Resumen: Describimos abajo los panoramas que definen cómo las emisiones de combustible fósil desestabilizan el clima global y se deben poner fuera de fase rápidamente para restaurar el balance energético terrestre.




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títuloResumen: Describimos abajo los panoramas que definen cómo las emisiones de combustible fósil desestabilizan el clima global y se deben poner fuera de fase rápidamente para restaurar el balance energético terrestre.
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Temperatura del paleoclima

Hansen y Sato (2011) ilustran la temperatura de la Tierra en una amplia escala de tiempo. Figura 2 (a) las demostraciones estimaban el medio global temperature13 Durante el Plioceno y Pleistoceno aproximadamente los 5 millones de años pasados Figura 2 (b) muestra una resolución temporal más alta, de modo que oscilaciones glaciales interglaciales más recientes del clima sean más evidentes.

13Esta estimación de la temperatura madia global se obtiene de los sedimentos del océano en muchas localizaciones en todo el mundo (Zachos y otros, 2001; Hansen y otros, 2008). La composición de las cáscaras de los animales microscópicos de la profundidad del mar- (foraminifera), preservadas en sedimentos del océano, lleva un registro de la temperatura del océano. El cambio de temperatura del océano profundo es cerca de dos tercios tan grande como el cambio de temperatura superficial madia global para el rango de climas de la edad de hielo pasada al actual período interglacial; este factor de proporcionalidad está incluido en el cuadro 2.

Las variaciones del clima resumidas en el cuadro 2 son enormes. Durante la edad de hielo pasada, hace 20.000 años, la temperatura superficial media global estaba sobre 5°C más baja que hoy. Pero los cambios regionales en tierra eran más grandes. La mayor parte de Canadá estaba debajo de una capa de hielo. New York City estaba enterrado debajo de capas de hielo, al igual que Minneapolis y Seattle. En promedio la capa de hielo era más de una milla (1.6 km) gruesa. Aunque estuviera más delgada cerca de su límite meridional, su grueso en la localización de las ciudades antedichas empequeñece los edificios más altos del mundo hoy. Otra capa de hielo cubrió Europa del noroeste.

Estos cambios de clima enormes fueron instigados por perturbaciones de menor importancia de la órbita terrestre alrededor del sol y la inclinación del eje de la tierra relativa al plano orbital. Alterando la distribución estacional y geográfica de la luz del sol, las perturbaciones orbitales causan un pequeño cambio de temperatura. El cambio de temperatura, entonces, conduce dos retro alimentaciones de amplificación de gran alcance: una temperatura más alta derrite el hielo global, exponiendo así superficies más oscuras que absorban más luz del sol; una temperatura más alta también hace que el océano y el suelo liberenl CO2 y otros gases de efecto invernadero. Estas retro alimentaciones de amplificación se han demostrado, cuantitativamente, de ser responsables prácticamente del entero cambio de temperatura glacial-a-interglacial.

En estos cambios de clima naturales lentos las retroalimentaciones de amplificación (área de hielo y cantidad del CO2) actuaban como esclavos de los forzamientos orbitales débiles. Pero hoy el CO2, la temperatura global, y el área de hielo están bajo el comando de la humanidad: El CO2 ha aumentado a niveles no vistos por lo menos en 3 millones de años, la temperatura global se está elevando, el hielo se está derritiendo rápidamente en todas partes del planeta. Otra edad de hielo nunca ocurrirá, a menos que los seres humanos sean extintos. Una sola fábrica del clorofluorocarbono puede producir los gases que fuercen el clima que exceden el forzamiento debido a perturbaciones de la órbita de la tierra.

Durante las oscilaciones del clima resumidas en la figura 2, seguía habiendo un clima de equilibrio cercano a las condiciones límite cambiantes, es decir, con área cambiante de la capa de hielo y CO2 atmosférico cambiante. Estas condiciones de límite natural cambiaron lentamente, durante milenios, porque las principales perturbaciones orbitales de la tierra ocurren a escala de tiempo predominantemente en el rango de 20.000 a 100.000 años.

