UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE FILOSOFÍA Y LETRAS Departamento de Geografía
Climatología Carlos E. Ereño – Silvia Núñez
Unidad 1 Año 2004
LA GEOGRAFÍA COMO DISCIPLINA GEOGRÁFICA Y METEOROLÓGICA La geografía actual intenta utilizar todo el bagaje teórico de la geografía cuantitativa pero teniendo presente la tradición histórica y humanística. El marxismo se ha convertido en un método de análisis en la Geografía, al igual que en la Historia. Hoy en día se utilizan las fuentes históricas, como los fueros, los censos, las relaciones de diezmos, los portazgos, etc., para comprender cómo era la geografía en el pasado, matizado siempre por el problema que conlleva la utilización de fuentes preestadísticas. Recopilación de datos. Se manejan las técnicas matemáticas, estadísticas, económicas, geológicas y de todo tipo de ciencias que vengan al caso. Análisis de los datos. Se determina el objeto de estudio, o dominante, según la escala requerida, la región empleada, la evolución histórica y el funcionamiento actual, para describir, clasificar, ordenar y explicar los diferentes fenómenos que afectan a una región, teniendo en cuenta el medio natural y social en que se desenvuelven. El resultado se presenta tras la publicación de monografías y mapas topográficos, temáticos y generales, que sirven de fuente para estudios posteriores. Se emplea el método hipotético deductivo en los aspectos que otras ciencias lo utilizan, y el hipotético inductivo en las generalizaciones de datos que definen regiones, según la dominante y la escala. Los principales campos que estudia la Geografía y sus principales ciencias auxiliares son: En geografía física se estudia: la Geomorfología, con métodos de la Geología, la Litología y la Geofísica. La Climatología, con métodos de la Meteorología y la Estadística. La Hidrología, continental y marina, con métodos de la Geología, la Oceanografía y la Estadística. Y la Biogeografía con métodos de la Biología, la Botánica, la Zoología, la Edafología y la Ecología. En geografía humana se estudia: la Geografía de la población, con métodos de la Demografía, la Sociología y las Matemáticas. La Geografía agraria, con métodos de la Agronomía, la Climatología, la Estadística y la Economía. La Geografía industrial, con métodos de las Matemáticas y la Economía. La Geografía de los transportes y comercial con métodos de la Economía, las Matemáticas y la Sociología. Y la Geografía urbana, con métodos del Urbanismo, la Sociología y las Matemáticas. Naturalmente los métodos de la Historia aparecen en todas ellas, así como los estadísticos y matemáticos. También se utilizan métodos de Astronomía y Topografía para realizar los mapas, así como la determinación de códigos de signos que ayuden a interpretarlos.
EL SISTEMA CLIMATICO TERRESTRE
Al oír hablar sobre el TIEMPO y el CLIMA, es común observar que existe una confusión generalizada con respecto a estos dos conceptos meteorológicos a los que se toma como sinónimos, constituyendo esto un grueso error. He aquí sus definiciones: Tiempo: es el estado instantáneo de la atmósfera en un momento dado, definido por los distintos elementos meteorológicos. Su evolución está condicionada por las distintas perturbaciones que tienen lugar en el seno de la atmósfera.
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Clima: es la síntesis de las condiciones meteorológicas correspondientes a un área dada, elaborada en base a un período suficientemente largo como para establecer sus propiedades estadísticas de conjunto (valores medios, varianzas, probabilidad de fenómenos extremos, etc.), sus variaciones periódicas y aperiódicas, así como también el desarrollo normal del tiempo durante el año. ¿De qué se ocupa la climatología?: Climatología: es la rama de la meteorología que estudia los climas tal como existen en diferentes tiempos y lugares de la tierra, como también las causas del por qué estos climas son así. El objetivo fundamental de la climatología es tener una idea de lo que se puede esperar en el futuro de la atmósfera, en general, basándose en los hechos del pasado. De este último concepto surge una de las principales aplicaciones de la climatología actual, la predicción climática. Según la escala temporal de la predicción, se distingue la predicción meteorológica (hasta 10 días) de la predicción climática (estaciones, años, décadas, siglos, etc.) *
Elementos y factores climáticos
Elemento: cualquiera de las propiedades o condiciones de la atmósfera que, tomadas en conjunto, particularizan el estado físico del tiempo o del clima en un lugar y en un momento o período de tiempo cronológico determinados. Ejemplos: Temperatura; Presión; Nubosidad; Viento: Humedad relativa; Precipitación; Fenómenos meteorológicos (nieve, granizo, ventisca, etc.); Composición química del aire (contenido de O3, contaminantes, etc.) Los elementos climáticos pueden ser caracterizados por sus valores medios y por las desviaciones respecto a dichos valores medios. Por lo tanto, la medida usual del clima incluye: > Estimación de los valores medios (tendencias centrales) de los principales elementos. > Estimación de la medida de la variabilidad, alrededor de estos valores medios Los elementos climáticos experimentan variaciones espaciales y temporales. Estas variaciones son debidas a ciertos factores que afectan el clima de una región. Factor: condición física (que no sea un elemento climático) que condiciona al clima. Por su origen, se distinguen factores astronómicos, geográficos y dinámicos. Algunos ejemplos de ellos son: Factor astronómico: hora y época del año, radiación solar Factor geográfico: latitud, altitud, topografía, distribución de tierras y mares Factor dinámico: corrientes oceánicas, etc.
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SISTEMA CLIMÁTICO TERRESTRE (SCT)
Si bien hemos definido al clima en términos de variables meteorológicas, el mismo es el producto tangible del complejo accionar del SCT, el cual está formado por: LA ATMÓSFERA:
es la parte central del Sistema. De todas las componentes, es la de más rápida variación y la más activa desde el punto de vista energético, dado que ella constituye la "máquina de calor" que gobierna todo el sistema.
LOS OCÉANOS:
comprenden el agua salada de todos los océanos del mundo y mares adyacentes. Ellos participan activamente en el balance global de energía (transporte de calor, desde las regiones ecuatoriales a las polares, a través de las corrientes marinas) y en el balance químico del Sistema (intercambio de CO2 con la atmósfera). En las capas más superficiales, la interacción de los océanos con la atmósfera o los hielos se produce en escalas temporales de meses o años, mientras que las capas oceánicas más profundas tienen un período de ajuste térmico del orden de varios siglos.
LA CRÓSFERA:
comprende las capas de hielos continentales y marítimos sobre y por debajo de la superficie terrestre, así como también todos los depósitos de nieve del mundo. Los cambios en las capas de nieve y en la extensión de los hielos marinos experimentan grandes variaciones estacionales, mientras que los glaciares y las capas de hielo reaccionan mucho más lentamente.
LOS CONTINENTES:
incluyen no sólo las masas terrestres continentales sino, también, los lagos, ríos y depósitos de agua subterránea. Todos ellos son partes variables del SCT en todas las escalas temporales. La superficie de la Tierra es una importante fuente de partículas que, luego, son transportadas por la acción del viento y que tienen una gran importancia en la evolución del clima. A su vez, los suelos se transforman por efecto del clima, de la vegetación y del hombre.
LA BIÓSFERA:
comprende la vida vegetal y animal del planeta, incluyendo la vida humana. La biosfera juega un papel importante en el balance del CO2 de la atmósfera y de los océanos, en el balance químico de otros gases atmosféricos, y en la producción de aerosoles.
Además de las complejas interacciones existentes entre las componentes del SCT, el mismo se encuentra condicionado por forzantes radiativos (procesos que altera el balance de energía del SCT) y no-radiativos (que no afectan directamente el balance energético de la atmósfera), internos (procesos internos naturales dentro del sistema climático) y externos, tanto naturales como antropogénicos, a saber: 1)
FORZANTES NATURALES
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(a)
variaciones en la radiación solar (procesos en el seno del sol, cambios en la órbita terrestre, cambios en la oblicuidad del eje polar, movimiento de precesión);
(b)
cambios en la composición química de la atmósfera (vulcanismo);
(c)
alteraciones de la superficie terrestre (procesos geológicos naturales).
