Las retroalimentaciones del cambio climático son efectos del calentamiento global que amplifican o disminuyen el efecto de las fuerzas que inicialmente causan el calentamiento. Las retroalimentaciones positivas aumentan el calentamiento global, mientras que las negativas lo debilitan. [4] : 2233 Las retroalimentación son importantes en la comprensión del cambio climático porque juegan un papel importante en la determinación de la sensibilidad del clima a las fuerzas de calentamiento. Los forzamientos climáticos y las retroalimentaciones determinan en conjunto cuánto y con qué rapidez cambia el clima. Grandes retroalimentaciones positivas pueden conducir a puntos de inflexión (cambios abruptos o irreversibles en el sistema climático) dependiendo del ritmo y la magnitud del cambio climático. [5] [6] [7] [8] [9]
La principal retroalimentación positiva del calentamiento global es la tendencia del calentamiento a aumentar la cantidad de vapor de agua en la atmósfera (lo que resulta en una mayor evapotranspiración ), lo que a su vez conduce a un mayor calentamiento. [10] Las retroalimentaciones climáticas positivas también incluyen las retroalimentaciones positivas del ciclo del carbono . Estos son la liberación de metano ártico por el deshielo del permafrost , turberas e hidratos, aumentos abruptos del metano atmosférico , descomposición, descomposición de la turba, secado de las selvas tropicales, incendios forestales y desertificación . Otras retroalimentaciones climáticas positivas incluyen la retroalimentación de las nubes , la retroalimentación del albedo del hielo y la liberación de gas.
La principal retroalimentación negativa o "respuesta de enfriamiento" proviene de la ley de Stefan-Boltzmann . Afirma que la energía total radiada por unidad de superficie por unidad de tiempo (también conocida como salida radiante ) es directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del cuerpo negro. Las retroalimentaciones negativas del ciclo del carbono actúan para eliminar el dióxido de carbono y el metano del sistema después de que aumentan sus concentraciones. Estas retroalimentaciones incluyen la respuesta de los océanos (los océanos eliminan CO 2 del aire, lo que conduce a la acidificación de los océanos ), la erosión química y la producción primaria a través de la fotosíntesis .
Las observaciones y los estudios de modelización indican que, globalmente, las retroalimentaciones positivas superan a las negativas. Por lo tanto, existe una retroalimentación neta positiva al calentamiento global de la Tierra. [3] : 82
En la ciencia del clima , una retroalimentación que amplifica un calentamiento inicial se llama retroalimentación positiva . [1] Por otro lado, una retroalimentación que reduce un calentamiento inicial se llama retroalimentación negativa . [1] Nombrar una retroalimentación positiva o negativa no implica que la retroalimentación sea buena o mala. [11]
Un glosario del IPCC de 2021 define una retroalimentación positiva como aquella en la que una perturbación inicial se intensifica, y una retroalimentación negativa como aquella en la que la perturbación inicial se debilita por los cambios que provoca. [4] : 2222 El glosario explica que la perturbación inicial puede ser forzada externamente o puede surgir a través de la variabilidad interna del sistema climático . [4] : 2222
Aquí, forzamiento externo se refiere a "un agente forzante fuera del sistema climático que causa un cambio en el sistema climático" [4] : 2229 que puede empujar al sistema climático hacia el calentamiento o el enfriamiento. [12] Los forzamientos externos pueden ser causados por el hombre (por ejemplo, emisiones de gases de efecto invernadero o cambios en el uso de la tierra ) o naturales (por ejemplo, erupciones volcánicas ). [4] : 2229
