El cambio climático puede ser el tema más urgente de nuestros días, tanto políticamente como en términos de la vida en la tierra. Hay una creciente conciencia de que el clima global es un asunto de acción pública.
Según Phys, por 11,500 años, la concentración de dióxido de carbono atmosférico (co2) se mantiene alrededor de 280 ppm (el “normal” preindustrial), con un promedio de temperatura de la superficie de 15ºC. Desde la revolución industrial, este nivel ha crecido continuamente, alcanzando 410ppm en 2018.
Las geociencias, con su enfoque en espacios de tiempo hasta billones de años, están especialmente equipados para hacer extremadamente claro cuan abruptamente las sociedades industriales han cambiado y están cambiando el clima de la tierra.
Clima, gases invernadero, CO2 y sumideros de carbono
El principal motor del clima de la tierra es el Sol. Nuestra estrella entrega un poder superficial promedio de 342W/m2 por año (Casi como un secador de pelo por cada metro cuadrado del planeta).
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La tierra absorbe alrededor de un 70% de esto y refleja el resto. Si este fuera el único mecanismo climático, la temperatura promedio sería de -15ºC (bajo el punto de congelamiento del agua, 0ºC).
La vida probablemente sería imposible. Afortunadamente, un poco de la energía absorbida es reemitida como radiación infrarroja que, a diferencia de luz visible, interactúa con los gases invernadero (GHGs) presentes en la atmósfera para irradiar calor hacia la superficie de la tierra.
El efecto invernadero actualmente mantiene nuestra temperatura promedio cerca de los 15ºC.
Los GHGs primarios son el vapor de agua y el muy debatido CO2. El dióxido de carbono contribuye hasta el 30% del total del efecto invernadero, el vapor de agua provee un 70%.
El CO2, sin embargo, tiene en general un poder de calor que el vapor de agua no. El vapor de agua en la atmósfera tiene un muy corto tiempo de residencia (desde horas a días) y su concentración puede aumentar solo si la temperatura aumenta.
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CO2 se mantiene en la atmósfera por 100 años y su concentración no se controla solo con temperatura. CO2 por lo tanto, es capaz de provocar calentamiento: Si la concentración de CO2 aumenta, la temperatura promedio, independiente de su propia tendencia, aumentará.
Es por esto crucial entender como el dióxido de carbono atmosférico es regulado. En escalas de tiempo geológicas (100,000+ años), los gases volcánicos son la fuente principal de CO2, promediando 0.4 billones de montones de CO2 por año (0.4 GtCO2/Y).
Pero el CO2 no se acumula infinitamente en la atmósfera, este fluye dentro y fuera gracias a otros procesos medioambientales, y es almacenado en reservas conocidas como sumideros de carbono.
El océano, en primer lugar, contiene 50 veces más carbono que la atmósfera. Sin embargo, CO2 disuelto en el océano puede fácilmente ser liberado hacia la atmósfera, mientras que solo sumideros geológicos mantienen el CO2 lejos de la atmósfera en espacios de tiempo geológicos.
El primer sumidero geológico es materia sedimentaria orgánica. Organismos vivientes contienen carbono orgánico formado por CO2 atmosférico mediante fotosíntesis, y organismos muertos son usualmente enviados al fondo de océanos, lagos y pantanos.
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Así, cantidades inmensas de carbono orgánico se acumulan con el tiempo en sedimentos marinos y continentales, donde algunos son eventualmente transformados en combustibles fósiles (aceite, gas y carbón).
Rocas calcáreas son el segundo sumidero geológico. Rocas como granitos o basaltos son desgastadas por aguas superficiales, lavando calcio e iones de bicarbonato hacia el océano.
Organismos marinos los usan para construir partes duras hechas de carbonato cálcico. Cuando se deposita en el fondo del océano, el carbonato cálcico es eventualmente aislado como caliza.
Dependiendo de las estimaciones, estos dos sumideros combinados contienen 50.000 a 100.000 veces más carbono que la presente atmósfera.
La historia anterior: La atmósfera terrestre en el tiempo.
La cantidad de CO2 en la atmósfera terrestre ha variado enormemente. Décadas de investigación nos permiten trazar las líneas principales de la historia comenzando luego de que la tierra fuera completamente formada hace 4.4 billones de años atrás.
La atmósfera temprana de la tierra era extremadamente rica en CO2 (hasta 10,000 veces los niveles modernos), mientras que el oxígeno (O2) era escaso.
