24.5: El clima y los efectos del cambio climático global
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Todos los biomas son universalmente afectados por las condiciones globales, como el clima, que finalmente dan forma al entorno de cada bioma. Los científicos que estudian el clima han notado una serie de cambios marcados que poco a poco se han vuelto cada vez más evidentes durante los últimos sesenta años. Cambio climático global es el término utilizado para describir patrones climáticos globales alterados, incluyendo un aumento mundial de la temperatura, debido en gran parte al aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico.
Clima y Clima
Un concepto erróneo común sobre el cambio climático global es que un evento meteorológico específico que ocurre en una región en particular (por ejemplo, una semana muy fría en junio en el centro de Indiana) es evidencia del cambio climático global. Sin embargo, una semana fría en junio es un evento relacionado con el clima y no relacionado con el clima. Estos conceptos erróneos a menudo surgen debido a la confusión sobre los términos clima y clima.
El clima se refiere a las condiciones atmosféricas predecibles a largo plazo de un área específica El clima de un bioma se caracteriza por tener temperaturas consistentes y rangos de precipitación anuales. El clima no aborda la cantidad de lluvia que cayó en un día en particular en un bioma ni las temperaturas más frías que el promedio que ocurrieron en un día. En contraste, el clima se refiere a las condiciones de la atmósfera durante un corto periodo de tiempo. Los pronósticos meteorológicos generalmente se hacen para ciclos de 48 horas. Los pronósticos meteorológicos de largo alcance están disponibles pero pueden ser poco confiables.
Para comprender mejor la diferencia entre clima y clima, imagina que estás planeando un evento al aire libre en el norte de Wisconsin. Estarías pensando en el clima cuando planeas el evento en verano en lugar del invierno porque tienes conocimiento a largo plazo de que cualquier sábado dado en los meses de mayo a agosto sería una mejor opción para un evento al aire libre en Wisconsin que cualquier sábado de enero. Sin embargo, no se puede determinar el día específico en el que se debe realizar el evento porque es difícil predecir con precisión el clima en un día específico. El clima puede considerarse clima “promedio”.
Cambio Climático Global
El cambio climático puede entenderse abordando tres áreas de estudio:
- cambio climático global actual y pasado
- causas del cambio climático global pasado y actual
- resultados antiguos y actuales del cambio climático
Es útil mantener estos tres aspectos diferentes del cambio climático claramente separados cuando se consumen informes de los medios sobre el cambio climático global. Es común que los informes y discusiones sobre el cambio climático global confundan los datos que muestran que el clima de la Tierra está cambiando con los factores que impulsan este cambio climático.
Evidencia para el cambio climático global
Dado que los científicos no pueden retroceder en el tiempo para medir directamente las variables climáticas, como la temperatura promedio y la precipitación, en cambio deben medir indirectamente la temperatura. Para ello, los científicos se basan en evidencia histórica del clima pasado de la Tierra.
Los núcleos de hielo antártico son un ejemplo clave de tal evidencia. Estos núcleos de hielo son muestras de hielo polar obtenidas por medio de simulacros que alcanzan miles de metros en capas de hielo o glaciares de alta montaña. Ver los núcleos de hielo es como viajar hacia atrás en el tiempo; cuanto más profunda es la muestra, más temprano es el período de tiempo. Atrapadas dentro del hielo hay burbujas de aire y otras evidencias biológicas que pueden revelar datos de temperatura y dióxido de carbono. Los núcleos de hielo antártico han sido recolectados y analizados para estimar indirectamente la temperatura de la Tierra en los últimos 400,000 años (Figura\(\PageIndex{1}\)). El 0 °C en esta gráfica se refiere al promedio a largo plazo. Las temperaturas superiores a 0 °C superan la temperatura promedio a largo plazo de la Tierra. Por el contrario, las temperaturas que son menores a 0 °C son menores que la temperatura promedio de la Tierra. Esta figura muestra que ha habido ciclos periódicos de aumento y disminución de la temperatura.
Antes de finales del siglo XIX, la Tierra había estado hasta 9 °C más fría y aproximadamente 3 °C más cálida. Obsérvese que la gráfica de la Figura\(\PageIndex{1}\) muestra que la concentración atmosférica de dióxido de carbono también ha subido y bajado en ciclos periódicos; observe la relación entre la concentración de dióxido de carbono y la temperatura. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra que los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera han ciclado históricamente entre 180 y 300 partes por millón (ppm) en volumen.
