«De aquellos polvos vienen estos lodos«
Refrán español
En el año 1856, Eunice Foote publicó un artículo científico donde describió los resultados e implicancias de su trabajo de investigación. A través de un experimento ingeniosamente casero, descubrió que el CO₂ y el vapor de agua absorbían calor suficiente como para que esta absorción pudiera afectar el clima. Una de las conclusiones a las que arribó es la siguiente:
“Una atmósfera de [CO₂] le daría a nuestra Tierra una temperatura alta; y si, como algunos suponen, en un período de su historia, el aire se había mezclado con él en una proporción mayor que en la actualidad, […] de ello debió de resultar una temperatura necesariamente mayor”.
La principal implicancia de este descubrimiento es que los cambios en la composición de la atmósfera podrían inducir a cambios climáticos. Esto sitúa a Eunice en la historia de la ciencia del cambio climático por haber sido la primera en teorizar sobre el efecto invernadero, hecho que se suma a su rol destacado como mujer de ciencias, algo que en aquel momento era sólo accesible a los hombres. Curiosamente, lo hizo 3 años antes que el físico irlandés John Tyndall, a quien se le dio históricamente los créditos por haber descubierto el efecto invernadero en 1859.
Al igual que como vimos en el post anterior sobre las bases para entender el cambio climático, de esta importante observación decanta casi como una obviedad la conocida historia: Si aumenta la concentración de los gases que causan el efecto invernadero en la atmósfera, entonces la temperatura promedio del planeta aumentará, lo cual resultará en un cambio climático que afectará a todos los sistemas vivos y no vivos del planeta.
Me pregunto si Eunice tuvo la imaginación suficiente para pensar que el CO₂ generado por los humanos sería el que cambie el clima en el futuro…
La respuesta entonces a qué causa el cambio climático es sencilla: una excesiva cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Quedará para otro momento explicar por qué ocurre esto, pero luego de leer este post sabrás concretamente qué factores inciden en el sistema climático, los principales gases de efecto invernadero, su origen y la tendencia histórica de cada uno. Entender esto es crucial para seguir armando el rompecabezas del cambio climático.
Por otro lado, las evidencias de los efectos causados por la excesiva concentración de estos gases están presentados en el post: “Las evidencias del Cambio Climático en 7 gráficos”.
Factores que inciden en el clima. GEI y otros
Recordemos que el clima terrestre permanece estable en gran parte debido a que la cantidad de energía que la Tierra recibe (radiación) es equivalente a la que devuelve (irradiación). Este balance se encuentra regulado por el efecto invernadero natural, el cual contribuye a lograr un sistema equilibrado de transferencia y transformación de energía en la atmósfera, la superficie terrestre y los océanos. Esto es lo que muestra el siguiente gráfico:
En este sentido, existen varios factores capaces de provocar cambios y perturbaciones notables en el sistema climático. Debido a que estos factores impulsan o “fuerzan” a que el sistema salga de su estado de equilibrio se denominan “forzamientos”. El forzamiento radiativo, que se refiere a la afectación del balance energético, permite cuantificar las modificaciones en los flujos de energía provocadas por estos impulsores. Cuando el forzamiento radiativo es positivo, se produce un calentamiento de la superficie y, cuando es negativo, un enfriamiento.
Durante el último milenio, los cambios en la energía del Sol, las erupciones volcánicas y el aumento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera han sido los forzamientos más importantes, especialmente estos últimos. El forzamiento radiativo total resulta positivo y es lo que ha dado lugar a la absorción de energía por el sistema climático.
En el gráfico siguiente se evidencia cómo el aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera, que se viene produciendo desde 1750, se ha convertido en la principal contribución al forzamiento radiativo total.
Al observar las contribuciones relativas de estos forzamientos al cambio climático en los últimos 1,000 años, los científicos han concluido en base a los modelos de simulación climática que:
- Los forzamientos solares y volcánicos han sido responsables solo de algunas de las variaciones en la temperatura en los últimos 1,000 años.
- Ni el forzamiento solar ni el volcánico pueden explicar el dramático calentamiento del siglo XX.
- Los modelos pueden explicar el aumento de temperaturas sin precedentes que estamos experimentando actualmente solo al agregar el aumento causado por los humanos en las concentraciones de GEI.
En síntesis, los cambios en la radiación solar, las cenizas volcánicas y la acumulación de GEI causan forzamientos en el balance energético global, pero es esto último el que mayor desequilibrio ha causado.
