Ciclo Del Carbono
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Ciclo del carbono Ciclo del Carbono. El ciclo del carbono es el sistema de las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida. El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato importantes para la realización de procesos como: la respiración; también interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO 2 (dióxido de carbono) tal como se encuentra en la atmósfera. La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO 2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y lahidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO 2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años. La vuelta de CO 2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO 2 . En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles. Los productos finales de la combustión son CO 2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO 2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las
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Ciclo del carbono
Ciclo del Carbono.
El ciclo del carbono es el sistema de las transformaciones químicas de compuestos que
contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo
biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas
actividades básicas para el sostenimiento de la vida.
El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de compuestos como:
la glucosa, carbohidrato importantes para la realización de procesos como: la respiración; también
interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) tal como se encuentra en la
atmósfera.
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es
la atmósfera y lahidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cadaaño aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es
decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres
vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración
la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más
visibles.
Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo
de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida.
Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis
liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las
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plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la
cantidad de CO2 empleada en la fotosíntesis.
En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la
respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de
combustión del petróleo, hulla,gasolina, etc.
En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios.
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a
la que tiene en el aire.
Tipos de Ciclos
Ciclo biológico
Comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir,
la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración que lo
devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación del carbono
atmosférico se produce cada 20 años.
Ciclo biogeoquímico
Regula la transferencia de carbono entre la Hidrósfera, la atmósfera y la litosfera (océanos y suelo). El
CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido carbónico que ataca los silicatos que
constituyen las rocas, resultando iones de bicarbonato. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar, son
asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se depositan en los sedimentos. El
retorno a la atmósfera se produce en las erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo
contienen. Este último ciclo es de larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además,
hay ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el oxígeno que la
descomponga, produciéndose así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural.
Almacenamiento
El almacenamiento del carbono en los depósitos fósiles supone en la práctica una rebaja de los niveles
atmosféricos de dióxido de carbono. Si éstos depósitos se liberan, como se viene haciendo desde hace
tiempo con el carbón, o más recientemente con el petróleo y el gas natural, el ciclo se desplaza hacia un
nuevo equilibrio en el que la cantidad de CO2 atmosférico es mayor; más aún si las posibilidades de
reciclado del mismo se reducen al disminuir la masa boscosa y vegetal.
Explotación
La explotación de combustibles fósiles para sustentar las actividades industriales y de transporte (junto con
la deforestación) es hoy día una de las mayores agresiones que sufre el planeta, con las consecuencias
por todos conocidas: cambio climático (por el efecto invernadero), desertificación, etc. La cuestión ha sido
objeto del Convenio sobre cambio climático aprobado en Nueva York el 9 de mayo de 1992 y suscrito en
la cumbre de Río (Río de Janeiro, 11 de junio de 1992).
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Ciclo del carbono
El ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico por el cual
el carbono se intercambia entre labiosfera, la litosfera,
la hidrosfera y laatmósfera de la Tierra. Los
conocimientos sobre esta circulación de carbonoposibilitan apreciar la intervención humana en el clima y
sus efectos sobre el cambio climático.
El carbono (C) es el cuarto elemento más abundante en el
Universo, después del hidrógeno, el helio y el oxígeno
(O). Es el pilar de la vida que conocemos. Existen
básicamente dos formas de carbono: orgánica (presente
en los organismos vivos y muertos, y en los
descompuestos) y otra inorgánica, presente en las rocas.
En el planeta Tierra, el carbono circula a través de los océanos, de la atmósfera y de la superficie y el
interior terrestre, en un gran ciclo biogeoquímico. Este ciclo puede ser dividido en dos: el ciclo lento o
geológico y el ciclo rápido o biológico.
Suele considerarse que este ciclo está constituido por cuatro reservorios principales de carbono
interconectados por rutas de intercambio. Los reservorios son la atmósfera, la biosfera terrestre (que,
por lo general, incluye sistemas de agua dulce y material orgánico no vivo, como el carbono del suelo),
los océanos (que incluyen el carbono inorgánico disuelto, los organismos marítimos y la materia no viva),
y los sedimentos (que incluyen los combustibles fósiles). Los movimientos anuales de carbono entre
reservorios ocurren debido a varios procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océanocontiene el fondo activo más grande de carbono cerca de la superficie de la Tierra, pero la parte del
océano profundo no se intercambia rápidamente con la atmósfera.
El balance global es el equilibrio entre intercambios (ingresos y pérdidas) de carbono entre los
reservorios o entre una ruta del ciclo específica (por ejemplo, atmósfera - biosfera). Un examen del
balance de carbono de un fondo o reservorio puede proporcionar información sobre si funcionan como
una fuente o un almacén para el dióxido de carbono.
Ciclo del Carbono
El elemento mas importante en el reino biológico que sirve como piedra angular de la estructura es elcarbono. Aun cuando la fuente principal de carbono , el CO2 existe en cantidades siempre pequeñas. Lostejidos vegetales y las células microbianas contienen grandes cantidades de carbono. El dioxido decarbono es convertido a carbono orgánico, principalmente por la acción de los organismos fotoautotroficos( las plantas verdes superiores en la tierra y las algas en habitats acuaticos. ) Estos suministran losnutrientes orgánicos necesarios para los animales heterótroficos y para los organismos microscopicos que
no contienen clorofila.
