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Variabilidad y cambio climático

La variabilidad climática incluye todas las variaciones del clima que duran más que los fenómenos meteorológicos individuales, mientras que el término cambio climático solo se refiere a aquellas variaciones que persisten durante un período de tiempo más largo, normalmente décadas o más. El cambio climático puede referirse a cualquier momento de la historia de la Tierra, pero ahora el término se usa comúnmente para describir el cambio climático contemporáneo, a menudo conocido popularmente como calentamiento global. Desde la Revolución Industrial , el clima se ha visto cada vez más afectado por las actividades humanas . [1]

El sistema climático recibe casi toda su energía del sol y la irradia al espacio exterior . El balance de energía entrante y saliente y el paso de la energía a través del sistema climático es el balance energético de la Tierra . Cuando la energía entrante es mayor que la energía saliente, el balance energético de la Tierra es positivo y el sistema climático se está calentando. Si sale más energía, el balance energético es negativo y la Tierra experimenta un enfriamiento.

La energía que se mueve a través del sistema climático de la Tierra encuentra expresión en el tiempo, que varía en escalas geográficas y en el tiempo. Los promedios a largo plazo y la variabilidad del tiempo en una región constituyen el clima de la región. Dichos cambios pueden ser el resultado de la "variabilidad interna", cuando los procesos naturales inherentes a las diversas partes del sistema climático alteran la distribución de la energía. Los ejemplos incluyen la variabilidad en las cuencas oceánicas, como la oscilación decenal del Pacífico y la oscilación multidecenal del Atlántico . La variabilidad climática también puede ser resultado de un forzamiento externo , cuando los eventos fuera de los componentes del sistema climático producen cambios dentro del sistema. Los ejemplos incluyen cambios en la producción solar y el vulcanismo .

La variabilidad climática tiene consecuencias en los cambios del nivel del mar, la vida vegetal y las extinciones masivas; también afecta a las sociedades humanas.

Terminología

La variabilidad climática es el término que describe las variaciones en el estado medio y otras características del clima (como las posibilidades o posibilidades de fenómenos meteorológicos extremos, etc.) "en todas las escalas espaciales y temporales más allá de la de los fenómenos meteorológicos individuales". Parte de la variabilidad no parece estar causada por sistemas conocidos y se produce en momentos aparentemente aleatorios. Dicha variabilidad se denomina variabilidad aleatoria o ruido . Por otro lado, la variabilidad periódica se produce con relativa regularidad y en distintos modos de variabilidad o patrones climáticos. [2]

El término cambio climático se utiliza a menudo para referirse específicamente al cambio climático antropogénico. El cambio climático antropogénico es causado por la actividad humana, a diferencia de los cambios en el clima que pueden haber resultado como parte de los procesos naturales de la Tierra. [3] El calentamiento global se convirtió en el término popular dominante en 1988, pero dentro de las revistas científicas, el calentamiento global se refiere a los aumentos de la temperatura de la superficie, mientras que el cambio climático incluye el calentamiento global y todo lo demás que afecta el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero . [4]

En 1966, la Organización Meteorológica Mundial (OMM) propuso un término relacionado, el cambio climático , para abarcar todas las formas de variabilidad climática en escalas temporales superiores a 10 años, pero independientemente de la causa. Durante la década de 1970, el término cambio climático reemplazó al cambio climático para centrarse en las causas antropogénicas, ya que se hizo evidente que las actividades humanas tenían el potencial de alterar drásticamente el clima. [5] El cambio climático se incorporó al título del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) y la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC). El cambio climático ahora se utiliza como una descripción técnica del proceso, así como un sustantivo utilizado para describir el problema. [5]

Causas

En la escala más amplia, la velocidad a la que se recibe energía del Sol y la velocidad a la que se pierde en el espacio determinan la temperatura de equilibrio y el clima de la Tierra. Esta energía se distribuye por todo el planeta mediante vientos, corrientes oceánicas [6] [7] y otros mecanismos que afectan los climas de las diferentes regiones. [8]

Los factores que pueden dar forma al clima se denominan forzamientos climáticos o "mecanismos de forzamiento". [9] Estos incluyen procesos como variaciones en la radiación solar , variaciones en la órbita de la Tierra, variaciones en el albedo o reflectividad de los continentes, la atmósfera y los océanos, formación de montañas y deriva continental y cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero . El forzamiento externo puede ser antropogénico (por ejemplo, aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y polvo) o natural (por ejemplo, cambios en la producción solar, la órbita de la Tierra, erupciones volcánicas). [10] Hay una variedad de retroalimentaciones del cambio climático que pueden amplificar o disminuir el forzamiento inicial. También hay umbrales clave que, cuando se exceden, pueden producir un cambio rápido o irreversible.

Algunas partes del sistema climático, como los océanos y los casquetes polares, responden más lentamente a las fuerzas climáticas, mientras que otras responden más rápidamente. Un ejemplo de cambio rápido es el enfriamiento atmosférico después de una erupción volcánica, cuando la ceniza volcánica refleja la luz solar. La expansión térmica del agua del océano después del calentamiento atmosférico es lenta y puede tardar miles de años. También es posible que se produzca una combinación de estos factores, por ejemplo, una pérdida repentina del albedo en el océano Ártico a medida que se derrite el hielo marino, seguida de una expansión térmica más gradual del agua.

