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18.15: Factores impulsores del cambio climático global - Biología

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Los resultados del aprendizaje

  • Identificar diferentes impulsores del cambio climático global.

Dado que no es posible retroceder en el tiempo para observar y medir directamente el clima, los científicos utilizan evidencia indirecta para determinar los impulsores o factores que pueden ser responsables del cambio climático. los Ciclos de Milankovitch describen los efectos de leves cambios en la órbita de la Tierra sobre el clima de la Tierra. En otras palabras, uno podría esperar ver algunos cambios predecibles en el clima de la Tierra asociados con cambios en la órbita de la Tierra como mínimo cada 19.000 años.

La variación en la intensidad del sol es el segundo factor natural responsable del cambio climático. Intensidad solar es la cantidad de energía solar o energía que emite el sol en un período de tiempo determinado. Existe una relación directa entre la intensidad solar y la temperatura. A medida que la intensidad solar aumenta (o disminuye), la temperatura de la Tierra aumenta (o disminuye) en consecuencia. Los cambios en la intensidad solar se han propuesto como una de las posibles explicaciones de la Pequeña Edad de Hielo.

Finalmente, las erupciones volcánicas son un tercer impulsor natural del cambio climático. Las erupciones volcánicas pueden durar algunos días, pero los sólidos y los gases liberados durante una erupción pueden influir en el clima durante un período de algunos años, provocando cambios climáticos a corto plazo. Los gases y sólidos liberados por erupciones volcánicas pueden incluir dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono. Generalmente, las erupciones volcánicas enfrían el clima. Esto ocurrió en 1783 cuando los volcanes de Islandia entraron en erupción y provocaron la liberación de grandes volúmenes de óxido sulfúrico. Esto llevó a enfriamiento con efecto neblina, un fenómeno global que ocurre cuando el polvo, las cenizas u otras partículas en suspensión bloquean la luz solar y provocan temperaturas globales más bajas como resultado; El enfriamiento por efecto de neblina generalmente se extiende por uno o más años. En Europa y América del Norte, el enfriamiento por efecto de neblina produjo algunas de las temperaturas invernales promedio más bajas registradas en 1783 y 1784.

Los gases de efecto invernadero son probablemente los impulsores más importantes del clima. Cuando la energía térmica del sol golpea la Tierra, los gases conocidos como gases de invernadero Atrapan el calor en la atmósfera, al igual que los paneles de vidrio de un invernadero evitan que el calor se escape. Los gases de efecto invernadero que afectan a la Tierra incluyen dióxido de carbono, metano, vapor de agua, óxido nitroso y ozono. Aproximadamente la mitad de la radiación del sol pasa a través de estos gases en la atmósfera y golpea la Tierra. Esta radiación se convierte en radiación térmica en la superficie de la Tierra y luego una parte de esa energía se vuelve a irradiar a la atmósfera. Sin embargo, los gases de efecto invernadero reflejan gran parte de la energía térmica hacia la superficie de la Tierra. Cuantos más gases de efecto invernadero hay en la atmósfera, más energía térmica se refleja en la superficie de la Tierra. Los gases de efecto invernadero absorben y emiten radiación y son un factor importante en la efecto invernadero: el calentamiento de la Tierra debido al dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera.

La evidencia respalda la relación entre las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono y la temperatura: a medida que aumenta el dióxido de carbono, aumenta la temperatura global. Desde 1950, la concentración de dióxido de carbono atmosférico ha aumentado de aproximadamente 280 ppm a 382 ppm en 2006. En 2011, la concentración de dióxido de carbono atmosférico era de 392 ppm. Sin embargo, el planeta no sería habitable por las formas de vida actuales si el vapor de agua no produjera su drástico efecto invernadero.

Los científicos observan patrones en los datos y tratan de explicar las diferencias o desviaciones de estos patrones. Los datos del dióxido de carbono atmosférico revelan un patrón histórico de aumento y disminución del dióxido de carbono, que oscila entre un mínimo de 180 ppm y un máximo de 300 ppm. Los científicos han llegado a la conclusión de que se necesitaron alrededor de 50.000 años para que el nivel de dióxido de carbono atmosférico aumentara desde su concentración mínima baja hasta su concentración máxima más alta. Sin embargo, desde hace poco, las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico han aumentado más allá del máximo histórico de 300 ppm. Los aumentos actuales del dióxido de carbono atmosférico se han producido muy rápidamente, en cuestión de cientos de años en lugar de miles de años. ¿Cuál es la razón de esta diferencia en la tasa de cambio y la cantidad de aumento de dióxido de carbono? Un factor clave que debe reconocerse al comparar los datos históricos y los datos actuales es la presencia de la sociedad humana moderna; ningún otro impulsor del cambio climático ha producido cambios en los niveles de dióxido de carbono atmosférico a este ritmo o en esta magnitud.

