La retroalimentación hielo-albedo es un proceso climático de retroalimentación positiva en el que un cambio en el área de los casquetes polares , los glaciares y el hielo marino altera el albedo y la temperatura de la superficie de un planeta. Debido a que el hielo es muy reflectante, refleja mucha más energía solar hacia el espacio que el agua abierta o cualquier otra cubierta terrestre . [1] Ocurre en la Tierra , y también puede ocurrir en exoplanetas . [2]
Dado que las latitudes más altas tienen las temperaturas más frías, son las que tienen más probabilidades de tener una capa de nieve perenne , glaciares y casquetes polares extendidos, incluido el potencial de formar capas de hielo . [3] Sin embargo, si se produce el calentamiento, las temperaturas más altas disminuirían el área cubierta de hielo y expondrían más aguas abiertas o tierra. El albedo disminuye y, por tanto, se absorbe más energía solar, lo que provoca un mayor calentamiento y una mayor pérdida de las partes reflectantes de la criósfera . A la inversa, las temperaturas más frías aumentan la capa de hielo, lo que aumenta el albedo y da como resultado un mayor enfriamiento, lo que hace que sea más probable que se forme más hielo. [4]
Por tanto, la retroalimentación hielo-albedo juega un papel poderoso en el cambio climático global . Fue importante tanto para el comienzo de las condiciones de la Tierra Bola de Nieve hace casi 720 millones de años como para su fin hace unos 630 millones de años: [5] la desglaciación probablemente había implicado un oscurecimiento gradual del albedo debido a la acumulación de polvo . [6] En un pasado geológicamente más reciente, esta retroalimentación fue un factor central en los avances y retrocesos de la capa de hielo durante el período Pleistoceno (hace ~2,6 Ma a ~10 ka). [7] Más recientemente, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero causado por el hombre ha tenido muchos impactos en todo el mundo, y la disminución del hielo marino en el Ártico ha sido uno de los más visibles. A medida que la capa de hielo marino se reduce y refleja menos luz solar, [8] el Ártico se calienta hasta cuatro veces más rápido que el promedio mundial. [9] A nivel mundial, la pérdida de hielo en el Ártico durante décadas y la disminución más reciente del hielo marino en la Antártida han tenido el mismo impacto de calentamiento entre 1992 y 2018 que el 10% de todos los gases de efecto invernadero emitidos durante el mismo período. [10]
La retroalimentación del albedo del hielo ha estado presente en algunos de los primeros modelos climáticos , por lo que han estado simulando estos impactos observados durante décadas. [3] [11] En consecuencia, sus proyecciones de calentamiento futuro también incluyen pérdidas futuras de hielo marino junto con otros impulsores del cambio climático. [12] Se estima que la pérdida persistente durante el verano ártico, cuando el Sol brilla con mayor intensidad y la falta de superficie reflectante tiene los mayores impactos, produciría un calentamiento global de alrededor de 0,19 °C (0,34 °F). [12] [13] También hay estimaciones de modelos del impacto del calentamiento debido a la pérdida tanto de los glaciares de montaña como de las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida . Sin embargo, el calentamiento debido a su pérdida es generalmente menor que el causado por la disminución del hielo marino, y también tomaría mucho tiempo para verlo en su totalidad. [12] [14]
En la década de 1950, los primeros climatólogos como Syukuro Manabe ya intentaron describir el papel de la capa de hielo en el presupuesto energético de la Tierra . [11] En 1969, tanto Mikhail Ivanovich Budyko de la URSS como William D. Sellers de los Estados Unidos publicaron artículos que presentaban algunos de los primeros modelos climáticos de balance energético para demostrar que la reflectividad del hielo tenía un impacto sustancial en el clima de la Tierra. , y que los cambios en la capa de nieve y hielo en cualquier dirección podrían actuar como una poderosa retroalimentación. [1] [15] [16] [11]
Este proceso pronto fue reconocido como una parte crucial del modelado climático en una revisión de 1974, [3] y en 1975, el modelo de circulación general utilizado por Manabe y Richard T. Wetherald para describir los efectos de duplicar la concentración de CO 2 en la atmósfera - un medida clave de la sensibilidad climática- también ha incorporado lo que describió como "retroalimentación de la capa de nieve". [17] La retroalimentación del albedo del hielo continúa incluyéndose en los modelos posteriores. [12] Los cálculos de la retroalimentación también se aplican a estudios paleoclimáticos , como los del período Pleistoceno (hace ~2,6 Ma a ~10 ka). [7]