Los organismos fotosinteticos fijan constantemente el carbono formando compuestos orgánicos con ayudade la luz solar y una vez que el elemento se ha fijado, no puede utilizarse para generar nuevas plantas.Para que los organismos superiores sigan poliferando, es necesario, que los materiales carbonados sean
descompuestos y regresados a la atmósfera .
En su forma mas simple, el ciclo del carbonó gira en torno al CO2 su fijación y regeneración . Las plantasverdes utilizan este gas como única fuente de carbono y la materia carbonada sintetizada de esta manerasirve para abastecer al mundo animal con carbonó orgánico preformado. El metabolismo microbiano ocupa
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el papel principal en la secuencoa cíclica despues de la muerte de las plantas o animales. Los tejidos
muertos son descompuestos y transformados en células microbianas y en un amplio conjunto heterogéneo
como humus o fracción orgánica del suelo.
El ciclo se completa y el carbono se hace disponible nuevamente, con la descomposición final y laproducción del CO2 a partir del humus y tejidos en descomposición.
El calentamiento global
Es un término utilizado para referirse al fenómeno del aumento de la temperatura media global, de
la atmósfera terrestre y de los océanos, que posiblemente alcanzó el nivel de calentamiento de la época
medieval a mediados del siglo XX, para excederlo a partir de entonces.
Todas las recopilaciones de datos representativas a partir de las muestras de hielo, los anillos de
crecimiento de los árboles, etc., indican que las temperaturas fueron cálidas durante el Medioevo, seenfriaron a valores bajos durante los siglos XVII, XVIII y XIX y se volvieron a calentar después conrapidez.2 Cuando se estudia el Holoceno(últimos 11,600 años), el Panel Intergubernamental del Cambio
Climático (IPCC) no aprecia evidencias de que existieran temperaturas medias anuales mundiales máscálidas que las actuales.2 Si las proyecciones de un calentamiento aproximado de 5 °C en este siglo se
materializan, entonces el planeta habrá experimentado una cantidad de calentamiento medio mundial iguala la que sufrió al final de la Glaciación wisconsiense (último período glaciar); según el IPCC no haypruebas de que la posible tasa de cambio mundial futuro haya sido igualada en los últimos 50 millones deaños por una elevación de temperatura comparable.2
El calentamiento global está asociado a un cambio climático que puede tener causa antropogénica o no. El
principal efecto que causa el calentamiento global es elefecto invernadero, fenómeno que se refiere a laabsorción por ciertos gases atmosféricos—principalmente H2O, seguido por CO2 y O3—de parte de laenergía que el suelo emite, como consecuencia de haber sido calentado por la radiación solar.3 El efectoinvernadero natural que estabiliza el clima de la Tierra no es cuestión que se incluya en el debate sobre elcalentamiento global. Sin este efecto invernadero natural las temperaturas caerían aproximadamente en
unos 30 °C; con tal cambio, los océanos podrían congelarse y la vida, tal como la conocemos, seríaimposible. Para que este efecto se produzca, son necesarios estos gases de efecto invernadero, pero enproporciones adecuadas. Lo que preocupa a los climatólogos es que una elevación de esa proporción
producirá un aumento de la temperatura debido al caloratrapado en la baja atmósfera.
El IPCC sostiene que: «la mayoría de los aumentos observados en la temperatura media del globo desde
la mitad del siglo XX, son muy probablemente debidos al aumento observado en las concentraciones
de GEI antropogénicas».4 Esto es conocido como la teoría antropogénica, y predice que el calentamiento
global continuará si lo hacen las emisiones de gases de efecto invernadero. En el último reporte con
proyecciones de modelos climáticos presentados por IPCC, indican que es probable que temperatura
global de la superficie, aumente entre 1,1 a 6,4 °C (2,0 a 11,5 °F) durante el siglo XXI .5
Se han propuesto varias medidas con el fin de mitigar el cambio climático, adaptarse a él o
utilizar geoingeniería para combatir sus efectos. El mayor acuerdo internacional respectivo al
calentamiento global ha sido el Protocolo de Kyoto, el cual tiene como objetivo la estabilización de la
concentración de gases de efecto invernadero para evitar una "interferencia antropogénica peligrosa con el
sistema climático" .6 Fue adoptado durante Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el CambioClimático y promueve una reducción de emisiones contaminantes, principalmente CO2. Hasta noviembrede 2009, 187 estados han ratificado el protocolo.7EEUU, mayor emisor de gases de invernaderomundial,8 no ha ratificado el protocolo.
Más allá del consenso científico general en torno a la aceptación del origen principalmente antropogénicodel calentamiento global, hay un intenso debate político sobre la realidad, de la evidencia científica del
mismo. Por ejemplo, algunos de esos políticos opinan que el presunto consenso climático es una falacia.9
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Anomalía de temperaturas medias en el período 1999 - 2008.
Cambios de temperatura
Dos mil años de temperaturas medias de acuerdo a varias reconstrucciones, se muestra tres picos
importantes, el Periodo cálido medieval, luego la Pequeña Edad de Hielo y por último el año 2004.