Las proyecciones de calentamiento global contenidas en el Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del IPCC incluyen retroalimentaciones del ciclo del carbono . [13] Los autores del AR4, sin embargo, señalaron que la comprensión científica de la retroalimentación del ciclo del carbono era deficiente. [14] Las proyecciones del AR4 se basaron en una variedad de escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero y sugirieron un calentamiento entre finales del siglo XX y finales del XXI de 1,1 a 6,4 °C. [13] Este es el rango "probable" (más del 66% de probabilidad), basado en el juicio experto de los autores del IPCC. Los autores observaron que el extremo inferior del rango "probable" parecía estar mejor restringido que el extremo superior del rango "probable", en parte debido a las retroalimentaciones del ciclo del carbono. [13] La Sociedad Meteorológica Estadounidense ha comentado que se necesita más investigación para modelar los efectos de la retroalimentación del ciclo del carbono en las proyecciones del cambio climático. [15]
Ha habido predicciones, y algunas pruebas, de que el calentamiento global podría provocar la pérdida de carbono de los ecosistemas terrestres , lo que provocaría un aumento de los niveles de CO 2 atmosférico . Varios modelos climáticos indican que el calentamiento global a lo largo del siglo XXI podría acelerarse por la respuesta del ciclo del carbono terrestre a dicho calentamiento. [16] Los 11 modelos del estudio C4MIP encontraron que una fracción mayor del CO 2 antropogénico permanecerá en el aire si se tiene en cuenta el cambio climático. A finales del siglo XXI, este CO 2 adicional oscilaba entre 20 y 200 ppm para los dos modelos extremos, situándose la mayoría de los modelos entre 50 y 100 ppm. Los mayores niveles de CO 2 provocaron un calentamiento climático adicional de entre 0,1° y 1,5°C. Sin embargo, todavía existía una gran incertidumbre sobre la magnitud de estas sensibilidades. Ocho modelos atribuyeron la mayoría de los cambios a la tierra, mientras que tres lo atribuyeron al océano. [17] Las retroalimentaciones más fuertes en estos casos se deben al aumento de la respiración de carbono de los suelos en los bosques boreales de alta latitud del hemisferio norte. Un modelo en particular ( HadCM3 ) indica una retroalimentación del ciclo secundario del carbono debido a la pérdida de gran parte de la selva amazónica en respuesta a una reducción significativa de las precipitaciones en la América del Sur tropical. [18] Si bien los modelos no están de acuerdo sobre la fuerza de cualquier retroalimentación del ciclo del carbono terrestre, cada uno de ellos sugiere que dicha retroalimentación aceleraría el calentamiento global.
Las observaciones muestran que los suelos del Reino Unido han estado perdiendo carbono a un ritmo de cuatro millones de toneladas al año durante los últimos 25 años [19], según un artículo publicado en Nature por Bellamy et al. en septiembre de 2005, quienes señalan que es poco probable que estos resultados se expliquen por cambios en el uso de la tierra. Resultados como este dependen de una red de muestreo densa y, por lo tanto, no están disponibles a escala global. Extrapolando a todo el Reino Unido, estiman unas pérdidas anuales de 13 millones de toneladas al año. Esto equivale a las reducciones anuales de emisiones de dióxido de carbono logradas por el Reino Unido en virtud del Tratado de Kioto (12,7 millones de toneladas de carbono por año). [20]
También se ha sugerido (por Chris Freeman ) que la liberación de carbono orgánico disuelto (DOC) de las turberas a los cursos de agua (de los cuales a su vez entraría a la atmósfera) constituye una retroalimentación positiva para el calentamiento global. El carbono almacenado actualmente en las turberas (390 a 455 gigatoneladas, un tercio del carbono total almacenado en la tierra) es más de la mitad de la cantidad de carbono que ya se encuentra en la atmósfera. [21] Los niveles de DOC en los cursos de agua están aumentando notablemente; La hipótesis de Freeman es que los responsables no son las temperaturas elevadas, sino los niveles elevados de CO 2 atmosférico, a través de la estimulación de la productividad primaria . [22] [23]
Se cree que la muerte de árboles está aumentando como resultado del cambio climático, lo que supone un efecto de retroalimentación positiva. [24]
Se predice que los humedales y los ecosistemas de agua dulce serán los mayores contribuyentes potenciales a la retroalimentación climática global de metano. [25] El calentamiento a largo plazo cambia el equilibrio en la comunidad microbiana relacionada con el metano dentro de los ecosistemas de agua dulce, por lo que producen más metano mientras que proporcionalmente menos se oxida a dióxido de carbono. [26]