En las secciones siguientes, veremos más acerca de las características principales de cada uno de los GEI y las tendencias de acumulación en la concentración atmosférica
Contribución de los GEI al Calentamiento Global.
Ubicando cada gas en su lugar
La Cumbre de la Tierra celebrada en Estocolmo en 1973 logró llevar la cuestión del cambio climático a la esfera diplomática global por primera vez, advirtiendo a los gobiernos que sean conscientes de las actividades que podrían conducir al cambio climático y que evalúen los riesgos de los efectos climáticos.
A pesar de ello, no se han evidenciado resultados concretos en cuanto a la reducción de emisiones atmosféricas de GEI. Al contrario, las emisiones de todos los gases de efecto invernadero han aumentado en el período de 1970 a 2010, y además acelerado, con un promedio de crecimiento del 2,2% anual entre 2000 y 2010, cifra bastante mayor que el incremento de 1,3% anual entre 1970 y 2000.
Esto se refleja gráficamente en la siguiente figura:
De esta manera, el ranking según su contribución nos queda así:
- Dióxido de carbono (CO2) – 76%
- Metano (CH4) – 16%
- Óxido nitroso (N2O) – 6,2%
- Gases Fluorados – Menos del 2% en total
- Hidrofluorocarbonos (HFC)
- Perfluorocarbonos (PFC)
- Hexafluoruro de azufre (SF6)
- Trifluoruro de nitrógeno (NF3)
Emisiones de Gases de Efecto Invernadero según tipo de gas. Hay varios gases de efecto invernadero a tener en cuenta: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y los llamados gases F (principalmente hidrofluorocarbonos, clorofluorocarbonos y otros gases fluorados). ¡No es sólo CO2!
En lo que sigue a continuación me limitaré a describir más sobre cada uno de estos impulsores del calentamiento global.
Dióxido de Carbono (CO2)
El GEI antropogénico (de origen humano) más importante es, como vimos, el dióxido de carbono (CO2), ya que contribuye aproximadamente al 76% del forzamiento radiativo total ocasionado por los GEI de larga duración.
El dióxido de carbono no tiene un ciclo de vida específico, puesto que circula continuamente entre la atmósfera, los océanos y la biosfera terrestre, y su eliminación neta de la atmósfera implica una serie de procesos con diferentes escalas de tiempo. Su recirculación ocurre, junto con el metano, forman parte del ciclo del carbono (ver BOX más adelante).
| El CO2 no contamina. |
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| Es importante resaltar que el CO2 no es un gas contaminante como a veces se lo representa en las noticias. Su relevancia (junto con los otros GEI) está dada por la capacidad de generar un desequilibrio en el balance térmico global, aumentando la capacidad de la atmósfera de retener calor, y consecuentemente “forzando” al sistema a salir de ese equilibrio en el que se encuentra. De hecho, cada vez que respiramos exhalamos CO2. |
Debido a ello, el dióxido de carbono es redistribuido en los distintos medios a través de proceso naturales. Alrededor del 45% de las emisiones permanecen en la atmósfera, contribuyendo al cambio climático, mientras que el 55% restante es absorbido por los océanos y los ecosistemas terrestres. Estos sumideros de carbono han atenuado en gran medida el efecto de la perturbación ocasionada por las emisiones de origen humano comparado a lo que hubiera sido sin estos procesos de absorción de carbono.
El dióxido de carbono es el gas con el que se comparan todos los demás gases al hablar del Potencial de Calentamiento Global, un concepto importante que ya presentamos en otro post. Las emisiones de otros gases de efecto invernadero pueden calcularse en términos de emisiones en CO2-equivalente.
Tendencia
Los niveles de CO2 en la atmósfera han aumentado de manera constante durante los últimos 200 años. Esto se debe en gran medida aumento del uso de combustibles fósiles, así como al aumento de la deforestación, que liberan grandes cantidades de CO2 a la atmósfera. Se estima además que la concentración actual de CO2 es la mayor registrada en los últimos 800.000 años.
Las concentraciones de CO2 han aumentado aproximadamente 100 ppm (partes por millón) desde la Revolución Industrial (aprox. 1750) y, en 2012, superaron el umbral simbólico de 400 ppm en varias estaciones de medición atmosférica. La siguiente figura muestra el índice de crecimiento de las concentraciones de CO2 en ppm desde 1984 hasta 2010.