La evidencia del calentamiento del sistema climático incluye aumentos observados en el promedio del aire
y la temperatura de los océanos, el derretimiento generalizado de la nieve y el hielo, y el aumento del niveldel mar.10 11 12 13 La medida más común del calentamiento global es la tendencia en la temperatura mediacerca de la superficie de la Tierra. Expresado como una tendencia lineal, esta temperatura aumentó en0,74 ± 0,18 °C durante el período 1906-2005. La tasa de calentamiento en la última mitad de ese períodofue de casi el doble que en el período en su conjunto (0,13 ± 0,03 °C por década, frente a 0,07 °C ±
0,02 °C por década). El efecto isla de calor urbano se estima que representan cerca de 0.002 °C delcalentamiento por década desde 1900.14 Las temperaturas en la troposfera inferior se han incrementado
entre 0,13 y 0,22 °C (0.22 y 0.4 °F) por década desde 1979, según a las mediciones de temperatura porsatélite. Se cree que la temperatura ha sido relativamente estable durante los mil o dos mil años antes de1850, con fluctuaciones regionales diferentes, tales como el Período cálido medieval y la Pequeña Edad
de Hielo.
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Estimaciones recientes de la NASA y el National Climatic Data Center muestran que 2005 y 2010 fueronlos años más calurosos del planeta desde que las mediciones instrumentales fiables están disponibles a
partir de finales del siglo XIX, superando a 1998 por unas centésimas de grado.16 17 18 Las estimacionesactuales de la Climatic Research Unit (CRU) muestran el 2005 como el segundo año más caliente, por
detrás de 1998 con 2003 y 2010 empatado en el año más caliente en tercer lugar, sin embargo, "laestimación de error para cada año... es por lo menos diez veces más grande que las diferencias entreestos tres años."19 La "Declaración sobre el estado del clima mundial en 2010" de la Organización
Meteorológica Mundial (OMM) explica que," El valor nominal de +0,53 °C en 2010, por delante del de 2005
(+0,52 °C) y 1998 (+0,51 °C), no representan diferencias estadísticamente significativas..."
Las temperaturas en 1998 fueron inusualmente cálidas, como consecuencia de El Niño durante eseaño. La temperatura global está sujeta a fluctuaciones a corto plazo que se superponen a las tendencias alargo plazo y pueden temporalmente suplantarlas. La relativa estabilidad de la temperatura entre 2002 y2009 es consistente con ese episodio.
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Los cambios de temperatura varían en el mundo. Desde 1979, las temperaturas de la tierra ha aumentadoaproximadamente el doble de rápido que las temperaturas del océano (0,25 °C por década en contra de
0,13 °C por década). Las temperaturas del océano aumentan más lentamente que las temperaturas de latierra debido a la capacidad térmica más efectiva de los océanos y porque el mar pierde más calor por
evaporación.25 El hemisferio norte se calienta más rápido que el hemisferio sur, ya que tiene más tierra ymayores extensiones de nieve, y el hielo marino estacional es objeto de retroalimentación hielo-albedo. Aunque más gases de efecto invernadero se emiten en el norte que el sur, ello no contribuye a la
diferencia en el calentamiento debido a que los gases de efecto invernadero persiste cuentan con tiemposuficiente para mezclarse entre los hemisferios.
La inercia térmica de los océanos y las respuestas lentas de otros efectos indirectos significa que el climapuede tardar siglos o más para adaptarse a los cambios en el forzamiento. Los estudios climáticos indicanque incluso si los gases de efecto invernadero se estabilizan en los niveles de 2000, un calentamientoadicional de aproximadamente 0,5 °C (0.9 °F) seguiría siendo posible.
Forzantes externos
Esquema del efecto invernadero mostrando los flujos de energía entre el espacio, la atmósfera y superficie
de la tierra. El intercambio de energía se expresa en vatios por metro cuadrado (W/m2).
Este gráfico se conoce como la "Curva de Keeling" y muestra el aumento del dióxido de carbono
atmosférico (CO2) desde 1958 hasta 2008. Las mediciones mensuales de CO2 muestran oscilaciones
estacionales con una tendencia al alza, cuyo máximo, cada año se produce durante la primavera del
hemisferio norte.
El forzante externo se refiere a los procesos externos al sistema climático (aunque no necesariamenteexternos a la Tierra) que influyen en el clima. El clima responde a varios tipos de fuerzas externas, talescomo el forzante radiativo debido a los cambios en la composición atmosférica (principalmente lasconcentraciones de gases de efecto invernadero), cambios en la luminosidad solar, las erupciones
volcánicas, y las variaciones en la órbita terrestre alrededor del sol.28 La atribución del reciente cambioclimático se centra en los tres primeros tipos de forzantes. Los ciclos orbitales varían lentamente a lo largode decenas de miles de años y por lo tanto son muy graduales para haber causado los cambios detemperatura observados en el siglo pasado.