El calentamiento es también la variable desencadenante de la liberación de carbono (potencialmente en forma de metano) en el Ártico. [28] El metano liberado por el deshielo del permafrost , como las turberas congeladas en Siberia , y por el clatrato de metano en el fondo del mar, crea una retroalimentación positiva . [29] [30] [31] [9] En abril de 2019, Turetsky et al. El permafrost informado se estaba derritiendo más rápido de lo previsto. [32] [31] Recientemente, la comprensión de la retroalimentación climática del permafrost mejoró, pero las emisiones potenciales del permafrost submarino siguen siendo desconocidas y, como muchas otras retroalimentaciones de carbono del suelo [33] , todavía están ausentes de la mayoría de los modelos climáticos. [34]
Siberia occidental es la turbera más grande del mundo , una región de un millón de kilómetros cuadrados de turbera de permafrost que se formó hace 11.000 años al final de la última edad de hielo . Es probable que el deshielo de su permafrost provoque la liberación, durante décadas, de grandes cantidades de metano . En las próximas décadas podrían liberarse hasta 70.000 millones de toneladas de metano, un gas de efecto invernadero extremadamente eficaz, creando una fuente adicional de emisiones de gases de efecto invernadero. [35] Se ha observado un deshielo similar en el este de Siberia . [36] Lawrence y cols. (2008) sugieren que un rápido derretimiento del hielo marino del Ártico puede iniciar un ciclo de retroalimentación que derrita rápidamente el permafrost del Ártico, provocando un mayor calentamiento. [37] [38] 31 de mayo de 2010. La NASA publicó que a nivel mundial "Los gases de efecto invernadero están escapando del permafrost y entrando a la atmósfera a un ritmo creciente - hasta 50 mil millones de toneladas cada año de metano, por ejemplo - debido a una tendencia global al deshielo". Esto es particularmente problemático porque el metano calienta la atmósfera con una eficiencia 25 veces mayor que el dióxido de carbono" (el equivalente a 1.250 mil millones de toneladas de CO 2 por año). [39]
Los investigadores también han analizado cómo el carbono liberado por el permafrost podría contribuir al calentamiento global. [40] Un estudio de 2011 proyectó cambios en el permafrost basándose en un escenario medio de emisiones de gases de efecto invernadero ( SRES A1B). Según el estudio, para 2200, la retroalimentación del permafrost podría aportar 190 (+/- 64) gigatoneladas de carbono acumuladas a la atmósfera.
En 2019, un informe llamado "Boleta de calificaciones del Ártico" estimó que las emisiones actuales de gases de efecto invernadero del permafrost ártico son casi iguales a las emisiones de Rusia o Japón o menos del 10% de las emisiones globales de combustibles fósiles . [41]
El Sexto Informe de Evaluación del IPCC afirma que "las proyecciones de los modelos de ecosistemas de permafrost sugieren que el futuro deshielo del permafrost conducirá a un calentamiento adicional, suficiente para ser importante, pero no lo suficiente como para conducir a una situación de 'calentamiento galopante', en la que el deshielo del permafrost conduzca a una aceleración dramática y autorreforzada del calentamiento global". [42]
El clatrato de metano , también llamado hidrato de metano, es una forma de hielo de agua que contiene una gran cantidad de metano dentro de su estructura cristalina . Se han encontrado depósitos extremadamente grandes de clatrato de metano bajo los sedimentos de los fondos marinos y oceánicos de la Tierra. Se ha planteado la hipótesis de que la liberación repentina de grandes cantidades de gas natural de los depósitos de clatrato de metano, en un evento de cambio climático , es una causa de cambios climáticos pasados y posiblemente futuros. La liberación de este metano atrapado es un posible resultado importante de un aumento de temperatura; Se cree que esto podría aumentar la temperatura global en 5° más, ya que el metano es mucho más potente como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono. La teoría también predice que esto afectará en gran medida el contenido de oxígeno disponible en la atmósfera. Esta teoría se ha propuesto para explicar el evento de extinción masiva más grave de la Tierra conocido como evento de extinción del Pérmico-Triásico , y también el evento de cambio climático Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno . En 2008, una expedición de investigación de la Unión Geofísica Americana detectó niveles de metano hasta 100 veces superiores a lo normal en el Ártico siberiano, probablemente liberado por clatratos de metano liberados por agujeros en una "tapa" congelada de permafrost del fondo marino , alrededor del emisario de el río Lena y la zona comprendida entre el mar de Laptev y el mar de Siberia Oriental . [43] [44] [45]
