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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fecha de publicación22.10.2016
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El ciclo del Carbono y el CO2 Atmosférico.

El Ciclo de Carbono que define el destino del combustible fósil de carbono en el sistema del clima es bien entendido. Este conocimiento permite precisas estimaciones de la cantidad de combustible fósil que puede ser quemado consistente con estabilizar el clima este siglo.

Figura 5 (a) CO2 atmosférico si las emisiones de combustible fósil son cortadas 6% por año comenzando en 2012 y 100GtC caen por reforestación en el periodo 2031-2080 (b) el CO2 atmosférico con emisiones ( de NCSC negocios como son corrientes) BAU crecientes hasta el 2020, 2030, 2045, y 2060, seguido por 5% de reducciones por año.

El CO2 atmosférico es actualmente 390ppm. Es posible retornar a 350ppm o menos dentro de este siglo? Si. El CO2 atmosférico puede decrecer si ponemos fuera de fase los combustibles fósiles. El CO2 inyectado en el aíre quemando combustible fósil queda distribuido sobre años, décadas y siglos, entre los reservorios superficiales de carbón: la atmosfera, océano, suelo y biosfera.

Los modelos de Ciclo de Carbón simulan como el C02 inyectado en la atmosfera queda distribuido entre los reservorios de carbono. Usamos el bien probado modelo de ciclo de carbono de Bern (Joos et al.1996)15 para ilustrar cuan rápidamente puede decrecer el carbón atmosférico.

La figura 4 muestra el decaimiento de un pulso de CO2 inyectado al aíre. La cantidad en la atmosfera es reducida a la mitad en unos 25años. Sin embargo, Luego de 500 años cerca de un quinto del CO2 está todavía en la atmosfera. Eventualmente, vía el intemperismo de las rocas, este exceso de CO2 será depositado en el piso del océano como sedimentos de carbonato. Sin embargo, ese proceso requiere milenios.

15 Específicamente , utilizamos la función de respuesta dinámica al pulso de sumidero, representación del modelo de ciclo de carbono de Bern (Joos et al 1996) como describe Kharecha y Hansen(2008) y Hansen el al.(2008)

Es informativo, para consideraciones políticas más adelante, notar que un pulso negativo de CO2 decae a casi la misma tasa que un pulso positivo. Entonces si decidimos succionar el CO2 del aíre, retirando el CO2 del ciclo del carbono, por ejemplo almacenándolo en ladrillos de carbonato, la magnitud del cambio de CO2 declinará como el incremento negativo repartido entre los reservorios de carbono.

Es también informativo examinar cuán rápido el CO2 atmosférico declinaría si el uso del combustible fósil fuera detenido hoy, o en 20 años, o en 40 años. Los resultados son mostrados en la figura 4(b). Si las emisiones se detuvieran el 2011, el CO2 declinaría a 350ppm por el 2250. Con un retraso de 40 años, el CO2 no retornaría a 350ppm hasta después del año 3000.

Los escenarios en la figura 4(b) asumen que la emisión continuaría incrementándose con “negocios como son corrientes NCSC(BAU), a la tasa de la década pasada (incrementándose solo 2% por año) hasta que ello sea detenido súbitamente. Los resultados son indicativos de cuán difícil sería regresar a 350ppm, si la emisión de combustibles fósiles continua acelerándose.

Estos resultados implican que es poco plausible regresar a 350ppm en una manera que sea esencialmente natural, esto es de otra forma que la aproximación de la geoingeniería succionando CO2 del aíre? No necesariamente. Existe otro factor mayor, en adición al uso de combustible fósil, que afecta la cantidad de CO2 atmosférico: deforestación/reforestación.

Las emisiones de combustible fósil cuentan cerca del 80 por ciento del incremento del CO2 atmosférico desde 275 ppm en la atmosfera preindustrial a 390ppm hoy. El otro 20 por ciento es por deforestación neta (aquí la deforestación neta cuenta cualquier renovación forestal en ese periodo). Tomamos la deforestación neta en la era industrial de ser unas 100 GtC (Giga toneladas de carbón), con una incertidumbre de por lo menos 50 por ciento (Stocker et al., 2011)16

