¿Qué se sabe realmente del calentamiento global?

Hasta hace relativamente poco tiempo, los debates en torno al calentamiento global y su origen antropogénico estaban circunscritos al ámbito científico y ciertos círculos ecologistas. Al ciudadano medio no le llegaba apenas información sobre el tema y el desconocimiento era casi absoluto. Esto, que no dejaba de ser un aspecto más del problema de la disociación cada vez mayor entre ciencia y sociedad tenía, sin embargo, una parte positiva. Quien tuviera interés y buscara información sobre el tema se podía hacer una idea correcta de la situación y podía confiar en la mayoría de la información que encontrara.

Sin embargo, eso ha cambiado y cualquiera que intente buscar información sobre el cambio climático se encontrará con toneladas de información contradictoria, opiniones de gente sin formación, sermones pseudoecologistas, propaganda pagada por industrias contaminantes, intereses políticos, etc. Y después de leer todo eso, la conclusión a la que se llega es: ninguna. No hay manera de hacerse una idea de cuál es el estado real de nuestro conocimiento sobre el cambio climático; de qué estamos seguros; de qué no estamos tan seguros...

Como yo tampoco soy especialista en el tema ni la meteorología es lo mío, tomaré como base un artículo bastante completo y que toca los puntos fundamentales del debate climático y dibuja lo que realmente sabe la ciencia sobre el clima y dónde está realmente el debate científico, y haré un pequeño resumen de su contenido. El artículo original es Global warming: a review of this mostly settle issue, de Charles F. Keller, publicado en Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 23, 643-676 (2009).

 

Motivación

Keller ha escrito este artículo como respuesta a toda la controversia que rodeó la publicación del Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) en 2007. El último informe publicado por el IPCC es el quinto, en 2010. Se centra en responder a las principales afirmaciones de los críticos de las conclusiones del IPCC:

1. El registro observacional del calentamiento de la superficie de la Tierra está sesgado y no es fiable. En realidad ha habido muy poco calentamiento desde 1945.
2. El clima siempre ha variado de forma natural, a veces más que en el siglo XX, así que las causas del calentamiento actual son, seguramente, naturales.
3. El retroceso de los glaciares se debe a la falta de nevadas y al calentamiento debido a que estamos volviendo a la normalidad después de la Pequeña Edad del Hielo.
4. El clima es demasiado complejo para ser modelado, incluso con los actuales superordenadores, así que los Modelos de Circulación General no son fiables y no deberían usarse para atribuir el calentamiento a los gases de invernadero de origen antropocéntrico o predecir la evolución del clima.

Estas son críticas que aparecen frecuentemente entre los críticos del cambio climático y, si bien la mayoría de los que las exponen tienen motivaciones políticas o empresariales, hay también un cierto número de científicos que las suscriben.

 

Midiendo la temperatura terrestre

 

Medidas indirectas

Existen multitud de pruebas que indican la existencia de un calentamiento global. Los glaciares se están derritiendo, las nevadas anuales son cada vez menores, los casquetes polares se están reduciendo, etc. Casi nadie niega este calentamiento, nadie serio, por lo menos. Sin embargo, los críticos argumentan que este calentamiento es debido a que estamos saliendo de la Pequeña Edad de Hielo, y es un calentamiento normal. Sin embargo, el análisis de los tamaños de los glaciares no sólo apunta al calentamiento esperable al salir de la Pequeña Edad de Hielo, sino a una aceleración del calentamiento en los últimos 30 años, apróximadamente. El hielo del Ártico no sólo ha reducido su tamaño a menos de la mitad en 20 años, sino que actualmente se compone mayoritariamente de hielo estacional, que se derrite cada año y es transportado fácilmente por el viento hacia el sur en forma de icebergs. Lo normal era que la mayor parte de la capa de hielo se hubiera acumulado a lo largo de varios años, no derritiéndose en verano.