Los cambios generados por la humanidad en la composición atmosférica están ocurriendo mucho más rápidamente, en escala de tiempo de décadas y de siglos. El registro del paleoclima no nos dice cómo el sistema del clima responderá rápidamente al cambio de alta velocidad de los forzamientos clima generado por la humanidad - nuestra mejor guía serán observaciones de lo qué está comenzando ahora a suceder. Pero el registro del paleoclima proporciona una indicación de las consecuencias de un eventual dado nivel de calentamiento del planeta.

Los períodos interglaciales de Eemian y de Hosteinian, también conocidos como las etapas isótopo marinas 5e y 11, respectivamente cerca de 130.000 y 400.000 años, eran más calientes que el holocenos, solamente la temperatura media global en esos períodos eran probablemente menos de 1°C que el calentamiento de la temperatura holocena máxima (figura 2b). Con todo era bastante caliente para que el nivel del mar alcance niveles medios 4-6 metros más altos que hoy.

Temperatura media global 2°C más arriba que la máxima de la temperatura holocena no ha existido desde por lo menos el plioceno, hace algunos millones de años. El nivel del mar en aquel momento es 15-25 metros más alto que hoy (Dowsett y otros, estimado 1999). Los cambios del clima regional durante estos períodos calientes eran mucho mayores que los cambios medios globales.

Cómo es hoy la temperatura global dado el calentarmiento del último siglo, comparada con la anterior temperatura holocena máxima? El clima holoceno ha sido altamente variable sobre una base regional (Mayewski y otros, 2004). Sin embargo, Hansen y Sato (2011) demuestran de registros en varios lugares alrededor del globo que la temperatura media ha sido notablemente constante durante el holoceno. Estiman que el calentarmeinto entre los 1800s y el período 1951-1980 ( calentamiento de ~0.25°C en el instituto de Goddard para estudio yl análisis del espacio, Hansen y otros, 2010) trajo las temperaturas globales de nuevo a aproximadamente al nivel máximo holoceno.

Si la temperatura media global 1951-1980 se aproxima a la temperatura holocena máxima, ésto implica que la temperatura global en el 2000 (media de cinco años) era ya 0.45°C sobre la temperatura máxima holocena. La incertidumbre en la temperatura holocena máxima es menos de varios décimos de un grado Celsius.



El cuadro 3 (a) estima el desequilibrio planetario de la energía en 1993-2008, y (b) en 2005-2010. Las fuentes de datos son dadas por Hansen y otros (2011).

Sin embargo, la evidencia empírica fuerte que la temperatura global se ha elevado ya sobre la temperatura holocena máxima anterior es proporcionada por la pérdida en curso de las capas de hielo antárticas del oeste y de Groenlandia, que comenzaron hace pocas décadas pasadas. El nivel del mar era relativamente estable en los últimos cinco a seis mil años, indicando que estas eran capas de hielo cerca del equilibrio total. Ahora, sin embargo, Groenlandia y Antartida del oeste están vertiendo el hielo a tasas aceleradas. Ésta es prueba evidente que hoy la temperatura global alcanzada niveles más altos que temperaturas holocenas anteriores.

La conclusión es que el calentamiento del planeta de 1°C referido a la temperatura media 1880-1920 (es decir, 0.75°C sobre la temperatura 1951-1980, o 0.3°C sobre la medio de cinco años de la temperatura corriente en 2000), si es mantenida para largo, está ya cerca o en la zona de peligro. La sugerencia que el calentamiento del planeta de 2°C puede ser un blanco 'a salvo' es extremadamente imprudente basados en la evidencia crítica acumulada durante las últimas tres décadas. El calentamiento del planeta a esta cantidad estaría poniendo la tierra en una trayectoria hacia condiciones como el Plioceno, es decir, un mundo muy diverso marcado por disrupciones masivas y continuas a la sociedad y a los ecosistemas. Sería un mundo en el cual las especies del mundo y los ecosistemas no han tenido ninguna experiencia evolutiva reciente, seguramente con consecuencias y disrupciones de los servicios de ecosistemas que mantienen a las comunidades humanas hoy. No hay argumentos creíbles que tal cambio rápido no tendría circunstancias catastróficas para el bienestar humano.

