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Ciencia Opinión Especiales

¿Por qué hay calentamiento global?

28/06/2022
Por: J. Alejandro Martínez, profesor Facultad de Ingeniería - Pablo Cuartas Restrepo, profesor Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Es fácil escuchar que el planeta se está calentando, que hay una crisis climática, que por esta razón tenemos muchos desastres naturales y que tenemos que cambiar de fuentes de energía. Pero… ¿Cuáles son las razones detrás del calentamiento global? Un aspecto clave es la física del efecto invernadero atmosférico y los mecanismos físicos sugeridos por los modelos climáticos.

Desprendimiento de glaciar Pine Island (Antártida) de unos 79 kilómetros cúbicos. El deshielo contribuye al aumento del nivel del mar. Foto: NASA Earth Observatory.

Es normal que la atmósfera tenga variaciones entre una hora y otra, entre la mañana y la tarde, entre el día y la noche, o a lo largo de varios días. A estas variaciones cortas se les conoce como estado del tiempo. En contraste, la palabra clima en realidad se refiere al estado promedio de la atmósfera a lo largo de los años, es decir, el clima de una región se refiere a las condiciones típicas de temperatura, lluvias, nubes, viento, etc., propias de un lugar. Por ejemplo, el clima de Medellín es más frío y lluvioso que el de La Guajira*.

El clima también puede variar en periodos de años, décadas, siglos, o en tiempos incluso más largos. El clima puede tener periodos fríos y cálidos, o lluviosos y secos, de forma totalmente natural, sin que los humanos intervengan: a dichas fluctuaciones se les llama variabilidad natural. Por ejemplo, gran parte de Antioquia estuvo más cálida y seca entre 1991 y 1992, mientras que estuvo más fría y lluviosa entre 2010 y 2012. El sistema climático puede exhibir gran diversidad de variaciones debido a la complejidad de sus componentes, como la atmósfera y el océano, y a las interacciones entre ellos. Algunas variaciones son debido a la distancia y orientación de la órbita de la Tierra respecto al Sol, incluyendo variaciones más periódicas como las estaciones o los ciclos de Milankovitch. Otras variaciones no son periódicas, como la alternancia entre El Niño y La Niña. Si el clima siempre está teniendo variaciones ¿por qué tanto alboroto con la famosa crisis climática? Una importante razón es que los humanos están aumentando el efecto invernadero.

¿Qué es el efecto invernadero?

La atmósfera envuelve todo el planeta y está hecha por moléculas que no podemos ver a simple vista. Estas moléculas pueden absorber, dispersar y/o emitir parte de la energía que fluye a través del sistema climático en forma de radiación, incluyendo la luz del Sol, y otras formas no visibles como la radiación ultravioleta (que en exceso puede ser nociva para la piel) o la radiación infrarroja (que tiene que ver con la temperatura de los objetos). En 1856 Eunice Newton Foote encontró que el vapor de agua (H2O en forma gaseosa) y el dióxido de carbono (CO2) son gases que pueden absorber una gran cantidad de la radiación y la usan para aumentar su temperatura. Años después, John Tyndall midió con mayor precisión estos efectos, y de paso se llevó todo el crédito casi por 150 años. El efecto neto es que la presencia del vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera hace que la energía que entra del Sol no salga tan fácilmente, ayudando más bien a que la temperatura del planeta sea mayor a que si no tuviéramos atmósfera: ¡funciona como una cobija! A este fenómeno se le conoce como efecto invernadero; y al dióxido de carbono, el vapor de agua y otros gases, como el metano, se les llama gases de efecto invernadero.

Si aumenta la cantidad de dióxido de carbono (u otros gases de efecto invernadero), entonces la temperatura debería aumentar también. El incremento general de la temperatura de la atmósfera debido al aumento de los gases de efecto invernadero ha sido entendido desde hace más de 150 años. Sin embargo, el problema del cambio en el clima (e. g. la distribución de temperaturas, lluvias, vientos, etc.) no es tan simple, pues la energía en la atmósfera no solo fluye en forma de radiación, sino también por movimientos del aire; ahí entran en juego los modelos climáticos.

¿Para qué sirven los modelos climáticos?

La atmósfera es un sistema fluido en el que se pueden crear porciones de aire caliente que tienden a subir (convección) y formar nubes, mientras otras porciones del fluido tienden a bajar. Además, el calentamiento desigual entre diferentes partes del globo puede crear vientos. Todos estos movimientos transportan energía dentro de la atmósfera, tanto entre los trópicos y los polos como entre la superficie y los niveles más altos. Si queremos saber las temperaturas de la atmósfera y de la superficie, se hace necesario contar los flujos de energía más importantes, asociados tanto a la radiación como a la convección y los vientos (entre otros). Estas cuentas están regidas por leyes de la física y es necesario hacer suposiciones y aproximaciones antes de proceder a hacer los cálculos numéricos. A las ecuaciones resultantes y al código computacional para solucionarlas se les dice modelo climático.

En general los modelos climáticos no buscan dar información demasiado detallada, como la hora y lugar donde va a llover (eso lo hacen los modelos meteorológicos). Más bien se usan para entender y estimar la evolución y cambios del clima a lo largo de muchos meses, años o siglos. Por ejemplo, en 1974 Syukuro Manabe encontró con su modelo climático que el aumento del dióxido de carbono produce un incremento de la temperatura en los primeros niveles de la atmósfera (tropósfera), pero un enfriamiento más arriba (estratósfera), además de lluvias más fuertes; por esto Manabe recibió el Nobel de Física en 2021. Parte de estos comportamientos se han venido observando en la atmósfera real de la Tierra. No obstante, la atmósfera real tiene muchísimos detalles que modelos como el de Manabe no representaban. Los modelos actuales incluyen otros elementos para estudiar los detalles de cambios en el clima.

¿Qué sabemos y qué nos falta saber?

El sistema climático de la Tierra es complejo, con múltiples componentes e interacciones, lo cual hace que los cambios en la temperatura de la baja atmósfera tengan muchas diferencias entre un lugar y otro del planeta a lo largo de los años y las décadas. Parte de estas fluctuaciones se deben a la variabilidad natural. Sin embargo, desde la segunda revolución industrial se ha notado un incremento general en la temperatura promedio del planeta, al tiempo que se han incrementado los niveles de dióxido de carbono, en mayor medida debido a las acciones de los seres humanos, incluyendo el uso de combustibles fósiles, la deforestación, la expansión de las áreas urbanas, entre otras.

Entender los cambios en el clima de regiones particulares es mucho más retador, debido a la muy inhomogénea distribución de los mares, continentes, capas polares, montañas, bosques, efectos de los humanos, entre otras variables. Para entender mejor los cambios en diferentes sitios es necesario tener un monitoreo juicioso desde el cual podamos cuantificar los cambios reales en variables climáticas. También se usan modelos climáticos con más detalles de otros factores importantes, como la deforestación, la emisión de polutantes, comportamientos de los hielos polares y en glaciares, interacciones con la vegetación y los bosques, entre otros. De este modo hemos confirmado bastante de la base física de la crisis climática, al tiempo que continúan investigaciones para cuantificar y proyectar con más detalle los cambios de región a región.

*En el segundo artículo de esta serie se incluirán detalles sobre qué tanto se ha observado que ha cambiado el clima en diferentes regiones, y el rango de cambios proyectados, según el informe AR6 del IPCC.

Ilustraciones e infografía: Carolina Gomes. 

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