Existe un considerable potencial para extraer CO2 de la atmosfera mediante la reforestación y mejorando la forestación y prácticas de la agricultura. La extracción practica mayor es probablemente 100GtC (IPCC,2001), esto es equivalente a la restauración de áreas deforestadas. La completa restauración de áreas deforestadas es irreal, aunque la bajada de 100GtC parece factible por las siguientes razones /1) los niveles aumentados por la humanidad de CO2 dan lugar a un incremento de la toma de carbón por la vegetación y los suelos, (2) la mejora de las prácticas agrícolas pueden convertir la agricultura de ser una gran fuente de CO2 en un sumidero, como se discute en el siguiente párrafo, (3) parte de esta bajada de CO2 puede alcanzarse quemando biomasa en plantas de energía y capturando el CO2, con la provisión del stock acumulado por esta bioenergía sus residuos y desechos , no como la mas de la corriente generación de fuentes de bioenergía, evitando la perdida de ecosistemas naturales y tierras de cultivo(Tilman et al., 2006; Fargione et al., 2008; Searchinger et al., 2008). La competencia por el uso de la tierra-expansión primaria de la agricultura para proveer una población mundial creciente- puede complicar los esfuerzos de reforestación. Un disminución en el uso de productos animales puede disminuir sustancialmente la demanda de tierra agrícola, ya que mas de la mitad de todos los cultivos son utilizados para alimentar ganado (Stehfest et al., 2009; UNEP, 2010).

La reforestación de 100GtC es entonces un objetivo mayor, pero es necesario para retornar el CO2 a 350ppm y es una oportunidad para lograr otros beneficios mayores. Las prácticas de la agricultura presente, basadas en arado y fertilizantes químicos, son dependientes de los combustibles fósiles y contribuyen a la perdida de carbón del suelo mediante la degradación de la tierra. La agricultura mundial puede secuestrar 0.4-1.2GtC por año adoptando mínimo arado y reciclo de nutrientes biológicos (Lal, 2004). Dicha estrategia puede incrementar la conservación del agua en suelos, construir agricultura resiliente al cambio climático, e incrementar la productividad especialmente en pequeños agricultores dependientes de la lluvia, posiblemente reduciendo la expansión de la agricultura en ecosistemas forestados (Rockstrom et al., 2009).

Nosotros asumimos que una bajada de 100GtC (tomadas por la biosfera) en nuestros escenarios de reforestación, obtenido mediante una bajada sinusoidal entre el periodo 2031-2080. Tiempos alternativos para esta bajada del CO2 por reforestación, no tendrían efectos cualitativos en nuestras conclusiones acerca del potencial para alcanzar un nivel de CO2 tal como 350ppm.

La figura (5) muestra que una reforestación de 100GtC en una declinación a 350ppm para el final de este siglo, asumiendo que las emisiones de combustible fósil declinen 6% por año comenzando el 2013. Figura5(b) muestra que el efecto de continuar con BAU-NCSC en las emisiones de combustible fósil (solo aumentando 2% por año)hasta el 2020, 2030, 2045 y 2060 con 100GtC de reforestación en 2031 al 2080.

El escenario con corte de emisiones comenzando el 2020 tiene un retorno a 350ppm CO2 cerca del 2300. Si la reducción de emisiones es retardada al 2030 o después, entonces el CO2 atmosférico no retorna a 350 ppm aún el 2500.

La conclusión es que un programa mayor de reforestación permite la posibilidad de retornar al nivel de 350ppm dentro de este siglo, pero solo si la reducción de emisiones fósiles comienzan pronto.

¿Qué hay acerca de la bajada artificial de CO2 atmosférico? Algunas personas arguyen que, dada la dificultad práctica de superar los lobistas del combustible fósil y persuadir a los gobiernos a moverse rápidamente hacia economías limpias post-combustibles fósiles, la geo-ingeniería es la única esperanza. Al presente no hay tecnologías de gran escala para la captura del CO2, pero ha sido sugerido que fuerte investigación y soporte de desarrollo y proyectos piloto a escala industrial sostenidos en décadas, sería posible alcanzar costos de alrededor de ~$200/tC (Keith et al., 2006).

16 la deforestación histórica neta de 100GtC y el uso histórico del combustible fósil tienen buena concordancia con el crecimiento histórico del CO2 atmosférico (figura S16 de Hansen et al.,2008) basado en simulaciones con el modelo del ciclo de carbón de Bern

Figura 6 Temperatura Global futura simulada para los escenarios de la figura (5). La temperatura observada es de los registros de Hansen et al.(2010). La temperatura es relativa a la media de 1880-1920. Sustraer 0.26°C para usar la media 1951-1980 como nivel cero. Sustraer 0.70 para usar la media de 5 años del 2000 como punto cero.

A dicha tasa, el costo de remover 50ppm17 de CO2 es ~$20 trillones. Sin embargo, como se muestra en la figura4(a), la reducción atmosférica de CO2 es de solo ~15ppm luego de 100 años, porque mucho de la extracción está vinculado a otros reservorios de carbón. El costo de extracción necesitado para mantener una reducción de 50ppm en la escala de tiempo de un siglo es mejor estimado en ~$60 trillones.