Gases invernadero
Artículo principal: Efecto invernadero
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El efecto invernadero es el proceso mediante el cual la absorción y emisión de radiación infrarroja por los
gases en la atmósfera cálienta la atmósfera inferior de un planeta y su superficie. Fue propuesto
por Joseph Fourier en 1824 y fue investigado primero cuantitativamente por Svante Arrhenius en 1896.29
Los gases de efecto invernadero de origen natural tienen un efecto de calentamiento medio de unos 33 ° C(59 ° F).30 Los gases de efecto invernadero son el vapor de agua, que causa entre el 36 y el 70 por ciento
del efecto invernadero; el dióxido de carbono (CO2), causa el 9 –26 por ciento, el metano (CH4), causa 4 –9por ciento;. y el ozono (O3), es responsable del 3 –7 por ciento.31 32 33 Las nubes también afectan el balance
de radiación, pero están compuestos de agua líquida o hielo y así tienen diferentes efectos en la radiacióndel vapor de agua.
La actividad humana a partir de la Revolución Industrial, ha incrementado la cantidad de gases de efectoinvernadero en la atmósfera, dando lugar a un aumento delforzante radiativo del CO2, el metano, el ozonotroposférico, los CFC y el óxido nitroso. Las concentraciones de CO2 y metano han aumentado en un 36%
y 148% respectivamente desde 1750.34 Estos niveles son mucho más altos que en cualquier momentodurante los últimos 800.000 años, el período para el que existen datos fiables se ha extraído de muestrasde hielo.35 36 37 38 Less direct geological evidence indicates that CO2 values higher than this were last seenabout 20 million years ago.39 Evidencia geológica indica que los valores de CO2 más superiores fueronvistos por última vez hace unos 20 millones de años.40 La quema de combustibles fósiles ha producido
más de las tres cuartas partes del aumento de CO2 atribuido a la actividad humana en los últimos 20 años.El resto de este aumento se debe principalmente a cambios en el uso de la tierra, en particular
la deforestación.41
En las últimas tres décadas del siglo XX, el PIB per cápita y el crecimiento poblacional fueron los
principales impulsores del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero.42 Las emisiones de
CO2 siguen aumentando debido a la quema de combustibles fósiles y el cambio de uso del suelo. Lasestimaciones de los cambios en los niveles de emisiones futuras de gases de efecto invernadero, se haproyectado que dependen una incierta evolución económica, sociológica, tecnológica y natural.43 En lamayoría de los escenarios, las emisiones siguen aumentando durante el siglo XXI, mientras que en unospocos, se reducen.44 45 Estos escenarios de emisiones, junto con el modelo del ciclo del carbono, se han
utilizado para producir las estimaciones de cómo las concentraciones atmosféricas de gases de efectoinvernadero van a cambiar en el futuro. El IPCC SRES sugiere que para el año 2100, la concentraciónatmosférica de CO2 podría oscilar entre 541 y 970 ppm. Esto representa un aumento de 90 a 250% por
encima de la concentración en 1750.46 Las reservas de combustibles fósiles son suficientes para llegar aestos niveles y mantener las emisiones después de 2100, si el carbón, las arenas bituminosas o el hidrato
de metano son ampliamente explotados.47
Los medios de comunicación populares y el público a menudo se confunden el calentamiento global conel agujero de ozono, es decir, la destrucción del ozono estratosférico por parte
los clorofluorocarbonos.48 49Aunque hay unas pocas áreas de vinculación, la relación entre los dos no esfuerte. La reducción de la capa de ozono estratosférico ha tenido una ligera influencia de enfriamiento de
las temperaturas de superficie, mientras que el aumento del ozono troposférico ha tenido un efecto de
calentamiento algo más grande.50
Partículas y hollín
"Ship tracks" sobre el Océano Atlánticoen la costa este de los Estados Unidos.
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El oscurecimiento global, una reducción gradual de la cantidad de luz solar en la superficie de la Tierra,
tiene parcialmente contrarrestado el calentamiento global desde 1960 hasta la actualidad.51 La principal
causa de esta regulación son las partículas producidas por los volcanes y los contaminantes humanos,que ejercen un efecto de enfriamiento mediante el aumento de la reflexión de la luz solar entrante. Los
efectos de los productos de la combustión de combustibles fósiles —CO2 y aerosoles— se hancompensado en gran medida entre sí en las últimas décadas, de modo que el calentamiento neto ha sidodebido al aumento de los gases de efecto invernadero distintos del CO2 como el metano.52 El forzante
radiactivo debido a la partículas está temporalmente limitada debido a la deposición húmeda que los llevaa tener una vida atmosférica de una semana. El dióxido de carbono tiene una duración de un siglo o más,y como tal, los cambios en las concentraciones de partículas sólo servirán para demorar el cambioclimático debido al dióxido de carbono.53
Además de su efecto directo en la dispersión y la absorción de la radiación solar, las partículas tienenefectos indirectos sobre el balance de radiación.54 Los sulfatos actúan como núcleos de condensación denubes que reflejan la radiación solar más eficientemente.55 Este efecto también produce gotas de tamañomás uniforme, lo que reduce el crecimiento de las gotas de lluvia y hace que la nube de más reflexión a laluz solar entrante.56 Los efectos indirectos de las partículas representan la mayor incertidumbre en elforzante radiativo.57
El hollín puede enfriar o calentar la superficie, dependiendo de si se está en el aire o depositado. El hollínatmosférico absorbe la radiación solar directa, que calienta la atmósfera y enfría la superficie. En zonas
aisladas donde la producción de hollín de alta, como la India rural, tanto como el 50% del calentamiento dela superficie debido a los gases de efecto invernadero puede estar enmascarada por las nubesatmosféricas marrones.58 Cuando se depositan, en especial en los glaciares o en el hielo en las regiones
árticas, el menor albedo consecuente también puede calentar directamente la superficie.59 La influencia delas partículas, incluyendo el negro de carbón, son más pronunciados en las zonas tropicales y
subtropicales, especialmente en Asia, mientras que los efectos de los gases de efecto invernadero sondominantes en la extratropicales y el hemisferio sur.60
Variación solar
Variaciones en el ciclo solar.