2)
FORZANTES ANTROPOGENICOS
(a)
alteración de la superficie terrestre (edificación de ciudades y embalses, desforestación, desertificación, etc.);
(b)
cambios en la composición química de la atmósfera (alteración del efecto de invernadero natural y de la capa de ozono);
(c)
aumento de la concentración atmosférica de contaminantes sólidos y líquidos (smog urbano, lluvia ácida, presencia de sustancias químicas tóxicas en el aire, radioactividad)
Es de notar que, aún cuando ya se ha considerado al hombre en el contexto de la biósfera, la cual es una de las componentes del SCT, sus actividades pueden ser consideradas como un forzante externo al mismo.
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LA VARIABILIDAD DEL CLIMA
Aun cuando los forzantes externos del SCT permanecieran constantes, el clima de nuestro planeta experimentaría permanentes variaciones puesto que su estado, en un momento dado, depende fundamentalmente de las interacciones dinámicas y termodinámicas entre las diferentes componentes de SCT. Algunas de estas interacciones se producen rápidamente y otras con gran lentitud (como en el caso de los océanos y la criósfera), lo que hace que el Sistema esté siempre un tanto desequilibrado. Esta variabilidad se denomina VARIABILIDAD INTERNA del SCT. 4
Pero, además, puesto que los forzantes externos no permanecen constantes, es evidente que deben producirse variaciones adicionales en el Sistema. Esta variabilidad se denomina VARIABILIDAD FORZADA. He aquí las variaciones observadas: •
PERIODICAS DIARIAS, debido a la rotación de la Tierra sobre su eje;
•
PERIODICAS ANUALES, debido a la traslación de la Tierra alrededor del Sol;
•
CUASIPERIODICAS, asociadas con alteraciones en el seno del Sol y/o variaciones en las características orbitales de la Tierra. Ejemplos: (1)
variación en la excentricidad de la órbita terrestre. Período: 96.000 años.
(2)
variación de la oblicuidad del eje de rotación terrestre (entre 21° 59' y 24° 36'). Período: 41.000 años. En la actualidad, la inclinación del eje polar es de 23° 27' con respecto a la normal al plano de la eclíptica, en disminución.
(3)
presesión del eje terrestre. Período: 21.000 años, aproximadamente.
(4)
ciclo de actividad solar. Período: 11 años.
Existen evidencias de que las secuencias de climas glaciales e interglaciales están relacionadas con la variabilidad de las características orbitales de la Tierra. Los períodos glaciales han coincididos con períodos de baja excentricidad de la órbita terrestre. Las variaciones en la oblicuidad del eje terrestre tienen influencia en la fusión y acumulación de los hielos. Debido al movimiento de precesión, se produce un corrimiento del momento de ocurrencia del AFELIO y el PERIHELIO. •
APERIODICAS, representadas por las oscilaciones de los parámetros climáticos en distintas escalas: Variabilidad micrometeorológica: fracciones de segundos a minutos Variabilidad mesometeorológivca: desde minutos a horas Variabilidad sinóptica: de horas a dos o tres semanas Variabilidad climática: de tres semanas en adelante
Si tenemos en cuenta que estas variaciones nunca terminan, podemos afirmar que la VARIABILIDAD es la propiedad fundamental del SCT, el que no se encuentra en un equilibrio estático sino dinámico, o sea, en permanente búsqueda del equilibrio. Por lo tanto, las FLUCTUACIONES o VARIACIONES que experimenta el clima con respecto a las condiciones estadísticamente esperadas (denominadas condiciones "normales") constituyen una característica típica del SCT. Como consecuencia de lo expresado, puede afirmarse que el clima no es un rasgo 5
estático del medio ambiente terrestre, sino que constituye un régimen dinámico, sujeto a variaciones naturales en todas las escalas temporales, desde años a milenios, así como también a posibles alteraciones provocadas por la actividad del hombre. *
LOS CAMBIOS CLIMATICOS
El término CAMBIO (a diferencia de VARIACION o FLUCTUACION) se utiliza para señalar un cambio a otro estado climático, caracterizado por diferentes estadísticos (promedios, varianza) de las variables atmosféricas. Puesto que las observaciones meteorológicas sistemáticas se inician, aproximadamente, en el siglo pasado, antes de ellas los científicos han tenido que recurrir a registros indirectos, es decir registros de fenómenos y/o acontecimientos que, si bien no constituyen específicamente registros climatológicos, están lo suficientemente relacionados con los elementos del clima como para poder sacar conclusiones útiles de los mismos. Gracias a este examen, los científicos han reconstruido los cambios y fluctuaciones climáticas ocurridas durante el Cuaternario y, más precisamente, durante el Holoceno (los últimos 10.000 años) el cual es el período que reviste una importancia inmediata para la humanidad. Los cambios en ºC se toman con una temperatura base correspondiente al valor de 1900
Entre las fuentes más importantes de pruebas indirectas (datos PROXI), podemos citar: o o o o o o
o o o
diarios, anales, crónicas, etc. nivel de los lagos anillos de los árboles varvas (capas de sedimentos en el fondo de lagos y mares). glaciares (avances y retrocesos) mediciones de isótopos estables (especialmente de O18) en hielos glaciares y en los anillos de los árboles. análisis del polen. faunas de insectos. microfauna marina.
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o
historia de la vegetación.
Los cambios en ºC se toman con una temperatura base correspondiente al valor de 1900
Variación de la temperatura del aire en superficie en los últimos 18.000 años, estimada de diversas fuentes
Estimación de la temperatura de la superficie en los últimos 800.000 años Inferidas de mediciones de la relación 16O a 18O en fósiles planctónicos depositados en el fondo del mar
Variación de la temperatura del aire en superficie en los últimos 1000 años Variación de la temperatura del aire en la Antártida los últimos años occidental y el Estimada de dien versas fuentes 150.000 para Europa Inferidas de mediciones de la relación hidrógeno/deuterio este de América del Norte en un testigo de hielo de la estación antártica Vostok
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Las investigaciones realizadas muestran que, durante los últimos 2.000.000 de años, el mundo ha atravesado una secuencia de cuatro períodos glaciales separados por períodos interglaciales más cálidos. Las fluctuaciones glaciales-interglaciales han tenido una duración aproximada de 70.000 a 120.000 años, aunque los períodos interglaciales han sido de una duración comparativamente breve (aproximadamente 10.000 años). Todos ellos tuvieron lugar durante los últimos 450.000 años del Pleistoceno. Actualmente nos encontramos en un período interglacial que comenzó, aproximadamente, hace 10.000 años. Las pruebas existentes acerca de las condiciones que han prevalecido durante los últimos 2.000.000 de años, indican que ellas han creado grandes tensiones entre los seres vivos. Los bosques, los pastizales y el ganado se han visto obligados repetidamente a emigrar a medida que los glaciares avanzaban o retrocedían. Únicamente las regiones próximas al ecuador parecen haberse mantenido relativamente constantes si bien, aun en estas regiones, se han detectado importantes cambios en la temperatura y en la precipitación. Aparentemente, los cambios más significativos de los últimos milenios fueron los que se produjeron en los desiertos tropicales (y sus alrededores) del Hemisferio Norte, especialmente en el Sahara, el desierto de Arabia y la región del Rajasthan y el valle del Indo. Al parecer, en el pasado, esta zona fue habitualmente más húmeda, con importantes pastizales de sabana en algunas partes del Sahara. Las pinturas rupestres aportan un espléndido testimonio artístico de cazadores de caza mayor en un Sahara hoy completamente desértico. Las civilizaciones del valle del Indo, de Mohenjo-Daro y Harappa, las que florecieron durante este período más húmedo, fueron posteriormente eclipsadas por ulteriores cambios climáticos. Durante los últimos 4.000 años, el proceso de desertificación se ha incrementado en gran parte del cinturón subtropical. Sin embargo, todavía se desconocen los mecanismos que los han originado. Los cambios fundamentales que se han producido en la circulación general de la atmósfera han sido, ciertamente, un factor importante. No obstante, las actividades del hombre probablemente han favorecido este proceso en las márgenes de los desiertos. Así, el exceso de pastoreo o de cultivo puede haber intensificado la tendencia hacia un régimen más seco. *
IMPACTOS DEL CLIMA EN LOS ECOSISTEMAS Y EN LAS SOCIEDADES HUMANAS
De los comentarios precedentes se desprende, claramente, que el clima ha variado lentamente en los últimos milenios, siglos y decenios y que, sin duda, seguirá cambiando por causas naturales en el futuro. Pero, ¿cómo afectan estos cambios a las sociedades humanas? No cabe duda de que el clima define una parte importante del entorno natural en el cual el hombre se ha desarrollado y actualmente existe. El clima puede favorecer las actividades humanas o bien entorpecerlas severamente. La variabilidad del clima puede resultar altamente beneficiosa o completamente desastrosa. Un eminente experto norteamericano en materia de impacto social, el Profesor Robert Kates, ha manifestado que los desastres naturales de origen climático están imponiendo una carga cada vez mayor en la sociedad. Esto es especialmente cierto en los países en vías de desarrollo del mundo, si bien los altamente desarrollados no están exentos de estos efectos.
