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Causas del cambio climático

Factores impulsores del cambio climático desde 1850-1900 hasta 2010-2019. No se representa el potencial de calentamiento global futuro de factores impulsores de larga duración, como las emisiones de dióxido de carbono.

La comunidad científica lleva décadas investigando las causas del cambio climático . Tras miles de estudios, se llegó a un consenso en el que se afirma que "es inequívoco que la influencia humana ha calentado la atmósfera, el océano y la tierra desde la época preindustrial". [1] : 3  Este consenso cuenta con el apoyo de unas 200 organizaciones científicas de todo el mundo, [2] El papel dominante en este cambio climático lo han desempeñado las emisiones directas de dióxido de carbono procedentes de la quema de combustibles fósiles . Las emisiones indirectas de CO 2 procedentes del cambio de uso de la tierra y las emisiones de metano , óxido nitroso y otros gases de efecto invernadero desempeñan un papel secundario importante. [1]

Temperatura observada por la NASA [3] en comparación con el promedio de 1850-1900 utilizado por el IPCC como línea de base preindustrial. [4] El principal impulsor del aumento de las temperaturas globales en la era industrial es la actividad humana, a la que se suman las fuerzas naturales. [5]

El calentamiento por efecto invernadero tiene una relación logarítmica con la concentración de gases de efecto invernadero. Esto significa que cada fracción adicional de CO2 y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera tiene un efecto de calentamiento ligeramente menor que las fracciones anteriores a medida que aumenta la concentración total . Sin embargo, solo alrededor de la mitad de las emisiones de CO2 residen continuamente en la atmósfera en primer lugar, ya que la otra mitad es absorbida rápidamente por los sumideros de carbono en la tierra y los océanos. [6] : 450  Además, el calentamiento por unidad de gases de efecto invernadero también se ve afectado por retroalimentaciones , como los cambios en las concentraciones de vapor de agua o el albedo (reflectividad) de la Tierra. [7] : 2233 

A medida que aumenta el calentamiento por CO2 , los sumideros de carbono absorben una fracción menor de las emisiones totales, mientras que las retroalimentaciones "rápidas" del cambio climático amplifican el calentamiento por gases de efecto invernadero. Por lo tanto, ambos efectos se consideran mutuamente excluyentes, y el calentamiento por cada unidad de CO2 emitida por los humanos aumenta la temperatura en proporción lineal a la cantidad total de emisiones. [8] : 746  Además, una fracción del calentamiento por efecto invernadero ha sido " enmascarada " por las emisiones de dióxido de azufre causadas por los humanos , que forman aerosoles que tienen un efecto refrescante. Sin embargo, este enmascaramiento ha ido retrocediendo en los últimos años, debido a las medidas para combatir la lluvia ácida y la contaminación del aire causada por sulfatos. [9] [10]

Factores que afectan el clima de la Tierra

Un diagrama que muestra hacia dónde va el calor extra retenido en la Tierra debido al desequilibrio energético.

Un forzamiento es algo que se impone externamente sobre el sistema climático . Los forzamientos externos incluyen fenómenos naturales como erupciones volcánicas y variaciones en la producción de energía solar. [11] Las actividades humanas también pueden imponer forzamientos, por ejemplo, al cambiar la composición de la atmósfera de la Tierra . El forzamiento radiativo es una medida de cómo varios factores alteran el equilibrio energético del planeta Tierra. [12] Un forzamiento radiativo positivo conducirá a un calentamiento de la superficie y, con el tiempo, del sistema climático. Entre el inicio de la Revolución Industrial en 1750 y el año 2005, el aumento de la concentración atmosférica de dióxido de carbono ( fórmula química : CO 2 ) provocó un forzamiento radiativo positivo, promediado sobre la superficie de la Tierra , de aproximadamente 1,66 vatios por metro cuadrado (abreviado W m −2 ). [13]

Las retroalimentaciones climáticas pueden amplificar o atenuar la respuesta del clima a un forzamiento determinado. [14] : 7  Hay muchos mecanismos de retroalimentación en el sistema climático que pueden amplificar (una retroalimentación positiva ) o disminuir (una retroalimentación negativa ) los efectos de un cambio en el forzamiento climático.

