2º C MÁS PUEDEN SER 15º C EN LOS POLOS

Entender la gravedad del cambio climático: La amplificación polar, el elemento clave

por Ferran P. Vilar

Àrtic

‘The Arctic is often cited as the canary in the coalmine for climate warming … and now as a sign of climate warming, the canary has died. It is time to start getting out of the coal mines[1].’ – Jay Zwally, glaciólogo de la NASA Examinar referencias Son diversos los motivos por los que la alarma respecto al problema climático no adquiere la intensidad popular que correspondería a su importancia.  Uno de ellos, relacionado no tanto con la información sino con la percepción pública del fenómeno, es el hecho de que las cifras simplificadas de temperatura que se manejan en los medios de comunicación y en el debate político son muy pequeñas respecto a la variabilidad diaria natural del tiempo meteorológico. Se habla de no superar dos grados. ¿A quién le importan dos grados más o menos? ¡No hay para tanto! ¿Alguna ola de calor más? ¿Qué más da? ¡Ya pondré el aire acondicionado más alto! Desde luego debe de ser un alarmismo exagerado y debe haber intereses detrás… Sin embargo, la realidad es muy distinta: dos grados más en promedio pueden llegar a ser 15 grados más en el Ártico: fusión total del hielo, emisión de metano y alteración de la corriente termohalina… el cambio climático desbocado habría comenzado. ¿Ha comenzado ya? Veámoslo.

Arctic oil (Science, 2009)

Contenido estimado de petróleo no descubierto bajo el Océano Ártico. Lo hay, pero no mucho (Science, ref. 107)

Hemos visto de qué elementos se compone el sistema climático de la Tierra y de qué forma resulta perturbado por un aumento de la concentración atmosférica de CO2 en exceso, resultando en una respuestadel sistema en forma de incremento medio de la temperatura terrestre. Hoy vamos a ver de qué forma se distribuyegeográficamente este aumento de temperatura. Para comprender la alarma científica es fundamental tener en cuenta que este incremento no se produce de forma homogénea. Es fuertemente heterogénea. Por ejemplo, con respecto a las precipitaciones, se intensifican los extremos, de modo que habrá zonas donde aumentarán sensiblemente (y serán más torrenciales) y otras donde se producirán sequías de tal magnitud que resulta muy dudoso que puedan ser mitigadas mediante tecnología. Pero la heterogeneidad que aquí más nos importa, la que es clave para la comprensión adecuada del peligro climático, es la que se produce debido a la denominada ‘amplificación polar’ (64). Según este fenómeno, la temperatura de la superficie de la Tierra aumenta mucho más en los polos que en las latitudes medias. Veremos más adelante por qué se produce este fenómeno.

WWF Àrtic 2005

Un iceberg caído por la pendiente desde el margen de la masa de hielo de Groenlandia (Imagen: WWF)

Este y no otro es el motivo por el cual no sólo el volumen de hielo del Ártico se está reduciendo aceleradamente. También Groenlandia está perdiendo hielo a manos llenas: sóloun billón y medio de toneladas entre 2000 y 2008 (76). En 2007 perdió un 60% más que la pérdida máxima conocida, que había ocurrido en 1998 (77). Entre 2002 y 2003 la pérdida fue de 137.000 millones de toneladas, y entre 2007 y 2009 fue de 286.000 millones de toneladas cada año. Esto supone una aceleración (evolución exponencial) a un ritmo de unos 30.000 millones de toneladas adicionales a cada año que pasa (78). La Antártida, por su parte, observa una evolución similar, pero algo menor: perdió 246.000 millones de toneladas cada año entre 2006 y 2009 lo que supone, con respecto a 2002, una aceleración de 26.000 millones de toneladas anuales (79). Se habla de no superar un incremento medio de +2 ºC, con una ligereza tal que nadie sabe cómo demonios se consigue esto. [Entretanto, un estudio reciente de la revista Energy Policy ya advierte de que habría que cambiar la sociedad de arriba abajo, y lo demuestra mediante meras consideraciones termodinámicas: no se pierda el artículo de la referencia (80)].  En todo caso ¿qué significaría para el Ártico un aumento de +2 ºC en el promedio de todo el planeta? Para ello debemos primero cuantificar esta amplificación polar, saber cuál es el factor de amplificación. Para andar seguros, lo calcularemos a partir de lo que se ha medido hasta ahora. Podemos empezar con los datos más precisos jamás realizados sobre el incremento reciente de la temperatura de la Tierra. El más reciente trabajo de la NASA, todavía no publicado en Review of Geophysics pero disponible en su web para revisión pública, concluye así:

“El calentamiento global a escala de décadas prosigue sin descanso … Concluimos que no se ha producido reducción alguna de la tendencia de 0,15-0,20 ºC/década de  calentamiento que comenzó a finales de los años 1970” (81)

Este es el incremento en el conjunto de la Tierra. Para el Ártico podemos acudir también a la NASA, en un trabajo publicado en 2006 en la revista académica Weather, donde detalla la temperatura del Ártico medida por satélite:

Los datos a partir de mediciones infrarrojas por satélite revelan que, desde 1981, la región Ártica se ha estado calentando a razón de 0,72 ± 0,10 ºC/década en el interior del círculo Ártico, y de 0,61 ± 0,08 ºC en la región >60ºN … La cobertura perpetua de hielo ha sido anormalmente baja durante los últimos cuatro años, y en siete de los últimos ocho años.” (82)

De modo que esto nos ofrece un factor de multiplicación de entre (0,72 + 0,10)/0,15 = 5,5 y (0,72-0,1)/0,2 = 3,1, que coincide con las predicciones de los modelos matemáticos. Éstos, además, señalan que, cuanto mayor sea la temperatura, mayor es a su vez la amplificación. De modo que si en lugar del incremento de 0,8 ºC sobre el que se han realizado estos cálculos, la temperatura hubiera aumentado ya en los + 2 ºC famosos, tranquilamente la temperatura en el ártico podría estar entre 10 y 15 ºC por encima de la de referencia. El IPCC, en su irritante moderación (véanse más adelante algunas de sus causas, y también aquí), nos dice que sería de unos 7,5 ºC, según vemos en la figura.

Geographical pattern of surface warming (IPCC)

Patrón geográfico dela anomalía térmica prevista para la última década del siglo XXI con respecto a la última del siglo XX en la superficie (escenario A1B del IPCC)

Ello hace que la temperatura en el círculo polar Ártico llegue a superar los -1,8 ºC durante mucho más tiempo que hasta ahora, siendo ésta la temperatura correspondiente (en promedio) el punto de congelación del agua del mar. Así, las masas de hielo marino se funden más deprisa y durante más tiempo, el aumento acumulado de calor en el océano reduce la formación de hielo y la acumulación de nieve durante la temporada otoño- invierno, y la siguiente congelación tiende a no alcanzar los niveles anteriores. Este es el mecanismo por el que se anuncia una fusión completa del Ártico en verano dentro del siglo XXI. Pero ¿para cuándo exactamente?

¿Por qué se produce la amplificación polar?

Nos referiremos aquí al forzamiento del sistema climático en curso por parte de los gases de efecto invernadero, pero conviene saber que el efecto de amplificación polar es una característica intrínseca del sistema climático de la Tierra, y que se produciría con cualquier perturbación.