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Durante el arcaico (3.8 a 2.5 billones de años atrás), vida floreció por primera vez, los primeros continentes se crearon. La erosión comenzó a sacar CO2 de la atmósfera.
El desarrollo de fotosíntesis contribuyó a la disminución de CO2 atmosférico, elevando los niveles de O2 durante el Gran evento de oxigenación, hace 2.3 billones de años. La concentración de CO2 cayó “solo” 20 a 100 veces el nivel preindustrial, para nunca más volver a la concentración de los primeros eones de la tierra.
Dos billones de años después, el ciclo del carbono cambió. Hacia el final del devónico- Principios del carbonífero (~ 350 millones de años atrás), la concentración de CO2 estaba alrededor de 1,000 ppm.
No existían mamíferos. Plantas vasculares capaces de sintetizar lignina aparecieron durante el devónico y se extendieron.
La Lignina es una molécula resistente a degradación microbiana que permite que se formen grandes almacenamientos de carbono orgánico como carbón durante millones de años.
En conjunto con la erosión de la era hercínica (los vestigios de este pueden ser encontrados en el Macizo Central de Francia o en los Apalaches), entierros de carbono orgánico bajaron el CO2 atmosférico a niveles similares (o más bajo que) a los de hoy y generaron una gran era glacial entre 320 y 280 millones de años atrás.
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Hacia el final de la era Jurásica (145.000 millones de años atrás), sin embargo, el péndulo se había movido. Dinosaurios dominaban la tierra, mamíferos evolucionaban, actividad tectónica aumentaba y el Pangea (el último súper-continente) se dislocaba.
El CO2 aumentaba, 500 a 2,000 ppm, y permanecía en niveles elevados, manteniendo un cálido clima de invernadero por 100 millones de años.
Por 55 millos de años, la tierra se enfrió mientras el CO2 disminuía, notablemente siguiendo el levantamiento Himalaya y un subsiguiente aumento en erosión y sedimentación de carbono orgánico.
La evolución continua con homínidos apareciendo hace 7 millones de años. Hace 2.6 millones de años, La tierra entro a un nuevo estado caracterizado por una alternación entre periodos glaciares e interglaciares a un ritmo regular dado por los parámetros orbitales de la tierra y amplificado por el corto plazo del ciclo de carbono.
CO2 alcanzó su nivel preindustrial hace 11,500 años cuando la tierra entró su último estado interglaciar.
Una nueva historia: La revolución Industrial
Hasta el siglo XIX, la historia del carbono atmosférico y el clima de la tierra era una historia de geología, biología y evolución.
Esa historia cambió abruptamente con la Revolución Industrial, cuando los humanos modernos (Homo sapiens), los que probablemente aparecieron 300,000 años atrás, comenzaron a consumir combustible fosil a una escala masiva.
Para 1950, la adición del CO2 a la atmósfera a través de la combustión de combustible fósil ya estaba probada, mediante la firma isotópica de carbono de las moléculas de CO2 (Efecto “Suess”).
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Hacia el final de 1970, científicos climáticos observaron un rápido giro hacia temperaturas generalmente más cálidas. El IPCC, creado en 1988, mostró en 2012 que la temperatura promedio ha aumentado en 0.9ºC desde 1901. Sigue subiendo.
Ese cambio puede parecer modesto comparado con la última desglaciación, cuando la temperatura promedio aumento en 6ºC en 7,000 años, pero es al menos 10 veces más rápida. Parámetros naturales como la actividad solar o volcanismo no explican tan rápido calentamiento.
La causa es inequívocamente adición humana de GHGs a la atmósfera, y países con altos ingresos emiten la mayor cantidad de CO2 por habitante.
¿Cómo terminará nuestra historia?
Sociedades industriales quemaron cerca del 25% del combustible fosil de la tierra en 160 años y abruptamente invirtieron un flujo natural de almacenamiento de carbono lejos de la atmósfera.
Este nuevo flujo humanamente generado está, en cambio, añadiendo 28Gt de CO2 por año, 50 veces más que volcanes. La retención natural geológica no puede compensar y el CO2 atmosférico sigue aumentando.
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Las consecuencias son inminentes, numerosas y graves: Eventos climáticos extremos, aumento del nivel del mar, disminución glaciar, acidificación oceánica, perturbaciones al ecosistema y extinciones.
La tierra misma ha sobrevivido otras catástrofes. Aun cuando el presente calentamiento superará habilidades de muchas especies para adaptarse, la vida continuará. No es el planeta el que está en riesgo. En cambio, es el futuro de las sociedades humanas y la preservación del ecosistema actual.
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