Metano (CH4)
El metano es el segundo GEI más importante, y contribuye en aproximadamente un 16% al forzamiento radiativo total. Aproximadamente el 40% del metano emitido a la atmósfera procede de fuentes naturales (p. ej. humedales y termitas). Cerca del 60% procede de actividades de origen humano (p. ej. ganadería, cultivo de arroz, la explotación de combustibles fósiles, basurales y combustión de biomasa).
El metano se elimina de la atmósfera principalmente mediante reacciones químicas, y perdura durante 12 años aproximadamente. Esto hace que el metano, a pesar de ser un gas de efecto invernadero importante, tenga un efecto relativamente corto.
Tendencia
La concentración de CH4 ha aumentado a más del doble desde la era preindustrial (desde aproximadamente 722 partes por billón (ppb) en 1750 a 1869 ppb en 2018, más del doble. El metano atmosférico ha vuelvo a aumentar progresivamente desde 2007, después de un período en el que se había mantenido constante.
| El ciclo del carbono |
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 El carbono en sus distintas formas (como CO2 y CH4) se recicla continuamente en la Tierra y nunca se destruye. Este diagrama muestra las distintas formas en que el carbono se libera y se almacena en el medio ambiente. El carbono puede almacenarse durante períodos de tiempo relativamente cortos en los organismos vivos (por ejemplo, las plantas y los animales) o durante miles de años en los océanos. También puede almacenarse durante millones de años en rocas o fósiles (como en los combustibles fósiles). El diagrama también muestra el impacto que tiene la actividad humana en el ciclo del carbono. Antes de que el hombre utilizara combustibles fósiles para producir energía, el ciclo del carbono estaba relativamente equilibrado (es decir, la cantidad total de carbono en la atmósfera permanecía constante). Al extraer carbono de los almacenamientos subterráneos de larga duración (petróleo, gas, etc.) y liberarlo en la atmósfera, el ser humano ha desequilibrado el ciclo del carbono, lo que a su vez repercute en el clima global. Además, el proceso se agrava al eliminar el carbono almacenado mediante la deforestación. |
Óxido Nitroso (N2O)
El óxido nitroso es el tercer GEI más importante, y contribuye aproximadamente al 6% del forzamiento radiativo total. Las emisiones de N2O a la atmósfera provienen cerca del 60% de fuentes naturales (p. ej. suelos y océanos) y en un 40% de actividades humanas (p. ej. uso de fertilizantes, diversos procesos industriales y vehículos de transporte).
Se estima que el N20 permanece en la atmósfera durante 114 años. Su efecto en el clima, en un período de 100 años, es 298 veces superior a las emisiones de dióxido de carbono, en las mismas cantidades. Este gas también contribuye significativamente a la destrucción de la capa de ozono estratosférico, que nos protege de los rayos ultravioleta nocivos del Sol.
Tendencia
La concentración de N2O ha aumentado progresivamente durante los últimos 30 años. En 2012, su concentración atmosférica era de aproximadamente 331,1 partes por billón, lo que supone un aumento del 22% con respecto al nivel de la era preindustrial (270 ppb).
Gases fluorados
Los gases fluorados son una familia de gases creados por el hombre que se utilizan en diversas aplicaciones industriales. Las fuentes de estos gases son, entre otras, los refrigerantes, el aire acondicionado, los disolventes, y la producción de aluminio y magnesio. Muchos gases fluorados tienen un potencial de calentamiento global muy elevado en comparación con los gases de efecto invernadero vistos antes. Eso significa que pequeñas concentraciones atmosféricas pueden tener un efecto considerable sobre la temperatura mundial. Además, pueden tener una larga vida atmosférica, que, en ocasiones, puede durar hasta los 50.000 años.
Al contrario del dióxido de carbono y el metano, los gases fluorados son eliminados de la atmósfera únicamente cuando la luz solar los destruye en la capa más alta de la atmósfera. Por lo general, los gases fluorados son el tipo de gases de efecto invernadero más potentes y duraderos emitidos por la actividad humana. Hay tres categorías principales de gases fluorados:
- Los hidrofluorocarbonos (HFC) son el grupo más común de los gases F. Se utilizan en diversos sectores y aplicaciones, como refrigerantes en refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor, como agentes espumantes para espumas, como disolventes, y en extintores y aerosoles.