La variabilidad climática también puede deberse a procesos internos. Los procesos internos no forzados suelen implicar cambios en la distribución de la energía en el océano y la atmósfera, por ejemplo, cambios en la circulación termohalina .

Variabilidad interna

Existe una variabilidad estacional en la forma en que los nuevos récords de temperaturas altas superan a los nuevos récords de temperaturas bajas. [11]

Los cambios climáticos debidos a la variabilidad interna a veces ocurren en ciclos u oscilaciones. Para otros tipos de cambio climático natural, no podemos predecir cuándo sucede; el cambio se llama aleatorio o estocástico . [12] Desde una perspectiva climática, el tiempo puede considerarse aleatorio. [13] Si hay pocas nubes en un año en particular, hay un desequilibrio energético y los océanos pueden absorber calor adicional. Debido a la inercia climática , esta señal puede "almacenarse" en el océano y expresarse como variabilidad en escalas de tiempo más largas que las perturbaciones meteorológicas originales. [14] Si las perturbaciones meteorológicas son completamente aleatorias y ocurren como ruido blanco , la inercia de los glaciares o los océanos puede transformar esto en cambios climáticos donde las oscilaciones de mayor duración también son oscilaciones más grandes, un fenómeno llamado ruido rojo . [15] Muchos cambios climáticos tienen un aspecto aleatorio y un aspecto cíclico. Este comportamiento se denomina resonancia estocástica . [15] La mitad del premio Nobel de Física de 2021 fue otorgado por este trabajo a Klaus Hasselmann junto con Syukuro Manabe por el trabajo relacionado con el modelado climático . Mientras que Giorgio Parisi, quien con colaboradores introdujo [16] el concepto de resonancia estocástica, recibió la otra mitad, pero principalmente por su trabajo en física teórica.

Variabilidad océano-atmósfera

El océano y la atmósfera pueden trabajar juntos para generar espontáneamente una variabilidad climática interna que puede persistir durante años o décadas. [17] [18] Estas variaciones pueden afectar la temperatura superficial media global al redistribuir el calor entre el océano profundo y la atmósfera [19] [20] y/o al alterar la distribución de nubes/vapor de agua/hielo marino, lo que puede afectar el presupuesto energético total de la Tierra. [21] [22]

Oscilaciones y ciclos

Las barras de colores muestran cómo se relacionan los años de El Niño (rojo, calentamiento regional) y los años de La Niña (azul, enfriamiento regional) con el calentamiento global general . El fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur se ha vinculado con la variabilidad del aumento de la temperatura media global a largo plazo.

Una oscilación climática o un ciclo climático es cualquier oscilación cíclica recurrente dentro del clima global o regional . Son cuasiperiódicas (no perfectamente periódicas), por lo que un análisis de Fourier de los datos no presenta picos pronunciados en el espectro . Se han encontrado o planteado hipótesis sobre muchas oscilaciones en diferentes escalas de tiempo: [23]

Cambios en las corrientes oceánicas

Esquema de la circulación termohalina moderna . Hace decenas de millones de años, el movimiento de las placas continentales formó una brecha sin tierra alrededor de la Antártida, lo que permitió la formación de la ACC , que mantiene las aguas cálidas alejadas de la Antártida.

Los aspectos oceánicos de la variabilidad climática pueden generar variabilidad en escalas temporales centenarias debido a que el océano tiene cientos de veces más masa que la atmósfera y, por lo tanto, una inercia térmica muy alta. Por ejemplo, las alteraciones de los procesos oceánicos, como la circulación termohalina, desempeñan un papel clave en la redistribución del calor en los océanos del mundo.

Las corrientes oceánicas transportan una gran cantidad de energía desde las regiones tropicales cálidas a las regiones polares más frías. Los cambios que ocurrieron alrededor de la última edad de hielo (en términos técnicos, el último período glacial ) muestran que la circulación en el Atlántico Norte puede cambiar repentina y sustancialmente, lo que lleva a cambios climáticos globales, aunque la cantidad total de energía que entra en el sistema climático no cambió mucho. Estos grandes cambios pueden haber surgido de los llamados eventos Heinrich , donde la inestabilidad interna de las capas de hielo causó que enormes icebergs se liberaran al océano. Cuando la capa de hielo se derrite, el agua resultante es muy baja en sal y fría, lo que impulsa cambios en la circulación. [36]

Vida

La vida afecta el clima a través de su papel en los ciclos del carbono y del agua y a través de mecanismos como el albedo , la evapotranspiración , la formación de nubes y la meteorización . [37] [38] [39] Algunos ejemplos de cómo la vida puede haber afectado al clima pasado incluyen:

Fuerza climática externa

Gases de efecto invernadero

Concentraciones de CO2 durante los últimos 800.000 años medidas a partir de núcleos de hielo (azul/verde) y directamente (negro)

Mientras que los gases de efecto invernadero liberados por la biosfera suelen considerarse una retroalimentación o un proceso climático interno, los gases de efecto invernadero emitidos por los volcanes suelen clasificarse como externos por los climatólogos. [50] Los gases de efecto invernadero, como el CO 2 , el metano y el óxido nitroso , calientan el sistema climático al atrapar la luz infrarroja. Los volcanes también forman parte del ciclo extendido del carbono . Durante períodos de tiempo (geológicos) muy largos, liberan dióxido de carbono de la corteza y el manto de la Tierra, contrarrestando la absorción por las rocas sedimentarias y otros sumideros geológicos de dióxido de carbono .