El sistema climático variará en respuesta a los cambios en los forzamientos. [15] El sistema climático mostrará variabilidad interna tanto en presencia como en ausencia de forzamientos impuestos sobre él. Esta variabilidad interna es el resultado de interacciones complejas entre los componentes del sistema climático, como el acoplamiento entre la atmósfera y el océano. [16] Un ejemplo de variabilidad interna es El Niño-Oscilación del Sur .

Influencias causadas por el hombre

La energía fluye entre el espacio, la atmósfera y la superficie terrestre. El aumento de los niveles de gases de efecto invernadero contribuye a un desequilibrio energético .

Los factores que afectan el clima de la Tierra se pueden dividir en fuerzas , retroalimentaciones y variaciones internas . [14] : 7  Cuatro líneas principales de evidencia apoyan el papel dominante de las actividades humanas en el cambio climático reciente: [17]

  1. Una comprensión física del sistema climático : las concentraciones de gases de efecto invernadero han aumentado y sus propiedades de calentamiento están bien establecidas.
  2. Existen estimaciones históricas de cambios climáticos pasados ​​que sugieren que los cambios recientes en la temperatura superficial global son inusuales.
  3. Los modelos climáticos avanzados no pueden replicar el calentamiento observado a menos que se incluyan las emisiones humanas de gases de efecto invernadero.
  4. Las observaciones de fuerzas naturales, como la actividad solar y volcánica, muestran que no se puede explicar el calentamiento observado. Por ejemplo, un aumento de la actividad solar habría calentado toda la atmósfera, pero sólo se ha calentado la atmósfera inferior. [18]

Gases de efecto invernadero

La influencia del calentamiento de los gases atmosféricos de efecto invernadero casi se ha duplicado desde 1979, siendo el dióxido de carbono y el metano los impulsores dominantes. [19]

Los gases de efecto invernadero son transparentes a la luz solar y, por lo tanto, permiten que pase a través de la atmósfera para calentar la superficie de la Tierra. La Tierra los irradia como calor y los gases de efecto invernadero absorben una parte de ellos. Esta absorción reduce la velocidad a la que el calor se escapa al espacio, atrapando el calor cerca de la superficie de la Tierra y calentándola con el tiempo. [20] Si bien el vapor de agua y las nubes son los mayores contribuyentes al efecto invernadero, cambian principalmente en función de la temperatura. Por lo tanto, se consideran retroalimentaciones que cambian la sensibilidad climática . Por otro lado, gases como el CO 2 , el ozono troposférico , [21] los CFC y el óxido nitroso se agregan o eliminan independientemente de la temperatura. Por lo tanto, se consideran fuerzas externas que cambian las temperaturas globales. [22] [23] : 742 

Concentraciones de CO2 durante los últimos 800.000 años medidas a partir de núcleos de hielo [24] [25] [26] [27] (azul/verde) y directamente [28] (negro)

La actividad humana desde la Revolución Industrial (alrededor de 1750), principalmente la extracción y quema de combustibles fósiles ( carbón , petróleo y gas natural ), ha aumentado la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera, lo que ha provocado un desequilibrio radiativo . Durante los últimos 150 años, las actividades humanas han liberado cantidades cada vez mayores de gases de efecto invernadero a la atmósfera . Para 2019, las concentraciones de CO 2 y metano habían aumentado aproximadamente un 48% y un 160%, respectivamente, desde 1750. [29] Estos niveles de CO 2 son más altos que en cualquier otro momento durante los últimos 2 millones de años. Las concentraciones de metano son mucho más altas que en los últimos 800.000 años. [30]

Esto ha provocado aumentos en la temperatura media global, o calentamiento global . El rango probable de calentamiento del aire a nivel de la superficie inducido por el hombre para 2010-2019 en comparación con los niveles de 1850-1900 es de 0,8 °C a 1,3 °C, con una mejor estimación de 1,07 °C. Esto está cerca del calentamiento general observado durante ese período de 0,9 °C a 1,2 °C. Los cambios de temperatura durante ese tiempo probablemente fueron solo de ±0,1 °C debido a las fuerzas naturales y ±0,2 °C debido a la variabilidad en el clima. [31] : 3, 443 

