La amenaza de nuestra generación. Segunda parte

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“Para que una tecnología sea exitosa, la realidad debe prevalecer sobre las relaciones públicas, pues la naturaleza no puede ser burlada”

Richard Feynman, comentario en su informe sobre el desastre del Challenger en 1986

El ciclo del Carbono y el Antropoceno

El carbono puro es relativamente raro en la naturaleza, por lo general se encuentra en forma de diamante o grafito. La mayor parte del carbono está en forma molecular con otros elementos como dióxido de carbono, carbonato de calcio, hidrocarburos como el petróleo y en los seres vivos. En la atmósfera se encuentra mayormente en forma de CO_2 y es causante principal del efecto invernadero, es decir, es muy eficiente absorbiendo la energía térmica que proviene de la tierra, influenciado considerablemente su calentamiento. Los diferentes procesos geológicos, químicos y bioquímicos que ocurren constantemente en la tierra mantienen al CO_2 en “movimiento”, entrando y saliendo de la atmósfera. De hecho, el mismo átomo de carbono se recicla una y otra vez pasando por diferentes estados y compuestos en la naturaleza. A esto lo llamamos el ciclo del carbono. El ciclo del carbono ha afectado la tierra significativamente a través de su historia: ha contribuido con cambios fuertes en el clima y ha facilitado la evolución de la vida, podemos decir que le debemos nuestra propia existencia. Así que suena como un campo de estudio importante.

El Cretáceo (o el último periodo de la era de los dinosaurios, entre hace 144 y 65 millones de años) está reseñado por los científicos como uno de los periodos más calientes de la historia de la tierra. No había casquetes de hielo polar, sino más bien bosques y selvas. Los arrecifes de coral, que son ecosistemas de aguas cálidas, crecían mucho más cerca de los polos que en la actualidad. Se cree que un factor que contribuyó significativamente a ese calentamiento fue la elevada concentración de gases de invernadero que había en la época. Científicos han estudiado el problema del impacto del CO_2 en el clima y su sensibilidad, desde el Cenozóico (que comienza al finalizar el Cretáceo) hasta el presente.1 Durante ese periodo, ha habido un enfriamiento paulatino, muy lento, que ha derivado en la formación de los casquetes polares y del hielo en Groenlandia. En ese tiempo se han observado cambios en las concentraciones de CO_2 en los distintos reservorios (atmósfera, tierra, océanos y biósfera).

¿Cómo podemos medir indicadores climáticos tan antiguos?  A medida que se han ido formando los casquetes de hielo en los polos y en Groenlandia, la evidencia del pasado ha quedado atrapada en el hielo en forma de gases atmosféricos disueltos. Taladrar en el desierto azul es hacer un viaje en el tiempo. Estos bloques de hielo gigantescos han sido testigos de la influencia de la mano del hombre en el clima, y su estudio ha sido determinante en la propuesta de una nueva era geológica definida por la influencia humana: El Antropoceno. Un ejemplo son los famosos núcleos de Vostok de la Antártida, extraídos de la base científica rusa fundada por la Unión Soviética en 1957, ubicada sobre un casquete de hielo que tiene más de 4km de profundidad. Los datos recolectados a más de 2km de profundidad, nos lleva al pasado unos 150 mil años. Con ella no sólo es posible medir la concentración de CO_2 y metano disuelto en la atmósfera en tiempos remotos sino que, usando la proporción entre los isótopos estables de Oxigeno (18 y 16) en el agua, es posible inferir las temperaturas del pasado. Los isótopos son elementos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Siendo entonces el Oxigeno 18 más pesado que el 16, la proporción de estos isótopos ayuda a deducir cómo fue el ciclo hidrológico de cada época y de allí se reconstruye el clima. Sin embargo, no todo el hielo sirve para estos propósitos, las capas más externas fluyen y no se pueden usar como evidencia del pasado cercano, así que a partir de 1958 se ha venido usando data recolectada directamente de la atmósfera.

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Núcleos de hielo del lago Vostok en la Antártida. Crédito de la foto: Laboratorio Nacional de Núcleos de Hielo estadounidense.

El dióxido de carbono es un gas que se encuentra naturalmente en la atmósfera, en concentraciones actuales de aproximadamente 370 ppm (1 ppm es una parte en 1 millón de partes de aire). Mientras la proporción de CO_2 en el aire es relativamente uniforme en periodos cortos de tiempo, su concentración ha ido aumentado continuamente durante el último siglo. La mayor parte de este aumento se debe a la quema de combustible fósil y limpieza forestal. Sin embargo, las emisiones también tienen fuentes naturales como el intercambio con la biosfera y los volcanes. La figura 1 muestra a la izquierda la reconstrucción histórica de las últimas glaciaciones usando los datos recolectados por núcleos de hielo de la Antártida hasta 1950 y mediciones directas de la atmósfera desde 1958. La gráfica de la derecha muestra las mediciones en los últimos 10 años anteriores a junio del 2014. Desde los años 50 hasta ahora se observa un aumento de cerca de 100 ppm. De estas gráficas es claro que la concentración de CO_2 en la atmósfera nunca había sido tan alta, al menos en el último medio millón de años y que el océano y la biosfera no están mostrando ser capaces de absorber lo suficiente para mantener los niveles de hace 50 años.