En la sección 7 hacemos notar los beneficios económicos y sociales de rápidamente cambiar a la fase de energías limpias e incremento de la eficiencia energética, en oposición a la continua expansión de la extracción de combustibles fósiles. Por el momento, simplemente hacemos notar que la generación presente estará pasando los costos de limpieza del CO2 a los jóvenes de hoy y futuras generaciones.

5. Cambio de la Temperatura global futura

La temperatura global futura dependerá sobre todo de la cantidad atmosférica del CO2. Aunque otros gases de efecto invernadero, tales como metano y clorofluorocarbonos, contribuyeron casi tanto como el CO2 al total de forzamientos humanos causados durante el último siglo, el CO2 ahora explica más del 80 por ciento del crecimiento de forzamientos del clima por gases de efecto invernadero (durante los últimos 15 años). Los forzamientos naturales del clima, tales como cambios en la irradiación solar y aerosoles volcánicos, pueden causar variaciones globales de la temperatura, pero su efecto sobre la tendencia global de largo plazo de la temperatura es pequeño comparado con el efecto del CO2.

Una función de respuesta simple del clima puede proporcionar una estimación realista del cambio de temperatura global previsto para un panorama dado de CO2 atmosférico futuro. De hecho, Hansen y otros (2011) demostraron que tal función replica exactamente los resultados de modelos del clima global sofisticados. En las simulaciones aquí utilizamos la función de respuesta intermedia de Hansen y otros (2011), que replica exactamente la absorción del calor observada en el océano y el cambio de temperatura observado durante el último siglo, y asumimos que el cambio neto de otros forzamientos hechos por la humanidad del clima es pequeño en comparación con el efecto del CO2.

17 The conversion factor to convert atmospheric CO2 in ppm to GtC is 1 ppm ~ 2.12 GtC.

Una advertencia importante debe ser probada. Estos cálculos, como con la mayoría de los modelos globales del clima, incorporan solamente los llamados efectos de retroalimentaciones rápidos en el sistema de clima, tales como vapor de agua, nubes, aerosoles, y hielo marino. Las retroalimentaciones lentas, tales como desintegración de la capa de hielo y cambios del clima- por gases de efecto invernadero inducidos, como puede ocurrir con la fusión de la tundra y calentamiento de plataformas continentales, no son incluidas.

La exclusión de retroalimentaciones lentas es apropiada para el último siglo, porque sabemos que las capas de hielo eran estables y nuestras simulaciones del clima emplean cantidades observadas del gas de efecto invernadero. La cantidad observada de gases de efecto invernadero incluye cualquier contribución de retroalimentaciones lenta. La exclusión de retroalimentaciones lentas en el siglo XXI es una asunción dudosa, usada en nuestros cómputos ilustrativos solamente porque la tasa con la cual las retroalimentaciones lentas entran en juego es mal entendida. Sin embargo, debemos considerar el potencial para que las retroalimentaciones lentas alteren fundamental la naturaleza del cambio de clima futuro, específicamente la posibilidad de crear una situación en la cual continuó el cambio de clima esté en gran parte fuera de humanity' control de s.

Las retroalimentaciones lentas son así una consideración importante que ayuda a cristalizar la necesidad de cuidar el calentamiento de perceptiblemente exceder 1°C máximo. Con el calentamiento del planeta actual de ~0.8°C la evidencia de retroalimentaciones lentas está comenzando a aparecer, ej., fusión de la tundra con el lanzamiento de metano (Gualterio y otros, 2006), lanzamiento submarino de metano por la disociación de gases hidratados del fondo del mar en asociación con aumento de la temperatura del agua (Westbrook y otros, 2009) y pérdida de la masa de hielo del mar en aumento en Groenlandia y Antartida (Velicogna, 2009). El hecho que los efectos observados sean hasta ahora pequeños sugiere que estas retroalimentaciones puedan no ser factor principal si el calentamiento del planeta máximo es solamente ~1°C y entonces retrocede.

Por una parte, si las emisiones de CO2 de NCSC- BAU continúan por muchas décadas no hay duda de que estas retroalimentaciones lentas entrarán en juego de manera importante. Porque el CO2 inyectado en el aire permanece en los depósitos superficiales del carbón por milenios, las retroalimentaciones lentas ocurrirán seguramente. Es solamente una cuestión de cómo entrarán rápidamente en juego, y así que generaciones sufrirán las consecuencias más graves.

Hay así indicación fuerte que enfrentamos una dicotomía. O alcanzamos un panorama con disminución de emisiones de CO2 globales, para así preservar un clima planetario que se asemeje al del holoceno de nosotros o ponemos en movimiento una transición dinámica a un planeta muy diferente.

