Los efectos del cambio climático en el ciclo del agua son profundos y han sido descritos como una intensificación o un fortalecimiento del ciclo del agua (también llamado ciclo hidrológico). [2] : 1079 Este efecto se ha observado al menos desde 1980. [2] : 1079 Un ejemplo es la intensificación de los episodios de fuertes precipitaciones . Esto tiene importantes efectos negativos sobre la disponibilidad de recursos de agua dulce , así como sobre otras reservas de agua como océanos, capas de hielo, atmósfera y superficie terrestre. El ciclo del agua es esencial para la vida en la Tierra y desempeña un papel importante en el clima global y la circulación oceánica . Se espera que el calentamiento de nuestro planeta provoque cambios en el ciclo del agua por diversas razones. [3] Por ejemplo, una atmósfera más cálida puede contener más vapor de agua, lo que tiene efectos sobre la evaporación y la lluvia .
La causa subyacente de la intensificación del ciclo del agua es el aumento de la cantidad de gases de efecto invernadero, que provocan una atmósfera más cálida debido al efecto invernadero . [3] La física dicta que la presión de vapor de saturación aumenta un 7% cuando la temperatura aumenta 1 °C (como se describe en la ecuación de Clausius-Clapeyron ). [4]
La fuerza del ciclo del agua y sus cambios a lo largo del tiempo son de considerable interés, especialmente a medida que cambia el clima. [5] La esencia del ciclo hidrológico general es la evaporación de la humedad en un lugar y la precipitación en otros lugares. En particular, la evaporación excede la precipitación sobre los océanos, lo que permite que la atmósfera transporte la humedad desde los océanos a la tierra, donde la precipitación excede la evapotranspiración, y la escorrentía fluye hacia arroyos y ríos y se descarga en el océano, completando el ciclo. [5] El ciclo del agua es una parte clave del ciclo energético de la Tierra a través del enfriamiento por evaporación en la superficie que proporciona calor latente a la atmósfera, ya que los sistemas atmosféricos desempeñan un papel principal en el movimiento del calor hacia arriba. [5]
Si hay agua disponible, el calor adicional se destina principalmente a la evaporación, como siempre ocurre en los océanos; de lo contrario, aumenta la temperatura del aire. [6] La disponibilidad de agua más la capacidad de retención de agua de la atmósfera, que aumenta proporcionalmente con el aumento de la temperatura, significa que el agua desempeña un papel importante en los océanos y los trópicos, pero mucho menos en los continentes y las regiones polares. Por eso los aumentos de temperatura dominan en el Ártico ( amplificación polar ) y en la tierra. [6]
Varias características inherentes tienen el potencial de provocar cambios repentinos (abruptos) en el ciclo del agua. [7] : 1148 Sin embargo, la probabilidad de que tales cambios ocurran durante el siglo XXI se considera actualmente baja. [7] : 72
El calentamiento global provoca cambios en el ciclo global del agua . [9] Entre ellos se encuentra, en primer lugar, el aumento de la presión del vapor de agua en la atmósfera . Esto provoca cambios en los patrones de precipitación en cuanto a frecuencia e intensidad, así como cambios en las aguas subterráneas y la humedad del suelo. En conjunto, estos cambios a menudo se denominan "intensificación y aceleración" del ciclo del agua. [9] : xvii Los procesos clave que también se verán afectados son las sequías y las inundaciones , los ciclones tropicales , el retroceso de los glaciares , la capa de nieve , las inundaciones por atascos de hielo y los fenómenos meteorológicos extremos .