Uno de los lugares donde se ha realizado una investigación más intensa del clima es Groenlandia. Sin embargo, las particularidades geográficas de Groenlandia han hecho que su clima presente un cierto desfase del calentamiento global en el resto del mundo, debido a los vientos del Ártico que soplan sin obstáculos por su superficie. A pesar de eso, las últimas medidas realizadas en superficie y por satélite muestran que su nieve y sus glaciares se están derritiendo a un ritmo cada vez más acelerado e incluso, que el agua derretida se está filtrando hacia la base de los glaciares, lubricándolos y haciendo que se muevan más rápido.

Un punto especialmente interesante que toca Keller es el de los glaciares tropicales. Se han realizado varias catas para extraer núcleos de hielo de estos glaciares y se ha encontrado que muchos de ellos tienen una antigüedad de más de 10.000 años. Eso quiere decir que ninguno de los periodos cálidos registrados en ese periodo (incluyendo el Periodo Cálido Medieval) no fueron capaces de fundirlos. Además, gracias a estos núcleos de hielo tropical tenemos constancia del clima a bajas latitudes, complementando los estudios realizados con hielos polares, que podrían no ser representativos del clima global.

La imagen global que se obtiene del estudio de los glaciares, así como de las medidas del nivel del mar es que la cubierta de hielo y nieve de la Tierra lleva unos 30 años disminuyendo, mientras que el nivel del mar lleva subiendo unos 70 años.

 

Medidas directas

Existe una enorme red de estaciones metereológicas repartidas por todo el mundo, y se realizan miles de medidas tanto en tierra como en el mar. A eso hay que añadir en los últimos años toda una flota de satélites dedicados a la investigación de la atmósfera.

Para evitar errores, cada estación calcula su propia temperatura media en un número determinado de años y luego se calculan las desviaciones de la media a nivel global. De esta manera se evitan los problemas debidos a las características particulares de cada localización geográfica. Quizás la fuente de error que más tinta ha hecho correr es la relacionada con el llamado Efecto Isla Urbana. Está demostrado que las ciudades forman una especie de "isla" de aire más caliente que el circundante debido a que son fuentes de calor y los edificios altos representan un obstáculo para el viento que tendería a dispersar el aire caliente. Este efecto es conocido hace mucho tiempo y las medidas tomadas por las estaciones urbanas son tratadas para compensar este efecto. Además, desde que se empezaron a usar satélites para medir las temperaturas de la superficie terrestre éstas concuerdan muy bien con las medidas tomadas por las estaciones metereológicas.

El panorama que se desprende de todo el conjunto de medidas de temperaturas es que, entre 1861 y 2000, la temperatura en la superficie de la tierra aumentó 0,61±0,16ºC. El calentamiento no ha sido uniforme, ya que es mayor en tierra y a altas latitudes. Las medidas de superficie han detectado además el enfriamiento que ocurrió entre 1946 y 1975 debido a la emisión masiva de aerosoles por la rápida industrialización y las alteraciones climáticas debido a los fenómenos de El Niño y La Niña y diversas erupciones volcánicas.

 

La temperatura de las capas medias de la troposfera

Las mediciones de temperatura de las capas medias de la troposfera han resultado ser un problema serio durante más de veinte años, ya que, tanto las realizadas con globos sonda como las hechas por satélites, contradecían las mediciones realizadas en la superficie. Resulta que el análisis primario de las medidas por satélite había sido realizado por un único grupo de investigación, de la Universidad de Alabama. Ante esto, otros grupos se dedicaron a examinar sus datos en busca de cualquier cosa que pudiera alterarlos: ciclos solares, desviaciones de la órbita del satélite... Finalmente se encontró el problema.

El registro de temperaturas a lo largo de estos últimos 25 años ha sido realizado con nueve satélites diferentes, por lo que es necesario colocar todas las medidas en la misma escala absoluta. Para ello, el equipo de Alabama asumió que se podían solapar las últimas medidas de cada satélite con las primeras del siguiente. Cuando otros grupos examinaron estos ajustes se dieron cuenta de que el ajuste que se realizón en 1991-1992 fue diez veces mayor que en el resto de ocasiones. Resulta que en 1991 entró en erupción el volcán Pinatubo, inyectando cantidades masivas de polvo y ceniza a la atmósfera, lo que provocó un enfriamiento global. Esto fue lo que provocó que la calibración fuera errónea y se enmascarara el calentamiento real. Una vez corregido el problema y tratados los datos adecuadamente, los resultados concuerdan con el calentamiento predicho los modelos atmosféricos.

