Cambio climático antropogénico vs. natural: ¿cuál avanza más rápido?

El pasado enero, España se vio afectada por la tormenta de nieve Filomena, una de las más importantes en los últimos 100 años. Pocos días después, la península fue azotada por lluvias y vientos inusualmente fuertes. En todo el mundo, las emisoras meteorológicas reportan cada vez más situaciones climáticas extremas. Pero, ¿el cambio climático es real? ¿Y a qué velocidad avanza? ¿Qué relación tienen los fenómenos meteorológicos extremos de las últimas décadas con los contratiempos climáticos de nuestro pasado geológico? 

Autores: Dorothea Eue / Kathelijne Bonne. Edición española: Silvia Zuleta Romano. 

El año 2020 fue el más cálido registrado hasta ahora. El extremo norte de la Península Antártica alcanzó temperaturas estivales récord de 18,3 °C en febrero de 2020. En la Patagonia los glaciares están cada vez más delgados, perdiendo 30 a 44 metros de espesor cada año, más rápido que en cualquier otro lugar. Los Grandes Lagos de Estados Unidos ya no se congelan. Y el permafrost se desintegra en todo el mundo, liberando 1.700 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera cada invierno desde 2003.

¿Estamos realmente ante un calentamiento global antropogénico acelerado?

Examinaremos el impacto humano en el clima y lo compararemos con el cambio climático en el pasado geológico de nuestro planeta. A continuación, analizaremos algunas causas del cambio climático global y daremos algunos ejemplos reales.

Impacto humano en el cambio climático: algunas estadísticas.

El calentamiento global antropogénico comenzó con la quema de combustibles fósiles durante la Revolución Industrial (a partir de 1750). Los niveles de CO2 han seguido aumentando desde entonces y la temperatura media de la Tierra está ahora 1,4 °C por encima del valor preindustrial. Modelos recientes han demostrado que alcanzaremos un aumento de 4° a finales de siglo si seguimos la trayectoria habitual (sin mitigación del cambio climático). Se calcula que desde la Revolución Industrial hasta 2100, la temperatura media global aumentará más de 1° cada cien años.

El siguiente vídeo de la NASA muestra las anomalías de la temperatura media de la Tierra en los últimos años. (El rojo está por encima de la temperatura media y el azul por debajo.)

El Acuerdo de París de 2015 establece que la temperatura media no debe aumentar más de 1,5 °C para mantenerse dentro de los límites planetarios de seguridad, definidos por el Centro de Resiliencia de Estocolmo.

El aumento del CO2 en la atmósfera se ilustra con la famosa curva de Keeling, que muestra las mediciones continúas realizadas en Mauna Loa (Hawái) desde 1958, iniciadas por el difunto Dr. Charles Keeling (aquí puedes leer las concentraciones diarias de CO2, publicadas por el Instituto Scripps de Oceanografía). La curva de Keeling llamó la atención del mundo sobre el aumento del CO2, pero la relación entre el aumento de las temperaturas y los niveles de CO2 había sido señalada mucho antes, por el químico Svante Arrhenius (1859-1927).

La concentración de CO2 en la atmósfera se expresa en partes por millón (ppm). A continuación, algunas estadísticas para ilustrar el impacto humano.

En la época preindustrial, los niveles calculados de CO2 en la atmósfera eran de alrededor de 228 ppm. Esta concentración se ha mantenido relativamente estable a lo largo de los últimos 10.000 años, es decir, desde el final de la última Edad de Hielo (véase el gráfico con las concentraciones del Holoceno más abajo). A principios de los años sesenta del siglo pasado, los niveles de CO2 habían alcanzado las 320 ppm, y en diciembre de 2020, hemos llegado a 414 ppm; casi el doble del valor preindustrial en menos de 300 años.

El principal (pero no el único) efecto del aumento del CO2 es el calentamiento global. Un resultado inmediato y fácil de ver es el deshielo de los polos. Según los modelos de la Universidad de Londres, el Ártico no tendrá hielo en el verano en 2040.