La actividad humana libera dióxido de carbono y metano, dos de los gases de efecto invernadero más importantes, a la atmósfera de varias formas. El mecanismo principal que libera dióxido de carbono es la quema de combustibles fósiles, como gasolina, carbón y gas natural (Figura 1).

La deforestación, la fabricación de cemento, la ganadería, la tala de tierras y la quema de bosques son otras actividades humanas que liberan dióxido de carbono. Metano (CH4) se produce cuando las bacterias degradan la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Las condiciones anaeróbicas pueden ocurrir cuando la materia orgánica queda atrapada bajo el agua (como en los arrozales) o en los intestinos de los herbívoros. El metano también puede liberarse de los campos de gas natural y la descomposición que ocurre en los vertederos. Otra fuente de metano es la fusión de clatratos.

Clatratos son trozos congelados de hielo y metano que se encuentran en el fondo del océano. Cuando el agua se calienta, estos trozos de hielo se derriten y se libera metano. A medida que aumenta la temperatura del agua del océano, aumenta la velocidad a la que se derriten los clatratos, liberando aún más metano. Esto conduce a un aumento de los niveles de metano en la atmósfera, lo que acelera aún más la tasa de calentamiento global. Este es un ejemplo del ciclo de retroalimentación positiva que está llevando a la rápida tasa de aumento de las temperaturas globales.


Características, impulsores y retroalimentaciones de la ecologización global

El verdor de la vegetación ha aumentado a nivel mundial desde al menos 1981, cuando la tecnología satelital permitió el monitoreo de la vegetación a gran escala. El fenómeno del enverdecimiento, junto con el calentamiento, el aumento del nivel del mar y la disminución del hielo marino, representa una evidencia altamente creíble del cambio climático antropogénico. En esta revisión, examinamos la detección de la señal verde, sus causas y sus consecuencias. El enverdecimiento se manifiesta en áreas cultivadas intensivamente o forestadas, como en China e India, lo que refleja las actividades humanas. Sin embargo, también se produce un fuerte enverdecimiento en biomas con baja huella humana, como el Ártico, donde los impulsores del cambio global juegan un papel dominante. Los modelos de vegetación sugieren que el CO2 la fertilización es el principal impulsor de la ecologización a escala mundial, siendo otros factores notables a escala regional. El modelado indica que la ecologización podría mitigar el calentamiento global al aumentar el sumidero de carbono en la tierra y alterar los procesos biogeofísicos, principalmente el enfriamiento por evaporación. La combinación de observaciones de teledetección de alta resolución temporal y espacial fina con mediciones terrestres, el aumento del muestreo en los trópicos y el Ártico y el modelado de los sistemas terrestres con más detalle ampliarán nuestros conocimientos sobre el enverdecimiento de la Tierra.


El cambio climático reduce la abundancia y diversidad de abejas silvestres

Las abejas silvestres se ven más afectadas por el cambio climático que por las alteraciones de sus hábitats, según un equipo de investigadores dirigido por Penn State. Los hallazgos sugieren que abordar los problemas del uso de la tierra por sí solo no será suficiente para proteger a estos importantes polinizadores.

"Nuestro estudio encontró que el factor más crítico que influía en la abundancia de abejas silvestres y la diversidad de especies era el clima, particularmente la temperatura y la precipitación", dijo Christina Grozinger, profesora distinguida de entomología y directora del Centro de Investigación de Polinizadores, Penn State. "En el noreste de Estados Unidos, las tendencias pasadas y las predicciones futuras muestran un clima cambiante con inviernos más cálidos, precipitaciones más intensas en invierno y primavera y temporadas de crecimiento más largas con temperaturas máximas más altas. En casi todos nuestros análisis, estas condiciones se asociaron con menores abundancia de abejas silvestres, lo que sugiere que el cambio climático representa una amenaza significativa para las comunidades de abejas silvestres ".

Según Melanie Kammerer, estudiante de posgrado en entomología, Penn State, pocos estudios han considerado los efectos tanto del clima como del uso de la tierra en las abejas silvestres.

"Pensamos que esto fue un descuido porque, como muchos organismos, las abejas están experimentando la pérdida de hábitat y el cambio climático simultáneamente", dijo. "Al observar ambos factores en el mismo estudio, pudimos comparar la importancia relativa de estos dos factores estresantes".