En 2020 se descubrió la primera fuga de metano del fondo marino de la Antártida. Los científicos no están seguros de qué lo causó. La zona donde se encontró aún no se había calentado significativamente. Está en la ladera de un volcán, pero parece que no es de allí. Los microbios consumidores de metano consumen mucho menos metano de lo que se suponía, y los investigadores creen que esto debería incluirse en los modelos climáticos. También afirman que hay mucho más por descubrir sobre el tema en la Antártida. [46] Una cuarta parte de todo el metano marino se encuentra en la región de la Antártida [47]
Las evaluaciones de la literatura realizadas por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) y el Programa Científico del Cambio Climático de EE. UU. (CCSP) han considerado la posibilidad de que el cambio climático proyectado en el futuro conduzca a un rápido aumento del metano atmosférico . El Tercer Informe de Evaluación del IPCC , publicado en 2001, analizó posibles aumentos rápidos del metano debido a reducciones en el sumidero químico atmosférico o a la liberación de depósitos de metano enterrados . En ambos casos, se consideró que dicha liberación sería "excepcionalmente improbable" [48] (menos del 1% de probabilidad, según el juicio de expertos). [49] La evaluación del CCSP, publicada en 2008, concluyó que una liberación abrupta de metano a la atmósfera parecía "muy improbable" [50] (menos del 10% de probabilidad, según el juicio de expertos). [51] Sin embargo, la evaluación del CCSP señaló que el cambio climático "muy probablemente" (más del 90% de probabilidad, según el juicio de expertos) aceleraría el ritmo de las emisiones persistentes tanto de las fuentes de hidratos como de los humedales. [50]
El 10 de junio de 2019, Louise M. Farquharson y su equipo informaron que su estudio de 12 años sobre el permafrost canadiense había "las profundidades máximas de deshielo observadas en nuestros sitios ya superan las proyectadas para 2090. Entre 1990 y 2016, un aumento de hasta Se han observado 4 °C en el permafrost terrestre y se espera que esta tendencia continúe a medida que la temperatura media anual del aire en el Ártico aumente a un ritmo que duplica el de las latitudes más bajas". [52] Determinar el alcance del desarrollo del nuevo termokarst es difícil, pero hay pocas dudas de que el problema está generalizado. Farquharson y su equipo suponen que alrededor de 231.000 millas cuadradas (600.000 kilómetros cuadrados) de permafrost, o alrededor del 5,5% de la zona que es permafrost durante todo el año, es vulnerable al rápido deshielo de la superficie. [53]
La materia orgánica almacenada en el permafrost genera calor a medida que se descompone en respuesta al deshielo del permafrost. [54] Se estima que la cantidad de carbono almacenado en la región de permafrost es aproximadamente dos veces la cantidad de carbono que se encuentra en la atmósfera de la Tierra. [55] A medida que los trópicos se vuelven más húmedos, como predicen muchos modelos climáticos, es probable que los suelos experimenten mayores tasas de respiración y descomposición, lo que limita la capacidad de almacenamiento de carbono de los suelos tropicales. [56]
La turba , que se encuentra naturalmente en las turberas , es un depósito de carbono importante a escala global. [57] Cuando la turba se seca, se descompone y además puede quemarse. [58] El ajuste del nivel freático debido al calentamiento global puede causar importantes excursiones de carbono desde las turberas. [59] Esto puede liberarse como metano , lo que puede exacerbar el efecto de retroalimentación, debido a su alto potencial de calentamiento global .