En cuanto a los globos sonda, se observó que existía una discrepancia entre las tendencias de las temperaturas diurnas y las nocturnas, y que el efecto era más acusado en las zonas tropicales. Al final se descubrió que los instrumentos no tenían un aislamiento adecuado para protegerse de la luz directa del Sol. Cuando se corrigió este problema, las mediciones con sonda coincidieron con las de los satélites y mostraron que el calentamiento había empezado en las capas medias de la troposfera en los años 1960 y que era mayor que el calentamiento a nivel del mar, tal y como predicen los modelos teóricos.

En definitiva, después de mucho trabajo, todas las medidas son consistentes entre sí y con un patrón de calentamiento de aproximádamente 0,20ºC por década.

 

¿Es natural el calentamiento?

Quizá uno de los argumentos más repetidos por los que niegan el calentamiento climático es que el clima ha variado siempre, que ha habido periodos más cálidos que el actual y que el calentamiento que observamos hoy en día es debido a que estamos en un periodo interglaciar.

Es cierto que el clima ha variado a lo largo de la historia de la Tierra. En el último millón de años, más o menos, el clima ha estado dominado por los ciclos de Milankovitch, la combinación de la variación de varios elementos orbitales, que ha producido una alternancia de glaciaciones y periodos templados. Una de las herramientas más valiosas para estudiar el paleoclima de esta época son los núcleos de hielo obtenidos en la estación antártica Vostok, que nos proporciona un registro climático de unos 135.000 años de antigüedad. Estos núcleos de hielo muestran que la concentración de CO₂ sigue a las variaciones de temperatura con un desfase de cerca de 100 años. A pesar de que esto es usado por los críticos del cambio climático como prueba de que el CO₂ no es causante del cambio climático, en realidad este es el comportamiento que se esperaría de una retroalimentación positiva: un pequeño cambio de temperatura libera CO₂, que a su vez provoca un aumento mayor de temperatura, que libera más CO₂...

Contrariamente a lo que se suele alegar no estamos saliendo de un periodo glaciar, sino que estamos al final de un periodo cálido de 10.000 años y deberíamos estar cerca de entrar en un nuevo periodo glaciar. Las temperaturas globales alcanzaron su máximo al principio del Holoceno, en algún momento de hace unos 10.000 años, y han estado disminuyendo desde entonces. Estas conclusiones se han obtenido de tres registros diferentes de temperatura: de los núcleos de hielo de la isla Ellsmere; la elevación de la linea forestal de Suecia; y de las proporciones isotópicas del oxígeno en estalagtitas de Noruega.

Para los últimos 1.000 años tenemos muchos indicadores de la temperatura en el hemisferio Norte (y algunos para el Sur). En Europa y el Atlántico Norte se produjo entre 1.100 y 1.300 el llamado Periodo Cálido Medieval y entre 1.500 y 1.900 la Pequeña Edad del Hielo. El problema es que la mayor parte de los indicadores que tenemos (incluyendo registros históricos) se centran en la zona del Atlántico Norte, por lo que se discute si estos fenómenos fueron regionales o globales. En general, los medidores disponibles indican que el Periodo Cálido Medieval no fue, globalmente, tan cálido como el presente, y las temperaturas máximas se dieron en momentos diferentes en cada zona. De la misma manera, la Pequeña Edad del Hielo parece no haber sido un solo fenómeno, sino un conjunto de ellos, que afectaron en momentos diferentes a regiones distintas.