Las variaciones en la radiación solar han sido la causa de cambios climáticos en el pasado.61 El efecto delos cambios en el forzamiento solar en las últimas décadas es incierto, aunque algunos estudios muestranun efecto de enfriamiento leve,62 mientras que otros estudios sugieren un ligero efecto de
calentamiento.28 63 64 65
Los gases de efecto invernadero y el forzamiento solar afectan las temperaturas de diferentes maneras.
Mientras que con un aumento de la actividad solar sumada al aumento de los gases de efecto invernaderose espera que se caliente la troposfera, un aumento en la actividad solar debe calentar la estratosfera,
mientras que un aumento de los gases de efecto invernadero debe enfriar la estratosfera.28 Datos
recogidos por medio de radiosonda (globos meteorológicos) muestran que la estratosfera se ha enfriadoen el período transcurrido desde inicio de las observaciones (1958), aunque existe incertidumbre en el
registro temprano de las radiosondas. Las observaciones por satélite, que han estado disponibles desde1979, también muestran dicha refrigeración.66
Una hipótesis relacionada, propuesta por Henrik Svensmark, es que la actividad magnética del sol desvía
los rayos cósmicos que pueden influir en la generación de núcleos de condensación de nubes y por lo
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tanto afectan el clima.67 Otros estudios no han encontrado ninguna relación entre el calentamiento en lasúltimas décadas y la radiación cósmica.68 69 La influencia de los rayos cósmicos sobre la cubierta de nubeses un factor 100 veces menor de lo necesario para explicar los cambios observados en las nubes o ser uncontribuyente significativo al cambio climático actual.70
Retroalimentación
La retroalimentación es un proceso por el cual un cambio en una cantidad cambia una segunda cantidad, y
el cambio en la segunda cantidad tiene como consecuencia un cambio en la primera cantidad.
Laretroalimentación positiva aumenta el cambio en la primera cantidad mientras que la retroalimentación
negativa lo reduce. La retroalimentación es importante en el estudio del calentamiento global porque
puede amplificar o disminuir el efecto de un proceso particular.
El principal mecanismo de retroalimentación positiva en el calentamiento global es la tendencia decalentamiento que causa un incremento en el vapor de agua en la atmósfera, el cual es un gas de efecto
invernadero. El principal mecanismo de retroalimentación negativa es el enfriamiento radiactivo, el cualincrementa a la cuarta potencia de su temperatura según la ley de Stefan-Boltzmann, y por el cual la
cantidad de calor radiada de la tierra al espacio aumenta con la temperatura de la superficie terrestre y laatmósfera. Las retroalimentaciones positivas y negativas no son impuestas como suposiciones en los
modelos, pero por el contrario como propiedades emergentes que resultan de las interacciones de
procesos dinámicos y termodinámicos básicos.
El conocimiento imperfecto sobre la retroalimentación es una de las causas principales de incertidumbre ypreocupación sobre el calentamiento global. Existe una amplia gama de procesos de retroalimentaciónpotencial como las emisiones de metano del Ártico y la retroalimentación del albedo nieve/hielo. Consecuentemente pueden existir puntos de inflexión, los cuales podrían tener el potencial de causar
un cambio climático abrupto.71
Por ejemplo, los escenarios de emisiones usados por el IPCC en su informe de 2007 examinabanprincipalmente las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de fuentes humanas. En 2011,
un estudio conjunto entre el Centro Nacional de Datos sobre Nieve y Hielo de los Estados Unidos (NSIDC
por sus siglas en inglés) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA por sus siglas en
inglés) calculó las emisiones adicionales de gases de efecto invernadero que podrían emanar delderretimiento y descomposición del permafrost, incluso si los responsables de formular políticas intentasen
reducir las emisiones humanas de los actuales escenarios A1F1 al A1B. El equipo descubrió que aun en el
nivel más bajo de emisiones humanas, el descongelamiento y la descomposición del permafrost todavíadaría como resultado la liberación de 190 ± 64 Gt Ct de carbono a la atmósfera por encima de las fuenteshumanas.72
Modelos climáticos
Predicciones basadas en diferentes modelos del incremento de la temperatura media global respecto de
su valor en el año 2000.
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La distribución geográfica de calentamiento de la superficie durante el siglo XXI. En esta figura, el
calentamiento global corresponde a un promedio de 3,0 ° C (5.4 ° F).
