书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Español 版。

Ciencias de la Tierra y del espacio de bachillerato · 10–12 年级

28El cambio climático: observaciones, causas y proyecciones

En lo alto de la ladera norte del Mauna Loa, un volcán en medio del océano Pacífico, un grupo de edificios blancos se alza sobre la lava desnuda, a $3397\,\mathrm{m}$ sobre el nivel del mar. Allí arriba, por encima de la capa de aire contaminada por la isla de abajo y a miles de kilómetros de cualquier gran ciudad, el aire es casi tan limpio y está casi tan bien mezclado como la atmósfera de todo el planeta. Desde marzo de 1958, su dióxido de carbono se mide casi sin interrupción. El registro empezó como el proyecto de un químico; se ha convertido en la curva más famosa de las ciencias de la Tierra. Este capítulo lee esa curva y los demás registros del clima, explica cómo un cambio en el aire modifica el balance energético del planeta y cómo deciden los científicos qué causó el calentamiento que observan, y presenta lo que proyectan para las próximas décadas.

El observatorio de Mauna Loa, Hawái, sobre antiguas coladas de lava en lo alto de la ladera norte del volcán. Fotografía: Brian Vasel, NOAA (dominio público).

Lo que ya sabes

La Tierra recibe energía del Sol en forma de luz y pierde en promedio la misma cantidad hacia el espacio en forma de radiación infrarroja; la fracción de la luz solar reflejada es el albedo (el Capítulo 3). Los gases de efecto invernadero —el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano— absorben parte del infrarrojo que emite la superficie y devuelven una parte hacia abajo; este efecto invernadero mantiene la superficie mucho más caliente de lo que estaría sin él (los libros de química; Libro 1, año 9). Los testigos de hielo guardan burbujas de aire antiguo y registran los ciclos glaciales de los últimos 800 000 años (el Capítulo 27).

28.1 Los registros

El contenido de dióxido de carbono del aire en Mauna Loa: medias mensuales (línea) y medias anuales (puntos), en partes por millón (ppm) de aire seco. Datos: NOAA Global Monitoring Laboratory y Scripps Institution of Oceanography.

Proposición 28.1 (El registro del dióxido de carbono)

En Mauna Loa, la concentración media anual de dióxido de carbono pasó de $316.0\,\mathrm{ppm}$ en 1959 a $427.4\,\mathrm{ppm}$ en 2025, y el aumento se acelera: la concentración creció unos $0.9\,\mathrm{ppm}$ al año en los años sesenta y unos $2.6\,\mathrm{ppm}$ al año entre 2015 y 2025. Cada año, la concentración oscila además unos $7\,\mathrm{ppm}$ : es máxima en mayo y mínima en septiembre.

Observación 28.2 (Por qué la curva tiene dientes)

La oscilación anual es la respiración de la vegetación del hemisferio norte, donde está la mayoría de las plantas terrestres. En primavera y verano, las plantas captan más dióxido de carbono por fotosíntesis del que liberan ellas y el suelo; en otoño e invierno ganan la descomposición y la respiración. El aumento de un año a otro es otra historia: es el carbono de los combustibles fósiles y de los bosques talados que se acumula en el aire.

Proposición 28.3 (Más alto que en al menos dos millones de años)

En los últimos 800 000 años, las burbujas de aire del hielo antártico registran concentraciones de dióxido de carbono de entre unos $174\,\mathrm{ppm}$ , en los periodos glaciales más fríos, y $299\,\mathrm{ppm}$ , en los interglaciales más cálidos. El valor actual está más de $100\,\mathrm{ppm}$ por encima del más alto de ellos. Las evaluaciones afirman que la concentración de 2019 era más alta que en ningún otro momento de al menos los últimos dos millones de años (confianza alta).