Para realizar su estudio, los investigadores analizaron un conjunto de datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos de 14 años de presencia de abejas silvestres de más de 1,000 ubicaciones en Maryland, Delaware y Washington, DC, examinando específicamente cómo las diferentes especies de abejas y comunidades responden al uso de la tierra y factores climáticos.

"Para comprender realmente los efectos del tiempo y el clima, particularmente a medida que los patrones climáticos se vuelven más variables con el cambio climático, necesitamos utilizar estos conjuntos de datos muy grandes y de largo plazo", dijo Grozinger. "Esperamos que nuestro estudio, y otros similares, ayuden a fomentar la recopilación e integración de estos conjuntos de datos para futuras investigaciones".

Utilizando mapas de cobertura terrestre y modelos espaciales, el equipo describió el paisaje que rodea cada una de las ubicaciones de muestreo, incluido el tamaño del hábitat y los recursos florales y de anidación disponibles. Los resultados del equipo aparecen hoy (12 de enero) en Biología del cambio global. Finalmente, los investigadores compilaron un gran conjunto de variables climáticas y utilizaron modelos de aprendizaje automático para identificar las variables más importantes y cuantificar sus efectos en las abejas silvestres.

"Descubrimos que los patrones de temperatura y precipitación son impulsores muy importantes de las comunidades de abejas silvestres en nuestro estudio, más importantes que la cantidad de hábitat adecuado o recursos florales y de anidación en el paisaje", dijo Kammerer.

Curiosamente, agregó Grozinger, las diferentes especies de abejas fueron las más afectadas por las diferentes condiciones climáticas. Por ejemplo, dijo, las áreas con más lluvia tenían menos abejas de primavera.

"Creemos que la lluvia limita la capacidad de las abejas primaverales de recolectar comida para sus crías", dijo Grozinger. "De manera similar, un verano muy caluroso, que podría reducir las plantas con flores, se asoció con menos abejas de verano el próximo año".

Además, los inviernos cálidos llevaron a una reducción del número de algunas especies de abejas.

"Este resultado coincide con estudios que muestran que, con un inicio más temprano de la primavera, los adultos que hibernan tenían una mayor pérdida de peso y mortalidad antes de la emergencia y una vida más corta después de la emergencia", dijo Grozinger.

Kammerer señaló que estos cambios climáticos probablemente empeorarán en los próximos años.

"En el futuro, se prevé que los inviernos cálidos y los veranos largos y calurosos ocurran con mayor frecuencia, lo que esperamos será un serio desafío para las poblaciones de abejas silvestres", dijo. "Apenas estamos comenzando a comprender las muchas formas en que el clima influye en las abejas, pero para conservar estos polinizadores esenciales, debemos averiguar cuándo, dónde y cómo el cambio climático interrumpe los ciclos de vida de las abejas, y debemos dejar de considerar factores estresantes únicos. a cuantificar múltiples presiones potencialmente interactuantes sobre las comunidades de abejas silvestres ".

Según los investigadores, el estudio es parte de su proyecto Beescape más grande, que permite a las personas, incluidos agricultores, conservacionistas y jardineros, explorar la calidad del paisaje en su sitio y potencialmente hacer ajustes para mejorar las condiciones de las abejas. Dados sus nuevos hallazgos, los investigadores planean expandir Beescape para incluir condiciones meteorológicas y climáticas.

Otros autores del artículo incluyen a Sarah Goslee, ecóloga, Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Margaret Douglas, profesora asistente de estudios ambientales, Dickinson College y John Tooker, profesor de entomología, Penn State.


Vivimos en un invernadero

Crédito: SOHO - Consorcio EIT, ESA, NASA

¿Cómo sabemos que los cambios en el Sol no son los culpables de las tendencias actuales de calentamiento global?

Desde 1978, una serie de instrumentos satelitales han medido directamente la producción de energía del Sol. Los datos del satélite muestran una caída muy leve en la irradiancia solar (que es una medida de la cantidad de energía que emite el Sol) durante este período de tiempo. Por tanto, el Sol no parece ser el responsable de la tendencia al calentamiento observada en las últimas décadas.

Se han realizado estimaciones a más largo plazo de la irradiancia solar utilizando registros de manchas solares y otros denominados "indicadores indirectos", como la cantidad de carbono en los anillos de los árboles. Los análisis más recientes de estos indicadores indican que los cambios en la irradiancia solar no pueden explicar de manera plausible más del 10 por ciento del calentamiento del siglo XX. 2


Celebrando los premios Nobel

Nota del editor: esta historia se publicó originalmente en la edición de julio de 2007 y se ha vuelto a publicar para resaltar la larga historia de los Nobelistas que publican en Científico americano.