Desde la Revolución Industrial , la humanidad ha estado aumentando los gases de efecto invernadero mediante la emisión de CO2 proveniente de la combustión de combustibles fósiles , cambiando el uso de la tierra a través de la deforestación y ha alterado aún más el clima con aerosoles (materia particulada en la atmósfera), [51] liberación de gases traza (por ejemplo, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono o metano). [52] Otros factores, incluidos el uso de la tierra, el agotamiento del ozono , la cría de animales ( los animales rumiantes como el ganado producen metano [53] ) y la deforestación , también juegan un papel. [54]

El Servicio Geológico de Estados Unidos estima que las emisiones volcánicas son mucho más bajas que los efectos de las actividades humanas actuales, que generan entre 100 y 300 veces la cantidad de dióxido de carbono emitido por los volcanes. [55] La cantidad anual emitida por las actividades humanas puede ser mayor que la cantidad liberada por las supererupciones , la más reciente de las cuales fue la erupción del Toba en Indonesia hace 74.000 años. [56]

Variaciones orbitales

Milankovitch realiza un ciclo que va desde hace 800.000 años en el pasado hasta 800.000 años en el futuro.

Las ligeras variaciones en el movimiento de la Tierra provocan cambios en la distribución estacional de la luz solar que llega a la superficie de la Tierra y en su distribución por todo el globo. Hay muy pocos cambios en la media anual de la luz solar por área, pero puede haber fuertes cambios en la distribución geográfica y estacional. Los tres tipos de cambio cinemático son las variaciones en la excentricidad de la Tierra , los cambios en el ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra y la precesión del eje de la Tierra. Combinados, estos producen ciclos de Milankovitch que afectan al clima y son notables por su correlación con los períodos glaciales e interglaciales , [57] su correlación con el avance y retroceso del Sahara , [57] y por su aparición en el registro estratigráfico . [58] [59]

Durante los ciclos glaciares, existía una alta correlación entre las concentraciones de CO2 y las temperaturas. Los primeros estudios indicaban que las concentraciones de CO2 iban por detrás de las temperaturas, pero se ha puesto de manifiesto que no siempre es así. [60] Cuando las temperaturas del océano aumentan, la solubilidad del CO2 disminuye , de modo que se libera del océano. El intercambio de CO2 entre el aire y el océano también puede verse afectado por otros aspectos del cambio climático. [61] Estos y otros procesos que se refuerzan a sí mismos permiten que pequeños cambios en el movimiento de la Tierra tengan un gran efecto en el clima. [60]

Producción solar

Variaciones de la actividad solar durante los últimos siglos basadas en observaciones de manchas solares e isótopos de berilio . El período de extraordinariamente pocas manchas solares a finales del siglo XVII fue el mínimo de Maunder .

El Sol es la principal fuente de energía que aporta al sistema climático de la Tierra . Otras fuentes son la energía geotérmica del núcleo de la Tierra, la energía de las mareas de la Luna y el calor procedente de la descomposición de compuestos radiactivos. Se sabe que ambas variaciones a largo plazo de la intensidad solar afectan al clima global. [62] La producción solar varía en escalas temporales más cortas, incluido el ciclo solar de 11 años [63] y modulaciones a largo plazo . [64] La correlación entre las manchas solares y el clima es, en el mejor de los casos, tenue. [62]

Hace tres o cuatro mil millones de años , el Sol emitía sólo el 75% de la energía que emite hoy. [65] Si la composición atmosférica hubiera sido la misma que hoy, no debería haber existido agua líquida en la superficie de la Tierra. Sin embargo, hay evidencia de la presencia de agua en la Tierra primitiva, en los eones Hádico [66] [67] y Arcaico [68] [66] , lo que llevó a lo que se conoce como la paradoja del Sol joven débil . [69] Las soluciones hipotéticas a esta paradoja incluyen una atmósfera muy diferente, con concentraciones mucho más altas de gases de efecto invernadero que las que existen actualmente. [70] Durante los siguientes aproximadamente 4 mil millones de años, la producción de energía del Sol aumentó. Durante los próximos cinco mil millones de años, la muerte definitiva del Sol al convertirse en una gigante roja y luego en una enana blanca tendrá grandes efectos en el clima, y ​​la fase de gigante roja posiblemente acabe con cualquier vida en la Tierra que sobreviva hasta ese momento. [71]

Vulcanismo

En la temperatura atmosférica de 1979 a 2010, determinada por los satélites de la NASA de la Universidad Estatal de Michigan , aparecen efectos de aerosoles liberados por grandes erupciones volcánicas ( El Chichón y Pinatubo ). El Niño es un evento separado de la variabilidad oceánica.