La retroalimentación del albedo de la nieve y el hielo tiene un efecto sustancial sobre las temperaturas regionales. En particular, la presencia de una capa de hielo y hielo marino hace que el Polo Norte y el Polo Sur sean más fríos de lo que habrían sido sin ellos. [4] En consecuencia, la reciente disminución del hielo marino del Ártico es uno de los factores principales detrás del calentamiento del Ártico casi cuatro veces más rápido que el promedio global desde 1979 (el año en que comenzaron las lecturas continuas por satélite del hielo marino del Ártico), [9] en un Fenómeno conocido como amplificación ártica . Los estudios de modelización muestran que una fuerte amplificación del Ártico sólo se produce durante los meses en que se produce una pérdida significativa de hielo marino, y que desaparece en gran medida cuando la capa de hielo simulada se mantiene fija. [8] Por el contrario, la alta estabilidad de la capa de hielo en la Antártida, donde el espesor de la capa de hielo de la Antártida Oriental le permite elevarse casi 4 km sobre el nivel del mar, significa que este continente no ha experimentado ningún calentamiento neto en las últimas siete décadas. : [18] La pérdida de hielo en la Antártida y su contribución al aumento del nivel del mar se debe en su totalidad al calentamiento del Océano Austral , que había absorbido entre el 35% y el 43% del calor total absorbido por todos los océanos entre 1970 y 2017. [ 19]
La retroalimentación del albedo del hielo también tiene un efecto menor, pero aún notable, sobre las temperaturas globales. Se estima que la disminución del hielo marino del Ártico entre 1979 y 2011 fue responsable de 0,21 vatios por metro cuadrado (W/m 2 ) de forzamiento radiativo , lo que equivale a una cuarta parte del forzamiento radiativo debido al aumento del CO 2 [13] durante el mismo período. . En comparación con los aumentos acumulativos en el forzamiento radiativo de los gases de efecto invernadero desde el inicio de la Revolución Industrial , es equivalente al forzamiento radiativo estimado del óxido nitroso en 2019 (0,21 W/m 2 ), casi la mitad del forzamiento radiativo del metano en 2019 (0,54 W/ m2). m 2 ) y el 10% del aumento acumulado de CO 2 (2,16 W/m 2 ). [20] Entre 1992 y 2015, este efecto fue parcialmente compensado por el crecimiento de la capa de hielo marino alrededor de la Antártida , que produjo un enfriamiento de aproximadamente 0,06 W/m 2 por década. Sin embargo, el hielo marino de la Antártida también comenzó a disminuir después, y el papel combinado de los cambios en la capa de hielo entre 1992 y 2018 equivale al 10% de todas las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero . [10]
El impacto de la retroalimentación del albedo del hielo sobre la temperatura se intensificará en el futuro a medida que se prevé que la disminución del hielo marino en el Ártico sea más pronunciada, con una probable pérdida casi completa de la capa de hielo marino (que caerá por debajo de 1 millón de km 2 ) a finales de el verano ártico en septiembre al menos una vez antes de 2050 en todos los escenarios de cambio climático , [20] y alrededor de 2035 en el escenario de emisiones de gases de efecto invernadero en continua aceleración. [22]
Dado que septiembre marca el final del verano ártico, también representa el punto más bajo de la capa de hielo marino en el clima actual, con un proceso de recuperación anual que comienza en el invierno ártico . Se considera muy poco probable que haya septiembres consecutivos sin hielo en un futuro próximo, pero su frecuencia aumentará a medida que aumenten los niveles de calentamiento global: un artículo de 2018 estimó que se produciría un septiembre sin hielo una vez cada 40 años con un calentamiento de 1,5 °C. (2,7 °F), pero una vez cada 8 años por debajo de 2 °C (3,6 °F) y una vez cada 1,5 años por debajo de 3 °C (5,4 °F). [23] Esto significa que la pérdida de hielo marino del Ártico durante septiembre o principios del verano no sería irreversible, y en los escenarios donde el calentamiento global comience a revertirse, su frecuencia anual comenzaría a disminuir también. Como tal, no se considera uno de los puntos de inflexión del sistema climático .