Las emisiones antropogénicas globales de gases de efecto invernadero en 2019 fueron equivalentes a 59 mil millones de toneladas de CO 2 . De estas emisiones, el 75% fue CO 2 , el 18% fue metano , el 4% fue óxido nitroso y el 2% fueron gases fluorados . [32] : 7 

Dióxido de carbono

El Proyecto Global de Carbono muestra cómo las adiciones al CO 2 desde 1880 han sido causadas por diferentes fuentes que se han ido incrementando una tras otra.
La curva de Keeling muestra el aumento a largo plazo de las concentraciones de dióxido de carbono (CO 2 ) atmosférico desde 1958.

Las emisiones de CO2 provienen principalmente de la quema de combustibles fósiles para proporcionar energía para el transporte , la fabricación, la calefacción y la electricidad. [33] Otras emisiones de CO2 provienen de la deforestación y los procesos industriales , que incluyen el CO2 liberado por las reacciones químicas para fabricar cemento , acero , aluminio y fertilizantes . [34]

El CO 2 se absorbe y se emite de forma natural como parte del ciclo del carbono , a través de la respiración animal y vegetal , las erupciones volcánicas y el intercambio océano-atmósfera. [35] Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y los cambios en el uso de la tierra (véase más adelante), liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera, lo que hace que aumenten las concentraciones de CO 2 en la atmósfera. [35] [36]

Las mediciones de alta precisión de la concentración atmosférica de CO 2 , iniciadas por Charles David Keeling en 1958, constituyen la serie temporal maestra que documenta la composición cambiante de la atmósfera . [37] Estos datos, conocidos como la Curva de Keeling , tienen un estatus icónico en la ciencia del cambio climático como evidencia del efecto de las actividades humanas en la composición química de la atmósfera global. [37]

Las mediciones iniciales de Keeling en 1958 mostraron 313 partes por millón en volumen ( ppm ). Las concentraciones atmosféricas de CO 2, comúnmente escritas "ppm", se miden en partes por millón en volumen (ppmv). En mayo de 2019, la concentración de CO 2 en la atmósfera alcanzó 415 ppm. La última vez que alcanzó este nivel fue hace entre 2,6 y 5,3 millones de años. Sin la intervención humana, sería de 280 ppm. [38]

En 2022-2024, la concentración de CO 2 en la atmósfera aumentó más rápido que nunca según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica , como resultado de las emisiones sostenidas y las condiciones de El Niño . [39]

Metano y óxido nitroso

Principales fuentes de emisiones globales de metano (2008-2017) según el Proyecto Global de Carbono [40]

Las emisiones de metano provienen del ganado , el estiércol, el cultivo de arroz , los vertederos, las aguas residuales y la minería de carbón , así como de la extracción de petróleo y gas . [41] Las emisiones de óxido nitroso provienen en gran medida de la descomposición microbiana de fertilizantes . [42]

El metano y, en menor medida, el óxido nitroso también son importantes contribuyentes al efecto invernadero . El Protocolo de Kioto los incluye junto con los hidrofluorocarbonos (HFC), los perfluorocarbonos (PFC) y el hexafluoruro de azufre (SF6 ) , [43] que son gases totalmente artificiales, como contribuyentes al forzamiento radiativo. El gráfico de la derecha atribuye las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero a ocho sectores económicos principales, de los cuales los mayores contribuyentes son las centrales eléctricas (muchas de las cuales queman carbón u otros combustibles fósiles ), los procesos industriales, los combustibles para el transporte (generalmente combustibles fósiles ) y los subproductos agrícolas (principalmente metano de la fermentación entérica y óxido nitroso del uso de fertilizantes ). [44]

Aerosoles

La contaminación del aire ha aumentado sustancialmente la presencia de aerosoles en la atmósfera en comparación con los niveles de fondo preindustriales. Los distintos tipos de partículas tienen diferentes efectos, pero en general, el enfriamiento provocado por los aerosoles formados por las emisiones de dióxido de azufre tiene un impacto abrumador. Sin embargo, la complejidad de las interacciones de los aerosoles en las capas atmosféricas hace que sea muy difícil estimar la intensidad exacta del enfriamiento. [45]

