SUPLEMENTO

El cambio global
Procesos naturales e intervención humana

 

Héctor L. D’Antoni*

* Investigador Emérito, asociado al NASA Ames Research Center de California. hector.dantoni@gmail.com

 

A Susana, mi esposa, por su infinita bondad y por su creatividad en el arte y en la vida

INTRODUCCIÓN

La primera predicción de un calentamiento global causado por la actividad humana data de 1896, cuando el químico sueco Svante Arrhenius introdujo la idea de que podemos cambiar el clima del planeta. ¿Cómo cambia la Tierra? ¿Qué consecuencias tienen estos cambios? ¿Cómo responde la Tierra a los cambios inducidos por la humanidad? ¿Podemos predecir futuros cambios? ¿Qué calidad tienen nuestras predicciones? Estas y otras preguntas son temas de actualidad y los investigadores de varios campos de la ciencia y la tecnología tratan de responderlas. Este libro está centrado en los aportes que la ciencia y tecnología espacial realizaron en busca de respuestas a esas preguntas. El presupuesto que cada año aprueba el Presidente de los Estados Unidos para la Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA) refleja la importancia que se asigna a la ciencia y tecnología espacial en los estudios del cambio global. En 2012, la NASA recibirá 1.338 millones de dólares para la investigación del cambio global, que representan el 50,8% del presupuesto total de 2.633 millones asignados a todas las agencias federales para estas investigaciones. La ex Unión Soviética realizó importantes investigaciones en este campo (Budyko 1977) y con la NASA mantuvieron una singular pauta científica competitiva y cooperativa que llevó el conocimiento humano a niveles impredecibles hace sólo medio siglo. Esta pauta perduró hasta 1975 en que la NASA y el conglomerado soviético de actividades espaciales comenzaron una cooperación que se mantuvo más allá del colapso de la URSS. A lo largo de ese medio siglo se han establecido otras agencias espaciales¹ que hacen contribuciones valiosas a esta rama de la ciencia nueva que integra conocimientos y especialidades. Todas estas investigaciones tienen como fin profundizar nuestro conocimiento científico del sistema Tierra y de sus respuestas a los cambios naturales y a los inducidos por la humanidad para poder hacer mejores predicciones del tiempo, el clima y los peligros naturales para las generaciones presentes y futuras. Cuando usamos la expresión “cambio global” en sentido restringido, nos referimos a aquellos cambios que parecen ser resultados directos o indirectos de la actividad humana. ¿Es posible que durante el siglo veinte la actividad humana haya modificado al planeta? En las últimas décadas ha crecido el interés por el cambio climático, el “agujero” en la capa de ozono estratosférico que se halla encima de la Antártida, la pérdida de biodiversidad, la destrucción de la selva lluviosa tropical y otros temas de carácter global.
La gran mayoría de los científicos está de acuerdo en que existen cambios naturales en la Tierra pero hay opinionesdiversas en cuanto a la posible responsabilidad humana en esos cambios. La discusión es ociosa cuando se observan los mapas de crecimiento urbano sobre terrenos agrícolas en el último siglo, que subrayan la simultaneidad de una población en aumento y una reducción de las tierras capaces de alimentarla. Otros cambios son menos evidentes y es difícil conectarlos con la actividad humana. Estos asuntos requieren más investigación. Para diferenciar los cambios naturales de aquellos producidos o inducidos por la humanidad hay que tener en cuenta que la Tierra es un sistema complejo, compuesto por muchos subsistemas y que el cambio es un componente normal de todos ellos. Asimismo, los subsistemas de la Tierra están interconectados haciendo que algunos cambios iniciados a escala local y regional alcancen una dimensión global. A pesar de la estabilidad que percibimos, la Tierra está cambiando continuamente. Algunos cambios ocurren a lo largo de siglos y milenios mientras que otros en meses, años y décadas. Ciertos cambios ocurren porque fuerzas colosales producen la deriva continental, el levantamiento y la erosión de las montañas, la reorganización de los océanos, la aparición y desaparición de desiertos y pantanos, los avances y retrocesos de grandes mantos de hielo, la elevación y descenso del nivel de lagos y mares, el surgimiento y la extinción de muchas especies biológicas. Estos cambios son inherentes a nuestro planeta.
Por otra parte, existen cambios que son producidos o aumentados por las actividades humanas. La química de la atmósfera ha sido alterada por las revoluciones agrícola e industrial. La construcción de inmuebles, diques y caminos lo mismo que otras actividades que modifican en alguna escala la configuración natural del planeta influyen en la erosión continental y en la sedimentación de ríos y costas. La producción y emisión de sustancias tóxicas afecta a la salud humana y a la distribución de las poblaciones de plantas y animales. El aumento de la evaporación en los lagos artificiales formados por diques y represas y en general el uso de recursos hídricos para fines económicos afecta la forma natural de intercambio de agua en el ciclo hidrológico. El clima actual de la Tierra es el resultado de la interacción natural de los vientos y las nubes en la atmósfera, las corrientes oceánicas, los efectos interactivos de la biosfera, las características solares y las orbitales de la Tierra, el efecto de los volcanes, la distribución del agua entre la atmósfera, la hidrosfera (océanos, lagos, etc.) y la criosfera (casquetes de hielo, glaciares, etc.) y también de las influencias humanas sobre la química atmosférica. Un ejemplo notable es la inyección diaria de grandes volúmenes de dióxido de carbono en la atmósfera producidos por el uso de combustibles fósiles (hidrocarburos). Casos especiales de contaminación atmosférica con múltiples efectos se producen por el uso de gases sintéticos como el freón, otros clorofluorocarbonos (CFC) y compuestos similares que contienen elementos químicos del grupo de los halógenos. El ambiente actual es el resultado de interacciones complejas entre los sistemas naturales y aquellos relacionados con la humanidad. El papel de ésta como agente de cambio crece con el aumento de la población y el desarrollo de la tecnología. El estudio del conjunto de interacciones sistémicas que controlan el ambiente requiere un amplio conocimiento de los factores de cambio y una ventana temporal amplia para observar los procesos y evaluar el futuro en términos de la capacidad de la Tierra, para restituir su homeostasis y para continuar sosteniendo la vida. Algunos cambios ambientales, como el comienzo y duración de las estaciones de crecimiento o extremos climáticos como las sequías prolongadas, las olas de calor y las inundaciones afectan el bienestar de la humanidad. A lo largo de la historia los seres humanos han respondido a esos cambios mejorando sus viviendas, cambiando sus prácticas agrícolas o emigrando. Si los cambios que estimulan esas respuestas humanas son también de origen humano, ¿hasta cuándo se puede seguir respondiendo a los cambios en lugar de evitarlos?
En las últimas décadas se identificaron algunas causas de cambios y sus consecuencias ambientales locales y se están integrando causas de cambios locales y regionales en un cuadro global. Por otro lado, respondiendo a los problemas identificados por las agencias de protección ambiental, la tecnología ha modificado los procesos y productos industriales para reducir y en algunos casos eliminar el efecto nocivo de la acción humana sobre el planeta. Es necesario que la protección ambiental sea un esfuerzo conjunto de la sociedad, de modo que la protección del medio no se convierta en perjuicio para la humanidad, como pérdida de puestos de trabajo, reducción de ingresos, caída del nivel de vida y otros conflictos mayores derivados de estos perjuicios. Es necesario predecir los cambios para poder tomar decisiones, planificar y ejecutar acciones que reduzcan o eliminen los efectos indeseables del cambio. Así, la humanidad se enfrenta a una decisión crucial: dar bases científicas y tecnológicas a las decisiones políticas tendientes a mitigar o eliminar los cambios indeseables del ambiente, o permanecer indiferente, adaptándose a esos cambios para sobrevivir en un mundo que se degrada día tras día.

Componentes del cambio global
El cambio global se estudia en cuatro sistemas interrelacionados: atmósfera, hidrosfera (y criosfera), geosfera y biosfera. Es necesario alejarse para ver los complejos sistemas de la Tierra como un todo interactivo y explorar sus componentes. La posibilidad de ver nuestro planeta desde el espacio abrió una nueva perspectiva para la Ciencias de la Tierra que le permite analizar al planeta como un único conjunto de datos integrados en un lapso específico. La visión planetaria nos permite adquirir conocimientos a la vista de los objetivos de aplicación, lo que ubica a las Ciencias de la Tierra en un lugar compartido por la ciencia básica y la tecnología (NASA 1988).
El Programa Federal de investigación del cambio global de los Estados Unidos (USGCRP) asigna prioridad a los siguientes estudios interdisciplinarios:
1. Clima y Sistemas Hidrológicos
2. Dinámica Biogeoquímica
3. Dinámica de los sistemas ecológicos
4. Historia del Sistema Tierra
5. Interacciones Humanas
6. Procesos de la Tierra Sólida
7. Influencias Solares

La toma de decisiones políticas
Todos los años, el informe del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de los Estados Unidos titulado “Nuestro Planeta Cambiante” acompaña la presentación del presupuesto fiscal. El informe se centra en cuatro temas de investigación sostenida a largo plazo:
1) Cambio climático en las próximas décadas: cómo el aumento del “efecto invernadero” puede llevar a cambios en la distribución de las precipitaciones y la temperatura. Se pone el acento en, a) la distinción entre las influencias humanas sobre el clima y las variaciones naturales, b) la predicción regional de las tasas y magnitudes de los futuros cambios climáticos. También se propone estudiar la vulnerabilidad y adaptabilidad de los sistemas sociales y ecológicos a los cambios climáticos.
2) Fluctuación climática estacional e interanual y temas afines: olas de calor, sequías e inundaciones. La acción propuesta es establecer una red de centros de investigación y predicción, como un Instituto Internacional de Investigación para la Predicción Climática Estacional e Interanual. Establecer un sistema de observación del océano para mejorar la predicción del comienzo y la magnitud de grandes episodios climáticos como sequías e inundaciones.
3) Destrucción del ozono estratosférico y aumento de la radiación ultravioleta que llega a la tierra y que puede tener efectos nocivos en la salud humana, animal y vegetal, lo mismo que en la productividad biológica y agrícola. Se propone modelar los procesos físicos y químicos de la estratosfera y la alta troposfera para poder predecir los cambios del ozono y los cambios resultantes en la radiación solar ultravioleta.
4) Cambios de cobertura en ecosistemas terrestres y marinos que pueden afectar a la biodiversidad y a la productividad de los cultivos, los bosques y las pesquerías en todo el mundo. En este tema se propone expandir las observaciones de alta calidad de la cobertura, aumentar nuestra comprensión de las interacciones entre las actividades humanas y los procesos naturales que conducen a esos cambios.

El Informe define los objetivos de un programa central de investigación en Ciencia del Sistema Tierra que aumente nuestro conocimiento científico del planeta y sus habitantes. El programa administra la información del cambio global concentrando gran cantidad de datos en un sistema descentralizado de administración haciéndolos fácilmente accesibles a los investigadores de todo el mundo. También informa al público y a los políticos con poder de decisión los resultados de estos estudios brindando información objetiva de las causas, probabilidades y consecuencias del cambio. Asimismo, se propone formar científicos que investiguen estos problemas. Esta problemática no ha pasado inadvertida en otros países. Así, la creación de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE, Argentina) en 1995 responde a la necesidad de formar investigadores interdisciplinarios en Ciencias de la Tierra en los sistemas científicos y educativos de todo el mundo. Basada en una aproximación a la ciencia que acentúa la realimentación con la tecnología y el esfuerzo interdisciplinario, la investigación del cambio global ofrece beneficios a la humanidad a corto y largo plazo. En efecto, estas investigaciones aportan nuevos conocimientos de las interacciones de los subsistemas de la Tierra, incluyendo los océanos, continentes, cobertura nival, hielo marino y atmósfera. En este trabajo se considera que Cambio Global es la expresión más abarcativa, la que incluye el cambio a escala planetaria de los parámetros que controlan el ambiente. En cambio, el Calentamiento Global se refiere al ascenso de la temperatura global debido al aumento artificial del efecto invernadero natural de la Tierra. Por eso, el calentamiento global es un capítulo del estudio del cambio global. Los cambios potencialmente globales en los que la humanidad es parcialmente responsable son, el cambio climático, la precipitación ácida, los riesgos en la producción de alimentos, la destrucción del ozono estratosférico, la eutrofización en gran escala de los cuerpos de agua, la posible reducción de la capacidad oxidativa de la troposfera actual y las relaciones de nuestra vida con los ciclos biogeoquímicos.
En el campo académico, el estudio del cambio global está preludiando un cambio en el modo de estudiar la ciencia y la tecnología que tendrá influencia en los sistemas educativos del mundo entero. En los siguientes capítulos se discute el calentamiento global, volcanes y cambio climático global, las nubes y el ciclo de energía, el ozono estratosférico, el hielo polar, la oscilación austral “El Niño”, la biosfera y avances en el estudio del cambio global.

EL CALENTAMIENTO GLOBAL

Desde que se originó, hace unos cuatro mil seiscientos millones de años (4,6 Ga) hasta el presente, la Tierra ha sido un planeta cambiante. Los motores del cambio son enormes fuerzas naturales que elevan montañas, quiebran la corteza terrestre, hacen surgir volcanes que cambian el paisaje geológico, creando islas y archipiélagos y otros fenómenos de similar magnitud que, a menudo, afectan al clima. La acción humana es irrelevante ante los cambios producidos por estas fuerzas naturales. Sin embargo, en pequeña escala, acumulativa, la humanidad genera otros cambios que pueden controlarse, evitarse o modificarse. Estos cambios se operan principalmente en la atmósfera y tienen efectos sobre uno o más subsistemas de la Tierra.

El clima
Entre los factores que no podemos controlar están los “motores” del clima, llamados “forzadores” (Bradley 2003). Estos factores operan en diferentes escalas temporales: con baja frecuencia (en milenios) opera el forzador orbital (Fig. 1). El matemático francés, Joseph Adhemar (1767-1862) fue el primero en postular que las edades del hielo habían sido causadas por fuerzas astronómicas. Estas ideas fueron retomadas por el astrónomo y físico escocés James Croll (1821-1890) que discutió el asunto con el famoso geólogo Charles Lyell. Croll agregó a los factores orbitales la realimentación positiva del albedo del hielo que acentúa el enfriamiento. Pero fue el matemático serbio Milutin Milankovitch (1879-1958) quien en sus obras de 1920, 1930 y 1941 desarrolló la idea de los factores orbitales hasta su forma actual. Para explicar los cambios del clima del Cuaternario, Milankovitch analizó tres factores astronómicos: la excentricidad de la órbita terrestre, la oblicuidad del eje de rotación de la tierra respecto del plano de la órbita y la precesión de los equinoccios (es decir, el cambio en la fecha de los equinoccios en relación a la fecha en que la Tierra está más cerca del Sol). Estos tres elementos cambian a través del tiempo con sus propios períodos: la excentricidad lo completa cada 92.000 años, la oblicuidad cada 40.000 y la precesión cada 21.000 años (Budyko 1977). Se han discutido los efectos y la duración de los períodos llevando la excentricidad a 110.000 años, etc., pero esta discusión excede los límites de este trabajo. La acción de estos tres factores fue detalladamente verificada por varios autores convocados por la American Geophysical Union en 1978.

Figura 1: El “motor” o “forzador” orbital, formado por los componentes de excentricidad, oblicuidad y precesión, y la suma algebraica de sus efectos de cambio denominada ETP (= Eccentricity, Tilt, Precession (Bradley 1999, modificado).

El sol emite energía electromagnética (Fig. 2) en un amplio rango de frecuencias y tiene su propio clima. Los detectores satelitales HF, ACRIM I y II, y VIRGO mostraron que la emisión solar en el lapso de 1978 a 2002 varió entre 1363 y 1368 Watts por metro cuadrado (W*m-2). La precisión de estas medidas directas de la radiación solar (que varía ente 1363 y 1368 W*m-2) sirve para validar la reconstrucción histórica de la radiación solar realizada por Bard (Fig. 3). Sin embargo, el “motor” climático más importante durante los últimos 10.000 años ha sido el vulcanismo. Su efecto sobre el clima es múltiple pero produce, sobre todo, el descenso hemisférico o global de la temperatura durante lapsos cortos, se debe a la inyección de aerosoles en la atmósfera que refleja la radiación solar reduciendo el flujo de ésta que llega a la Tierra (Fig. 4). A esto se asocian los cambios de circulación que pueden conducir a grandes anomalías negativas de la temperatura en algunas regiones, pero otras áreas pueden hacerse más cálidas. Se ha demostrado (Groisman 1992, Robock y Mao, 1992, 1995) que durante el siglo XX en el interior de los continentes la temperatura de invierno se hizo más cálida en respuesta a las grandes erupciones volcánicas (Bradley 2003). La mayoría de los efectos se desvanecen en pocos años de modo que las erupciones explosivas individuales sólo contribuyen variabilidad de corto plazo al clima total del Holoceno (Bradley 2003).

Figura 2: El “motor” o “forzador” solar registrado por los detectores HF, ACRIM I y II, y VIRGO entre 1978 y 2002 (de Fröhlich 2004, modificado).

Figura 3: Variación de la irradiancia solar derivada del estudio de la concentración de 10Berilio en el hielo antártico (Bard et al. 2000, 2007 y corregido por geomagnetismo Yang et al. 2000). El 10Be es un isótopo radiactivo del berilio. Se forma por un proceso llamado espalación* por los rayos cósmicos. Tiene una vida media de 1,5 x 106 años y emitiendo partículas beta decae a 10Boro que es estable.

El cambio climático
Muchos procesos biogeoquímicos y físicos determinan el clima de la Tierra y la actividad humana perturba varios de estos procesos. Algunas perturbaciones pueden ser cuantificadas mientras que otras sólo pueden ser estimadas cualitativamente y, por cierto, no hemos estudiado ni descubierto todas las perturbaciones. Aún quedan muchas preguntas sin responder en términos de la realimentación física y biogeoquímica del sistema climático de la Tierra. La composición física y química de la atmósfera determina la trasmisión, absorción y reflexión de la energía solar que llega y la radiación terrestre que sale, lo mismo que la distribución dinámica de la energía con la latitud. El balance energético resultante determina la temperatura de la superficie. Los ciclos biogeoquímicos del azufre (un componente crítico de las nubes y de la mayoría de los aerosoles), y del carbono que son importantes gases de traza y el ciclo del nitrógeno son importantes en la conformación de las propiedades radiativas de la atmósfera. Los ciclos de estos tres elementos son seriamente perturbados por la actividad humana.
El balance global neto del calor es afectado por la absorción de la radiación infrarroja, la radiación solar dispersa y la reflexión de la radiación solar. La absorción de la radiación infrarroja es afectada por la concentración de (1) vapor de agua, nutrido por la evaporación de los cuerpos de agua y la evapotranspiración de las plantas y el suelo, (2) metano, nutrido por los organismos anaerobios, (3) óxido nitroso, desprendido por las bacterias denitrificantes, el dióxido de carbono derivado de la fotosíntesis y de la combustión asociada a la industria, y los (5) CFC de variados usos industriales y domésticos. La radiación solar dispersa es afectada (6) por las partículas de aerosol que también contribuyen a formar Núcleos de Condensación de las Nubes. La combustión asociada a la industria contribuye con gases reactivos de azufre. La reflexión de la radiación solar es afectada por (7) el albedo de las nubes. Este repaso breve sobre algunos de los aspectos básicos del problema sirve para mostrar su naturaleza sistémica y cómo el estudio especializado de un componente no alcanza para describir su rol como actor mancomunado de un conjunto.

Figura 4: El “motor” o “forzador” volcánico registrado por la concentración de sulfatos no-marinos en el hielo antártico. Los datos graficados por debajo de la línea de guiones se consideran como “sulfatos marinos” parte del aerosol oceánico (Zhou et al. 2006, modificado).
* La espalación es un proceso por el que uno o varios fragmentos de material son expulsados de un cuerpo debido a un impacto o a su fatiga.

El calentamiento global
¿A qué se debe el calentamiento global producido por la humanidad? Ese calentamiento se debe a un aumento artificial del efecto invernadero natural de la Tierra por el agregado de gases de invernadero (transparentes a la luz y opacos al calor) como el vapor de agua y los gases de traza (así llamados porque suman menos del 1% de la atmósfera), como el dióxido de carbono, metano, ozono y los cloro-fluoro-carbonos). La concentración de estos gases en la atmósfera crece y ésta es una señal de alarma ya que en los últimos 160.000 años, la temperatura global varió en consonancia con la concentración de CO2 en la atmósfera. Dentro de la atmósfera hay gases con propiedades radiativas importantes, como el vapor de agua, el dióxido de carbono, metano y óxido nitroso y los artificiales CFC. Estos gases generados por varios procesos naturales y humanos afectan los ciclos del agua, el carbono, el nitrógeno y los halocarbonos mientras que absorben radiación infrarroja en la atmósfera cambiando su balance de calor (la magnitud del efecto invernadero). Otros importantes procesos que afectan al clima son los aerosoles y la formación de nubes y parecen estar dominados por el ciclo del azufre. En efecto, los gases de azufre son oxidados a ácido sulfúrico en la atmósfera formando nuevas partículas de aerosol. Algunos tienen efectos radiactivos directos y actúan como núcleos de condensación de las nubes produciendo nubes y afectando su albedo. Por ello, el ciclo del azufre determina las propiedades de la radiación de onda corta de la atmósfera y los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y los halocarbonos de traza determinan las propiedades de la radiación de onda larga.
Sabemos que, con la parcial excepción del ciclo del agua, todos los ciclos han sido alterados por la actividad humana y que todos estos ciclos están ligados entre sí en varias formas. El cambio climático del que puede responsabilizarse a la humanidad es el aumento artificial del “efecto invernadero” natural de la Tierra. El efecto invernadero (Fig. 5), al modo de los invernaderos de los agricultores y floricultores, mantiene un ambiente cálido en el planeta, con una temperatura media global de 16 ºC. Sin este efecto, la temperatura global de la Tierra seria de 18 ºC bajo cero. A esta temperatura no habría agua líquida en el planeta, un componente indispensable para la existencia de la vida.

Figura 5: La Tierra intercepta una pequeña parte de la energía emitida por el Sol. Parte de ésta es reflejada por la tierra y la atmósfera. La energía, especialmente infrarroja, emitida por la Tierra y que no logra atravesar la barrera de los gases de invernadero es reflejada nuevamente a la Tierra donde calienta la superficie y la atmósfera baja (USGCRP 1996, modificado).

¿Qué actividades humanas son responsables del calentamiento global?
La Revolución Agrícola. Esta expresión incluye: (a) la revolución neolítica ocurrida alrededor de 10.000 años AP. que fue la transición inicial de la caza y recolección trashumante a la agricultura sedentaria; (b) la revolución agrícola árabe ocurrida entre los siglo VIII y XIII de nuestra era que transformó la agricultura mediante la difusión de cultivos a través del mundo islámico, la preservación del suelo y la distribución equitativa del agua de riego²; (c) la revolución agrícola británica de los siglos XVII a XIX, que incrementó la productividad agrícola ayudando a producir la revolución Industrial; (d) La revolución agrícola escocesa de los siglos XVIII y XIX que causó la deforestación de las tierras bajas; (e) la revolución verde (1943 a la década de 1970) que, con investigación y transferencia de la tecnóloga, incrementó la agricultura industrial en la India y otros países en desarrollo. Todas estas revoluciones tienen en común haber extendido el cultivo de plantas y la cría de ganado reemplazando bosques por pasturas y cultivos, pero también haber generado un aumento del CO2 N2O y CH4.
La Revolución Industrial(desde el Siglo XVIII) usa energía para producir y operar las máquinas. La energía se obtiene desde entonces de la combustión de leña, carbón, gas y petróleo. La combustión inyecta en la actualidad miles de millones de toneladas de CO2 en la atmósfera. Desde 1929 también se inyectaron CFC, los “gases ideales” desarrollados inicialmente para proteger la vida de los obreros de la industria frigorífica (Fig. 6).