La figura\(\PageIndex{1}\) no muestra los últimos 2 mil años con suficiente detalle para comparar los cambios de temperatura de la Tierra durante los últimos 400 mil años con el cambio de temperatura que se ha producido en el pasado más reciente. Dos anomalías significativas de temperatura, o irregularidades, han ocurrido en los últimos 2000 años. Estas son la Anomalía Climática Medieval (o el Período Cálido Medieval) y la Pequeña Edad de Hielo. Una tercera anomalía de temperatura se alinea con la Era Industrial. La Anomalía Climática Medieval ocurrió entre 900 y 1300 d.C. Durante este periodo de tiempo, muchos científicos climáticos piensan que las condiciones climáticas ligeramente más cálidas prevalecieron en muchas partes del mundo; los cambios de temperatura superiores a la media variaron entre 0.10 °C y 0.20 °C por encima de la norma. Si bien 0.10 °C no parece lo suficientemente grande como para producir algún cambio notable, sí liberó mares de hielo. Debido a este calentamiento, los vikingos pudieron colonizar Groenlandia.
La Pequeña Edad de Hielo fue un periodo frío que ocurrió entre 1550 d.C. y 1850 d.C. Durante este tiempo, se observó un ligero enfriamiento de poco menos de 1 °C en América del Norte, Europa y posiblemente otras áreas de la Tierra. Este cambio de 1 °C en la temperatura global es una desviación aparentemente pequeña en la temperatura (como se observó durante la Anomalía Climática Medieval); sin embargo, también resultó en cambios notables. Los relatos históricos revelan una época de inviernos excepcionalmente duros con mucha nieve y heladas.
La Revolución Industrial, que comenzó alrededor de 1750, se caracterizó por cambios en gran parte de la sociedad humana. Los avances en la agricultura incrementaron el suministro de alimentos, lo que mejoró el nivel de vida de las personas en Europa y Estados Unidos. Se inventaron nuevas tecnologías y proporcionaron empleos y bienes más baratos. Estas nuevas tecnologías se alimentaron utilizando combustibles fósiles, especialmente carbón. La Revolución Industrial a partir de principios del siglo XIX marcó el comienzo de la Era Industrial. Cuando se quema combustible fósil, se libera dióxido de carbono. Con el inicio de la Era Industrial, el dióxido de carbono atmosférico comenzó a subir (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Impulsores actuales y pasados del cambio climático global
Dado que no es posible retroceder en el tiempo para observar y medir directamente el clima, los científicos utilizan evidencia indirecta para determinar los impulsores, o factores, que pueden ser responsables del cambio climático. La evidencia indirecta incluye datos recopilados usando núcleos de hielo, perforaciones (un pozo estrecho perforado en el suelo), anillos de árboles, longitudes de glaciares, restos de polen y sedimentos oceánicos. Los datos muestran una correlación entre el momento de los cambios de temperatura y los impulsores del cambio climático: antes de la Era Industrial (pre-1780), había tres impulsores del cambio climático que no estaban relacionados con la actividad humana o los gases atmosféricos. El primero de ellos son los ciclos Milankovitch. Los ciclos de Milankovitch describen los efectos de ligeros cambios en la órbita de la Tierra sobre el clima de la Tierra. La duración de los ciclos de Milankovitch oscila entre 19,000 y 100,000 años. En otras palabras, se podría esperar ver algunos cambios predecibles en el clima de la Tierra asociados con cambios en la órbita terrestre a un mínimo de cada 19,000 años.
La variación en la intensidad del sol es el segundo factor natural responsable del cambio climático. La intensidad solar es la cantidad de energía solar o energía que emite el sol en una cantidad determinada de tiempo. Existe una relación directa entre la intensidad solar y la temperatura. A medida que aumenta (o disminuye) la intensidad solar, la temperatura de la Tierra aumenta (o disminuye) correspondientemente. Los cambios en la intensidad solar se han propuesto como una de varias explicaciones posibles para la Pequeña Edad de Hielo.
Finalmente, las erupciones volcánicas son un tercer impulsor natural del cambio climático. Las erupciones volcánicas pueden durar unos días, pero los sólidos y gases liberados durante una erupción pueden influir en el clima durante un periodo de algunos años, provocando cambios climáticos a corto plazo. Los gases y sólidos liberados por las erupciones volcánicas pueden incluir dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono. Generalmente, las erupciones volcánicas enfrían el clima. Esto ocurrió en 1783 cuando los volcanes en Islandia estallaron y provocaron la liberación de grandes volúmenes de óxido sulfúrico. Esto condujo a un enfriamiento con efecto neblina, un fenómeno global que ocurre cuando el polvo, la ceniza u otras partículas suspendidas bloquean la luz solar y desencadenan temperaturas globales más bajas como resultado; el enfriamiento con efecto neblina generalmente se extiende por uno o más años. En Europa y Norteamérica, el enfriamiento con efecto neblina produjo algunas de las temperaturas invernales promedio más bajas registradas en 1783 y 1784.