  1. Desequilibrio de la energía Terrestre

El balance energético Terrestre es la medida final del estado del clima Terrestre. En un período de estabilidad del clima, la tierra irradia la misma cantidad de energía al espacio que absorbe de luz incidente del Sol. Se anticipa hoy que la tierra está fuera de balance debido al aumento del CO2 atmosférico. Los gases de efecto invernadero tales como CO2 reducen la radiación térmica terrestre al espacio, causando así un desequilibrio temporal de la energía, más energía llega que sale. Este desequilibrio hace a la tierra calentarse hasta que se restaure el balance energético. El desequilibrio planetario inmediato de la energía debido a un aumento del CO2 se puede calcular exactamente. No requiere un modelo del clima. La física rigurosa de la radiación se entiende bien. Sin embargo, el desequilibrio planetario actual de la energía es complicado por el hecho de que el CO2 cada vez mayor es solamente uno de los factores que afectan el balance energético terrestre, y la tierra ha respondido ya en parte al forzamiento del clima neto con 0.8°C de calentamiento en el último siglo.

Así la determinación autoritaria del estado del clima del sistema planetario requiere la medición del desequilibrio actual de su energía. Esto es un desafío técnico, porque se espera que la magnitud del desequilibrio sea solamente cerca de 1 W/m2 o menos, así que las medidas deben tener una exactitud que se acerque a 0.1 W/m2. La aproximación más prometedora para alcanzar esta exactitud es medir los cambios en curso del contenido de calor del océano, de la atmósfera, de la tierra, y del hielo en el planeta.

El extenso océano global es el depósito primario para los cambios en el contenido de calor de la Tierra. Debido a la importancia de esta medida, las naciones del mundo pusieron en marcha un programa cooperativo de la flota Argo, que ha distribuido en el océano más de 3000 flotadores en todo el mundo (Roemmich y Gilson, 2009). Cada flotador yoyo en varias ocasiones un paquete de instrumentos a una profundidad de dos kilómetros y comunica para apuntalar los datos al satélite.

El programa Argo no logró la distribución prevista de flotadores hasta finales de 2007, pero la cobertura alcanzó el 90% antes del 2005, permitiendo una buena exactitud a condición de que los errores de medida sistemáticos se mantuviesen suficientemente pequeños. La experiencia anterior demostró que es difícil eliminar todas las transversales de la medida, pero la exposición de las dificultades durante la última década lleva a la expectativa que los datos para el período de seis años 2005-2010 son los más exactos alcanzados hasta ahora. El error estándar estimado para ese período, necesariamente en parte subjetivo, es 0.15 W/m2.14

Contribuciones más pequeñas al desequilibrio planetario de la energía, por cambios en el contenido de calor de la tierra, hielo y atmósfera, también se conocen más exactamente estos últimos años. Una mejora dominante durante la última década ha sido proporcionada por el satélite GRACE que realiza medidas del campo gravitacional Terreste con una precisión que permite conocer el índice de pérdida del hielo en Groenlandia y la Antartida que se monitorean exactamente.

La Figura 3 resume los resultados del análisis del desequilibrio de la energía Terrestre haciendo un promedio durante los períodos 1993-2008 y 2005-2010. En el período 1993-2008 el desequilibrio planetario de la energía se varia en un rango de 0.57 W/m2 a 0.80 W/m2 en diversos análisis, con el valor más bajo basado en el análisis del contenido de calor del océano superior de Levitus y otros (2009) y el valor más alto basado en Lyman y otros (2010). Para el período 2005-2010 el cambio de contenido de calor del océano superior es basado en el análisis de los datos de Argo por von Schuckmann y Le Traon (2011), que resulta en un desequilibrio planetario de la energía de 0.59 ± 0.15 W/m2 (Hansen y otros, 2011).

