¿Qué es el cambio climático?

Javier Hernández Serrano
4 sept 2020
14 Min. de lectura

Actualizado: 6 jul 2021

En la actualidad, existe un gran desconocimiento de lo que es exactamente el cambio climático. Quizás sea por el exceso de información, o, por el contrario, por la falta de información y de fuentes fiables al respecto, pero lo que bien es cierto es que dichos handicaps generan una serie de confusiones sobre el cambio climático cuya aclaración mediante rigor científico es el objetivo de este artículo. Abordaremos qué es el cambio climático, sus causas, cuáles son sus consecuencias y cómo los científicos pueden predecir sus efectos.

"Cada generación enfrenta su propio desafío pero ninguna generación ha tenido que enfrentar un desafío tan urgente y formidable como nuestra generación (…). Lo que está en riesgo no es el planeta Tierra, es la sobrevivencia del ser humano en el planeta Tierra"

CAMBIO CLIMÁTICO Y CALENTAMIENTO GLOBAL

En primer lugar, es necesario aclarar dos conceptos que, si bien están íntimamente relacionados, de manera recurrente se toman como sinónimos: el cambio climático y el calentamiento global. El primero hace referencia a la variación en el estado del sistema climático terrestre, el segundo es la causa del primero, es decir, el calentamiento global provoca un cambio climático.

El calentamiento global es el aumento a largo plazo de la temperatura del sistema climático de la Tierra. En la actualidad, el calentamiento global es de origen antropogénico, es decir, es el ser humano quien esta ocasionando este cambio de temperatura, provocado principalmente por la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) derivados de las actividades humanas.

Variación de la temperatura desde el año 0 a 2019.

Los cambios climáticos siempre han existido desde el inicio de la historia de la Tierra y han sido debidos a causas diversas, como cambios en los parámetros orbitales, variaciones en la radiación solar, la deriva continental, periodos intensos de vulcanismo, procesos bióticos o impactos de meteoritos. El actual se debe a la intensificación del efecto invernadero debido a un forzamiento radiativo provocado por la emisión de GEIs. Pero… ¿qué es el efecto invernadero?

EFECTO INVERNADERO

El efecto invernadero es un proceso natural en el que la radiación térmica emitida por la superficie planetaria es absorbida por los gases de efecto invernadero (GEI) atmosféricos y es irradiada en todas las direcciones en forma de radiación infrarroja. Como parte de esta radiación es devuelta hacia la superficie terrestre y la atmósfera inferior, ello resulta en un incremento de la temperatura superficial media respecto a lo que habría en ausencia de los GEI (IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas). La radiación solar en frecuencias de la luz visible pasa en su mayor parte a través de la atmósfera para calentar la superficie planetaria, emitiendo posteriormente esta energía en frecuencias menores de radiación térmica infrarroja. Esta última es absorbida por los GEI, los que a su vez reirradian mucha de esta energía a la superficie y atmósfera inferior (Wikipedia). La emisión constante de la actividad humana de gases de efecto invernado provoca un aumento de la concentración de estos en la atmósfera y se produce lo que se denomina un forzamiento radiativo.

En la atmósfera, el mantenimiento del equilibrio entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación solar infrarroja devuelve al espacio, aproximadamente, la misma energía que recibe del Sol. Esta acción de equilibrio se llama balance energético de la Tierra y define la temperatura media del planeta.

En un período suficientemente largo el sistema climático tiende a un equilibrio donde la radiación solar entrante en la atmósfera está compensada por la radiación térmica saliente. A toda alteración de este balance de radiación, ya sea por causas naturales u originado por el hombre (antropogénico), se denomina un forzamiento radiativo y supone un cambio de la temperatura de equilibrio.

Como podemos observar, la superficie de la Tierra recibe 161 W/m2 de radiación solar y 333 W/m² de radiación infrarroja emitida por los gases de efecto invernadero de la atmósfera, haciendo un total de 494 W/m2. La superficie de la Tierra emite un total de 493 W/m2 entre

radiación térmica, calor latente y calor sensible (396+80+17), supone una absorción neta de calor de 0,9 W/m2, que en el presente está provocando el calentamiento de la Tierra. Diferentes mediciones de las últimas dos décadas indican que la Tierra está absorbiendo entre 0,5 y 1 W/m2 más que lo que emite al espacio.

Esquema del balance anual de energía del planeta Tierra desarrollado por Trenberth, Fasullo y Kiehl de la NCAR en 2008.