Las erupciones volcánicas consideradas lo suficientemente grandes como para afectar el clima de la Tierra en una escala de más de 1 año son las que inyectan más de 100.000 toneladas de SO 2 en la estratosfera . [72] Esto se debe a las propiedades ópticas del SO 2 y los aerosoles de sulfato, que absorben o dispersan fuertemente la radiación solar, creando una capa global de neblina de ácido sulfúrico . [73] En promedio, tales erupciones ocurren varias veces por siglo y causan enfriamiento (al bloquear parcialmente la transmisión de la radiación solar a la superficie de la Tierra) durante un período de varios años. Aunque los volcanes son técnicamente parte de la litosfera, que a su vez es parte del sistema climático, el IPCC define explícitamente el vulcanismo como un agente forzante externo. [74]

Entre las erupciones más notables en los registros históricos se encuentran la erupción del Monte Pinatubo en 1991, que redujo las temperaturas globales en aproximadamente 0,5 °C (0,9 °F) durante hasta tres años, [75] [76] y la erupción del Monte Tambora en 1815, que provocó el Año sin verano . [77]

A mayor escala (unas cuantas veces cada 50 a 100 millones de años), la erupción de grandes provincias ígneas lleva grandes cantidades de roca ígnea del manto y la litosfera a la superficie de la Tierra. El dióxido de carbono de la roca se libera luego a la atmósfera. [78] [79] Las erupciones pequeñas, con inyecciones de menos de 0,1 Mt de dióxido de azufre en la estratosfera, afectan a la atmósfera solo sutilmente, ya que los cambios de temperatura son comparables con la variabilidad natural. Sin embargo, debido a que las erupciones más pequeñas ocurren con una frecuencia mucho mayor, también afectan significativamente a la atmósfera de la Tierra. [72] [80]

Tectónica de placas

A lo largo de millones de años, el movimiento de las placas tectónicas reconfigura las áreas terrestres y oceánicas del planeta y genera topografía. Esto puede afectar tanto a los patrones globales como locales del clima y de la circulación atmósfera-océano. [81]

La posición de los continentes determina la geometría de los océanos y, por lo tanto, influye en los patrones de circulación oceánica. La ubicación de los mares es importante para controlar la transferencia de calor y humedad a través del globo y, por lo tanto, para determinar el clima global. Un ejemplo reciente de control tectónico sobre la circulación oceánica es la formación del Istmo de Panamá hace unos 5 millones de años, que cerró la mezcla directa entre los océanos Atlántico y Pacífico . Esto afectó fuertemente la dinámica oceánica de lo que ahora es la Corriente del Golfo y puede haber llevado a la cubierta de hielo del hemisferio norte. [82] [83] Durante el período Carbonífero , hace unos 300 a 360 millones de años, la tectónica de placas puede haber desencadenado el almacenamiento a gran escala de carbono y el aumento de la glaciación. [84] La evidencia geológica apunta a un patrón de circulación "megamonzónico" durante la época del supercontinente Pangea , y el modelado climático sugiere que la existencia del supercontinente fue propicia para el establecimiento de monzones. [85]

El tamaño de los continentes también es importante. Debido al efecto estabilizador de los océanos sobre la temperatura, las variaciones anuales de temperatura son generalmente menores en las zonas costeras que en el interior. Por lo tanto, un supercontinente más grande tendrá más área en la que el clima es fuertemente estacional que varios continentes o islas más pequeños .

Otros mecanismos

Se ha postulado que las partículas ionizadas conocidas como rayos cósmicos podrían afectar la cobertura de nubes y, por lo tanto, el clima. Como el sol protege a la Tierra de estas partículas, se planteó la hipótesis de que los cambios en la actividad solar también influyen indirectamente en el clima. Para probar la hipótesis, el CERN diseñó el experimento CLOUD , que demostró que el efecto de los rayos cósmicos es demasiado débil como para influir de forma notable en el clima. [86] [87]

Existen pruebas de que el impacto del asteroide Chicxulub hace unos 66 millones de años afectó gravemente al clima de la Tierra. Se expulsaron a la atmósfera grandes cantidades de aerosoles de sulfato, lo que redujo las temperaturas globales hasta en 26 °C y produjo temperaturas bajo cero durante un período de 3 a 16 años. El tiempo de recuperación de este evento tomó más de 30 años. [88] También se ha investigado el uso a gran escala de armas nucleares por su impacto en el clima. La hipótesis es que el hollín liberado por incendios a gran escala bloquea una fracción significativa de la luz solar durante hasta un año, lo que provoca una caída brusca de las temperaturas durante unos pocos años. Este posible evento se describe como invierno nuclear . [89]

El uso que los seres humanos hacen de la tierra influye en la cantidad de luz solar que refleja la superficie y en la concentración de polvo. La formación de nubes no solo está influenciada por la cantidad de agua presente en el aire y la temperatura, sino también por la cantidad de aerosoles presentes en el aire, como el polvo. [90] A nivel mundial, hay más polvo disponible si hay muchas regiones con suelos secos, poca vegetación y vientos fuertes. [91]

Evidencia y medición de los cambios climáticos

La paleoclimatología es el estudio de los cambios en el clima a lo largo de toda la historia de la Tierra. Utiliza una variedad de métodos indirectos de las ciencias de la Tierra y de la vida para obtener datos preservados en cosas como rocas, sedimentos, capas de hielo, anillos de árboles, corales, conchas y microfósiles. Luego utiliza los registros para determinar los estados pasados ​​de las diversas regiones climáticas de la Tierra y su sistema atmosférico. Las mediciones directas brindan una visión más completa de la variabilidad climática.