La contaminación del aire, en forma de aerosoles, afecta al clima a gran escala. [46] [47] Los aerosoles dispersan y absorben la radiación solar. De 1961 a 1990, se observó una reducción gradual en la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la Tierra . Este fenómeno se conoce popularmente como oscurecimiento global , [48] y se atribuye principalmente a los aerosoles de sulfato producidos por la combustión de combustibles fósiles con altas concentraciones de azufre como el carbón y el combustible búnker . [9] Las contribuciones más pequeñas provienen del carbono negro , el carbono orgánico de la combustión de combustibles fósiles y biocombustibles, y del polvo antropogénico. [49] [50] [51] [52] [53] A nivel mundial, los aerosoles han estado disminuyendo desde 1990 debido a los controles de la contaminación, lo que significa que ya no enmascaran tanto el calentamiento de los gases de efecto invernadero. [54] [9]

Los aerosoles también tienen efectos indirectos en el balance energético de la Tierra . Los aerosoles de sulfato actúan como núcleos de condensación de nubes y dan lugar a nubes con más gotas y más pequeñas. Estas nubes reflejan la radiación solar de forma más eficiente que las nubes con menos gotas y más grandes. [55] También reducen el crecimiento de las gotas de lluvia , lo que hace que las nubes reflejen más la luz solar entrante. [56] Los efectos indirectos de los aerosoles son la mayor incertidumbre en el forzamiento radiativo . [57]

Si bien los aerosoles suelen limitar el calentamiento global al reflejar la luz solar, el carbono negro presente en el hollín que cae sobre la nieve o el hielo puede contribuir al calentamiento global. Esto no solo aumenta la absorción de la luz solar, sino que también aumenta el derretimiento y el aumento del nivel del mar. [58] Limitar los nuevos depósitos de carbono negro en el Ártico podría reducir el calentamiento global en 0,2 °C para 2050. [59]

Cambios en la superficie terrestre

La tasa de pérdida de la cubierta forestal mundial aproximadamente se ha duplicado desde 2001, alcanzando una pérdida anual que se acerca a un área del tamaño de Italia. [60]

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura , alrededor del 30% de la superficie terrestre de la Tierra es en gran parte inutilizable para los seres humanos ( glaciares , desiertos , etc.), el 26% son bosques , el 10% son matorrales y el 34% son tierras agrícolas . [61] La deforestación es el principal contribuyente al cambio de uso de la tierra que contribuye al calentamiento global, [62] Entre 1750 y 2007, alrededor de un tercio de las emisiones antropogénicas de CO 2 se debieron a cambios en el uso de la tierra , principalmente a la disminución de la superficie forestal y al crecimiento de las tierras agrícolas. [63] principalmente la deforestación . [64] ya que los árboles destruidos liberan CO 2 y no son reemplazados por árboles nuevos, eliminando ese sumidero de carbono . [65] Entre 2001 y 2018, el 27% de la deforestación se debió a la tala permanente para permitir la expansión agrícola de cultivos y ganado. Otro 24% se ha perdido por la tala temporal en los sistemas agrícolas de cultivo migratorio . El 26% se debió a la tala de árboles para obtener madera y productos derivados, y los incendios forestales representaron el 23% restante. [66] Algunos bosques no han sido talados por completo, pero ya estaban degradados por estos impactos. La restauración de estos bosques también recupera su potencial como sumidero de carbono. [67]

Contribuciones acumuladas del cambio de uso del suelo a las emisiones de CO 2 , por región. [32] : Figura SPM.2b 