Un modelo climático es una representación computarizada de los cinco componentes del sistema
climático: Atmósfera, la hidrosfera, la criosfera, superficie terrestre y labiosfera.73 Estos modelos se basan
en principios físicos como la dinámica de fluidos, la termodinámica y la transferencia de radiación. Nopuede haber componentes que representen el movimiento del aire, la temperatura, las nubes, y otraspropiedades de la atmósfera, la temperatura del océano, el contenido de sal, y la circulación; la capa dehielo en tierra y mar; la transferencia de calor y humedad del suelo y la vegetación a la atmósfera;procesos químicos y biológicos; y otros.74
Aunque los investigadores intentan de incluir tantos procesos como sea posible, la simplificación delsistema climático real son inevitables debido a las limitaciones de potencia de los ordenadores disponiblesy limitaciones en el conocimiento del sistema climático. Los resultados de los modelos también pueden
variar debido a las diferentes entradas de gases de efecto invernadero y la sensibilidad del modeloclimático. Por ejemplo, la incertidumbre del IPCC en las proyecciones de 2007 se debe a (1) el uso de
varios modelos con diferente sensibilidad a las concentraciones de gases de efecto invernadero, (2) el usode diferentes estimaciones de "las futuras emisiones humanas de gases de efecto invernadero, (3)cualquier emisión adicional de las retroalimentaciones climáticas que no fueron incluidas en los modelosdel IPCC para preparar su informe, es decir, las emisiones de gases de invernadero de permafrost.75
Los modelos no contemplan que el clima se caliente debido al aumento de los niveles de gases de efectoinvernadero. En cambio los modelos predicen cómo los gases de efecto invernadero van a interactuar conla transferencia de radiación y otros procesos físicos. Uno de los resultados matemáticos de estasecuaciones complejas es una predicción de si se producirá el calentamiento o enfriamiento.76
Investigaciones recientes han llamado la atención sobre la necesidad de perfeccionar los modelos conrespecto al efecto de las nubes77 y el ciclo del carbono.78 79 80
Los modelos también se utilizan para ayudar a investigar las causas del reciente cambioclimático mediante la comparación de los cambios observados en los modelos proyectados desdediferentes causas de origen natural y humano. Aunque estos modelos no sin ambigüedad atribuyen elcalentamiento que ocurrió entre aproximadamente 1910 hasta 1945 a cualquiera de las variacionesnaturales o los efectos humanos, indican que el calentamiento desde 1970 está dominado por lasemisiones de gases de efecto invernadero de origen humano.28
El realismo de los modelos físicos se prueba mediante el examen de su capacidad para simular el climaactual o pasado.81
Los modelos climáticos actuales producen una buen parte de las observaciones de los cambios de latemperatura global durante el último siglo, pero no simula todos los aspectos del cambio climático.41 Notodos los efectos del calentamiento global han sido predecidos con exactitud por los modelos
climáticos utilizados por el IPCC. Por ejemplo, la contracción del Ártico ha sido más rápida de lo
previsto.82
Las precipitaciones se incrementan proporcionalmente a la humedad atmosférica, y por lo tantomucho más rápido que los actuales modelos climáticos globales predicen.83 84
Efectos atribuidos y expectativas
Artículo principal: Efectos potenciales del calentamiento global
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Varias organizaciones (tanto públicas como privadas, incluyendo gobiernos y personas individuales) estánpreocupados que los efectos que el calentamiento global pueda producir sean negativos, o incluso
catastróficos tanto a nivel mundial como en regiones vulnerables específicas. Esos efectos incluyen nosolo el medio ambiente, sino además repercusiones económicas y biológicas (especialmente en
laagricultura) que a su vez podrían afectar el bienestar general de la humanidad.85 86
Sistemas naturales
Algunos registros indican que los glaciares han estado retrocediendo desde principios de 1800.
El calentamiento global ha sido detectado en varios sistemas. Algunos de estos cambios, por ejemplo,
sobre la base de los registros de temperatura instrumental, se han descrito en la sección relativa alos cambios de temperatura. La subida del nivel del mar y los descensos observados en la nieve y la
extensión del hielo son coherentes con dicho calentamiento.13 La mayor parte del aumento de latemperatura media mundial desde mediados del siglo XX es, con alta probabilidad, consecuencia decambios inducidos por el hombre en las concentraciones de gas de efecto invernadero.87
Incluso con las políticas actuales para reducir las emisiones, se espera que sigan creciendo las emisionesmundiales en las próximas décadas.88 En el transcurso del siglo XXI, el aumento de las emisiones o elmantenimiento de su tasa actual, muy probablemente van a inducir cambios en el sistema climáticomayores a los observados en el siglo XX.89 90
En el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, a través de una serie de escenarios de emisiones futuras,las estimaciones basadas en modelos de la subida del nivel del mar para el final del siglo XII (años 2090-2099, respecto del período 1980-1999) el rango es de 0,18 a 0,59 m. A estas estimaciones, sin embargo,no se les concedió un nivel de riesgo debido a la falta de conocimiento científico. A lo largo de lospróximos siglos, el derretimiento de las capas de hielo podría dar lugar a la elevación del nivel del mar de4-6 metros o más.91 92 93
Se espera que los cambios en el clima a nivel regional sean mayores en las latitudes altas del norte, ymenores en el Océano Antártico y partes del Océano Atlántico Norte.94 95 Se calcula que disminuyan laszonas cubiertas de nieve y la extensión del hielo en el mar, especialmente en el Ártico, que se espera este