El aumento de la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera provoca una atmósfera más cálida. [3] La presión de vapor de saturación del aire aumenta con la temperatura, lo que significa que el aire más cálido puede contener más vapor de agua. Debido a que el aire puede contener más humedad y la tierra se vuelve más cálida, se intensifica la evaporación. Como consecuencia, el aumento de la cantidad de agua en la atmósfera provoca precipitaciones más intensas. [10]
Esta relación entre temperatura y presión de vapor de saturación se describe en la ecuación de Clausius-Clapeyron , que establece que la presión de saturación aumentará un 7% cuando la temperatura aumente 1 °C. [4] Esto es visible en las mediciones del vapor de agua troposférico , proporcionadas por satélites, [11] radiosondas y estaciones de superficie. El IPCC AR5 concluye que el vapor de agua troposférico ha aumentado un 3,5% en los últimos 40 años, lo que es consistente con el aumento de temperatura observado de 0,5 °C. [12]
Desde mediados del siglo XX, el cambio climático provocado por el hombre ha dado lugar a cambios observables en el ciclo global del agua . [7] : 85 El Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2021 predijo que estos cambios seguirán creciendo significativamente a nivel global y regional. [7] : 85
El informe también encontró que: La precipitación sobre la tierra ha aumentado desde 1950, y la tasa de aumento se ha vuelto más rápida desde la década de 1980 y en latitudes más altas. El vapor de agua en la atmósfera (en particular en la troposfera ) ha aumentado al menos desde la década de 1980. Se espera que en el transcurso del siglo XXI, la precipitación global anual sobre la tierra aumente debido a una temperatura superficial global más alta . [7] : 85
La influencia humana en el ciclo del agua se puede observar analizando la salinidad de la superficie del océano y los patrones de "precipitación menos evaporación (P-E)" sobre el océano. Ambos están elevados. [7] : 85 Una investigación publicada en 2012 basada en la salinidad de la superficie del océano durante el período 1950 a 2000 confirma esta proyección de un ciclo global del agua intensificado con áreas saladas volviéndose más salinas y áreas más frescas volviéndose más frescas durante el período. [13] El IPCC indica que existe un alto nivel de confianza en que se intensificarán los eventos de fuertes precipitaciones asociados con ciclones tropicales y extratropicales, así como el transporte de humedad atmosférica y los eventos de fuertes precipitaciones. [14]
Un clima más cálido hace que los fenómenos extremadamente húmedos y muy secos sean más graves. También puede haber cambios en los patrones de circulación atmosférica . Esto afectará las regiones y la frecuencia con la que ocurrirán estos extremos. En la mayor parte del mundo y en todos los escenarios de emisiones , se prevé que la variabilidad del ciclo del agua y los extremos que la acompañan aumentarán más rápidamente que los cambios de los valores promedio. [7] : 85
Los patrones climáticos regionales en todo el mundo también están cambiando debido al calentamiento de los océanos tropicales . La piscina cálida del Indo-Pacífico se ha estado calentando y expandiendo rápidamente durante las últimas décadas, en gran medida en respuesta al aumento de las emisiones de carbono derivadas de la quema de combustibles fósiles. [15] La piscina cálida se expandió hasta casi duplicar su tamaño, de un área de 22 millones de km 2 durante 1900-1980, a un área de 40 millones de km 2 durante 1981-2018. [16] Esta expansión de la piscina cálida ha alterado los patrones globales de lluvia, al cambiar el ciclo de vida de la Oscilación Madden Julian (MJO), que es el modo más dominante de fluctuación climática que se origina en los trópicos.
Varias características del ciclo del agua tienen el potencial de provocar cambios repentinos (abruptos) en el ciclo del agua. [7] : 1148 La definición de "cambio abrupto" es: un cambio de escala regional a global en el sistema climático que ocurre más rápidamente que en el pasado, lo que indica que la respuesta climática no es lineal. [7] : 1148 Puede haber "transiciones rápidas entre estados húmedos y secos" como resultado de interacciones no lineales entre el océano, la atmósfera y la superficie terrestre.
Por ejemplo, si ocurriera un colapso de la circulación meridional de vuelco del Atlántico (AMOC), podría tener grandes impactos regionales en el ciclo del agua. [7] : 1149 El inicio o la terminación de la modificación de la radiación solar también podría resultar en cambios abruptos en el ciclo del agua. [7] : 1151 También podría haber respuestas abruptas del ciclo del agua a los cambios en la superficie terrestre: la deforestación y la sequía del Amazonas , el reverdecimiento del Sahara y el Sahel , la amplificación de la sequía por el polvo son todos procesos que podrían contribuir.