Realimentación hielo-albedo

Realimentación hielo-albedo

Son varios los mecanismos que constituyen la amplificación polar. El más directo consiste en la retroalimentación positiva que se establece con el deshielo (83). Sabemos que una superficie oscura absorbe más calor que una superficie clara. Así, la superficie de hielo, que, en su blancura, reflejaba los rayos del sol, en su retroceso deja ahora al descubierto la superficie del mar, más oscura. Este agua, antes muy fría, se calienta, lo que provoca un mayor fusión del hielo remanente que lo rodea. Es lo que se conoce por retroalimentación (positiva)hielo-albedo. Recordemos que el albedo es la reflectividad de una superficie a la radiación solar, y se expresa en %. Superficie totalmente blanca: 0%. Totalmente negra: 100%. Y que el calor de sol que se queda en la superficie viene dado solamente por la parte de radiación no reflejada. Este efecto fue predicho ya en el secreto Informe Jason de 1979, que comentamos hace algunos meses (84), y que se basó en las conclusiones que Syukuro Manabe publicó en 1980 (85). Así que, además del forzamiento debido al incremento de la concentración de los gases de efecto invernadero, tenemos un efecto de retroalimentación, que promueve la amplificación del calentamiento. Sin embargo, un trabajo publicado en Climate Dynamics concluyó que, respecto al caso de que el efecto de retroalimentación hielo-albedo no existiera, la amplificación no superaría el 15%, de modo que este efecto por si solo no lo explicaría todo (86). Debe pues haber más contribuciones. Otro efecto amplificador es que, al ser mayor el aumento de temperatura por el efecto hielo-albedo, también es mayor la cantidad de vapor de agua en la atmósfera que, como sabemos, es también un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento. Tenemos un tercer mecanismo adicional que se materializa por la existencia de un aumento de la nubosidad baja debido a esa mayor humedad: estas nubes, a diferencia de las nubes altas, ejercen un efecto de pantalla a la radiación saliente, luego contribuyen también, aunque en muy poca medida (87).

43 authors

Un artículo de investigación liderado por la NASA pero firmado por ¡43 autores!

Otro efecto más influyente consiste en la deposición de hollín,  producto también de la quema de los combustibles fósiles (y de las erupciones volcánicas) sobre la superficie blanca. Aunque poco perceptible a simple vista, al caer a la superficie provoca un cierto oscurecimiento del blanco blancorum del hielo, con lo que la absorción de los rayos solares es así algo mayor. Otro efecto: la generación de ozono por reacción química del metano emitido por el permafrost y el fondo marino tiene una influencia nada despreciable, según un estudio publicado en 2007 en la revista Atmospheric Chemistry in Physics, liderado por la NASA y firmado por 43 autores (!) (88). Es el artículo científico que he encontrado con unmayor número de contribuidores. El estudio de Climate Dynamics no estaba basado en mediciones directas, sino en un cálculo a albedo constante, es decir, en el que se forzaba a que el albedo no variara con la retirada del hielo. Sería posible que ese valor del 15% estuviera subestimado, pues un trabajo publicado casi simultáneamente en Proceedings of the National Academy, ahora si a partir de satélites, señalaba inequívocamente que el efecto predominante que explica la amplificación polar está en la superficie (87), si bien el término superficie podría referirse al efecto hielo-albedo o a otros. Por ejemplo, parece tener también una importante influencia el aumento del vapor de agua que, si ya por si mismo contribuye a la amplificación, provoca a su vez cambios en el albedo de la costa al favorecer el crecimiento de la vegetación (89). El trabajo insiste  además en la importancia de la estabilidad atmosférica en aquella zona del planeta. Así, al ser muy reducido el movimiento de las masas de aire (convección), tiende a acumularse más calor.

¿En qué punto estamos?

Sabemos por la entrada anterior de esta serie del grave peligro que supone que el Ártico quede libre de hielo. Ello haría aumentar rápidamente la temperatura del océano, y con ella la de las costas de Canadá y Siberia. Esto, a su vez, provocaría una considerable aceleración de la emisión del metano del permafrost (58) o de los hidratos de metano del fondo de las riberas (59). Otro posible efecto sería la reducción de la velocidad, o incluso detención, de la corriente termohalina del Atlántico, lo que produciría también cambios muy significativos en la distribución de las condiciones climáticas locales en todo el mundo (90). De hecho, el alemán Stefan Rahmsdorf demostró a finales de 2009 que todos los estudios realizados hasta ahora sobre la circulación termohalina (recuerde: es el tema de la película ‘El día de mañana’) sobreestiman su estabilidad (91). Tiene por tanto el máximo interés conocer cuál es el estado del hielo en el Ártico y seguir su evolución, lo que veremos mediante tres gráficos.