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Uno de los principales azotes climáticos es la sequía, ya que existen muy pocas regiones en el mundo que no la padezcan. Esta ausencia de agua, en el noreste del Brasil, obligó a varios millones de personas a abandonar sus hogares para no morirse de hambre, durante el año 1958. Las sequías, en ciertas partes de Africa, pueden resultar letales ya que ciertos cultivos importantes únicamente crecen en una banda de 100 km de ancho y de unos 4.000 km de largo. Tal es el caso de la sequía saheliana, la cual se inició a comienzos de la década del 60 con una disminución progresiva de la precipitación y culminó entre 1968 y 1973 en una sequía tan pertinaz que diezmó manadas y rebaños, produjo grandes daños en el suelo y desencadenó una pavorosa hambruna en muchos estados africanos (los efectos se extendieron hasta Etiopía, Somalia, Tanzania, Kenia y Nigeria septentrional). Aunque las lluvias tendieron a normalizarse en algunas zonas en 1974 y 1975, la sequía ha persistido en otras y ha invadido el África occidental desde 1977 y continúa hasta el presente, produciendo efectos económicos y sociales terriblemente drásticos. Pero el Sahel no es más que una de las numerosas regiones áridas y semiáridas del mundo. No es sorprendente que exista una gran preocupación mundial por lo que está sucediendo en estas zonas, ya que constituyen, prácticamente, un tercio de la superficie del planeta, donde viven unos 600 millones de personas. Casi la décima parte de estas personas están directamente afectadas por el avance del desierto, y todas ellas por la variabilidad climática, debido a la fragilidad de sus ecosistemas y a las graves repercusiones de la sequía en la producción de alimentos. Los episodios climáticos extremos que se han producido en los últimos 20 años (no sólo sequías sino también inundaciones, ciclones tropicales, tormentas de gran severidad, etc.) han demostrado la vulnerabilidad de las sociedades y de los ecosistemas ante tales fenómenos, a pesar de todo el progreso tecnológico. Hacer frente a las mismos a menudo implica un enorme costo de riqueza material y, lo que es más lamentable, un enorme costo de vidas. Las áreas más importantes susceptibles de sufrir los impactos del clima y su variabilidad son: * * * * * * * *
producción de alimentos; salud humana; recursos energéticos; disponibilidad de agua; asentamientos humanos; ecosistemas marinos y terrestres; planificación y ejecución de programas; existencia misma del hombre (desastres).
Pero, además de las variaciones naturales que puede experimentar el clima, en las últimas décadas ha surgido la preocupación de que los propios actos del hombre pueden alterar el clima del planeta. *
IMPACTOS DE LA ACTIVIDAD HUMANA SOBRE EL CLIMA
Desde el nacimiento de la civilización, la humanidad ha experimentado cambios en el clima, pero ningún cambio de gran escala inducido por el hombre ha sido documentado alguna vez.
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Sin embargo, con una enorme y creciente población mundial y con el incremento de las actividades humanas, el hombre parece ser capaz de alterar, voluntaria o inadvertidamente, el clima del planeta dentro de los próximos siglos, hasta un punto tal comparable con los mayores cambio climáticos naturales. El permanente intento del hombre por mejorar o adaptar el medio ambiente a las exigencias de su bienestar ha traído aparejado, a través del tiempo, el deterioro de los elementos básicos que los constituyen: agua, atmósfera y suelo. La actividad humana y la creciente urbanización han introducido a la biosfera una cantidad de sustancias de variadas características físicas y químicas denominadas CONTAMINANTES. Muchos de ellos existen naturalmente en el aire, y la acción del hombre consiste simplemente en aumentar sus concentraciones atmosféricas. Obviamente, las mayores concentraciones de contaminantes se encuentran cerca de sus fuentes. No obstante, el sistema Tierra-Atmósfera-Océanos es capaz de difundirlos no sólo a escala regional sino, también, a escala planetaria, lo cual agudiza el problema. Actividad Emisión de dióxido de carbono por la quema de combustibles fósiles
Emisión de metano, clorofluorometano, óxido nitroso, tetracloruro de carbón, disulfuro de carbón Emisión de partículas (aerosoles) de prácticas industriales y agrícolas. El dióxido de azufre es de gran importancia porque se convierte fotoquímicamente a partículas de ácido sulfúrico
Emisión de aerosoles que actúan como núcleos de condensación y congelamiento. De nuevo, el hollín o el dióxido de azufre emitidos por las actividades industriales son de importancia primaria
Emisión de calor (contaminación térmica)
Efecto climático Aumenta la absorción y emisión de radiación terrestre infrarroja (efecto invernadero) resultando en un calentamiento de la baja atmósfera y enfriamiento de la estratosfera Efecto climático similar al del dióxido de carbono dado que también son absorbentes de radiación infrarroja y gases traza bastante estables Estas partículas absorbentes y dispersantes de la luz solar (especialmente el hollín) podrían disminuir el albedo sobre la tierra, causando un calentamiento y podrían (especialmente el sulfato) aumentar el albedo sobre el agua causando un enfriamiento, también cambian la estabilidad de la baja atmósfera; se especula sobre los efectos netos sobre el clima aunque el efecto de enfriamiento es más probable Influencia el crecimiento de las gotitas de nube y cristales de hielo; puede afectar la cantidad de precipitación o el albedo de las nubes en cualquier dirección
Calienta directamente las capas de superficie
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Escala e importancia del efecto Global: potencialmente una influencia principal sobre el clima y la actividad biológica
Global: influencia potencialmente significativa sobre el clima
En gran medida regional, ya que los aerosoles tienen un promedio de vida de solo unos pocos días, pero efectos regionales similares en diferentes partes del mundo podrían tener efectos globales no despreciables; el aumento de la estabilidad puede suprimir las lluvias convectivas, pero las partículas pueden afectar las propiedades de las nubes con efectos de mayor alcance. Influencia regional (mayormente) local sobre la cantidad y calidad de precipitación pero cambio desconocido y potencialmente importante para el balance de calor de la tierra si es alterado el albedo de las nubes. Algunos cálculos sugieren que el SO2 emitido entre 1950 y 1980 se ha opuesto mayormente al calentamiento del hemisferio norte que de otra manera se habría experimentado a partir de la rápido incremento de los gases invernadero durante esas décadas Por ahora localmente importante; podría volverse significativo regionalmente; podría modificar la circulación
Actividad
Efecto climático
Escala e importancia del efecto
Transporte hacia arriba de clorofluormetanos y óxido nitroso en la estratosfera
La reacción fotoquímica de los productos de su disociación probablemente reduce el ozono estratosférico
Influencia global aunque incierta del decrecimiento del ozono sobre el clima; menos ozono estratosférico total permite que más radiación solar alcance la superficie de la tierra pero también lo compensa reduciendo el efecto invernadero; sin embargo, si la concentración de ozono decrece a grandes altitudes , pero comparativamente aumenta bajas altitudes, esto conduciría a gran calentamiento potencial en la superficie; podría causar significativos efectos biológicos a partir de aumentar la exposición a la radiación UV si la cantidad total de la columna de ozono disminuye Actualmente local a regional, pero podría volverse un calentamiento global significativo si el uso de los combustibles fósiles en gran escala conduce a productos de la combustión que incrementen significativamente el ozono troposférico. El contacto con el ozono también daña a algunas plantas y a las personas. Ampliamente regional: la importancia climática global neta es aún especulativa
Emisiones de trazas de gases (p.ej. óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, o metano)
Acentuado calentamiento atmosférico ocurre a partir del ozono troposférico, que incrementa tanto el calentamiento solar como el efecto invernadero de la baja atmósfera
Patrones de uso de la tierra, p.ej. urbanización, agricultura, sobrepastoreo, deforestación Emisión de criptón-85 radioactivo de los reactores nucleares y de las plantas de reprocesamiento de combustibles
Cambios del albedo de superficie, evapotranspiración y escorrentía y provoca aerosoles Aumenta la conductividad de la baja atmósfera, con posibles implicaciones para el campo eléctrico terrestre y la precipitación de nubes convectivas
Global: importancia de la influencia es altamente especulativa
Guerra nuclear en gran escala
Podría conducir a muy grandes inyecciones de hollín y polvo causando enfriamientos superficiales transitorios que van desde unas semanas a meses, dependiendo de la naturaleza del intercambio y cuántas disparos se realizaron
Podría ser global, pero inicialmente en latitudes medias del Hemisferio Norte. La oscuridad debida al polvo y al humo podría interrumpir la fotosíntesis por semanas con severos efectos sobre los ecosistemas naturales y agrícolas de las naciones combatientes y no combatientes. Irrupciones frías transitorias podrían eliminar algunos cultivos de estación cálida o el debilitamiento de las lluvias monzónicas podría devastar todo tipo de vegetación en los trópicos y subtrópicos. Los detalles son aun especulativos.