Para un científico que estudia el cambio climático, los momentos “ldquoeureka” son inusualmente raros. En cambio, el progreso se logra generalmente mediante una minuciosa recopilación de las pruebas de cada nueva medición de temperatura, sondeo satelital o experimento de modelo climático. Los datos se comprueban una y otra vez, las ideas se prueban una y otra vez. ¿Se ajustan las observaciones a los cambios previstos? ¿Podría haber alguna explicación alternativa? Los buenos científicos del clima, como todos los buenos científicos, quieren asegurarse de que se apliquen los más altos estándares de prueba a todo lo que descubren.

Y la evidencia del cambio ha aumentado a medida que los registros climáticos se han extendido, nuestra comprensión del sistema climático ha mejorado y los modelos climáticos se han vuelto cada vez más fiables. Durante los últimos 20 años, la evidencia de que los seres humanos están afectando el clima se ha acumulado inexorablemente, y con ella ha llegado una certeza cada vez mayor en la comunidad científica sobre la realidad del cambio climático reciente y el potencial de cambios mucho mayores en el futuro. Esta mayor certeza se refleja claramente en el último informe del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), el cuarto de una serie de evaluaciones del estado del conocimiento sobre el tema, escrito y revisado por cientos de científicos en todo el mundo.

El panel publicó una versión condensada de la primera parte del informe, sobre la base de la ciencia física del cambio climático, en febrero. Denominado "Resumen para responsables de políticas", transmitió tanto a los responsables políticos como a la gente corriente un mensaje inequívoco: los científicos están más seguros que nunca de que los seres humanos han interferido con el clima y de que se avecinan más cambios climáticos inducidos por los seres humanos. Aunque el informe encuentra que algunos de estos cambios adicionales ahora son inevitables, su análisis también confirma que el futuro, particularmente a largo plazo, permanece en gran medida en nuestras manos y, aunque la magnitud del cambio esperado depende de lo que los humanos decidan hacer con respecto a las emisiones de gases de efecto invernadero.

La evaluación de ciencias físicas se centra en cuatro temas: impulsores del cambio climático, cambios observados en el sistema climático, comprensión de las relaciones de causa y efecto y proyección de cambios futuros. Se han producido avances importantes en la investigación en todas estas áreas desde la evaluación del IPCC en 2001. En las páginas que siguen, presentamos los hallazgos clave que documentan el alcance del cambio y que apuntan a la inevitable conclusión de que la actividad humana lo está impulsando.

Factores impulsores del cambio climático
Las concentraciones atmosféricas de muchos gases, principalmente dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y halocarbonos (gases que alguna vez se usaron ampliamente como refrigerantes y propulsores de aspersión), han aumentado debido a las actividades humanas. Dichos gases atrapan la energía térmica (calor) dentro de la atmósfera mediante el conocido efecto invernadero, lo que conduce al calentamiento global. Las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso se mantuvieron aproximadamente estables durante casi 10.000 años, antes de los aumentos abruptos y rápidamente acelerados de los últimos 200 años. Las tasas de crecimiento de las concentraciones de dióxido de carbono han sido más rápidas en los últimos 10 años que en cualquier período de 10 años desde que comenzó el monitoreo atmosférico continuo en la década de 1950, con concentraciones ahora aproximadamente un 35 por ciento por encima de los niveles preindustriales (que se pueden determinar a partir de las burbujas de aire atrapadas en Núcleos de hielo). Los niveles de metano son aproximadamente dos veces y media los niveles preindustriales, y los niveles de óxido nitroso son alrededor de un 20 por ciento más altos.

¿Cómo podemos estar seguros de que los humanos son responsables de estos aumentos? Algunos gases de efecto invernadero (la mayoría de los halocarbonos, por ejemplo) no tienen una fuente natural. Para otros gases, dos observaciones importantes demuestran la influencia humana. Primero, las diferencias geográficas en las concentraciones revelan que las fuentes ocurren predominantemente sobre la tierra en el hemisferio norte más densamente poblado. En segundo lugar, el análisis de isótopos, que puede distinguir entre las fuentes de emisiones, demuestra que la mayor parte del aumento de dióxido de carbono proviene de la combustión de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Los aumentos de metano y óxido nitroso se derivan de las prácticas agrícolas y la quema de combustibles fósiles.

Los científicos del clima utilizan un concepto llamado forzamiento radiativo para cuantificar el efecto de estas concentraciones aumentadas en el clima. El forzamiento radiativo es el cambio que se produce en el balance energético global de la tierra en relación con la época preindustrial. (El forzamiento generalmente se expresa en vatios por metro cuadrado.) Un forzamiento positivo induce el calentamiento y un forzamiento negativo induce el enfriamiento. Podemos determinar el forzamiento radiativo asociado con los gases de efecto invernadero de larga duración con bastante precisión, porque conocemos sus concentraciones atmosféricas, su distribución espacial y la física de su interacción con la radiación.