Mediciones directas

Los cambios climáticos que se produjeron después de la implantación generalizada de aparatos de medición se pueden observar directamente. Se dispone de registros globales bastante completos de la temperatura superficial desde mediados del siglo XIX. Otras observaciones se derivan indirectamente de documentos históricos. Los datos satelitales sobre las nubes y las precipitaciones están disponibles desde la década de 1970. [92]

La climatología histórica es el estudio de los cambios históricos en el clima y su efecto en la historia y el desarrollo humano. Las fuentes principales incluyen registros escritos como sagas , crónicas , mapas y literatura de historia local , así como representaciones pictóricas como pinturas , dibujos e incluso arte rupestre . La variabilidad climática en el pasado reciente puede derivarse de cambios en los asentamientos y los patrones agrícolas. [93] La evidencia arqueológica , la historia oral y los documentos históricos pueden ofrecer información sobre los cambios pasados ​​​​en el clima. Los cambios en el clima se han relacionado con el surgimiento [94] y el colapso de varias civilizaciones. [93]

Mediciones proxy

Variaciones de CO 2 , temperatura y polvo del núcleo de hielo de Vostok durante los últimos 450.000 años.

Existen diversos archivos del clima pasado en rocas, árboles y fósiles. A partir de estos archivos, se pueden derivar medidas indirectas del clima, los llamados proxies. La cuantificación de la variación climatológica de la precipitación en siglos y épocas anteriores es menos completa, pero se aproxima utilizando proxies como sedimentos marinos, núcleos de hielo, estalagmitas de cuevas y anillos de los árboles. [95] El estrés, la escasez de precipitaciones o las temperaturas inadecuadas, pueden alterar la tasa de crecimiento de los árboles, lo que permite a los científicos inferir tendencias climáticas analizando la tasa de crecimiento de los anillos de los árboles. Esta rama de la ciencia que estudia esto se llama dendroclimatología . [96] Los glaciares dejan atrás morrenas que contienen una gran cantidad de material, incluida materia orgánica, cuarzo y potasio que puede fecharse, registrando los períodos en los que un glaciar avanzó y retrocedió.

El análisis del hielo en núcleos perforados en una capa de hielo como la capa de hielo de la Antártida puede utilizarse para mostrar un vínculo entre la temperatura y las variaciones globales del nivel del mar. El aire atrapado en burbujas en el hielo también puede revelar las variaciones de CO2 de la atmósfera del pasado lejano, mucho antes de las influencias ambientales modernas. El estudio de estos núcleos de hielo ha sido un indicador significativo de los cambios en el CO2 a lo largo de muchos milenios y continúa proporcionando información valiosa sobre las diferencias entre las condiciones atmosféricas antiguas y modernas. La relación 18 O/ 16 O en muestras de calcita y núcleos de hielo utilizadas para deducir la temperatura del océano en el pasado lejano es un ejemplo de un método proxy de temperatura.

Los restos de plantas, y específicamente el polen, también se utilizan para estudiar el cambio climático. Las distribuciones de las plantas varían en diferentes condiciones climáticas. Diferentes grupos de plantas tienen polen con formas distintivas y texturas superficiales, y dado que la superficie exterior del polen está compuesta de un material muy resistente, resisten la descomposición. Los cambios en el tipo de polen encontrado en diferentes capas de sedimento indican cambios en las comunidades vegetales. Estos cambios a menudo son un signo de un clima cambiante. [97] [98] Como ejemplo, los estudios de polen se han utilizado para rastrear patrones cambiantes de vegetación a lo largo de las glaciaciones cuaternarias [99] y especialmente desde el último máximo glacial . [100] Los restos de escarabajos son comunes en sedimentos de agua dulce y terrestres. Diferentes especies de escarabajos tienden a encontrarse en diferentes condiciones climáticas. Dado el extenso linaje de escarabajos cuya composición genética no se ha alterado significativamente a lo largo de los milenios, el conocimiento del rango climático actual de las diferentes especies y la edad de los sedimentos en los que se encuentran restos, pueden inferirse condiciones climáticas pasadas. [101]

Análisis e incertidumbres

Una dificultad para detectar los ciclos climáticos es que el clima de la Tierra ha estado cambiando de manera no cíclica en la mayoría de las escalas de tiempo paleoclimatológicas. Actualmente nos encontramos en un período de calentamiento global antropogénico . En un marco temporal más amplio, la Tierra está saliendo de la última edad de hielo, enfriándose desde el óptimo climático del Holoceno y calentándose desde la " Pequeña Edad de Hielo ", lo que significa que el clima ha estado cambiando constantemente durante los últimos 15.000 años aproximadamente. Durante los períodos cálidos, las fluctuaciones de temperatura suelen ser de menor amplitud. El período Pleistoceno , dominado por repetidas glaciaciones , se desarrolló a partir de condiciones más estables en el clima del Mioceno y el Plioceno . El clima del Holoceno ha sido relativamente estable. Todos estos cambios complican la tarea de buscar un comportamiento cíclico en el clima.

La retroalimentación positiva , negativa y la inercia ecológica del sistema tierra-océano-atmósfera a menudo atenúan o revierten efectos menores, ya sea de fuerzas orbitales, variaciones solares o cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero. Ciertas retroalimentaciones que involucran procesos como las nubes también son inciertas; para las estelas de condensación , los cirros naturales , el sulfuro de dimetilo oceánico y un equivalente terrestre, existen teorías en competencia sobre los efectos en las temperaturas climáticas, por ejemplo, contrastando la hipótesis Iris y la hipótesis CLAW .