Figura 6: La deforestación tiene numerosos efectos negativos sobre el ambiente. En términos del efecto invernadero, agrega 1,6 Gt de carbono a la atmósfera cada año.

La industria de la madera daña la cubierta vegetal del planeta cuando fomenta la deforestación. Ésta inyecta unos mil seiscientos millones de toneladas de carbono a la atmósfera que aumentan artificialmente el efecto invernadero. También es responsable de la pérdida de biodiversidad de 137 especies por día. La práctica del “clear-cut” consiste en remover todos los árboles de un área dada y tiene efectos similares a la deforestación (Fig. 7).

Figura 7: La práctica del “clear-cut” en un bosque de coníferas de la Península Olímpica, en el Noroeste del Estado de Washington en los Estados Unidos.

La fragmentación de ecosistemas es ejemplificada por la explotación maderera de la selva lluviosa tropical de Brasil, la que se muestra en la Fig. 8. El encharcamiento de las huellas de los camiones conecta entre áreas anteriormente separadas que pueden crear condiciones favorables para la conversión de microorganismos normales de un lugar en agentes patógenos en otros. Las imágenes captadas por radares satelitales muestran la dramática extensión de estas explotaciones del más importante de los “pulmones” de nuestro planeta.

Figura 8: Imagen de radar satelital de las proximidades de la desembocadura del Río Amazonas en el Océano Atlántico. El radar omite la vegetación pero describe el contenido de agua del suelo. Las marcas similares a peines que se ven en varios sectores de la imagen son las huellas anegadas dejadas por los camiones que transportan la madera a los centros de distribución y comercialización (Imagen de NASDA).

La enorme población vacuna desarrollada para satisfacer la industria de la carne se ha convertido en una fuente importante de gas metano, un gas de invernadero que es 25 veces más poderoso que el dióxido de carbono. También algunas áreas anegadas ofrecen nuevos hábitats para bacterias metanogénicas (Fig. 9).

Figura 9: Concentración de vacunos para engorde en Coalinga (California, USA), destinados a la industria de la alimentación. Los vacunos son grandes productores de metano por flatulencia y regurgitación.

¿Dónde pueden verse los efectos del calentamiento?
La dramática reducción de la superficie helada del Polo Norte entre 1979 y 2003 es una prueba del aumento de la temperatura. Este Polo responde rápido al calentamiento porque el casquete glacial es una capa de hielo que flota en el mar en contraste con el hielo antártico que se apoya sobre un continente (Fig. 10).

Figura 10: Extensión del casquete de hielo del Polo Norte en 1979 (línea roja) y en 2003 (Imagen de NASA).

La aceleración del desprendimiento de “estantes” costeros del hielo antártico es otra evidencia del calentamiento. Éstos son masas de hielo flotante procedentes del interior de un continente (Antártida, Groenlandia y Canadá) a medida que la masa de hielo continental fluye hacia el mar. Los estantes se desprenden formando enormes témpanos (Fig. 11). El estante Wilkins desprendido de la Antártida en Abril de 2009 tiene el tamaño de Jamaica.

Figura 11: Imágenes satelitales del Estante Wilkins. A la derecha, Enero de 1996, a la izquierda, Marzo de 2008 (Imagen: http://nsidc.org/data/iceshelves_images/wilkins.html).

Otro testimonio dramático del calentamiento es el retroceso de los frentes glaciares. En la Argentina se aprecia en aquellos que drenan desde la Cordillera a la Patagonia en la Provincia de Santa Cruz (Fig. 12) (Fig.13).

Figura 12: Frente del Glaciar Upsala³ al oeste del Lago Argentino (Provincia de Santa Cruz). Este glaciar ha perdido 13,4 km cuadrados de su masa en siete años. Algunos de sus afluentes son ahora glaciares “colgados” debido al retroceso del Upsala (foto D’Antoni, Noviembre de 2007).

Figura 13: El Glaciar Seco, que en el pasado fue afluente del Upsala y actualmente se halla a unos 3 km de la zona de ablación de éste y “colgado” por su propio retroceso (foto D’Antoni, Noviembre de 2007).

A estas evidencias del calentamiento global puede agregarse el derretimiento de los suelos permanentemente helados, “Permafrost” de Siberia que está destruyendo la estupenda colección de restos de la fauna extinguida del Pleistoceno y que se habían conservado intactos en el suelo helado. Asimismo se destruyen las tumbas de los escitas, pueblo de la antigüedad de origen iraniano de pastores nómades y criadores de caballos de monta. La arqueología descubrió montículos funerarios de los escitas en Ucrania y sur de Rusia (Fig. 14).

Figura 14: Investigadores suizos tratan de rescatar información de las tumbas de los escitas que se están destruyendo por el derretimiento del permafrost siberiano. (Curry 2009).

El ascenso del nivel del mar hace que el batir de las olas llegue a niveles más altos en la costa de Groenlandia destruyendo los testimonios del poblamiento Thule, con una antigüedad de 2.000 años (Fig. 15). El viaje de los ancestros de los indígenas americanos que entraron al continente por el istmo que se formó entre Siberia y Alaska con el descenso del nivel del mar durante la última glaciación del Pleistoceno fue la etapa final de un proceso de migración y colonización que se inició un millón y medio de años antes. El desplazamiento continuo hacia el norte y hacia el este de los grupos de cazadores y recolectores extendió el rango de la ocupación humana del planeta desde las sabanas tropicales del sur y este de África a las frías y secas estepas de la tundra del norte de Asia (Fiedel 1999). La última etapa de este proceso, el poblamiento de América por asiáticos de los alrededores del Lago Baikal a través del istmo de Bering dejó huellas que se están destruyendo. Los asiáticos caminaron detrás de sus presas pero sólo quedan testimonios de su paso en la costa de algunas islas de California. El actual ascenso del nivel del mar está destruyendo esos testimonios milenarios del poblamiento de América (Fig. 16).

Figura 15: Restos de la cultura de los Thule en la costa de Groenlandia que se van destruyendo por el ascenso del nivel del mar (Curry 2009).

Figura 16: Los restos del poblamiento de América por los asiáticos de los alrededores del Lago Baikal (Siberia) que cruzaron por el istmo que ocupaba el actual estrecho de Bering cuando el nivel del mar era más bajo, dejaron sus restos el la costa de algunas islas californianas que sufren acelerada erosión debido al ascenso del nivel del mar (Curry 2009).

En Europa occidental, el ascenso del nivel del mar está empezando a amenazar sitios de gran valor histórico y cultural para nuestra civilización. Así, en Diciembre de 2008 Venecia se inundó y el agua llegó a niveles de 1,5 metros en el centro histórico de la ciudad. Lejos de ser un fenómeno aislado, la Plaza de San Marcos se inundó 200 veces en el año 2010 (Fig. 17).

Figura 17: La Plaza de San Marcos en Venecia (Italia) se inundó (Acqua alta) 200 veces durante el año 2010 (Giancarlo Rossi 2010).

En el otro extremo del cambio, la acentuada aridización del Sudán acelera la erosión de las famosas figuras amarillas de 2.000 años de antigüedad, que se conectan con las tradiciones culturales del antiguo Egipto (Fig. 18).

Figura 18: La mayor aridización del Sudán acelera la erosión de las “figuras amarillas”, tesoros de la arqueología del antiguo Egipto. (Foto de Osman Elkhair, Khartoum Sudan e Imad-eldin Ali, Monterey California).

Así, el calentamiento produce el derretimiento de los hielos polares, de los glaciares de montaña y del permafrost. Es necesario ser cautos en el uso de esta evidencia ya que la dinámica de los glaciares es un problema complejo en el que los casos particulares son relevantes. Con el derretimiento del hielo glacial, esa “agua indirecta” retenida en los continentes vuelve al mar y sube su nivel, dañando diversos tipos de materiales y asentamientos costeros actuales, arqueológicos y paleontológicos. La aridización causada por el mismo calentamiento sustrae tierra arable a la agricultura y rompe testimonios culturales de la humanidad, como los de Sudán.

Predicción del calentamiento global
La primera predicción del cambio climático debido a las actividades humanas fue hecha por el químico sueco Svante Arrhenius en 1896. Arrhenius señaló que las actividades relacionadas con la Revolución Industrial aumentaban la cantidad de dióxido de carbono que se introducía en la atmósfera. Pensó que la concentración de dióxido de carbono seguiría aumentando con el creciente consumo de combustibles fósiles, especialmente carbón. Su comprensión del papel del dióxido de carbono en el calentamiento global le permitió predecir que la temperatura de la Tierra se elevaría varios grados más si la concentración de dióxido de carbono de la atmósfera aumentaba al doble. Nadie prestó atención a las predicciones de Arrhenius, porque a fines del siglo XIX no parecían tener consecuencias inmediatas para la población humana. Arrhenius se refería a la posible modificación del “efecto invernadero” (Fig. 5), por el cual la radiación solar de onda corta pasa a través de la atmósfera pero la radiación infrarroja de onda larga emitida por las superficies calentadas de la Tierra es parcialmente absorbida y reemitida hacia la superficie por varios gases (especialmente vapor de agua y dióxido de carbono) que se encuentran en la atmósfera. La ruptura del equilibrio entre la radiación infrarroja que sale y la radiación solar que entra, produce un calentamiento mayor de la atmósfera y de la superficie terrestre. En nuestro tiempo, el efecto invernadero tiene un componente natural y otro debido a las actividades humanas. El efecto natural, hace que la temperatura media de la Tierra sea unos 34 °C más alta de lo que sería, en ausencia de los gases de invernadero. Por su parte, el efecto invernadero aumentado por las actividades humanas produce un ascenso adicional de la temperatura media de la superficie terrestre. Este calentamiento global puede producir cambios indeseados en las precipitaciones, tipos de tormentas y nivel de los océanos.
Un siglo después de las predicciones de Arrhenius el dióxido de carbono sigue aumentando y es posible que a mediados del Siglo XXI su concentración atmosférica sea el doble de la que existía en la última década del siglo XIX. El crecimiento de la industria que se produjo al fin de la Segunda Guerra Mundial aceleró el aumento en la concentración de dióxido de carbono de la atmósfera. A medida que crece la probabilidad de un cambio atmosférico considerable, se aplican nuevos modelos computacionales al estudio del clima. Estos modelos tienen en cuenta los procesos naturales que constituyen el problema total. Los modelos incluyen el efecto “amplificador” o de realimentación que causa más efectos atmosféricos en respuesta al calentamiento iniciado por el aumento de la concentración de dióxido de carbono. Además de la humedad y el efecto de las nubes, estos modelos tienen en cuenta el papel de la vegetación, en el control de la cantidad de dióxido de carbono que va a la atmósfera. La vegetación “captura” dióxido de carbono y tiene otros efectos sobre el clima. Las plantas calientan o enfrían el aire que las rodea (por la reflexión y absorción de la radiación solar y por evaporación del agua), reducen la fuerza de los vientos de superficie, toman y liberan humedad del aire (afectando el ciclo hidrológico). A su vez, los cambios climáticos afectan el crecimiento de la vegetación. Por ejemplo, los bosques templados podrían ser incapaces de ajustarse al calentamiento relativamente rápido que se ha predicho para algunos climas. Los científicos consideran que con un calentamiento lento los bosques del norte de América del Norte se desplazarán lentamente hacia condiciones más favorables y que los límites meridionales cederán lugar a pastizales más adaptados a condiciones más cálidas. Sin embargo, con tasas de calentamiento muy rápidas, la pérdida del lado sur será más extrema y la migración hacia el límite norte no podrá compensar las pérdidas del sur (Fig. 19) (Fig. 20).

Figura 19: Cambios de Temperatura entre 1880 y 1996. La línea negra muestra los datos anuales y la roja el “smoothing” por promedio móvil de 5 años (USCGRP 1996).

Figura 20: Desplazamientos del arce de azúcar. Área actual (amarillo), desplazamiento previsto (azul) y superposición (verde). Con un aumento de temperatura se obtiene la figura de la izquierda; con aumento de temperatura y reducción de la humedad se obtiene la figura de la derecha (NASA).

También deben considerarse otros efectos de realimentación. En condiciones normales las hojas de las plantas incorporan dióxido de carbono del aire y liberan humedad al aire como parte del proceso de la fotosíntesis. La liberación de humedad por evapotranspiración enfría el aire mientras que el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera puede modificar la tasa de intercambio del carbono y del agua. Esto podría reducir las tasas de evaporación y aumentar el calentamiento continental de verano. Sin plantas, la tierra y el aire se calentarían más.

Los gases del “efecto invernadero”
Los gases que producen el efecto invernadero son vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozono troposférico y clorofluorocarbonos (CFC). Excepto el vapor de agua, son gases de traza porque en el presente sólo hay trazas de ellos en la atmósfera (menos del 1% en la composición del aire), pero la actividad humana está haciendo crecer rápidamente su concentración. Por otra parte, los principales gases de la atmósfera, nitrógeno (N) y oxígeno (O), son transparentes tanto a la radiación solar que entra como a la radiación calórica que sale de la tierra de modo que tienen poco o ningún efecto en el calentamiento por efecto invernadero (Fig. 21).

Figura 21: Relación entre la temperatura y la concentración atmosférica de dióxido de carbono en los últimos 160.000 años (USGCRP 1996).

El dióxido de carbono es el más abundante de los gases de invernadero en la actualidad. Su concentración en la atmósfera ha crecido un 25% desde fines del siglo XIX. Por el aire atrapado en las muestras columnares de hielo en Groenlandia y la Antártida, sabemos que la concentración de dióxido de carbono, era de alrededor de 280 partes por millón (ppm) del aire total antes de la Revolución Industrial y de 350 ppm en 1996. Su tasa de incremento actual es casi 0,5% por año. Con este incremento, el dióxido de carbono atmosférico se duplicará en 140 años. Conocemos la causa de este aumento: casi todo se debe al uso de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Una fuente secundaria es la deforestación, porque el carbono se acumula en los árboles y cuando se los corta o quema lo liberan a la atmósfera. El quemado libera dióxido de carbono rápidamente como producto de la combustión, mientras que los árboles que se cortan y se dejan descomponer liberan dióxido de carbono más lentamente, a través de los procesos respiratorios de los microorganismos que se alimentan de la madera. Alrededor del 50 a 60% de este dióxido de carbono permanece en la atmósfera y el resto se acumula en los océanos y las plantas (Fig. 22).

Figura 22: Historia de la concentración de dióxido de carbono (en partes por millón) en la atmósfera reconstruida por análisis del aire entrampado en columnas de hielo fósil de la Antártida y, desde 1957, en el observatorio de Mauna Loa en Hawai (NASA).

Los otros gases responsables del efecto invernadero están presentes en la atmósfera en cantidades más pequeñas. El 25% de dióxido de carbono adicional, que hemos agregado a la atmósfera en el último siglo es más o menos igual al total del efecto invernadero de todos los otros gases (metano, óxido nitroso, los CFC y el ozono troposférico). Sin embargo, esto está cambiando porque la concentración de los otros gases crece a mayor velocidad que la del dióxido de carbono. El Metano es el siguiente gas en importancia para el efecto invernadero. En la actualidad tiene un efecto equivalente a un 40% del efecto del dióxido de carbono. Se genera por la quema de combustibles fósiles, las bacterias de los pantanos, los arrozales, los terrenos rellenados (donde se entierra basura, por ejemplo), la descomposición del suelo, las termitas, las pérdidas en las líneas de gas, las operaciones mineras de carbón y gas, las regurgitaciones y flatulencias de las vacas, etc. El metano ha aumentado casi el 100% en la atmósfera desde 1800 y está aumentando en la actualidad a una tasa del 1% anual (dos veces más rápido que el dióxido de carbono). La molécula de metano es 20 ó 30 veces más efectiva para atrapar calor que la de dióxido de carbono (Fig. 23).

Figura 23: La concentración de metano (en partes por billón) desde el Polo Norte al Polo Sur a lo largo de cada año, entre 1983 y 1991 (imagen del Dominio Público).

Los Clorofluorocarbonos (CFC), usados como refrigerantes, solventes y vehículos para los aerosoles aumentan su porcentaje en varias unidades por año y son unas diez mil veces más potentes que el dióxido de carbono para atrapar el calor. En la actualidad son responsables del 15 al 20% del calentamiento global pero si no se los controla, pueden producir el 25% del aumento del efecto invernadero en el próximo siglo. Se están remplazando y su producción está ya prohibida por el Protocolo de Montreal (un tratado internacional destinado a proteger la capa de Ozono estratosférico que también puede ayudar a mitigar el calentamiento global). Desgraciadamente, el freón y otros CFC siguen produciéndose ilegalmente en algunas naciones y ciertos sustitutos de los CFC, los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), son también gases de invernadero. El Ozono troposférico es otro gas de invernadero que se ha hecho importante. Este ozono a nivel del suelo se produce cuando los óxidos de Nitrógeno del quemado de combustibles reaccionan con la luz del Sol. En las áreas urbanas, los automóviles son la fuente principal, pero las plantas de energía y los procesos industriales son también fuentes importantes. El Ozono troposférico es el mayor componente del “smog”. Este es el “ozono malo” y no debe confundirse con el “ozono bueno” de la estratósfera que protege a la Tierra de los excesos de radiación solar ultravioleta. El Ozono troposférico es peligroso para el bienestar de la humanidad a largo plazo porque es un gas de invernadero pero también es responsable, en el corto plazo, de muchos problemas de salud como los desórdenes respiratorios. A este Ozono a nivel del suelo se refieren los avisos locales de “alta contaminación” y “alertas de smog”. Algunas soluciones rápidas a la reducción de los gases de invernadero se presentan incompletas. Es cierto que los transportes públicos utilizan uno o muy pocos motores para transportar gran cantidad de pasajeros en contraste con el clásico de un automóvil-un pasajero durante las horas pico, siempre acompañadas por una cantidad de “smog”. El automóvil eléctrico y los híbridos aparecen como soluciones lógicas que pueden ponerse a funcionar inmediatamente. Sin embargo, que el vehículo no contamine no significa que su uso no sea contaminante. La pregunta, ¿De dónde provine la energía que consume un auto eléctrico? puede tener una respuesta decepcionante como la de la Fig. 24.

Figura 24: Las usinas que queman carbón para producir vapor que mueve una turbina conectada a un generador producen un alto porcentaje de la energía que consumen muchas naciones (Imagen del dominio público).

En 2005 se cerró la Mohave Power Station (en Laughlin, Nevada), una usina que generaba 1580 mega Watts porque no cumplía con las restricciones ambientales. Era innovadora en el modo de enviar desde las minas en Arizona, el carbón mezclado con agua por un conducto tubular. Su poder de generación podía proveer electricidad a un millón de viviendas normales del sur de California. Sin embargo, sus tasas de contaminación atmosférica estaban por encima de los niveles permitidos por lo que se dispuso la interrupción de sus servicios. Mientras el auto eléctrico no contamina su ruta, la usina que recarga sus baterías, lo hace. En cuanto a los híbridos, todavía producen dióxido de carbono por la combustión interna de gasolina en sus motores, pero además acumulan electricidad en baterías que al final de su vida útil contaminan el medio ambiente. En su favor vale decir que sus motores de combustión interna son más pequeños y que cuando funcionan a electricidad en el tránsito urbano, la contaminación es cero. Así, aunque los híbridos y los autos eléctricos representan avances tecnológicos importantes, están muy lejos de llegar a la meta de contaminación cero (Tabla I)

Tabla I: Los gases de invernadero en 1750 y en 2003 (Datos: Pidwirny 2006).

La precipitación ácida
No sólo el calentamiento de la atmósfera baja y sus consecuencias climáticas pueden asignarse al uso de combustibles fósiles. En efecto, la oxidación del nitrógeno en el aire de la combustión ha modificado ampliamente los ciclos naturales del carbono, nitrógeno y azufre particularmente en la vecindad de grandes concentraciones humanas, como las del este de los Estados Unidos, Europa y el Este de Asia. Aunque el cambio del dióxido de carbono atmosférico tiene poco efecto en la composición de la precipitación, los ácidos que contienen azufre y nitrógeno tienen mucha importancia en la composición de la lluvia y la nieve. A su vez, estos ácidos perturban los ciclos del aluminio y otros que tienen importancia en los procesos de meteorización de las rocas y el suelo. Para hacer un modelo simple que cuantifique y explique este fenómeno es necesario comprender la naturaleza química del equilibrio ácido-base de soluciones acuosas, tales como el agua de lluvia y el agua del derretimiento de la nieve. Hace poco que entendimos los fenómenos que controlan el pH del agua de lluvia en el ambiente natural no-contaminado. Estos son los ciclos de los compuestos del azufre y el nitrógeno. Hace falta un modelo del sistema natural, para predecir los cambios que ocurren cuando se introducen ácidos fuertes de azufre y de nitrógeno en la atmósfera, lo mismo que anticipar los efectos complejos del agua de lluvia perturbada sobre otros ciclos biogeoquímicos y procesos ecosistémicos.

Modelado del calentamiento global
En los últimos 100 años la temperatura global media ha aumentado medio grado centígrado. Para valorar este aumento hay que tener en cuenta que hace unos 21.000 años, en el máximo de la última Glaciación, la temperatura media global era sólo tres a cinco grados más baja que la actual. Sabemos que el cambio es normal en la Tierra pero, el cambio de temperatura que produce la humanidad es alarmante. El problema se agrava por la tendencia creciente de las emisiones de gases de invernadero debida al aumento de la población y del desarrollo tecnológico en todo el mundo. Estados Unidos es el mayor emisor global de gases de invernadero, pero a medida que naciones superpobladas como China e India y otras naciones menos desarrollas continúen creciendo y se industrialicen, sus emisiones excederán las de Estados Unidos y es posible que los niveles globales de dióxido de carbono se dupliquen entre el 2030 y el 2050. Con esa concentración de dióxido de carbono y otros gases de invernadero, los modelos predicen que el promedio anual de la temperatura de la Tierra subirá entre uno y cinco grados. Esto significa que dentro de 40 años el clima de la Tierra puede ser tan diferente del actual como lo fue en el máximo de la Gran Edad del Hielo, sólo que mas cálido en vez de más frío (Fig. 25).

Figura 25: Emisiones globales pasadas y futuras. Arriba, emisiones globales en 1995 por un total de 6,46 GT. Abajo, emisiones globales por un total de 11,76 GT. En 1995, tres cuartas partes de las emisiones se debieron a los países desarrollados y una cuarta parte a los países en desarrollo. Se prevé que en 2035 las emisiones estarán repartidas por mitades en ambos grupos de países.