El cambio climático no es impulsado solo por el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero, otros mecanismos, tanto naturales como inducidos por el hombre, también juegan un papel. Los impulsores naturales incluyen cambios en la actividad solar y grandes erupciones volcánicas. El informe identifica varios mecanismos de forzamiento inducidos por humanos adicionales y partículas microscópicas denominadas aerosoles, ozono estratosférico y troposférico, albedo de superficie (reflectividad) y estelas de condensación de aviones, aunque las influencias de estos mecanismos son mucho menos seguras que las de los gases de efecto invernadero.

Los investigadores están menos seguros de la influencia climática de algo llamado efecto albedo de nubes de aerosol, en el que los aerosoles de origen humano interactúan con las nubes de formas complejas y hacen que las nubes sean más brillantes, reflejando la luz solar de regreso al espacio. Otra fuente de incertidumbre proviene del efecto directo de los aerosoles de origen humano: ¿cuánto reflejan y absorben la luz solar directamente como partículas? En general, estos efectos de los aerosoles promueven el enfriamiento que podría compensar en cierta medida el efecto de calentamiento de los gases de efecto invernadero de larga duración. ¿Pero por cuánto? ¿Podría abrumar el calentamiento? Entre los avances logrados desde el informe del IPCC de 2001 está que los científicos han cuantificado las incertidumbres asociadas con cada mecanismo de forzamiento individual a través de una combinación de muchos estudios de modelación y observación. En consecuencia, ahora podemos estimar con confianza el componente total inducido por el hombre. Nuestra mejor estimación es unas 10 veces mayor que la mejor estimación del forzamiento radiativo natural causado por los cambios en la actividad solar.

Esta mayor certeza de un forzamiento radiativo positivo neto encaja bien con la evidencia observacional del calentamiento que se analiza a continuación. Estos forzamientos se pueden visualizar como un tira y afloja, con forzamientos positivos que llevan a la tierra a un clima más cálido y otros negativos que la llevan a un estado más frío. El resultado es un no concurso, conocemos la fuerza de los competidores mejor que nunca. La tierra está siendo empujada hacia un clima más cálido y será empujada cada vez más en esta dirección a medida que el & ldquoanchorman & rdquo del calentamiento por efecto invernadero continúe creciendo cada vez más fuerte.

Cambios climáticos observados
Los numerosos conjuntos de datos de observación nuevos o mejorados que estuvieron disponibles a tiempo para el informe del IPCC de 2007 permitieron una evaluación de los cambios más completa de lo que era posible en informes anteriores. Los registros de observación indican que 11 de los últimos 12 años son los más cálidos desde que comenzaron los registros confiables alrededor de 1850.

Las probabilidades de que estos años cálidos ocurran en secuencia puramente por casualidad son extremadamente pequeñas. Los cambios en tres cantidades importantes: la temperatura global, el nivel del mar y la capa de nieve en el hemisferio norte, mostrarán evidencia de calentamiento, aunque los detalles varían. La evaluación anterior del IPCC informó una tendencia de calentamiento de 0,6 y más de 0,2 grados Celsius durante el período de 1901 a 2000. Debido al fuerte calentamiento reciente, la tendencia actualizada entre 1906 y 2005 es ahora de 0,74 y más de 0,18 grados C. Tenga en cuenta que la tendencia de 1956 a 2005 solo es de 0,65 y más de 0,15 grados C, lo que enfatiza que la mayor parte del calentamiento del siglo XX ocurrió en los últimos 50 años. El clima, por supuesto, continúa variando alrededor de los promedios crecientes, y los extremos han cambiado consistentemente con estos promedios y mdashfrost días y días y noches fríos se han vuelto menos comunes, mientras que las olas de calor y los días y noches cálidos se han vuelto más comunes.

Las propiedades del sistema climático incluyen no solo conceptos familiares de promedios de temperatura, precipitación, etc., sino también el estado del océano y la criosfera (hielo marino, las grandes capas de hielo en Groenlandia y la Antártida, glaciares, nieve, suelo congelado). y hielo en lagos y ríos). Las interacciones complejas entre diferentes partes del sistema climático son una parte fundamental del cambio climático y mdash, por ejemplo, la reducción del hielo marino aumenta la absorción de calor por el océano y el flujo de calor entre el océano y la atmósfera, lo que también puede afectar la nubosidad y las precipitaciones.