El dióxido de carbono del hielo antártico a lo largo de 800 000 años: los ciclos glaciales lo hacen variar entre unos 180 y 300\, ppm. El fino pico del extremo derecho es el hielo más joven, que registra el comienzo del aumento actual, hasta el año 2001. Datos: Bereiter y otros (2015), NOAA Paleoclimatology. — El dióxido de carbono del hielo antártico a lo largo de 800 000 años: los ciclos glaciales lo hacen variar entre unos 180 y $300\,\mathrm{ppm}$ . El fino pico del extremo derecho es el hielo más joven, que registra el comienzo del aumento actual, hasta el año 2001. Datos: Bereiter y otros (2015), NOAA Paleoclimatology.

Temperatura media global en superficie, como diferencia respecto a su media de 1951–1980. Datos: NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP v4).

Proposición 28.4 (El calentamiento global observado)

Cada una de las cuatro últimas décadas ha sido más cálida que cualquier década anterior desde 1850. La temperatura global en superficie de 2011–2020 fue $1.09{}^{\circ}\mathrm{C}$ más alta que la de 1850–1900 (muy probablemente entre 0.95 y $1.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ ), con más calentamiento sobre los continentes ( $1.59{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) que sobre el océano ( $0.88{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

Proposición 28.5 (El nivel del mar sube cada vez más deprisa)

El nivel medio global del mar subió unos $0.20\,\mathrm{m}$ entre 1901 y 2018. El ritmo fue de unos $1.3\,\mathrm{mm}$ al año de 1901 a 1971, $1.9\,\mathrm{mm}$ al año de 1971 a 2006 y $3.7\,\mathrm{mm}$ al año de 2006 a 2018 (confianza alta). Los satélites, que miden la altura de la superficie del mar desde 1993, dan una media de $3.2\,\mathrm{mm}$ al año en 1993–2025. El mar sube porque el océano, al calentarse, se dilata y porque los glaciares y los inlandsis le ceden hielo.

Nivel medio global del mar medido desde el espacio, aproximadamente cada diez días (sin la señal estacional), respecto a un cero arbitrario. Los datos de altimetría proceden del NOAA Laboratory for Satellite Altimetry.

Datos de 2025

La concentración media anual de dióxido de carbono en Mauna Loa en 2025 fue de $427.35\,\mathrm{ppm}$ . En el registro de temperatura de la NASA, el año más cálido hasta ahora fue 2024, con $1.28{}^{\circ}\mathrm{C}$ por encima de la media de 1951–1980.

28.2 El forzamiento radiativo

Definición 28.6 (Forzamiento radiativo)

El forzamiento radiativo de un cambio en el sistema climático —más gas de efecto invernadero, más partículas de aerosol, un Sol más brillante— es el cambio que provoca en el flujo neto de energía que entra en el sistema climático en lo alto de la atmósfera, antes de que la temperatura de la superficie haya tenido tiempo de responder. Se mide en vatios por metro cuadrado ( $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) de superficie terrestre. Un forzamiento positivo hace que el planeta gane energía y se caliente; uno negativo hace que pierda energía y se enfríe.

Observación 28.7 (Forzamiento efectivo)

Las evaluaciones usan el forzamiento radiativo efectivo, que tiene en cuenta además los ajustes rápidos de la atmósfera (de sus nubes, por ejemplo) que se producen antes de que la superficie se caliente. Todos los forzamientos de este capítulo son forzamientos efectivos.

Proposición 28.8 (El forzamiento desde 1750)

Las actividades humanas han producido un forzamiento radiativo total de $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ en 2019 respecto a 1750 (muy probablemente entre 1.96 y $3.48\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ). Los gases de efecto invernadero aportan un forzamiento positivo, encabezado por el dióxido de carbono ( $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ); las partículas de aerosol, que reflejan la luz solar y hacen más brillantes las nubes, aportan uno negativo (unos $-1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ en total). El cambio del brillo del Sol en el mismo periodo aporta solo $0.01\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Los principales forzamientos radiativos efectivos de 1750 a 2019, con sus intervalos muy probables (bigotes). Valores: IPCC, Sexto Informe de Evaluación, Grupo de Trabajo I, tabla 7.8.