CAUSAS

Para comprender en su totalidad el cambio climático actual, es necesario entender cuáles son sus causas. El clima, es un promedio del tiempo atmosférico a una escala de tiempo dado que la Organización Meteorológica Mundial ha estandarizado en 30 años. Los distintos climas se corresponden principalmente con la latitud geográfica, la altitud, la distancia al mar, la orientación del relieve terrestre con respecto a la insolación (vertientes de solana y umbría) y a la dirección de los vientos (vertientes de Sotavento y barlovento) y por último, las corrientes marinas. Estos factores y sus variaciones en el tiempo producen cambios en los principales elementos constituyentes del clima: temperatura atmosférica, presión atmosférica, vientos, humedad y precipitaciones.

Un cambio en la emisión de radiación solar, en la composición de la atmósfera, en la disposición de los continentes, en las corrientes marinas o en la órbita de la Tierra puede modificar la distribución de energía y el equilibrio térmico, alterando así profundamente el clima cuando se trata de procesos de larga duración.

En última instancia, para que se produzca un cambio climático global, debe actuar algún forzamiento radiativo, es decir, cualquier factor que incida en el balance de energía del sistema climático, modificando la cantidad de energía que el sistema recibe del Sol o la cantidad de energía que el sistema pierde por emisión desde la Tierra al espacio exterior. Los forzamientos pueden ser las variaciones en los parámetros orbitales de la Tierra, en el albedo terrestre, en la concentración de gases de efecto invernadero, en la concentración de aerosoles tanto de procedencia natural, como son los procedentes de erupciones volcánicas, como los de origen antropogénico que proceden de actividades humanas, entre otros. En concreto, estos últimos son:

Dióxido de carbono (CO2): Provocado principalmente por la quema de combustibles fósiles para la generación de electricidad, el transporte, la calefacción, la industria y la edificación. También provocado por la producción de cemento y otros bienes. Y como consecuencia de la deforestación.
Metano (CH4): Provocado por la ganadería, la agricultura (principalmente el cultivo del arroz), el tratamiento d aguas residuales, la distribución del gas natural y petróleo, la industria de la minería del carbón, el empleo de combustibles y los vertederos.
Compuestos halogenados (HCFC, CFC, HFC, PFC…): Gases de origen antropogénico (resultado de las actividades humanas). No son no nocivos para la capa de ozono pero sí aumentan el efecto invernadero. Principalmente de la producción química para diversos sectores (refrigeración y climatización, eléctrico y electrónico, médico, metalúrgico…)
Ozono troposférico (O3): Reacción entre los gases CO, HC, NOx y COV, emitidos en el empleo de combustibles.
Óxido de nitrógeno (N2O): Provocado por el exceso de uso de fertilizantes, el empleo de combustibles, la actividad química y el tratamiento de aguas residuales.

Las emisiones antropógenas de gases de efecto invernadero han aumentado desde la era preindustrial, en gran medida como resultado del crecimiento económico y demográfico. De 2000 a 2010 las emisiones registraron un máximo histórico. Las emisiones históricas han hecho que las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso alcancen niveles sin precedentes en como mínimo los últimos 800 000 años, lo que ha dado lugar a un secuestro de energía por el sistema climático.

Cambios observados en las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

Emisiones antropógenas globales de CO2. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

La influencia humana en el clima ha sido la causa dominante (con una probabilidad superior al 95%) de más de la mitad del aumento observado en la temperatura superficial media global en el periodo 1951-2010, lo que ha originado el calentamiento de los océanos, la fusión de hielo y nieve, la elevación del nivel del mar y cambios en algunos extremos climáticos en la segunda mitad del siglo XX. En el gráfico inferior se muestra una comparativa de distintas simulaciones realizadas para el siglo XX dónde los modelos climáticos usados incluían únicamente forzamientos naturales, o por el contrario, forzamientos naturales y antropogénicos.

Simulaciones con modelos que utilizan forzamientos naturales o forzamientos naturales y antropogénicos. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

EFECTOS

El calentamiento en el sistema climático es inequívoco, y desde la década de 1950 muchos de los cambios observados no han tenido precedentes en los últimos decenios a milenios. La atmósfera y el océano se han calentado, los volúmenes de nieve y hielo han disminuido y el nivel del mar se ha elevado. La influencia humana en el sistema climático es clara, y las emisiones antropógenas recientes de gases de efecto invernadero son las más altas de la historia. Los cambios climáticos recientes han tenido impactos generalizados en los sistemas humanos y naturales.