Un gran número de observaciones adicionales son ampliamente consistentes con el calentamiento observado y reflejan un flujo de calor desde la atmósfera hacia otros componentes del sistema climático. La capa de nieve primaveral, que disminuye al mismo tiempo que el aumento de las temperaturas primaverales en las latitudes medias del norte, descendió abruptamente alrededor de 1988 y se ha mantenido baja desde entonces. Esta caída es preocupante porque la capa de nieve es importante para la humedad del suelo y los recursos hídricos en muchas regiones.

En el océano, vemos claramente tendencias de calentamiento, que disminuyen con la profundidad, como se esperaba. Estos cambios indican que el océano ha absorbido más del 80 por ciento del calor agregado al sistema climático: este calentamiento es un contribuyente importante al aumento del nivel del mar. El nivel del mar aumenta porque el agua se expande a medida que se calienta y porque el agua del derretimiento de los glaciares y las capas de hielo se agrega a los océanos. Desde 1993, las observaciones satelitales han permitido cálculos más precisos del aumento global del nivel del mar, que ahora se estima en 3,1 y más de 0,7 milímetros por año durante el período de 1993 a 2003. Algunas décadas anteriores mostraron tasas igualmente rápidas, y se necesitarán registros satelitales más largos para determinar inequívocamente si el aumento del nivel del mar se está acelerando. Reducciones sustanciales en la extensión del hielo marino del Ártico desde 1978 (2,7 y más del 0,6 por ciento por década en el promedio anual, 7,4 y más del 2,4 por ciento por década en verano), aumentos en las temperaturas del permafrost y reducciones en la extensión de los glaciares a nivel mundial y en las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida también se han observado en las últimas décadas. Desafortunadamente, muchas de estas cantidades no fueron bien monitoreadas hasta las últimas décadas, por lo que los puntos de partida de sus registros varían.

Los cambios hidrológicos también son consistentes en términos generales con el calentamiento. El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más fuerte, a diferencia de otros gases de efecto invernadero, está controlado principalmente por la temperatura. En general, ha aumentado desde al menos la década de 1980. La precipitación es muy variable a nivel local, pero ha aumentado en varias regiones grandes del mundo, incluido el este de América del Norte y del Sur, el norte de Europa y el norte y centro de Asia. Se ha observado sequedad en el Sahel, el Mediterráneo, el sur de África y partes del sur de Asia. La salinidad del océano puede actuar como un pluviómetro masivo. Las aguas cercanas a la superficie de los océanos generalmente se han refrescado en latitudes medias y altas, mientras que se han vuelto más saladas en latitudes más bajas, en consonancia con los cambios en los patrones de precipitación a gran escala.

Las reconstrucciones del clima pasado y mdashpaleoclimate y mdash de los anillos de los árboles y otros proxies proporcionan información adicional importante sobre el funcionamiento del sistema climático con y sin influencia humana. Indican que la calidez del último medio siglo es inusual en al menos los 1.300 años anteriores. El período más cálido entre el 700 d.C. y 1950 fue probablemente entre el 950 y el 1100 d.C., que fue varias décimas de grado C más frío que la temperatura promedio desde 1980.

Atribución de cambios observados
Aunque hay mucha confianza en que las actividades humanas han provocado un forzamiento radiativo positivo y en que el clima ha cambiado, ¿podemos vincular los dos con seguridad? Esta es la cuestión de la atribución: ¿Son las actividades humanas las principales responsables de los cambios climáticos observados, o es posible que sean el resultado de alguna otra causa, como algún forzamiento natural o simplemente una variabilidad espontánea dentro del sistema climático? El informe del IPCC de 2001 concluyó que era probable (más del 66 por ciento probable) de que la mayor parte del calentamiento desde mediados del siglo XX fuera atribuible a los seres humanos. El informe de 2007 va mucho más allá, elevando esto a muy probable (más del 90 por ciento probable).

La fuente de la confianza adicional proviene de una multitud de avances separados. Para empezar, los registros de observación son ahora aproximadamente cinco años más largos, y el aumento de la temperatura global durante este período ha sido en gran medida consistente con las proyecciones del IPCC sobre el calentamiento provocado por los gases de efecto invernadero y el calentamiento provocado por el efecto invernadero realizadas en informes anteriores que se remontan a 1990. Además, los cambios en más aspectos del Se han considerado el clima, como los de la circulación atmosférica o las temperaturas dentro del océano. Tales cambios pintan una imagen consistente y ahora ampliada de la intervención humana. Los modelos climáticos, que son fundamentales para los estudios de atribución, también han mejorado y son capaces de representar el clima actual y el del pasado reciente con considerable fidelidad. Finalmente, algunas inconsistencias aparentes importantes observadas en el registro de observación se han resuelto en gran medida desde el último informe.

