Sobre tiempo, clima y cambio climático (3)

Capítulo 3

En el capítulo anterior vimos que el clima en los últimos 100 años se ha calentado en promedio unos .6 Celsius. Pero el clima siempre está cambiando, desde que la Tierra nacio, hace unos 5000 millones de años.

¿Qué tiene de inusual que la temperatura promedio de la Tierra haya aumentado? Quizas sea un calentamiento cíclico y en unas décadas el clima vuelva a enfriarse. Pero, la pregunta que hay que plantearse es: ¿cuál es la causa de este calentamiento?

Desde el comienzo de la revolución industrial, el hombre ha desarrollado una tecnología que puede cambiar el clima terrestre de muchas maneras, la emisión de dioxido de carbono es la más clara... eso ya se sabe desde hace mucho tiempo. Aquí la palabra clave es "puede" ya que no es lo mismo una eventual posibilidad a la realidad de que el hombre se convierta en agente de cambio climático. Si se compueba que al menos una parte del cambio climático observado es debido a la accion del hombre eso ya esta poniendo a la raza humana en una posición muy delicada ya que no solo nosotros habitamos la Tierra. Una infinidad de organismos habitan el mismo planeta y su habitat depende directamente del clima. Si cambiamos el clima, entonces el habitat de muchas especies se vera perturbado y en ciertos casos posiblemente destruido para siempre. Así, nuestra especie tiene la responsabilidad de mantener el habitat de todos los organismos que habitan la Tierra, y por eso nos hemos convertido en los administradores del planeta. ¡Debemos tomar conciencia de esta gran responsabilidad!

Para responder a las preguntas anteriores la unica via es mirar hacia el pasado. Cuanto mas comprendamos la evolucion terrestre mas entederemos las causas de los cambios climáticos que hemos venido observando en los últimos años y podremos dicernir si son causados por el hombre o por la variabilidad propia del clima. Para ayudarnos a entender los procesos fisicos involucrados en los cambios los cientificos que estudian el clima hacen uso de modelos numericos del clima. Estos modelos climáticos están construidos en base a las ecuaciones matematicas que describen los procesos atmosfericos, oceanicos, de la biosfera terrestre y oceanica, y de la evolucion de los hielos. Debido a la complejidad de las ecuaciones matematicas que describen los procesos de interaccion entre los componentes del sistema climatica, los modelos se resuelven numericamente en grandes clusters de computadoras con mas de 100 procesadores. Estos modelos, es bueno tenerlo claro desde el comienzo, no son la panacea. Aun hoy, luego de decadas estudiando el clima, desconocemos muchos procesos que pueden ser de gran importancia en la evolucion climatica. Asi, nuestro imperfecto conocimiento de la fisica, quimica y biologia del sistema climático impiden una descripcion completa de la evolucion del mismo. No obstante, los modelos matemáticos son instrumentos fundamentales que en los últimos años nos han permitido aprender mucho sobre el funcionamiento de la atmósfera y el océano y que seguirá así en los proximos años [qué seguirá así en los próximos años?].

Comencemos con la historia del clima en los últimos 60 millones de años.

Hace ~50 millones de años la Tierra estuvo en lo que se llama el Óptimo Climático, cuando la temperatura oceánica en el polo norte era alrededor de 12 grados Celsius y no existían hielos en los polos. Hasta esa epoca vivieron esos grandes reptiles que hoy llamamos dinosaurios. Eran tiempos muy calidos y por eso permitia que animales de sangre fria poblaran la Tierra. No obstante, desde ese entonces la Tierra se ha venido enfriando apareciendo hielos polares en la Antartida alrededor de 33 millones de años atras. La aparicion de hielos antarticos coincide con la separacion del continente Antarctico de Sudamerica, lo cual dio lugar a la creacion de la corriente circumpolar de la Antartida que aislo la Antartida y redujo significativamente el transporte de calor. En el Artico los hielos oceanicos aparecieron recien hace 3 millones de años como consecuencia de la continua tendencia al enfriamiento del planeta. Asi, desde el punto de vista de los últimos 60 millones de años la Tierra ha venido sufriendo un enfriamiento –no calentamiento– global.