Los bosques tropicales , sobre todo los bosques tropicales , son particularmente vulnerables al calentamiento global. Hay una serie de efectos que pueden ocurrir, pero dos son particularmente preocupantes. En primer lugar, la vegetación más seca puede provocar el colapso total del ecosistema de la selva tropical . [60] [61] Por ejemplo, la selva amazónica tendería a ser reemplazada por ecosistemas de caatinga . Además, incluso los ecosistemas de bosques tropicales que no colapsan por completo pueden perder proporciones significativas de su carbono almacenado como resultado de la desecación, debido a cambios en la vegetación. [62] [63]
El Cuarto Informe de Evaluación del IPCC predice que muchas regiones de latitudes medias, como la Europa mediterránea, experimentarán una disminución de las precipitaciones y un mayor riesgo de sequía, lo que a su vez permitiría que se produjeran incendios forestales a mayor escala y con mayor regularidad. Esto libera a la atmósfera más carbono almacenado del que el ciclo del carbono puede reabsorber naturalmente, además de reducir la superficie forestal total del planeta, creando un circuito de retroalimentación positiva. Parte de ese circuito de retroalimentación es un crecimiento más rápido de los bosques de reemplazo y una migración de los bosques hacia el norte a medida que las latitudes septentrionales se vuelven climas más adecuados para el mantenimiento de los bosques. Existe la duda de si la quema de combustibles renovables, como los bosques, debe considerarse como una contribución al calentamiento global. [64] [65] [66] Cook y Vizy también descubrieron que era probable que se produjeran incendios forestales en la selva amazónica , lo que eventualmente resultaría en una transición a la vegetación de Caatinga en la región amazónica oriental. [ cita necesaria ]
La desertificación es una consecuencia del calentamiento global en algunos entornos. [67] Los suelos desérticos contienen poco humus y sustentan poca vegetación. Como resultado, la transición a ecosistemas desérticos suele estar asociada con excursiones de carbono.
Si las atmósferas se calientan, la presión de vapor de saturación aumenta y la cantidad de vapor de agua en la atmósfera tenderá a aumentar. Dado que el vapor de agua es un gas de efecto invernadero, el aumento del contenido de vapor de agua hace que la atmósfera se caliente aún más; este calentamiento hace que la atmósfera retenga aún más vapor de agua (una retroalimentación positiva ), y así sucesivamente hasta que otros procesos detengan el ciclo de retroalimentación. El resultado es un efecto invernadero mucho mayor que el debido únicamente al CO2 . Aunque este proceso de retroalimentación provoca un aumento en el contenido de humedad absoluta del aire, la humedad relativa se mantiene casi constante o incluso disminuye ligeramente porque el aire es más cálido. [68] Los modelos climáticos incorporan esta retroalimentación. La retroalimentación del vapor de agua es muy positiva, y la mayoría de las pruebas respaldan una magnitud de 1,5 a 2,0 W/m 2 /K, suficiente para aproximadamente duplicar el calentamiento que se produciría de otro modo. [69] La retroalimentación del vapor de agua se considera un mecanismo de retroalimentación más rápido. [70]
Se espera que el calentamiento global cambie la distribución y el tipo de nubes. Vistas desde abajo, las nubes emiten radiación infrarroja hacia la superficie y, por tanto, ejercen un efecto de calentamiento; Vistas desde arriba, las nubes reflejan la luz solar y emiten radiación infrarroja al espacio, ejerciendo así un efecto refrescante. Que el efecto neto sea de calentamiento o de enfriamiento depende de detalles como el tipo y la altitud de la nube. Las nubes bajas son más brillantes y ópticamente más gruesas, mientras que las nubes altas son ópticamente delgadas (transparentes) en el IR visible y atrapan. La reducción de las nubes bajas tiende a aumentar la radiación solar entrante y, por lo tanto, tiene una retroalimentación positiva, mientras que una reducción de las nubes altas (ya que en su mayoría solo atrapan los infrarrojos) daría como resultado una retroalimentación negativa . Estos detalles fueron mal observados antes de la llegada de los datos satelitales y son difíciles de representar en modelos climáticos. [68] Los modelos climáticos globales mostraban una retroalimentación neta positiva de las nubes cercana a cero a moderadamente fuerte, pero la sensibilidad climática efectiva ha aumentado sustancialmente en la última generación de modelos climáticos globales. Las diferencias en la representación física de las nubes en los modelos impulsan esta mayor sensibilidad climática en relación con la generación anterior de modelos. [71] [72] [73]
