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¿Podría la "Circulación del Atlántico"-AMOC- pararse?


Fuente: Carbonbrief.org Febrero 2020

Por: Dr Richard Wood y Dr Laura Jackson - Met Office Hadley Centre.


En general, pensamos en el cambio climático como un proceso gradual: cuanto más gases de efecto invernadero emitan los humanos, más cambiará el clima. Pero, ¿hay algún "punto de no retorno" que nos comprometa a un cambio irreversible?


La "Circulación Meridional de Vuelco del Atlántico", conocida como "AMOC", es uno de los principales sistemas de corrientes en los océanos del mundo y desempeña un papel crucial en la regulación del clima.


Está impulsado por un delicado equilibrio de las temperaturas y la salinidad de los océanos, que corre el riesgo de verse alterado por el calentamiento del clima.


Las últimas investigaciones sugieren que es muy probable que el AMOC se debilite en este siglo, pero un colapso es muy poco probable. Sin embargo, los científicos están lejos de poder definir exactamente cuánto calentamiento podría empujar a AMOC más allá de un punto de inflexión.


La siguiente figura muestra una ilustración del AMOC. En el Atlántico Norte, el agua caliente de los subtrópicos viaja hacia el norte cerca de la superficie y el agua fría - y, por lo tanto, más densa - viaja hacia el sur en la profundidad, típicamente a 2-4 km por debajo de la superficie.


En el norte, el agua cálida de la superficie es enfriada por la atmósfera suprayacente, y se convierte en agua fría y densa, así se hunde para abastecer a la rama profunda, hacia el sur. En otros lugares, el agua fría sube y se calienta, reabasteciendo la rama superior, caliente y completando el circuito.



¿Podría colapsar el AMOC?

La AMOC es vulnerable al cambio climático. A medida que la atmósfera se calienta debido al aumento de los gases de efecto invernadero, la capacidad del océano para enfriar la superficie del agua en el Atlántico Norte disminuye y uno de los factores que impulsan el AMOC se debilita.


Las proyecciones de los modelos climáticos del calentamiento global de este siglo apuntan sistemáticamente a un debilitamiento de la AMOC. Las evaluaciones más recientes del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) -el quinto informe de evaluación (IE5) y el informe especial sobre los océanos y la criósfera en un clima cambiante (SROCC)- concluyen que es "muy probable" que el AMOC se debilite en el siglo XXI.


Tal debilitamiento tendría un efecto de enfriamiento en el clima alrededor de la región del Atlántico Norte, ya que el suministro de calor hacia el norte se está desacelerando. Este efecto está incluido en las proyecciones climáticas, pero el efecto de calentamiento directo de las crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero es más fuerte, por lo que el resultado neto sigue siendo el calentamiento sobre las regiones terrestres.


Pero, en teoría, es posible que se produzcan cambios más drásticos. Puede existir un "punto de inflexión" más allá del cual la corriente AMOC actual deje de funcionar.


La evidencia de esto se remonta a un documento seminal publicado en 1961 por uno de los padres de la oceanografía moderna, Henry Stommel. Stommel se dio cuenta de que la AMOC es el resultado de una especie de competencia entre los efectos de la temperatura y la salinidad, que influyen en la densidad del agua de mar.


La siguiente figura ilustra los diferentes estados posibles de la AMOC. En el clima actual, la temperatura domina y el agua fría y densa de alta latitud impulsa una fuerte corriente AMOC (curva roja). Pero en otros estados climáticos es posible que el agua dulce (de las precipitaciones o del deshielo) se enfríe -y por lo tanto aligere- el agua de alta latitud; en este caso, el agua no es lo suficientemente densa para impulsar la corriente AMOC, que se colapsa (curva azul).


Si la entrada de agua dulce al Atlántico fuera lo suficientemente fuerte - por el rápido derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia, por ejemplo - el punto azul se movería a la derecha en la figura. Según el modelo de Stommel, en algún momento la fuerte corriente de AMOC (rojo) se vuelve insostenible y AMOC colapsa hasta el estado "apagado" (azul). Entonces, incluso si el cambio climático que produce el cambio se invirtiera más tarde (el punto azul que se mueve hacia la izquierda en la figura), la corriente AMOC permanecería en la curva azul y no volvería a "encenderse" hasta que el clima hubiera superado las condiciones actuales en la dirección opuesta. Este fenómeno se conoce como "histéresis".