Una de las polémicas más fuertes en el debate climático tuvo lugar a raiz de la publicación por Michael Mann y colaboradores de la llamada gráfica del palo de hockey en 1.999. Esta gráfica fue el resultado del primer intento exhaustivo de reconstruir el clima en el hemisferio Norte en los últimos 1.000 años. La grafica fue acusada por los críticos de estar sesgada, e incluso algunos llegaron a acusar a Mann de fraude. Sin embargo, los estudios que se han hecho posteriormente han confirmado la tendencia de esta gráfica y suelen caer dentro de los márgenes de error originales de la gráfica.

Gráfico del "palo de hockey". Esta es una versión actualizada que incorpora datos y estudios realizados hasta 2006. Publicado en Proxy-based reconstructions of hemispheric and global surface temperature variations over the past two millennia. Mann M.E. et al. PNAS 105(36): 13252-13257.

Determinar lo acusadas que fueron la Pequeña Edad del Hielo y el Periodo Cálido Medieval es otro de los temas en los que se ha trabajado intensamente. La primera es importante porque nos da una idea de lo sensible que es el clima a la variación de la actividad solar, mientras que si el Periodo Medieval fue tan cálido como el clima actual significaría que la temperatura actual se encuentra en un rango normal.

Existen discrepancias en cuanto a lo importante que fue el enfriamiento de la Pequeña Edad del Hielo, y el asunto está todavía estudiándose. En cambio, parece haber bastante consenso en que el Periodo Cálido Medieval alcanzó unas temperaturas del nivel de 1.940, bastante por debajo de las temperaturas actuales, y que fue un fenómeno mucho más regional. Una prueba contundente de ello son los núcleos de hielo extraidos de glaciares montañosos en los trópicos. Muchos de estos núcleos, extraidos hace décadas, contienen hielo que se remonta a varias decenas de miles de años, pero cuando se ha intentado obtener nuevas muestras en los mismos sitios veinte años después fue casi imposible, debido al derretimiento de esos glaciares.

 

La influencia del Sol

Otro de los argumentos que se esgrimen con más frecuencia para negar el cambio climático es que el Sol es el que desde siempre ha dominado los cambios climáticos, y eso es lo que sigue sucediendo hoy. Pero reducirlo todo al Sol es una simplificación errónea. Durante los primeros miles de millones de existencia de la Tierra, el Sol era un 30% menos brillante que actualmente. Sin la presencia de gases de invernadero como el agua, CO₂ y metano, nuestro planeta no hubiera podido dejar de ser una enorme bola helada. Mientras que el agua y el metano reaccionan de forma positiva a los cambios de temperatura, magnificando pequeñas variaciones, el dióxido de carbono provoca una retroalimentación negativa. En un proceso que dura millones de años, el CO₂ es liberado de ciertos minerales como el carbonato de calcio cuando la temperatura baja y es secuestrado de nuevo al aumentar la temperatura. Así que, aunque el Sol sea la fuerza dominante en el clima, los gases de invernadero juegan un papel fundamental, por lo que se nos plantea la pregunta ¿cuánto del calentamiento de los últimos 50 años puede atribuirse a variaciones en la actividad solar?

Existen dos métodos para la determinación de la evolución de la actividad solar: la observación de la cantidad de irradiación por satélite y la paleocalibración. Se tiene información de satélites desde 1979, lo que incluye tres ciclos solares. La paleocalibración incluye el estudio del registro histórico de manchas solares (que se extiende hasta el siglo XVII), que son un indicativo de la actividad solar, y las proporciones de isótopos ¹⁰Be y ¹⁴C. Estos isótopos son producidos al interaccionar los rayos cósmicos con los átomos de la atmósfera, y por tanto, también sirven para registrar la actividad solar de hasta hace varias decenas de miles de años. Además, es estudio de estrellas de tipo solar nos sirve para saber que la actividad solar ha variado mucho más de lo que se ha observado en los últimos años. Con todos estos datos los modelos matemáticos desarrollados son capaces de reproducir el clima de los últimos miles de años y se ha estimado que la variación en la actividad solar es responsable de entre el 25 y el 50% del calentamiento observado hasta 1.980, año en que se produjo un máximo de actividad solar. Sin embargo, dado que los máximos solares de 1.990 y de 2.001 no fueron mayores que el de 1.980, no se le puede achacar la causa del brusco calentamiento observado en los últimos 30 años.