Los gases de efecto invernadero son probablemente los impulsores más significativos del clima. Cuando la energía térmica del sol golpea la Tierra, los gases conocidos como gases de efecto invernadero atrapan el calor en la atmósfera, al igual que los cristales de un invernadero impiden que el calor se escape. Los gases de efecto invernadero que afectan a la Tierra incluyen dióxido de carbono, metano, vapor de agua, óxido nitroso y ozono. Aproximadamente la mitad de la radiación del sol pasa a través de estos gases en la atmósfera y golpea la Tierra. Esta radiación se convierte en radiación térmica en la superficie de la Tierra, y luego una porción de esa energía se vuelve a irradiar a la atmósfera. Sin embargo, los gases de efecto invernadero reflejan gran parte de la energía térmica que regresa a la superficie de la Tierra. Cuantos más gases de efecto invernadero haya en la atmósfera, más energía térmica se refleja de nuevo a la superficie de la Tierra. Los gases de efecto invernadero absorben y emiten radiación y son un factor importante en el efecto invernadero: el calentamiento de la Tierra debido al dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera.
La evidencia respalda la relación entre las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono y la temperatura: a medida que aumenta el dióxido de carbono, aumenta la temperatura Desde 1950, la concentración de dióxido de carbono atmosférico ha aumentado de aproximadamente 280 ppm a 382 ppm en 2006. En 2011, la concentración de dióxido de carbono atmosférico fue de 392 ppm. Sin embargo, el planeta no sería habitable por las formas de vida actuales si el vapor de agua no produjera su drástico efecto de calentamiento invernadero.
Los científicos observan los patrones en los datos y tratan de explicar las diferencias o desviaciones de estos patrones. Los datos de dióxido de carbono atmosférico revelan un patrón histórico de dióxido de carbono creciente y decreciente, ciclando entre un mínimo de 180 ppm y un máximo de 300 ppm. Los científicos han concluido que tardaron alrededor de 50 mil años para que el nivel de dióxido de carbono atmosférico aumentara de su baja concentración mínima a su concentración máxima más alta. Sin embargo, desde hace poco, las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono han aumentado más allá del máximo histórico de 300 ppm. Los actuales aumentos en el dióxido de carbono atmosférico han ocurrido muy rápidamente, en cuestión de cientos de años en lugar de miles de años. ¿Cuál es la razón de esta diferencia en la tasa de cambio y la cantidad de aumento en el dióxido de carbono? Un factor clave que debe reconocerse al comparar los datos históricos y los actuales es la presencia de la sociedad humana moderna; ningún otro impulsor del cambio climático ha producido cambios en los niveles de dióxido de carbono atmosférico a este ritmo o a esta magnitud.
La actividad humana libera dióxido de carbono y metano, dos de los gases de efecto invernadero más importantes, a la atmósfera de varias maneras. El mecanismo principal que libera dióxido de carbono es la quema de combustibles fósiles, como la gasolina, el carbón y el gas natural (Figura\(\PageIndex{3}\)). La deforestación, la fabricación de cemento, la agricultura animal, la tala de tierras y la quema de bosques son otras actividades humanas que liberan dióxido de carbono. El metano (CH 4) se produce cuando las bacterias descomponen la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Las condiciones anaeróbicas pueden ocurrir cuando la materia orgánica queda atrapada bajo el agua (como en los arrozales) o en los intestinos de los herbívoros. También se puede liberar metano de los yacimientos de gas natural y la descomposición que se produce en los rellenos sanitarios. Otra fuente de metano es el derretimiento de los clatratos. Los clatratos son trozos congelados de hielo y metano que se encuentran en el fondo del océano. Cuando el agua se calienta, estos trozos de hielo se derriten y se libera metano. A medida que aumenta la temperatura del agua del océano, aumenta la velocidad a la que los clatratos se funden, liberando aún más metano. Esto conduce a un aumento de los niveles de metano en la atmósfera, lo que acelera aún más la tasa de calentamiento global. Este es un ejemplo del bucle de retroalimentación positiva que está llevando a la rápida tasa de aumento de las temperaturas globales.
Resultados documentados del cambio climático: pasado y presente
Los científicos tienen evidencia geológica de las consecuencias del cambio climático de hace mucho tiempo. Los fenómenos actuales como el retroceso de los glaciares y el derretimiento del hielo polar provocan un aumento continuo del nivel del mar. En tanto, los cambios en el clima pueden afectar negativamente a los organismos.
