Historia del clima de la Tierra: Implicaciones para el mañana

Fuente NASA - Por James E. Hansen y Makiko Sato - julio 2011

Los humanos vivieron en un mundo bastante diferente durante la última edad de hielo, que alcanzó su punto máximo hace 20.000 años. Una capa de hielo cubría Canadá y partes de los Estados Unidos. La capa de hielo, de más de una milla de grosor en promedio, se habría elevado por encima de los edificios más altos de la actualidad. Las oscilaciones climáticas glaciales e interglaciares fueron impulsadas por forzamientos climáticos mucho más pequeños que los forzamientos hechos por el hombre debido al creciente CO2 atmosférico, pero esos débiles forzamientos naturales tuvieron mucho tiempo para operar, lo cual permitió que entraran en juego lentas retroalimentaciones climáticas como el derretimiento o el crecimiento de las capas de hielo

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El pasado es la clave del futuro. Contrariamente a la creencia popular, los modelos climáticos no son la base principal para evaluar los efectos climáticos causados por el hombre. Nuestro conocimiento más preciso proviene del paleoclima de la Tierra, su clima antiguo y cómo respondió a los cambios pasados de los forzamientos climáticos, incluyendo la composición atmosférica. Nuestra segunda fuente esencial de información la proporcionan las observaciones mundiales actuales, especialmente las observaciones de los satélites, que revelan cómo el sistema climático está respondiendo a los rápidos cambios de la composición atmosférica provocados por el hombre, especialmente el dióxido de carbono (CO2) atmosférico. Los modelos nos ayudan a interpretar los cambios climáticos pasados y presentes y, en la medida en que logran simular los cambios pasados, proporcionan una herramienta para ayudar a evaluar los impactos de las políticas alternativas que afectan el clima.

Los datos del paleoclima nos dan nuestra mejor evaluación de la sensibilidad climática, que es el eventual cambio de temperatura global en respuesta a un forzamiento climático específico. Un forzamiento climático es un cambio impuesto en el balance energético de la Tierra, como puede ser causado, por ejemplo, por un cambio en el brillo del sol o un cambio en el CO2 atmosférico causado por el hombre. Por conveniencia, los científicos a menudo consideran un forzamiento estándar, el CO2 atmosférico duplicado, porque ese es un nivel de forzamiento que los humanos impondrán este siglo si el uso de combustibles fósiles continúa sin disminuir.

Mostramos a partir de los datos del paleoclima que el eventual calentamiento global debido al CO2 duplicado será de alrededor de 3°C (5.4°F) cuando sólo las llamadas retroalimentaciones rápidas han respondido al forzamiento. Las retroalimentaciones rápidas son cambios de cantidades como el vapor de agua atmosférico y las nubes, que cambian a medida que cambia el clima, amplificando o disminuyendo así el cambio climático. Las retroalimentaciones rápidas entran en juego a medida que cambia la temperatura global, por lo que su efecto total se retrasa varios siglos por la inercia térmica del océano, lo que ralentiza la respuesta climática total. Sin embargo, se espera que alrededor de la mitad de la respuesta climática de retroalimentación rápida ocurra dentro de unas pocas décadas. El tiempo de respuesta climática es uno de los "detalles" importantes que los modelos climáticos ayudan a dilucidar.

Figura 1: Temperatura global relativa a la temperatura máxima del Holoceno, basada en los núcleos oceánicos.

También demostramos que las reacciones lentas amplifican la respuesta global a un forzamiento climático. La principal retroalimentación lenta es el área de la Tierra cubierta por capas de hielo. Es fácil ver por qué esta retroalimentación amplifica el cambio climático, porque la reducción del tamaño de las capas de hielo debido al calentamiento expone una superficie más oscura, que absorbe más luz solar, causando así más calentamiento. Sin embargo, nos resulta difícil decir cuánto tiempo tardarán las capas de hielo en responder al forzamiento climático provocado por el hombre porque no hay cambios pasados documentados de CO2 atmosférico casi tan rápidos como el cambio actual provocado por el hombre.