Una simulación de 2019 predice que si los gases de efecto invernadero alcanzan tres veces el nivel actual de dióxido de carbono atmosférico, las nubes estratocúmulos podrían dispersarse abruptamente, contribuyendo a un calentamiento global adicional. [74] [8]
Cuando el hielo se derrite, la tierra o el mar abierto ocupan su lugar. Tanto la tierra como las aguas abiertas son, en promedio, menos reflectantes que el hielo y, por lo tanto, absorben más radiación solar. Esto provoca más calentamiento, lo que a su vez provoca más derretimiento, y este ciclo continúa. [75] Durante épocas de enfriamiento global , el hielo adicional aumenta la reflectividad, lo que reduce la absorción de la radiación solar, lo que resulta en un mayor enfriamiento a través de un ciclo continuo. [76] Esto se considera un mecanismo de retroalimentación más rápido. [70]
El cambio de albedo es también la razón principal por la que el IPCC predice que las temperaturas polares en el hemisferio norte aumentarán hasta el doble que las del resto del mundo, en un proceso conocido como amplificación polar . En septiembre de 2007, el área de hielo marino del Ártico alcanzó aproximadamente la mitad del tamaño del área mínima promedio de verano entre 1979 y 2000. [77] [78] También en septiembre de 2007, el hielo marino del Ártico se retiró lo suficiente como para que el Paso del Noroeste se volviera navegable hasta envío por primera vez en la historia registrada. [79] Sin embargo, las pérdidas récord de 2007 y 2008 pueden ser temporales. [80] Mark Serreze, del Centro Nacional de Datos sobre Hielo y Nieve de EE. UU ., considera que 2030 es una "estimación razonable" de cuándo la capa de hielo del Ártico en verano podría estar libre de hielo. [81] No se prevé que la amplificación polar del calentamiento global ocurra en el hemisferio sur. [82] El hielo marino antártico alcanzó su mayor extensión registrada desde el comienzo de la observación en 1979, [83] pero la ganancia de hielo en el sur es superada por la pérdida en el norte. La tendencia del hielo marino global, en el hemisferio norte y en el hemisferio sur combinados, es claramente una disminución. [84]
La pérdida de hielo puede tener procesos de retroalimentación interna, ya que el derretimiento del hielo sobre la tierra puede provocar un aumento eustático del nivel del mar , lo que podría provocar inestabilidad de las plataformas de hielo e inundaciones de masas de hielo costeras, como las lenguas de los glaciares. Además, existe un posible ciclo de retroalimentación debido a los terremotos causados por el rebote isostático que desestabiliza aún más las plataformas de hielo, los glaciares y los casquetes polares.
El albedo del hielo en algunos bosques subárticos también está cambiando, a medida que los alerces ( que mudan sus agujas en invierno, permitiendo que la luz del sol se refleje en la nieve en primavera y otoño) están siendo reemplazados por abetos (que conservan sus agujas oscuras). todo el año). [85]
La liberación de gases de origen biológico puede verse afectada por el calentamiento global, pero la investigación sobre tales efectos se encuentra en una etapa temprana. Algunos de estos gases, como el óxido nitroso liberado por la turba o el deshielo del permafrost , afectan directamente al clima. [86] [87] Otros, como el sulfuro de dimetilo liberado de los océanos, tienen efectos indirectos. [88]
Un estudio de 2010 sugirió que si las emisiones globales de metano aumentaran en un factor de 2,5 a 5,2 por encima de (entonces) las emisiones actuales, [89] la contribución indirecta al forzamiento radiativo sería aproximadamente el 250% y el 400%, respectivamente, del forzamiento que puede generarse. atribuirse directamente al metano. Esta amplificación del calentamiento del metano se debe a los cambios proyectados en la química atmosférica.
A medida que aumenta la temperatura de un cuerpo negro , la emisión de radiación infrarroja aumenta con la cuarta potencia de su temperatura absoluta según la ley de Stefan-Boltzmann. Esto aumenta la cantidad de radiación que regresa al espacio a medida que la Tierra se calienta. [90] Es una fuerte respuesta estabilizadora y a veces se la ha llamado "respuesta sin retroalimentación" porque es una propiedad intensiva de un sistema termodinámico cuando se considera puramente una función de la temperatura. [91] Aunque la Tierra tiene una emisividad efectiva menor que la unidad, la radiación ideal del cuerpo negro emerge como una cantidad separable cuando se investigan las perturbaciones de la radiación saliente del planeta.