¿Qué significará ese Cambio Global para la humanidad? Algunas consecuencias serán el ascenso del nivel del mar (porque el agua se expande cuando se calienta y por derretimiento parcial del hielo polar antártico y los glaciares de montaña) que puede inundar muchas áreas bajas como la costa de Florida, Bangladesh, amplios sectores de la costa de la Ciudad de Buenos Aires y la provincia homónima y muchos otros asentamientos humanos en las costas de mares. Los cambios climáticos mayores pueden afectar severamente a la agricultura y a otros sistemas que sostienen la vida en el planeta. Como se vio más arriba, muchos lugares del mundo ya están sufriendo estos efectos. Para predecir el cambio climático es necesario simular el clima futuro con distintas hipótesis usando modelos computacionales. Una prueba fuerte de la confiabilidad de las predicciones es la capacidad de los modelos para reproducir el clima actual basándose en una o más de las hipótesis propuestas. La física y la química de los procesos que conocemos son componentes esenciales de los modelos. Éstos deben incluir las características de la tierra y los océanos que inciden en la condición de la atmósfera. También tienen que tener en cuenta las características radiativas de los gases que forman la atmósfera, incluyendo el vapor de agua (el gas radiativo clave), que es muy variable en la atmósfera. Los registros globales de temperatura de superficie de los últimos 100 años muestran un ascenso de la temperatura global, pero el ascenso fue interrumpido por períodos en que la temperatura descendió. Si los modelos no pueden explicar estas variaciones de la tendencia no podremos confiar en sus predicciones de los cambios por venir. La disminución de la temperatura entre 1945 y 1970 nos hizo suponer que se acercaba una nueva edad del hielo. En cambio, desde la década de 1980 se ha visto un aumento sostenido de la temperatura, lo que parece asegurar que estamos en una etapa de calentamiento global. Este aumento ha sido interrumpido brevemente por erupciones volcánicas de importancia, como la del Monte Pinatubo (Filipinas) en 1991.
Como dijimos, se ha producido un aumento del 25% de dióxido de carbono en la atmósfera, desde las 270 o 280 partes por millón (ppm) de hace 250 años hasta de 350 ppm en la actualidad. El registro de dióxido de carbono en la atmósfera muestra variaciones estacionales. Estas variaciones son más pronunciadas en el hemisferio norte por su mayor superficie continental que en el hemisferio sur. Las variaciones son modificadas también por las interacciones de la atmósfera y la vegetación. En la estación de crecimiento y a la luz del día la vegetación toma dióxido de carbono; a la noche y en la estación de senescencia la vegetación libera dióxido de carbono. El efecto es más pronunciado en el hemisferio norte porque allí se encuentra la mayor masa de tierra. De modo similar hemos mostrado que el Metano tiene una concentración mayor en el hemisferio norte. Para entender y predecir los cambios de clima se necesitan modelos de los siguientes tipos: a) Modelos socioeconómicos que predigan el consumo futuro de combustibles fósiles y el uso de otros combustibles. Las predicciones de estos modelos dependen de los métodos de producción industrial, de la eficiencia en el uso de la energía, de los nuevos materiales, de las políticas públicas, de la preocupación social por el ambiente y el desarrollo económico, del nivel de vida y de la dependencia social del uso de energía y de productos químicos. b) Modelos físicoquímicobiofísicos que muestren qué pasa con los gases de invernadero en la atmósfera, por ejemplo, cuánto dióxido de carbono es capturado por los océanos y la biosfera y cómo los procesos químicos (agrícolas) y naturales de la superficie de la Tierra afectan la entrada en la atmósfera del metano, los óxidos de nitrógeno y otros gases de invernadero. c) Modelos oceano‑atmosfera que expliquen como responde el sistema climático a los cambios de composición química de la atmósfera (Fig. 26).

Figura 26: Esquema de un modelo global del clima. En la sección superior (Atmósfera) se incluyen la radiación, la turbulencia y las nubes. En la sección media se ven los fenómenos naturales que conectan la atmósfera con el océano y la tierra: Calor sensible y radiación, stress del viento, evaporación y precipitación. En la sección inferior, Océano y Continente se conectan a través del escurrimiento (según Hartmann 1994, modificado).

Para desarrollar y verificar los modelos de clima es necesario adquirir, compilar y analizar buenos datos climáticos. Los datos que se adquieren con el Sistema de Observación de la Tierra (EOS), son muy precisos e intercomparables y se recogerán durante largo tiempo. Es difícil obtener predicciones confiables de los modelos porque todavía no se entienden muchos procesos secundarios. Por ejemplo, ¿Cuándo comienza a elevarse la temperatura por efecto radiativo directo del aumento de dióxido de carbono? ¿Aumentarán o disminuirán las nubes? ¿Dejarán pasar más o menos radiación solar? El efecto radiativo directo de la duplicación del dióxido de carbono es relativamente pequeño y no hay muchas discrepancias entre los modelos respecto de este asunto. En cambio, hay conflicto respecto a los efectos secundarios o de realimentación. Los modelos que predicen un calentamiento muy grande por el dióxido de carbono muestran cambios en la cobertura de nubes que amplifican mucho los efectos de calentamiento mientras que los modelos que predicen calentamientos más modestos muestran que las nubes tienen poco efecto o efecto negativo sobre el calentamiento. ¿Es posible equiparar la observación de las tendencias de la temperatura con las predicciones de los modelos? El registro de la temperatura de los últimos 100 años muestra un aumento de 0,5 °C. Sin embargo, la tendencia hacia el calentamiento no es enteramente consistente con el aumento de dióxido de carbono. La mayor parte del aumento de la temperatura ocurrió antes de 1940 y después la tierra empezó a enfriarse hasta comienzos de la década de 1970 en que comenzó nuevamente el calentamiento.
El dióxido de carbono, por otra parte, aumentó constantemente durante el último siglo. Otros factores que pueden haber afectado al clima en ese período incluyen cambios en la energía solar que llega a la Tierra, el enfriamiento provocado por los aerosoles volcánicos y la posibilidad que el dióxido de azufre y otros contaminantes puedan haber afectado la cantidad de radiación solar que se refleja nuevamente al espacio. Algunos de estos efectos causan un enfriamiento y podrían contrarrestar el calentamiento debido al dióxido de carbono y a otros gases de invernadero. Todos estos efectos deberían tenerse en cuenta y ser correctamente modelados para predecir los cambios que podrían esperarse en el próximo siglo.

Investigación del efecto invernadero
En las últimas décadas, la NASA ha realizado varias misiones satelitales para obtener datos del balance de la energía de la Tierra, que son críticos para entender el efecto invernadero. También desarrolló numerosos modelos climáticos que utilizan esos datos para explicar el sistema y finalmente predecirlo. El Modelo de Circulación General (GCM) creado en el Instituto Goddard para Estudios del Espacio (GISS) de la NASA en la Ciudad de Nueva York es uno de ellos. Los GCM usan computadoras muy rápidas para resolver las ecuaciones básicas de los procesos que controlan los movimientos atmosféricos. Mediante esos modelos el GISS predijo que la temperatura global anual alcanzaría un récord en los primeros tres años de la década de 1990. El récord se produjo en 1990. Sin embargo, en junio de 1991, el volcán del Monte Pinatubo entró en erupción e inyectó 25 a 30 millones de toneladas de dióxido de azufre en la estratósfera. Allí, el dióxido de azufre reaccionó con el vapor de agua para producir un halo de gotitas de ácido sulfúrico de gran duración. El GISS insertó esta información en sus modelos, estimó la cantidad de radiación solar bloqueada por el aerosol del Pinatubo y predijo que la temperatura global descendería 0,3 °C. Las predicciones se cumplieron con exactitud. Aunque estas predicciones son estimulantes, la mayoría de los científicos está de acuerdo en que hay que mejorar los modelos climáticos para lograr predicciones realmente confiables.

Problemas a resolver
No se sabe cómo responderá el clima ante los problemas potenciales mencionados más arriba. Hay aspectos de asunto que no podemos predecir con precisión ya que a medida que el clima se hace más cálido los “efectos de realimentación” que influyen sobre el clima pueden tomar formas o magnitudes inesperadas. Estos efectos pueden ser positivos o negativos, es decir, produciendo un enfriamiento o agregando calor. El rol de las nubes es una de las mayores incógnitas. No sabemos si la cubierta de nubes aumentará o disminuirá como resultado del calentamiento global o cuánta luz solar pueden reflejar las nubes hacia afuera del planeta. No sabemos si las nubes actuarán como un estabilizador o como un amplificador. Otra gran incógnita es la respuesta de los océanos al calentamiento. En la actualidad hay evidencias inequívocas del efecto invernadero aumentado en el registro de la temperatura y otras variables climáticas, pero si esperamos a tener todas las certezas antes de actuar es posible que lleguemos tarde para reducir efectivamente los efectos indeseables del calentamiento. Por ello, muchos climatólogos piden que se actúe ya. No tiene sentido aumentar las concentraciones de gases que se cree que tienen un efecto importante. Se pueden solucionar problemas para gases como los CFC, pero no habrá una solución para el dióxido de carbono si no salimos de una economía basada en el uso de combustibles fósiles. Se pueden reducir las emisiones y postergar el calentamiento del invernadero mientras se lo investiga y entiende mejor.
La mitad de los cambios necesarios pueden lograrse con cambios de la conducta e inversiones relativamente pequeñas para el presupuesto familiar: la simple conservación y uso eficiente de la energía. Apagar las luces, estufas y acondicionadores de aire en las habitaciones que no se ocupan, usar menos el automóvil y cuando es posible compartir los viajes, usar automóviles con mejor kilometraje por litro de combustible o mejorar la aislación térmica de los lugares de trabajo y las viviendas son soluciones que están al alcance de la mano.

LOS VOLCANES Y EL CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL

Las grandes erupciones volcánicas provocan el enfriamiento global que se produce en los años siguientes. La magnitud y duración global del enfriamiento dependen de la fuerza de la erupción y posiblemente de la latitud del sitio. Cuando las grandes masas de gases de la erupción llegan a la estratósfera pueden producir un amplio efecto de enfriamiento. Por ejemplo, el Monte Pinatubo (Filipinas) entró en erupción en junio de 1991 y el Monte Hudson (Chile) lo hizo entre agosto y octubre de 1991. Sus efectos mancomunados duraron varios años retardando el ascenso de la temperatura global que se había predicho para el mismo lapso (Fig. 27).

Figura 27: En la Misión STS-43 se logró esta imagen que muestra una doble capa de aerosol del Pinatubo (líneas oscuras) por encima de las altas nubes cumulonimbos el 8 de agosto de 1991 sobre America del Sur antes de la erupción del Hudson (Imagen de la NASA).

Los volcanes entran en erupción enviando enormes nubes a la atmósfera. Estas nubes están formadas por partículas de dióxido de azufre y otros gases. Un volcán grande puede inyectar millones de toneladas de dióxido de azufre en la estratósfera. Allí el dióxido de azufre se convierte en partículas pequeñas y persistentes de ácido sulfúrico y de iones sulfato, que se conocen como aerosoles. Estas partículas de sulfato reflejan la energía solar reduciendo el calentamiento de la Tierra (Fig. 28).

Figura 28: Momentos iniciales de la gran erupción del Monte Pinatubo en Junio de 1991 (Imagen de USGS).

Las grandes erupciones parecen estar vinculadas al enfriamiento global (Fig. 29). El año 1816 se conoció como el “año sin verano” porque hubo importantes alteraciones climáticas en Nueva Inglaterra y en Europa Occidental, con heladas destructivas de verano en los Estados Unidos y Canadá. Estos extraños fenómenos fueron atribuidos a la erupción del volcán Tambora (Indonesia) en 1815. El volcán arrojó dióxido de azufre gaseoso a la estratósfera y se formó una capa de aerosoles que produjo ocasos brillantes en todo el mundo durante varios años. Sin embargo, hay cierta confusión en la evidencia histórica de la relación entre las erupciones volcánicas y el enfriamiento global. Dos erupciones recientes dieron indicaciones contradictorias: aparentemente la del Monte Agung (Bali, Indonesia) causó un marcado descenso de la temperatura en casi todo el mundo en 1963, mientras que la del volcán El Chichón (Chiapas, México) tuvo poco o ningún efecto sobre el clima global, tal vez por su localización diferente o por efecto del fenómeno “El Niño” que ocurrió ese año y que puede haber contrarrestado los efectos de erupción del volcán (Fig. 30) (Fig. 31)(Fig.32).

Figure 29: Izquierda, el Volcán Mount Saint Hellens (Estado de Washington, EE.UU.) en 1970; derecha: el mismo volcán después de una serie de erupciones explosivas ocurridas en 1980 (Imágenes del USGS).

Figura 30: Imagen satelital tomada el 26 de mayo de 2010 por el detector MODIS montado en Satélite Aqua de la NASA, cuando el volcán islandés Eyjafjallajökull había aminorado su erupción. Hacia el centro de la imagen se ve la gran pluma de aerosoles volcánicos mientras que del cráter del volcán (indicado en la parte alta y al centro de la imagen) sólo emerge algo de vapor (Imagen de NASA).

Figura 31: El Volcán Grimsvötn en Islandia poco tiempo antes de su erupción en mayo de 2011 (Imagen del Dominio Público).

Figura 32: El volcán Grimsvötn (Islandia) entra en erupción el 22 de Mayo de 2011. El detector MODIS montado en el satélite Terra de la NASA capturó esta imagen que muestra una columna de ceniza ascendiendo desde el volcán. Los controladores del tráfico aéreo en Europa informaron que se habían cancelado 252 vuelos cuando la pluma de ceniza cubría Escocia e Irlanda del Norte (Imagen de NASA).⁴

Otro efecto probable de las erupciones volcánicas es la destrucción del ozono estratosférico. Se cree que las partículas de hielo con ácido sulfúrico de las erupciones volcánicas pueden contribuir a la pérdida de Ozono. Las partículas de sulfato pueden convertir a los compuestos de cloro (que resultan de la destrucción de los clorofluorocarbonos en la estratósfera) en formas más activas para la destrucción del ozono.

Supervisión de la actividad volcánica
Aunque se pudiera llegar hasta un volcán en erupción, sería imposible medir su emisión de gas porque no es posible visualizar sinópticamente toda la nube. Tampoco los aviones pueden hacerlo porque vuelan muy bajo y es muy peligroso. Las erupciones volcánicas magmáticas contienen grandes cantidades de dióxido de azufre. Este gas absorbe en la misma longitud de onda de la radiación ultravioleta que la usada por el detector Espectrómetro de Mapeo del Ozono Total (TOMS) para medir el ozono estratosférico. Las especificidades de la absorción (dependencias) son utilizadas para distinguir el ozono del dióxido de azufre (Krueger et al., 1995). Las observaciones desde el espacio que realiza la NASA mediante el TOMS han contribuido al conocimiento de la cantidad total de dióxido de azufre emitido a la atmósfera durante las grandes erupciones volcánicas. También la Sonda Limb de Microondas (MLS) colocada en el Satélite de Investigación de la Alta Atmósfera (UARS) permite realizar observaciones sinópticas. Además de detectar el dióxido de azufre de la erupción del Monte Pinatubo, el TOMS ha hecho observaciones similares en más de 100 episodios volcánicos incluyendo la gran erupción de 1991 del volcán Cerro Hudson en Chile. Un instrumento TOMS fue lanzado al espacio en la nave espacial rusa Meteor3 en 1991. El detector TOMS seguirá supervisando las erupciones volcánicas hasta bien entrado el Siglo XXI. El programa se completó con el vuelo de una sonda terrestre en un satélite especial de la NASA en 1994 y la Misión Japonesa con un Sistema Avanzado de Observación de la Tierra (ADEOS) en 1996. Desgraciadamente, el satélite japonés dejó de transmitir señales pocos meses después de entrar en órbita. El ADEOS II tomó imágenes volcánicas sobre las Islas Kuriles (Fig. 33).

Figura 33: El detector GLI montado en el satélite ADEOS II capturó esta imagen de la erupción volcánica de Mount Chikura en la isla Paramushir (al sur de Kamchatka) el 18 de abril de 2003. La pluma de humo del volcán se ve derivando hacia el sureste y la cubierta de ceniza aparece como un triángulo negro en el suroeste de la isla (Imagen de JAXA, Japón).

Los datos del instrumento para el Experimento de Gas y Aerosol Estratosférico (SAGE II) montado en el satélite del Presupuesto de la Radiación Terrestre (ERBS) muestran que en algunas localidades y durante los cinco meses que siguieron a la erupción del Monte Pinatubo la profundidad óptica del aerosol estratosférico aumentó hasta 100 veces. La profundidad óptica es una medida general de la capacidad de una región de la atmósfera para evitar el paso de la luz. Cuanto mayor es la profundidad óptica mayor es el bloqueo de la luz. En este caso, el aumento de la profundidad óptica reduce considerablemente la cantidad de energía solar que pasa a través de la nube para calentar la superficie de la Tierra. Las observaciones de los efectos climáticos globales de los aerosoles del Monte Pinatubo se han usado para convalidar algunas hipótesis científicas sobre el cambio climático y nuestra capacidad para predecir el clima del futuro. Los científicos del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en la ciudad de Nueva York han aplicado su modelo de circulación general del clima de la Tierra a este problema y lograron predecir correctamente los efectos de los sulfatos del aerosol del Pinatubo en la reducción de la temperatura global. A principios de Junio de 2011 entró en erupción el volcán chileno Puyehue y dispersó un manto de cenizas que alcanzó no sólo a la cercana Bariloche sino también a Buenos Aires y al Uruguay. La necesidad de detener el tráfico aéreo y el comienzo de la temporada invernal ha costado decenas de millones de pesos al turismo de la Argentina solamente. Del lado positivo, el manto de cenizas dispersado sobre la pampa argentina enriqueció los suelos (que tienen origen similar) (Fig. 34)(Fig. 35).

Figura 34: El satélite Aqua captó esta imagen de la erupción del Volcán Puyehue (pluma ocre que proyecta su sombra sobre las nubes que se hallan debajo) el 4 de junio de 2011. Aqua vuela a ~705 km de la Tierra, en órbita casi-polar, circular y sincrónica con el Sol. Resolución espacial (Imagen de NASA).

Figura 35: Vapor y ceniza en la erupción del volcán Puyehue, cerca de Osorno (Chile) el 5 de junio de 2011 (Imagen de la Fuerza Aérea de Chile).

La NASA en el estudio de los volcanes
Algunas misiones de la NASA contribuyen al estudio de los volcanes y el Sistema de Observación de la Tierra (EOS) es parte de las contribuciones de la NASA a la Ciencia de la Tierra. El primer lanzamiento de la serie EOS se hizo en 1998. El radiómetro infrarrojo de alta resolución (HRIR), que voló por primera vez en el satélite Nimbus-1 de la NASA en 1964 permitió observar volcanes activos y durmientes. En el Nimbus-2, el HRIR registró cambios de energía de la actividad volcánica en Sustey (Islandia) en 1966. Los instrumentos MSS (barredor multiespectral) y TM (mapeador temático) de los satélites Landsat han producido una gran serie de imágenes de las actividades volcánicas (soplado, caída de cenizas volcánicas y flujos de lava). El programa EOS incluye una serie de satélites con instrumentos avanzados para producir una base de datos a largo plazo, alta precisión y consistencia interna de muchos aspectos de la atmósfera de la Tierra, los continentes y océanos. La información obtenida con este esfuerzo aumenta nuestro conocimiento de las interacciones de los volcanes con el clima de la Tierra. La serie Nimbus (a partir del Nimbus-1 y su HRIR, 1964-1978), realizó observaciones de las emisiones térmicas de los volcanes durmientes y, a partir de 1978, el detector TOMS supervisó las emisiones volcánicas de dióxido de azufre. También la supervisión de las emisiones de dióxido de azufre de los volcanes ha estado a cargo del detector TOMS montado en el Meteor3 y las sondas terrestres (1994-98). La serie Landsat (1972-1999) produce imágenes de alta resolución espacial de la actividad volcánica. Las misiones SAGE II y ERBS (1984) midieron los cambios en profundidad óptica del aerosol estratosférico y los cambios resultantes en el balance de radiación debido a las emisiones volcánicas. El EOS supervisa el ozono, el dióxido de azufre de las emisiones volcánicas, los cambios en la profundidad óptica de los aerosoles y los cambios en el balance de la radiación, debidos a emisiones volcánicas y las anomalías térmicas producidas por los volcanes. El papel de los volcanes en el control del clima global puede verse en perspectiva histórica analizando el gráfico de los sulfatos no-marinos que llegan al hielo antártico en los últimos 750 años (Fig. 4).

LAS NUBES Y EL CICLO DE LA ENERGÍA

Las nubes pueden calentar o enfriar la superficie según sea la combinación de varios factores como la altura de la nube, su tamaño y la distribución de las partículas que la forman. El balance entre el enfriamiento y el calentamiento producido por las nubes es muy preciso y, en general, predomina el enfriamiento. La localización y las características de las nubes son fundamentales para entender el cambio climático. Las nubes bajas y gruesas reflejan la radiación solar y contribuyen al enfriamiento de la superficie de la Tierra. Las nubes altas y delgadas transmiten la radiación solar hacia la superficie de la Tierra y, al mismo tiempo, atrapan parte de la radiación infrarroja (IR) emitida por la Tierra y la radian nuevamente hacia abajo contribuyendo al calentamiento de la Tierra. El sistema climático de la Tierra tiende a mantener el equilibrio entre la energía solar que llega a la Tierra y la energía que sale de ésta al espacio exterior. Este equilibrio se denomina “balance energético”. La superficie del planeta, la atmósfera y las nubes son componentes del sistema que contribuyen a mantener el balance energético. La energía solar que llega a la superficie de la Tierra es energía de “onda corta” porque la mayor parte proviene de las ondas de longitud de onda más cortas (y mayor frecuencia) del espectro de radiación electromagnética y es la responsable de la luz visible que detectan nuestros ojos. Tanto la cantidad de energía como las longitudes de onda a las cuales un sistema emite energía dependen de la temperatura media de las superficies radiantes del sistema. La temperatura de la superficie radiante del Sol (fotosfera) es superior a 5500 °C. No toda la energía solar viene a la Tierra ya que el Sol emite energía en todas direcciones y sólo una fracción muy pequeña es interceptada por nuestro planeta (Fig. 36).

Figura 36: De los 1340 W*m-2 de energía solar que llega a la Tierra, el 29 % es reflejado nuevamente al espacio sobre todo por las nubes pero también por otras superficies brillantes y por la propia atmósfera. Alrededor del 23% de la energía que llega es absorbida por los gases atmosféricos, el polvo y otras partículas. El 48% restante es absorbido en la superficie de la Tierra (NASA Earth Observatory, ilustración de Robert Simmon sobre una fotografía espacial).

Desde el sistema Tierra la energía vuelve al espacio por reflexión o por emisión. Una parte de la energía solar que viene a la Tierra es reflejada nuevamente hacia el espacio en la misma onda corta en que llegó a la Tierra. Esta fracción de la energía solar que es reflejada hacia el espacio se llama albedo. Las diversas partes de la Tierra tienen diferentes albedos. Por ejemplo, la superficie del océano y la selva lluviosa tienen bajos albedos, lo que significa que reflejan una pequeña porción de la energía solar solamente. Los desiertos y las nubes, en cambio, tienen albedos altos porque reflejan una gran porción de la energía solar. La superficie total de la Tierra refleja alrededor del 30% de la energía solar que recibe. Dado que una nube tiene generalmente un albedo más alto que la superficie que está debajo, la nube refleja más radiación de onda corta hacia el espacio que la que reflejaría la superficie sin la cubierta de nubes. Esto reduce la cantidad de energía solar disponible para calentar la superficie y la atmósfera. Por consiguiente, esta fuerza del “albedo de las nubes” tiende a causar enfriamiento actuando como una “fuerza negativa” en el clima de la Tierra (Fig. 37).

