Germán Tenorio

Biología NS-Diploma BI

Tema 6. Ecología6.4 Cambio climático

Idea Fundamental: Las concentracionesde los gases atmosféricos afectan a losclimas que se experimentan en la superficieterrestre.

Programación

Gases de efecto invernadero◼ La temperatura media en la Tierra (15ºC) es más cálida de la que tendría

si no tuviera una serie de gases en la atmófera que retienen calor.

◼ El efecto de estos gases ha sido asemejado al de los cristales/plásticos queforman los invernaderos, dado que dejan pasar la luz pero retienen elcalor, por lo que se les conoce como gases de efecto invernadero.

◼ Estos gases en conjuntoconstituyen menos del1% de los gases de laatmósfera, pero sinellos, la temperatura enla Tierra no sería losuficientemente cálidacomo para sustentar lavida.

IMAGEN: grida.no

Gases de efecto invernadero◼ El dióxido de carbono y el vapor de agua son los gases invernadero

más importantes, al ser los que poseen un mayor efecto a la hora demantener la cálida temperatura terrestre.

◼ El dióxido de carbono es liberado a laatmósfera por respiración celular de los seresvivos y por combustión de biomasa ycombustibles fósiles. A su vez, es retirado dela atmósfera por fotosíntesis y su disoluciónen agua.

◼ El vapor de agua llega a la atmófera porevaporación de los océanos y portranspiración vegetal, mientras que esretirado de la misma por lluvia y nieve.

◼ El agua continua reteniendo calor después dehaberse condensado para formar gotas deagua líquida que forman las nubes.

◼ El agua absorbe energía calorífica y la irradiade vuelta a la superficie terrestre.

IMAGEN: ahdicitonaty.com

Otros gases de efecto invernadero◼ No solo el CO2 y el H2O son responsables del efecto invernadero, sino que

existen otros gases implicados, como el metano y los óxidos denitrógeno, aunque tienen un menor impacto.

◼ El metano es el tercer gás deefecto invernadero másimportante. Es emitido a partirde ciénagas y otros hábitasinundados de agua así como delugares donde los residuosorgánicos han sido enterrados.También es liberado a laatmósfera durante la extracciónde combustibles fósiles ydurante el deshielo en regionespolares.

◼ El óxido de nitrógeno es otro gas de efecto invernadero liberado a laatmósfera a partir de la actividad bacteriana en ciertos hábitats, o bien deactividades agrícolas y de los tubos de escape.

IMAGEN: earthuntouched.com

Impacto de los gases de efecto invernadero◼ El impacto que un gas puede tener sobre el efecto invernadero depende:

- De su capacidad para absorber radiación de onda larga.

- De su concentración en la atmósfera.

◼ Como ejemplo, el CH4 causa un mayor calentamiento por molécula que elCO2, pero al ser su concentración mucho menor en la atmósfera, suimpacto sobre el calentamiento global es inferior.

◼ La concentración de ungas depende de su tasa deliberación a la atmósfera yde la de permanencia enla misma.

◼ Como ejemplo, la tasa deentrada de agua en laatmófera es muy alta,pero tiene una vida mediade solo 9 días, mientrasque el CH4 permanece 12años en la atmósfera. IMAGEN: nasa.gov

Emisión de radiación onda larga◼ La superficie terrestre absorbe radiación energética de onda corta del

Sol, y la reemite como radiación de onda más larga y menos energética.

◼ Por tanto, la superficie terrestre calentada emite una radiación delongitud de onda más larga (infrarroja) en forma de calor.

◼ El gráfico adjunto muestra el rangode longitudes de ondas (ultravioletay visible) de radiación solar queatraviezan la atmósfera, alcanzandoy calentando la superficie terrestre.

◼ También se muestra el rango delongitudes mayores de onda(infrarroja) de radiación térmica quees emitida por la Tierra.

◼ Debajo, se muestra el rango delongitudes de onda que es absorbidapor cada gas invernadero, así comopor el ozono y el conjuto de laatmósfera.

IMAGEN: ces.fau.edu

1) Emisión de radiación de onda corta (muyenergética) llega a la Tierra procedente del Sol.

2) Radiación de onda larga(menos energética) es reemitidapor la superficie terrestre,mayoritariamente en forma decalor (espectro infrarrojo).

3) Este calor es atrapado por losgases de efecto invernadero,incrementando la temperaturade la atmósfera y océanos.