Impactos

Vida

Arriba: Clima árido de la edad de hielo
Medio: Período Atlántico , cálido y húmedo.
Abajo: La vegetación potencial en el clima actual si no fuera por los efectos humanos, como la agricultura. [102]

Vegetación

Un cambio en el tipo, distribución y cobertura de la vegetación puede ocurrir si se produce un cambio en el clima. Algunos cambios en el clima pueden resultar en un aumento de las precipitaciones y el calor, lo que resulta en un mejor crecimiento de las plantas y el consiguiente secuestro de CO2 en el aire . Aunque un aumento del CO2 puede beneficiar a las plantas, algunos factores pueden disminuir este aumento. Si hay un cambio ambiental como una sequía, el aumento de las concentraciones de CO2 no beneficiará a la planta. [103] Por lo tanto, aunque el cambio climático aumenta las emisiones de CO2 , las plantas a menudo no utilizarán este aumento ya que otros factores de estrés ambiental ejercen presión sobre ellas. [104] Sin embargo, se espera que el secuestro de CO2 afecte la tasa de muchos ciclos naturales como las tasas de descomposición de la hojarasca de las plantas . [105] Un aumento gradual del calor en una región conducirá a tiempos de floración y fructificación más tempranos, lo que impulsará un cambio en el momento de los ciclos de vida de los organismos dependientes. Por el contrario, el frío hará que los biociclos de las plantas se retrasen. [106]

Sin embargo, cambios más grandes, más rápidos o más radicales pueden provocar estrés vegetal, pérdida rápida de plantas y desertificación en determinadas circunstancias. [107] [108] [109] Un ejemplo de esto ocurrió durante el Colapso de la Selva Carbonífera (CRC), un evento de extinción hace 300 millones de años. En ese momento, vastas selvas tropicales cubrían la región ecuatorial de Europa y América. El cambio climático devastó estas selvas tropicales, fragmentando abruptamente el hábitat en "islas" aisladas y causando la extinción de muchas especies de plantas y animales. [107]

Fauna

Una de las formas más importantes en que los animales pueden lidiar con el cambio climático es la migración a regiones más cálidas o más frías. [110] En una escala de tiempo más larga, la evolución hace que los ecosistemas, incluidos los animales, se adapten mejor a un nuevo clima. [111] Un cambio climático rápido o de gran magnitud puede causar extinciones masivas cuando las criaturas se ven forzadas a adaptarse demasiado. [112]

Humanidad

Los colapsos de civilizaciones pasadas, como la maya, pueden estar relacionados con ciclos de precipitaciones, especialmente sequías, que en este ejemplo también se correlacionan con la Reserva Cálida del Hemisferio Occidental . Hace unos 70 000 años, la erupción del supervolcán Toba creó un período especialmente frío durante la edad de hielo, lo que llevó a un posible cuello de botella genético en las poblaciones humanas.

Cambios en la criosfera

Glaciares y capas de hielo

Los glaciares se consideran uno de los indicadores más sensibles del cambio climático. [113] Su tamaño está determinado por un equilibrio de masa entre la entrada de nieve y la salida de deshielo. A medida que aumentan las temperaturas, los glaciares retroceden a menos que la precipitación de nieve aumente para compensar el deshielo adicional. Los glaciares crecen y se encogen debido tanto a la variabilidad natural como a las fuerzas externas. La variabilidad de la temperatura, la precipitación y la hidrología pueden determinar en gran medida la evolución de un glaciar en una estación determinada.

Los procesos climáticos más significativos desde mediados hasta finales del Plioceno (hace aproximadamente 3 millones de años) son los ciclos glaciales e interglaciales . El actual período interglacial (el Holoceno ) ha durado unos 11.700 años. [114] Formado por variaciones orbitales , respuestas como el ascenso y descenso de las capas de hielo continentales y cambios significativos en el nivel del mar ayudaron a crear el clima. Sin embargo, otros cambios, incluidos los eventos Heinrich , los eventos Dansgaard-Oeschger y el Younger Dryas , ilustran cómo las variaciones glaciales también pueden influir en el clima sin el forzamiento orbital .

Cambio del nivel del mar

Durante el Último Máximo Glacial , hace unos 25.000 años, los niveles del mar eran aproximadamente 130 m más bajos que hoy. La desglaciación posterior se caracterizó por un rápido cambio del nivel del mar. [115] A principios del Plioceno , las temperaturas globales eran entre 1 y 2 ˚C más cálidas que la temperatura actual, pero el nivel del mar era entre 15 y 25 metros más alto que hoy. [116]

Hielo marino

El hielo marino juega un papel importante en el clima de la Tierra, ya que afecta la cantidad total de luz solar que se refleja fuera de la Tierra. [117] En el pasado, los océanos de la Tierra han estado casi completamente cubiertos por hielo marino en varias ocasiones, cuando la Tierra estaba en un estado llamado Tierra Bola de Nieve , [118] y completamente libre de hielo en períodos de clima cálido. [119] Cuando hay mucho hielo marino presente a nivel mundial, especialmente en los trópicos y subtrópicos, el clima es más sensible a los forzamientos ya que la retroalimentación hielo-albedo es muy fuerte. [120]

Historia del clima

Los diversos factores climáticos suelen estar en constante cambio a lo largo del tiempo geológico , y algunos procesos de la temperatura de la Tierra pueden autorregularse . Por ejemplo, durante el período de la Tierra Bola de Nieve , grandes capas de hielo glacial se extendieron hasta el ecuador de la Tierra, cubriendo casi toda su superficie, y un albedo muy alto creó temperaturas extremadamente bajas, mientras que la acumulación de nieve y hielo probablemente eliminó dióxido de carbono a través de la deposición atmosférica . Sin embargo, la ausencia de cubierta vegetal para absorber el CO 2 atmosférico emitido por los volcanes significó que el gas de efecto invernadero podría acumularse en la atmósfera. También hubo una ausencia de rocas de silicato expuestas, que utilizan CO 2 cuando sufren erosión. Esto creó un calentamiento que luego derritió el hielo y aumentó la temperatura de la Tierra.