Proposición 28.9 (Dióxido de carbono: cada duplicación añade el mismo forzamiento)

En buena aproximación, el forzamiento del dióxido de carbono crece con el logaritmo de su concentración: cada duplicación añade el mismo forzamiento, $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ para una duplicación a partir de la concentración de 1750, $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ . El forzamiento de una concentración $C$ es entonces

F = F_{2\times}\,\frac{\ln (C/C_0)}{\ln 2}.

Ejemplo 28.10 (Comprobar la ley con la evaluación)

En 2019 la concentración era de $410\,\mathrm{ppm}$ . La ley da $F = 3.93 \times \ln(410/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.561 \approx 2.20\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , a menos de un 2 % de los $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ que la evaluación da para el dióxido de carbono en 1750–2019.

Proposición 28.11 (Adónde va la energía de más)

Como el forzamiento es positivo, el sistema climático gana energía: unos $0.79\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ de media en 2006–2018, frente a $0.50\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ en 1971–2006 (confianza alta). El océano se llevó el 91 % de esta energía; los continentes, el 5 %; el hielo al fundirse, el 3 %, y la atmósfera, solo el 1 %.

28.3 Retroalimentaciones y sensibilidad climática

Cuando la superficie se calienta, emite más energía hacia el espacio, lo que tiende a devolver el planeta al equilibrio. Pero el calentamiento cambia también otras cosas —el vapor de agua del aire, la nieve y el hielo del suelo, las nubes— y estos cambios modifican a su vez el balance energético.

Definición 28.12 (Retroalimentación climática)

Una retroalimentación climática es un cambio en el sistema climático, provocado por un cambio de temperatura, que modifica el balance energético y, por tanto, el propio cambio de temperatura. Una retroalimentación positiva amplifica el cambio inicial; una retroalimentación negativa lo amortigua.

Ejemplo 28.13 (Tres retroalimentaciones)

Vapor de agua (positiva). Un aire más cálido contiene más vapor de agua, un gas de efecto invernadero, que se suma al calentamiento.
Nieve y hielo (positiva). La nieve y el hielo reflejan la luz solar; cuando se funden, la tierra y el mar, más oscuros, absorben más, y el calentamiento aumenta.
Radiación hacia el espacio (negativa). Una superficie y una atmósfera más cálidas emiten más infrarrojo hacia el espacio. Esta respuesta básica siempre gana al final: por eso el clima se estabiliza en un nuevo equilibrio, más cálido, en lugar de calentarse sin límite.

Dos retroalimentaciones positivas (bucles rojos) amplifican un calentamiento; el infrarrojo de más que emite un planeta más cálido (azul) es una retroalimentación negativa que lo limita.

Proposición 28.14 (El calentamiento en equilibrio)

Una vez que el clima ha alcanzado un nuevo equilibrio, el calentamiento $\Delta T$ causado por un forzamiento constante $F$ es

\Delta T = \frac{F}{\lambda},

donde $\lambda$ , el parámetro de retroalimentación climática, es la energía adicional que el planeta pierde hacia el espacio por cada grado de calentamiento. Las evaluaciones combinan la radiación hacia el espacio ( $3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ) con las retroalimentaciones positivas del vapor de agua y del perfil de temperatura ( $1.30$ ), del albedo de superficie ( $0.35$ ) y de las nubes ( $0.42$ , en la misma unidad) para obtener $\lambda \approx 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ .

Demostración parcial. En el nuevo equilibrio, el sistema climático vuelve a perder hacia el espacio tanta energía como gana, así que la pérdida adicional debida al calentamiento, $\lambda\,\Delta T$ , debe compensar el forzamiento: $\lambda\,\Delta T = F$ . Que la pérdida adicional sea proporcional a $\Delta T$ es una aproximación, buena para calentamientos de unos pocos grados, que aquí se admite. ∎

Definición 28.15 (Sensibilidad climática de equilibrio)

La sensibilidad climática de equilibrio es el calentamiento de la superficie de la Tierra, una vez alcanzado un nuevo equilibrio, tras duplicar la concentración de dióxido de carbono respecto a su nivel de 1750.

Proposición 28.16 (¿Cuán sensible es el clima?)