El calentamiento del Ártico ya está alterando la corriente de chorro y el vórtice polar, provocando patrones meteorológicos erráticos en el hemisferio norte, como, por ejemplo, el que sintieron los habitantes de la España con la borrasca Filomena en enero de 2021.

Ahora averigüemos cómo se compara el rápido calentamiento global moderno con otros acontecimientos climáticos de la historia de la Tierra.

El cambio climático en el pasado

A lo largo del tiempo geológico, el clima ha cambiado continuamente. La Tierra ha pasado por climas extremos y se ha transformado, más de una vez, de un mundo de 'casa de hielo' (Ice House) a uno de invernadero o casa caliente (Greenhouse). En el primer caso, los polos están totalmente cubiertos de hielo, que a menudo se extiendió a latitudes mucho más bajas que ahora, mientras que, en una casa caliente, los polos están libres de hielo.

Entramos en la casa de hielo hace más o menos, 50 millones de años. A lo largo de estos cambios climáticos naturales, no todas las especies pudieron adaptarse al mundo cambiante y muchas se extinguieron. Por ahora, tanto el Ártico como la Antártida siguen cubiertos de hielo. Pero, todo apunta a que estamos entrando en un mundo de invernadero.

Algunas de las principales edades de hielo del pasado duraron entre miles hasta millones de años. Por ejemplo, varias veces durante el Proterozoico (hace 2,500 hasta 542 millones de años), la Tierra estuvo casi completamente cubierta de nieve y hielo. Los científicos se refieren a este episodio de la historia del planeta como la hipotética Tierra bola de nieve o glaciación global (Snowball Earth).

Tuvieron que pasar millones de años antes de que se acumulara en el aire suficiente gases invernaderos (procedente, por ejemplo, de los volcanes) para que el hielo se derritiera.

En otras épocas, podía hacer muchísimo calor, por ejemplo, durante los tiempos del Paleoceno y Eoceno, como veremos.

Factores desencadenantes del cambio climático natural

Los hechos que inician el cambio climático natural son complejos y están entrelazados. Hay tres causas principales:

1. Cambios naturales en los niveles de CO2. El CO2 y otros gases de efecto invernadero atrapan el calor del sol. Un cambio en el CO2 puede ser el resultado de erupciones volcánicas, de la fotosíntesis, de la muerte y descomposición de organismos y de cambios en la erosión de la superficie terrestre. (La liberación antropogénica de CO2 se debe a la quema de organismos que no se descomponieron y no liberaron su CO2 directamente después de morir).
2. Tectónica de placas: a medida que los continentes cambian de ubicación, la radiación solar se distribuye de forma diferente en la tierra y el mar. Por lo tanto, las corrientes oceánicas también cambian, distribuyendo el calor y la humedad de forma diferente. El cambio climático causado por la tectónica de placas tarda muchos millones de años en establecerse.
3. Factores astronómicos: los cambios regulares en la posición del eje de rotación de la Tierra, que se tambalea, también actúan sobre el clima. Estas oscilaciones de la Tierra provocan cambios climáticos cíclicos en la escala de unos pocos miles a un millón de años. Ejemplos de ello son las Edades de Hielo del Pleistoceno y los episodios verdes del Sahara.

Los cambios climáticos rápidos y cataclismos (que necesitan de minutos a semanas o meses) pueden ser causados por impactos de asteroides o erupciones volcánicas masivas (lea nuestro artículo sobre el supervolcán Campi Flegrei y el supuesto fin de los neandertales en Italia). Los aerosoles que se liberan en estos eventos bloquean la luz solar, provocando un período corto y frío. Normalmente, estos cambios no provocan un cambio permanente en el clima, pero muchas especies mueren o se extinguen durante de ellos.

Veamos algunos ejemplos reales de cambios climáticos en el pasado.

Frío extremo: La Edad de Hielo del Carbonífero.