La comprensión científica de la probabilidad de que se produzcan cambios tan abruptos en el ciclo del agua aún no está clara. [7] : 1151 Los cambios repentinos en el ciclo del agua debidos a la actividad humana son una posibilidad que no se puede descartar, con los conocimientos científicos actuales. Sin embargo, actualmente se considera baja la probabilidad de que se produzcan tales cambios durante el siglo XXI. [7] : 72
Los modelos climáticos no simulan muy bien el ciclo del agua. [17] Una razón es que la precipitación es una cantidad difícil de manejar porque es inherentemente intermitente. [6] : 50 A menudo, sólo se considera el importe medio. [18] La gente tiende a utilizar el término "precipitación" como si fuera lo mismo que "cantidad de precipitación". Lo que realmente importa al describir los cambios en los patrones de precipitación de la Tierra es algo más que la cantidad total: también se trata de la intensidad (cuánto llueve o nieva), la frecuencia (con qué frecuencia), la duración (cuánto tiempo) y el tipo (si llueve o nieva). o nieve). [6] : 50 El climatólogo neozelandés Kevin E. Trenberth y ex científico del NCAR ha investigado las características de la precipitación y ha descubierto que lo que importa para los extremos es la frecuencia y la intensidad, y que son difíciles de calcular en los modelos climáticos. [17]
Debido al calentamiento global y al aumento del derretimiento de los glaciares, los patrones de circulación termohalina pueden verse alterados por cantidades cada vez mayores de agua dulce liberadas en los océanos y, por lo tanto, cambiando la salinidad de los océanos. La circulación termohalina es responsable de sacar agua fría y rica en nutrientes de las profundidades del océano, un proceso conocido como afloramiento . [19]
El agua de mar se compone de agua dulce y sal, y la concentración de sal en el agua de mar se llama salinidad. La sal no se evapora, por lo que la precipitación y evaporación del agua dulce influyen fuertemente en la salinidad. Por lo tanto, los cambios en el ciclo del agua son claramente visibles en las mediciones de la salinidad de la superficie, que ya se conocen desde los años 30. [20] [21]
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La ventaja de utilizar la salinidad superficial es que está bien documentada en los últimos 50 años, por ejemplo con sistemas de medición in situ como ARGO . [23] Otra ventaja es que la salinidad oceánica es estable en escalas de tiempo muy largas, lo que hace que los pequeños cambios debidos al forzamiento antropogénico sean más fáciles de rastrear. La salinidad oceánica no está distribuida homogéneamente en el planeta, existen diferencias regionales que muestran un patrón claro. Las regiones tropicales son relativamente frescas, ya que en ellas predomina la lluvia. Los subtrópicos son más salinos, ya que en ellos predomina la evaporación; estas regiones también se conocen como "latitudes desérticas". [23] Las latitudes cercanas a las regiones polares son nuevamente menos salinas y los valores de salinidad más bajos se encuentran en estas regiones. Esto se debe a que hay una baja cantidad de evaporación en esta región [24] y una gran cantidad de agua dulce de deshielo que ingresa al Océano Ártico. [25]
Los registros de observación a largo plazo muestran una tendencia clara: los patrones globales de salinidad se están amplificando en este período. [26] [27] Esto significa que las regiones con alto contenido salino se han vuelto más salinas y las regiones con baja salinidad se han vuelto menos salinas. Las regiones de alta salinidad están dominadas por la evaporación, y el aumento de la salinidad muestra que la evaporación aumenta aún más. Lo mismo ocurre con las regiones de baja salinidad que se vuelven menos salinas, lo que indica que las precipitaciones se están intensificando cada vez más. [23] [28] Este patrón espacial es similar al patrón espacial de evaporación menos precipitación. Por lo tanto, la amplificación de los patrones de salinidad es una evidencia indirecta de una intensificación del ciclo del agua.