El más importante de ellos fue un aparente desajuste entre el registro de temperatura de la superficie instrumental (que mostró un calentamiento significativo en las últimas décadas, consistente con un impacto humano) y los registros atmosféricos de globos y satélites (que mostraron poco del calentamiento esperado). Varios estudios nuevos de datos de satélites y globos han resuelto en gran medida esta discrepancia con el calentamiento constante encontrado en la superficie y en la atmósfera.

Un experimento con el mundo real que duplique el clima del siglo XX con gases de efecto invernadero constantes (en lugar de aumentar) sería la forma ideal de probar la causa del cambio climático, pero un experimento de este tipo es, por supuesto, imposible. Entonces, los científicos hacen la siguiente mejor opción: simulan el pasado con modelos climáticos.

Dos avances importantes desde la última evaluación del IPCC han aumentado la confianza en el uso de modelos tanto para la atribución como para la proyección de los cambios climáticos. El primero es el desarrollo de un conjunto completo y estrechamente coordinado de simulaciones de 18 grupos de modelado de todo el mundo para la evolución histórica y futura del clima terrestre y rsquos. El uso de muchos modelos ayuda a cuantificar los efectos de las incertidumbres en varios procesos climáticos en la gama de simulaciones de modelos. Aunque algunos procesos se comprenden bien y están bien representados por ecuaciones físicas (el flujo de la atmósfera y el océano o la propagación de la luz solar y el calor, por ejemplo), algunos de los componentes más críticos del sistema climático se comprenden menos, como las nubes. , remolinos oceánicos y transpiración de la vegetación. Los modeladores aproximan estos componentes utilizando representaciones simplificadas llamadas parametrizaciones. La razón principal para desarrollar un conjunto multimodelo para las evaluaciones del IPCC es comprender cómo esta falta de certeza afecta la atribución y predicción del cambio climático. El conjunto para la última evaluación no tiene precedentes en la cantidad de modelos y experimentos realizados.

El segundo avance es la incorporación de representaciones más realistas de los procesos climáticos en los modelos. Estos procesos incluyen el comportamiento de los aerosoles atmosféricos, la dinámica (movimiento) del hielo marino y el intercambio de agua y energía entre la tierra y la atmósfera. Más modelos ahora incluyen los principales tipos de aerosoles y las interacciones entre aerosoles y nubes.

Cuando los científicos utilizan modelos climáticos para los estudios de atribución, primero ejecutan simulaciones con estimaciones de las influencias climáticas únicamente & ldquonaturales & rdquo durante los últimos 100 años, como cambios en la producción solar y grandes erupciones volcánicas. Luego, ejecutan modelos que incluyen aumentos inducidos por humanos en gases de efecto invernadero y aerosoles. Los resultados de tales experimentos son sorprendentes. Los modelos que utilizan solo forzamientos naturales son incapaces de explicar el calentamiento global observado desde mediados del siglo XX, mientras que pueden hacerlo cuando incluyen factores antropogénicos además de los naturales. Los patrones a gran escala de cambio de temperatura también son más consistentes entre modelos y observaciones cuando se incluyen todos los forzamientos.

Dos patrones proporcionan una huella dactilar de la influencia humana. El primero es un mayor calentamiento en la tierra que en el océano y un mayor calentamiento en la superficie del mar que en las capas más profundas. Este patrón es consistente con el calentamiento inducido por gases de efecto invernadero y ndash por la atmósfera suprayacente: el océano se calienta más lentamente debido a su gran inercia térmica. El calentamiento también indica que el océano está absorbiendo una gran cantidad de calor, lo que demuestra que el presupuesto energético del planeta se ha desequilibrado.

Un segundo patrón de cambio es que mientras la troposfera (la región inferior de la atmósfera) se ha calentado, la estratosfera, justo encima de ella, se ha enfriado. Si los cambios solares proporcionaran el forzamiento dominante, se esperaría un calentamiento en ambas capas atmosféricas. Sin embargo, el contraste observado es solo el esperado de la combinación de aumentos de gases de efecto invernadero y disminuciones de ozono estratosférico. Esta evidencia colectiva, cuando se somete a análisis estadísticos cuidadosos, proporciona gran parte de la base para la mayor confianza en que las influencias humanas están detrás del calentamiento global observado. Las sugerencias de que los rayos cósmicos podrían afectar las nubes y, por lo tanto, el clima, se han basado en correlaciones que utilizan registros limitados que generalmente no han resistido cuando se probaron con datos adicionales, y sus mecanismos físicos siguen siendo especulativos.