POTENCIAMIENTO DEL EFECTO DE INVERNADERO NATURAL Los gases que componen en forma mayoritaria la atmósfera terrestre, a saber: el oxígeno y el nitrógeno, tienen muy poco efecto sobre el clima de nuestro planeta. Si ellos fueran sus 11
únicos componentes, la Tierra sería un lugar inhóspito, con una temperatura media global del orden de -18°C; de ser así no podría existir, entre otras cosa, el agua líquida. Afortunadamente, algunos componentes naturales minoritarios de la atmósfera, tales como el vapor de agua, dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso, el ozono y los aerosoles alteran completamente esta situación. Ellos tienen una importante propiedad en común: permiten la penetración de la mayor parte de la radiación solar de onda corta hasta la superficie terrestre pero absorben, selectivamente, el flujo ascendente de radiación infrarroja emitido por la Tierra (que, de otro modo, escaparía hacia el espacio). Parte de la radiación saliente absorbida es re-irradiada hacia la superficie generando, así, un efecto protector denominado EFECTO DE INVERNADERO. Este efecto produce, pues, un calentamiento general de la atmósfera baja y de la superficie terrestre. Gracias a su existencia, la temperatura media global de la superficie del planeta se eleva a +15°C, esto es, 33°C más que la que tendría si estos gases no se hallasen presentes en la atmósfera. A través de su actividad, el hombre es capaz de modificar el beneficioso efecto natural que proporcionan los gases atmosféricos minoritarios mencionados anteriormente. Así, la combustión de los carburantes fósiles, la destrucción de las selvas tropicales y otras actividades humanas, han provocado un incremento de la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera del orden del 25% desde 1860, según lo informado en la Conferencia Mundial sobre Cambios Climáticos Inducidos por el Hombre, celebrada en Montreal (Canadá) del 27 al 30 de junio de 1988. Pero la influencia del hombre no se detiene allí, por cuanto algunas de las sustancias químicas que están siendo incorporadas a la atmósfera por la acción del hombre, no existen naturalmente en ella sino que son de origen sintético, aparentemente inocuas para la vida, pero con un gran poder para potenciar el efecto de invernadero natural. Tal es el caso de los clorofluorocarbonos (CFCs), sustancias manufacturadas muy usadas como propelente en aerosoles, agentes volátiles en las espumas plásticas, refrigerantes y solventes. A continuación se brindará un resumen de las principales conclusiones del Tercer Informe de Evaluación elaborado por el Panel Intergubernamental de Expertos del Cambio Climático (IPCC - 2001). UN CRECIENTE NÚMERO DE OBSERVACIONES BRINDAN UN CUADRO GENERAL DE UN MUNDO CALENTÁNDOSE Y OTROS CAMBIOS EN EL SISTEMA CLIMÁTICO
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> La temperatura media global de la superficie ha aumentado durante el siglo XX alrededor de 0.6ºC > Las temperaturas han aumentado durante las últimas cuatro décadas en los 8 kilómetros más bajos de la atmósfera > La cobertura de nieve y la extensión de los hielos ha disminuido > El nivel medio del mar global ha ascendido y el contenido de calor del océano ha aumentado > Han ocurrido cambios en otros aspectos importantes del clima (precipitación, frecuencia de tormentas, cobertura de nubes, temperaturas extremas, episodios El Niño - Oscilación del Sur, sequías e inundaciones) > Algunos aspectos importantes del clima parecen no haber cambiado (p.ej. calentamiento de algunas regiones oceánicas del HS y la Antártida, extensión del hielo marino antártico, frecuencias de tornado) LAS EMISIONES DE LOS GASES INVERNADERO Y LOS AEROSOLES DEBIDO A LAS ACTIVIDADES HUMANAS CONTINUAN ALTERANDO LA ATMÓSFERA EN FORMAS QUE SE ESPERA AFECTEN AL CLIMA > Las concentraciones de los gases invernadero de la atmósfera y su forzamiento radiativo han continuado aumentando como resultado de las actividades humanas > Los aerosoles antropogénicos son de corta vida y producen mayormente forzamiento radiativo negativo > Los factores naturales han hecho menores contribuciones al forzamiento radiativo durante el siglo pasado
HA AUMENTADO LA CONFIANZA EN LA HABILIDAD DE LOS MODELOS PARA PROYECTAR EL CLIMA FUTURO HAY NUEVA Y MAS ROBUSTA EVIDENCIA DE QUE LA MAYORÍA DEL CALENTAMIENTO OBSERVADO DURANTE LOS ÚLTIMOS 50 AÑOS ES ATRIBUIBLE A ACTIVIDADES HUMANAS LAS ACTIVIDADES HUMANAS CONTINUARÁN CAMBIANDO LA COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICA DURANTE EL SIGLO XXI SE PROYECTA UN AUMENTO DE LA TEMPERATURA MEDIA GLOBAL Y EL NIVEL DEL MAR EN TODOS LOS ESCENARIOS DEL IPCC > Temperatura: se proyecta un aumento de 1,4 a 5,8 ºC durante el período 1990 a 2100 > Nivel del mar: se proyecta una elevación de 0,09 a 0,88 m entre 1990 a 2100 > Precipitación: se prevé un aumento de la concentración de vapor de agua media global y la precipitación durante el siglo 21. El aumento sería mayor durante la segunda mitad del siglo y sobre regiones de latitudes medias y altas del HN y la Antártida > Nieve y hielo: disminución de la cobertura de nieve y el hielo marino en el HH; disminución o desaparición de glaciares y casquetes de hielo; podría aumentar la masa de hielo Antártica debido al incremento de precipitación, mientras que se perdería masa en Groenlandia > Eventos extremos, según tabla
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Estimaciones de confianza en los cambios observados y proyectados en los eventos extremos del tiempo y el clima Cambios en el fenómeno Confianza en los cambios observados (última parte del siglo 20) Probable Temperaturas máximas más altas y mayor número de días de calor en casi todas las zonas terrestres Muy probable Temperaturas mínimas más altas, menor número de días fríos y de heladas en casi todas las zonas terrestres Muy probable Amplitud diurna de temperatura reducida sobre la mayoría de las áreas terrestres Eventos de precipitación más Probable, en varias intensos regiones terrestre de latitudes medias y altas del HN
Confianza en los cambios proyectados (durante el siglo 21) Muy probable
Probable, en unas pocas regiones
Aumento de veranos continentales secos y el riesgo de sequía asociado
No observado en los pocos análisis disponibles
Aumento en el pico de las intensidades de los vientos en los ciclones tropicales Aumento en el pico y los promedios de las intensidades de precipitación en los ciclones tropicales
Probable, en la mayoría de los interiores continentales de latitudes medias (carencia de proyecciones consistentes en otras áreas) Probable, en algunas áreas
Insuficientes datos para evaluación
Muy probable
Muy probable
Muy probable en muchas áreas
Probable, en algunas áreas
> El Niño: aun cuando haya poco o nada de cambio en la amplitud de El Niño es probable que el calentamiento global conduzca a incrementar los extremos de aridez e intensas precipitaciones e incrementar el riesgo de sequías e inundaciones que ocurren con los eventos El Niño en muy diferentes regiones > Monzones: Es probable que el calentamiento asociado con el incremento de las concentraciones de los gases invernadero causará un incremento en la variabilidad de la precipitación del monzón estival de Asia. EL CAMBIO CLIMÁTICO ANTROPOGÉNICO PERSISTIRÁ POR VARIOS SIGLOS (Se prevé que el aumento de la temperatura superficial media global y la elevación del nivel del mar continúen por cientos de años después de la estabilización de las concentraciones de los gases invernadero – aún a los niveles actuales. Luego que se haya estabilizado la concentración de gases, las temperaturas medias de superficie globales se elevarían a una tasa de unos pocos décimos de grado por siglo en lugar de unos grados por siglo según se proyecta para el siglo 21) 14