La respuesta de las capas de hielo al cambio climático es un problema en el que las observaciones de los satélites pueden ayudar. También los modelos de las capas de hielo, a medida que se vuelven más realistas y se prueban contra los cambios observados en las capas de hielo, pueden ayudar a nuestra comprensión. Pero primero obtengamos una amplia orientación de los cambios climáticos en el pasado "reciente": el Plioceno y el Pleistoceno, los últimos 5,3 millones de años.

La Figura 1 muestra la temperatura de la superficie global durante los últimos 5,3 millones de años, tal como se deduce de los núcleos de sedimentos oceánicos tomados alrededor del océano global. Los últimos 800.000 años se amplían en la mitad inferior de la figura. Se requieren suposiciones para estimar el cambio de la temperatura superficial global debido a los cambios en las profundidades del océano, pero argumentamos y presentamos evidencia de que el registro de los núcleos oceánicos produce una mejor medida del cambio medio global que la proporcionada por los núcleos de hielo polar.

La civilización se desarrolló durante el Holoceno, el período interglacial de los últimos 10.000 años durante el cual la temperatura global y el nivel del mar han sido inusualmente estables. La figura 1 muestra dos períodos interglaciales anteriores que fueron más cálidos que el Holoceno: el Eemian (hace unos 130.000 años) y el Holsteinian (hace unos 400.000 años). En ambos períodos el nivel del mar alcanzó alturas por lo menos 4-6 metros (13-20 pies) mayores que las actuales. En el Plioceno temprano la temperatura global no era más de 1-2°C más caliente que hoy, sin embargo el nivel del mar era 15-25 metros (50-80 pies) más alto.

El registro del paleoclima deja claro que el objetivo de mantener el calentamiento global producido por el hombre por debajo de los 2°C, como se ha propuesto en algunas discusiones internacionales, no es suficiente - es una receta para el desastre. La evaluación del peligroso nivel de CO2, y el peligroso nivel de calentamiento, se hace difícil por la inercia del sistema climático. La inercia, especialmente del océano y las capas de hielo, nos permite introducir poderosos forzamientos climáticos como el CO2 atmosférico con sólo una respuesta inicial moderada. Pero esa inercia no es nuestra amiga - significa que estamos construyendo cambios para las generaciones futuras que serán difíciles, si no imposibles, de evitar.

Figura 2: Cambio de masa en Groenlandia (a) y en la Antártida (b) deducido a partir de las mediciones del campo gravitatorio realizadas por Velicogna (2009) y mejor ajustado con tiempos de pérdida de masa de 5 y 10 años que se duplican.

Una gran incertidumbre es la rapidez con la que las capas de hielo pueden responder al calentamiento. Nuestra mejor evaluación probablemente será a partir de mediciones precisas de los cambios de masa de las capas de hielo de Groenlandia y de la Antártida, que pueden ser monitoreadas a través de mediciones del campo gravitacional de la Tierra por medio de satélites.

La figura 2 muestra que tanto las capas de hielo de Groenlandia como de la Antártida están perdiendo masa a un ritmo significativo, hasta unos pocos cientos de kilómetros cúbicos por año. Sugerimos que la pérdida de masa por la desintegración de las capas de hielo probablemente se puede aproximar mejor por la pérdida de masa exponencial que por la pérdida de masa lineal. Si cualquiera de las dos capas de hielo perdiera masa a un ritmo que se duplicara en un tiempo de 10 años o menos, se produciría un aumento multimétrico del nivel del mar en este siglo.

El registro disponible (Fig. 2) es demasiado breve para proporcionar una indicación de la forma de la futura pérdida de masa de hielo, pero los datos se volverán extremadamente útiles a medida que el registro se alargue. La continuación de estas mediciones por satélite debe tener una alta prioridad.

Referencias

Hansen, J.E. y Mki. Sato, 2011: Implicaciones del paleoclima en el cambio climático provocado por el hombre: A. Berger, F. Mesinger y D. Šijači, Eds. Springer, en prensa.

Velicogna, I., 2009: Aumento de la tasa de pérdida de masa de hielo de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida revelado por GRACE. Geofísica. Res. Lett. 36, L19503, doi:10.1029/2009GL040222.

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