Recent Warming Reverses Long-Term Arctic Cooling

El reciente calentamie to invierte la tendencia de enfriamiento a largo plazo de los últimos 2000 años (Kaufman et al, 2009)

El primero nos muestra la evolución de la anomalía térmica en el Océano Ártico en los últimos 2.000 años. Sabemos que estamos en un período interglacial, y que ahora tocaría ir hacia una nueva era glacial. Bueno, pues ya no. En el gráfico puede verse cómo la temperatura del Ártico de los últimos 2.000 años, efectivamente, iba disminuyendo, aunque muy levemente. Hasta que, cerca de la mitad del siglo XIX, esta tendencia se invirtió bruscamente. Lo hizo a pesar de que, ahora, la Tierra se encuentra un millón de kilómetros más lejos del sol que hace 2.000 años. Es más: la última década (1999-2008) ha sido, en el Ártico, la más cálida de las últimas 200 décadas (94).

Arctic - Copenhaguen Diagnosis

Desviación de la evolución medida del mínimo anual de superficie del hielo ártico, con respecto a las previsiones del IPCC (Copenhaguen Diagnosis, 2009)

El siguiente gráfico nos muestra la evolución del mínimo anual de  la superficie de hielo en el Ártico de las últimas décadas, a partir de una actualización realizada de cara a la pasada reunión política de Copenhague por 26 de los principales climatólogos del mundo. La línea negra significa la mejor estimación del IPCC de la predicción de la evolución de la superficie de hielo en el ártico. El área azul representa el margen de incertidumbre. La línea roja es la dura realidad medida (95). Creo que sobran los comentarios.

Anomalía de volumen en el Ártico a 25 de mayo de 2010

Anomalía de volumen en el Ártico a 25 de mayo de 2010

¿Y si disminuyera la superficie de hielo pero estuviera aumentando el grosor? No sólo importa la superficie helada, pues parece que lo realmente importante debe ser el volumen total de hielo. El volumen es importante, aunque con un matiz que veremos más adelante. En todo caso ahí tenemos un gráfico de la evolución del volumen de hielo, obtenido del Polar Ice Center, que lo monitoriza continuamente. La tendencia general se muestra por la línea azul, y puede observarse la aceleración de la pérdida de hielo de los últimos años (96).

¿Cuándo es previsible que el Ártico llegue a descongelarse por completo?

Para responder a esta pregunta existe la tentación de extrapolar los gráficos mostrados y poder decir, con bastante aproximación, un estrecho margen de años en los que se producirá el fenómeno de un Ártico libre de hielo. Podríamos, por ejemplo, tomar los datos presentados en 1999 por D.A. Rothrock en Geophysical Research Letters. Reconstruyendo mediciones efectuadas por submarinos militares en dos períodos, el primero entre 1958 y 1976 y el segundo entre 1993 y 1997, Rothrock declara haber encontrado “dos climas distintos” (97). El grosor medio ha disminuido, en cuatro décadas, de 3 a 2 metros, lo que supuso una pérdida de volumen de hielo del 40%. Además, de 1993 a 1997, el grosor del hielo se estuvo reduciendo a razón de 0,1 m/década (98). Dado que el grosor medio estaba en 2  metros a finales del siglo pasado, y que ya ha transcurrido una década desde entonces, todo apuntaría a alrededor del año 2020. Esta fecha cercana podría ser inferior sin tenemos en cuenta que la temperatura es ahora unos 0,2 ºC mayor que entonces y que la concentración de gases de efecto invernadero es también mayor, lo que hará aumentar la temperatura y haría que la curva de disminución de la superficie de hielo dejara de ser (aproximadamente)