- Los perfluorocarbonos (PFC) se utilizan generalmente en el sector de la electrónica (por ejemplo, para la limpieza plasmática de obleas de silicio) y en la industria cosmética y farmacéutica. En el pasado los PFC se han utilizado también como productos extintores y aún pueden encontrarse en algunos sistemas de protección contra incendios.
- El hexafluoruro de azufre (SF6) se utiliza principalmente como gas aislante, en los equipos de conmutación de alta tensión y en la producción de magnesio y aluminio.
Tendencia
Si bien los CFC y la mayoría de los halones están disminuyendo debido a su estricta regulación por el Protocolo de Montreal como destructores de la capa de ozono, algunos hidroclorofluorocarbonos (HCFC) e hidrofluorocarbonos (HFC), que también son potentes GEI, están aumentando a un ritmo relativamente rápido, aunque su concentración en la atmósfera sea baja.
Sin embargo, el hexafluoruro de azufre (SF6), con un nivel de abundancia igualmente bajo, es un GEI de larga duración sumamente potente. Es producido por la industria química y se usa principalmente como aislante eléctrico en los equipos de distribución eléctrica. Su concentración atmosférica actual es más del doble de su nivel registrado a mediados de los años 90.
Resumen
- Como se ha mostrado, las actividades humanas son responsables de introducir enormes cantidades de Gases de Efecto Invernadero a la atmósfera, lo que está generando un desequilibrio en el balance energético global. Esto “fuerza” al sistema a salir de su equilibrio, impulsándolo hacia un nuevo estado, es decir, a un cambio del clima.
- Los GEI no son los únicos capaces de causar forzamientos radiativos. Otros factores como la partículas atmosféricas, las cenizas de erupciones volcánicas y los cambios en la radiación solar son también impulsores climáticos. Algunos de estos, como las partículas y cenizas pueden ocasionar el efecto opuesto, es decir, un enfriamiento.
- Sin embargo, se ha demostrado que la acumulación de GEI en la atmósfera es lo que ha causado el mayor forzamiento radiativo sobre el sistema. Dicho de otra manera, el calentamiento observado debido al desequilibrio térmico sólo puede ser explicado por la acumulación de Gases de Efecto Invernadero y no por otros factores, tal como cambios en la radiación solar.
- Los principales GEI según su nivel de emisión son: Dióxido de Carbono (76%), Metano (16%), Óxido nitroso (6,2%), y los Gases Fluorados (menos del 2% del total).
- Todos los gases anteriores han aumentado considerablemente su concentración atmosférica desde los últimos 30 años.
- El resultado observado es lo esperable: el incremento indiscutible de los GEI exacerba el efecto invernadero natural, provoca el desequilibrio energético de la Tierra y acaba produciendo el calentamiento global.
El cambio climático tiene causas claramente identificables y con un nivel altísimo de certeza científica. Si te preguntabas de dónde vienen estos lodos, pues claro, ¡de aquellos polvos!
Referencias
- UN CC:Learn – Introducción al Cambio Climático.
- Organización Mundial de la Salud – Boletín sobre los gases de efecto invernadero – N°15 : Estado de los gases de efecto invernadero en la atmósfera según las observaciones mundiales realizadas en 2018 (2019)
- IPCC – IPCC, 2014: Cambio climático 2014: Informe de síntesis. Contribución de los Grupos de trabajo I, II y III al Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático.
- NOAA – Climate Model Simulations of the Last 1,000 Years
- Our World in Data – CO₂ and Greenhouse Gas Emissions.
- Pierre Friedlingstein et al. – Global Carbon Budget 2019.
- The Conversation – Eunice Foote, la primera científica (y sufragista) que teorizó sobre el cambio climático.
- David Morrow blog – Eunice Foote.
- Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), España – Meteoglosario virtual. Diccionario ilustrado de meteorología.
Mi propósito es ayudarte a comprender mejor las cuestiones ambientales con el fin de que puedas, desde tu lugar, contribuir positivamente con la búsqueda de soluciones verdaderas. Me propongo lograr este objetivo compartiendo mis experiencias y aprendizajes a medida que desarrollo mi profesión en el mundo de la sostenibilidad. Me formé como Ingeniero Ambiental en la Pontificia Universidad Católica Argentina y luego hice un Master en Ciencias (MSc) en Sostenibilidad Ambiental en la Universidad de Edimburgo gracias a una beca Chevening.
