Ciencia

La escala de tiempo del cambio climático

6 Jun, 2017 - - @MartinOlalla_JM

El anuncio de retirada de Estados Unidos del Acuerdo de París ha puesto de actualidad el cambio climático y nos ha convertido a todos en expertos de la cosa, la pauta de vida moderna. A pesar de las características singulares del presidente de los Estados Unidos este tipo de decisiones hacen germinar la sensación de que la cosa no está clara; que todo es discutible; que quizá haya un bando de exageradores y otro de mitigadores con una semiverdad equidistante. En estos días hasta he llegado a ver nombrado al eppur si muove… en vano.

No soy experto en cambio climático pero desde hace cinco años imparto dos asignaturas optativas del Grado en Física relacionadas con ese asunto: se llaman Fuentes de Energía, y Física del Medio Ambiente y Meteorología. Curiosamente la primera es una y trina: compartimos docencia profesores de varios departamentos y a mí me toca de hablar de fuentes de energía fósiles. Nunca una película tuvo «malos» mejores y más eficientes. La segunda asignatura es, paradójicamente, una unidad de destino en lo universal, aunque se refiera a dos cosas formalmente diferentes.

No soy un experto en cambio climático pero estos cinco años me han acercado a bibliografía básica, como los Princeton Primers in Climate y específica como The Physical Science Basis, un volumen editado por el IPCC (1532 páginas, que se dice pronto pero se cogen al peso con dificultad) sobre los fundamentos físicos del cambio climático, que en realidad se refiere a los fundamentos físicos de la influencia de la quema de combustibles fósiles en las propiedades físico-químicas de la Tierra.

Quiero describir primero algo que, en mi opinión, confunde y contamina estas discusiones. Una cosa es el «cambio climático», expresado en cuánto van a subir las temperaturas en un tiempo fijado, o estableciendo objetivos para que no se sobrepase un cierto umbral de temperatura en un cierto plazo de tiempo, aspectos estos discutibles; y otra cuestión es la quema de combustibles fósiles o la «emisión de gases de efecto invernaderos». Aquí no mucho que discutir: se está emitiendo unos del orden de 10Pg de CO2 al año (1Pg es un petagramo, 1015 gramos o mil millones de toneladas).

La interrelación aparece en muchos argumentos. El Acuerdo de París (no soy experto en él) fija objetivos de temperatura; más o menos realizables o volutariosos. Para alcanzarlos los signatarios no preven comprar bloques de hielo, o alejar a la Tierra del Sol. Lo que preven es actuar sobre la causa, que es lo tangible y preocupante: las emisiones de CO2. Para los científicos la advertencia del cambio climático proporciona ejemplos fáciles de explicar y de entender, tanto para la sociedad y como para quienes toman decisiones políticas, quienes también son sociedad. Para el político el cambio climático actúa como el justificador de una decisión que es inherentemente antinatural para su labor: restringir actividades útiles a corto plazo en nombre de un bien mayor a (muy) largo plazo.

De la misma forma Patrick Michaels, un climatólogo del (o ligado al) Instituto Cato critica lo accesorio (los objetivos expresados en forma de temperatura y si el cambio de temperatura tiene origen humano o natural) y elude lo fundamental (¿es conveniente reducir las emisiones antropogénicas de CO2 en aras de ese bien mayor?) cuando describe su alegato científico contra el Acuerdo de París.

Pero no quería hablarles de personas o entidades que han pensado mucho más tiempo en este problema que yo. Quiero señalar brevemente por qué creo que es más que razonable estar preocupados por las emisiones de CO2. Para ello voy a mostrarles la figura 5-03 de libro editado por el IPCC.

La variación de diferentes magnitudes en los últimos 800ka (ochocientos mil años). De arriba a abajo: 1. Parámetros orbitales: excentricidad, oblicuidad, precesión climática (una medida de la insolación estival en el hemisferio ártico). 2. Abundancia relativa de CO2 en la atmósfera. 3. Variación de la temperatura intratropical en superficie. 4. Variación de la temperatura polar (antártica). 5. Abundancia del isótopo O-18 en sedimentos bénticos; una medida del volumen de hielo polar. 6. Nivel del mar. Las temperaturas están expresadas como diferencias respecto de la actual. (Masson-Delmotte y colaboradores: 2013: Information from Paleoclimate Archive, en Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of the Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC))

 

El eje X representa el tiempo pasado en los últimos 800 000 años; el tiempo que permite reconstruir los hielos antárticos más profundos. Las tres primeras gráficas son parámetros orbitales de la Tierra. Varían períodicamente y afecta a la distribución de la insolación en el planeta. Se intuye que están relacionados con los periodos de glacación/deglaciación del planeta, lo que puede verse en el comportamiento periódico de la temperatura global.