Máximo térmico del Paleo-eoceno

Cambios climáticos durante los últimos 65 millones de años, utilizando datos indirectos que incluyen proporciones de oxígeno-18 de foraminíferos .

El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (TMPE) fue un período de tiempo en el que la temperatura media global aumentó más de 5–8 °C. [121] Este evento climático ocurrió en el límite temporal de las épocas geológicas del Paleoceno y el Eoceno . [122] Durante el evento se liberaron grandes cantidades de metano , un potente gas de efecto invernadero. [123] El TMPE representa un "estudio de caso" para el cambio climático moderno, ya que los gases de efecto invernadero se liberaron en un período de tiempo geológicamente relativamente corto. [121] Durante el TMPE, tuvo lugar una extinción masiva de organismos en las profundidades del océano. [124]

El Cenozoico

A lo largo del Cenozoico , múltiples fuerzas climáticas llevaron al calentamiento y enfriamiento de la atmósfera, lo que llevó a la formación temprana de la capa de hielo antártica , su posterior fusión y su posterior reglaciación. Los cambios de temperatura se produjeron de forma algo repentina, con concentraciones de dióxido de carbono de unas 600-760 ppm y temperaturas aproximadamente 4 °C más cálidas que las actuales. Durante el Pleistoceno, los ciclos de glaciaciones e interglaciares se produjeron en ciclos de aproximadamente 100.000 años, pero pueden permanecer más tiempo dentro de un interglaciar cuando la excentricidad orbital se acerca a cero, como durante el interglaciar actual. Los interglaciares anteriores, como la fase Eemiense , crearon temperaturas más altas que las actuales, niveles del mar más altos y cierto derretimiento parcial de la capa de hielo de la Antártida occidental .

Las temperaturas climatológicas afectan sustancialmente la cobertura de nubes y las precipitaciones. A temperaturas más bajas, el aire puede contener menos vapor de agua, lo que puede provocar una disminución de las precipitaciones. [125] Durante el Último Máximo Glacial de hace 18.000 años, la evaporación térmica de los océanos hacia las masas continentales era baja, lo que provocó grandes áreas de desierto extremo, incluidos desiertos polares (fríos pero con bajas tasas de cobertura de nubes y precipitaciones). [102] En contraste, el clima del mundo era más nublado y húmedo que hoy cerca del comienzo del cálido Período Atlántico de hace 8000 años. [102]

El Holoceno

Cambios de temperatura en los últimos 12 000 años, según diversas fuentes. La curva negra gruesa es un promedio.

El Holoceno se caracteriza por un enfriamiento a largo plazo que comenzó después del Óptimo del Holoceno , cuando las temperaturas probablemente estaban apenas por debajo de las temperaturas actuales (segunda década del siglo XXI), [126] y un fuerte Monzón Africano creó condiciones de pastizales en el Sahara durante el Neolítico Subpluvial . Desde entonces, han ocurrido varios eventos de enfriamiento , incluyendo:

Por el contrario, también se han producido varios períodos cálidos, entre los que se incluyen, entre otros:

Durante estos ciclos se han producido ciertos efectos. Por ejemplo, durante el Período Cálido Medieval, el Medio Oeste de Estados Unidos sufrió una sequía, incluidas las Dunas de Arena de Nebraska , que eran dunas de arena activas . La peste negra causada por Yersinia pestis también se produjo durante las fluctuaciones de temperatura medievales y puede estar relacionada con los cambios climáticos.

La actividad solar puede haber contribuido en parte al calentamiento moderno que alcanzó su punto máximo en la década de 1930. Sin embargo, los ciclos solares no explican el calentamiento observado desde la década de 1980 hasta la actualidad. [ cita requerida ] Eventos como la apertura del Paso del Noroeste y los mínimos históricos recientes de hielo de la contracción moderna del Ártico no han tenido lugar durante al menos varios siglos, ya que los primeros exploradores no pudieron realizar una travesía del Ártico, incluso en verano. Los cambios en los biomas y los rangos de hábitat también son sin precedentes, y ocurren a ritmos que no coinciden con las oscilaciones climáticas conocidas [ cita requerida ] .