EL DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO La abundancia y distribución del ozono estratosférico es controlada por procesos dinámicos, radiativos y químicos. Normalmente, el contenido de ozono de la estratosfera es bajo en el ecuador y alto en latitudes superiores a 50°, especialmente en primavera. Esta distribución no es el producto exclusivo de los procesos fotoquímicos que lo generan sino que está ligado con el transporte de ozono hacia el polo. Aparentemente, el movimiento tiene lugar desde las capas altas (30-40 km) de las latitudes bajas hasta las capas bajas (20-25 km) de las latitudes altas, en invierno, por medio de una circulación que no es simple ni directa. El ozono estratosférico protege a la superficie terrestre de la radiación UV "B", nociva para la vida, y juega un rol crítico al controlar la estructura térmica de la estratosfera, absorbiendo tanto la radiación solar UV "B" como la radiación terrestre saliente, de onda larga. Parte de la radiación saliente absorbida es re-irradiada hacia el sistema superficie-troposfera. La mayoría de los gases que producen efecto de invernadero tienen, a su vez, la propiedad de alterar, directa o indirectamente, la cantidad y la distribución vertical y espacial del ozono. No obstante, el efecto de estos gases no es simplemente aditivo, razón por la cual un cambio en la cantidad total de ozono en la columna puede quedar transitoriamente enmascarado. Si bien el mayor efecto radiativo del ozono estratosférico se produce en la misma estratosfera, una reducción de su concentración puede modificar la temperatura en superficie mediante dos procesos: > la transmisión de una mayor cantidad de radiación solar al sistema superficie-troposfera, lo cual contribuiría a un calentamiento de la superficie; > una estratosfera más fría (debido a una menor absorción de radiación solar y terrestre) emitiría menos hacia la troposfera, lo cual tendería a enfriar la superficie del planeta. Ambos efectos son comparables en magnitud aunque de signo opuesto. La primacía de uno sobre otro dependerá críticamente de la magnitud del cambio en la temperatura estratosférica lo cual, a su vez, dependerá de la latitud geográfica y de la estación del año. Los modelos prevén reducciones en la columna de ozono de 0 a 4% en los trópicos y de 4% a 12% en latitudes altas, en la parte final del invierno. Estas predicciones no incluyen los efectos de procesos heterogéneos que podrían incrementar esta disminución, al menos en las zonas polares. Se predice una reducción del 25-50% a los 40 km de altura, y una disminución de la temperatura estratosférica entre 10 y 20°C. En superficie, una leve disminución de la temperatura media global. Obviamente, estas predicciones dependen del acatamiento de los países al Protocolo de Montreal sobre emisiones de sustancias peligrosas y que atacan la capa de ozono. Este Protocolo pretendía eliminar las emisiones de ciertos CFCs y halones para el año 2000. Los CFCs no solamente son poderosos gases de invernadero sino que ellos son importantes responsables de la disminución del ozono existente en la atmósfera media. El ozono es un gas atmosférico que controla la llegada, a la superficie del planeta, de la radiación ultravioleta corta proveniente del sol, la cual es dañina para la vida. Se estima que una disminución de 1% en este gas podría conducir a un incremento del 3% en la incidencia potencial del cáncer de piel en los humanos. Este gas se encuentra presente en la atmósfera 15
media (estratosfera), entre 10 y 45 km de altura, observándose su máxima concentración entre 18 y 20 km de altura, zona de la atmósfera que se identifica con el nombre de "capa de ozono". No obstante lo afirmado, el ozono también se halla presente cerca de la superficie del planeta (ozono troposférico) en concentraciones altamente variables. Allí juega un rol completamente diferente: actúa como un importante gas de invernadero y es perjudicial para la salud. La distribución vertical del ozono está cambiando ante la arremetida de los contaminantes de origen antropogénico. El ozono estratosférico está disminuyendo mientras que, en la atmósfera baja (troposfera), este componente atmosférico está aumentando debido a la presencia de contaminantes y procesos diferentes. Sin embargo, dado que la mayor proporción de ozono se encuentra en la estratosfera, el resultado neto es una disminución de la cantidad total de este elemento en la atmósfera. Esta disminución ha sido acompañada por un enfriamiento de la estratosfera lo cual podría tener efectos profundos, aunque no bien comprendidos aún, sobre la circulación global de la atmósfera y, por ende, sobre el clima. Las evaluaciones más recientes del estado de la capa de ozono han permitido llegar a las siguientes conclusiones: *
Agotamiento del ozono estratosférico: existe consenso científico acerca de que el uso de sustancias químicas que contienen cloro (particularmente los CFCs) y bromo pueden conducir a un significativo agotamiento del ozono estratosférico.
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Agujero de ozono antártico: la evidencia científica indica, claramente, que las sustancias químicas cloradas y bromadas masivamente usadas por el hombre, son los responsables principales del significativo agotamiento de la capa de ozono sobre la Antártida, en cada primavera. Es claro que los factores meteorológicos juegan un papel tan importante como el de los contaminantes químicos, dado que la intensidad del vórtice circumpolar (circulación del aire alrededor del polo sur, en el sentido de las agujas del reloj) y las bajas temperaturas de la estratosfera polar son factores esenciales en las reacciones fotoquímicas que producen la destrucción del ozono.
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Perturbada química en el Ártico: a pesar de que la pérdida de ozono en el ártico no es comparable con la de la Antártida, probablemente debido a un diferente esquema de circulación, se han observado cambios en la química estratosférica similares a los de la Antártida. Como consecuencia, también se han detectado declinaciones temporales de la capa de ozono en áreas limitadas.
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Tendencias en el hemisferio norte: el análisis de los datos de ozono muestra una disminución del 3% al 4% en el ozono total durante el período 1969-1988, a razón de 1,8% a 2,9% por década en las latitudes comprendidas entre 30°N y 60°N, durante los meses invernales, y del 1% en los meses estivales.
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Limitaciones de los modelos: las observaciones han permitido reconocer importantes vacíos en la capacidad de los modelos de predicción usados en la simulación climática. En particular, estos modelos no representan adecuadamente las nubes polares estratosféricas y la meteorología polar las cuales son importantes factores en el caso del agujero de ozono de la Antártida y de las perturbaciones árticas.