El aspecto sorpredente de la gráfica es que la concentración de CO2 en la atmósfera (que se mide gracias a que los hielos antárticos contienen pequeñas burbujas del aire de la época) también reproduzca, aproximadamente, un comportamiento periódico; que este sea bastante estable en el último millón de años (un millón de años no es mucho en la historia geológica de la Tierra pero sí es una escala de tiempo suficientemente larga); y que aparezca correlacionado con la temperatura media del planeta. Sí, correlación no es causación, pero establece un terreno argumental claro.

El comportamiento del CO2 llama la atención porque no puede deberse directamente a las variaciones orbitales de la Tierra. Es sorprendente también porque el CO2 es un elemento traza en la atmósfera (240 partes por millón es poca cosa) que ni desaparece ni crece paulatinamente. Debe haber un proceso fisicoquímico interno del planeta que regule su nivel. Este proceso es el ciclo largo del carbono, también llamado el ciclo carbonato-silicato. El ciclo proporciona un termostato natural que regula o ayuda a regular la temperatura de la Tierra (al menos en los últimos millones de años) de la misma forma que el termostato de un calentador regula la temperatura de una habitación.

Su mecanismo es el siguiente: el CO2 atmosférico acidifica la lluvia y erosiona los silicatos de la corteza terrestre convirtiéndolos en carbonatos que se van incorporando a capas más profundas de la corteza y manto terrestre. En el proceso son sometidos a altas presiones y temperaturas y, eventualmente, sufren transformaciones inversas que acaban liberando CO2 a través de erupciones volcánicas y emisiones superficiales.

Este ciclo carbonato-silicato es sensible al ciclo hidrológico ya que depende de la lluvia. El argumento sería que las temperaturas frías inhiben el ciclo hidrológico y la formación de lluvia. Así se inhibe la erosión de los silicatos y el CO2 se acumula lentamente en la atmósfera vía emisiones volcánicas. Al acumularse en el planeta un gas de efecto invernadero la temperatura global aumenta. El ciclo hidrológico así se revigoriza. Entonces aumenta la erosión y el CO2 va desapareciendo de la atmósfera, transformado en carbonato cortical. Todo esto ocurre en escalas de tiempo muy largas (mucho más largas que un ciclo electoral) y unido a las variaciones orbitales de la Tierra prorciona un termostato natural.

Que la cantidad de CO2 en la atmósfera sea estable indica a los científicos que sus fuentes (emisiones volcánicas) y sumideros (erosión de silicatos, biosfera) están globalmente ajustados, en escalas de un millón de años.

La idea entonces es sencilla: el ajuste de este termostato ha saltado por los aires al emitir bruscamente (250 años es nada en la escala de tiempo del termostato) una ingente cantidad de CO2 cuyo carbono estaba secuestrado en forma de carbón, petróleo o gas natural y que solo habría retornado a la atmósfera dentro de mucho, muchísimo más tiempo, y se habría emitido mucho, mucho más pausadamente.

Como se ve en la gráfica el nivel preindustrial del CO2 está en torno a los 280ppm (partes por millón). Hoy la curva de Keeling lo sitúa ya en 410ppm. La cantidad total de CO2 en la atmósfera es de 800Pg y se estima que en los últimos doscientos cincuenta años la humanidad ha generado unos 300Pg de CO2 por quema de combustibles fósiles. No es poca cosa: lo ya emitido y lo presente en la atmósfera son números comparables (no todo lo emitido está en la atmósfera, parte ha ido al océano acidificándolo y parte está en la biosfera).

Seguiremos emitiendo CO2 porque necesitamos energía para proporcionar riqueza, trabajo, felicidad y vida a corto plazo. Necesitamos cada vez menos emisiones de CO2 para producir el mismo PIB pero emitimos progresivamente más per cápita ya que cada vez más personas y regiones tienen acceso a la energía y a las innumberables ventajas diarias que ello supone. Al ritmo actual en solo 30 años emitiremos otros 300Pg.