El lector avispado puede preguntarse como es que sabemos cuales fueron las condiciones climaticas de hace 60 millones de años. Los seres humaños no existian en aquel entonces y obviamente no existian termometros... imaginense a un par de dinosaurios midiendo la temperatura! La clave para obtener registros de paleo temperaturas es agujerear el fondo de los oceaños. Los oceaños están poblados de microorganismos llamados plankton, algunos de los cuales tienen un exoesqueleto cuya composicion depende de la temperatura del agua en la que viven. Una vez que el organismo muere va a parar al fondo del oceano y su esqueleto pasa a formar parte de los sedimentos. El fondo de los oceaños esta asi formado por capas y capas de remanentes de plankton que vivieron hace millones de años. Usando formulas empiricas que relacionan la composicion de los sedimentos de ciertos organismos con la temperatura los paleoclimatologos pueden determinar las condiciones de hace millones de años. Asi, el fondo oceanico se convierte en un registro de la historia climatica que nos abre una ventana hacia el pasado. El reconocimiento de la importancia de este campo dio lugar a la creacion de un programa oceanografico -hoy dia llamado Ocean Drilling Program- que consiste en un barco circumnavegando los oceaños y haciendo agujeros en el fondo del mar. Desde hace 20 años dos Universidades de EE.UU. (Columbia University y Texas A&M University) han guardado los tubos de sedimentos en enormes frigorificos que mantienen el estado original de los sedimentos. El analisis de cientos de estos tubos ha permitido un avance espectacular de la paleoclimatologia. No obstante, la mayor parte de la literatura es sobre localidades aisladas y es necesario hacer una sintesis de todos los datos disponibles de cada periodo que permita una comprension de las condiciones globales.

Con la aparicion de los hielos en el Plioceno medio (hace 3 millones de años) la razon de enfriamiento climático terrestre aumento sensiblemente y la variabilidad climatica aumento gradualmente desde oscilaciones con periodos de 41.000 años hasta grandes oscilaciones con un periodo de unos 100.000 años durante el últimos millon de años. Estas últimas oscilaciones climaticas pueden observarse claramente en registros obtenidos para la Antartida donde tienen una amplitud de 10 C y son muy asimetricas estándo caracterizadas por largos periodos frios (Edades de Hielo) y muy cortos periodos calidos. Las transiciones entre estados es por demas muy asimetrica: el clima tiende a enfriarse relativamente despacio, mientras que los periodos calidos se establecen muy rapidamente. Esta curva es famosa pues demostro por primera vez la existencia de grandes oscilaciones climaticas hace no tanto tiempo atras y la explicacion de la existencia de estas oscilaciones es uno de los problemas mas importantes de la climatologia. Ademas, los datos muestran que los periodos calidos fueron acompanados por grandes concentraciones atmosfericas de dioxido de carbono mientras que los periodos frios mostraron concentraciones unos 100ppm mas bajas. (Notese que tambien la concentracion de polvo en la atmosfera era mayor en los periodos frios, supuestamente pues el ciclo hidrologico estaba reducido, es decir llovia menos.) Es importante senalar que estos datos fueron obtenidos mediante el analisis de las burbujas atrapadas en el hielo de la Antartida durante los últimos 500000 años. Asi como los sedimentos del fondo oceanico son un archivo de las condiciones oceanicas, los hielos en la Antartida forman un archivo de las condiciones atmosfericas en la region. La Antartida tiene hielos que pueden llegar a tener 3 kilometros de espesor cuyas capas fueron creadas miles de años atras. Asi, analizando quimicamente las burbujas de gas atrapadas en el hielo se mide la concentracion de CO2, NH4 y la temperatura, y podemos determinar las condiciones atmosfericas en epocas pasadas. Varias misiones en la Antartida han llegado a perforar el hielo mas de 3 km con el fin de llegar hasta 800000 años atras. Existe un limite maximo para perforar pues mas profundo el hielo comienza a derretirse debido a la presion de todo el peso de la columna de hielo. Asi, los archivos de hielo no nos permiten ir tan atras en el tiempo como los sedimentos oceanicos.

La correlacion entre las curvas de temperatura y CO2 se ha convertido en la piedra fundamental de aquellos que sobresimplifican el tema para demostrar que la emision de CO2 por el hombre calentara el clima de forma irreversible. Mas adelante desarrollaremos este punto en mayor medida, pero por ahora es importante hacer notar que correlacion no implica causalidad! Cualquiera que haya cursado fisica en la secundaria lo sabe. Es necesario una base fisica teorica detras que muestre que el incremento de CO2 atmosferico puede aumentar la temperatura terrestre. Mas aun, hay que demostrar como el incremento de CO2 causo el calentamiento en las oscilaciones climaticas y que no fue la temperatura quien causo el aumento de dioxido de carbono. Ademas, ambos cambios (T y CO2) pueden haber sido consecuencia de un tercer factor. Por último es necesario senalar que en las oscilaciones climaticas de las Edades de Hielo la concentracion de CO2 en la atmosfera vario naturalmente y actuo como una retroalimentacion interna en el sistema climático. El CO2 adicional emitido a la atmosfera por el hombre se considera un forzante climático y no una retroalimentacion interna ya que no puede variar libremente. Esta distincion es importante ya que una de las grandes incognitas de las Edades de Hielo es determinar los procesos fisicos que dieron lugar al cambio en la concentracion de CO2.