◼ El 25-30% de la radiación solar es absorbida por la atmósferaantes de que alcance la superficie terrestre, siendo la mayoríaluz ultravioleta, absorbida en la capa de ozono.

Absorción de radiación onda larga

Parte de estecalor se pierdeal espacio.

◼ Del 70-75% de la radiación solar que alcanza lasuperficie terrestre, una parte es aborbida por la Tierra,mientras que la mayoría es re-emitida como radiación deonda más larga (calor) por la superficie terrestre.W1

Absorción de radiación onda larga◼ Del 70-85% de toda la radiación

reemitida de onda más larga, esabsorbida por los gases deefecto invernadero queretienen el calor en laatmósfera.

◼ Esta energía reemitida hacia laTierra causa el calentamientoglobal, efecto sin el cual, lasuperficie media terrestre seríade -18 ºC.

◼ El rango de longitudes de ondareemitida por la Tierra seencuentra entre 5000-70000 nm(5·10-5-7·10-6 m), rango en elque absorben los gases deefecto invernadero, como el CH4,CO2, H2O y N2O.

IMAGEN: encrypted-tbn0.gstatic.com

◼ Si la concentración en la atmósfera de alguno de los gases invernaderocambia, es esperable que su contribución al efecto invernadero cambie yque la temperatura global aumente o disminuya.

◼ Dado que la concentración atmosférica de CO2 ha cambiadoconsiderablemente, este gas es un buen candidato para comprobarlo.

IMAGEN: skepticalscience.com

IMAGEN: mining.com

APLICACIÓN: Temperaturas globales y concentraciones de CO2

APLICACIÓN: Temperaturas globales y concentraciones de CO2

◼ A partir de columnas de hielo extraídas por perforación de la Antártida,pueden deducirse las concentraciones atmosféricas de CO2 existentes enel pasado.

◼ Dado que el hielo se va formando a lo largo de miles de años, el hielomás superficial es más reciente que el de zonas más profundas.

◼ De las columnas de hielo puedenextraerse las burbujas de aire quequedaron atrapadas y determinar suconcentración de CO2.

◼ Igualmente, puede deducirse latemperatura global a partir del ratioentre los isótopos de oxígeno en lasmoléculas de agua del hielo.

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◼ Los datos obtenidos muestran un patrón que se ha repetido a lo largo dela actual era glacial, con rápidos periodos de calentamiento seguidos deperiodos mucho más largos de un gradual enfriamiento.

◼ Existe una llamativa correlación entre la concentración de CO2 y lastemperaturas globales.

◼ Los periodos de mayoresniveles de CO2 atmosféricocoinciden, sistemáticamente,con los periodos máscalurosos de la Tierra.

◼ El mismo patrón se haencontrado en otros “icecores”, obteniendose datosconsistentes con las hipótesisque mantienen que unaumento de la concentraciónde CO2 incrementa el efectoinvernadero.

IMAGEN: wottsupwiththatblog.files.wordpress.com

APLICACIÓN: Temperaturas globales y concentraciones de CO2

◼ Una correlación no implica (prueba) una relación causal, pero en estecaso, es conocido que el CO2 es un gas invernadero que retiene laenergía en forma de calor.

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APLICACIÓN: Temperaturas globales y concentraciones de CO2

Gases invernaderos y patrones climáticos◼ La superficie terrestre tiene una temperatura media más calida que la

que tendría si no hubiera gases invernadero en la atmósfera. Pero si laconcentración de alguno de estos gases aumenta, más calor seráretenido, espeerándose por tanto, un incremento de la temperaturamedia global.

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◼ Esto no significa que la temperatura media global sea directamenteproporcional a las concentraciones de gases invernadero, dado que otrosfactores tienen cierta influencia, pero puede afirmarse que lastemperaturas globales y los patrones climáticos se ven influidospor las concentraciones de los gases invernadero.

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Gases invernaderos y patrones climáticos◼ La temperaturas globales influyen también sobre otros aspectos del

clima. Así, mayores temperaturas incrementarán la tasa de evaporacióndel agua de los océanos, por lo que los periodos de lluvia serán másfrecuentes y prolongados.

◼ Además, temperaturas oceánicas mayores causarán que las tormentastropricales y huracanes sean más frecuentes y poderosos.