en gran parte libre de hielo en septiembre de 2037.96
La frecuencia de episodios de calor extremo, olas decalor y fuertes precipitaciones aumentará muy probablemente.97
Sistemas ecológicos
En los ecosistemas terrestres, los prematuros eventos de primavera, así como el desplazamiento hacia lospolos varias especies de plantas y animales, han sido vinculadas con alto grado de certitud alcalentamiento reciente.13 Se espera que el cambio climático futuro afecte en particular ciertos ecosistemas,incluyendo la tundra, los manglares, y los arrecifes de coral.88 También se espera que la mayoría de los
ecosistemas se vean afectados por el aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera, combinado con las
altas temperaturas globales.98 En general, se espera que el cambio climático dará lugar a la extinción demuchas especies y la reducción de la diversidad de los ecosistemas.99
Sistemas sociales
La vulnerabilidad de las sociedades humanas al cambio climático reside principalmente en los efectos defenómenos meteorológicos extremos en lugar del cambio gradual del clima.100 Los efectos del cambioclimático hasta la fecha incluyen efectos adversos en islas pequeñas,101 102 efectos adversos sobre las
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poblaciones indígenas en zonas de altas latitudes,103 y pequeños pero perceptibles efectos en la saludhumana.104 Durante el siglo XXI, el cambio climático puede afectar negativamente a cientos de millones de
personas a través de aumento de las inundaciones costeras, las reducciones en los suministros de agua,el aumento de la desnutrición y el aumento de impactos en la salud.105
El futuro calentamiento de alrededor de 3 ° C (para el año 2100, en comparación con 1990-2000) podríadar lugar a un aumento en el rendirendimientos de los cultivos en zonas de media y alta latitud, pero en laszonas de latitudes bajas, los rendimientos podrían disminuir, aumentando el riesgo de desnutrición. Un
patrón regional similar podría tener efectos en los beneficios netos y los costos económicos.104 106 Uncalentamiento por encima de 3 ° C podría dar lugar a un menor rendimiento de los cultivos en las regionestempladas, lo que conllevaría a una reducción de la producción mundial de alimentos.107 Con magnitud delcalentamiento, la mayoría estudios económicos sugieren pérdidas en el producto interno bruto mundial(PIB).108 109 110
Algunas áreas del mundo empezarían a superar el límite de temperatura de bulbo húmedo de lasupervivencia humana con un calentamiento global de alrededor de 6,7 ° C (12 ° F), mientras que uncalentamiento de 11,7 ° C (21 ° F) pondría la mitad de la población mundial en un entornoinhabitable.111 112 En la práctica, el límite de supervivencia al calentamiento global en estas áreas es,probablemente, más bajo y algunas zonas pueden experimentar temperaturas de bulbo húmedo letales
incluso antes, ya que este estudio es conservador.112 Respuestas al calentamiento global
Mitigación
Artículo principal: Mitigación del cambio climático
En años recientes se han realizado ciertos esfuerzos para suavizar los efectos del cambio climático. Eneste sentido, el IPCC prescribe acciones como reducir la emisiones de gases responsables del efectoinvernadero o aumentar la capacidad de los sumideros de carbono para absorber estos gases de la
atmósfera.113 Varios países, tanto desarrollados como en vías de desarrollo, están impulsando el uso de
tecnologías más limpias y menos contaminantes.46
Los avances en esta área, unidos a la implantación de
políticas que suavicen el impacto ecológico, podrían a la larga redundar en una sustancial reducción de lasemisiones de CO2. Las propuestas dirigidas a mitigar los efectos del cambio climático se basan en definiráreas de intervención, propugnar la implantación de energías renovables y difundir usos más eficientes dela energía. Algunos estudios estiman que la reducción de emisiones perjudiciales podría ser muysignificativa si estas políticas se mantienen en el futuro.114
En vistas a reducir los efectos del calentamiento global al mínimo, los informes "Summary Report forPolicymakers"115 publicados por el IPCC presentan estrategias de disminuición de las emisiones en funciónde hipotéticos escenarios futuros.116 Según sus conclusiones, cuanto más tarde la comunidad internacional
en adoptar políticas de reducción de las emisiones, más drásticas tendrán que ser las medidas necesarias
para estabilizar las concentraciones de gases nocivos en la atmósfera. En este contexto, la Agencia
Internacional de la Energía ha asegurado que durante 2010 las emisiones de dióxido de carbono a la
atmósfera fueron las más elevadas de la historia, superando el máximo histórico alcanzado en 2008.117
Considerando que, incluso en el más optimista de los escenarios, el uso de los combustibles fósiles será
mayoritario aún durante varios años, las estrategias destinadas a suavizar el impacto de las emisionesdeberían incluir aspectos como la captura y almacenamiento de carbono, o el desarrollo de técnicas que
filtren el dióxido de carbono generado por la actividad industrial o la obtención de energía y lo almacenenen depósitos subterráneos.118
Adaptación
Otras respuestas políticas incluyen la adaptación al cambio climático. La adaptación al cambio climáticopuede ser planificada, por ejemplo, por el gobierno local o nacional, o espontánea, realizada en privado sinla intervención del gobierno.119 La capacidad de adaptación está estrechamente vinculada al desarrolloeconómico y social.114 Incluso las sociedades con una alta capacidad de adaptación son todavía
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vulnerables al cambio climático. La adaptación planificada ya se está produciendo de forma limitada. Lasbarreras, límites, y los costos de adaptación en el futuro no se conocen completamente.