La retroalimentación de Planck o respuesta de Planck es la respuesta radiativa comparable obtenida del análisis de observaciones prácticas o modelos climáticos globales (GCM). Su resistencia esperada se ha estimado de forma más sencilla a partir de la derivada de la ecuación de Stefan-Boltzmann como -4σT 3 = -3,8 W/m 2 /K. [90] [91] La contabilidad de las aplicaciones GCM a veces ha arrojado una solidez reducida, debido a propiedades extensas de la estratosfera y artefactos residuales similares identificados posteriormente como ausentes en dichos modelos. [91] Generalmente se postula que las propiedades más extensas del "cuerpo gris" de la Tierra que influyen en la radiación saliente están abarcadas por los otros componentes de retroalimentación del GCM y se distribuyen de acuerdo con una formulación particular de retroalimentación de forzado del sistema climático. [92] Idealmente, la fuerza de retroalimentación de Planck obtenida a partir de GCM, mediciones indirectas y estimaciones de cuerpos negros convergerá aún más a medida que los métodos de análisis continúen madurando.
Esta radiación de cuerpo negro o respuesta de Planck ha sido identificada como "la retroalimentación más fundamental del sistema climático". [93] : 19
Se cree que las retroalimentaciones climáticas negativas del ciclo del carbono de la Tierra son relativamente insensibles a los cambios de temperatura. Por este motivo, a veces se consideran por separado o se ignoran en los estudios que pretenden cuantificar la sensibilidad climática . [92] Sin embargo, son reacciones significativas a las emisiones antropogénicas de CO 2 a lo largo del tiempo y tienen influencia en la inercia climática y en estudios más generales del cambio climático dinámico (dependiente del tiempo). [95]
Siguiendo el principio de Le Chatelier , el equilibrio químico del ciclo del carbono de la Tierra cambiará en respuesta a las emisiones antropogénicas de CO 2 . El principal impulsor de esto es el océano, que absorbe CO 2 antropogénico a través de la llamada bomba de solubilidad . En la actualidad, esto representa sólo alrededor de un tercio de las emisiones actuales, pero en última instancia, la mayor parte (~75%) del CO 2 emitido por las actividades humanas se disolverá en el océano en un período de siglos: "Una mejor aproximación a la vida útil de los fósiles combustible CO2 para el debate público podría durar 300 años, más un 25% que dura para siempre". [96] Sin embargo, la velocidad a la que el océano lo absorberá en el futuro es menos segura y se verá afectada por la estratificación inducida por el calentamiento y, potencialmente, cambios en la circulación termohalina del océano .
La meteorización química a largo plazo actúa eliminando el CO 2 de la atmósfera. Con el calentamiento global actual , la meteorización está aumentando, lo que demuestra una importante retroalimentación entre el clima y la superficie de la Tierra. [97] El biosecuestro también captura y almacena CO 2 mediante procesos biológicos. La formación de conchas por parte de organismos en el océano, durante mucho tiempo, elimina CO 2 de los océanos. [98] La conversión completa de CO 2 en piedra caliza lleva de miles a cientos de miles de años. [99]
La productividad primaria neta cambia en respuesta al aumento de CO 2 , a medida que la fotosíntesis de las plantas aumentó en respuesta al aumento de las concentraciones. Sin embargo, este efecto se ve anulado por otros cambios en la biosfera debido al calentamiento global. [100]
La tasa de caída es la tasa a la que una variable atmosférica, normalmente la temperatura en la atmósfera terrestre , cae con la altitud . [101] [102] Se trata, por tanto, de una cuantificación de la temperatura, relacionada con la radiación, en función de la altitud, y no es un fenómeno separado en este contexto. La retroalimentación de la tasa de lapso es generalmente una retroalimentación negativa. Sin embargo, en realidad se trata de una retroalimentación positiva en las regiones polares, donde contribuyó en gran medida al calentamiento polar amplificado, una de las mayores consecuencias del cambio climático. [103] Esto se debe a que en regiones con fuertes inversiones , como las regiones polares, la retroalimentación de la tasa de caída puede ser positiva porque la superficie se calienta más rápido que en altitudes más altas, lo que resulta en un enfriamiento de onda larga ineficiente . [104] [105] [106]