Figura 37: Esta imagen muestra la cantidad media de calor (en W*m-2) que fue emitida desde la Tierra al espacio un día del mes de septiembre de 2008. Los colores rojizos muestran donde había mayor calor y se emitía más radiación que salía por el tope de la atmósfera. Los colores con más blanco muestran los valores más bajos (NASA Earth Observatory, mapa por Robert Simmon).

Otra parte de la energía que vuelve al espacio desde la Tierra es la radiación electromagnética emitida por la Tierra. La radiación solar absorbida por la tierra calienta el planeta hasta el punto en que éste emite hacia el espacio tanta energía como la que absorbe del Sol. Debido a que la Tierra absorbe una pequeña fracción de la energía del Sol, se mantiene más fría que éste y, por consiguiente, emite mucha menos radiación. La mayor parte de esa radiación tiene mayor longitud de onda que la radiación solar. A diferencia de ésta, que se emite a longitudes de onda más cortas visibles al ojo humano, la radiación de onda larga de la Tierra es emitida principalmente como infrarrojo (IR), que es invisible al ojo humano. Cuando una nube absorbe radiación de onda larga emitida por la superficie de la Tierra, la nube reemite una parte de la energía al espacio exterior y otra parte nuevamente hacia la superficie. La intensidad de la emisión de una nube varía directamente con su temperatura y depende también de varios otros factores como el grosor de la nube y la organización de las partículas que la forman. La parte superior de la nube está habitualmente más fría que la superficie de la Tierra. Por consiguiente, si se introduce una nube en un cielo previamente claro, la cara superior fría de la nube reducirá la emisión de onda larga hacia el espacio y (a despecho del albedo de la nube en ese momento) la energía será atrapada debajo de la cara superior de la nube. Esta energía atrapada aumentará la temperatura de la superficie de la Tierra y la atmósfera hasta que la emisión de onda larga al espacio vuelva a balancear la energía de onda corta absorbida. Este proceso se llama “poder de invernadero de las nubes” y tiende a causar calentamiento por lo que es una “fuerza positiva” del clima de la Tierra. Por lo común, cuanto más alta en la atmósfera se encuentra una nube más fría es su superficie superior y mayor es su fuerza de invernadero.
Si la Tierra no tuviera atmósfera, una temperatura de superficie muy inferior al punto de congelación emitiría suficiente radiación para balancear la energía solar absorbida. Pero la atmósfera calienta el planeta y lo hace habitable. El aire limpio es ampliamente transparente a la radiación solar de onda corta y por consiguiente la transmite a la superficie de la Tierra. Sin embargo, una fracción importante de la energía de onda larga emitida por la superficie es absorbida por el aire. Esto calienta el aire haciéndole radiar energía tanto hacia el espacio como hacia la superficie de la Tierra. La energía nuevamente radiada a la superficie la calienta más y con ello emite energía suficiente para balancear la energía adicional que recibe del aire. Este efecto de calentamiento de la superficie por parte del aire, que se llama “efecto invernadero atmosférico”, se debe al vapor de agua contenido en el aire pero también es aumentado por el dióxido de carbono, metano y otros gases que absorben la energía infrarroja (Tabla II).

Tabla II. Principales tipos de nubes según la altura y la región geográfica en la que se encuentran (Datos del Servicio Meteorológico Nacional, de la NOAA).

Las nubes altas
Las nubes altas y delgadas llamadas cirrus actúan de un modo similar al aire limpio, porque son muy transparentes a la radiación de onda corta (su albedo es muy pequeño), pero absorben la radiación de onda larga que va al espacio. Las nubes cirrus absorben, como el aire limpio, la radiación de la Tierra y luego emiten radiación infrarroja de onda larga tanto hacia el espacio como hacia la superficie de la Tierra. Dado que las nubes cirrus son altas y, por consiguiente, frías, la energía radiada al espacio exterior es más baja de lo que sería sin nubes (la fuerza de invernadero de las nubes es grande). La parte de la radiación así atrapada y devuelta a la Tierra se suma a la energía de onda corta del Sol y a la de onda larga del aire que llegan a la superficie. La energía así agregada causa un calentamiento en la superficie y en la atmósfera. El efecto general de las nubes altas y delgadas (cirrus) es aumentar el calentamiento de la Tierra por invernadero (Fig. 38).

Figura 38: Nubes cirrus, (a, arriba izquierda) nubes en forma de filamentos, líneas y ganchos, (b, arriba derecha) densas, en parches, (c, abajo izquierda) más densas, y (d, abajo derecha) en filamentos y gancho con densidad creciente (Imágenes de NOAA).

Las nubes bajas
En contraste con el efecto de calentamiento de las nubes más altas, los stratocumulus más bajos enfrían al sistema Tierra. Debido a que las nubes bajas son mucho más gruesas que los cirrus altos, no son transparentes: no dejan pasar tanta energía solar hasta la superficie de la Tierra. Reflejan, en cambio, gran parte de la energía solar hacia el espacio (su fuerza de albedo es grande). Aunque las nubes stratocumulus también emiten radiación de onda larga hacia el espacio y hacia la superficie de la Tierra, están cerca de la superficie y casi a la misma temperatura de la superficie. De este modo radian casi a la misma intensidad que la superficie y no afectan demasiado a la radiación infrarroja emitida al espacio (su fuerza de invernadero es pequeña a escala planetaria). Por otro lado, la radiación de onda corta emitida hacia abajo desde la base de los stratocumulus tiende a calentar la superficie y la fina capa de aire entre ésta y la nube, pero la fuerza preponderante del albedo protege la superficie eliminando suficiente radiación solar como para que el efecto neto de estas nubes sea un enfriamiento de la superficie (Fig. 39).

Figura 39: Expansión y aplanamiento de las Nubes Estratocúmulo (Imágenes de NOAA).

Nubes de convección profunda
En contraste con los tipos discutidos más arriba se encuentran las nubes de convección profunda, los cumulonimbos. Estas nubes pueden tener varios km de espesor, con su base cerca de la superficie de la Tierra y su tope a 10 km o más. Como la parte superior es alta y fría, la energía que radian al espacio exterior es menor de la que radiaría una superficie sin nubes (su poder de invernadero es grande). Sin embargo, también son muy gruesas y reflejan mucha energía solar al espacio (su poder de albedo es grande); por consiguiente, con la radiación de onda corta reducida para la absorción, no hay exceso de radiación para capturar. En consecuencia, el poder de invernadero y el de albedo están en equilibrio y el efecto general de las nubes cumulonimbos es neutro (Fig. 40).

Figura 40: Nubes cumulonimbos. Sin fibras (arriba) y fibrosa (abajo) (Imágenes de NOAA).

Las nubes como variables clave del cambio global
El efecto de las nubes sobre el clima depende del balance entre la reflexión de la radiación solar que entra y la absorción de la radiación infrarroja que sale de la Tierra. Las nubes bajas tienen un efecto de enfriamiento. Las nubes altas y finas (cirrus) tienen un efecto de calentamiento. Las nubes de convección profunda no tienen efecto de enfriamiento ni de calentamiento porque su poder de invernadero y de albedo, aunque grandes, se cancelan mutuamente.

Las misiones de la NASA para el estudio de las nubes y el ciclo de la energía
La NASA realiza misiones para estudiar las nubes y el ciclo de la energía. En el futuro se harán pequeñas misiones con objetivos específicos (las sondas terrestres) y programas para producir datos de cambio global de alta calidad usando datos de misiones anteriores y actuales (el programa “Pathfinder”). Estas iniciativas convergen en la principal iniciativa de la Misión al Planeta Tierra: la serie de satélites del sistema de observación de la Tierra (EOS) que comienza en 1998. La serie de Satélites de Observación por Televisión Infrarroja (TIROS) permitió obtener datos diarios de la temperatura y cobertura global. La serie Nimbus permitió el primer análisis del balance de la radiación global mostrando que el albedo planetario era más bajo y la energía infrarroja era mayor de lo que se creía. El Experimento del Presupuesto de Radiación de la Tierra (ERBE) permitió un mejor análisis del presupuesto energético de la Tierra y, especialmente, las primeras observaciones de las fuerzas de albedo e invernadero de las nubes. El Satélite de Investigación de la Alta Atmósfera (UARS) supervisa la energía solar que llega a la Tierra y ofrece datos sobre química y dinámica de la atmósfera. El primer Spacelab/STS (Sistema de Transporte Espacial) y el Laboratorio Atmosférico de Ciencia y Aplicaciones (ATLAS) lanzados con el trasbordador espacial produjeron datos de energía solar, de las interacciones sol-atmósfera y de la química y dinámica de la alta atmósfera.

Los datos “Pathfinder”
El programa “Pathfinder” fue iniciado por la NASA para ofrecer a los investigadores del cambio global grandes conjuntos de datos de teledetección. La NASA produce datos de nubes y ciclo de energía. Fuentes importantes de datos son el Satélite Meteorológico Sincrónico, el Satélite Ambiental Geoestacionario Operativo (SMS/GOES) y el Radiómetro Avanzado de Muy Alta Resolución (AVHRR) de la NOAA. Sus datos permiten estudiar patrones de nubes y características a gran escala (desde uno hasta miles de km) y tiempo (desde minutos hasta años). Una sonda importante es la Misión Tropical Para la Medición de las Lluvias (TRMM), que llevará el instrumento llamado sistema de Energía Radiante de la Tierra (CERES) y el EOS Nube, que es una versión mejorada del ERBE. El ozono es una especie molecular formada por tres átomos de oxígeno. Es relativamente inestable y se encuentra en dos niveles de la atmósfera: la estratosfera que se extiende entre 10 y 50 km de altura y la troposfera entre 0 y 10 km de altura. Aunque forma sólo una pequeña parte de la atmósfera, el ozono estratosférico es crucial para la vida en la Tierra. El ozono estratosférico protege la superficie del planeta de la radiación electromagnética Ultravioleta-B (UV-B) emitida por el Sol. Sin ozono estratosférico seríamos más susceptibles al cáncer de piel, las cataratas y la depresión del sistema inmune. En cambio, el ozono de la troposfera es un peligroso contaminante del aire que respiramos, ya que daña al tejido pulmonar y también a las plantas. Las cantidades de ozono atmosférico estratosférico y troposférico dependen del balance entre los procesos que crean ozono y aquellos que lo destruyen.

EL OZONO ESTRATOSFÉRICO

La capa de ozono
En 1998 se publicó una investigación epidemiológica realizada en Puerto Rico sobre las tendencias del melanoma en la población humana (Matta et al. 1998). Uno de los propósitos de este trabajo era determinar la tasa de incidencia (corregida por edad) del melanoma en los residentes de Puerto Rico entre 1978 y 1991. Esta investigación respaldada por la NASA trataba de establecer si había un aumento del melanoma a partir de 1978 debido a la erosión del ozono estratosférico y la perdida de parte de su capacidad de filtro de la radiación UV-B. Los cálculos incluyeron todos los valores registrados entre 1978 y 1991 y los resultados mostraron un incremento del melanoma del 528% para los hombres y del 200% para las mujeres en los 13 años del estudio. Estas cifras son algo exageradas ya que el período de la investigación coincidió con las campañas de educación pública sobre la relación entre radiación solar y cáncer de piel y los datos de asistencia hospitalaria utilizados reflejan en parte el efecto de una mayor alerta pública sobre el problema. Por fin, la diferencia entre hombres (528%) y mujeres (200%) se relaciona probablemente con el tipo de trabajo más expuesto al sol que realizan los hombres. Esta investigación pionera subrayó los nuevos riesgos de salud de la vida cotidiana contemporánea. En otra investigación respaldada también por la NASA, se hizo cultivo de células y usando un simulador solar, Matta et al. (2005, 2006) reprodujeron en el laboratorio las condiciones ambientales de Puerto Rico (establecidas por seis años de medición continua de la irradiancia solar). En esas condiciones expusieron fibroblastos normales de piel humana al simulador solar durante 10, 11, 19, 23 y 45 minutos a un flujo correspondiente a la radiación ambiental de mediodía de UV-A (400 a 315 nm) y UV-B (280 a 315 nm). Esta exposición generó respuestas apoptóticas y necróticas con un umbral de 19 a 23 minutos para producir una o la otra. Este trabajo de ciencia básica mostró la clase y magnitud de las respuestas celulares de la piel humana a la acción de los fotones de alta energía de la radiación UV. Se ha visto que el adelgazamiento de la capa de ozono durante las últimas décadas produjo un aumento en la incidencia de estos problemas. La reducción del rendimiento de los cultivos, la destrucción de pesquerías marinas, los daños a materiales no biológicos y el aumento del smog son atribuibles también a niveles más altos de radiación UV, mostrando que hay costos no despreciables asociados al problema del ozono estratosférico y la radiación UV.

El balance del ozono estratosférico
En la estratosfera, el ozono se crea y se destruye en primer término por la radiación UV. El aire de la estratósfera es bombardeado continuamente por la radiación UV del Sol. La capacidad de absorber varias longitudes de onda de la radiación UV, que hacen al ozono tan valioso para nosotros, es también la causa de su destrucción. Cuando una molécula de ozono (O3) absorbe radiación UV, se divide en un átomo de oxígeno libre y una molécula de oxígeno ordinario. El átomo de oxígeno libre puede unirse con una molécula de oxígeno para formar otra molécula de ozono, o sustraer un átomo de oxígeno de una molécula de ozono para hacer dos moléculas de oxígeno. Estos procesos iniciados por la radiación UV se conocen como “Reacciones de Chapman” o “modelo de sólo oxígeno”. Actualmente sabemos que otras fuerzas naturales se suman a las reacciones de Chapman afectando la concentración del ozono en la estratósfera. El ozono reacciona fácilmente cediendo su átomo “extra” de oxígeno al nitrógeno, al hidrógeno y al cloro de los compuestos naturales. Estos elementos existieron siempre en la estratósfera desprendidos de fuentes naturales como el suelo, el vapor de agua y los océanos. Se cree que los niveles de ozono cambian periódicamente como parte regular de ciclos naturales como los cambios estacionales, los ciclos solares y los vientos. Además, las erupciones volcánicas pueden, cada tanto, inyectar materiales que destruyen el ozono en la estratósfera.

La destrucción del ozono estratosférico
El “agujero del ozono antártico” es una indicación dramática del cambio ambiental global causado por la humanidad. La destrucción del ozono estratosférico fue detectada por investigadores ingleses en la Antártida (Farman et al. 1985). Estos científicos medían aumentos primaverales en la radiación solar UV que penetraba la atmósfera en longitudes de onda normalmente absorbidas por el ozono. Los análisis mostraron un factor cercano a 2 en el aumento de la UV medida entre 1956 y 1985 y que el cambio se aceleraba desde 1976. Los estudios satelitales mostraron que este fenómeno ocurría en un área geográfica de 1.000 km de diámetro situada en un lugar no poblado y sin agricultura. Las reacciones de Chapman subestimaban la tasa de destrucción del ozono y Crutzen, Molina y Rowland postularon un modelo catalítico que podía explicar los hechos observados. Los catalizadores podían ser hidrógeno, hidroxilo, óxido nitroso, cloro o bromo. El cloro producido por la disociación de el CFC-12 (CCL2F2) es el principal catalizador que actúa en el “agujero del ozono” de la primavera antártica. Estos autores recibieron el Premio Nobel de Química en 1995. Como algunos investigadores sospechábamos, la magnitud extrema y las limitaciones geográficas de la destrucción del ozono antártico se deben a patrones meteorológicos peculiares de la región del Polo Sur. La gran destrucción local que contrasta con la disminución moderada del ozono en el resto de la estratósfera se conecta con la circulación del vórtice polar más una compleja interacción del cloro con los óxidos de nitrógeno, y su confinamiento físico en el frío extremo (temperaturas inferiores a 80 °C bajo cero) de las nubes estratosféricas y la remoción selectiva de algunas especies moleculares por precipitación (Carlson et al. 2000). En contraste con el confinamiento antártico del “agujero”, algunos habíamos observado (D’Antoni et al. 1994) que esa destrucción localizada debía reflejarse en la concentración global del ozono. Aunque los australianos y neozelandeses y, en menor medida los argentinos y chilenos tomaron medidas protectivas, en el hemisferio norte no hubo acción asociada a la creciente preocupación hasta que en 1987 se firmó el primer manuscrito del Protocolo de Montreal que ha sufrido desde entonces adiciones y modificaciones concomitantes con el aumento del conocimiento del problema. Esencialmente prohibió la producción y uso de moléculas como el CFC-12.
La destrucción del ozono estratosférico ejemplifica nuestra incapacidad para predecir las interacciones entre productos industriales y los ciclos químicos naturales. El déficit no está sólo en la ciencia sino en su pérdida de su poder de comunicación y persuasión, en algunas colosales faltas de ética y en ciertos casos de franca ignorancia de la amplitud y diversidad de los problemas. Beneficiarios de estas deficiencias son los buscadores de provecho a cualquier costo y con total irresponsabilidad sobre las consecuencias de sus acciones. A lo largo de la vida de la Tierra, los procesos naturales han regulado el balance del ozono en la estratósfera. Una manera simple de entender el balance del ozono es pensar en un balde con agujeros. En tanto se le agrega agua a la misma tasa en que el balde la pierde, la cantidad de agua en él permanece constante. Del mismo modo, si el ozono se crea a la misma tasa en que se destruye, la cantidad total de ozono permanece constante (McElroy 2002).
La expresión “destrucción del ozono” significa no sólo la mera destrucción natural del ozono sino también que la pérdida excede su creación. Al agregar a la atmósfera compuestos que destruyen el ozono, como los clorofluorocarbonos (CFC), se acentúa la pérdida de ozono de modo que la tasa de pérdida supera a la tasa de creación. Consecuentemente, decrecen los niveles globales de ozono y con ello la protección que ofrece contra la radiación ultravioleta. Entre 1973 y 1993 se han encontrado evidencias de que las actividades humanas alteran el balance del ozono. En 1974, Mario Molina y Sherwood Rowland (que, junto con Paul Crutzen, recibieron el Premio Nobel de Química en 1995) predijeron que los CFC causarían una declinación del ozono global, pero la comunidad científica se mantuvo escéptica: ¿Por qué los sistemas de supervisión satelital no detectaban la declinación? Años más tarde, un examen cuidadoso reveló que los detectores satelitales habían registrado la caída y habían marcado sus valores más bajos, pero los científicos estaban atrasados en el análisis de esos datos y no habían visto las señales de alarma. En efecto, los archivos de computadora muestran que en 1984 el agujero del ozono que no se había detectado anteriormente, era más grande que los Estados Unidos y más profundo que el Monte Everest.
La destrucción de la capa de ozono estratosférico es un tema importante para el estudio del cambio global. Ocurre hace décadas y la actividad humana es la causa. Los responsables principales de la destrucción del ozono forman una familia de gases sintéticos llamados clorofluorocarbonos (CFC). Éstos fueron creados en 1929 para usarlos en refrigeración y aire acondicionado y luego como propelente en aerosoles, solventes, agentes para formar espumas artificiales. Su creación puso fin a la muerte de obreros de la industria de la carne al reemplazar al cloruro de metilo (altamente tóxico) como gas para la refrigeración. Otra familia de gases dañinos para el ozono es la de los halometanos cuya molécula es la de un metano (CH4) con uno de los hidrógenos reemplazado por un halógeno (F, Cl, Br ó I) usados en los extinguidores de incendios y otras aplicaciones industriales. Algunos de estos compuestos se producen naturalmente pero sobre todo artificialmente. En la década de 1970 los científicos comenzaron a descubrir un aspecto negativo muy serio de estos compuestos “maravillosos”. Los halógenos de los CFC y de los halometanos destruyen el ozono estratosférico. La producción humana de estos compuestos ha introducido una nueva fuerza en el sistema de destrucción del ozono, que desequilibra el balance natural de creación/destrucción. Los CFC son compuestos muy estables y no reaccionan fácilmente con otros compuestos en la atmósfera baja. Una de las pocas fuerzas que pueden romper las moléculas de los CFC es la radiación UV. En la atmósfera baja, sin embargo, los CFC están protegidos de la radiación UV por la capa de ozono de la estratósfera. Aunque las moléculas de los CFC son más pesadas que el aire, los procesos de mezcla de la atmósfera las llevan a la estratósfera. Una vez en la estratósfera los CFC dejan de estar protegidos de la radiación UV de la capa de ozono. Bombardeadas por la energía UV del Sol, las moléculas de CFC se rompen y liberan sus átomos de cloro. Los átomos libres de cloro pueden entonces reaccionar con las moléculas de ozono, tomando un átomo de oxígeno para formar monóxido de cloro y una molécula de oxígeno.
Si cada átomo de cloro que se libera de una molécula de CFC rompiese una sola molécula de ozono, los CFC serían una amenaza muy pequeña para la capa de ozono, pero cuando una molécula de monóxido de cloro encuentra un átomo de oxígeno libre, el átomo de oxígeno rompe el monóxido de cloro sustrayéndole el átomo de oxígeno y liberando nuevamente al átomo de cloro en la estratósfera para destruir más ozono. Esta reacción tiene lugar repetidamente, permitiendo que un mismo átomo de cloro destruya muchas moléculas de ozono. Afortunadamente, los átomos de cloro no permanecen para siempre en la estratósfera. Cuando un átomo de cloro libre reacciona con gases como el metano (CH4) se liga a una molécula de cloruro de hidrógeno (HCl) que puede ser transportada desde la estratósfera a la troposfera y lavado por la lluvia. Por consiguiente, si los humanos dejan de poner CFC y otros agentes destructores del ozono en la estratósfera, la capa de ozono finalmente se reparará por sí misma.

El “agujero” del ozono
Las nubes estratosféricas de la Antártida contienen partículas de hielo que no existen en latitudes más cálidas. Las reacciones que ocurren en la superficie de las partículas de hielo aceleran la destrucción del ozono por el cloro. Esta es la causa de la disminución de la concentración de ozono sobre la Antártida que se ha documentado mediante los espectrómetros de Dobson montados por la Misión Británica en el Polo Sur, el detector espacial TOMS de la NASA y también in-situ por la Misión de la NASA dirigida por Estelle Condon (1987). Los niveles de ozono disminuyen tanto en la primavera del hemisferio sur que se ha observado un “agujero” en la capa de ozono. Además se ha observado una caída en la concentración de ozono sobre todo el globo. La segunda mitad de 1992, por ejemplo, marcó un récord de mínima concentración de ozono en el mundo. Hacia 1987, la concentración media de ozono sobre el Polo Sur era un 50% menor y en puntos aislados había desaparecido por completo. En 1988 más de 100 expertos internacionales informaron que la capa global de ozono se estaba erosionando mucho más rápido de lo que cualquiera de los modelos había predicho. Entre 1969 y 1986, el promedio global de la concentración de ozono en la estratósfera había caído aproximadamente un 2%. Pero las regiones más pobladas del mundo sufren pérdidas de ozono mucho mayores que ese promedio y la concentración varía estacionalmente. En invierno, cuando las pérdidas son más pronunciadas se han medido disminuciones de ozono de más del 6% en las regiones más pobladas. La declinación de las concentraciones de ozono ha sido más severa en el Polo Sur; el agujero del ozono cubre más del 10% del Hemisferio Sur. A pesar de la creciente evidencia científica, había escepticismo en cuanto a la veracidad de estos hallazgos. La NASA decidió producir información incontrovertible. Los aviones espía U2 fueron diseñados para volar en la estratosfera. La NASA tuvo la necesidad de modificar el diseño de estos aviones para adaptarlos a la nueva misión (Fig. 41) (Fig.42).