Combinando todas las líneas de evidencia —la física de las retroalimentaciones, el calentamiento observado, los climas del pasado—, las evaluaciones dan una mejor estimación de $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ para la sensibilidad climática de equilibrio, probablemente entre 2.5 y $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ (confianza alta), y muy probablemente entre 2 y $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

28.4 ¿Quién es el responsable?

Método 28.17 (Leer una afirmación de las evaluaciones)

Las evaluaciones internacionales de la ciencia del clima califican cada resultado con un vocabulario fijo, impreso en cursiva:

una probabilidad, la de un resultado: prácticamente seguro 99–100 %, extremadamente probable 95–100 %, muy probable 90–100 %, probable 66–100 %, tan probable como improbable 33–66 %, improbable 0–33 %, muy improbable 0–10 %;
una confianza, la solidez de la evidencia y el grado de acuerdo que respaldan un resultado: muy baja, baja, media, alta, muy alta.

Un intervalo escrito $[x \text{ a } y]$ es un intervalo muy probable: hay un 90 % de probabilidad de que el valor verdadero esté dentro de él. Para leer una afirmación, identifica la magnitud, su mejor estimación, su intervalo y la probabilidad o la confianza que se le asigna.

Definición 28.18 (Atribución)

La atribución es la evaluación de qué parte de un cambio observado se debe a cada una de sus causas posibles, junto con la probabilidad del resultado.

Proposición 28.19 (La influencia humana)

Es inequívoco que la influencia humana ha calentado la atmósfera, el océano y los continentes. Entre 1850–1900 y 2010–2019, la superficie del globo se calentó unos $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Las actividades humanas causaron un calentamiento de $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (intervalo probable), con una mejor estimación de $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ : los gases de efecto invernadero bien mezclados probablemente calentaron la superficie de 1.0 a $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ , y las demás influencias humanas, sobre todo los aerosoles, probablemente la enfriaron de 0 a $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ . El Sol y los volcanes la cambiaron solo de $-0.1$ a $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , y las fluctuaciones naturales del clima, de $-0.2$ a $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Qué causó el calentamiento observado: intervalos probables de cada contribución, con las mejores estimaciones cuando la evaluación las da (puntos); para el calentamiento observado, su intervalo muy probable. Valores: IPCC, Sexto Informe de Evaluación, Grupo de Trabajo I, Resumen para responsables de políticas, A.1.3.

28.5 Escenarios y proyecciones

Definición 28.20 (Escenario y proyección)

Un escenario de emisiones es una historia coherente de cómo podrían evolucionar en el futuro las emisiones de gases de efecto invernadero y de aerosoles. Una proyección es la respuesta del clima calculada por modelos para un escenario dado. Una proyección no es una predicción: dice lo que ocurriría si el escenario se cumpliera.

Proposición 28.21 (Calentamiento y subida del nivel del mar proyectados)

Las evaluaciones usan cinco escenarios principales, desde emisiones muy bajas (SSP1-1.9) hasta emisiones muy altas (SSP5-8.5). Para 2081–2100, respecto a 1850–1900, proyectan los calentamientos de abajo (mejores estimaciones e intervalos muy probables, en ${}^{\circ}\mathrm{C}$ ) y, hasta 2100, las subidas probables del nivel medio global del mar respecto a 1995–2014. En todos los escenarios, el mar sigue subiendo durante todo el siglo (prácticamente seguro). La última vez que la superficie del globo se mantuvo $2.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ o más por encima de 1850–1900 fue hace más de tres millones de años (confianza media).

escenario	emisiones	calentamiento 2081–2100 ( ${}^{\circ}\mathrm{C}$ )	subida del mar hasta 2100 (m)
SSP1-1.9	muy bajas	1.4 (1.0 a 1.8)	0.28 a 0.55
SSP1-2.6	bajas	1.8 (1.3 a 2.4)	0.32 a 0.62
SSP2-4.5	intermedias	2.7 (2.1 a 3.5)	0.44 a 0.76
SSP3-7.0	altas	3.6 (2.8 a 4.6)	—
SSP5-8.5	muy altas	4.4 (3.3 a 5.7)	0.63 a 1.01

Calentamiento proyectado a finales de siglo para los cinco escenarios: intervalo muy probable (barra) y mejor estimación (línea negra). Valores: IPCC, Sexto Informe de Evaluación, Grupo de Trabajo I, tabla SPM.1.