CONTAMINACION DE MARES, LAGOS Y DE LA TIERRA Existe evidencia sobre la contaminación de la atmósfera con metales y componentes orgánicos los que, por encima de ciertas concentraciones, resultan tóxicos para los humanos y 16
los animales. La atmósfera transporta a los sistemas acuáticos, fuentes de agua potable y mares, suelos y plantas una significativa parte de esta contaminación, infectando todo el planeta. En algunos aspectos, las sustancias químicas tóxicas transportadas por la atmósfera a los mares, lagos y, subsecuentemente, a sedimentos y suelos, pueden ser consideradas como "bombas de tiempo". Los metales y los contaminantes orgánicos pueden depositarse y absorberse, a menudo durante décadas, sin efectos observables sobre el medio ambiente. Sin embargo, tarde o temprano, los procesos naturales pueden vencer las capacidades naturales de contención, y liberar las sustancias en una forma que, en ocasiones, resulta más tóxica.
DEPOSICIONES ACIDAS Y OZONO TROPOSFERICO Los maravillosos edificios del Partenón, creados por los habitantes de Atenas hace más de 2.000 años, se han deteriorado más en los últimos 50 años que en toda su existencia previa. Las invalorables estatuas han sido erosionadas por la lluvia ácida y por las deposiciones secas de partículas azufradas que dan lugar a un líquido altamente ácido, tan pronto como las partículas entran en contacto con la lluvia. Daños por procesos similares están ocurriendo, tanto en los ecosistemas acuáticos como terrestres, debido a la deposición de lluvia y nieve altamente acidificada. Sobre tierra, la muerte de los bosques europeos y del este norteamericano ha sido atribuida a la lluvia ácida en combinación con episodios de alta concentración de ozono originada a partir del proceso de smog químico. RADIOACTIVIDAD Por muchos años, los científicos de todo el mundo han rastreado la radioactividad en la atmósfera y la presencia de polvo radioactivo generado en las pruebas de bombas nucleares. El ejemplo más espectacular de transporte, a larga distancia, de contaminantes conducidos por el aire surgió a consecuencia del accidente en la planta de energía nuclear de Chernobyl. Este transporte de contaminantes conducidos por el aire ha sido descripto como "la democracia de los vientos del mundo", dado que las emisiones en una parte del mundo pueden afectarnos a todos. Después del accidente de Chernobyl, la Agencia Internacional de Energía Atómica y la Organización Meteorológica Mundial han establecido un servicio internacional de alerta que involucra pronósticos meteorológicos referidos al transporte, dispersión y deposición de partículas radioactivas.
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EL PROGRAMA MUNDIAL DEL CLIMA (WCP)
En 1974, el Comité Ejecutivo de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) acordó que este organismo iniciara un programa internacional sobre el clima. Así, en 1979, durante el VI Congreso de la OMM, fue establecido el Programa Mundial del Clima (PMC). Este Programa fue designado para coordinar el trabajo científico de los países miembros de la OMM y de las organizaciones no gubernamentales. El PMC consta de cuatro subprogramas:
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Subprogramas de Datos: tiene a su cargo la medición, colección e intercambio de datos climáticos y sobre factores que lo afectan;
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Subprograma de Aplicaciones: su objetivo es lograr la aplicación de la información climatológica para mejorar la eficiencia de muchas actividades socio-económicas.
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Subprograma de Estudio de Impactos: su meta es la evaluación de los impactos socioeconómicos que podrían producir los cambios previstos en el clima.
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Subprograma de Investigación: destinado a llevar a cabo la investigación del SCT y los factores que loa afectan, incluyendo las predicciones de los efectos que podría producir el aumento de la concentración atmosférica de los gases de invernadero.
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LA CONVENCIÓN DE NACIONES UNIDAS SOBRE EL CAMBIO CLIMÁTICO
La década de 1990 ha sido un período de reflexión a nivel internacional sobre los problemas del medio ambiente. ¿Qué estamos haciendo con nuestro planeta? Nos estamos percatando cada vez más que la Revolución Industrial ha cambiado para siempre la relación entre el hombre y la naturaleza. Cunde la preocupación de que tal vez hacia mediados o finales del próximo siglo las actividades del hombre habrán cambiado las condiciones esenciales que hicieron posible la aparición de la vida sobre la Tierra. La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 1992 forma parte de una serie de acuerdos por medio de los cuales los países de todo el mundo se han unido para hacer frente a este problema. Otros tratados abordan cuestiones como la contaminación marina, la desertificación, el deterioro de la capa de ozono, y la rápida extinción de especies animales y. vegetales. La Convención sobre el Cambio Climático enfoca un problema especialmente inquietante: estamos alterando la forma en que la energía solar interactúa con la atmósfera y escapa de ella, y esto quizás modifique el clima mundial. Entre las consecuencias posibles podría producirse un aumento de la temperatura media de la superficie de la Tierra y cambios en las pautas meteorológicas a escala mundial. Tampoco se pueden descartar otros efectos imprevistos. El principal cambio que se ha registrado hasta la fecha ha sido en la atmósfera terrestre. Hemos provocado, y continuamos haciéndolo, un cambio en el equilibrio de los gases que componen la atmósfera, y ello es particularmente cierto con relación a los "gases de efecto invernadero" principales, como el dióxido de carbono (C02), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N20). (A pesar de que el vapor de agua es el gas termoactivo más importante, las actividades del hombre no lo afectan directamente.) Estos gases, que se encuentran normalmente presentes en la atmósfera, representan menos de una décima parte del 1 por ciento de la atmósfera total, compuesta principalmente de oxígeno (21 por ciento) y nitrógeno (78 por ciento), pero son vitales porque actúan como una manta natural alrededor de la Tierra, sin la cual la superficie de nuestro planeta seria cerca de 30° C más fría que en la actualidad. El problema estriba en que la actividad del hombre está "espesando" la manta. Por ejemplo, cuando quemamos carbón, petróleo y gas natural, liberamos cuantiosos volúmenes de dióxido de carbono en el aire, al igual que cuando destruimos los bosques, dejamos escapar a la atmósfera el carbono almacenado en los árboles. Otras actividades esenciales, como la cría de ganado y el cultivo de arroz, también emiten metano, óxido nitroso y otros gases de efecto invernadero. Si las emanaciones continúan aumentando al ritmo actual, es casi seguro que en el . siglo XXI los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera duplicarán los registros preindus18
triales, y si no se toman medidas para frenar dichas emisiones, es muy probable que los índices se triplicarán para el año 2l00 De acuerdo con el consenso científico, el resultado más directo podría ser un "calentamiento de la atmósfera mundial" del orden de 1,4º C a 5,8° C durante los próximos l00 años. A esto se debe sumar un manifiesto incremento de temperatura de unos 0,5° C desde el período preindustrial anterior a 1850, parte del cual seria producto de emisiones anteriores de gases de efecto invernadero. Es difícil pronosticar en qué medida esta situación podría afectarnos, dado que el clima mundial es un sistema sumamente complejo. Si se alterara un aspecto clave como la temperatura media global, las ramificaciones tendrían un largo alcance. Los efectos inciertos se adicionan: por ejemplo, podría cambiar el régimen de vientos y lluvias que ha prevalecido durante cientos y miles de años, y del cual depende la vida de millones de personas; podría subir el nivel de los mares y amenazar islas y zonas costeras bajas. En un mundo cada vez más poblado y sometido a mayores tensiones, que ya tiene suficientes problemas por resolver, esas presiones adicionales podrían conducir di rectamente a nuevas hambrunas y otras catástrofes. Al tiempo que los científicos se esfuerzan por comprender con mayor precisión los efectos de las emisiones de gases termoactivos, la comunidad internacional se ha unido recientemente para hacer frente a este problema. La Convención