Hay pruebas de que el CO2 que llega a la atmósfera procede de la combustión o no de otra fuente oculta (por ejemplo que se estuviera emitiendo desde el interior de la Tierra o llegando desde el exterior, por decir dos extravagancias). Parece ridículo que tratemos de buscar estas pruebas pero hacerlo da una idea de la seriedad con la que los científicos se toman el análisis. Las pruebas son: 1. la abundancia del isótopo C-13 en la atmósfera se está reduciendo conforme aumenta la cantidad de CO2 en la atmósfera. Esto indica que el CO2 acumulado tiene un origen orgánico, como los combustibles fósiles, que son característicamente deficitarios en ese isótopo. Y 2. mi prueba favorita: la cantidad de oxígeno en la atmósfera también se está reduciendo; lo hace en unas cantidades del orden de las partes por millón. Si recuerdan que la abundancia de oxígeno es del orden de 210 000 partes por millón pueden imaginar el esfuerzo que supone contar que faltan 10 al cabo de un año; y el esfuerzo de plasmar todo esto en un documento científico, todo simplemente para señalar que el CO2 que se está acumulando en la atmósfera sí proviene de una reacción de combustión: un tipo de reacción que necesita y consume oxígeno.

Esquemáticamente la emisión de CO2 proveniente de combustión está acelerando e intensificando un proceso que, de seguir su ritmo natural, habría ocurrido en una escala de tiempo mucho más larga. Es decir: estamos liberando a la atmósfera un montón de CO2 de golpe. Sorprendentemente aquí también cabe el nihil novum sub sole: la Tierra ya se ha visto en una de estas. Las reconstrucciones de temperatura y registros de sustratos geológicos de los últimos 100 millones de años (poca broma, oiga) muestran un evento hace 65 millones de años que se conoce con el nombre de máximo térmico del Paleoceno-Eoceno. La reconstrucción del evento señala que, probablemente, hubo una emisión brusca de carbono de origen orgánico en esa época. El origen orgánico se infiere también del registro de la huella de C-13 atmosférico en la época. Es más difícil reconstruir qué la originó, pero sí sabemos que pueden ocurrir de forma natural porque lo hemos visto a escala mucho menor.

La magnitud de la emisión del paleoceno es incierta. Quizá del orden de miles de petagramos (no muy lejana de la emisión antropogénica acumulada) y es contemporánea de una anomalía de la temperatura global (da para un CSI-paleontólogo explicar cómo se reconstruye la temperatura hace 65 millones de años pero tiene que ver con la abundancia del isótopo O-18 que aparece en la primera gráfica) de unos seis grados. La anomalía solo desparece después de unos doscientos mil años, probablemente debido a la acción del ciclo del carbono. La preocupación de la comunidad científica es hasta qué punto estamos reproduciendo ese fenómeno. Mitigamos nuestra preocupación construyendo modelos con lo que tratamos de entender qué ocurriría en la Tierra si se emitieran bruscamente 10Pg, 100Pg o 1000Pg de CO2. Y la sensación es que la perturbación solo se mitiga en el plazo de centenares de miles de años. Así surge otra preocupación: cómo manejar políticamente, es decir a corto plazo, fenómenos cuya escala de tiempo es de centenares de miles de años.

Si han llegado hasta aquí no habrán visto ninguna predicción apocalíptica. Tampoco he señalado si las temperaturas han subido o bajado en el último siglo o en el último decenio. Ni cuanto. He pretendido dar unas pinceladas de por qué las emisiones de CO2 preocupan a muchos científicos y por qué llevan mucho tiempo trasladando esa preocupación.

El clima depende de muchos factores y tiene muchas escalas de tiempo diferentes. Es difícil prever cuál de estos factores desempeñará un papel preponderante en los próximos cien años que es un chasquido geológicamente hablando y la escala de tiempo del Acuerdo de París. Todo lo asociado al agua (el ciclo hidrológico, las nubes y los hielos) complica enormemente las predicciones. En cualquier hipótesis de trabajo el CO2 es un actor importante. Que sea un elemento escaso en la atmósfera (400 partes por millón) no menoscaba su importancia: el ozono también es escaso en la atmósfera y es un eficaz absorbente de la radiación ultravioleta, lo que permitió, nada menos, la colonización de la tierra firme por formas de vida complejas. Igual que el ozono o el agua, el CO2 es una molécula triatómica y por eso es un eficaz absorbente de radiación infrarroja: es lo que llamamos efecto invernadero. Su abundancia está geológicamente ligada al aumento de la temperatura, y su escasez con el descenso. Por eso no es difícil hablar de «cambio climático» y de intuir su sentido a largo plazo.

Así huyo de falacias simples como que «el año pasado hizo más frío que en el año 1933»; que «la temperatura global a final de siglo será solo uno grado mayor que la actual»; o que «ninguna de las predicciones de los alarmistas ha acertado hasta la fecha». Juegan con la ventaja del corto plazo ante un fenómeno que se desarrolla en una escala de tiempo mucho mayor. Una escala de tiempo que nadie vivirá para comprobar si está equivocado.