Figura 41: Un U2 original (al fondo) y la versión modificada, el ER-2 (primer plano), sobrevolando el Golden Gate de San Francisco, California. Nótese el aumento considerable de las alas y la nariz estirada y achatada (Foto NASA Ames).

Figura 42: El ER-2 convertido en un complejo laboratorio de fisicoquímica, está listo para estudiar el Agujero del Ozono Austral. Los detectores se hallan en los tubos bajo las alas, en los extremos de las mismas y varios sitios de la parte inferior del cuerpo del avión.

La misión de 1987 se desarrolló con éxito y produjo mucha información original, que eliminó dudas sobre la veracidad del agujero del ozono (Fig. 43).

Figura 43: Cromatografía in-situ del agujero del ozono antártico (16 de septiembre de 1987). La concentración de monóxido de cloro es baja entre los 57 y 67 grados de latitud sur y la del ozono es alta en el mismo trayecto. A los 69 grados la relación se invierte macando el comienzo del “agujero”.

Los científicos saben que el ozono se está destruyendo sobre todo el planeta, principalmente debido a las acciones humanas pero aún falta determinar con más exactitud cuánta destrucción se debe a la humanidad y cuánta proviene de las fluctuaciones de los ciclos naturales (Fig. 44).

Figura 44: El agujero del ozono antártico detectado por el instrumento OMI el 3 de octubre de 2006.

Supervisión del ozono desde el espacio
En la década de 1920 comenzó a medirse el ozono estratosférico desde la superficie de la Tierra. En varios lugares del mundo se colocaron instrumentos para medir la cantidad de radiación UV que pasaba a través de la atmósfera. A partir de esos datos se calcularon las concentraciones de ozono que se encontraban encima de esos lugares. Estos datos mostraron nuevos aspectos del ozono estratosférico pero no ofrecieron un cuadro global de sus concentraciones. A fines de la década de 1970 existían detectores satelitales que resolvían este problema. En la década de 1980 la declinación del ozono fue del 5%. Nuevos datos muestran que la destrucción del ozono en el Hemisferio Norte se extiende más hacia el sur de lo que se había pensado y que dura más, comenzando a fines del otoño y extendiéndose hasta mayo. Las noticias son peores para el Hemisferio Sur, con pérdidas que, en promedio, son un 2% mayores que en el Hemisferio Norte y con un período de destrucción que dura más tiempo. Los análisis de abril de 1991 muestran que en la zona templada del Hemisferio Norte la pérdida de ozono está sucediendo más de dos veces más rápido de lo esperado.
En contraste con la imagen que sugiere la expresión “capa de ozono”, la cantidad y distribución de las moléculas de ozono en la estratósfera es muy variable. Las moléculas de ozono derivan por la estratósfera en concentraciones cambiantes. Por consiguiente, los científicos que observaban el ozono en un punto determinado no podían establecer si los cambios que detectaban tenían extensión global o si se trataba de fluctuaciones del ozono en ese punto solamente. Los satélites resolvieron este problema al ofrecer una imagen simultánea del ozono en todo el planeta. Los últimos análisis están basado en datos de un instrumento llamado Total Ozone Mapping Spectrometer ( = espectrómetro de mapeo del ozono total, TOMS), que ha volado a bordo de las naves espaciales Earth Probe, Meteor 3, Nimbus 7, y OMI (Ozone Monitoring Instrument). La mediciones satelitales se hacen sobre la llamada “columna de ozono”, que es la cantidad de ozono que se encuentra sobre cualquier punto dado de la Tierra. Las mediciones se han realizado desde 1978 hasta el presente con una breve interrupción en 1994. Estas mediciones permitieron reconocer y eliminar del análisis los cambios en la radiación UV producidos por el ciclo solar. La validación en superficie es deficiente. La National Science Foundation (Polar Program) ha establecido una red de espectro-radiómetros de alta resolución desde el Polo Sur hasta Barrow (Alaska), al norte del círculo polar. Recientemente agrego otra estación en Groenlandia. El establecimiento de esta red implicó un gran esfuerzo presupuestario y requiere la cooperación local para la supervisión y control de los delicados instrumentos. En cambio, no existe una red como la propuesta por D’Antoni et al. (1994), que hubiese detectado en detalle el comportamiento del agujero del ozono con respecto al continente sudamericano, verificando en tierra la significación de la información satelital. Como prueba del valor de esa idea puede verse el “agujero” de 2004 cuando se hallaba cerca de América del Sur (Fig. 45) y extendiéndose por el área de la red de detectores que se proponía en 1994.

Figura 45: El “agujero” del ozono austral que lleva zonas de baja concentración de ozono a la latitud de Bahía Blanca (38° 47’ S y 62° 16’ W) y Bariloche (41° 71’ S y 71° 10’ W).

En la actualidad, es alta la concentración estratosférica de fracciones moleculares que aumentan la destrucción del ozono (Fig. 43). Valores similares se registran con fragmentos moleculares de otros CFC y halometanos (Fig. 46).

Figura 46: La concentración atmosférica de CFC-12 entre 1978 y el presente muestra un crecimiento alarmante hasta el año 2000, luego una aparente estabilidad hasta 2005 y desde allí al presente un muy leve descenso (Gráfico de la NOAA).

Predicción de los niveles de ozono
Cuanto mejor se separen las causas naturales y humanas de la destrucción del ozono mejores serán los modelos para predecir los niveles de ozono. Las predicciones de los primeros modelos ya han sido usadas por los políticos para determinar qué se puede hacer para reducir la destrucción del ozono causada por los humanos. Por ejemplo, ante la firme posibilidad de que los CFC causen graves daños a la capa de ozono, representantes diplomáticos de casi todo el mundo firmaron un tratado llamado Protocolo de Montreal. Este tratado establece límites estrictos en la producción y uso de los CFC. En 1990 la creciente evidencia científica contra los CFC hizo que los diplomáticos fortalecieran los requerimientos del Protocolo de Montreal. La revisión del tratado demandaba una completa eliminación de los CFC en el año 2000, que se ha cumplido sólo en parte. En el área científica se ha avanzado mucho en el conocimiento de las interacciones que afectan al ozono. Esto ha permitido crear y ajustar modelos que tratan simultáneamente todos los factores que afectan la creación y destrucción del ozono. Además hay que supervisar continuamente estos factores desde el espacio sobre todo el planeta. El Sistema de la NASA para la Observación de la Tierra (EOS) realiza esa tarea. La serie de satélites EOS lleva un grupo de instrumentos sofisticados que miden las interacciones de la atmósfera que afectan al ozono. Con datos recogidos por la NASA durante más de 20 años, las nuevas mediciones aumentan nuestros conocimientos de la química y dinámica de la alta atmósfera y de las actividades humanas que afectan la capa de ozono que protege a la Tierra.

Significado para la vida humana
Se estima que por cada 1% de declinación en el ozono se produce un aumento del 2% en la radiación UV que llega a la superficie terrestre. Para ilustrar su efecto sobre los seres humanos se ha estimado que cada 1% de caída del ozono se refleja en un aumento del 4‑6% en los casos de los dos tipos más comunes de cáncer de piel. De acuerdo a los cálculos de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos, basados en las mediciones más recientes del ozono, en los próximos 50 años alrededor de 12 millones de norteamericanos desarrollarán cáncer de piel y más de 200.000 morirán a causa de esa enfermedad (además de los 8.000 que mueren actualmente de cáncer de piel). El riesgo es mayor para la gente de piel clara, que vive cerca del ecuador y a mayores alturas. Asimismo, los argentinos, australianos, chilenos y neozelandeses que viven en áreas a las que llega el agujero de ozono de primavera son particularmente susceptibles.

Efectos sobre la vida marina
También hay efectos sobre otras especies. Los ecosistemas acuáticos pueden ser los más amenazados. El fitoplancton, los organismos microscópicos unicelulares que viven y hacen fotosíntesis mientras navegan en la superficie del océano son la base de toda la cadena alimenticia de la vida marina. Los estudios muestran que un 25% de reducción del ozono deprimirá la productividad del fitoplancton en un 35%. Una gran destrucción de fitoplancton podría amenazar a toda la cadena de alimentos y a la resultante descomposición que podría aumentar los niveles de dióxido de carbono incrementando así el calentamiento de la atmósfera. La complejidad de las interrelaciones del sistema tierra son evidentes. Un error de movimiento de los seres humanos puede poner en marcha una catástrofe de eventos en cadena que vaya mucho más allá de nuestro control.

Un problema complejo
Uno de los aspectos más alarmantes de este problema es que la destrucción del ozono observada hasta ahora es sólo la respuesta a gases que fueron liberados a principios y hasta mediados de los años ochenta. El cloro y el bromo que se emiten actualmente y que están ascendiendo hacia las capas inferiores de la atmósfera van a tardar entre seis y ocho años en llegar a la estratósfera para hacer su daño. Se estima que hay 2 millones de toneladas de CFC y halometanos almacenados en forma de espumas aislantes y equipos contra incendio en las construcciones existentes. Las concentraciones del cloro en la alta atmósfera han crecido de 0.6 a 2.7 partes por billón en los últimos 25 años. Aun con las predicciones más optimistas en términos de regulación hay que esperar que esto se triplique en el año 2075. Se ha estimado que la concentración de bromo crecerá considerablemente más rápido, con un incremento de 10 veces con respecto a su nivel actual y a despecho del congelamiento previsto.

El protocolo de Montreal
Varios años de negociación produjeron un tratado internacional entre los países que representan alrededor de dos tercios del consumo mundial de CFC. El tratado pide una reducción del 50% en la producción de CFC, lo que constituye un logro internacional sin precedentes. Pero desgraciadamente el Protocolo de Montreal no va a detener la destrucción del ozono, sólo la va a disminuir. De acuerdo a los análisis de la EPA aun con un 100% de participación global en el Protocolo, las concentraciones de cloro en la atmósfera se triplicarán para el año 2075. Las proyecciones de la EPA para el año 2075 indican que el 45% del crecimiento de cloro en la estratósfera provendrá de compuestos que contienen cloro y que no están incluidos en el tratado y el 15% remanente provendrá de las emisiones de naciones que no han firmado el Protocolo. A la luz de estos hechos es claro que queda mucho por hacer para reforzar el tratado y otras medidas regulatorias.

Perspectivas de la investigación
Objetivos científicos
Observar, documentar, modelar y estimar los efectos de los cambios de concentración del ozono en la estratósfera y en la alta troposfera y los cambios en el flujo de la radiación UV en la superficie de la Tierra.

Fundamentos
Las observaciones terrestres y satelitales han confirmado que las pérdidas de ozono ocurren estacionalmente, especialmente en el remolino polar primaveral (“polar vortex”) de la atmósfera antártica, que produce el conocido “agujero” del ozono. También existe una destrucción más moderada del ozono en las latitudes medias, donde reside una gran parte de la población humana de la Tierra. Mientras no haya cambios en la nubosidad o la contaminación, la disminución del ozono de la atmósfera aumentará los niveles de la radiación UV en la Tierra.

Algunos resultados recientes
En la Antártida el Satélite de Investigación de la Alta Atmósfera (UARS) produjo un conjunto de datos que caracterizan los procesos de las nubes polares estratosféricas. Estos procesos aumentan la concentración de las formas de cloro atmosférico que destruyen más ozono. Como el Ártico es menos frío, la formación de nubes polares estratosféricas es más efímera y localizada y las pérdidas de ozono son menos intensas. Sin embargo, el futuro enfriamiento de la estratósfera debido a la creciente concentración de gases de invernadero podría producir un aumento en la formación de nubes estratosféricas polares y con ello una mayor destrucción de ozono en el Ártico. Las mediciones globales de la atmósfera continúan mostrando una caída en la tasa de crecimiento de la concentración de CFC‑11, CFC‑12 y varios halometanos que destruyen el ozono. Las tasas de aumento del cloro y bromo orgánicos en la troposfera también han caído. Se espera que la carga total de cloro y bromo estratosféricos hayan llegado al máximo al final del Siglo XX y que ya haya comenzado una lenta recuperación de la capa de ozono que se extenderá a lo largo de varias décadas del Siglo XXI. Como se dijo más arriba, en los seres humanos y en los animales los efectos de la exposición a la radiación UV son la depresión o supresión del sistema inmunitario, la pérdida de la visión por cataratas, el aumento de las quemaduras solares graves y varias lesiones epidérmicas, reducción de la síntesis de vitamina D y cáncer. El aumento de la radiación UV puede causar el desarrollo de cáncer de dos maneras: (a) la radiación UV puede mutar los genes supresores del cáncer en la piel y (b) puede hacer que las células ya dañadas de la piel produzcan más células mutantes. Así, la exposición a la radiación UV solar puede actuar tanto como iniciador cuanto como magnificador del cáncer. Estos descubrimientos subrayan el valor de la capa de ozono estratosférico para la preservación de la salud. El estudio de la producción del fitoplancton marino de la Antártida y numerosos estudios de campo y laboratorio indican que el aumento de la radiación UV solar en la superficie puede tener importantes efectos sobre muchos ecosistemas marinos. El aumento de la exposición a la radiación UV en las plantas puede inhibir la fotosíntesis e influir en la productividad agrícola. Asimismo, produce deterioro en plásticos y otros materiales sintéticos. La primavera septentrional de 2011 ha tenido los valores más bajos de ozono estratosférico registrados hasta el presente, posiblemente derivados de un invierno inusualmente frío (Fig. 47).

Figura 47: Desvíos negativos en la concentración de ozono estratosférico en el Hemisferio Norte en Marzo de 2011.

Investigaciones relevantes
La supervisión de la recuperación de la capa de ozono en el Siglo XXI permitirá establecer sobre bases firmes el proceso de recuperación de la capa de ozono. Esta supervisión se suma a la supervisión de las concentraciones de CFC, halometanos y otros gases que destruyen el ozono en la estratósfera. También se deben llevar a cabo estudios sostenidos de los procesos de destrucción extrema del ozono. Estos datos científicos permitirán establecer con exactitud el rol de los gases utilizados para sustituir a los CFC. Deberá cuantificarse el papel del bromuro de metilo en la destrucción del ozono y búsqueda de posibles sustitutos. Se debe aumentar el conocimiento de los procesos que afectan a la química asociada con las emisiones de óxidos nitrosos por los aviones. Asimismo será necesario establecer las tendencias de la radiación UV en todas las longitudes de onda que llegan a la superficie e investigar la conexión entre el ozono estratosférico y el clima en superficie.

Un hallazgo inesperado
En 2005, dos grupos de investigadores del NASA Astrobiology Institute realizaban sus respectivos trabajos de campo en América del Sur. Lynn Rothschild y Dana Rogoff tomaban muestras de los lagos del Altiplano Boliviano por encima de los 4000 metros sobre el nivel del mar para su estudio microbiológico de ambientes extremos; Héctor D’Antoni verificaba en superficie los datos satelitales de la Patagonia austral y Tierra del Fuego para su proyecto de Retrodicción de Ecosistemas. Los protocolos de campo de ambos grupos incluían el registro de la radiación solar. Sorprendentemente, ambos grupos registraron señales entre 250 y 280 nm, (parte de la banda de radiación ultravioleta llamada UV-C). La UV-C solar no debería alcanzar la superficie terrestre por lo que los instrumentos se mandaron a recalibrar en fábrica. Ambos instrumentos funcionaban bien de acuerdo a los respectivos fabricantes. Sin embargo, el calibrado volvió a controlarse con una fuente de alta precisión calibrada por el National Institute of Standards and Technology (NIST) que emite en el UV-C y ambos registraron la señal. Rothschild usaba un radiómetro con una sonda centrada en 265 ± 5 nm y D’Antoni usaba un espectro- radiómetro de alta resolución para el rango 250-850 nm. Las mediciones se repitieron en 2006 y 2007 y finalmente se publicó un artículo sobre los hallazgos de Tierra del Fuego (D’Antoni et al. 2007). Rothschild y D’Antoni pensaban que si su hallazgo era genuino, alguien podría haberlo hecho antes. Después de una prolongada y ardua búsqueda bibliográfica encontraron una única referencia: Córdoba et al., 1997. D’Antoni se puso en contacto con el investigador que impulsó ese estudio, Íñigo Aguirre de Cárcer, con quién mantuvo una nutrida correspondencia. En mayo de 2008 D’Antoni (respaldado por el NASA Astrobiology Institute) viajó a Madrid para acordar los detalles de una investigación conjunta. Las mediciones de prueba con fotoluminiscencia y termo luminiscencia dieron resultados alentadores y sugirieron la necesidad de un esfuerzo mayor. En Junio de 2008 D’Antoni regresó a Madrid respaldado por la NASA y junto con Aguirre de Cárcer realizaron mediciones simultáneas con el espectro-radiómetro y el dosímetro. El dosímetro fue leído por termo luminiscencia y sus medidas coincidieron con las del espectro-radiómetro. El resultado de esta colaboración se plasmó en un artículo (Aguirre de Cárcer et al. 2008). Aguirre de Cárcer y D’Antoni continúan investigando este problema y hacen validación cruzada de sus datos. Así, una variable en gran medida ignorada (la UV-C en el rango de 250 a 280 nm) se incorpora a la problemática del flujo de radiación solar UV que llega a la Tierra y abre un conjunto de nuevos interrogantes que es necesario responder (Fig. 48).

Figura 48: Registro de UV-C en la mañana del 17 de noviembre de 2007 en el Hotel Ushuaia (Tierra del Fuego). La línea roja (un filtro de metacrilato) elimina toda señal por debajo de 365 nm. Todos los registros en un lapso de tres minutos. El valor registrado a las 7:46 AM es muy cercano a la cantidad que emite el Sol en esas longitudes de onda. Media hora después, la señal de UV-C había desaparecido.

EL HIELO POLAR

El hielo polar es el hielo que se forma por la congelación del agua del mar y los mantos de hielo y glaciares formados por la acumulación y compactación de la nieve. Ambos tipos de hielo se extienden sobre grandes áreas de la región polar (Fig. 49). La cobertura global media de hielo marino es de 25 millones de km2 (la superficie del continente norteamericano), mientras que los glaciares y mantos de hielo cubren aproximadamente el 10% de la superficie continental de la Tierra.

Figura 49: Imagen satelital del hielo polar antártico en Julio de 1973. Los colores marcan concentraciones de hielo desde el 98% (en las zonas cercanas al continente) hasta el 14% (en los márgenes en contacto con el océano). En los cuatro años observados (1973-76) se detectó una continua reducción del hielo polar (Zwally et al. 1983).

Efectos sobre el intercambio de energía
El hielo, tanto continental como marino, afecta al intercambio de energía que continuamente ocurre en la superficie de la Tierra. El hielo y la nieve se encuentran entre las superficies naturales más reflectantes del planeta. El hielo marino es mucho más reflectante que el océano que lo rodea. Si su extensión aumentara por un enfriamiento en gran escala, se reflejaría más energía nuevamente al espacio mientras que la superficie terrestre absorbería menos energía. Esto tendería a enfriar más la región local y haría posible que se formase más hielo que acentuaría más aún el enfriamiento. En cambio, si ocurriese un calentamiento global es posible que se derritiera más hielo marino reduciendo la cantidad de energía reflejada nuevamente al espacio y aumentando la energía absorbida por la superficie. Las regiones afectadas por este fenómeno se calentarían más por un proceso de refuerzo de esa tendencia denominado “realimentación positiva” (Fig. 49).
Se necesitan observaciones globales para mejorar los modelos teóricos y computacionales y asegurar que incluyan los fenómenos más relevantes para entender el papel del hielo como factor del clima de la Tierra. En general estas observaciones se obtienen desde el espacio. Las misiones norteamericanas de la NASA, la NOAA y el Departamento de Defensa contribuyen nuevos datos al conocimiento global del hielo polar (Fig. 50).

Figura 50: Estudio térmico del Polo Norte en 1973-76 (Parkinson et al. 1987).

Hielo terrestre y calentamiento global
El nivel del mar se ha elevado lentamente durante el Siglo XIX. Esto se debió en parte al agregado de agua al océano por derretimiento del hielo o por desprendimiento de témpanos de hielo continental. Se sabe que muchos glaciares y casquetes de hielo de montaña han retrocedido y aportando agua al ascenso del nivel del mar. En cambio, no se sabe si los dos mantos de hielo más grandes del mundo (la Antártida y Groenlandia) han aumentado o disminuido. Esto es importante por el enorme tamaño de estos mantos de hielo y su gran potencial para cambiar el nivel del mar. En conjunto, la Antártida y Groenlandia contienen un 75% del agua dulce del mundo. Si todo ese hielo se derritiese, el nivel del mar se elevaría unos 75 metros. Las elevaciones de hielo se miden en la actualidad mediante radares altimétricos montados en satélites que supervisan una parte del hielo polar. Como parte del Sistema de Observación de la Tierra (EOS) de la NASA, se hacen mediciones con altímetros laser cuyas medidas son mucho más precisas que las anteriores y abarcan superficies más amplias. En contacto con el océano, el hielo continental se extiende sobre el agua formando “estantes de hielo”. Con el calentamiento global, el agua que se encuentra debajo de estos estantes de hielo estará más caliente y hará que se rompan más rápidamente formando témpanos muy grandes. Si los estantes de hielo de la Antártida occidental se rompieran liberarían más hielo interior en un proceso irreversible que produciría un aumento de varios metros en el nivel del mar. El manto de hielo de Groenlandia es menos frío que el de la Antártida y, por eso los efectos de un calentamiento global serán mayores en Groenlandia. En la Antártida la temperatura está muy por debajo del punto de congelación de modo que un calentamiento global no la subiría tanto como para producir grandes derretimientos. El derretimiento de julio de 2012 ocurrió sobre el 97% de la superficie de Groenlandia. Además de aumentar el derretimiento del hielo, puede esperarse que el calentamiento global aumente la precipitación en las regiones polares. Existen dos razones para esto: 1) el aire caliente puede llevar más humedad que el aire frío y, 2) la disminución del hielo marino aumentará la superficie de exposición del océano produciendo mayor evaporación. Por consiguiente, es esperable que el calentamiento global aumente al principio tanto el derretimiento como la precipitación nival. Según domine uno u otro aumento, el primer resultado del calentamiento global puede ser tanto un aumento como una disminución global de los mantos de hielo.

Hielo marino y detección del calentamiento global
En contraste con el hielo continental, el derretimiento y aumento del hielo marino no afecta al nivel del mar porque el hielo marino está flotando sobre el océano y está en equilibrio con él. Sin embargo, el hielo marino es importante para el cambio climático. Por su gran reflectancia y por la aislación que establece entre la atmósfera polar y el océano, es una parte clave del mecanismo climático. El hielo marino responde a los cambios atmosféricos y oceánicos y, por ende, sus cambios pueden ser claves para cambios climáticos mayores, como el calentamiento global. Sin embargo, el registro no es suficientemente claro todavía para soportar conclusiones definitivas sobre las tendencias climáticas a largo plazo en base a observaciones del hielo marino solamente. El hielo marino varía significativamente de una estación a otra y de un año a otro y no conocemos el rango de su variabilidad natural. Es necesario continuar supervisando la ubicación y extensión del hielo marino y sus cambios estacionales e interanuales. También se necesita determinar el grosor y la reflectividad del hielo. Esta clase de información debe incorporarse a los modelos de clima para poder simular futuras condiciones climáticas. La misma información servirá para verificar si los modelos están simulando apropiadamente las cantidades y distribuciones actuales de hielo marino (Fig. 51).

