- Erupciones volcánicas - Respiración aeróbica - Uso de
combustibles fósiles - Destrucción de selvas y zonas
húmedas - Expansión de la agricultura
CH4
NO2
CFC
OZONO
EFECTOS
-Contribuyen en un 62 % al
calentamiento del planeta, según
los últimos datos
1.4 ppmv
- Pérdida de gas natural de la corteza - Descomposición de
la materia orgánica en condiciones anaeróbicas: suelos
inundados, lagunas, pantanos, tracto digestivo de los
animales - Causas antrópicas: ganadería intensiva, cultivo
de arroz, desforestación
- Tiene 35 veces más capacidad
de absorber radiaciones
infrarrojas que el CO2. - En la
actualidad, es responsable del
20 % del aumento del efecto
invernadero
- Metabolismo de los microorganismos del suelo Incendios forestales - Erupciones volcánicas Combustibles fósiles - Uso masivo de fertilizantes
artificiales
- Tiene 250 veces más
capacidad de absorver
radiaciones infrarrojas que el
CO2 - En la actualidad,
contribuye en el 4% al
incremento del efecto
invernadero.
trazas
trazas
- Aerosoles - Circuitos de refrigeración - El ozono se
origina en zonas urbanas con tráfico intenso.
- Los CFC tienen 20.000 veces
más capacidad de absorber
radiaciones infrarrojas que el
CO2. - En conjunto, CFC y
ozono contribuyen actualmente
en el 8% al incremento del
calentamiento del planeta
Importancia relativa de varios gases con efecto invernadero y pequeñas partículas
encontrados en la atmósfera. Las barras que se extienden por encima y debajo de la
línea horizontal indican el efecto en el clima. Por debajo de la línea horizontal indica un
efecto de enfriamiento y por encima calentamiento. El impacto del ozono troposférico,
estratosférico y las partículas aún es bastante incierto, por lo tanto las barras de color
rojo indican el rango de variabilidad de los efectos potenciales de estos gases sobre el
clima. Common Questions about Climate Change, United Nations Environment
Programme, World Meteorological Organization.
Aunque el efecto de los gases invernadero en el calentamiento del clima de la Tierra está
demostrado, la influencia específica que la duplicación de la concentración atmosférica de CO 2
puede ejercer sobre el clima global es mucho más incierta. Los científicos que estudian la
atmósfera han desarrollado complejos modelos de ordenador del sistema climático de la Tierra,
comúnmente llamados modelos de circulación general (GMCs), con el fin de ayudar a determinar
como el incremento de los gases con efecto invernadero puede influenciar el cambio climático
global. A pesar de que todos ellos utilizan descripciones básicas de los procesos climáticos, los
diferentes GMCs de diferentes instituciones científicas difieren en sus resoluciones a escala
espacial y en la descripción de algunas características de la Tierra. Como resultado difieren en sus
predicciones.
En la gráfica superior se señala el rango de la temperatura media global de la superficie
terrestre a partir de diversos modelos GMCs en el periodo comprendido entre 1990 y el
2100. En la gráfica inferior se indica el rango de variación del aumento del nivel medio
del mar en un período de años comprendido entre 1990 y el 2100. Common Questions
about Climate Change, United Nations Environment Programme, World Meteorological
Organization.
A pesar de estas diferencias, algunos patrones de variación del clima son consistentes. Todos los
modelos predicen un incremento de la temperatura media global así como el correspondiente
incremento en la precipitación global. Algunos hechos publicados en 1995 por el Panel
Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) sugiere un aumento en la temperatura media
global para el año 2100 de 2 °C (según predicciones de diversos GMC’s entre 1.5 °C y 3 °C) . Estos
cambios no serán homogéneos ni en el espacio ni en el tiempo, sino que se espera que el
calentamiento del clima sea más evidente durante el invierno y en las latitudes más septentrionales.
Algunos efectos posibles y probables del aumento de carbono en la atmósfera (A partir de
Technical Summary of the Working Group Report: Third Assesment Report 2001/2007; puede
encontrarse este informe completo en las páginas del IPCC indicadas más abajo).
Probabilidades de algunos cambios climáticos deducidos a partir de los GMCs. Todas estas
proyecciones están sometidas a cambios a medida que se obtengan más evidencias científicas.
Virtualmente cierto
1.
Se podría producir un enfriamiento en la estratosfera a partir del aumento de la
concentración de CO2 atmosférica y la disminución de la concentración de ozono; el inicio de
este enfriamiento se ha predicho por modelos matemáticos y observado en la capa superior de
la estratosfera.
Muy probable
2.
La temperatura media global de la superficie de la tierra podría aumentar a mediados
del siglo 21. La mejor estima disponible es de un aumento de 0.5 a 2 °C durante un período
comprendido entre 1990 y 2050, debido al aumento en las concentraciones de los gases
invernadero (ver el punto 15 donde se considera que es inapropiado convertir estas estimas en
datos sobre décadas), asumiendo la no aplicación significativa de acciones encaminadas a
reducir las emisiones de estos gases. La mejor estima disponible de cambio climático coherente
con la duplicación de la concentración de CO2 (o su equivalente en términos de otros gases de
efecto invernadero) es un calentamiento de 1,5 a 4.5 °C, siendo 2.5 °C la estima más probable.