En particular, si bien la pérdida de la capa de hielo marino en septiembre sería un evento histórico con implicaciones significativas para la vida silvestre del Ártico, como los osos polares , su impacto en la retroalimentación del albedo del hielo es relativamente limitado, ya que la cantidad total de energía solar recibida por el Ártico en Septiembre ya es muy bajo. Por otro lado, incluso una reducción relativamente pequeña en la extensión del hielo marino en junio tendría un efecto mucho mayor, ya que junio representa el pico del verano ártico y la transferencia más intensa de energía solar. [13] Los modelos CMIP5 estiman que una pérdida total de la capa de hielo marino del Ártico de junio a septiembre aumentaría las temperaturas globales en 0,19 °C (0,34 °F), con un rango de 0,16 a 0,21 °C, mientras que las temperaturas regionales aumentarían. en más de 1,5 °C (2,7 °F). Esta estimación incluye no sólo la retroalimentación del albedo del hielo en sí, sino también sus efectos de segundo orden, como el impacto de dicha pérdida de hielo marino en la retroalimentación de la tasa de caída , los cambios en las concentraciones de vapor de agua y la retroalimentación de las nubes regionales. [12] Dado que estos cálculos ya son parte de cada modelo CMIP5 y CMIP6, [24] también están incluidos en sus proyecciones de calentamiento bajo cada trayectoria de cambio climático, y no representan una fuente de calentamiento "adicional" además de sus proyecciones existentes. .
Niveles muy altos de calentamiento global podrían impedir que el hielo marino del Ártico se vuelva a formar durante el invierno ártico. A diferencia de un verano sin hielo, este invierno ártico sin hielo puede representar un punto de inflexión irreversible. Es más probable que ocurra alrededor de los 6,3 °C (11,3 °F), aunque podría ocurrir tan pronto como 4,5 °C (8,1 °F) o tan tarde como 8,7 °C (15,7 °F). [14] [21] Si bien el hielo marino del Ártico desaparecería durante todo un año, solo tendría un impacto en la retroalimentación del albedo del hielo durante los meses en los que el Ártico recibe luz solar, es decir, de marzo a septiembre. La diferencia entre esta pérdida total de hielo marino y su estado en 1979 equivale a un billón de toneladas de emisiones de CO 2 [13] - alrededor del 40% de los 2,39 billones de toneladas de emisiones acumuladas entre 1850 y 2019, [20] aunque alrededor de una cuarta parte Gran parte de este impacto ya se ha producido con la actual pérdida de hielo marino. En comparación con la actualidad, un invierno sin hielo tendría un impacto en el calentamiento global de 0,6 °C (1,1 °F), con un calentamiento regional de entre 0,6 °C (1,1 °F) y 1,2 °C (2,2 °F). [21]
La retroalimentación del albedo del hielo también ocurre con otras grandes masas de hielo en la superficie de la Tierra, como los glaciares de montaña , la capa de hielo de Groenlandia , la Antártida occidental y la capa de hielo de la Antártida oriental . Sin embargo, se espera que su derretimiento a gran escala tarde siglos o incluso milenios, y cualquier pérdida de superficie de aquí a 2100 será insignificante. Así, los modelos de cambio climático no los incluyen en sus proyecciones del cambio climático del siglo XXI: experimentos en los que modelan su desaparición indican que la pérdida total de la capa de hielo de Groenlandia añade 0,13 °C (0,23 °F) al calentamiento global (con un rango de 0,04 a 0,06 °C), mientras que la pérdida de la capa de hielo de la Antártida occidental añade 0,05 °C (0,090 °F) (0,04 a 0,06 °C) y la pérdida de glaciares de montaña añade 