La cobertura vegetal local afecta la cantidad de luz solar que se refleja de vuelta al espacio ( albedo ) y la cantidad de calor que se pierde por evaporación . Por ejemplo, el cambio de un bosque oscuro a un pastizal hace que la superficie sea más clara, lo que hace que refleje más luz solar. La deforestación también puede modificar la liberación de compuestos químicos que influyen en las nubes y al cambiar los patrones de viento. [68] En las zonas tropicales y templadas, el efecto neto es producir un calentamiento significativo, y la restauración forestal puede hacer que las temperaturas locales sean más frías. [67] En latitudes más cercanas a los polos, hay un efecto de enfriamiento a medida que el bosque es reemplazado por llanuras cubiertas de nieve (y más reflectantes). [68] A nivel mundial, estos aumentos en el albedo de la superficie han sido la influencia directa dominante en la temperatura del cambio de uso de la tierra. Por lo tanto, se estima que el cambio de uso de la tierra hasta la fecha tiene un ligero efecto de enfriamiento. [69]

Emisiones asociadas a la ganadería

La carne de ganado vacuno y ovino tiene la mayor intensidad de emisiones de todos los productos agrícolas.

Más del 18% de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero se atribuyen a la ganadería y a actividades relacionadas con ella, como la deforestación y las prácticas agrícolas que consumen cada vez más combustible. [70] Las atribuciones específicas al sector ganadero incluyen:

Efectos dominó

Sumideros de carbono

Fuentes y sumideros de CO2 desde 1880. Si bien no hay mucho debate sobre el hecho de que el exceso de dióxido de carbono en la era industrial se debe principalmente a la quema de combustibles fósiles, la fortaleza futura de los sumideros de carbono terrestres y oceánicos es un área de estudio. [71]

La superficie de la Tierra absorbe CO 2 como parte del ciclo del carbono . A pesar de la contribución de la deforestación a las emisiones de gases de efecto invernadero, la superficie terrestre de la Tierra, en particular sus bosques, siguen siendo un importante sumidero de carbono para el CO 2. Los procesos de sumidero de la superficie terrestre, como la fijación de carbono en el suelo y la fotosíntesis, eliminan alrededor del 29% de las emisiones globales anuales de CO 2. [72] El océano también sirve como un sumidero de carbono significativo a través de un proceso de dos pasos. Primero, el CO 2 se disuelve en el agua superficial. Después, la circulación del océano lo distribuye profundamente en el interior del océano, donde se acumula con el tiempo como parte del ciclo del carbono . Durante las últimas dos décadas, los océanos del mundo han absorbido entre el 20 y el 30% del CO 2 emitido . [6] : 450  Por lo tanto, alrededor de la mitad de las emisiones de CO 2 causadas por los humanos han sido absorbidas por las plantas terrestres y por los océanos. [73]

Esta fracción de emisiones absorbidas no es estática. Si las futuras emisiones de CO2 disminuyen , la Tierra podrá absorber hasta alrededor del 70%. Si aumentan sustancialmente, seguirá absorbiendo más carbono que ahora, pero la fracción total disminuirá a menos del 40%. [74] Esto se debe a que el cambio climático aumenta las sequías y las olas de calor que eventualmente inhiben el crecimiento de las plantas en la tierra, y los suelos liberarán más carbono de las plantas muertas cuando estén más calientes . [75] [76] La tasa a la que los océanos absorben el carbono atmosférico se reducirá a medida que se vuelvan más ácidos y experimenten cambios en la circulación termohalina y la distribución del fitoplancton . [77] [78] [79]

Retroalimentaciones del cambio climático

El hielo marino refleja entre el 50% y el 70% de la luz solar entrante, mientras que el océano, al ser más oscuro, refleja solo el 6%. A medida que una zona de hielo marino se derrite y deja expuesta más océano, el océano absorbe más calor, lo que aumenta las temperaturas y derrite aún más hielo. Este es un proceso de retroalimentación positiva . [80]

La respuesta del sistema climático a un forzamiento inicial se modifica por retroalimentaciones: aumenta por retroalimentaciones "autorreforzantes" o "positivas" y se reduce por retroalimentaciones "equilibrantes" o "negativas" . [81] Las principales retroalimentaciones reforzadoras son la retroalimentación del vapor de agua , la retroalimentación del albedo del hielo y el efecto neto de las nubes. [82] [83] El principal mecanismo de equilibrio es el enfriamiento radiativo , ya que la superficie de la Tierra emite más calor al espacio en respuesta al aumento de la temperatura. [84] Además de las retroalimentaciones de la temperatura, existen retroalimentaciones en el ciclo del carbono, como el efecto fertilizante del CO 2 sobre el crecimiento de las plantas. [85]