Recientemente ciertos estudios han empezado a apuntar que la variación en la irradiación solar en los últimos mil años no ha sido tan grande como se pensaba, lo que plantea un problema a la hora de simular el clima pasado y se plantean dos hipótesis: el clima no ha cambiado en el pasado tanto como se pensaba; o los cambios en la actividad solar provocan refuerzos que son, a su vez, variables. En cualquier caso, la conclusión es que menos de la mitad del calentamiento observado durante el siglo XX puede ser achacado a variaciones de la actividad solar.

 

Simulaciones por ordenador

Una de las principales herramientas para el estudio del clima es la simulación por ordenador. Pero un ordenador no puede simular lo que no se le ha programado para simular y, en el caso del clima, el fenómeno es tan complejo que es necesario realizar asumciones y simplificaciones, por lo que inmediatamente surge la pregunta ¿cómo de fiables son estas simulaciones? Los críticos suelen menospreciar cualquier resultado obtenido total o parcialmente con simulaciones, mientras que en la comunidad científica los modelos computacionales son cada vez más usados para estudiar y comprender diversos aspectos de la dinámica climática e interpretar nuevas observaciones.

En parte estas diferencias se deben a lo que uno considera "ser predictivo". Mientras que para algunos que un modelo sea capaz de predecir el clima significa poder anticipar todos y cada uno de los posibles sucesos posibles, en climatología la predictibilidad se reduce a los sucesos "lineales" debido a forzamientos conocidos. Es decir, que si un glaciar se derrite más de lo previsto o hay una emisión masiva de metano, sus efectos no serán previsibles. Pero el calentamiento progresivo debido a la liberación de gases de invernadero y otras causas conocidas, sí que lo es.

Para ser aceptados, los modelos climáticos deben ser capaces de superar varias pruebas. Una de ellas es la "predicción" del clima actual. Para hacerlo, deben simular adecuadamente el efecto del vapor de agua. El vapor de agua es el principal gas de invernadero responsable del calentamiento natural de la Tierra (sin efecto invernadero, la temperatura sería de -18ºC). Sí, el efecto del vapor de agua se tiene en cuenta en todos y cada uno de los modelos usados, desde los más primitivos a los más modernos. Los modelos actuales son capaces de simular este efecto invernadero, aunque con una pequeña desviación hacia arriba o abajo. También son capaces de simular los cambios estacionales y las diferencias de temperatura con la latitud. En cambio tienen problemas para reproducir la presencia de nubes especialmente grandes, como las cubiertas estratiformes de la costa occidental de Perú o las de las zonas polares. También, debido a la discretización relativamente gruesa que suele ser necesaria en los cálculos, los modelos por ordenador no suelen ser buenos reproduciendo comportamientos regionales específicos, aunque sí tienen muy buenos resultados a nivel continental.

A pesar de sus inexactitudes, examinando las predicciones realizadas por 58 simulaciones con 14 modelos diferentes se observa que la temperatura observada realmente queda englobada por estos modelos.

Las predicciones de precipitaciones también coinciden bien con los datos, excepto en ciertas regiones, principalmente en el ecuador y a altas latitudes en el hemisferio sur. Los modelos computacionales también deben predecir otros ciclos naturales para ser aceptados, tales como el ciclo El Niño/La Niña, la oscilación Madden-Julian, la oscilación decadal del Pacífico, etc. No se pretende que los modelos sean capaces de ajustarse exáctamente a las observaciones, pero sí deben ser capaces de simularlos todos de forma aproximada, y los actuales lo hacen de forma muy satisfactoria.

De hecho, durante bastante tiempo se creía que los modelos climáticos tenían algún fallo serio, ya que predecían que el calentamiento en las capas superiores de la troposfera debería ser igual o superior a las inferiores, pero los datos por satélite y con globos sonda indicaban lo contrario. Como ya he explicado más arriba, el tratamiento de estos datos resultó ser incorrecto y las predicciones de los modelos eran acertadas.