0,08 °C (0,14 °F) ( 0,07–0,09 °C). [12] Dado que la capa de hielo de la Antártida oriental no estaría en riesgo de desaparecer por completo hasta que se alcance un calentamiento global muy alto de 5 a 10 °C (9,0 a 18,0 °F), y dado que se espera que su derretimiento total tarde un mínimo Aunque en un plazo de 10.000 años desaparezca por completo, rara vez se tiene en cuenta en tales evaluaciones. Si esto sucede, se espera que el impacto máximo en la temperatura global sea de alrededor de 0,6 °C (1,1 °F). La pérdida total de la capa de hielo de Groenlandia aumentaría las temperaturas regionales en el Ártico entre 0,5 °C (0,90 °F) y 3 °C (5,4 °F), mientras que es probable que la temperatura regional en la Antártida aumente 1 °C ( 1,8 °F) después de la pérdida de la capa de hielo de la Antártida occidental y 2 °C (3,6 °F) después de la pérdida de la capa de hielo de la Antártida oriental. [21]
La retroalimentación descontrolada del albedo del hielo también fue importante para la formación de la Tierra Bola de Nieve , un estado climático de una Tierra muy fría con una capa de hielo prácticamente completa. La evidencia paleoclimática sugiere que la Tierra Bola de Nieve comenzó con la glaciación Sturtian hace unos 717 millones de años . Persistió hasta aproximadamente 660 millones de años, pero fue seguido por otro período de bola de nieve, la glaciación marinoana , solo varios millones de años después, que duró hasta aproximadamente 634 millones de años. [5] La evidencia geológica muestra glaciares cerca del ecuador, [25] y los modelos han sugerido que la retroalimentación del albedo del hielo jugó un papel importante. A medida que se formaba más hielo, una mayor cantidad de radiación solar entrante se reflejaba hacia el espacio, lo que provocaba que las temperaturas en la Tierra descendieran. Todavía se debate si la Tierra era una bola de nieve completamente sólida (completamente congelada) o una bola de aguanieve con una delgada banda ecuatorial, [26] pero el mecanismo de retroalimentación del albedo del hielo sigue siendo importante en ambos casos.
Además, el final de los períodos de la Tierra Bola de Nieve también habría implicado la retroalimentación del albedo del hielo. Se ha sugerido que la desglaciación comenzó una vez que se había acumulado suficiente polvo de la erosión en capas sobre la superficie del hielo y la nieve para reducir sustancialmente su albedo. Esto probablemente habría comenzado en las regiones de latitudes medias , ya que, si bien habrían sido más frías que los trópicos , también recibirían menos precipitaciones , por lo que habría habido menos nieve fresca para enterrar la acumulación de polvo y restaurar el albedo. Una vez que las latitudes medias hubieran perdido suficiente hielo, no sólo habría contribuido a aumentar la temperatura en todo el planeta, sino que el rebote isostático habría llevado eventualmente a un mayor vulcanismo y, por tanto, a una acumulación de CO 2 , lo que habría sido imposible antes. . [6]
En la Tierra, el clima está fuertemente influenciado por las interacciones con la radiación solar y los procesos de retroalimentación. Se podría esperar que los exoplanetas alrededor de otras estrellas también experimenten procesos de retroalimentación causados por la radiación estelar que afectan el clima del mundo. Al modelar los climas de otros planetas, los estudios han demostrado que la retroalimentación hielo-albedo es mucho más fuerte en los planetas terrestres que orbitan estrellas (ver: clasificación estelar ) que tienen una alta radiación casi ultravioleta . [2]