Observación 28.22 (Lo que este capítulo no dice)

Qué escenario seguirá el mundo depende de las emisiones futuras, es decir, de decisiones que no son cuestiones de física. La ciencia física dice cómo responde el clima a cada uno; la elección entre ellos corresponde a las sociedades, y sus costes y beneficios los estudian otras ciencias.

Historia — Una curva que empezó como el proyecto de un químico

En marzo de 1958, el químico Charles David Keeling, de la Scripps Institution of Oceanography, empezó a medir el dióxido de carbono del aire en Mauna Loa con un instrumento lo bastante preciso para ver cambios de una fracción de parte por millón. En pocos años, su registro mostraba a la vez la respiración anual de la vegetación y un aumento continuo. Las medidas, continuadas desde entonces por Scripps y por la agencia estadounidense de la atmósfera y el océano, son el registro directo más largo de la composición de la atmósfera.

Charles David Keeling (a la izquierda) y John Chin en el observatorio de Mauna Loa en 1997, junto a la placa que da a un edificio el nombre de Keeling. Fotografía: John Miller, NOAA (dominio público).

28.6 Ejercicios

Ejercicio 28.1 ★

¿Qué es el forzamiento radiativo de un cambio en el sistema climático? ¿En qué unidad se mide, y qué significa su signo?

Solución

Solución de Ejercicio 28.1.

El cambio que provoca en el flujo neto de energía que entra en el sistema climático en lo alto de la atmósfera, antes de que responda la temperatura de la superficie; se mide en $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Positivo: el planeta gana energía y se calienta; negativo: pierde energía y se enfría.

Ejercicio 28.2 ★

¿En qué mes del año es máxima la concentración de dióxido de carbono en Mauna Loa, y en cuál es mínima? Explica la oscilación anual.

Solución

Solución de Ejercicio 28.2.

Máxima en mayo, mínima en septiembre. En primavera y verano, la vegetación del hemisferio norte, donde crece la mayoría de las plantas terrestres, capta más dióxido de carbono por fotosíntesis del que liberan las plantas y los suelos; en otoño e invierno dominan la descomposición y la respiración, y la concentración vuelve a subir.

Ejercicio 28.3 ★

En el vocabulario de las evaluaciones, ¿qué probabilidad significa muy probable? ¿Y probable? ¿Qué significa un intervalo escrito $[0.95 \text{ a } 1.20]$ ?

Solución

Solución de Ejercicio 28.3.

Muy probable: una probabilidad del 90 al 100 %; probable: del 66 al 100 %. $[0.95 \text{ a } 1.20]$ es un intervalo muy probable: hay un 90 % de probabilidad de que el valor verdadero esté entre 0.95 y 1.20.

Ejercicio 28.4 ★

De la energía adicional que el sistema climático ha ganado en las últimas décadas, ¿qué proporción fue al océano? ¿Por qué explica esto que el nivel del mar suba incluso sin que se funda hielo?

Solución

Solución de Ejercicio 28.4.

El 91 %. El agua se dilata al calentarse: un océano más cálido ocupa más volumen, así que su superficie sube aunque no se le añada agua (la fusión del hielo continental añade agua además de esto).

Ejercicio 28.5 ★

Da dos retroalimentaciones climáticas positivas y la respuesta negativa que limita el calentamiento. Explica cada una en una frase.

Solución

Solución de Ejercicio 28.5.

Vapor de agua: un aire más cálido contiene más vapor de agua, un gas de efecto invernadero, que se suma al calentamiento. Nieve y hielo: al fundirse dejan al descubierto superficies más oscuras, que absorben más luz solar. La respuesta negativa: un planeta más cálido emite más infrarrojo hacia el espacio, lo que lo devuelve al equilibrio.