La incertidumbre sobre las retroalimentaciones, en particular la cobertura de nubes, [86] es la principal razón por la que los distintos modelos climáticos proyectan magnitudes de calentamiento diferentes para una cantidad dada de emisiones. [87] A medida que el aire se calienta, puede retener más humedad . El vapor de agua, como potente gas de efecto invernadero, retiene el calor en la atmósfera. [82] Si la cobertura de nubes aumenta, más luz solar se reflejará de vuelta al espacio, enfriando el planeta. Si las nubes se vuelven más altas y delgadas, actúan como un aislante, reflejando el calor desde abajo hacia abajo y calentando el planeta. [88]

Otra retroalimentación importante es la reducción de la capa de nieve y el hielo marino en el Ártico, lo que reduce la reflectividad de la superficie de la Tierra. [89] Ahora, estas regiones absorben más energía del Sol, lo que contribuye a la amplificación de los cambios de temperatura del Ártico . [90] La amplificación del Ártico también está descongelando el permafrost , que libera metano y CO 2 a la atmósfera. [91] El cambio climático también puede causar liberaciones de metano de los humedales , los sistemas marinos y los sistemas de agua dulce. [92] En general, se espera que las retroalimentaciones climáticas se vuelvan cada vez más positivas. [93]

Variabilidad natural

La Cuarta Evaluación Nacional del Clima ("NCA4", USGCRP, 2017) incluye gráficos que ilustran que ni la actividad solar ni la volcánica pueden explicar el calentamiento observado. [94] [95]

Ya en 2001, el Tercer Informe de Evaluación del IPCC había encontrado que, "Se estima que el cambio combinado en el forzamiento radiativo de los dos principales factores naturales (variación solar y aerosoles volcánicos) ha sido negativo durante las últimas dos, y posiblemente las últimas cuatro, décadas". [96] La irradiancia solar ha sido medida directamente por satélites , [97] y hay mediciones indirectas disponibles desde principios del siglo XVII en adelante. [57] Sin embargo, desde 1880, no ha habido una tendencia ascendente en la cantidad de energía del Sol que llega a la Tierra, en contraste con el calentamiento de la atmósfera inferior (la troposfera ). [98] De manera similar, la actividad volcánica tiene el mayor impacto natural (forzamiento) sobre la temperatura, aunque es equivalente a menos del 1% de las emisiones actuales de CO 2 causadas por el hombre . [99] La actividad volcánica en su conjunto ha tenido impactos insignificantes en las tendencias de la temperatura global desde la Revolución Industrial. [100]

Entre 1750 y 2007, la radiación solar puede haber aumentado como máximo 0,12 W/m 2 , en comparación con 1,6 W/m 2 del forzamiento antropogénico neto. [101] : 3  En consecuencia, el rápido aumento observado en las temperaturas medias globales después de 1985 no puede atribuirse a la variabilidad solar ". [102] Además, la atmósfera superior (la estratosfera ) también se estaría calentando si el Sol estuviera enviando más energía a la Tierra, pero en cambio, se ha estado enfriando. [103] Esto es coherente con los gases de efecto invernadero que impiden que el calor salga de la atmósfera de la Tierra. [104]

Las erupciones volcánicas explosivas pueden liberar gases, polvo y cenizas que bloquean parcialmente la luz solar y reducen las temperaturas, o pueden enviar vapor de agua a la atmósfera, lo que se suma a los gases de efecto invernadero y aumenta las temperaturas. [105] Debido a que tanto el vapor de agua como el material volcánico tienen baja persistencia en la atmósfera, incluso las erupciones más grandes solo tienen un efecto durante varios años. [100]

Véase también

Referencias

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Fuentes

Informes del IPCC

Cuarto informe de evaluación
Quinto informe de evaluación
Informe especial: El cambio climático y la tierra
Sexto informe de evaluación

Atribución

Enlaces externos