El desequilibrio de la energía en 2005-2010 es particularmente importante, porque ese período coincide con el nivel más bajo de la irradiación solar, en el período que los satélites puestos comenzaron a medir el brillo del sol desde el final de los 70. Los cambios de la irradiación solar se presumen a menudo ser un forzante natural clima con el potencial para competir con los forzamientos del clima hechos por la humanidad, así que las medidas durante el mínimo solar más fuerte en registro, proporcionan una evaluación concluyente del potencial Solar para reducir el desequilibrio de la energía planetaria.

La conclusión es que la tierra está fuera de balance energético en por lo menos ~0.5 W/m2. Nuestro medida de 0.59 W/m2 para el periodo 2005-2010 sugieren que el desequilibrio medio para el ciclo solar de 11 años puede estar más cerca a 0.75 W/m2.

Este desequilibrio planetario de la energía es substancial, con implicaciones para el futuro cambio del clima. Significa que el calentamiento del planeta continuará en escala de tiempo decadal, pues el calentamiento del planeta 0.8°C hasta ahora, es la respuesta a solamente la mitad del forzamiento neto del clima hecho por la humanidad.

14 Barker y otros (2011) describe un error restante debido a la deriva del sensor en medidas de la presión. Este error es reducido en el análisis de von Schuckmann y de Le Traon excluyendo datos de los flotadores en una lista negra de presión-error y datos de los perfiles que fallan chequeos de la climatología, pero sigue habiendo errores y requiere análisis adicional

El Conocimiento del desequilibrio de la energía Terrestre, permite que especifiquemos exactamente cuánto CO2 debe ser reducido para el restablecimiento del balance energético y estabilizar el clima. El CO2 se debe reducir del nivel actual de 390 PPM a 360 PPM para aumentar radiación térmica Terrestre al espacio por 0.5 W/m2, o a 345 ppm para incrementar la radiación de calor al espacio por 0.75 W/m2, restaurando la energía Terrestre y estabilizando el clima.

Figura 4. (a) Decaimiento de un (pulso) inyección instantánea y extracción de CO2 atmosférico,(b) CO2 atmosférico si las emisiones fósiles terminan al final de 2011, 2030, 2050.

El desbalance de la energía Terrestre provee entonces una precisa afirmación de la conclusión hecha antes (Hansen et al.,2008) que el nivel objetivo de CO2 para estabilizar el clima es 350 ppm. Este nivel objetivo necesita ser ajustado en tanto se logre, pero, considerando el tiempo requerido para lograr un retroceso del crecimiento atmosférico del CO2, mayor conocimiento del objetivo último para el CO2, será obtenido en el tiempo que el nivel de CO2 sea restaurado acercándose a 350 ppm.

Una razón para que una especificación mas precisa que 350ppm es inadmisible ahora es la incertidumbre acerca del efecto neto de cambios de otros forzamientos generados por la humanidad, tales como el metano, otros gases traza, aerosoles reflectantes, carbón negro y la reflectividad del suelo. Estos forzamientos son menores que los del CO2, pero no nulos.

Sin embargo, existe un consenso que reducciones esperadas futuras de polución particulada del aire, exacerbará el calentamiento global vía reducción de los aerosoles reflectivos. Ha sido sugerido (Hansen et al., 2000) que un esfuerzo concertado para reducir el metano, ozono troposférico, otros gases traza y carbón negro pueden reducir sustancialmente el forzamiento del clima hecho por la humanidad, posiblemente los suficiente para contrarrestar el efecto de calentamiento por declinación en aerosoles reflectivos. Nuestros cálculos de la temperatura global futura en la sección 5 asumen que los mayores esfuerzos serán hechos para reducir los forzantes no-CO2 para obviar el calentamiento debido a una declinación de aerosoles reflectivos. Al grado que este objetivo no se alcance, el calentamiento puede exceder aquel que calculamos.

El Punto importante es que el CO2 es el agente forzante dominante del clima y lo será mas así en el futuro. El CO2 inyectado en el sistema del clima quemando combustible fósil continuara afectando nuestro clima por milenios. No podemos quemar todo los combustibles fósiles sin producir un planeta diferente, con cambios ocurriendo con una rapidez talque hará la Tierra mucho menos hospita para la gente joven, futuras generaciones, y todas las otras especies.
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