Geoingeniería
Otra respuesta política es la ingeniería del clima (geoingeniería). Esta respuesta política a veces se agrupa
con la mitigación. La geoingeniería no ha sido probada en gran medida, y las estimaciones de costos
confiables no han sido publicadas. La geoingeniería abarca una gama de técnicas para eliminar el CO2 dela atmósfera o para bloquear la luz solar. Como la mayoría de las técnicas de geoingeniería afectaría atodo el planeta, el uso de técnicas efectivas, si se puede desarrollar, requiere la aceptación públicamundial y un adecuado marco legal y regulatorio global.
Glaciación
Una glaciación, o edad de hielo, es un periodo de larga duración en el cual baja la temperatura global
del clima de la Tierra, dando como resultado una expansión del hielo continental de los casquetes
polares y los glaciares. Las glaciaciones se subdividen en periodos glaciales, siendo el wisconsiense el
último que hubo en la edad de hielo actual.
De acuerdo a la definición dada por la Glaciología, el término glaciación se refiere a un periodo con
casquetes glaciares tanto en el hemisferio norte como en el sur; según esta definición, aún nos
encontramos en una glaciación porque todavía hay casquetes polares en Groenlandia1 y la Antártida.
Mapa de las vegetaciones durante el Último Máximo Glacial.
Los casquetes polares se expanden durante las glaciaciones. Esta imagen es del casquete antártico.
Más coloquialmente, cuando se habla de los últimos millones de años, se utiliza «glaciación» para referirsea periodos más fríos con extensos casquetes glaciares en Norteamérica y Eurasia: según esta definición,
la glaciación más reciente acabó hace 10.000 años. Este artículo usará el término glaciación en el primer
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sentido, el glaciológico; el término glaciales por los periodos más fríos de las glaciaciones;
e interglaciares para los periodos más cálidos.
Efectos de las glaciaciones
Hay tres tipos principales de efectos de las glaciaciones que han sido empleadas como pruebas de supasada existencia: geológicas, químicas y paleontológicas.
Geología. Las pruebas geológicas se encuentran en varias formas, como las rocas erosionadas (ya por
arranque, en fases iniciales, ya por abrasión y generación de estrías glaciares, ya por pulverización yformación de harina de roca), valles glaciares, aristas glaciares y horst, rocas aborregadas, morrenas
glaciares, drumlins, depósito de tills o bloques erráticos, factura de llanuras aluviales, trenes de
valle,8 7lagos en las llanuras y fiordos en las costas. Es decir, las condiciones del clima propio de una
época glacial provocan la aparición de las fisonomías antes descritas en la orografía. Las glaciaciones
sucesivas tienden a distorsionar y eliminar las pruebas geológicas, haciendo que sean difíciles deinterpretar.
Química. Las pruebas químicas consisten principalmente en variaciones en la proporciónde isótopos en rocas sedimentarias, núcleos sedimentarios oceánicos y, para los periodos glaciales
más recientes,núcleos de hielo (comúnmente situados en las llamadas nieves perpetuas). Puesto que
el agua con isótopos más pesados tiene una temperatura de evaporación más alta, su cantidad se
reduce cuando las condiciones son más frías; esto permitió la elaboración de un registro térmico. Aun
así, estas pruebas pueden estar adulteradas por otros factores que cambian la proporción de isótopos.Por ejemplo, unaextinción en masa incrementa la proporción de isótopos ligeros en los sedimentos y
en el hielo porque los procesos biológicos tienden a preferir estos últimos;9 por lo tanto, una reducciónen los procesos biológicos libera más isótopos ligeros, que pueden depositarse a los sedimentos.
Paleontología. Las pruebas paleontológicas se basan en los cambios en la distribución geográfica de
los fósiles; durante un periodo de glaciación, los organismos adaptados al frío migran hacia latitudesmás bajas, y los organismos que prefieren un clima más cálido se extinguen o viven en zonas más
ecuatoriales. Esto da lugar a la aparición de refugios glaciales y movimientos biogeográficos de
retorno.10 También es difícil interpretar estos indicios puesto que precisan de: secuencias de
sedimentos que representen un largo período, diferentes latitudes y que se puedan correlacionarfácilmente; organismos primitivos presentes durante amplios periodos con caracteres losuficientemente homogéneos como para poder atribuirlos a un mismo taxón, y de los cuales se
conozca el clima ideal (es decir, que puedan emplearse como marcadores); y descubrimientos defósiles adecuados, cosa que depende mucho del azar.
Pese a las dificultades, los análisis de núcleos de hielo y de sedimentos oceánicos muestran claramente laalternancia de períodos glaciales e interglaciares durante los últimos millones de años. También confirmanla relación entre las glaciaciones y fenómenos de la corteza continental como por ejemplo
las morrenas glaciales, los drumlins y los bloques erráticos. Por esto se suelen aceptar los fenómenos dela corteza continental como prueba válida de edades glaciales anteriores, cuando se encuentran en capascreadas mucho antes que el abanico de tiempo que permiten estudiar los núcleos de hielo y los
sedimentos marinos.