Ejercicio 28.6 ★★

La concentración media anual de dióxido de carbono en Mauna Loa fue de $315.98\,\mathrm{ppm}$ en 1959 y de $427.35\,\mathrm{ppm}$ en 2025. ¿Cuántos ppm aumentó, y en qué porcentaje? ¿Cuál fue el crecimiento medio por año en todo el periodo?

Solución

Solución de Ejercicio 28.6.

$427.35 - 315.98 = 111.37\,\mathrm{ppm}$ ; $111.37/315.98 \approx 0.352$ , un aumento de alrededor del 35 %. En 66 años: $111.37/66 \approx 1.7\,\mathrm{ppm}$ al año de media.

Ejercicio 28.7 ★★

Usa la ley logarítmica del capítulo, con $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ y $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ , para calcular el forzamiento del dióxido de carbono a $427.35\,\mathrm{ppm}$ , la media anual de 2025.

Solución

Solución de Ejercicio 28.7.

$F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.4300/0.6931 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Ejercicio 28.8 ★★

A $3.7\,\mathrm{mm}$ al año, el ritmo de 2006–2018, ¿cuánto subiría el nivel del mar en 30 años? ¿Cuántas veces más rápido es este ritmo que el de 1901–1971, $1.3\,\mathrm{mm}$ al año?

Solución

Solución de Ejercicio 28.8.

$3.7 \times 30 = 111\,\mathrm{mm}$ , unos $11\,\mathrm{cm}$ . $3.7/1.3 \approx 2.8$ : casi tres veces más rápido.

Ejercicio 28.9 ★★

Con $\Delta T = F/\lambda$ y $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ , calcula el calentamiento de equilibrio que produciría el forzamiento humano total de 2019, $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . El calentamiento observado de origen humano es de solo unos $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Da la razón principal de la diferencia.

Solución

Solución de Ejercicio 28.9.

$\Delta T = 2.72/1.16 \approx 2.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ . El clima no está en equilibrio: el océano, que absorbe alrededor del 90 % de la energía adicional, se calienta despacio, así que la superficie aún no se ha puesto a la altura del forzamiento (el sistema todavía gana unos $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ).

Ejercicio 28.10 ★★

El Sol y los volcanes cambiaron la temperatura global entre 1850–1900 y 2010–2019 de $-0.1$ a $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , mientras que el calentamiento observado fue de unos $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ . ¿Qué puedes concluir? ¿Qué otra causa natural hay que descartar también, y qué dice de ella la evaluación?

Solución

Solución de Ejercicio 28.10.

El Sol y los volcanes explican como mucho $0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ de un calentamiento de $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ : no pueden ser su causa. La otra causa natural es la variabilidad interna del clima (sus fluctuaciones naturales, como los intercambios de calor entre el océano y la atmósfera); la evaluación sitúa su contribución entre $-0.2$ y $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ , también demasiado pequeña.

Ejercicio 28.11 ★★

Con la tabla de proyecciones, ¿en qué escenarios es muy probable que el calentamiento de 2081–2100 se quede por debajo de $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? ¿En cuáles es muy probable que supere $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solución

Solución de Ejercicio 28.11.

Muy probablemente por debajo de $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ : solo SSP1-1.9 (intervalo muy probable de 1.0 a 1.8). Muy probablemente por encima: SSP2-4.5 (2.1 a 3.5), SSP3-7.0 (2.8 a 4.6) y SSP5-8.5 (3.3 a 5.7). Para SSP1-2.6 (1.3 a 2.4), ninguna de las dos cosas es muy probable.

Ejercicio 28.12 ★★★

Los aerosoles produjeron un forzamiento de unos $-0.22$ y $-0.84\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ (a través de la luz solar y a través de las nubes). Si se eliminaran todos los aerosoles del aire y todo lo demás siguiera como en 2019, ¿cuánto valdría el forzamiento humano total? ¿Cuánto aumentaría el calentamiento de equilibrio, con $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ?

Solución

Solución de Ejercicio 28.12.