Superfície Maig 2010 - NSDC

Evolución de la superficie de hielo ártico hasta mayo de 2010. El año 2007 se muestra por haber sido un año récord de superficie mínima (Fuente: National Snow and Ice Data Center, EE.UU)

lineal, para decaer exponencialmente, según está ocurriendo si atendemos a la disminución del volumen. Esto estaría, además, en consonancia con los datos más recientes, que hacer prever no sólo un récord de temperatura (el anterior fue en 2005) sino también un nuevo mínimo en la superficie helada el Ártico en el año en curso (99). La curva de la figura, obtenida hoy del National Snow and Data Center, parece, efectivamente, marcar esta tendencia, e incluso sugerir que la fecha del temido cambio estaría alrededor de 2020, o por lo menos dentro de esa década, tan próxima. Sin embargo, las cosas son más complicadas. ¿Es el Ártico un ‘tipping element’, tal como lo definimos en esta entrada? Según se mire. Veamos. D.A. Rothrock se sorprendió en Climate Dynamics al comprobar que la reducción del grosor del hielo se produce con mayor intensidad en la zona central, justo donde el hielo es más grueso y en cambio, contra lo que parecería intuitivo, allí donde el grosor es menor, también disminuye, pero no tanto. Para comprenderlo debemos acudir a la termodinámica, y examinar dos recientes papers, ambos de Proceedings of the National Academy of Sciences. Uno es de la Universidad de Harvard y el otro del Instituto de Meteorología Max Plank, de Alemania. Resulta que puede demostrarse matemáticamente, a partir de las leyes de la termodinámica, que no existe ‘tipping point’, o sea, umbral de estabilidad, entre el estado actual y aquél en el que el Ártico se queda sin hielo en verano. No lo hay porque, de hecho, son variaciones sobre el mismo estado. Es decir que, no por el hecho de que en verano desaparezca el hielo, la temperatura aumentará tanto que imposibilitará que pueda volver a formarse a mitad de otoño. Dicho de otro modo, una dinámica del Ártico tal como la descrita es estable. Esto es debido a que se forma más hielo en las zonas con poco grosor de hielo que en las zonas más gruesas (100). De modo que si, llegados a esta situación, la temperatura media se mantuviera dentro de ciertos márgenes por encima o por debajo del valor que la ha llevado hasta la fusión total en verano, el sistema ártico oscilaría entre hielo – no hielo, indefinidamente, e incluso podría recuperar el hielo perpetuo si la temperatura disminuyera algo, pues el sistema no saldría del mismo estado. Podemos conjeturar con que, simplificando, las emisiones de metano aumentarían durante el tiempo en que no hubiera hielo, al calentarse rápidamente el mar. Pero como no lo haría en suficiente medida como para impedir que volviera a helarse otra vez, la temperatura en el permafrost volvería a disminuir y, con ella, la cantidad de metano liberada.

Permafrost

Permafrost fundiéndose (emitiendo metano)

Pero todo lo que es estable puede dejar de serlo si es sometido a una perturbación suficiente. El metano liberado del permafrost o de las riberas, emitido estaría. Los humanos no habremos dejado de emitir gases perturbadores diversos aún cuando hayamos reducido algunas emisiones en alguna medida. Encima, como sabemos, el planeta tiene que calentarse todavía debido a emisiones pasadas, que no se han traducido aún en incrementos de temperatura en la superficie. De modo que es lícito pensar que este estado de equilibrio del Ártico puede alterarse. ¿Cómo? Bueno, pues ahora si que existe un umbral de estabilidad del sistema Ártico, un ‘tipping point’, en forma de incremento de la temperatura, que lo cambia de estado. Desde el estado en que sólo deja de haber hielo en verano hasta que el sistema ya no puede recuperarse y tampoco forma hielo en invierno, si que se atraviesa un ‘tipping point’, es decir, la transición es brusca (bueno, relativamente) y muy difícilmente reversible: aunque la temperatura volviera a disminuir, mucho tendría que hacerlo (si acaso) para volver a generar hielo en algún momento del año (101, 102). Ese si sería, con toda certeza, el momento en que se haría evidente que el planeta entero está en proceso de cambio de estado. Como sabemos, lo más parecido a lo que se avecinaría sería el estado en que se encontraba la Tierra hace 55 millones de años, durante el denominado Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (67). Pero bueno, vamos a ver ¿cuándo diablos quedará libre de hielo el Ártico? Yo no me atrevo a dar una fecha, por supuesto. Puedo decir lo que otros creen. Joseph Romm, uno de los mejores blogueros del clima de los Estados Unidos, respetado por el premio Noble Paul Krugman, que calificó en el New York Times a su web Climate Progress de ‘indispensable’ (103), apostó mil dólares a que el hecho se produciría en 2020, un poco por jugar, porque afirma que “es muy seguro decir que será antes de 2030”. Yo no estoy tan seguro. He encontrado dos trabajos recientes donde se muestra convincentemente la baja predictibilidad de este suceso. Dijeron cuatro autores, en 2008, liderados por Marika M. Holland del National Center for Atmospheric Research.

