4.1: Antecedentes
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Gran parte de nuestra discusión sobre el cambio climático comienza con la temperatura. La razón de esto es bastante simple, es decir, que la temperatura del aire superficial es consecuencia de la cantidad de energía térmica en la atmósfera inferior donde vivimos. Para entender lo que esto significa y cómo se relaciona con los cambios climáticos que ahora vemos, es útil observar el presupuesto de energía atmosférica de la tierra.
En pocas palabras, este presupuesto es una contabilidad de cómo la energía que impulsa los vientos, las corrientes oceánicas, el ciclo hidrológico y otras partes del sistema climático terrestre fluye a través del sistema. En su forma más simple, la radiación electromagnética de onda corta (luz visible) del sol golpea la tierra en la parte superior de la atmósfera. Aproximadamente el 30% de esta energía se refleja de vuelta al espacio, mientras que casi el 70% es de esta radiación entrante es absorbida por la atmósfera y convertida en energía térmica (calor). Eventualmente esta energía térmica se irradia al espacio en forma de energía electromagnética de onda larga (infrarroja). El truco de este último paso es que parte de esta radiación de onda larga es absorbida por los gases de efecto invernadero como el vapor de agua y el dióxido de carbono al salir de la atmósfera. Esto significa que estos gases calientan la atmósfera más baja a temperaturas que son más altas de lo que serían si no estuvieran presentes los gases de efecto invernadero (ver Figura 4.1.1).
Mientras la energía saliente de la tierra sea aproximadamente igual a la energía entrante, la temperatura media de la superficie global permanece constante. Sin embargo, si hay un desequilibrio entonces las temperaturas superficiales caen (la entrada es menor que la saliente) o suben (la entrada es mayor que la salida). Este último caso describe nuestra situación actual.
RE es energía radiante o electromagnética que incluye luz visible, infrarrojos, rayos X, microondas, rayos gamma y ondas de radio. El solar entrante a la derecha es en gran parte luz visible, energía radiante que tiene una longitud de onda corta. Aproximadamente el 30% de esto se refleja en nubes, partículas en el aire y superficies terrestres de colores claros como laderas cubiertas de nieve. El grado de reflectividad de una superficie se conoce como su albedo. Las superficies de alto albedo (altamente reflectantes) incluyen nieve y cimas nubosas, mientras que la superficie de albedo bajo (baja reflectividad) incluye océano oscuro, carreteras asfálticas y bosques.
TE es energía térmica (calor). En el caso del presupuesto de energía atmosférica, el RE entrante que se absorbe se convierte en calor. Es importante señalar que si bien la temperatura y el calor están relacionados, no son lo mismo. Esto se entiende mejor al señalar que diferentes sustancias pueden poseer la misma energía térmica pero tienen temperaturas muy diferentes. La respuesta de temperatura de una sustancia a la cantidad de energía térmica que posee se llama capacidad calorífica. El agua que tiene una mayor capacidad calorífica que la roca y el suelo es una de las razones por las que los continentes tienden a ser más fríos en invierno y más cálidos en verano que los océanos en la misma latitud.
La ME es energía mecánica que en este caso está moviendo el aire (vientos) y el agua (corrientes oceánicas) finalmente impulsada por la diferencia en la temperatura de la superficie. Más sobre esto en la actividad Atmósfera/Circulación Oceánica más adelante en este manual.
CE es la energía química producida por la fotosíntesis. Aunque solo una pequeña porción del RE entrante absorbido se convierte en CE por este proceso, la fotosíntesis es importante para regular las concentraciones de dióxido de carbono. Un determinante importante en la temperatura del aire superficial.
El terrestre saliente a la izquierda es principalmente radiación infrarroja, energía radiante que tiene una longitud de onda más larga. En general, cuanto mayor es la temperatura superficial de la tierra, “más brillante brilla” en la parte infrarroja del espectro electromagnético.