El forzamiento de los aerosoles es $-0.22 - 0.84 = -1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; sin él, el total pasa a ser $2.72 + 1.06 = 3.78\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . El calentamiento de equilibrio aumenta en $1.06/1.16 \approx 0.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Ejercicio 28.13 ★★★

Demuestra, a partir de la ley logarítmica, que pasar de $278\,\mathrm{ppm}$ a $556\,\mathrm{ppm}$ y pasar de $556\,\mathrm{ppm}$ a $1112\,\mathrm{ppm}$ añaden el mismo forzamiento. ¿Cuál es el forzamiento total a $1112\,\mathrm{ppm}$ ?

Solución

Solución de Ejercicio 28.13.

Como $\ln(2C) - \ln C = \ln 2$ sea cual sea $C$ ,

F(556) - F(278) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}, \qquad F(1112) - F(556) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}:

el mismo forzamiento para cada duplicación. Total a $1112\,\mathrm{ppm}$ : $2 \times 3.93 = 7.86\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Ejercicio 28.14 ★★★

Deriva la ley logarítmica respecto a $C$ . ¿Cuánto forzamiento añade un ppm más de dióxido de carbono a $280\,\mathrm{ppm}$ , y cuánto a $420\,\mathrm{ppm}$ ? Comenta.

Solución

Solución de Ejercicio 28.14.

$\dfrac{\dd F}{\dd C} = \dfrac{F_{2\times}}{C \ln 2}$ . A $280\,\mathrm{ppm}$ : $3.93/(280 \times 0.6931) \approx 0.0202\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ por ppm; a $420\,\mathrm{ppm}$ : $\approx 0.0135\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ por ppm. Cada ppm adicional añade menos forzamiento a medida que crece la concentración (1.5 veces menos a 420 que a 280), pero la concentración sigue subiendo, así que el forzamiento sigue creciendo.

Ejercicio 28.15 ★★★

Sin ninguna retroalimentación salvo la radiación adicional hacia el espacio, $\lambda_0 = 3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Calcula el calentamiento para una duplicación del dióxido de carbono ( $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) con $\lambda_0$ , y luego con $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . ¿Por qué factor amplifican el calentamiento las retroalimentaciones?

Solución

Solución de Ejercicio 28.15.

$3.93/3.22 \approx 1.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ sin retroalimentaciones; $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ con ellas. Factor de amplificación: $3.22/1.16 \approx 2.8$ .

28.7 Problema: la curva de Keeling en cifras

Problema 28.1

Problema de fin de semana — de la respiración anual de la vegetación al año en que se alcanzaría una duplicación

Una estudiante descarga el registro de Mauna Loa y lo trabaja con una hoja de cálculo. En 2015–2024, la concentración mensual está en promedio $3.37\,\mathrm{ppm}$ por encima de la tendencia suavizada en mayo y $3.51\,\mathrm{ppm}$ por debajo en septiembre. Las medias anuales son $316.91\,\mathrm{ppm}$ en 1960, $325.68\,\mathrm{ppm}$ en 1970, $401.01\,\mathrm{ppm}$ en 2015 y $427.35\,\mathrm{ppm}$ en 2025. La concentración de 1750 era de $278\,\mathrm{ppm}$ . Usa la ley logarítmica con $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Parte I — La respiración de la vegetación.

¿Cuál es la amplitud entre el máximo y el mínimo del ciclo anual?
Explica por qué la concentración es máxima en mayo y mínima en septiembre.
El ciclo es mucho más débil en el aire del hemisferio sur. Propón una explicación.
¿Por qué se construyó el observatorio a $3397\,\mathrm{m}$ de altitud, sobre un volcán en medio del Pacífico?

Parte II — La tendencia.

Calcula el crecimiento medio, en ppm al año, en 1960–1970.
Calcúlalo en 2015–2025.
¿Por qué factor ha aumentado el ritmo de crecimiento?
¿En qué porcentaje subió la concentración entre 1750 y 2025?
Los testigos de hielo nunca muestran más de unos $300\,\mathrm{ppm}$ en los últimos 800 000 años. ¿En cuántos ppm supera el valor de 2025 esta cifra?