La temperatura de la atmósfera disminuye con la altura en la troposfera . Dado que la emisión de radiación infrarroja varía con la temperatura, la radiación de onda larga que escapa al espacio desde la atmósfera superior relativamente fría es menor que la emitida hacia el suelo desde la atmósfera inferior. Por tanto, la intensidad del efecto invernadero depende de la tasa de disminución de la temperatura de la atmósfera con la altura. Tanto la teoría como los modelos climáticos indican que el calentamiento global reducirá la tasa de disminución de la temperatura con la altura, produciendo una retroalimentación negativa de la tasa de caída que debilita el efecto invernadero. [104] Las mediciones de la tasa de cambio de temperatura con la altura son muy sensibles a pequeños errores en las observaciones, lo que dificulta establecer si los modelos concuerdan con las observaciones. [93] : 25 [107]
La Tierra es un sistema termodinámico en el que los cambios de temperatura a largo plazo siguen el desequilibrio energético global ( EEI significa desequilibrio energético de la Tierra ):
donde ASR es la radiación solar absorbida y OLR es la radiación de onda larga saliente en la parte superior de la atmósfera. Cuando el EEI es positivo, el sistema se está calentando, cuando es negativo, el sistema se está enfriando y cuando es aproximadamente cero, no hay calentamiento ni enfriamiento. Los términos ASR y OLR en esta expresión abarcan muchas propiedades dependientes de la temperatura e interacciones complejas que gobiernan el comportamiento del sistema. [108]
Para diagnosticar ese comportamiento en torno a un estado de equilibrio relativamente estable , se puede considerar una perturbación del EEI como lo indica el símbolo Δ. Esta perturbación es inducida por un forzamiento radiativo ( ΔF ) que puede ser natural o provocado por el hombre. Las respuestas dentro del sistema para regresar al estado estable o alejarse más del estado estable se denominan retroalimentaciones λΔT :
En conjunto, las retroalimentaciones se aproximan mediante el parámetro linealizado λ y la temperatura perturbada ΔT porque todos los componentes de λ (que se supone son de primer orden para actuar de forma independiente y aditiva) también son funciones de la temperatura, aunque en diferentes grados, por definición para un sistema termodinámico. :
Algunos componentes de retroalimentación que tienen una influencia significativa en la EEI son: = vapor de agua, = nubes, = albedo de la superficie, = ciclo del carbono, = respuesta de Planck y = tasa de caída. Se entiende que todas las cantidades son promedios globales, mientras que T generalmente se traduce a temperatura en la superficie debido a su relevancia directa para los humanos y muchas otras formas de vida. [92]
La respuesta negativa de Planck, al ser una función especialmente fuerte de la temperatura, a veces se factoriza para dar una expresión en términos de las ganancias relativas de retroalimentación g i de otros componentes:
Por ejemplo, para la retroalimentación del vapor de agua.
En el contexto del análisis y modelado numérico del clima moderno, la formulación linealizada tiene un uso limitado. Uno de esos usos es diagnosticar las fortalezas relativas de diferentes mecanismos de retroalimentación. Luego se obtiene una estimación de la sensibilidad climática a un forzamiento para el caso en el que la retroalimentación neta sigue siendo negativa y el sistema alcanza un nuevo estado de equilibrio ( ΔEEI=0 ) después de que haya pasado algún tiempo: [93] : 19-20
La incertidumbre sobre las reacciones del cambio climático tiene implicaciones para la política climática. Por ejemplo, la incertidumbre sobre las reacciones del ciclo del carbono puede afectar los objetivos de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero ( mitigación del cambio climático ). [109] Los objetivos de emisiones a menudo se basan en un nivel objetivo de estabilización de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, o en un objetivo para limitar el calentamiento global a una magnitud particular. Ambos objetivos (concentraciones o temperaturas) requieren una comprensión de los cambios futuros en el ciclo del carbono. Si los modelos proyectan incorrectamente cambios futuros en el ciclo del carbono, entonces se podrían no alcanzar los objetivos de concentración o temperatura. Por ejemplo, si los modelos subestiman la cantidad de carbono liberado a la atmósfera debido a retroalimentaciones positivas (por ejemplo, debido al deshielo del permafrost), entonces también pueden subestimar el alcance de las reducciones de emisiones necesarias para cumplir con un objetivo de concentración o temperatura. [ cita necesaria ]
Curiosamente, la retroalimentación verdadera es consistentemente más débil que el valor de humedad relativa constante, lo que implica una reducción pequeña pero sólida de la humedad relativa en todos los modelos; en promedio, las nubes parecen proporcionar una retroalimentación positiva en todos los modelos.
El material se copió de esta fuente, que está disponible bajo una licencia Creative Commons Attribution 3.0 Unported. doi : 10.5194/acpd-12-19799-2012 . hdl : 20.500.11850/58316 .