de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático establece un "objetivo final" de estabilizar "la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera a niveles que impidan interferencias antropogénicas (de origen humano) peligrosas en el sistema climático". El objetivo no especifica cuáles deberían ser esos niveles de concentración; sólo estipula que no deben ser peligrosos. Se reconoce así que actualmente no existe una certeza científica acerca de los índices que podrían catalogarse de peligrosos. Los investigadores piensan que llevará otra década (y la próxima generación de superordenadores) el reducir las incertidumbres actuales lo gran número de ellas) en forma apreciable. De ahí que el objetivo de la Convención mantenga su validez independientemente de la evolución de la ciencia. Indica que "ese nivel debería lograrse en un plazo suficiente para permitir que los ecosistemas se adapten naturalmente al cambio climático, asegurar que la producción de alimentos no, se vea amenazada, permitir que el desarrollo económico prosiga de manera sostenible". Ello realza la preocupación principal respecto a la producción alimentaria -probablemente la actividad humana más dependiente del clima- y al desarrollo económico. sugiere asimismo (cosa que comparte la mayoría de los climatólogos) que un cierto cambio es inevitable y es necesario tomar medidas de adaptación y prevención. La verdad es que en casi todos los círculos científicos la cuestión ya no es si el cambio climático es un problema potencialmente grave, sino en qué forma se manifestará, cuáles serán sus repercusiones, y cuál será la mejor forma de detectarlas. Los modelos de computadora de algo tan complicado como el sistema climático de nuestro planeta no' son aún lo suficientemente avanzados para brindar respuestas claras y concluyentes. No obstante, si bien el cuándo, dónde y cómo no está definido, el panorama que se desprende de estos modelos climáticos nos lanza señales de alarma. Por ejemplo: Los regímenes de precipitaciones regionales podrían variar. Se prevé que el ciclo de eva19
evapotranspiración se acelerará a nivel mundial, y ello implica que lloverá más, pero que las lluvias también se evaporaran más rápidamente, volviendo los suelos más secos durante los períodos críticos de la temporada de cultivo. Nuevas sequías, o más intensas, en particular en los países más pobres, podrían disminuir el abastecimiento de agua potable hasta el punto que ello podría convertirse en una amenaza grave para la salud pública. Dado que los científicos todavía no tienen entera confianza en los pronósticos regionales, no se aventuran a definir con precisión las zonas del mundo expuestas a volverse más húmedas o más secas, pero, habida cuenta de que los recursos hídricos mundiales ya se hallan bajo una gran presión en virtud del rápido crecimiento demográfico y la expansión de las actividades económicas, el peligro de que ello ocurra es bien real.
Las zonas climáticas y agrícolas podrían desplazarse hacia los polos. Se prevé que en las regiones de latitud media el desplazamiento será de entre 200 y 300 km por cada grado Celsius de calentamiento. Veranos más secos disminuirían el rendimiento de los cultivos en un l0 a 30 por ciento, y es posible que las principales zonas cerealeras actuales (como las Grandes Llanuras de los Estados Unidos) experimenten sequías y golpes de calor más frecuentes. Los bordes septentrionales de las zonas agrícolas de latitud media (el norte del Canadá, Escandinavia, Rusia y el Japón en el hemisferio norte, y el sur de Chile y la Argentina en el hemisferio austral), se beneficiarían de temperaturas más elevadas. Sin embargo, en algunas regiones la escabroso de los terrenos y la pobreza de los suelos impedirían a esos países compensar la merma de rendimiento de las zonas hoy más productivas. El derretimiento de los glaciares y la dilatación térmica de los océanos podrían aumentar el nivel del mar, amenazando las zonas costeras bajas y a islas pequeñas. El nivel medio global del mar ya ha subido en el último siglo y se prevé que el calentamiento de la Tierra ocasionará un aumento adicional de alrededor de 18 cm para el año 2030. De mantenerse la actual tendencia de las emisiones de gases termoactivos, ese aumento podría llegar a los 80 cm por encima de los niveles actuales hacia el año 2100. Las tierras más vulnerables serían las regiones costeras desprotegidas y densamente pobladas de algunos de los países más pobres del mundo. Entre las víctimas probables se contaría Bangladesh, cuyas costas ya son propensas a inundaciones devastadoras, al igual que muchos pequeños Estados insulares, como las Maldivas. Estas hipótesis son lo suficientemente alarmantes para causar preocupación, pero demasiado inciertas para permitir a los gobiernos tomar medidas de acción concretas. El panorama es confuso: es comprensible que algunos gobiernos, acosados por otros problemas, responsabilidades y deudas que atender, se vean tentados de no hacer absolutamente nada. Quizás el peligro se aleje, o algún otro se encargará de él; tal vez otro asteroide gigante chocará con la Tierra, ¿quién puede saberlo?
LA ATMOSFERA La atmósfera es una mezcla de diferentes gases y aerosoles (partículas líquidas y sólidas suspendidas) conocida colectivamente como aire, que envuelve la tierra, formando un sistema 20
ambiental integrado (clima) con las otras componentes de la tierra. La atmósfera provee varias funciones, y no menos que la capacidad de sostener la vida. De interés primordial para entender los procesos generadores del clima, sin embargo, es su habilidad para controlar el balance de energía de la tierra. Para entender este proceso será necesario estudiar en más detalle la composición de la atmósfera. Composición de la atmósfera Vamos a considerar los gases atmosféricos. La Tabla siguiente ilustra la composición gaseosa promedio del aire seco por debajo de los 25 km. Aunque se han detectado trazas de gases atmosféricos bien dentro del espacio, el 99% de la masa de la atmósfera yace debajo de unos 25 a 30 km de altura, y el 50% está concentrado en los primeros 5 km (menos altura que el monte Everest). Componente
Fórmula química
% volumen (aire seco)
Nitrógeno
N2
78.08
Oxígeno
O2
20.98
Argón
Ar
0.93
Dióxido de Carbono
CO2
0.035
Neón
Ne
0.0018
Helio
He
0.0005
Hidrógeno
H
0.00006
Criptón
Kr
0.0011
Xenón
Xe
0.00009
Metano
CH4
0.0017
Ozono
O3
0.00006
Esta mezcla gaseosa permanece notablemente uniforme en su composición, y es el resultado de eficientes procesos de reciclado biogeoquímico y mezclamiento turbulento de la atmósfera. Los gases más abundantes son el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%), que en conjunto hacen el 99% de la atmósfera baja. No hay evidencia que el nivel relativo de estos gases haya cambiado significativamente en el tiempo. A pesar de su relativa escasez, los denominados gases invernadero juegan un importante papel en la regulación del balance de energía de la atmósfera. a)
Dióxido de carbono El dióxido de carbono (CO2), el más importante de estos gases de menor proporción, está involucrado en un complejo ciclo global. El ciclo global del carbono
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Es liberado desde el interior de la tierra a través de las erupciones volcánicas, y por respiración, procesos en los suelos, combustión de componentes carbonados y evaporación oceánica. A la inversa, es disuelto en los océanos y consumido durante la fotosíntesis de las plantas. Actualmente hay 359 partes por millón en volumen (ppmv) de CO2 en la atmósfera, una concentración que está elevándose continuamente debido a emisiones antropogénicas debidas a la combustión de combustibles fósiles y la deforestación. b)
Metano
El metano (CH4 ) es otro de los gases invernadero, primariamente producido por procesos anaeróbicos (deficientes de oxígeno) tales como los cultivos de arrozales o la digestión animal. Se destruye en la baja atmósfera por reacciones con radicales libres OH CH4 + OH → CH3 + H2O Como el CO2, su concentración en la atmósfera está incrementándose debido a las actividades antropogénicas tales como la emisión y producción de gas natural y algunas prácticas agrícolas. c)
Oxido nitroso
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El óxido nitroso (N2O) está producido por mecanismos biológicos en los océanos y los suelos y por causas antropogénicas incluyendo la combustión industrial, los escapes de vehículos, la quema de biomasa y el uso de fertilizantes químicos. Se destruye por reacciones fotoquímicas (que incluyen la luz solar) en la alta atmósfera (estratosfera) d)