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Toda acción deja una huella

¿Cómo sabemos que el CO_2 extra es causado por los seres humanos?  Se puede deducir a partir de los isótopos de Carbono. El isótopo de carbono más común es el Carbono 12, seguido por el Carbono 13 en 1% y en una trillonésima parte de Carbono 14. La atmósfera de la era pre-revolución industrial contiene una proporción mucho más alta de Carbono 13/Carbono 12 en el CO_2 que la actual.2 El CO_2 que se produce de la quema de combustible fósil tiene proporciones de isótopos de Carbono muy diferentes a las que podemos observar en la atmósfera y en la biosfera. Según el Panel Internacional para el Cambio Climático (IPCC por sus siglas en inglés) la explicación más plausible es que todo ese Carbono 12 extra proviene precisamente de emisiones de la quema de combustible fósil.3  En su informe del 2007, el IPCC advierte que todas estas mediciones tienen un nivel de incertidumbre. Sin embargo, los datos de las cantidades astronómicas de CO_2 que hemos emitido quemando combustible, en la construcción y otras actividades humanas hablan por si solas, por lo que es difícil darle crédito a otras hipótesis. Desde 1990 hasta 2012 el dióxido de carbono emitido por actividades humanas suma aproximadamente 35000 millones de toneladas por año, cifra que contrasta con la cantidad de emisiones por actividad volcánica estimada en tan sólo 260 millones de toneladas por año4. Las cifras en la cantidad de emisiones de gases de invernadero por actividades humanas inundan los sistemas de información de la web (ver por ejemplo NASA, ESA, IPCC, que tienen las cifras recolectadas por sus investigadores y otras agencias). Interesante de visitar es la página interactiva de las Naciones Unidas, donde se pueden apreciar las cifras incluso por país. No es muy difícil deducir que todas esas emisiones antropogénicas, que no existían antes de la revolución industrial, están sacando el ciclo de carbono de balance.

¿Hay de qué preocuparse?  Durante el siglo XX la temperatura promedio global ha aumentado en 0.8 ºC. La figura 2 muestra como ha sido este aumento de temperaturas en función del tiempo desde el siglo XIX. La reconstrucción de las temperaturas del pasado usando los núcleos de Vostok muestran que lo que para nosotros es una diferencia de temperatura con poca importancia (aproximadamente 10 ºC), cuando se trata de las temperaturas globales promedio del planeta, es la diferencia entre la era del hielo y la que vivimos ahora. Si bien el debate sobre el cambio climático por fuerzas antropogénicas sigue abierto en el plano político y económico, es más que prudente considerar que el consenso científico es significativo (estimado por la NASA en 97%). Aunque la duda siempre es razonable, es importante mantener el ojo puesto en el desarrollo de las observaciones climáticas y prepararnos para una posible catástrofe ambiental.

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La Agencia Internacional de Energía revela las cifras de las emisiones de dióxido de carbono por sector. En la gráfica de torta que presento abajo puedes ver que la combinación de producción de electricidad y calor más transporte representan aproximadamente dos tercios de las emisiones globales, estando el sector de transporte por encima del industrial.

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¿Qué podemos hacer? reconocer que somos grandes contribuyentes, cambiar nuestra forma de vida, ahorrar energía, no depender tanto de los medios de transporte que usan combustible fósil y en general concienciarnos un poco sobre las repercusiones que tienen nuestras acciones en el medio ambiente.

  1.  -Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). “ Climate Change 2007″. The Physical Science Basis. S. Solomon, Q. Dahe, M. Manning, et al. (eds.). Cambridge Univ. Press. 2007. p. 996.

    -HANSEN, J.; SATO, M.; KHARECHA, P.; BEERLING, D.; BERNER, R.; MASSON-DELMONTTE, V.; PAGANI, M.; RAYMO, D.L. y ZACHOS, J.C. “Target atmospheric CO_2: where should humanity aim”. Open Atmospheric Scientific Journal. 2008. vol. 2. p. 217-231. []

  2. -STUIVER, M.; BURK, R. L.; QUAY, P. D. “13C/12C ratios and the transfer of biospheric carbon to the atmosphere”. Journal of Geophysics Research. 21 September 2012, vol. 89, p. 11731-11748.

    -FRANCEY, R. J.; ALLISON, C. E.; ETHERIDGE, D. M.; TRUDINGER, C. M.; ENTING, I. G.,LEUENBERGER, M.; LANGENFELDS, R. L.; MICHEL, E.; STEELE, L. P. “1999. A 1000-year high precision record of d13Cin atmospheric CO2”. Tellus.1999, vol. 51B, p. 170-193. []

  3. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). “ Climate Change 2007”. The Physical Science Basis. S. Solomon, Q. Dahe, M. Manning, et al. (eds.). Cambridge Univ. Press. 2007. p. 996. []
  4. GERLACH, Terry. “Volcanic versus anthropogenic carbon dioxide”. EOS, Transactions, American Geophysical Union. 14 june 2011, vol. 92, núm. 24, p. 201-208 []
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