En la actualidad se considera que la atmósfera es solamente uno de los componentes del sistema climático. Este está compuesto por:

Atmósfera: capa de aire que envuelve la Tierra.
Hidrosfera. El agua en fase líquida (océanos, ríos, lagos)
Criosfera. El agua en fase sólida (polos, glaciares).
Biosfera. Fauna y flora de continentes y océanos.
Litosfera. Superficie sólida de la Tierra.

Estos componentes intercambian energía, momento y materia mediante diversos mecanismos (flujos de calor, radiación, rozamiento, evaporación, absorción de CO2, etc...). El sistema climático es cerrado, no intercambia materia con el espacio exterior, pero intercambia energía. Este flujo de energía no es constante con el tiempo, pero si influye en los componentes del sistema, veámos como.

Atmósfera

La atmósfera es el componente más afectado por el cambio climático desde el punto de vista social, y si bien es cierto que sufre las consecuencias, no es el que sufre las mayores consecuencias. Aun así, los datos nos indican que la temperatura media global ha mostrado un incremento de 0,85 ºC (entre 0,65 ºC y 1,06 ºC) en el periodo 1880-2012. Cada uno de los tres últimos decenios ha sido sucesivamente más cálido en la superficie de la Tierra que cualquier decenio anterior desde 1850. Las tendencias en periodos cortos (entre 10 y 15 años) están muy afectadas por la variabilidad natural, tal y como sucede, por ejemplo, en los últimos 15 años, en los que la tasa de calentamiento ha sido inferior a la media registrada desde 1951. La precipitación ha aumentado en las zonas terrestres de latitudes medias del hemisferio norte desde 1950. Se han observado cambios en los episodios extremos desde 1950. El número de días y noches frías ha disminuido y el número de días y noches cálidas ha aumentado a nivel global.

Variación de la temperatura en el periodo de 1970-2015.

Anomalía observada en el promedio mundial de temperaturas en superficie, terrestres y oceánicas combinadas en el periodo 1850-2012. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

Océanos

El calentamiento del océano es el factor predominante en el incremento de la energía almacenada en el sistema climático y representa más del 90% de la energía acumulada entre 1971 y 2010 con solo alrededor del 1% almacenada en la atmósfera, convirtiéndose así en el componente más afectado. A escala global, el calentamiento del océano es mayor cerca de la superficie: los 75 m superiores se han calentado 0,11 [0,09 a 0,13] °C por decenio, durante el período comprendido entre 1971 y 2010. Es prácticamente seguro que la capa superior del océano (0-700 m) se haya calentado entre 1971 y 2010, y es probable que se haya calentado entre la década de 1870 y 1971. Es probable que los océanos se hayan calentado entre 700 y 2 000 m desde 1957 hasta 2009, y de 3 000 m al fondo marino entre 1992 y 2005.

Evolución del contenido medio global de calor en la capa superior del océano. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

Los modelos y observaciones indican que los cambios en el flujo radiativo de la superficie de la Tierra afectan también al balance de calor y humedad de la superficie y por tanto, el ciclo hidrológico se ve implicado. Los estudios recientes indican que cada agente de forzamiento influye de forma diferente en el ciclo hidrológico mediante sus interacciones con las nubes. En concreto, los cambios en los aerosoles pueden afectar con más fuerza a las precipitaciones y a otros aspectos del ciclo hidrológico que otros agentes de forzamiento antropogénico.

Criósfera

En los dos últimos decenios, los mantos de hielo de Groenlandia y la Antártida han ido perdiendo masa, los glaciares han continuado menguando en casi todo el mundo, y el manto de nieve en primavera en el hemisferio norte ha seguido reduciéndose en extensión. Utilizando algunos de los modelos que mejor reproducen las tendencias de la cobertura de hielo marino ártico, se estima que, en el escenario RCP8.5, el océano Ártico quedará probablemente casi libre de hielo antes de 2050.

Evolución del hielo en el Ártico desde 1980 hasta 2012.