¿Podemos definir el nivel de calentamiento del planeta que nos empujaría necesariamente auna transición tan dinámica? Dada la actual comprensión de las retroalimentaciones lentas, no podemos ser exactos. Sin embargo, considerando el caso en la figura 6 en el cual las emisiones NCSC-BAU continúan hasta 2030. En ese caso, aunque las emisiones de CO2 se eliminen rápidamente (5% de reducción de emisiones al año) después de 2030 y repoblación forestal de 100 GtC del 2031-2080, (la retroalimentación rápida) la humanidad-causará que la subida de temperatura global alcance 1.5°C y permanezca sobre 1°C hasta después del 2500. Es altamente inverosímil que las principales capas de hielo puedan seguir siendo estables en su tamaño actual con tal calor duradero. Incluso si los NCSC-BAU continúan solamente hasta 2020, la subida de temperatura excederá 1°C por cerca de 100 años.

En contraste con panoramas de emisiones continuas de BAU, la figura 6 (a) muestra el escenario con 6% de disminución al año de emisiones de CO2 por combustible fósil y la repoblación forestal de 100 GtC en el período 2031-2080. Este panorama da un calentamiento adicional del planeta de ~0.3°C. La temperatura global relativa a la media 1880-1920 apenas excedería 1°C y estaría sobre 1°C solamente cerca de 3 décadas. Así este panorama proporciona una perspectiva para que la gente joven, las futuras generaciones, y otra vida en el planeta, tengan la ocasión de residencia en un mundo similar aquel en el cual la civilización se desarrollo.

Las consecuencias exactas si las emisiones NCSC-BAU continúan varias décadas son difíciles de definir, porque tal crecimiento rápido de forzamiento del clima llevaría al mundo a un territorio desconocido. La tierra ha experimentado una gama enorme de estados del clima durante su historia, pero nunca un aumento rápido y tan grande de los forzamientos del clima como ocurriría con la quema de la mayoría de los combustibles fósiles este siglo. La analogía más cercana en la historia de la Tierra es el PETM (Máximo Termal Paleoceno-Eoceno) en la cual ocurrió un calentamiento rápido del planeta de por lo menos de 5°C (Zachos y otros, 2001), probablemente como consecuencia de la fusión de hidratos de metano (Zeebe y otros, 2009). El PETM es instructivo porque ocurrió durante un período de 10 millones de años de calentamiento del planeta, así el lanzamiento de metano probablemente era un efecto de retroalimentación que magnificaba el calentamiento.

El calentamiento del planeta ocurrido durante el período de 60Mya(millón de años) a 50 Mya puede ser atribuido con certeza al aumento del CO2 atmosférico. Es el período en el cual el subcontinente indio se movía rápidamente a través del Océano Índico, apenas antes de su colisión con Asia, cuando comenzó a empujar hacia arriba las montañas del Himediaya y la meseta tibetana. La deriva continental sobre la corteza del océano rica en carbonato- es la fuente principal de CO2 de la tierra sólida a los depósitos superficiales de carbono. 18

El calentamiento del planeta entre el Mya 60 el Mya y 50 fue cercano a 5°C, así a una tasa de menos de 1°C por millón de años. Aproximadamente 55Mya era, para estándares de los paleoclima, un lanzamiento muy rápido de 3000-5000GtC al sistema superficial del clima, probablemente por la fusión de hidratos de metano basados en la ausencia de cualquier otra fuente conocida de esa magnitud. Esta inyección de carbón y el calentamiento adicional rápido de 5°C ocurrieron durante alrededor de 10.000 años, con la mayor parte de la inyección del carbón durante dos intervalos de 1-2 mil años. El PETM casi atestiguó la extinción de la mitad de las foraminiferas del océano profundo (animales de concha microscópicos, que sirven generalmente como indicador biológico de la vida del océano pero, desemejante a varios otros acontecimientos grandes de calentamiento en ' la historia de la Tierra, hubo poca extinción de las plantas y de los animales de la tierra.

El aspecto importante es que la inyección rápida de carbón del PETM era comparable a la qué ocurrirá si la humanidad quema la mayor parte de los combustibles fósiles, pero el PETM ocurrió durante un período que era 10-100 veces más largo. La capacidad de la vida hoy en la Tierra para sostener un choque comparable del clima al PETM pero ocurriendo 10-100 veces más rápido es, en el mejor de los casos, altamente problemática. Las zonas de clima estarían cambiando a una velocidad mucho más rápida del que las especies hayan enfrentado nunca. Así, si la humanidad continúa quemando la mayor parte de los combustibles fósiles, la tierra, y toda especie que reside en ella, serán empujados a territorios desconocidos de cambio del clima, con consecuencias prácticamente imposibles de prever.
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