◼ La distribución de lluvias también puede verse afectada, dejando áreassometidas a grandes sequías y otras padeciendo frecuentes inundaciones.

IMAGEN: meteovargas.comIMAGEN: eco13.net

Industrialización y cambio climático◼ La concentración atmosférica de CO2 ha presentado grandes fluctuaciones

a lo largo de los último 800 000 años, con grandes disminuciones durantelas glaciaciones (180 ppmv) y altos niveles durante los periodosinterglaciares más cálidos (300 ppmv).

IMAGEN: robertscribbler.files.wordpress.com

◼ Sin embargo, no existíaningún precedente delincremento observadorecientemente, donde sehan alcanzado valorescercanos a los 400 ppmv.

◼ La concentración de CO2

en la atmósfera se hamantenido entre 270-290 ppmv hasta finalesdel siglo XVIII, momentoen el cual, comenzó aaumentar por encima delos niveles naturales.

Industrialización y cambio climático

IMAGEN: priweb.org

◼ Si bien a finales del siglo XVIII comenzó la revolución industrial enalgunos países, el impacto de esta indutrialización global no fue visiblehasta la segunda mitad del siglo XX, cuando como consecuencia de lacombustión de carbón, gas y petróleo por parte de los paísesindustrializados causó el aumento de la concentración de CO2.

◼ En conclusión, hay unacorrelación entre lasconcentracionesatmosféricas crecientesde CO2 desde el inicio dela revolución industrialque tuvo lugar hacedoscientos años y lastemperaturas globales.

Combustión de combustibles fósiles

IMAGEN: robertscribbler.files.wordpress.com

◼ Desde la revolución industrial en el siglo XVIII, cantidades crecientes decarbón han sido combustionadas, proporcionando una fuente de energía ypotencia a la vez que causaban la emisión de CO2. Y durante el siglo XIXse ha unido la combustión de petróleo y gas natural.

◼ La combustión decombustibles fósiles ha sidomucho mayor desde ladécada de 1950, coincidiendocon el periodo de mayoraumento de la concentraciónde CO2 atmosférico.

◼ Por tanto, parece difícil negarque los recientes aumentosde dióxido de carbonoatmosférico se deben en granmedida al aumento de lacombustión de la materiaorgánica fosilizada.

NATURALEZA CIENCIAS: Evaluación de que las

actividades humanas provocan un cambio climático◼ El cambio climático ha sido origen de los debates más acalorados. ¿Qué

hace que existan defensores a ultranza de la influencia humana en elcambio climático frente a los que, del mismo modo, defienden locontrario?

◼ Algunos factores son:

IMAGEN: robertscribbler.files.wordpress.com

- Los científicos soncautelosos con susafirmaciones enbase a evidencias.Esto hace queadmitenincertidumbres, quepueden dar laimpresión de que laevidencia es másdébil de lo que es enrealidad.

- Los patrones del cambio climático sonmuy complejos, por lo que es difícil hacerpredicciones sobre las consecuenciasde un contínuo incremento de laconcentración de los gases invernaderos.

- Las consecuencias de los cambios en lospatrones del clima global podrían ser muyseveros para los humanos y otras muchasespecies, por lo que algunos creen que esnecesaria una acción inmediata a pesarde las posibles incertidumbres científicas.

- Unido a lo anterior, dado que el negocio demuchas empresas se basa en lascombustión de los combustibles fósiles, porlo que no es de extrañar que pagen porinformes que minimicen los riesgos delcambio climático.

IMAGEN: robertscribbler.files.wordpress.com

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NATURALEZA CIENCIAS: Evaluación de que las

actividades humanas provocan un cambio climático

APLICACIÓN: Evaluación de que las actividades

humanas NO están causando un cambio climático◼ Al mismo tiempo, existen manifestaciones que indican que las actividades

humanas no son responsables de causar un cambio climático.

◼ La mayoría de ellas se basan en que no se puede relacionar directamentelas emisiones humanas de CO2 con las temperaturas y climas globales.

◼ Sin embargo, estas afirmaciones ignoran que las temperaturasterrestres dependen de muchos factores, no solo de los gasesinvernadero.

IMAGEN: cambioclimaticoenergia.blogspot.com.es

◼ Una de estas afirmaciones,indica que el calentamientoglobal se frenó en 1998, aúncuando las concentracionesde CO2 han continuadoaumentado, luego lasactividades humanas nopueden estar causando elcalentamiento global.