Figura 51: Reducción del casquete de hielo del Polo Norte (National Snow and Ice Data Center)

Misiones de la NASA para el estudio del hielo
Las misiones de la NASA obtuvieron información del hielo durante muchos años y el hielo es una de las variables consideradas en el programa Pathfinder, que está generando datos de alta calidad a partir de misiones satelitales anteriores y actuales. Este programa condujo al Sistema EOS, la iniciativa principal de la NASA en su Misión al Planeta Tierra. El EOS incluye una serie de satélites que continuarán la supervisión de la superficie de la Tierra por un lapso de 15 a 20 años.
Varios satélites de las décadas de 1960 y 1970 registraron datos valiosos del hielo, especialmente en condiciones de cielos sin nubes. Sin embargo, la nubosidad y la oscuridad polar a menudo redujeron el valor de las observaciones que se obtenían con detectores para la radiación visible e infrarroja. En diciembre de 1972 se lanzó el Radiómetro de Microondas de Barrido Eléctrico (ESMR) a bordo del satélite Nimbus‑5. Aprovechando la radiación de microondas emitida por la superficie de la Tierra, el ESMR pudo ver a través de las nubes y produjo el primer conjunto de datos de la distribución del hielo marino en condiciones nubladas y libres de nubes, pudiendo hacer esto tanto de día como de noche (la Fig. 32 es uno de sus productos). La radiación de microondas es emitida en cantidades variables por todos los objetos que se encuentran en la superficie de la Tierra. La cantidad de radiación emitida depende de la temperatura de la sustancia y de su emisividad (medida de la capacidad de una sustancia para emitir radiación). Dado que la emisividad en microondas del hielo marino es marcadamente superior a la del agua del océano, radia más energía de microondas que el agua aun cuando sus temperaturas sean iguales. La mayor intensidad de la radiación de microondas proveniente del hielo permite distinguir hielo de agua en los datos satelitales.
Los datos del ESMR del Nimbus‑5 y su sucesor, el Radiómetro de Microondas de Barrido Multicanal de la NASA (SMMR), lanzado en 1978 en el Nimbus‑7 ha permitido crear tres atlas de la historia de la cobertura de hielo marino del Artico y la Antártida para los años 1973‑76 y 1978‑87. El satélite Seasat de la NASA también llevaba un instrumento SMMR a bordo en 1978 pero una infortunada interrupción en el suministro de poder hizo que el registro cesara después de apenas 106 días de operación. El Programa del Satélite Meteorológico de Defensa (DMSP) está volando un Detector de Microondas Especial para Imágenes (SSM/I) desde 1987. El instrumento es similar al SMMR y sus datos son analizados y convertidos en concentración de hielo marino por científicos de la NASA y de otras instituciones. Se han usado también otros datos satelitales para estudiar el hielo. Por ejemplo, las imágenes de alta resolución de la serie de satélites Landsat se han convertido en foto‑mapas de partes de los mantos de hielo de la Antártida y Groenlandia. También se han usado imágenes Landsat para medir las tasas de flujo de hielo y el avance y retroceso de los márgenes de los glaciares. La altimetría por radar del satélite Seasat de la NASA y de los satélites Geosat del Departamento de Defensa se han usado para determinar y mapear las curvas de nivel de la mitad sur del manto de hielo de Groenlandia y una pequeña fracción del norte de la Antártida. (Las órbitas del Seasat y el Geosat no permiten recoger datos de las regiones centrales de los polos) (Fig. 52).

Figura 52: El ICESAT es uno de los satélites de la serie EOS y lleva a bordo el detector GLAS dedicado al estudio del hielo. El ICESAT toma datos 40 veces por segundo mientra viaja en su órbita a 26.000 km por hora. Su operación se prolongará hasta 2017.

La serie de satélites EOS lleva varios instrumentos importantes para el estudio del hielo en el período 1998‑2017. De particular interés son el Sistema Altimétrico Láser de Geociencias (GLAS) que volará en las misiones EOS‑ALT que comenzó en 2002 y el Radiómetro de Microondas para Imágenes de Multifrecuencia (MIMR), que vuela en las misiones EOS‑PM iniciadas en el año 2000. El GLAS debe medir el crecimiento o encogimiento de los mantos de hielo. EL GLAS es 100 veces más preciso que los radares altimétricos y vuela en una órbita cercana al Polo Sur. El GLAS hará mediciones del derretimiento de hielo, los cambios en la precipitación nival en las regiones polares y los cambios en el volumen del hielo ofrecerán datos críticos para entender y predecir los cambios del nivel del mar durante el Siglo XXI. El GLAS también es muy útil para el estudio de corrientes de hielo y estantes de hielo en la Antártida Occidental. La observación de estas corrientes y estantes de hielo es particularmente importante ante la posibilidad que se hagan inestables en ciertas condiciones del cambio global. El análisis de datos EOS aumentará nuestro conocimiento del hielo marino y de los mantos de hielo continental y sus implicaciones en el cambio global durante el Siglo XXI (Fig. 53).

Figura 53: Concentración del hielo marino entre 1979 y 2007. Datos del satélite Aqua (Imagen de NASA).

LA OSCILACION AUSTRAL “EL NIÑO”

Hace siglos que los pescadores del Pacífico peruano y ecuatoriano conocen un fenómeno ambiental que afecta su ambiente y su trabajo. Cada tres a cinco años, entre diciembre y enero, los peces de las aguas costeras de los dos países desaparecen deteniendo la actividad pesquera. Los pescadores sudamericanos han llamado “El Niño” a este fenómeno porque ocurre alrededor de la época en que se celebra el nacimiento del Niño Jesús. El Niño y La Niña son fases de un fenómeno climático cíclico, natural y global del clima denominado Oscilación Austral El Niño (ENSO, por su sigla en inglés). Este ciclo global tiene dos extremos: una fase cálida conocida como El Niño y una fase fría, conocida como La Niña. El paso de un extremo al otro es impulsado por la estrecha relación entre la temperatura de la superficie del mar (SST) y los vientos. Cuando los vientos alisios son fuertes desde el Este, las temperaturas ecuatoriales se enfrían y comienza la fase fría o La Niña. Cuando la intensidad de los alisios disminuye, la SST aumenta y comienza la fase cálida, El Niño. Ambas fases pueden expandirse y persistir varios meses en las regiones tropicales causando cambios en la temperatura y precipitación global. Estos cambios ocurren en forma alternada en períodos que varían entre cinco y siete años y existen registros de su existencia desde épocas prehispánicas en América. Para comprender los complejos procesos que producen la Oscilación Austral El Niño (ENSO) es necesario tener información de los fenómenos que ocurren a través del Pacífico, no solamente en su límite oriental (la costa occidental de América del Sur). Los datos de detectores remotos, especialmente aquellos montados en los satélites meteorológicos, permitieron entender las interacciones de los vientos atmosféricos, las temperaturas oceánicas y las corrientes que conducen al ENSO.

Efectos mundiales
Los efectos del ENSO no se limitan a las áreas perturbadas del mar peruano y ecuatoriano sino que se transmiten a grandes distancias. En muchas partes del mundo la alteración del clima puede tener consecuencias trágicas y/o profundas consecuencias económicas. Se ha demostrado que “El Niño” estuvo relacionado a las inundaciones inusuales de Texas en el invierno de 1991‑92 y del calentamiento anómalo del sureste de los Estados Unidos en el mismo período (Fig. 54). Las imágenes nocturnas de las nubes tomadas por los satélites meteorológicos muestran las rutas seguidas por las tormentas que cruzan el Pacífico y viajan hacia el norte desde las regiones ecuatoriales a las tierras centrales de América del Norte. Se han detectado grandes efectos indirectos del ENSO en varias regiones del mundo. Durante el episodio de 1982‑83 hubo grandes incendios relacionados con la sequía en Borneo y Australia, erradicación de poblaciones de pájaros marinos en las islas del Pacífico por la sequía, inundaciones en el este de América del Sur (Paraguay, Argentina, y Uruguay) en la cuenca del Paraná-Plata, en las Montañas Rocallosas en los Estados Unidos y sequía marcada en el oeste de Brasil.

Figura 54: Efectos globales del ENSO durante el verano austral. Wet = Mojado, Dry = Seco, Warm = Cálido. Las síntesis globales omiten detalles de importancia local. Durante el ENSO de 1997-98 en California,, las precipitaciones extraordinarias erosionaron fuertemente la costa, produjeron muchos fenómenos de remoción en masa de sedimentos y destruyeron viviendas (Imagen de la NOAA).

La interacción aire-mar
El elemento clave del fenómeno del ENSO es la interacción de los vientos de la atmósfera y la superficie del mar sin la que el ENSO no existiría. Gracias a las observaciones de los satélites atmosféricos de la NOAA se han podido seguir los patrones de cambio de las temperaturas de la superficie del mar. Se ha documentado la deriva hacia la costa occidental de América del Sur de la mancha de aguas calientes que reside normalmente en el Pacífico occidental. Las imágenes satelitales de la NASA también permiten ver los patrones de desplazamiento de las tormentas ecuatoriales que son consecuencia del desplazamiento de la masas de agua caliente. Se forman nubes cúmulos que llegan a la alta atmósfera en regiones con fuertes movimientos verticales hacia arriba y hacia abajo (convección) y, a medida que se generan en la superficie de aguas calientes, se desplazan hacia el este del Pacífico. Este movimiento de las regiones de convección altera los vientos de superficie y debilita los vientos alisios de este a oeste que son los que prevalecen en condiciones normales.

La detección del fenómeno “El Niño” desde el espacio
En el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA se han usado modelos numéricos y estudios teóricos para entender los procesos que conducen a la aparición del fenómeno “El Niño”. En años normales (sin “El Niño”), los vientos alisios tienden a soplar de este a oeste en las aguas costeras del Pacífico oriental. Estos tienden a arrastrar las aguas superficiales hacia el oeste a través del océano. A su vez, esto hace que las aguas profundas, más frías, suban a la superficie. El levantamiento de las aguas profundas del océano trae consigo nutrientes que, de otro modo, se encontrarían cerca del fondo. La población de peces que vive en las aguas superiores depende de estos nutrientes del fondo para sobrevivir. En “El Niño” los vientos alisios que soplan hacia el oeste se debilitan con lo que cesa el levantamiento de aguas profundas. El calentamiento consiguiente de la superficie del océano debilita aún más a los alisios y refuerza “El Niño”. Sin levantamiento no se dispone de los nutrientes del fondo. Esto señala el fin de la industria pesquera hasta el restablecimiento de las condiciones normales. La predicción de los eventos de “El Niño” es el foco de un gran esfuerzo científico que requiere sofisticados modelos numéricos para simular 1) los cambios oceánicos que hacen elevar la temperatura, 2) los cambios en la convección atmosférica y las nubes debidas al calentamiento de la superficie y, 3) los cambios en los vientos superficiales que se producen por las perturbaciones convectivas. Los ventajas sociales de una predicción precisa de “El Niño” con hasta un año de adelanto son enormes, permitiendo a políticos y economistas tomar decisiones que adaptan a sus naciones para que estas fluctuaciones de corto plazo puedan usarse de manera beneficiosa. Las observaciones satelitales continuarán jugando un papel crucial para asegurar el éxito de las predicciones al ofrecer mediciones precisas de las condiciones presentes de una región, una primera parte esencial de las tareas de predicción.

Misiones de la NASA para estudiar “El Niño”
Desde hace años varias misiones de la NASA han estudiado los efectos asociados con “El Niño”, como los cambios de temperatura en la superficie del mar (SST) y los cambios en la cobertura de nubes. Estos estudios son complementados por los datos provenientes de satélites operados por la NOAA. Los primeros esfuerzos para mapear la SST y la cobertura de nubes se realizaron con datos de la serie Nimbus de satélites de la NASA. El Radiómetro Avanzado de Muy Alta Resolución (AVHRR), de cuatro canales (que registran cuatro regiones del espectro electromagnético), volado en los satélites TIROS‑N de 1978 y NOAA‑6 de 1979, aumentó las mediciones precisas de los efectos de “El Niño”. Con la adición de un quinto canal se lograron mayores aumentos de precisión en el AVHRR volado en el NOAA‑7 en 1981 y los siguientes satélites de la NOAA. El quinto canal mejoró las mediciones de la SST ofreciendo una corrección para el vapor de agua de la atmósfera que de otro modo hubiese interferido con las mediciones de temperatura. La misión conjunta franco‑norteamericana TOPEX/Poseidon fue lanzada en 1992 y está produciendo determinaciones globales de cambios en las corrientes superficiales del océano que se relacionan con el fenómeno “El Niño”. Las corrientes se determinan por cambios en las elevaciones de la superficie del mar medidas con altímetros del TOPEX/Poseidon con precisiones de unos pocos centímetros (Fig. 55).

Figura 55: Imágenes de la corriente de El Niño del fenómeno del verano austral de 1997-98. El Topex Poseidon fue lanzado en 1992 en una misión conjunta de la NASA con la agencia espacial francesa CNES.

La misión conjunta de Japón y Estados Unidos lanzó una nueva sonda terrestre, la Misión de Medición de la Lluvia Tropical (TRMM) en 1997. La TRMM usó por primera vez desde el espacio detectores activos (radar) y pasivos (microondas) para producir mediciones de nubes de precipitación y procesos de radiación en bajas latitudes, incluyendo las porciones del océano Pacífico donde ocurre “El Niño”. Las fuentes fundamentales de datos Pathfinder relacionados con “El Niño” son los cinco canales del AVHRR que vuela en los satélites NOAA‑7, 9 y 11. Estos conjuntos históricos de datos cubren el período 1981‑1992 y el presente y permitirán determinaciones más precisas de la SST. Estos datos permiten desarrollar y probar una nueva generación de modelos computacionales en los que se articularán los procesos de la tierra, la atmósfera y los océanos. Estos modelos nos llevan a entender mejor el fenómeno “El Niño” y sus teleconexiones con los patrones meteorológicos mundiales. Con el lanzamiento de los satélites EOS se dispone de los medios más grandes de la historia para recoger y analizar conjuntos de datos para el desarrollo de modelos integrados. Estos conjuntos de datos aumentarán marcadamente nuestra comprensión de las causas y efectos de fenómenos oceano‑atmosfera de una escala tan grande como la de “El Niño”.

¿Hay una historia de “El Niño”?
Las fechas e intensidades de los episodios “El Niño” en la costa peruana durante los últimos 500 años se reconstruyeron sobre la base de datos históricos y, con menos detalle se ha extendido la investigación otros 2000 años datando rasgos geomórficos y faunísticos con 14C (Meggers 1996). Sin embargo, se ha tenido poco éxito con estudios históricos más extensos. En la 2002, Héctor D’Antoni y Ante Mlinarevic presentaron un trabajo relacionado al proyecto “Rápidas Tasas de Cambio Ambiental” del NASA Astrobiology Institute. El informe detallaba una nueva forma de usar los anillos de crecimiento de los árboles para la retrodicción ambiental. Se calibra un modelo de redes nerviosas artificiales para predecir el pasado de la temperatura superficial del mar (SST) de la región del Océano Pacífico conocida como “Ship-Track 1” (la costa occidental de las Américas), y el Atlántico Sur. Se usan datos de calidad de anillos de los árboles producidos por los investigadores del Instituto Argentino de Nivología y Glaciología (IANIGLA, Mendoza), datos de 70 años de la SST del Pacífico y de 50 años de la SST del Atlántico, para calibrar el modelo. Después de varios intentos se logró una reconstrucción consistente con la información disponible.
En 2006, Zhow et al. Publicaron sus estudios de los sulfatos no marinos en el hielo antártico que ofreció una validación cruzada para nuestra reconstrucción de la SST (ver Fig. 4). Esta reconstrucción de la SST respalda ideas como las de Betty J. Meggers para explicar la interrupción de algunas secuencias arqueológicas en la Amazonía. Coincide también con las determinación de inundaciones en el Paraná medio realizadas por Carlos Ceruti (1999). Nuestra reconstrucción de la SST se extiende entre 1246 y 2000 y registra numerosas desviaciones de la SST media del Pacífico en la costa americana. Varias, por la intensidad y extensión en el tiempo podrían considerase como los episodios “mega-Niño” definidos por Meggers. La reconstrucción esta dividida en 34 secciones marcadas con números romanos y definidas con las letras “C” para fresco (cool) y “W” para cálido (warm). Los límites de las secciones corresponden a los momentos en que la línea de la SST cruza la del promedio. En los gráficos que siguen se han indicado los eventos volcánicos registrados en el hielo antártico, el período de 1500 a 1850 (Pequeña edad del hielo), el “Mínimo Solar de Maunder” entre 1645 y 1715, el de Dalton (1790- 1820) y el espectacular enfriamiento causado por la erupción del Kuwae en 1453, que modificó la geografía de las Nuevas Hébridas, enfrió la tierra y mantuvo la SST del Pacífico por debajo del promedio durante 40 años. Esta reconstrucción anual de la SST es tentativa. Podrá mejorarse con contribuciones de otros investigadores y usuarios en historia y arqueología (Fig. 56) (Fig. 57).

Figura 56: Reconstrucción de la SST alrededor de America del Sur entre 1246 y 1620.

Figura 57: Reconstrucción de la SST alrededor de América del Sur entre 1620 y 2000.

LA BIOSFERA

Nuestra biosfera es la suma total de los ecosistemas de la Tierra. Es el ecosistema global de la Tierra que integra todos sus organismos y sus relaciones sistémicas entre si y con la geosfera, hidrosfera y atmósfera. Se piensa que la biosfera se originó con la vida, esta última entendida como un fenómeno relacional (Fig. 58). Para desarrollar estudios experimentales de su funcionamiento (los ciclos bio-geo-químicos), se han realizado esfuerzos colosales como la construcción de Biosphere 2, en las proximidades de Oracle, en Arizona. La obra inspirada y supervisada por John Allen no logró cumplir algunos de sus objetivos debido a problemas técnicos y presupuestarios. Sin embargo, la construcción marca uno de los intentos más avanzados en la reproducción de la red de factores que hacen posible y controlan la vida (Fig. 59).

Figura 58: La biosfera reconstruida con datos satelitales de varias misiones de la NASA.

Figura 59: Vista general de Biosphere 2, en los alrededores de Oracle, en el Sur de Arizona. La construcción semiesférica que se ve al fondo de la imagen es uno de los dos “pulmones” que compensan la diferencia de volumen del aire caliente del día y fresco de la noche (Imagen del Dominio Público).

El modelado tradicional del clima
Las aproximaciones tradicionales a la predicción del cambio climático no consideran las interacciones de la atmósfera y la vida vegetal y animal que ocupa la superficie terrestre y los océanos. Con el desarrollo de modelos matemáticos más sofisticados de los procesos que suceden en la atmósfera, los investigadores notaron que las interacciones tierra/aire y mar/aire deben ser tomadas en cuenta si se desea progresar en la predicción del cambio global, tanto a gran escala (toda la Tierra), como a escala regional donde los cambios son más significativos para la humanidad. La predicción del cambio climático debido a las actividades humanas comenzó en 1896 con las predicciones del químico sueco Svante Arrhenius. Un siglo más tarde notamos que el dióxido de carbono de la atmósfera está aumentando y es posible que a mediados del Siglo XXI sea el doble de la que existía en tiempos de Arrhenius. Desde 1958, en la estación de Mauna Loa (Hawaii), se ha medido continuamente la concentración media de dióxido de carbono en la atmósfera. La concentración de 315 partes por millón en volumen de aire seco (ppmv) medida en 1958 ha aumentado más del 10% en sólo 30 años. Las variaciones estacionales se deben fundamentalmente al retiro y producción de dióxido de carbono por los organismos terrestres y marinos. La actual concentración de 353 ppmv es un 26% mayor que la concentración de 280 ppmv a fines del Siglo XIX, en la era pre‑industrial. En tanto la perspectiva de un cambio atmosférico considerable se hace más real y amenazante, crece también el interés por saber cómo considerar las predicciones iniciadas por Arrhenius. Se están usando nuevos modelos computacionales que incluyen más procesos naturales para entender qué podría pasar en el planeta a medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. Un aspecto importante de los nuevos modelos es el tratamiento del “efecto amplificador” por el cual los cambios en la humedad y las nubes ocurren en respuesta a los cambios en el dióxido de carbono. Estos cambios pueden alterar significativamente las estimaciones del cambio global de la temperatura. Los modelos de circulación general que se aplican al problema del calentamiento global indican que en el interior de los continentes habrá menos precipitación durante los meses de verano y más precipitación (incluso nevadas) en el invierno. Estos efectos no se equilibrarán para la vegetación ya que las plantas necesitan humedad adicional cuando entran en la estación de crecimiento. Sin embargo, hay gran incertidumbre en la consideración de estas predicciones.

Biología y modelado del clima
Los nuevos modelos están comenzando a considerar el papel que tienen los bosques, pastizales, cultivos y organismos marinos en el control de la cantidad de dióxido de carbono que existe realmente en la atmósfera. (ver Capítulo 1, “El Calentamiento Global”). Cuando las plantas crecen, la fotosíntesis (interacción de la luz solar con la clorofila, el dióxido de carbono y el agua para producir azúcar) provoca una remoción neta de dióxido de carbono del aire y una liberación de oxígeno. También liberan humedad por evapotranspiración. Cuando la vegetación muere, su biomasa se oxida y devuelve dióxido de carbono al aire.

Un resumidero de dióxido de carbono Hace poco se ha comprendido que la biosfera terrestre puede jugar un papel muy importante en la captura de dióxido de carbono liberado en la superficie. Sin este “efecto de resumidero” la cantidad de dióxido de carbono atmosférico crecería más rápido aumentando la posibilidad de un calentamiento global mayor. La biosfera terrestre puede capturar un tercio del total de dióxido de carbono liberado a la atmósfera. Los bosques del Hemisferio Norte parecen ser el mayor resumidero de dióxido de carbono. Hay preocupación por que la capacidad de absorber la creciente concentración de dióxido de carbono pueda estar disminuyendo y que haya un efecto de saturación.

Los ecosistemas marinos
A la escala de décadas, la concentración de dióxido de carbono es controlada principalmente por el intercambio con los océanos. Hay un intercambio continuo de dióxido de carbono en ambos sentidos entre la atmósfera y el océano. El intercambio de carbono entre la superficie y las capas más profundas se cumple principalmente a través del transporte por el movimiento del agua. El kilómetro superior (la termoclina) es particularmente importante para el transporte hacia abajo del dióxido de carbono producido por la humanidad. La circulación profunda tiene efecto a escala de 100 a 1000 años. Es probable que el cambio climático afecte los patrones de circulación y mezcla. A su vez, esto controla la disponibilidad de nutrientes para el fitoplancton. La fotosíntesis planctónica conduce a la fijación de carbono y en último término, al almacenaje a largo plazo del carbono orgánico del océano. El ciclo del carbono en el océano consiste en que el fitoplancton asimila el dióxido de carbono disuelto en el agua de mar y libera oxígeno a esa solución. El zooplancton y los peces consumen el carbono fijado por el fitoplancton y respiran el oxígeno disuelto en el agua de mar. Finalmente, la descomposición de la materia orgánica devuelve casi todo el dióxido de carbono asimilado por el fitoplancton. Las actividades humanas están aumentando la cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera y la captura de éste por el océano representa un resumidero significativo para el dióxido de carbono agregado. Las incertidumbres actuales en el presupuesto global de carbono son casi las mismas que las de la captación oceánica del dióxido de carbono. Un objetivo principal del programa EOS es definir mejor el papel de la biosfera oceánica en el ciclo global del carbono.