Ozono
El ozono (O3) está presente en la estratosfera, en donde protege a la tierra de los niveles dañinos de radiación ultra violeta (UV) y en concentración menor en la baja troposfera. En los últimos años se ha despertado una preocupación sobre la destrucción de la capa de ozono, principalmente sobre la Antártida y últimamente sobre otras regiones del globo. La concentración de ozono en la atmósfera no es uniforme, a diferencia de otras trazas de gases, varía de acuerdo a la altura. El O3 es formado en una reacción fotoquímica que involucra radiación solar UV, una molécula de oxígeno y un átomo de oxígeno: O2 + O + M
O3 + M
donde M representa el balance de energía y momento provistas por la colisión con un tercer átomo o molécula, por ejemplo óxidos de nitrógeno (NOx). La destrucción del O3 involucra la recombinación con oxígeno atómico vía los efectos catalíticos de agentes tales como los radicales OH, NOx y radicales de cloro (Cl, ClO). La concentración de O3 está finalmente determinada por el equilibrio del balance de formación y destrucción natural. Debido a que las velocidades relativas de las reacciones de formación y destrucción varían con la temperatura y la presión, las concentraciones de O3 varían con la altura. La mayoría del ozono aparece en una capa entre 15 y 35 km de altura, (ver la siguiente figura) donde las velocidades relativas de formación y destrucción son más conducentes a la formación de O3. El actual temor sobre la disminución del ozono es debido al incremento en la cantidad de agentes (tales como el Cl) en la atmósfera que aumentan la tasa de destrucción del O3, perturbando el delicado equilibrio existente. e)
Halocarbonos
Los halocarbonos son componentes que contienen carbón, halógenos tales como cloro, bromo y flúor y algunas veces hidrógeno. Pueden ser completamente antropogénicos como los CFCs o pueden tener origen natural, tales como algunos haluros de metilo. Los clorofluorocarbonos (CFCs) son completamente antropogénicos producidos por los propelentes de aerosoles, enfriadores de refrigeradores y aire acondicionadores. Están formados por moléculas de carbón, cloro y flúor. Los CFCs se destruyen lentamente por reacciones fotoquímicas en alta atmósfera (estratosfera). Antes de la década de 1930 los CFCs estaban ausentes de la atmósfera, pero durante la última mitad del siglo pasado sus concentraciones han aumentado continuamente. Aunque sus concentraciones son medidas en partes por trillón (en volumen) se perciben como una seria amenaza para el futuro calentamiento global.
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Poseen un largo tiempo de vida atmosférica medido en décadas a centurias, y molécula por molécula, son miles de veces más activos como gas invernadero que el CO2. Los halones son especies antropogénicas similares pero contienen bromo en lugar de cloro. Otros halocarbonos incluyen los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) y los hidrofluorocarbonos (HFCs). Estos también son componentes antropogénicos actualmente usados como sustitutos para reemplazar los CFCs que están siendo eliminados por fases bajo los términos del Protocolo de Montreal, para proteger la capa de ozono. Muchos de los otros gases de la atmósfera son gases inertes o nobles, incluyendo el argón, neón, helio, criptón y xenón (ver la última tabla). Debido a su inercia química, juegan muy poco o nada en los procesos físicos y químicos que operan en la atmósfera. f)
Otras trazas de gases
Además de estos gases, el vapor de agua (H2O) es un constituyente vital de la atmósfera, promediando alrededor del 1% en volumen, con variaciones significativas en las escalas espacial y temporal. Su presencia en la atmósfera forma parte del ciclo hidrológico global. El vapor de agua es el gas invernadero más importante y de acuerdo a su abundancia juega un papel crucial en la regulación del balance energético de la atmósfera. A pesar de esto, el volumen total de agua en la atmósfera es relativamente pequeño, y, si precipitara completamente y se repartiera parejos sobre toda la tierra alcanzaría una capa de alrededor de 25 mm de lluvia. En realidad, por supuesto, la distribución de la lluvia es altamente desigual debido a procesos dinámicos internos dentro del sistema climático global. g)
Aerosoles
Las variaciones en la abundancia de los gases atmosféricos tienen el potencial de cambiar el clima global. Las variaciones en otro grupo de especies, llamadas aerosoles atmosféricos, puede también afectar el clima. Los aerosoles son partículas sólidas y líquida, dispersadas en el aire, e incluyen, polvo, hollín, cristales de sal marina, esporas, bacterias, virus y una plenitud de partículas microscópicas. Colectivamente con frecuencia son referidas como contaminación atmosférica pero muchos de los aerosoles tienen un origen natural. Aunque la turbidez de la atmósfera (la abundancia de aerosoles) varía en cortas escalas de tiempo, por ejemplo después de una erupción volcánica, en el largo plazo mantiene un adecuado grado de equilibrio, debido a los mecanismos limpiadores naturales del sistema climático terrestre. Sin embargo, el limpiado no es nunca completo y siempre permanece un nivel de fondo de aerosoles atmosféricos que reflejan los procesos dinámicos involucrados con la entrada y remoción de aerosoles. En la escala global las fuentes naturales de aerosoles son probablemente 4 o 5 veces mayores que las antropogénicas, pero las variaciones regionales de las emisiones antropogénicas pueden cambiar esta relación significativamente en ciertas áreas, particularmente en las regiones industrializadas del Hemisferio Norte. Estructura vertical de la atmósfera
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La mayoría de los constituyentes gaseosos están bien mezclados a través de la atmósfera. Sin embargo, la atmósfera en si misma no es físicamente uniforme sino que tiene variaciones significativas en la temperatura y la presión con la altura. La siguiente figura muestra la estructura de la atmósfera, en la que de acuerdo a las inversiones de temperatura están definidas una serie de capas.
La capa más baja, con frecuencia referida como baja atmósfera, es llamada troposfera. Su espesor va de unos 8 km en los polos a los 16 km en el ecuador, principalmente como resultado de los diferentes balances de energía en esas regiones. Aunque ocurren variaciones, la disminución promedio de la temperatura con la altura (conocido como el gradiente vertical de la temperatura) es de aproximadamente 6,5ºC por kilómetro. La troposfera contiene aproximadamente un 75% de la masa gaseosa de la atmósfera, así como casi todo el vapor de agua y los aerosoles, mientras que el 99% de masa de la atmósfera se encuentra en los primeros 30 km. Debido a la estructura de temperatura de la troposfera, es en esta región de la atmósfera donde se desarrollan la mayoría de los sistemas del tiempo. Estos son parcialmente debidos a procesos convectivos que se establecen cuando el aire de la superficie es calentado (calentado por la superficie misma de la tierra), se expande y se eleva enfriándose a altos niveles en la troposfera. La tropopausa marca el límite superior de la troposfera, a partir del cual la temperatura generalmente permanece constante antes de comenzar a ascender nuevamente a los 20 km aproximadamente. Esta inversión de temperatura evita la ulterior convección del aire, confinando así la mayor parte de los sistemas del tiempo en el globo a la troposfera. La capa sobre la tropopausa en la cual la temperatura comienza a ascender es conocida como la estratosfera. A través de esta capa la temperatura continua elevándose hasta una altura de unos 25
50 km, donde el aire rarificado puede alcanzar temperaturas cercanas a 0ºC. Esta elevación de temperatura es causada por la absorción de radiación solar ultravioleta por la capa de ozono. Un perfil de temperatura como este crea condiciones muy estables, y la estratosfera carece de la turbulencia que es tan prevaleciente en la troposfera. La estratosfera esta cubierta por la estratopausa, otra inversión de temperatura que ocurre a unos 50 km. Sobre esta yace la mesosfera hasta alrededor de 80 km en donde la temperatura cae de nuevo hasta casi –100ºC. Sobre los 80 km la temperatura se eleva continuamente (la termosfera) hasta bien más allá de los 1000ºC, aunque debido a la naturaleza altamente rarificada de la atmósfera a estas alturas, dichos valores no son comparables a los de la troposfera o estratosfera.
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