Para investigar más a fondo la relación entre la salinidad del océano y el ciclo del agua, los modelos desempeñan un papel importante en la investigación actual. Los modelos de circulación general (GCM) y, más recientemente, los modelos de circulación general atmósfera-océano (AOGCM) simulan las circulaciones globales y los efectos de cambios como la intensificación del ciclo del agua. [23] El resultado de múltiples estudios basados en tales modelos respalda la relación entre los cambios de salinidad de la superficie y los patrones amplificados de precipitación menos evaporación. [23] [29]
En la métrica SC2000 se captura una métrica para capturar la diferencia de salinidad entre las regiones de alta y baja salinidad en los 2000 metros superiores del océano. [20] El aumento observado de esta métrica es del 5,2% (±0,6%) de 1960 a 2017. [20] Pero esta tendencia se está acelerando, ya que aumentó un 1,9% (±0,6%) de 1960 a 1990, y un 3,3% ( ±0,4%) de 1991 a 2017. [20] La amplificación del patrón es más débil debajo de la superficie. Esto se debe a que el calentamiento de los océanos aumenta la estratificación cerca de la superficie, la capa subsuperficial todavía está en equilibrio con el clima más frío. Esto hace que la amplificación de la superficie sea más fuerte de lo que predijeron los modelos más antiguos. [30]
Un instrumento transportado por el satélite SAC-D Aquarius, lanzado en junio de 2011, midió la salinidad global de la superficie del mar . [31] [32]
Entre 1994 y 2006, las observaciones satelitales mostraron un aumento del 18% en el flujo de agua dulce hacia los océanos del mundo, en parte por el derretimiento de las capas de hielo, especialmente en Groenlandia [33] y en parte por el aumento de las precipitaciones impulsadas por un aumento en la evaporación global de los océanos. [34]
Los procesos esenciales del ciclo del agua son la precipitación y la evaporación. La cantidad local de precipitación menos la evaporación (a menudo denominada PE) muestra la influencia local del ciclo del agua. Los cambios en la magnitud de PE se utilizan a menudo para mostrar cambios en el ciclo del agua. [20] [35] Pero las conclusiones sólidas sobre los cambios en la cantidad de precipitación y evaporación son complejas. [36] Alrededor del 85% de la evaporación de la Tierra y el 78% de la precipitación ocurren sobre la superficie del océano, donde las mediciones son difíciles. [37] [38] La precipitación, por un lado, solo tiene registros de observación precisos a largo plazo sobre superficies terrestres donde la cantidad de lluvia se puede medir localmente (llamado in situ ). La evaporación, por el contrario, no tiene ningún registro de observación preciso desde hace mucho tiempo. [37] Esto prohíbe sacar conclusiones seguras sobre los cambios ocurridos desde la revolución industrial. El AR5 (Quinto Informe de Evaluación) del IPCC crea una descripción general de la literatura disponible sobre un tema y luego etiqueta el tema según su comprensión científica. Asignan sólo un nivel de confianza bajo a los cambios de precipitación antes de 1951 y un nivel de confianza medio después de 1951, debido a la escasez de datos. Estos cambios se atribuyen a la influencia humana, pero también con un nivel de confianza medio . [39] Ha habido cambios limitados en las precipitaciones monzónicas regionales observadas durante el siglo XX porque los aumentos causados por el calentamiento global han sido neutralizados por los efectos refrescantes de los aerosoles antropogénicos. Diferentes modelos climáticos regionales proyectan cambios en las precipitaciones monzónicas, por lo que se proyectan más regiones con aumentos que aquellas con disminuciones. [2]