Creciente uso humano de la biosfera
La eutrofización en gran escala. Los grandes sistemas acuáticos reciben el drenaje de nitratos disueltos y de partículas y soluciones de fósforo producto de los fertilizantes usados en la agricultura. Las aguas cloacales urbanas tienen un papel sustancial en la contaminación oceánica. Las consecuencias del agregado de nutrientes a los ecosistemas acuáticos se pueden ver en los pequeños cuerpos de agua como lagos y estuarios donde la concentración de nutrientes fundamentales para las algas son máximas. Pueden ocurrir problemas en lagos tan grandes como el Erie (en los Estados Unidos) o el de Ginebra (en Suiza) donde el desarrollo de materia orgánica en superficie condujo a crear condiciones anaeróbicas en la profundidad. Cuando ocurre esto, la respuesta biológica es utilizar el ion sulfato (SO4) como el agente oxidante que cede azufre bivalente negativo en compuestos como el H2S. (Jacobson et al. 2000). Aunque hace décadas que se ha reconocido la eutrofización local y regional causada por la polución con azufre y nitrógeno, la visión global ofrecida por la ciencia espacial muestra un fenómeno a mayor escala en los grandes estuarios y en las cercanías de zonas muy pobladas sobre las costas oceánicas. El Mar del Norte y el Mar Báltico están enriquecidos por los flujos de nutrientes de los ríos europeos. Los efectos de este enriquecimiento incluyen el aumento de los “blooms” de algunas especies del fitoplancton y el desarrollo de áreas anaeróbicas en las aguas profundas. El efecto inverso se puede observar en el Mediterráneo que tiene muchas grandes fuentes de contaminación, pero el flujo de aguas pobres en nutrientes que recibe diariamente del Atlántico evita la eutrofización. En efecto, fluye mucha más agua al Mediterráneo que la que hace falta para compensar la evaporación. El exceso (aguas de alta salinidad) sale por Gibraltar por debajo del agua superficial que entra al mediterráneo. Así, los nutrientes que llegan a este mar por fuentes de contaminación son usados por el fitoplancton que se hunde y sale al Atlántico en la marea baja. Por fin, algunos estuarios tienen baja salinidad y hasta agua dulce en la superficie. Hay una circulación estuarial que permite que los nutrientes sean “atrapados” por las aguas más salinas del fondo.
Las imágenes satelitales de la NASA muestran que la biosfera sufre un aumento progresivo de su explotación a medida que crece la población mundial y con ella el consumo de plantas cultivadas y animales domésticos per capita. Si la población y el consumo siguen creciendo globalmente a las tasas actuales, en 2050 más de la mitad de las plantas nuevas que se generan anualmente en la Tierra será consumido por los seres humanos. El 15 de Diciembre de 2010, Marc Imhoff (de NASA Goddard) presentó los resultados de una prospección global realizada entre 1995 y 2005 usando datos de los detectores satelitales AVHRR y MODIS. El trabajo sumó la producción vegetal total usando datos recogidos por los detectores mencionados. Viendo estos datos energéticos, esta investigación considera la producción primaria neta (NPP), es decir, la cantidad de carbono que las plantas toman de la atmósfera. Los miembros no productivos de la cadena trófica dependen indirectamente de la NPP de la vegetación. Este trabajo estableció que entre 1995 y 2000, el consumo humano de carbono atmosférico usado para la NPP subió del 20% al 25% del total medido. La necesidad de productos vegetales requerirá prácticas eficaces para el manejo de la tierra arable mientras que otros ecosistemas, como los bosques deberán ser protegidos para que sigan cumpliendo sus funciones en la biosfera. A sugerencia de Ramakrishna Nemani (de NASA Ames), sería necesario crear un concejo para la supervisión de la biosfera, semejante al que se ha creado para la supervisión del cambio global.

La producción de alimentos
El bienestar humano está directamente relacionado con la disponibilidad de agua y comida. La producción de alimentos, ya sea por agricultura o por caza y recolección está fuertemente influenciada por el clima, por la disponibilidad de nutrientes fundamentales en las concentraciones apropiadas durante la estación de crecimiento, la presencia de tóxicos y las propiedades físicas, químicas y microbiológicas de los suelos. Los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y azufre son fundamentales en la producción de alimentos. Cierta cantidad de elementos menores es también importante para algunas condiciones del suelo. La producción de alimentos está directamente influenciada por la biogeoquímica a través de la química de la precipitación y los cambios que provoca en las propiedades del suelo. Los posibles beneficios del incremento de óxidos nitrosos en el agua de lluvia consisten en una mayor disponibilidad de nitrógeno, un factor limitante en la mayoría de las regiones agrícolas. Una consecuencia potencialmente negativa es, en cambio, la acidificación de los suelos. Los resultados varían con el tipo de suelo y de clima. Una mejor información sobre las interrelaciones de la química de la precipitación y la química del suelo servirá para que la agricultura se adapte a los cambios inducidos por las perturbaciones humanas de los ciclos biogeoquímicos.
La agricultura es la principal actividad humana que está directamente expuesta al clima y siempre ha sido sensible al cambio climático. Las sequías y las inundaciones reducen la producción de alimentos y a veces fuerzan a los agricultores a abandonar áreas que habían sido productivas en el pasado en busca de mejores condiciones de vida. A despecho de estas dificultades, la agricultura científica ha desarrollado muchas cepas diferentes de alimentos adaptadas a climas diferentes, las que han permitido proteger la agricultura de los cambios y mantener el ritmo de producción de acuerdo a las necesidades de la población creciente. Sin embargo, en los países más pobres, donde la infraestructura agrícola está menos desarrollada, los servicios técnicos son escasos o no existen. Si ocurre un cambio climático, estos países tendrán serias dificultades para adaptarse al cambio. Las predicciones de los cambios de productividad son difíciles de hacer porque una causa principal para el cambio climático es el aumento del dióxido de carbono en la atmósfera, que también es la materia prima de la fotosíntesis. Enriqueciendo la atmósfera con dióxido de Carbono puede, en principio, acelerar las tasas de fotosíntesis y con ello aumentar la producción agrícola. En experimentos de laboratorio, la concentración de dióxido de carbono se llevó de 300 a 600 ppm produciéndose un incremento de las tasas de fotosíntesis del 20% en el maíz y del 60% en el trigo. El aumento también se produce en la biomasa bajo el suelo, lo que aumenta la eficiencia en el uso del agua. Sin embargo, se trata de experimentos de laboratorio con el resto de los factores disponibles en abundancia, una condición que raramente se cumple en la naturaleza. Lo mejor que se puede decir es que con aumentos en la concentración de dióxido de carbono similares a los aplicados en el laboratorio es posible que se mitigue en parte la influencia negativa del cambio climático sobre la agricultura.

La capacidad oxidativa de la troposfera global
Los procesos de oxidación son comunes en la atmósfera, las aguas superficiales y los suelos por la abundancia de oxígeno molecular que se encuentra en estas partes del planeta. Los materiales reducidos que entran en procesos de oxidación son producidos por la biota, como en la fotosíntesis. Dado que el reservorio atmosférico de oxígeno es un componente mayor de este sistema de redox global, su concentración y participación en las reacciones químicas es de gran importancia. Aunque no se predicen grandes cambios en el oxígeno atmosférico debidos a la actividad humana es posible que ocurran cambios en la capacidad oxidativa. La atmósfera es un sistema que se limpia a sí mismo gracias a la abundancia de ozono, hidroxilos, óxido nitroso y otras especies reactivas. Por ejemplo, la emisión de hidrocarburos por la biota (como los terpenos) es oxidada en pocas horas o día a monóxido de carbono y luego a dióxido de carbono. También se puede formar ácido carboxílico y luego transferido a la hidrosfera y al suelo por la lluvia. Así, la atmósfera actúa como una llama de baja temperatura oxidando compuestos reducidos que se pueden remover del aire más fácilmente. El límite de la tasa de oxidación puede ser definido por la concentración de hidroxilos y otras especies químicas de traza, como el peróxido de hidrógeno que se encuentra en las nubes y en el agua de lluvia. (Jacob 1999, Jacobson et al. 2000).
El aumento de la concentración atmosférica de varias especies reducidas (como el metano y otros hidrocarburos, el monóxido de carbono, el óxido nitroso y el sulfito) sugieren que la capacidad oxidativa de la atmósfera podría estar disminuyendo. El aumento de estos gases reducidos podría causar una pérdida de la capacidad oxidativa de la atmósfera al bajar las concentraciones de oxidrilos y otros agentes oxidantes para mantener el estado estable de la atmósfera. En 1984, Rasmussen y Khalil describieron el misterioso aumento de la concentración de metano iniciado alrededor de 1800 y acelerado en los años recientes a casi el 1% por año. Este aumento sigue siendo un asunto no resuelto porque no se han podido establecer sus causas. De todos modos, los estudios de la presencia de especies químicas reducidas en la atmósfera sugieren que varios de los ciclos biogeoquímicos más importantes están involucrados en el control de la capacidad oxidativa de la atmósfera. El ciclo del nitrógeno, que es perturbado por la combustión y la producción de fertilizantes, tiene un rol clave en la fotoquímica atmosférica. El ciclo del azufre está involucrado en la capacidad oxidativa de la atmósfera por la presencia de sulfitos de la combustión de azufre fósil en el carbón y el petróleo. Como parte del ciclo del carbono, el monóxido de carbono también tiene un rol en el control de la capacidad oxidativa de la atmósfera. No parece existir un único factor que controle esa capacidad atmosférica sino un sistema que integra numerosos componentes.

La vida y los ciclos biogeoquímicos
La evolución de la vida en la Tierra dependió de una provisión continua de nutrientes del ambiente físico. A su vez, la vida influyo e influye profundamente en la disponibilidad y ciclado de estos nutrientes. Las conexiones de la biosfera con los ciclos biogeoquímicos fueron determinadas por la evolución de las propiedades bioquímicas de la vida en el contexto de las propiedades físicas y químicas del planeta Tierra. Unos 20 elementos químicos presentes en la Tierra son usados por los organismos vivos. La mayoría son elementos comunes. En una perspectiva más amplia, la vida está basada en moléculas que contienen carbono que es el cuarto elemento en abundancia en el universo. La vida usa también elementos raros pero en concentraciones muy bajas y para cumplir funciones especiales. Así, el molibdeno es un componente esencial de la nitrogenasa. La enzima que cataliza la fijación de dinitrógeno (N2). Como los organismos están compuestos por elementos comunes, tienen efectos profundos en los ciclos de esos elementos. Encontrar y extraer elementos del ambiente es un proceso potencialmente costoso. Los organismos desarrollaron poderosos mecanismos para extraer nutrientes de las rocas, los suelos, el agua y el aire. Además usan esos materiales repetidamente siguiendo pautas aproximadamente cíclicas. Los elementos más abundantes sueltan el exceso de sus ciclos porque los organismos no pueden usar todo lo que está disponible. Algunos elementos son liberados en vez de reciclados cuando el costo del reciclado excede el costo de obtención de nuevas moléculas. Así, los aminoácidos e hidratos de carbono son descartados cuando en las plantas de hojas caducas porque el costo de romperlos y reabsorberlos es demasiado elevado. Sin embargo, la cantidad de pérdida de los ecosistemas puede ser poca porque los microorganismos y las raíces de las plantas capturan e incorporan rápidamente esos elementos.
Los organismos han desarrollado poderosos mecanismos de desintoxicación que sacan los materiales tóxicos o los convierten en formas no-tóxicas o nutrientes, por ejemplo la conversión de sulfitos a sulfatos y de nitritos a nitratos. Un ejemplo de la habilidad de usar una sustancia tóxica es el desarrollo del metabolismo aeróbico, que convirtió a un tóxico fuerte y abundante –el oxígeno- en un recurso fundamental. Este desarrollo aumentó enormemente la productividad de la biosfera y generó la atmósfera actual rica en oxígeno. Cómo responderá la biosfera al cambio climático inducido por la humanidad es una pregunta que no se ha respondido satisfactoriamente todavía. La concentración de dióxido de carbono que aumentó continuamente a lo largo de muchas décadas ha sido acompañada por un aumento paralelo en las tasas de fotosíntesis en las latitudes medias y altas (Fan et al. 1998). Evidencia de esto es la creciente amplitud de las fluctuaciones de la concentración de dióxido de carbono en las latitudes altas. Si la biosfera seguirá o no siendo un sumidero creciente de dióxido de carbono tendrá profunda significación en los futuros cambios climáticos, la productividad de la agricultura y silvicultura y el funcionamiento de los ecosistemas naturales. Si el aumento de la concentración de dióxido de carbono es acompañado por cambios climáticos pequeños y lentos, la biosfera será capaz de responder aumentando la productividad y secuestrando mas carbono de la atmósfera. En cambio, si los cambios climáticos son rápidos, excederán la flexibilidad adaptativa de las plantas de larga vida, que bajarán su productividad y su capacidad de almacenar carbono. Los cambios climáticos pueden desplazar las zonas climáticas en latitud y longitud más rápidamente de los que las especies arbóreas de crecimiento lento y grandes semillas han sido capaces de migrar en el pasado. Las consecuencias de esto son profundas para la productividad biológica y la supervivencia de las especies y marcan la necesidad de entender mejor los cambios climáticos y predecirlos con mayor precisión. Los cambios climáticos tienen también consecuencias para los animales que se alimentan de plantas y en fin, para toda la red trófica.

Observación del cambio climático
Los trabajos interdisciplinarios de biólogos y meteorólogos permiten entender la interacción de las acciones biológicas y los fenómenos atmosféricos. Pero el conocimiento de aspectos relevantes de esta relación ha sido obtenido en áreas relativamente pequeñas. Las observaciones satelitales permiten mapear los distintos aspectos del régimen climático mundial y ponerlo en relación con los tipos de vegetación que se benefician o se perjudican con el cambio. A medida que se desarrolla esta comprensión global se hacen posibles mejores predicciones de los efectos del cambio climático en la vegetación y los efectos del cambio de vegetación sobre el clima. Se necesitan satélites para medir globalmente la presencia, cantidad y distribución de la clorofila (como indicador de la salud de la vegetación) y del vapor de agua.

Misiones de la NASA para estudiar la biología y el clima
Varias misiones de la NASA han estudiado diversos aspectos de la biología y el clima. La serie de satélites Landsat comenzada en 1972 incluyó detectores que diferenciaban suelo y vegetación, determinaban la salud de la vegetación, supervisaban el tipo y extensión de la biomasa y mapeaban las aguas costeras. El lanzamiento del detector AVHRR en los satélites TIROS (1978) y NOAA permitió mapear globalmente la vegetación y la temperatura de la superficie del mar. El Barredor de Color de la Zona Costera (CZCS) lanzado en el Nimbus‑7 (1978), hizo posible el mapeo del fitoplancton y la clorofila oceánica. Los científicos del Centro Goddard de la NASA produjeron la primera imagen de la biosfera global usando unas 15.000 imágenes AVHRR del NOAA‑7 (biomasa terrestre) y 20.000 imágenes del CZCS del Nimbus‑7 (fitoplancton marino y concentración de pigmentos).
La misión SeaStar iniciada en 1994 está destinada a adquirir datos del color del océano en el ciclo global del carbono, los flujos de gases de traza en la interfase aire-mar y la productividad primaria del océano (tasa de fijación de carbono de la atmósfera). Con el lanzamiento de la serie EOS en 1998, la NASA extendió las mediciones del color del océano y la biomasa terrestre con instrumentos avanzados. Se espera que estos nuevos datos resulten precisos, consistentes entre sí y de largo plazo y que contribuyan a explicar el papel de la biosfera en el cambio global.

El pasado reciente de la biosfera
Como en muchos otros casos, los datos utilizados para la predicción son de tiempo corto. Es interesante notar que se predice para las próximas décadas y siglos desde bases de datos de unos pocos años. En el proyecto de Retrodicción de Ecosistemas (Hindcasting Ecosystems), Héctor D’Antoni con un grupo de jóvenes colaboradores desarrolló el modelo HEMO que puede usarse con datos arqueológicos y extender la historia de la producción primaria neta (NPP) al pasado. En su fase experimental, usando anillos de crecimiento de los árboles como datos vicarios del ambiente del pasado, se logró una reconstrucción inicial de 754 años del la NPP continental. En la actualidad se trabaja con un grupo de investigadores argentinos para adaptarlo a escala regional y a un período que llegue a los comienzos de la Era Cristiana (Fig. 60).

Figura 60: Esquema del modelo HEMO. El HEMO fue desarrollado por el grupo de H. D’Antoni en NASA Ames y en estos momentos se aplica a secuencias arqueológicas que contienen evidencias de cambios climáticos.

En el HEMO, la reconstrucción ecosistémica se basa en tres subsistemas: Clima, Suelo y Vegetación. Con datos satelitales y GIS se reconstruye la historia de la vegetación. Los gases e isótopos contenidos en le hielo fósil y los sulfatos volcánicos contenidos en el hielo contienen datos de la historia del clima. Los nutrientes aportan a la historia del suelo mientras que los anillos de los árboles y los datos de la SST, permiten reconstruir un historia de la vegetación y el clima. La integración de los resultados de todos los módulos permite la estimación de la PPN del pasado.

AVANCES EN EL ESTUDIO DEL CAMBIO GLOBAL

De manera esquemática se resumen aquí algunos logros en la investigación del cambio global que han posibilitado llegar al estado actual del conocimiento en la materia y sirven aun para el diseño de planes de acción para el mejoramiento ambiental.

1) Cambio climático estacional a interanual
• El programa del Océano y la Atmósfera Tropical (TOGA) se completó en 1995.
• Se extendió la capacidad predictiva para el fenómeno “El Niño”
• Nuevos métodos de modelado para predicciones globales
• Producción de las primeras predicciones multiestacionales para los Estados Unidos
• Establecimiento de relaciones entre el fenómeno “El Niño” y las inundaciones de 1993 y 1995 en el Medio Oeste.
• La teledetección de “El Niño” ha mostrado importantes consecuencias para la supervisión del cólera
• El blanqueamiento de corales parece ser una respuesta al calentamiento del océano
• El fenómeno El Niño reduce significativamente el flujo de dióxido de carbono fuera del océano Pacífico ecuatorial
• Los efectos de El Niño tienen larga duración
• La variabilidad de los patrones de circulación atmosférica afectan los estuarios costeros
• Los eventos de El Niño han mostrado alta correlación con los volúmenes de cosecha en muchos países
• Estudios económicos asignan gran importancia a las predicciones de El Niño

 2) Cambio climático en las próximas décadas
• Se encontraron variaciones en la tasa anual de crecimiento del dióxido de carbono atmosférico.
• La caída mundial de la concentración de monóxido de carbono sugiere importantes cambios en los procesos de oxidación troposférica
• La nueva capacidad para medir la proporción de oxígeno a nitrógeno ayudará a determinar las fuentes de dióxido de carbono
• Los ecosistemas árticos pueden ser una fuente de dióxido de carbono
• La disponibilidad de hierro del Océano Pacífico tropical puede limitar su capacidad para remover dióxido de carbono de la atmósfera
• Se notaron nuevas discrepancias entre las observaciones y las predicciones de la absorción de la radiación solar por las nubes
• Se demostró la importancia de las nubes altas para la estabilización de la temperatura de la superficie del mar
• La productividad primaria del Pacífico ecuatorial puede estar controlada por el amonio más que por los nitratos, lo que tiene importancia en la captación de dióxido de carbono por parte de los océanos
• Las especies forestales responden diferentemente a las altas concentraciones de dióxido de carbono y de ozono
• Un clima más cálido hace tres millones de años puede haber producido un nivel del mar 30 metros más alto que el actual
• El registro sedimentario del lago Baikal (Siberia) muestra que la respuesta climática a los cambios en radiación solar no es lineal sino intrincada, como las de los océanos y casquetes de hielo
• Un cambio climático del pasado parece haber generado una liberación masiva de témpanos de los mantos de hielo continental
• Los cambios climáticos del pasado en el Polo Norte se han ligado a cambios climáticos en el Polo Sur en el mismo período
• El estudio de columnas de hielo de Groenlandia sugiere que durante el derretimiento de los mantos de hielo tuvieron lugar cambios grandes y abruptos en los cocientes de los isótopos del oxígeno
• Una gran actividad volcánica se ha relacionado al enfriamiento climático del período de 5000 a 7000 AC
• Las evidencias recogidas en la Gran Cuenca indican un clima mucho más húmedo hace miles de años
• Los modelos climáticos predicen que los aerosoles tienen un efecto de enfriamiento
• Se ha descubierto que el potencial de calentamiento global de varios gases de invernadero es mayor de lo que se creía
• Los modelos reproducen tendencias climáticas recientes y corroboran la influencia de un ciclo hidrológico aumentado en los trópicos
• Los nuevos valores para los parámetros de los eddies oceánicos mejoran la eficiencia de los modelos de circulación atmosférica global en relación al océano
• Los sistemas avanzados de computación permiten mejorar la resolución de los modelos globales del océano
• El modelo tridimensional del océano desarrollado por el Experimento Mundial de Circulación Oceánica (WOCE) gana un premio en los Estados Unidos
• Se dedicará un nuevo laboratorio a las grandes simulaciones climáticas del sistema Tierra
• Los cambios observados en el momento en que comienzan las estaciones puede señalar un efecto invernadero
• El calentamiento local lleva a la desintegración del manto de hielo costero de la Antártida
• Se ha determinado una reducción de la cubierta nival del Hemisferio Norte en las últimos 20 años junto con mayores temperaturas en el Hemisferio
• El aumento del vapor de agua puede estar ligado al calentamiento global
• Se observaron cambios en las temperaturas oceánicas
• Algunos efectos significativos en la salud humana podrían estar ligados al cambio climático
• El ascenso del nivel del mar pone en peligro a las ecosistemas de marismas
• Las Cyperaceae reemplazan a los arbustos en un experimento de calentamiento climático en un prado alpino
• La declinación del plancton en el sur de California se debe al calentamiento del océano
• Se han obtenido nuevos indicadores de la distribución de peces para el estudio de los efectos del cambio del clima oceánico
• La tasa de crecimiento de bosque boreal está detenida
• Las prospecciones muestran que el bosque tropical está cambiando mucho más rápido ahora que en el pasado
• Se ha comprobado una alta productividad del ecosistema polar ártico
• Un modelo integrado del sector forestal sugiere que un mayor crecimiento forestal podría contrarrestar el exceso de dióxido de carbono en el año 2020
• Se ha mostrado que el exceso de dióxido de carbono protege parcialmente a algunos cultivos de los efectos de la contaminación del aire
• El exceso de dióxido de carbono parece afectar los procesos del suelo en agro-ecosistemas
• Las prácticas alternativas de administración de bosques pueden ayudar a acumular carbono y reducir la tasa de cambio climático; la remoción de bosques acelera la producción de gases de invernadero
• La productividad del arroz aumentará con el cambio climático y también las emisiones de metano
• El establecimiento de fajas de reparo protegerá a los cultivos del cambio climático
• Se ha demostrado que las nuevas tecnologías para mitigar las emisiones de gases de invernadero tienen una buena relación costo ‑ beneficio
• La agricultura mundial se puede adaptar mejor de lo que se estimó anteriormente si se pueden cambiar los tipos de cultivos