El cambio climático moderno y el calentamiento global

Como consecuencia de la emisión de gases de efecto invernadero por parte de los seres humanos , las temperaturas superficiales globales han comenzado a aumentar. El calentamiento global es un aspecto del cambio climático moderno, un término que también incluye los cambios observados en las precipitaciones, las trayectorias de las tormentas y la nubosidad. Como consecuencia, se ha descubierto que los glaciares de todo el mundo se están reduciendo significativamente . [127] [128] Las capas de hielo terrestres tanto en la Antártida como en Groenlandia han estado perdiendo masa desde 2002 y han experimentado una aceleración de la pérdida de masa de hielo desde 2009. [129] Los niveles globales del mar han estado aumentando como consecuencia de la expansión térmica y el derretimiento del hielo. La disminución del hielo marino del Ártico, tanto en extensión como en grosor, durante las últimas décadas es una prueba más del rápido cambio climático. [130]

Variabilidad entre regiones

Ejemplos de variabilidad climática regional
  • Tierra-océano. Las temperaturas del aire en la superficie de las masas terrestres han aumentado más rápidamente que las del océano,[131] absorbiendo el océano alrededor del 90% del exceso de calor.[132]
    Tierra-océano. Las temperaturas del aire en la superficie de las masas terrestres han aumentado más rápidamente que las del océano, [131] absorbiendo el océano alrededor del 90% del exceso de calor. [132]
  • Hemisferios. Los cambios de temperatura promedio de los hemisferios[133] han divergido debido al mayor porcentaje de masa terrestre del Norte y a las corrientes oceánicas globales.[134]
    Hemisferios. Los cambios de temperatura promedio de los hemisferios [133] han divergido debido al mayor porcentaje de masa continental del Norte y a las corrientes oceánicas globales. [134]
  • Bandas de latitud. Tres bandas de latitud que cubren respectivamente el 30, el 40 y el 30 por ciento de la superficie global muestran patrones de crecimiento de temperatura mutuamente distintos en las últimas décadas.[135]
    Bandas de latitud. Tres bandas de latitud que cubren respectivamente el 30, el 40 y el 30 por ciento de la superficie global muestran patrones de crecimiento de la temperatura mutuamente distintos en las últimas décadas. [135]
  • Altitud. Un gráfico de franjas de calentamiento (las azules indican frío, las rojas indican calor) muestra cómo el efecto invernadero atrapa el calor en la atmósfera inferior, de modo que la atmósfera superior, que recibe menos energía reflejada, se enfría. Los volcanes causan picos de temperatura en la atmósfera superior.[136]
    Altitud. Un gráfico de franjas de calentamiento ( las azules indican frío, las rojas indican calor) muestra cómo el efecto invernadero atrapa el calor en la atmósfera inferior, de modo que la atmósfera superior, que recibe menos energía reflejada, se enfría. Los volcanes causan picos de temperatura en la atmósfera superior. [136]
  • Global versus regional. Por razones geográficas y estadísticas, se esperan variaciones interanuales mayores[137] para regiones geográficas localizadas (por ejemplo, el Caribe) que para los promedios globales.[138]
    Global versus regional. Por razones geográficas y estadísticas, se esperan variaciones interanuales mayores [137] para regiones geográficas localizadas (por ejemplo, el Caribe) que para los promedios globales. [138]
  • Desviación relativa. Aunque América del Norte se ha calentado más que sus trópicos, estos últimos se han alejado más claramente de la variabilidad histórica normal (bandas de colores: desviaciones estándar de 1σ y 2σ).[139]
    Desviación relativa. Aunque América del Norte se ha calentado más que sus trópicos, estos últimos se han alejado más claramente de la variabilidad histórica normal (bandas de colores: desviaciones estándar de 1σ y 2σ). [139]
El calentamiento global ha variado sustancialmente según la latitud, siendo las zonas de latitud más septentrionales las que han experimentado los mayores aumentos de temperatura.

Además de la variabilidad climática global y el cambio climático global a lo largo del tiempo, numerosas variaciones climáticas ocurren contemporáneamente en diferentes regiones físicas.

La absorción por parte de los océanos de aproximadamente el 90% del exceso de calor ha contribuido a que las temperaturas de la superficie terrestre aumenten más rápidamente que las temperaturas de la superficie del mar. [132] El hemisferio norte, que tiene una mayor relación masa terrestre-océano que el hemisferio sur, muestra mayores aumentos de temperatura promedio. [134] Las variaciones a lo largo de diferentes bandas de latitud también reflejan esta divergencia en el aumento de temperatura promedio, con el aumento de temperatura de las zonas extratropicales del norte superando al de los trópicos, que a su vez supera al de las zonas extratropicales del sur. [135]

Las regiones superiores de la atmósfera se han ido enfriando simultáneamente con un calentamiento en la atmósfera inferior, lo que confirma la acción del efecto invernadero y el agotamiento del ozono. [136]

Las variaciones climáticas regionales observadas confirman las predicciones sobre los cambios en curso, por ejemplo, al contrastar las variaciones globales (más suaves) de un año a otro con las variaciones (más volátiles) de un año a otro en regiones localizadas. [137] Por el contrario, comparar los patrones de calentamiento de diferentes regiones con sus respectivas variabilidades históricas permite colocar las magnitudes brutas de los cambios de temperatura en la perspectiva de lo que es la variabilidad normal para cada región. [139]

Las observaciones de variabilidad regional permiten el estudio de puntos de inflexión climáticos regionalizados , como la pérdida de selva tropical, el derretimiento de las capas de hielo y del hielo marino y el descongelamiento del permafrost. [140] Estas distinciones son la base de la investigación sobre una posible cascada global de puntos de inflexión . [140]

Véase también

Notas

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Referencias

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