Nivel del mar

El nivel medio global del mar se incrementará durante el siglo XXI por el calentamiento de los océanos y las pérdidas de masa de glaciares y mantos de hielo. De hecho, el Quinto Informe del IPCC determina que durante el período 1901-2010, el nivel medio global del mar se elevó 0,19 [0,17 a 0,21] m.

c) Extensión del hielo marino del Ártico (promedio de julio a septiembre) y el Antártico (febrero). d) Nivel medio global del mar con respecto al promedio del conjunto de datos de más larga duración entre 1986 y 2005. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

Ciclos biogeoquímicos

La concentración de CO2 (dióxido de carbono) en la atmósfera ha aumentado por la actividad humana, fundamentalmente por el uso de combustibles fósiles y la deforestación, con una menor contribución de la producción de cemento. En todos los escenarios, la concentración de CO2 en la atmósfera será mayor en 2100 que en la actualidad como consecuencia del aumento de las emisiones acumuladas durante el siglo XXI. Las concentraciones actuales de CO2, CH4 (metano) y N2O (óxido nitroso) exceden sustancialmente el rango de concentraciones registradas en los testigos de hielo durante los últimos 800.000 años. El ritmo de incremento de las concentraciones en la atmósfera de CO2, CH4 y N2O en el pasado siglo no tiene precedente en los últimos 22.000 años. Las concentraciones de CO2, CH4 y N2O han aumentado desde 1750, excediendo los niveles preindustriales en 40%, 150% y 20%, respectivamente. El pH del agua oceánica ha decrecido 0,1 desde el comienzo de la era industrial, que corresponde a un aumento del 26% de concentración de iones hidrógeno.

a) Emisiones anuales antropogénicas CO2 y su reparto (PgC.año-1). b) Evolución reciente de la concentración de CO2 (ppm) en la atmósfera. IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

¿CÓMO PREDECIR LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO?

Antes de mencionar los modelos, proyecciones y principales escenarios usados para predecir cuál puede ser la evolución del sistema climático terrestre en los próximos años, se hace necesario asentar unos conceptos clave para su buena interpretación, estos son retroalimentación y puntos de inflexión.

El primer concepto hace referencia al proceso por el cual un cambio en el clima puede facilitar o dificultar cambios posteriores. El sistema climático incluye una serie de retroalimentaciones que alteran la respuesta del sistema a los cambios en los forzamientos externos. Las retroalimentaciones positivas incrementan la respuesta del sistema climático a un forzamiento inicial, mientras que las retroalimentaciones negativas la reducen. Los dos fenómenos se pueden dar a la vez y del balance general saldrá algún tipo de cambio más o menos brusco e impredecible a largo plazo, ya que el sistema climático es un sistema caótico y complejo.

El segundo concepto se refiere al punto donde los cambios en el clima global pasan de un estado estable hacia otro más estable. Después de que el punto de inflexión ha sido pasado, ocurre una transición a un nuevo estado. El evento de inflexión puede ser irreversible, comparable con vino derramado de una copa de pie, y si bien el vaso se pone de pie, el vino no vuelve a él. El calentamiento global procede por cambiar la composición de gases en la atmósfera por la super emisión de gases de invernadero, tales como dióxido de carbono y metano. A medida que avanza el calentamiento, provoca cambios en el ambiente que a su vez pueden provocar otros cambios.

MODELOS Y PROYECCIONES

Para poder estimar los posibles cambios que se dan en clima como consecuencia del incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero, y, además, debido a otras modificaciones en el balance radiativo, se usan los denominados modelos climáticos. (modelos de circulación general, GCM por sus siglas en ingles). Dichos GCMs incluyen distintos modelos numéricos que simulan el comportamiento de los distintos componentes del sistema climático: atmósfera, océano, criósfera, hidrosfera, biosfera, etc...

Estos modelos realizan proyecciones de cambio climático, que se definen como una descripción espacial y temporal, físicamente consistente, de rangos plausibles de las condiciones climáticas futuras, basada en un cierto número de suposiciones y en la actual comprensión científica de nuestro sistema climático.

Para poder realizar las proyecciones de cambio climático se hace necesario estimar de alguna manera las futuras emisiones y concentraciones de los principales gases de efecto invernadero. Para ello se elaboran los denominados escenarios, basados en distintos forzamientos y aspectos socio-económicos.

Los escenarios del Informe especial sobre escenarios de emisiones (IE-EE) eran los utilizados antiguamente, comprendían 4 familias (A1, A2, B1 y B2), donde dos enfatizaban en riqueza material y los otros dos en sostenibilidad y equidad. El IPCC ha elaborado más de 40 escenarios sobre las emisiones de GEI.