3) Destrucción del ozono estratosférico y radiación UV
• Mínima concentración de ozono medida por satélite en el centro‑sur de los Estados Unidos en 1994
• Se ha confirmado que los registros de ozono de 1993 sobre la Antártida son los más bajos que se conocen
• Se ha creado el perfil de ozono más largo basado en datos satelitarios
• Mediciones con aviones, globos y satélites muestran la respuesta del ozono tropical a la erupción del Monte Pinatubo
• Datos del trasbordador espacial muestran un aumento a largo plazo en la concentración de los halógenos estratosféricos
• La tasa de aumento de los CFC en la atmósfera se está haciendo más lenta
• Se ha determinado la primera distribución global de ácido fluorhídrico estratosférico
• Se ha encontrado que la combustión de biomasa es una fuente importante de bromuro de metilo, un efectivo destructor del ozono estratosférico
• Nuevos estudios de la destrucción catalítica del ozono en la baja estratósfera sugieren un reordenamiento de los ciclos catalíticos
• Estudios de laboratorio confirman que los hidrofluorocarbonos utilizados para sustituir a los CFC son una amenaza despreciable en términos de las reacciones catalíticas de la destrucción del ozono estratosférico
• Se han propuesto nuevos sustitutos para las sustancias que destruyen el ozono
• La concentración de ácido nítrico estratosférico explica las diferencias inter-hemisféricas en la destrucción polar del ozono
• Se ha determinado la climatología de las nubes polares estratosféricas en base a datos satelitales
• Se ha calculado que los remolinos polares (“Vortex”) invernales están bien aislados de las latitudes medias
• Se han calculado fuertes descensos en los remolinos polares del norte y del sur
• Se han utilizado datos satelitales para inferir los valores de la radiación ultravioleta en la superficie
• La agencias federales trabajan conjuntamente para crear una red de supervisión de UV y producir un índice de UV
• Se ha confirmado que el aumento de la radiación UV es un problema importante para la salud pública
• La cubierta de hielo de la Antártida puede proteger al fitoplancton de los efectos adversos del aumento de UV‑B
• Se ha descubierto que los microbios del suelo degradan a los destructores del ozono y sus sustitutos
• Algunos peces son especialmente tolerantes al aumento de la radiación UV
• Se ha publicado la última valoración (1994) de la destrucción del ozono

4) Cambios en la cobertura de los ecosistemas terrestres y marinos
• Se han realizado nuevos mapas de la cobertura global
• Se ha realizado un estudio de la extensión superficial y de los patrones geográficos de las perturbaciones antropógenas extremas en la biosfera
• La densidad de biomasa se ha inferido en numerosos sitios de prueba usando un nuevo algoritmo para la teledetección satelitales
• El cambio en el nivel de copas de los bosques cerrados de coníferas debido principalmente a las prácticas severas de deforestación (“clear‑cut”) fue máximo en las tierras de propiedad privada y mínimo en las reservas públicas
• Se ha propuesto una nueva aproximación a la supervisión de la deforestación y la urbanización
• Los estudios de la fragmentación de los bosques sugieren que los flujos de carbono de la Amazonía brasileña pueden haberse sobreestimado
• Se ha demostrado el potencial de la vegetación para secuestrar carbono a escala global usando la regeneración de los bosques o reduciendo la velocidad de la deforestación • Nuevos estudios sugieren que la agricultura de precisión puede contribuir a proteger el clima
• La ingeniería de sistemas de agua dulce puede estar contribuyendo al ascenso del nivel del mar
• Se ha estudiado la distribución de los incendios y la emisiones asociadas
• Se ha encontrado que el carbono orgánico del suelo ha aumentado desde 1950
• Las prospecciones del bosque tropical mostraron que el bosque está cambiando mucho más rápidamente ahora que en el pasado

CONCLUSIONES

Hemos aprendido algo sobre las partes y procesos individuales de la atmósfera terrestre y de los sistemas oceánicos, continentales, físicos, químicos y biológicos. Hemos puntualizado la clase de cambios que induce la humanidad y también aquellos que por su naturaleza y magnitud ocurren independientemente de la acción humana. Sin embargo, apenas mencionamos algunas de las conexiones y realimentaciones que hacen que estos sistemas funcionen como una única entidad. La “sordera selectiva” de algunos científicos a disciplinas de gran valor epistemológico retarda el desarrollo de una ciencia de síntesis como se sugería en el “informe Bretherton” (Earth System Science, NASA 1988) y como se desarrolla en la obra de Jacobson et al. (2000). En efecto, sería útil para el establecimiento de una ciencia del cambio global la revisión del pensamiento sistémico presentado por F.E. Emery en 1969, la síntesis de J. Piaget (1968) de las principales líneas del pensamiento estructuralista aplicado a la matemática, lógica, física, biología, psicología, lingüística, ciencias sociales y filosofía, o el pensamiento sinóptico presentado por A-L. Barabási (2002) en respuesta a la cuestión de cómo todo está conectado a todo lo demás y lo que eso significa para los negocios, la ciencia y la vida cotidiana.
Precisamente en cuanto a la vida cotidiana se han acumulado deudas que podrían haberse comenzado a saldar a medida que se adquiría un conocimiento firme en áreas de interés global. Los economistas de la globalización, por ejemplo, han hecho flaco favor al mundo promoviendo la exportación de industrias “sucias” a países del Tercer Mundo como si esa división, arbitraria y ofensiva pusiese barreras a la contaminación atmosférica. Los ejemplos de “privatización” como la panacea universal propiciados por entidades financieras de poder global en muchos casos han resultado enormes fiascos que sin aumentar la eficiencia ni modernizar los servicios, han aumentado las tasas de contaminación y los provechos de las empresas privadas a cambio de nada para los usuarios. Esto no significa negar que la iniciativa privada ha hecho contribuciones colosales al bienestar de la humanidad sino denunciar una forma distorsionada de esa actividad que sólo sirve a sus promotores. Como señala Gates (1993), nunca es tarde y siempre es tarde para iniciar la mitigación del efecto invernadero. Cuanto antes se actúe para reducir la emisión de gases de invernadero, menos drástica será la acción requerida para la reducción y sus consecuencias serán más efectivas también a largo plazo.
El conocido lema de “pensar globalmente y actuar localmente” conserva su vigencia. Según William Cline (1992), el análisis de costo/beneficio de la eliminación de riesgos sugiere que los legisladores deberían considerar socialmente beneficiosa la adopción de medidas protectivas severas para limitar las emisiones globales de carbono a unos cuatro mil millones de toneladas por año. Sin embargo, los países con mayores tasas de contaminación atmosférica son los más educados y los que ponen en duda la validez científica de los argumentos utilizados para explicar los efectos de la contaminación. Por fin, si se pensase en los aspectos ambientales de la globalización, también en ese controvertido campo de la economía se podrían hacer contribuciones de importancia si se lograse igualar la responsabilidad de todas las naciones en preservar el ambiente modificando prácticas inadecuadas y aprobando sólo aquellas que de acuerdo al saber disponible permitan sostener la habitabilidad del planeta. Pero, si la perspectiva de un mayor provecho en más corto plazo se impone a los intereses ambientales de la “comunidad global”, entonces la globalización será el vehículo de un “malestar” mucho mayor que el que describe Joseph Stiglitz⁵ en su libro sobre economía. La gente se moviliza en defensa de las ballenas, los osos polares, la selva lluviosa tropical y la maravillosa diversidad biológica. Sin embargo, la diversidad cultural se decolora a medida que el mercado global arrolla las peculiaridades productivas de cada nación sin ofrecer mejora alguna ni compensación por los ingresos perdidos.
Además de los temas discutidos en este trabajo, el cambio global provocado por la humanidad tiene aspectos políticos, económicos, científicos, tecnológicos y éticos que será necesario incluir en un protocolo global para la protección del planeta Tierra de los efectos nocivos de nuestras acciones. La indiferencia o la inacción en esta materia son conductas inaceptables que deben modificarse cuanto antes. La habitabilidad del planeta depende de complejos y delicados equilibrios desarrollados a lo largo de millones de años. Su preservación es un deber de todos los habitantes de la Tierra.

GLOSARIO

Aerosoles (Aerosols): Pequeñas partículas, por lo común gotitas suspendidas en la atmósfera.

Adaptación (Adaptation): Ajuste de los sistemas naturales o humanos a un ambiente nuevo o cambiante que explota las oportunidades beneficiosas o modera los efectos negativos.

Albedo (Albedo): La fracción de luz incidente reflejada por una superficie. Originalmente se usaba para definir la reflexión de la luz; en la actualidad se usa para definir la reflexión de todas las longitudes de onda.

Biomasa (Biomass): El peso total de todos los organismos vivientes, o de algún grupo elegido de organismos en un área dada.

Cambio Climático (Climate Change): Variación estadísticamente significativa del clima, su estado medio y/o su variabilidad, que persiste por un periodo extenso (décadas o más). El cambio climático puede deberse a procesos naturales internos o a motores externos que incluyen cambios en la radiación solar y erupciones volcánicas, o cambios persistentes inducidos por la acción humana en la composición de la atmósfera o en el uso de la tierra.

Cambio Global (Global Change): Cambios en el ambiente global, incluyendo alteraciones del clima, la productividad de la tierra, los océanos y otros recursos de agua, la química atmosférica y los sistemas ecológicos, que pueden alterar la capacidad de la Tierra para soportar la vida (Acta de la Investigación del Cambio Global, 1990).

Clima (Climate): Descripción estadística del promedio y la variabilidad de las medidas relevantes del sistema atmósfera-océano en períodos de tiempo determinados (desde semanas a miles y millones de años).

Fitoplancton (Phytoplankton): pequeños organismos vegetales que derivan en y cerca de la superficie de cuerpos de agua.

Mitigación (Mitigation): Intervención que se realiza para reducir los factores inducidos por la humanidad que contribuyen al cambio climático. Esta puede incluir distintas aproximaciones destinadas a reducir la emisión de gases de invernadero a la atmósfera, mejorar su remoción de la atmósfera para depositarlos en formaciones geológicas, suelos, biomasa y océanos; o alterar la radiación solar que llega a la Tierra mediante distintas opciones de geoingeniería.

Motores climáticos (Climate Forcings): procesos que cambian directamente el balance de energía promedio del sistema Tierra- Atmósfera afectando el balance entre la radiación que entra y la radiación que sale. Un motor positivo tiende a calentar la superficie de la Tierra y un motor negativo tiende a enfriarla.

Obsevaciones (Observations): Mediciones estandarizadas (continuas o episódicas) de variables del clima y los sistemas relacionados a éste. Precipitación ácida (Acid Precipitation): es la lluvia, nieve, etc. acidificada por la adición de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno de la atmósfera como resultado del uso de combustibles fósiles. El escape de los automóviles y la emisiones de las usinas eléctricas a carbón son algunas de las principales causas de la precipitación ácida. En casos severos, puede matar peces y otras formas de vida acuática y dañar o destruir árboles y cultivos. También se le imputa la corrosión de estatuas de mármol y otros materiales sensibles a los ácidos.

Predicción (Prediction): Descripción probabilística o pronóstico de un clima futuro basada en observaciones climatológicas del pasado y presente los modelos de proceso climático (por ejemplo, la predicción de un episodio ENSO).

Proyección (Projection): Descripción de la respuesta del sistema climático a un nivel dado de motor radiativo del futuro. Los cambios de los motores radiativos pueden deberse a causas naturales (como emisiones volcánicas) o a factores inducidos por la humanidad (como la emisión de gases de invernadero y aerosoles, o cambios en el uso y cobertura de la tierra). Las proyecciones climáticas difieren de las predicciones porque enfatizan su dependencia de futuros escenarios socioeconómicos, tecnológicos, y políticos que pueden ocurrir o no.

Realimentación Climática (Climate Feedback): Interacción entre los procesos del sistema climático en que un cambio en uno de los procesos dispara un proceso secundario que influencia al primero. Una realimentación positiva intensifica el cambio en el proceso original y una negativa lo reduce.

Recursos para Respaldar Decisiones (Decision-Support Resources): Conjunto de observaciones, análisis, productos de investigaciones interdisciplinarias, mecanismos de comunicación y servicios operativos que ofrecen información oportuna y útil para tratar las cuestiones que enfrentan los legisladores, administradores y otros.

Sistema climático (Climate System): Un sistema complejo que consta de cinco componentes mayores: atmósfera, hidrosfera, criosfera, la superficie de la tierra, la biosfera y las interacciones entre ellos. El sistema climático cambia en el tiempo bajo la influencia de su propia dinámica interna y debido a motores externos como las erupciones volcánicas, las variaciones solares y a los motores inducidos por la acción humana como el cambio de la composición atmosférica y del uso de la tierra.

Tiempo atmosférico (Weather): Condición específica de la atmósfera en un lugar y tiempo dados, medido en términos de variables como viento, temperatura, humedad, presión atmosférica, nubosidad y precipitación.

Variabilidad Climática (Climate Variability): Variaciones en el estado medio de la atmósfera y otros parámetros estadísticos de rasgos climáticos que, tanto en escala espacial como temporal, exceden los cambios individuales del tiempo atmosférico. Las variaciones se deben a menudo a procesos internos del sistema climático. Ejemplos de las formas cíclicas de la variabilidad climática incluyen a la Oscilación Austral El Niño (ENSO), la Oscilación del Atlántico Norte y la Oscilación Decadal del Pacífico.

Notas

¹ Europa (Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Gran Bretaña, Grecia, Hungría, Italia, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Rumania, Rusia, Suecia, Suiza, y Ucrania, además de la Agencia Espacial Europea), América del Norte (Canadá y Estados Unidos), América del Sur (Argentina, Brasil, Perú y Uruguay), Asia y Oceanía (Australia, China, Corea del Sur, Formosa, Indonesia, Japón, Malasia, Tailandia), África y Medio Oriente (Arabia Saudita, Azerbaiján, Israel, Nigeria, y Turquía), Centro y Sur de Asia (Bangla Desh, India, Kazajstán y Pakistán).

² Aún existe en Valencia el Tribunal del Agua creado durante la ocupación árabe de la Península Ibérica hasta 1492.

³ Uppsala escrito con una sola p es el antiguo formato, usado por la Universidad de Uppsala que realizó investigaciones en ese glaciar.

⁴ El SAC-C de la CONAE (Argentina) conforma, junto con los satélites Landsat 7, EO-1 y Terra de los EEUU, la constelación matutina, parte de la constelación internacional para Observación de la Tierra.

⁵ El Prof. Joseph E. Stiglitz recibió el Premio Nobel de Economía en 2001. En 2002 se publicó su libro “El Malestar en la Globalización”.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Aguirre de Cárcer I, D’Antoni HL, Barboza-Flores M, Correcher V, Jaque F. KCl:Eu2+ as a solar UV-C radiation dosimeter. Optically Stimulated Luminescence and Thermoluminescence Analysis. J Rare Earths 2008; 26 (2): 131-6.

2. Barabási AL. Linked. How everything is connected to everything else and what it means for business, science and everyday life. A Plume Book Science/Business. New York: The Penguin Group; 2003.         [ Links ]

3. Bard E , Raisbeck G, Yiou F, Jouzel J. Solar irradiance during the last 1200 years based on cosmogenic nuclides. TELLUS B 2000; 52 (3) : 985-92.         [ Links ]

4. Boyce J, Hassol S, Katzenberger J, Kirpes A, Leiserowitz A, Stapp W. Ground Truth Studies. Teacher Handbook. Aspen Global Change Institute; 1992. p. 144 .         [ Links ]

5. Bradley R. Paleoclimatology. Reconstructing climates of the Quaternary, 2nd Ed. Harcourt Academy Press; 1999.         [ Links ]

6. Bradley R. Climate Forcings During the Holocene. In: MacKay, Battarbee, Birks y Oldfield (Eds.) Global Change in the Holocene. London: Arnold; 2003, Chap. 2, 10-9.         [ Links ]

7. Budyko M. Climatic Changes. Washington, D.C: American Geophysical Union (Edición en Ruso, 1974); 1977. p. 261.         [ Links ]

8. Charlson RJ, Orians GH, Wolfe GV. Human modificactions of the Earth System: Global Change, in Jacobson, Charlson, Rodhe and Orians (eds.) Earth System Science, International Geophysical Series 72, Academic Press; 2000, Cap 19, 498-507.         [ Links ]

9. Cline WR. The Economics of Global Warming. Institute For International Economics, Washington, D.C.; 1992.         [ Links ]

10. Córdoba C, Muñoz JA, Cachorro V, Aguirre de Cárcer I, Cussó F, Jaque F. The detection of solar ultravioleta-C radiation usng KCl:Eu2+ Thermoluminescence Dosemeters, J Physics D: Appl. Phys 1997; 30: 3024-7.         [ Links ]

11. Curry A. Climate Change: Sites in Peril. Archaeology 2009; 62(2), on-line.         [ Links ]

12. D’Antoni HL. Astrobiology. A New Perspective for Pollen Analysis and the Reconstruction of Past Environments, en Salati, Absy & Victoria (editors), Amazonia: Un Ecossistema en Transfomação, Cap. 1, 1-16, INPA, Manaus¸ 2000.

13. D’Antoni HL, Armstrong R, Coughlan J, Skiles J, Daleo GR. Effects of Stratospheric Ozone Depletion and Increased Levels of Ultraviolet Radiation on Subantarctic Forests and Western Patagonian Steppe: A Research Project, in R. Hilton Biggs and Margaret B. Joyner (eds.), Stratospheric Ozone Depletion / UV-B Radiation in the Biosphere, NATO ASI Series I, Global Environmental Change, Vol 18, 81-98, Springer Verlag;1994

14. D’Antoni HL, Rothschild L, Schultz C, Burgess S, Skiles JW. Extreme environments in the forests of Ushuaia, Argentina. Geophysi Res Lett, 34 L22704, doi:10:1029/2007GL031096, 2007.

15. Emery FE (editor), Systems Thinking, Penguin Modern Management Readings, Ringwood, Victoria, Australia; 1969.         [ Links ]

16. Fan S, Gloor M, Mahlman J, Pacala S, Sarmiento J. A large terrestrial carbon sink in North America implied by Atmospheric and Oceanic Carbon Dioxide Data and Models. Science 1998, 282, 442-6.         [ Links ]

17. Farman JC, Gardiner BG, Shouklin JD. Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction. Nature 1985; 315: 207-10.         [ Links ]

18. Gates DM. Climate Change and its Biological Consequences. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts; 1993.         [ Links ]

19. Groisman PJ. Possible Regional Climate Consequences of the Pinatubo Eruption: an empirical approach. Geophysical Res Lett 1992; 19: 1603-6.         [ Links ]

20. Hartmann DJ. Global Physical Climatology. San Diego: Academic Press; 1994.         [ Links ]

21. Jacob DJ. Introduction to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, Princeton, New Jersey ; 1999. pp. 266.         [ Links ]

22. Jacobson MC, Charlson RJ, Rhode H, Gordon H. Orians (eds.). Earth System Science. From Biogeochemical Cycles to Global Change. Int Geophys Series 2000; 72, Academic Press. p. 527.         [ Links ]

23. Kastings J. Habitability of Planets. A10-A11. En: D. Devincenzi (editor), Astrobiology Workshop, Final Report. NASA Conference Publication 10153, NASA Ames Research Center, Moffett Field 1996.         [ Links ]

24. Krueger AJ, Walter L S, Bhartia PK, Schnetzler CC, Krotkov NA, Sprod I, Bluth. GJS. Volcanic sulfur dioxide measurements from the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Instruments. J Geophys Res 1995, Vol.100(D7), 14057-76.         [ Links ]

25. Matta JL, Nazario CM, Armstrong Rand J, Navas J. Epidemiological trends of melanoma in Puerto Rico from 1975-1991. Boletín de la Asociación Médica de Puerto Rico 1998; 90 (1-3), 8-11 + Tablas y Bibliografía.         [ Links ]

26. Matta JL, Ramos JM, Armstrong RH, D’Antoni HD. Environmental UV-A and UV-B Threshold Doses for Apoptosis and Necrosis in Human Fibroblasts. Photochemi Photobiol 2005; 81: 563–8.

27. Matta L, Ramos JM, Armstrong R, D’Antoni HD. Niveles de luz ultravioleta ambiental asociados con apoptosis y necrosis en fibroblastos humanos, Acta Bioquím Clin Latinoam 2006; 40 (4): 553-60.

28. McElroy MB. The Atmospheric Environment. Effects of Human Activity. Princeton University Press, Princeton and Oxford; 2002. pp. 326.         [ Links ]

29. Meggers BJ. Amazonia. Man and Culture in a Counterfeit Paradise, Revised Edition, Washington and London.; Smithsonian Institution Press;1996. pp. 214.         [ Links ]

30. NASA, Earth System Science, A program for Global Change, Report of the Earth System Science Committee, NASA Advisory Council, Washington D.C., 1988.         [ Links ]

31. Parkinson CL, Comiso JC, Zwally J, Cavalieri DJ, Gloersen P, Campbell WJ. Arctic Sea Ice, 1973-1976: Satellite Passive-Microwave Observations. NASA SP-489, Washington, DC., 1987. pp. 296.         [ Links ]

32. Piaget J. Le Structuralisme, Presses Universitaires de France, Que saisje? 1314, Paris¸ 1974.         [ Links ]

33. Pidwirny M. 20 The Greenhouse Effect, Fundamentals of Physical Geography, 2nd Edition. 2006.         [ Links ]

34. Rasmussen RA, Khalil MAK. Atmospheric methane in recent and ancient atmospheres: Concentrations, trends and interhemispheric gradient J Geophys Res 1984; 89: 11599-604.         [ Links ]

35. Robock A, Mao J. Winter warming from large volcanic eruptions. Geophys Res Lett 199219: 2405- 8.         [ Links ]

36. Robock A, Mao J. The volcanic signal in surface temperature observations. J Climate 1995; 8: 1086-103.         [ Links ]

37. Stiglitz JE. Globalization and its Discontents, W.W. Norton & CO., New York and London. Versión en español, El Malestar de la Globalización, Taurus, Buenos Aires; 2002.         [ Links ]

38. USGCRP (US Global Change Research Program), Our Changing Planet. An Investment in Science for the Nation’s Future. Washington D.C. [Se han usado las sucesivas ediciones desde 1996 hasta el presente, 2011].

39. Yang L, Odah H, Shaw J.Variations in the geomagnetic dipole moment over the last 12 000 years. Geophysical J Int 2000; 140 (1):158–62.

40. Zhou L, Yuansheng L, Cole-dal J, Dejun T, Bo S, Ren J, Wei L Wang H.. A 780-year record of explosive volcanism from DT263 ice core in east Antarctica, Chinese Science Bulletin 2006; 51 No. 22 2771—2780. DOI: 10.1007/s11434-006-2164-3.

41. Zwally HJ, Comiso JC, Parkinson CL, Campbell WJ. Carsey FD, P. Gloersen P. Antarctic Sea Ice, 1973-1976. Satellite Passive-Microwave Observations. NASA SP-459, Washington D.C., 1983. pp. 206.         [ Links ]