Nuestros resultados sugieren que los eventos de pérdida rápida de hielo [en el Ártico] son el resultado del cambio antropogénico reforzado por una variabilidad intrínseca creciente. La variabilidad natural de la extensión veraniega de hielo aumenta en el siglo XXI debido al adelgazamiento de la capa de hielo … El importante papel de la variabilidad natural en una pérdida de hielo simulada es tal que revela la existencia de una baja capacidad predictiva de estos eventos basada en el conocimiento de las condiciones previas del hielo. Esta afirmación está respaldada por los resultados obtenidos en simulaciones de la sensibilidad, que fueron inicializados varios años antes de producirse el evento, y que exhibieron muy baja capacidad predictiva. (104)

Dirk Notz, del Max Plank Institute for Meteorology de Hambrugo señaló a finales del año pasado en Proceedings of the National Academies que:

Dado el reciente adelgazamiento de la capa de hielo (refs) debemos esperar amplios cambios interanuales de la superficie helada tanto negativos como positivos. (105)

Sea como fuere, acabará fundiéndose. Y si esperamos a superar el auténtico tipping point (atención: no avisa por adelantado) ya no tendrá remedio alguno. Suponiendo que ahora lo tenga y esta dinámica infernal no se haya iniciado todavía. Pues aunque muchos lo intuyan en silencio y otros lo declaren en voz baja (106) , hoy por hoy, no es posible asegurarlo con certidumbre suficiente. No será porque no sea importante.

Siempre subestimando la realidad

El último apunte que había anunciado más arriba. Vimos en esta entrada que determinadas hipótesis optimistas incluidas en las ecuaciones provocan que las predicciones de temperatura se queden cortas. Pero hay más motivos. Resulta que, de los análisis que el IPCC tomó en consideración, ninguno incorpora el efecto de retroalimentación positiva que supone la emisión adicional de metano y CO2 por el permafrost ni la de los hidratos de metano por las riberas como consecuencia del aumento de la temperatura en el Ártico como resultado 1) de la amplificación polar y 2) del deshielo consiguiente. Es entendible que pueda haberse subestimado la estabilidad de la corriente termohalina. Al fin y al cabo este análisis concreto es muy complejo, y más lo es todavía la realización las medidas necesarias, en particular de las que aportarían información del pasado. Pero a usted, probablemente, le parecerá increíble que, en asunto tan crucial como el que nos ocupa, los análisis de los informes del Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) no tengan para nada en consideración componentes de retroalimentación positiva tan importantes. Querido lector, a mí también me lo parece, y es una de tantas sorpresas que he tenido en mi viaje por el mundo del cambio climático. No tardaremos en esbozar las razones de estas ausencias, que constituyen motivos, nuevos motivos, para otorgar a las predicciones del IPCC no ya el carácter de excesivamente moderadas (92, 93), sino incluso de tendenciosas. A pesar de sus ya alarmantes predicciones. Creo que no insistí lo suficiente en estas cuestiones en la entrada anterior. ¿Intuye ahora usted por qué, a medida que avanza el conocimiento científico, las predicciones son, siempre, sistemáticamente, a peor? ¿Se da cuenta de por qué, las pocas veces que los medios hablan de mediciones in situ del cambio climático, dicen siempre que “se han superado las peores previsiones de los científicos”? ¿Se da usted cuenta de que estamos en la cuerda floja sin saberlo? Pero ¿cómo es esto posible?

Fuente: https://ustednoselocree.com/2010/06/07/entender-gravedad-amplificacion-polar-2/

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