3.
La precipitación media global aumentará. La distribución de estas precipitaciones es
aún incierta.
4.
La cobertura de hielo en el hemisferio norte podría disminuir (la magnitud del cambio
dependerá de la magnitud del incremento de la temperatura y sería más evidente durante la
primavera y el otoño). Los cambios proyectados en el hemisferio sur son más inciertos, aunque
ya se ha observado la rotura y el derrumbamiento de algunas plataformas de hielo del
continente Antártico (más información en J. Massons, J. Camps y J. Grau, 2002. El
Calentamiento en la Antártida. Mundo Científico, 236:4247).
5.
Las áreas del Ártico experimentarán inviernos más templados.
6.
El nivel global del mar aumentará progresivamente; sin embargo es probable que la
tasa de aumento no sea significativamente mucho mayor que la actual. Los datos estimados
más razonables sugieren que este aumento se encontraría entre los 5-40 cm en el año 2050,
comparado con un aumento de 5-12 cm si la tasa de aumento del nivel del mar se mantiene
como en los últimos 100 años.
7.
La intensidad de las tormentas tropicales cambiará.
Probable
8.
Aumentarán los períodos de sequía durante el verano en las latitudes medias del
hemisferio norte (más información en J. Martín 2002. Las lluvias como indicador climático.
Mundo Científico, 236:38-41).
9.
Aumentarán las precipitaciones en las latitudes altas, con efectos potenciales de
“feedback” relacionados con la influencia del agua dulce adicional en la circulación
termohalina, y de aumento de las precipitaciones de nieve o lluvia en el balance de masas de los
casquetes polares.
10. Las regiones oceánicas Antárticas y del Atlántico Norte experimentarán un aumento de las
temperaturas que será inferior a la media global.
11. Las erupciones volcánicas transitorias podrían traer consigo un enfriamiento relativo del
clima a corto plazo.
Incierto
12. Se producirán cambios en la variabilidad climática. Aunque no hay evidencias claras que
sugieran como la variabilidad interanual pueda cambiar por efecto del calentamiento debido al
efecto invernadero, se intuyen algunos cambios potenciales en la variabilidad del clima
complicados y con muchas facetas implicadas.
13. Los cambios climáticos a escala regional (100-2000 km) serán diferentes que los
cambios climáticos globales. Sin embargo hoy por hoy nuestra capacidad es muy
limitada a la hora de estimar como las diferentes regiones responderán al cambio
climático global. Se necesitan aún muchos datos para separar la variabilidad interna de
los efectos debidos a la actividad humana. Algunos estudios han demostrado que los
cambios en la temperatura de la superficie son sólo detectables a escalas del orden de
5000 km.
14. Los detalles del cambio climático para los próximos 25 años son inciertos.
15. Se esperan reacciones de tipo “feedback” entre el clima y la biosfera, pero el efecto
amplificador o moderador que pueden producir estas reacciones en el cambio
climático es incierto (más información en Peñuelas, J. 2002. Síntomas biológicos del
cambio climático. Mundo Científico, 236: 48-51).
Referencias bibliográficas y algunas paginas de consulta en Internet para mayor
información
Sitios recomendados:
•
Summary for Policy Makers - The Science of Climatic Change, IPCC.
•
A Primer on Climate Change, Environment Canada.
•
Common Questions about Climate Change, United Nations Environment Programme, World
Meteorological Organization.
•
Mundo Científico 2002, nº 236: algunos articulos de divulgacion interesantes sobre las
consecuencias del calentamiento del clima.
Otras fuentes de información
•
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
•
http://www.ipcc.ch/ipccreports/assessments-reports.htm
•
Climate Change Campaign, World Wide Fund Organization (WWF).
•
Climate Change, US Government Agencies.
•
EPA Global Warming, US Environmental Protection Agency.
•
US National Assesment, Potential Consequences of Climate Variability and Change.
•
US Global Change Research Program
•
United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC).
Bibliografía:
•
Melillo, J.M., D.W. Kicklighter, A.D. McGuire, B. Moore, C.J. Vorosmarty y A.L. Schloss, 1995.
The effects of CO2 fertilization on the storage of carbon in terrestrial ecosystems: A global modelling study.
Global Biogeochemical Cycles,
•
Marland D.G. y T. Boden, 1993. The magnitude and didtribution of fosil-fuel related carbon
releases. En: R. L. Smith y T. M. Smith. Ecología 4º Edición. Addison Wesley: Capítulo 26.
•
Keeling, C.D., T.H. Whorf, M. Wahlen y J. Van der Plincht, 1995. Interannual extremes in the rate
of rise of atmospheric carbon dioxide since 1980. Nature, 375: 666-670.
•
Petit, J.R., J. Jouzel, D. Raynaud, N.I. Barkov, J.M. Barnola, I. Basile, M. Benders, J. Chapellz y
otros, 1999. Climate and atmospheric history of the past 420.000 years from the Vostok ice core, Antarctica.
Nature, 399:429-436.