En resumen, los modelos climáticos actuales son bastante precisos y sus predicciones son fiables siempre y cuando el cambio climático no sea demasiado extremo y no nos alejemos demasiado del presente. Todavía tienen ciertos problemas puntuales, que poco a poco se van resolviendo, pero la imagen global que predicen se puede considerar acertada con bastante fiabilidad.

 

¿Pero somos la causa del cambio?

Cada vez quedan menos críticos del cambio climático que lo nieguen radicalmente. La evidencia es abrumadora y sólo los más radicales lo hacen. Sin embargo, aunque admiten el calentamiento global, alegan que las causas de este son naturales y no se nos puede atribuir la responsabilidad de éste. El problema de la climatología es que cada cambio en la atmósfera provoca un conjunto de respuestas de retroalimentación tanto positivas (refuerzan el cambio) como negativas (se oponen al cambio), cuyo resultado global es difícil de cuantificar. El cómo se consideren estas retroalimentaciones producirá resultados diferentes.

Así, si se dobla la cantidad de CO₂, el efecto directo es un incremento de 1.3ºC, pero debido a los efectos de retroalimentación, el resultado final es un incremento de entre 2 y 4ºC, dependiendo del modelo usado.

Los principales efectos de retroalimentación positiva son los debidos al vapor de agua, cambios en el albedo debido al hielo, cubierta de nieve y por cambios en la nubosidad. La retroalimentación negativa viene dada principalmente por el aumento de reflectividad de las nubes bajas y cambios en el gradiente adiabático de la atmósfera.

Por ejemplo, el cambio en la cantidad de vapor de agua en las capas altas de la atmósfera ha sido el efecto más controvertido de todos, ya que pequeños cambios tiene un efecto muy fuerte en el calentamiento global. Sin embargo, las mediciones más detalladas y los modelos más modernos coinciden en señalar que la cantidad de vapor de agua aumenta con la temperatura para mantener la humedad aproximadamente constante.

El efecto de la nubosidad es doble. Por un lado reflejan las longitudes de onda corta (visible) contribuyendo a contrarrestar el calentamiento, pero también absorbe las longitudes largas (infrarrojo), potenciándolo. Últimamente se ha comprobado que las nubes absorben un 20% de radiación infrarroja de lo que se pensaba. En general, el efecto neto de un incremento de la nubosidad es de un ligero reforzamiento del calentamiento.

Pero el problema es determinar si los gases de invernadero tienen un origen antropogénico. La manera de determinarlo es encontrar los rasgos distintivos de sus efectos en el clima. Así, se espera que el calentamiento sea mayor durante la noche y el invierno y que sea más acusado a latitudes elevadas. También es indicativo de que la causa del calentamiento son los gases de invernadero el que se enfríe la estratosfera al mismo tiempo que se calienta la troposfera. Los aerosoles enfriarían en mayor medida el hemisferio norte que el sur.

Pero encontrar estas huellas digitales en el "ruidoso" clima no es tarea fácil. A pesar de ello, se han encontrado que el calentamiento es mayor a altas latitudes que cerca del ecuador. Aunque en las zonas polares el panorama es más complicado. En el Ártico, parte del calor parece que se está yendo en convertir el hielo en agua, mientras que en la Antártida, la parte occidental se está calentando considerablemente, pero la oriental parece estar siendo enfriada por el agujero de la capa de ozono. En general todos los indicios apuntan a un origen antropogénico del calentamiento global.

 

Conclusión

Para terminar, aunque el artículo trata algunos otros temas, la conclusión final es que los modelos climáticos y las medidas disponibles apuntan de forma inequívoca a la existencia de un calentamiento global de origen antropogénico. Aunque las simulaciones y modelos son todavía imperfectos y no pueden reproducir detalles finos del clima, las tendencias globales son perfectamente simuladas y hay pocas dudas sobre ellas. Se sigue investigando la contribución de diferentes fuentes naturales, como el Sol, pero a estas alturas está bastante claro que su influencia en el cambio climático es bastante menor que la de los gases de efecto invernadero emitidos por el ser humano.