APLICACIÓN: Evaluación de que las actividades

humanas NO están causando un cambio climático

IMAGEN: agfdag.files.wordpress.com

◼ Así, la actividad volcánica y los ciclos de corrientes oceánicaspueden causar variaciones significativas de un año a otro.

◼ Debido a estos factores, la temperatura en la Tierra ha podido ser enalgunos años inferior a la que pudiera haber sido.

◼ El calentamiento globales continuo, pero nomantiene el mismoincremento anual.

◼ Los humanos emiten CO2

por combustión decombustibles fósiles, yexiste una fuerteevidencia de que el CO2

causa calentamiento, porlo que dichamanifestación se sustentapor la evidencia.

APLICACIÓN: Evaluación de que las actividades

humanas NO están causando un cambio climático

IMAGEN: noticiasdelcosmos.com

◼ Afirmaciones de que las actividades humanas no están causando uncambio climático continuarán y deberán ser revisadas.

◼ Las evaluaciones científicas deben basarse en evidencias fiables. Existennumerosas evidencias sobre las emisiones de gases invernaderos por loshumanos, sobre los efectos de estos gases y sobre los patrones de cambioclimático.

◼ No todas las fuentes en internet son igualmente fiables, por lo que hayque distinguir cuidadosamente entre aquellas basadas en evidenciasfiables y aquellas otras que muestran parcialidad.

TdC: Certezas en las ciencias naturales

IMAGEN: nzdl.sadl.uleth.ca

◼ El Principio de Precaución sostiene que si los efectos de un cambioinducido por los seres humanos fueran muy intensos, los responsablesdel cambio (y no sus objetores) deben demostrar que éste no seráperjudicial antes de proceder o proseguir con su aplicación.

◼ Este caso es lo contrario de lo que ocurre habitualmente en la realidad,en la que las personas preocupadas por el cambio tienen que demostrarque éste sí será perjudicial para evitar que dicho cambio siga adelante.

◼ El propósito del principio deprecaución es el de guiar latoma de decisiones encondiciones en las que no haycerteza total. La pregunta es,¿es posible tener certezasen las ciencias naturales?

◼ ¿Debería aplicarse el principiode precaución al cambioclimático?

APLICACIÓN: Amenazas para los arrecifes de coral

IMAGEN: imgkid.com

◼ Además de su contribución al calentamiento global, las emisiones dedióxido de carbono están afectando a los océanos.

◼ Unos 500 billones de toneladas de CO2 se han disuelto en los océanosdebido a las actividades humanas desde que comenzó la revoluciónindustrial.

◼ Así, el pH de las capas oceánicassuperficiales ha pasado de 8.179 afinales del siglo XVIII a un valor de8.104 en la década de los años1990 y de 8.069 en la actualidad.

◼ Este cambio, aunque insignificanteen apariencia, significa unaumento de la acidificación en un30%, que continuará si sigueaumentando la concentración deCO2 en la atmósfera.

APLICACIÓN: Amenazas para los arrecifes de coral◼ Los animales marinos, como las esponjas que forman los arrecifes de coral,

que depositan carbonato de calcio en sus esqueletos, necesitan absorberiones carbonato (CO3

2-) del agua de mar, cuya concentración es baja al serpoco soluble en agua.

◼ La concentración deiones CO3

2- es aúnmás baja comoconsecuencia delaumento de laconcentración oceánicade CO2, dado que aldisolverse en aguaproduce ioneshidrógeno (H+), quereaccionan con losiones CO3

2- reduciendosu concentración.

IMAGEN: https://www.hhmi.org

◼ Por tanto, mayor dificultad presentan los corales para formar susexoesqueletos.

APLICACIÓN: Amenazas para los arrecifes de coral

IMAGEN: imgarcade.com

◼ Pero además, los iones hidrógeno (H+) pueden reaccionar directamentecon los esqueletos de carbonato de los corales en crecimiento, dañándolosy debilitándolos, provocando su desintegración.

◼ Existen evidencias, comolas obtenidas en lasfumarolas volcánicas, quelas áreas con aguas másácidas, carecen de corales yotros animales conesqueletos de carbonato decalcio, como los erizos demar.

◼ Otros organismos, comoalgas invasoras, puedenocupar su lugar, siendo esteel futuro de los arrecifes decoral en el mundo si laconcentración de CO2

continua aumentando.

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