Cambio climático geológico
El calentamiento global se ha asociado con al menos un evento de extinción en todo el planeta durante el pasado geológico. El evento de extinción Pérmico ocurrió hace unos 251 millones de años hacia el final del lapso geológico de aproximadamente 50 millones de años conocido como el período Pérmico. Este periodo geológico fue uno de los tres períodos más cálidos de la historia geológica de la Tierra. Los científicos estiman que aproximadamente el 70 por ciento de las especies terrestres de plantas y animales y el 84 por ciento de las especies marinas se extinguieron, desapareciendo para siempre cerca del final del período Pérmico. Los organismos que se habían adaptado a las condiciones climáticas húmedas y cálidas, como precipitaciones anuales de 300—400 cm (118—157 pulgadas) y 20 °C—30 °C (68 °F—86 °F) en el bosque húmedo tropical, pueden no haber podido sobrevivir al cambio climático Pérmico.
Cambio Climático Presente
Se han producido una serie de eventos globales que pueden atribuirse al cambio climático durante nuestras vidas. El Parque Nacional Glacier en Montana está atravesando el retroceso de muchos de sus glaciares, un fenómeno conocido como recesión glaciar. En 1850, el área contenía aproximadamente 150 glaciares. Para 2010, sin embargo, el parque contenía solo alrededor de 24 glaciares de más de 25 acres de tamaño. Uno de estos glaciares es el Glaciar Grinnell (Figura\(\PageIndex{4}\)) en el Monte Gould. Entre 1966 y 2005, el tamaño del glaciar Grinnell se redujo en un 40 por ciento. De igual manera, la masa de las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida está disminuyendo: Groenlandia perdió 150—250 km 3 de hielo por año entre 2002 y 2006. Además, el tamaño y grosor del hielo marino ártico está disminuyendo.
Esta pérdida de hielo está provocando aumentos en el nivel global del mar. En promedio, el mar está subiendo a una tasa de 1.8 mm anuales. Sin embargo, entre 1993 y 2010 la tasa de incremento del nivel del mar varió entre 2.9 y 3.4 mm anuales. Una variedad de factores afectan el volumen de agua en el océano, incluyendo la temperatura del agua (la densidad del agua está relacionada con su temperatura) y la cantidad de agua que se encuentra en ríos, lagos, glaciares, casquetes polares y hielo marino. A medida que los glaciares y los casquetes polares se derriten, hay un aporte significativo de agua líquida que previamente se congeló.
Además de algunas condiciones abióticas que cambian en respuesta al cambio climático, muchos organismos también están siendo afectados por los cambios de temperatura. La temperatura y la precipitación juegan un papel clave en la determinación de la distribución geográfica y fenología de plantas y animales. (La fenología es el estudio de los efectos de las condiciones climáticas en el momento de eventos periódicos del ciclo de vida, como la floración en las plantas o la migración en las aves). Los investigadores han demostrado que 385 especies de plantas en Gran Bretaña están floreciendo 4.5 días antes de lo que se registró antes durante los 40 años anteriores. Además, las especies polinizadas por insectos tenían más probabilidades de florecer antes que las especies polinizadas por el viento. El impacto de los cambios en las fechas de floración se mitigaría si los insectos polinizadores surgieran antes. Este tiempo no coincidente de plantas y polinizadores podría resultar en efectos perjudiciales en el ecosistema porque, para una supervivencia continuada, las plantas polinizadas por insectos deben florecer cuando sus polinizadores están presentes.
Resumen
La Tierra ha pasado por ciclos periódicos de aumentos y disminuciones de temperatura. Durante los últimos 2000 años, la Anomalía Climática Medieval fue un periodo más cálido, mientras que la Pequeña Edad de Hielo fue inusualmente fría. Ambas irregularidades pueden explicarse por causas naturales de los cambios en el clima, y, aunque los cambios de temperatura fueron pequeños, tuvieron efectos significativos. Los impulsores naturales del cambio climático incluyen los ciclos de Milankovitch, los cambios en la actividad solar y las erupciones volcánicas. Ninguno de estos factores, sin embargo, conduce a aumentos rápidos de la temperatura global o aumentos sostenidos en el dióxido de carbono. La quema de combustibles fósiles es una fuente importante de gases de efecto invernadero, que juega un papel importante en el efecto invernadero. Hace mucho tiempo, el calentamiento global resultó en la extinción Pérmica: un evento de extinción a gran escala que está documentado en el registro fósil. Actualmente, el cambio climático actual se asocia con el aumento del derretimiento de glaciares y capas de hielo polar, lo que resulta en un aumento gradual del nivel del mar. Las plantas y los animales también pueden verse afectados por el cambio climático global cuando el momento de eventos estacionales, como la floración o la polinización, se ve afectado por el calentamiento global.
Referencias
OpenStax, Biología. OpenStax CNX. 26 de junio de 2020. https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.137:noBcfThl@7/Understanding-Evolution.