Durante el Periodo Carbonífero, las plantas y la vida en general habían conquistado la superficie terrestre, antes había solo vida en el mar. El planeta por fin era verde. Por lo tanto, con el auge de las plantas, aumentó la cantidad de organismos que realizan fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas verdes y los microorganismos absorben el CO2 para formar, bajo la luz solar, compuestos químicos esenciales para vivir, liberando oxígeno en el proceso. Por este proceso los niveles de CO2 empezaron a disminuir, con el consiguiente descenso de las temperaturas. Debido a las bajas temperaturas, las capas de hielo de los polos se expandieron, y estas grandes extensiones blancas reflejaron más luz solar hacia el espacio. El resultado: se hizo aún más frío. Esta Gran Edad de Hielo duró unos 40 millones de años. Probablemente también hubo otras causas, como la alteración de las corrientes oceánicas.

El Paleoceno-Eoceno: las temperaturas más altas de la historia

Yéndonos al otro extremo, la Tierra experimentó su temperatura más cálida hace 55 millones de años, en la transición del Paleoceno al Eoceno. Hubo una gran liberación de CO2 de los océanos que duró entre 20.000 y 50.000 años, lo que provocó que las temperaturas medias se dispararan entre 5 y 8 grados por encima de las actuales. Este episodio se conoce como el Máximo térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM, por sus siglas en inglés). Los niveles de CO2 rondaban las 2000 ppm (cinco veces más que en la actualidad). El episodio cálido duró en total unos 200.000 años.

Basándonos en las cifras mencionadas arriba, las temperaturas durante el PETM habrían aumentado 1° cada 2500 a 10.000 años.

Y esto nos lleva de nuevo a la pregunta inicial de este artículo: ¿a qué velocidad se está produciendo el cambio climático actual?

Calentamiento antropogénico acelerado

Si bien el episodio de calentamiento global extremo del PETM fue lo suficientemente catastrófico para muchas especies, según un estudio reciente (Gingerich, 2019), el ritmo de producción de CO2 por parte de los humanos en la actualidad es diez veces mayor que durante el pico de hace 55 millones de años.

Y basándonos en nuestros rápidos cálculos en este artículo, con un aumento de 1° cada 100 años por el calentamiento postindustrial, frente a los 1° cada 2500 a 10.000 años para el PETM, el calentamiento global actual parece tener lugar a un ritmo aún más rápido que el indicado por Gingerich. Por eso, ninguno de los dos es tranquilizador.

Muchos fenómenos meteorológicos erráticos observados hoy en día pueden atribuirse a la liberación de CO2 por las actividades humanas. Nos enfrentamos a un cambio climático sin precedentes si continuamos con la trayectoria de siempre 'business as usual' en lugar de 'build back better'.

¿Te ha molestado la borrasca Filomena? Espero que no, porque fue solo
una brisa comparado con lo que nos espera. 

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Otros artículos sobre el ambiente y el clima. 

• Los límites planetarios: un lugar seguro para los humanos.
• El origen del oxígeno: ¿desde cuando respiramos?

Fuentes:

NASA Earth Observatory. 2020, Great Lakes, not so great ice., https://earthobservatory.nasa.gov/images/146317/great-lakes-not-so-great-ice

NASA Earth Observatory. 2020. Antarctica Melts Under Its Hottest Days on Record. https://earthobservatory.nasa.gov/images/146322/antarctica-melts-under-its-hottest-days-on-record

NASA Earth Observatory. 2020. Permafrost Becoming a Carbon Source instead of a Sink. https://earthobservatory.nasa.gov/images/145880/permafrost-becoming-a-carbon-source-instead-of-a-sink

NASA Earth Observatory. 2019. Is HPS-12 the Fastest Thinning Glacier?

Julienne Stroeve and Dirk Notz 2018 Environ. Res. Lett. 13 103001 Changing state of Arctic sea ice across all seasons.

Gingerich, P. D. (2019). Temporal scaling of carbon emission and accumulation rates: Modern anthropogenic emissions compared to estimates of PETM onset accumulation. Paleoceanography and Paleoclimatology, 34, 329- 335. https://doi.org/10.1029/2018PA003379.

The Royal Society: Basics of climate change. https://royalsociety.org/topics-policy/projects/climate-change-evidence-causes/basics-of-climate-change/

Dorothea Eue es geóloga espacializada en tectónica de placas. 

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