A1: presupone un crecimiento económico mundial muy rápido, un máximo de la población mundial hacia mediados de siglo que después decrece, y una rápida introducción de tecnologías nuevas y más eficientes. Los patrones regionales específicos tienden a desaparecer como resultado de un aumento de la interacción cultural. La brecha existente entre regiones en relación con los ingresos per cápita se reduce sustancialmente. Partiendo del escenario A1, se han desarrollado tres alternativas que describen diferentes fórmulas de aprovisionamiento de energía: intensiva en combustibles fósiles (A1FI), energías de origen no fósil (A1T), y equilibrio entre las distintas fuentes (A1B).
A2: describe un mundo heterogéneo, autosuficiente y que mantiene las identidades locales. Las tasas de crecimiento de la población convergen lentamente, lo cual resulta en un elevado crecimiento de la población. Crecimiento económico per cápita es más lento y fragmentado que en otras familias.
B1: representa un mundo convergente, con la misma población mundial que A1, pero con una evolución más rápida de las estructuras económicas hacia una economía de servicios y de información. Describe reducciones en el consumo y la introducción de tecnologías limpias y eficientes. Se pone el énfasis en soluciones globales hacia la sostenibilidad, incluyendo la mejora de la equidad, pero sin iniciativas adicionales respecto al clima.
B2: describe un planeta donde el énfasis se pone en las soluciones locales dirigidas hacia la sostenibilidad social, económica y ambiental. Es un mundo con una población creciente pero a tasas más lentas que en los otros escenarios, con niveles de desarrollo económico intermedios, y un cambio tecnológico lento pero variado. La sociedad está orientada hacia la protección ambiental y la equidad social, y prioriza los ámbitos local y regional.

Actualmente y a partir del Quinto Informe del IPCC, se definieron 4 nuevos escenarios de emisión, las denominadas Trayectorias de Concentración Representativas (RCP, por sus siglas en inglés). Estas describen cuatro trayectorias distintas en el siglo XXI de las emisiones y las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero (GEI), las emisiones de contaminantes atmosféricos y el uso del suelo. Se caracterizan por su Forzamiento Radiativo (FR) total para el año 2100 que oscila entre 2,6 y 8,5W/m2.

Nuevos escenarios RCP (Trayectorias de Concentración Representativas). IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013.

Las trayectorias de concentración representativas tienen una mayor cobertura que los escenarios del Informe especial sobre escenarios de emisiones (IE-EE) utilizados en evaluaciones anteriores, ya que también representan escenarios con políticas climáticas.

En cuanto al forzamiento general, RCP 8.5 puede compararse en términos generales con el escenario A2/A1FI del Informe especial, RCP 6.0 con B2 y RCP 4.5 con B1. Respecto a RCP 2.6, no hay un escenario equivalente en el Informe especial.

Anomalías globales de la temperatura del planeta en los próximos años según distintos escenarios RCP. Fuente: Tomado de la guía resumida del quinto informe de evaluación del IPCC.WGI. “Cambio Climático: Bases Físicas”, 2013

Como podemos observar, el escenario más esperanzador (RCP 2.6) determina un aumento de la temperatura de "únicamente" 1,5°C. Multitud de estudios determinan que alcanzar los 2°C (RCP 4.5, RCP 6.0 y RCP 8.0) provocaría la entrada del sistema climático de la Tierra en un punto de no retorno, es decir, alcanzado ese punto, sería imposible evitar que la temperatura de la Tierra siguiera en aumento, e incluso pudiera alcanzar los 4 o 5°C. Esto se debe a la interconectividad que existe entre todos y cada uno de los elementos de nuestro planeta, dónde eventos concretos en lugares concretos pueden provocar catástrofes en zonas más alejadas.

“A finales del siglo XXI, el aumento de la temperatura global en superficie respecto a 1850 probablemente superará 1,5ºC en todos los escenarios”

CONCLUSIONES

Las emisiones continuadas de gases de efecto invernadero causan un calentamiento adicional al actualmente existente. Unas emisiones iguales a las tasas actuales o superiores inducirán cambios en todos los componentes del sistema climático, algunos de ellos sin precedentes en cientos o miles de años. Los cambios tendrán lugar en todas las regiones del globo, incluyendo cambios en la tierra y el océano, en el ciclo del agua, en la criósfera, en el nivel del mar, en algunos episodios extremos y en la acidez de los océanos. Muchos de estos cambios persistirán durante muchos siglos. La limitación del cambio climático requerirá reducciones substanciales y sostenidas de las emisiones de CO2 antes de llegar a un punto de no retorno.