Parte III — El forzamiento.

Calcula el forzamiento del dióxido de carbono en 2025.
Calcúlalo en 1960, y el aumento del forzamiento entre 1960 y 2025.
¿Qué concentración añadiría $1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ al forzamiento de 2025?
Al ritmo de crecimiento de 2015–2025, ¿cuántos años tardaría en alcanzarse?

Parte IV — La duplicación.

¿Cuál es la concentración de una duplicación del valor de 1750? ¿Qué forzamiento produce?
Con la mejor estimación de la sensibilidad climática de equilibrio, ¿qué calentamiento de equilibrio causaría? Da el intervalo probable.
¿Qué parámetro de retroalimentación $\lambda$ implica una sensibilidad de $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Compáralo con el valor $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ obtenido sumando las retroalimentaciones.
¿Por qué la superficie no alcanzaría este calentamiento el mismo día en que se alcance la duplicación?
¿Por qué un cálculo que simplemente prolonga el ritmo de crecimiento actual es un escenario, y no una proyección del tipo que hacen las evaluaciones?
Si el ritmo de crecimiento de 2015–2025 se mantuviera, ¿en qué año se alcanzaría la duplicación de la concentración de 1750?

Solución

Solución de Problema 28.1.

1. $3.37 + 3.51 = 6.88\,\mathrm{ppm}$ , unos $7\,\mathrm{ppm}$ .

2. De la primavera al final del verano, las plantas del hemisferio norte retiran dióxido de carbono del aire por fotosíntesis más deprisa de lo que la respiración y la descomposición lo devuelven: la concentración baja hasta septiembre. En otoño e invierno el balance se invierte, y la concentración vuelve a subir hasta su máximo de mayo.

3. El hemisferio sur tiene mucha menos tierra emergida, y por tanto mucha menos vegetación, que el norte; la mayor parte de su superficie es océano.

4. A esa altitud está por encima de la capa de aire contaminado cercana al suelo; lejos de los continentes y de las ciudades, el aire que muestrea está bien mezclado y representa a toda la atmósfera, no a una fuente local.

5. $(325.68 - 316.91)/10 \approx 0.88\,\mathrm{ppm}$ al año.

6. $(427.35 - 401.01)/10 \approx 2.63\,\mathrm{ppm}$ al año.

7. $2.634/0.877 \approx 3.0$ : el ritmo de crecimiento se ha triplicado.

8. $(427.35 - 278)/278 \approx 0.537$ : alrededor del 54 %.

9. $427.35 - 300 \approx 127\,\mathrm{ppm}$ .

10. $F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

11. $F(316.91) = 3.93 \times \ln(316.91/278)/\ln 2 \approx 0.74\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; aumento: $2.44 - 0.74 \approx 1.70\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

12. Un $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ más multiplica la concentración por $2^{1/3.93} \approx 1.193$ : $427.35 \times 1.193 \approx 510\,\mathrm{ppm}$ .

13. $(509.8 - 427.35)/2.634 \approx 31$ años.

14. $2 \times 278 = 556\,\mathrm{ppm}$ ; forzamiento: $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

15. Por definición de la sensibilidad, $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (probablemente de 2.5 a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

16. $\lambda = 3.93/3 \approx 1.31\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . La suma de las retroalimentaciones, $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ , da $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ , algo más; la mejor estimación evaluada combina esta física con el calentamiento observado y los climas del pasado, y ambos valores están dentro del intervalo probable.

17. El océano almacena la mayor parte de la energía adicional y se calienta despacio: la superficie solo alcanza su calentamiento de equilibrio al cabo de décadas o siglos.

18. Supone una historia de las emisiones futuras (el crecimiento de los últimos diez años mantenido para siempre): eso es un escenario. Una proyección calcula la respuesta del clima y del ciclo del carbono a un escenario de emisiones con modelos físicos, y da intervalos y probabilidades.

19. $(556 - 427.35)/2.634 \approx 48.8$ años después de 2025: hacia 2074.

本章定义的术语

在术语表中查看全部 957 个术语