La representación de la convección en los modelos climáticos ha restringido hasta ahora la capacidad de los científicos para simular con precisión los extremos climáticos africanos, limitando las predicciones del cambio climático. [40] Los modelos que permiten la convección (CPM) pueden simular mejor el ciclo diurno de la convección tropical, la estructura vertical de las nubes y el acoplamiento entre la convección húmeda y la convergencia y la retroalimentación humedad-convección del suelo en el Sahel . Los beneficios de los CPM también han quedado demostrados en otras regiones, incluida una representación más realista de la estructura y los extremos de las precipitaciones. Un modelo que permite la convección (espaciado de cuadrícula de 4,5 km) en un dominio de toda África muestra aumentos futuros en la duración de los períodos secos durante la estación húmeda en África occidental y central. Los científicos concluyen que, con una representación más precisa de la convección, los cambios proyectados en los extremos húmedo y seco en África pueden ser más severos. [41] En otras palabras: "ambos extremos de los extremos climáticos de África se volverán más severos". [42]
Los cambios en el ciclo del agua causados por el hombre aumentarán la variabilidad hidrológica y, por lo tanto, tendrán un profundo impacto en el sector del agua y en las decisiones de inversión. [9] Afectarán a la disponibilidad de agua ( recursos hídricos ), el suministro de agua , la demanda de agua , la seguridad hídrica y la asignación de agua a nivel regional, de cuenca y local. [9]
Los impactos del cambio climático relacionados con el agua afectan la seguridad hídrica de las personas a diario. Incluyen precipitaciones fuertes más frecuentes e intensas que afectan la frecuencia, el tamaño y el momento de las inundaciones. [43] Además, las sequías pueden alterar la cantidad total de agua dulce y provocar una disminución en el almacenamiento de agua subterránea y una reducción en la recarga de agua subterránea . [44] También puede producirse una reducción de la calidad del agua debido a fenómenos extremos. [45] : 558 También puede producirse un derretimiento más rápido de los glaciares. [46]
El cambio climático global probablemente hará que sea más complejo y costoso garantizar la seguridad hídrica. [47] Crea nuevas amenazas y desafíos de adaptación . [48] Esto se debe a que el cambio climático conduce a una mayor variabilidad hidrológica y extremos. El cambio climático tiene muchos impactos en el ciclo del agua. Esto da como resultado una mayor variabilidad climática e hidrológica, que puede amenazar la seguridad hídrica. [49] : VII Los cambios en el ciclo del agua amenazan la infraestructura hídrica existente y futura. Será más difícil planificar inversiones para futuras infraestructuras hídricas, ya que existen muchas incertidumbres sobre la variabilidad futura del ciclo del agua. [48] Esto hace que las sociedades estén más expuestas a los riesgos de eventos extremos relacionados con el agua y, por lo tanto, reduce la seguridad hídrica. [49] : VIIEl cambio climático podría tener impactos significativos en los recursos hídricos de todo el mundo debido a las estrechas conexiones entre el clima y el ciclo hidrológico . El aumento de las temperaturas aumentará la evaporación y provocará aumentos en las precipitaciones, aunque habrá variaciones regionales en las precipitaciones . Tanto las sequías como las inundaciones pueden volverse más frecuentes y más severas en diferentes regiones en diferentes momentos, generalmente menos nevadas y más precipitaciones en un clima más cálido, [50] y se esperan cambios dramáticos en las nevadas y el derretimiento de la nieve en las zonas montañosas. Las temperaturas más altas también afectarán la calidad del agua de maneras que no se comprenden bien. Los posibles impactos incluyen una mayor eutrofización . El cambio climático también podría significar un aumento en la demanda de riego agrícola, aspersores para jardines y tal vez incluso piscinas. Actualmente existe amplia evidencia de que la mayor variabilidad hidrológica y el cambio climático han tenido y seguirán teniendo un impacto profundo en el sector del agua. Estos efectos se verán a través del ciclo hidrológico, la disponibilidad de agua, la demanda de agua y la asignación de agua a nivel global, regional, de cuenca y local. [51]