Puntos de inflexión e histéresis de la AMOC en el modelo simple de Stommel. Los posibles estados del AMOC dependen de la cantidad de entrada de agua dulce al Océano Atlántico (eje x). La fuerza del AMOC se muestra en el eje y. [Nótese que ambos se miden en Sverdrups (Sv), donde 1 Sv denota un millón de metros cúbicos de agua transportada por segundo]. Cuando hay una baja entrada de agua dulce, la temperatura domina el flujo y sólo es posible un fuerte AMOC (curva roja). Para una alta entrada de agua dulce, sólo es posible un estado de colapso (curva azul). En el medio, ambos estados son posibles. Si la entrada de agua dulce aumentara más allá de un valor crítico (el punto de inflexión), el AMOC colapsaría. Entonces, incluso si la entrada de agua dulce volviera a su estado original, el AMOC permanecería apagado. Crédito: Met Office.



Proyecciones a largo plazo


La idea de Stommel ha evolucionado a lo largo de los años, pero la idea fundamental sigue siendo relevante. Hay pruebas de que los cambios de AMOC pueden haber desempeñado un papel en algunos cambios climáticos importantes del pasado, el más reciente hace unos 8.200 años cuando el mundo estaba saliendo de la última edad de hielo.


En ese momento, un enorme lago en el noroeste de Canadá estaba siendo retenido por una pared de hielo. A medida que las temperaturas se calentaban, la pared de hielo se derrumbó, depositando el agua dulce del lago en el Atlántico Norte e interrumpiendo la AMOC. Un enfriamiento importante en este momento puede verse en los registros paleoclimáticos de América del Norte, Groenlandia y Europa.


Los modelos climáticos exhaustivos generalmente no proyectan un cierre completo del AMOC en el siglo XXI, pero recientemente los modelos se han corrido más hacia el futuro. En los escenarios de altas concentraciones continuas de gases de efecto invernadero, varios modelos proyectan un cierre efectivo del AMOC para 2300.


Sin embargo, las proyecciones de los modelos del futuro AMOC son muy variadas. Por consiguiente, en cuanto a la cuestión de qué nivel de calentamiento global daría lugar a un cierre del AMOC, es poco probable que la comunidad científica vea alguna convergencia en el futuro próximo.


Si bien el mecanismo fundamental que desestabiliza el AMOC en el modelo original de Stommel parece ser importante en los modelos climáticos, hay otros procesos que están tratando de estabilizarla. Muchos de estos procesos son difíciles de modelar cuantitativamente, especialmente con la limitada resolución que es posible con la actual potencia de computación. Así que nuestras proyecciones de AMOC seguirán estando sujetas a bastante incertidumbre durante algún tiempo.


Teniendo en cuenta todas las pruebas, el IE5 del IPCC y el SROCC concluyeron que un colapso del AMOC antes de 2100 era "muy improbable" (pdf). Sin embargo, los impactos si pasamos un punto de inflexión de la AMOC serían enormes, por lo que es mejor verlo como un escenario de "baja probabilidad, alto impacto".



¿Cuáles serían los impactos de un colapso?

Se pueden utilizar modelos climáticos para evaluar el impacto sobre el clima si la AMOC se cerrara completamente. Al añadir grandes cantidades de agua dulce al Atlántico Norte en un modelo, los científicos aligeran artificialmente el agua fría y densa que forma la rama inferior del bucle. Esto detiene el AMOC y entonces podemos ver el impacto en el clima.


La figura de abajo ilustra los cambios que resultan en uno de estos experimentos. El apagado del AMOC da como resultado un enfriamiento (sombreado en azul) de todo el hemisferio norte, particularmente de las regiones más cercanas a la zona de pérdida de calor del Atlántico Norte (el "radiador" del sistema de calefacción central del Atlántico Norte). En estas regiones el enfriamiento supera el calentamiento previsto debido a los gases de efecto invernadero, por lo que una parada completa en el siglo XXI, aunque muy improbable, podría dar lugar a un enfriamiento neto en regiones como Europa occidental.



Cambio modelizado de la temperatura de la superficie (C) después de un colapso artificialmente inducido del AMOC. El sombreado indica enfriamiento (azul) o calentamiento (naranja y rojo). Reimpreso con permiso de Springer. Jackson y otros (2015) Impactos climáticos globales y europeos de una desaceleración del AMOC en un GCM de alta resolución, Climate Dynamics.


Entre otros impactos se incluyen cambios importantes en los patrones de precipitación, aumentos en las tormentas de invierno sobre Europa y un aumento del nivel del mar de hasta 50 cm alrededor de la cuenca del Atlántico Norte. En muchas regiones estos efectos exacerbarían las tendencias debidas al calentamiento global.