La FAO de las Naciones Unidas afirma que para 2025, 1.900 millones de personas vivirán en países o regiones con escasez absoluta de agua, y dos tercios de la población mundial podrían encontrarse en condiciones de estrés. [52] El Banco Mundial añade que el cambio climático podría alterar profundamente los patrones futuros tanto de disponibilidad como de uso del agua, aumentando así los niveles de estrés e inseguridad hídrica, tanto a escala global como en sectores que dependen del agua. [53]El cambio climático afecta muchos factores asociados con las sequías . Estos incluyen cuánta lluvia cae y qué tan rápido se evapora nuevamente. El calentamiento de la tierra aumenta la gravedad y la frecuencia de las sequías en gran parte del mundo. [54] [55] : 1057 En algunas regiones tropicales y subtropicales del mundo, probablemente lloverá menos debido al calentamiento global. Esto los hará más propensos a la sequía. Las sequías empeorarán en muchas regiones del mundo. Estos incluyen Centroamérica, el Amazonas y el suroeste de Sudamérica. También incluyen África occidental y meridional. El Mediterráneo y el suroeste de Australia también son algunas de estas regiones. [55] : 1157
Las temperaturas más altas aumentan la evaporación. Esto seca el suelo y aumenta el estrés de las plantas . Como resultado, la agricultura sufre. Esto significa que incluso las regiones donde se espera que las precipitaciones generales se mantengan relativamente estables experimentarán estos impactos. [55] : 1157 Estas regiones incluyen el centro y el norte de Europa. Sin mitigación del cambio climático, alrededor de un tercio de las áreas terrestres probablemente experimentarán sequías moderadas o más severas para 2100. [55] : 1157 Debido al calentamiento global, las sequías son más frecuentes e intensas que en el pasado. [56]
Varios impactos empeoran sus impactos. Se trata de una mayor demanda de agua, un crecimiento demográfico y una expansión urbana en muchas zonas. [57] La restauración de la tierra puede ayudar a reducir el impacto de las sequías. Un ejemplo de esto es la agrosilvicultura . [58]Los impactos del cambio climático en las aguas subterráneas pueden ser mayores a través de sus efectos indirectos sobre la demanda de agua de riego a través del aumento de la evapotranspiración. [59] : 5 Se observa una disminución en el almacenamiento de agua subterránea en muchas partes del mundo. Esto se debe a que se utiliza más agua subterránea para actividades de riego en la agricultura, particularmente en las tierras secas . [60] : 1091 Parte de este aumento en el riego puede deberse a problemas de escasez de agua agravados por los efectos del cambio climático en el ciclo del agua. La redistribución directa del agua por actividades humanas, que asciende a ~24.000 km 3 por año, es aproximadamente el doble de la recarga mundial de aguas subterráneas cada año. [60]
El cambio climático provoca cambios en el ciclo del agua que, a su vez, afectan las aguas subterráneas de varias maneras: puede haber una disminución en el almacenamiento de agua subterránea y una reducción en la recarga de agua subterránea y un deterioro de la calidad del agua debido a eventos climáticos extremos. [61] : 558 En los trópicos, las intensas precipitaciones e inundaciones parecen provocar una mayor recarga de las aguas subterráneas. [61] : 582
Sin embargo, todavía se están investigando los impactos exactos del cambio climático en las aguas subterráneas. [61] : 579 Esto se debe a que aún faltan datos científicos derivados del monitoreo de las aguas subterráneas, como cambios en el espacio y el tiempo, datos de extracción y "representaciones numéricas de los procesos de recarga de las aguas subterráneas". [61] : 579
Los efectos del cambio climático podrían tener diferentes impactos en el almacenamiento de agua subterránea: los eventos de lluvia importantes más intensos (pero menos) esperados podrían conducir a una mayor recarga de agua subterránea en muchos entornos. [59] : 104 Pero los períodos de sequía más intensos podrían provocar la desecación y compactación del suelo, lo que reduciría la infiltración al agua subterránea. [62]
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