Si bien estos experimentos con modelos son escenarios artificiales del tipo "¿qué pasaría si...?", ilustran la magnitud de los cambios que podrían resultar de un colapso de la AMOC. Los impactos en la agricultura, la vida silvestre, el transporte, la demanda de energía y la infraestructura costera serían complejos, pero podemos estar seguros de que habría importantes consecuencias socioeconómicas. Por ejemplo, un estudio demostró una reducción del 50% en la productividad del pasto en las principales regiones de pastoreo del oeste del Reino Unido e Irlanda.


¿Qué se puede hacer ante el riesgo de un colapso?

Como se ha explicado anteriormente, los científicos están lejos de poder definir con confianza un nivel de calentamiento global en el que la corriente AMOC estaría en riesgo de cruzar un punto de inflexión.


Sin embargo, puede ser posible manejar el riesgo de colapso del AMOC, incluso sin saber qué tan probable es.


Para tomar una analogía doméstica: Sé que es posible, pero improbable, que mi casa se queme, es un evento de baja probabilidad y alto impacto. No tengo mucha idea de la probabilidad de que se produzca un incendio, pero puedo controlar el riesgo de todos modos haciendo que se compruebe el cableado eléctrico e instalando alarmas de humo. La revisión del cableado reduce la probabilidad de un incendio, mientras que la alarma de humo me avisa con antelación si se inicia un incendio para que el impacto pueda reducirse: evacuando la casa y llamando a los bomberos.


Recientemente, junto con colegas de la Universidad de Exeter, hemos estado explorando la posibilidad de desarrollar un sistema de alerta temprana para el volcado de AMOC.


Utilizando un modelo simple, hemos demostrado que la forma en que las salinidades del Atlántico subtropical y subpolar evolucionan con el tiempo puede dar una indicación temprana de si la AMOC está en camino a un colapso, posiblemente décadas antes de que se haya visto un debilitamiento importante.


Es pronto para esta investigación, pero mediante la vigilancia de tal indicador puede ser posible dar más tiempo para prepararse para las consecuencias de un colapso del AMOC, o adoptar medidas más agresivas de mitigación del cambio climático para llevar al AMOC a una senda más estable.



Preguntas pendientes

A medida que el mundo se va enfrentando a los desafíos de cumplir los objetivos del acuerdo climático de París, aumenta el interés por las vías climáticas que sobrepasan temporalmente el nivel objetivo final. Es importante que esos rebasamientos no crucen ningún umbral irreversible en el camino hacia el destino final, por lo que la investigación sobre los puntos de inflexión debe vincular los resultados teóricos con estas cuestiones más prácticas.


Gran parte de la modelización de los puntos de inflexión de AMOC hasta la fecha ha utilizado escenarios idealizados de entrada de agua dulce al Atlántico Norte. Esto es relevante para algunos cambios pasados de AMOC, pero para modelar el cambio climático futuro necesitamos entender qué sucede cuando el calentamiento y el enfriamiento tienen lugar juntos.


Este es un problema muy desafiante porque el número de procesos y retroalimentaciones relevantes es mayor. Algunos de estos procesos operan a pequeñas escalas que los modelos luchan por resolver con la actual potencia de computación. La mejora de la modelización de los procesos clave de AMOC requiere paciencia y un compromiso a largo plazo, pero a la larga dará sus frutos en las predicciones más seguras de AMOC.


La investigación sobre la alerta temprana del colapso de AMOC está en sus inicios, pero puede ser una forma fructífera de responder al riesgo. Una cosa es segura: la alerta temprana requerirá observaciones continuas de los aspectos clave del AMOC.


La vigilancia del AMOC entró en una nueva era en 2004 con RAPID-MOCHA, un conjunto de instrumentos que se extiende a lo largo del ancho del Atlántico a una latitud de 26,5 grados norte y proporciona una vigilancia continua del AMOC. Antes de esto sólo había habido cinco instantáneas de la circulación repartidas a lo largo de 47 años.


Los resultados ya han cambiado nuestra comprensión de cómo varía la AMOC en el tiempo: por ejemplo, se cree que una caída inesperada de la AMOC -observada en el otoño de 2009- ha desempeñado un papel en los inusualmente fríos inviernos europeos de 2009-10 y 2010-11.


Más recientemente, se ha instalado un sistema de vigilancia similar más al norte en el Atlántico subpolar. Junto con las mediciones continuas de la temperatura y la salinidad que miden los flotadores Argo, los oceanógrafos disponen ahora de una base de datos sin precedentes para estudiar este elemento crucial de nuestro sistema climático y dar al mundo la oportunidad de prepararse para cualquier sorpresa desagradable.


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