¿Y en escalas más pequeñas? A medida que disminuyen las escalas espaciales y temporales, la atribución del cambio climático se vuelve más difícil. Este problema surge porque las variaciones naturales de temperatura a pequeña escala son menos y menos equilibradas y, por lo tanto, enmascaran más fácilmente la señal de cambio. Sin embargo, el calentamiento continuo significa que la señal está emergiendo a escalas más pequeñas. El informe ha descubierto que es probable que la actividad humana haya influido significativamente en la temperatura hasta la escala continental para todos los continentes excepto la Antártida.

La influencia humana también es perceptible en algunos eventos extremos, como noches inusualmente cálidas y frías y la incidencia de olas de calor. Esto no significa, por supuesto, que se pueda decir que los eventos extremos individuales (como la ola de calor europea de 2003) sean simplemente "causados" por el cambio climático inducido por el hombre, por lo que estos eventos son complejos y tienen muchas causas. Pero sí significa que las actividades humanas, muy probablemente, han afectado las posibilidades de que ocurran tales eventos.

Proyecciones de cambios futuros
¿Cómo cambiará el clima durante el siglo XXI? This critical question is addressed using simulations from climate models based on projections of future emissions of greenhouse gases and aerosols. The simulations suggest that, for greenhouse gas emissions at or above current rates, changes in climate will very likely be larger than the changes already observed during the 20th century. Even if emissions were immediately reduced enough to stabilize greenhouse gas concentrations at current levels, climate change would continue for centuries. This inertia in the climate results from a combination of factors. They include the heat capacity of the world&rsquos oceans and the millennial timescales needed for the circulation to mix heat and carbon dioxide throughout the deep ocean and thereby come into equilibrium with the new conditions.

To be more specific, the models project that over the next 20 years, for a range of plausible emissions, the global temperature will increase at an average rate of about 0.2 degree C per decade, close to the observed rate over the past 30 years. About half of this near-term warming represents a &ldquocommitment&rdquo to future climate change arising from the inertia of the climate system response to current atmospheric concentrations of greenhouse gases.

The long-term warming over the 21st century, however, is strongly influenced by the future rate of emissions, and the projections cover a wide variety of scenarios, ranging from very rapid to more modest economic growth and from more to less dependence on fossil fuels. The best estimates of the increase in global temperatures range from 1.8 to 4.0 degrees C for the various emission scenarios, with higher emissions leading to higher temperatures. As for regional impacts, projections indicate with more confidence than ever before that these will mirror the patterns of change observed over the past 50 years (greater warming over land than ocean, for example) but that the size of the changes will be larger than they have been so far.

The simulations also suggest that the removal of excess carbon dioxide from the atmosphere by natural processes on land and in the ocean will become less efficient as the planet warms. This change leads to a higher percentage of emitted carbon dioxide remaining in the atmosphere, which then further accelerates global warming. This is an important positive feedback on the carbon cycle (the exchange of carbon compounds throughout the climate system). Although models agree that carbon-cycle changes represent a positive feedback, the range of their responses remains very large, depending, among other things, on poorly understood changes in vegetation or soil uptake of carbon as the climate warms. Such processes are an important topic of ongoing research.

The models also predict that climate change will affect the physical and chemical characteristics of the ocean. The estimates of the rise in sea level during the 21st century range from about 30 to 40 centimeters, again depending on emissions. More than 60 percent of this rise is caused by the thermal expansion of the ocean. Yet these model-based estimates do not include the possible acceleration of recently observed increases in ice loss from the Greenland and Antarctic ice sheets. Although scientific understanding of such effects is very limited, they could add an additional 10 to 20 centimeters to sea-level rises, and the possibility of significantly larger rises cannot be excluded. The chemistry of the ocean is also affected, as the increased concentrations of atmospheric carbon dioxide will cause the ocean to become more acidic.

Some of the largest changes are predicted for polar regions. These include significant increases in high-latitude land temperatures and in the depth of thawing in permafrost regions and sharp reductions in the extent of summer sea ice in the Arctic basin. Lower latitudes will likely experience more heat waves, heavier precipitation, and stronger (but perhaps less frequent) hurricanes and typhoons. The extent to which hurricanes and typhoons may strengthen is uncertain and is a subject of much new research.

Some important uncertainties remain, of course. For example, the precise way in which clouds will respond as temperatures increase is a critical factor governing the overall size of the projected warming. The complexity of clouds, however, means that their response has been frustratingly difficult to pin down, and, again, much research remains to be done in this area.

We are now living in an era in which both humans and nature affect the future evolution of the earth and its inhabitants. Unfortunately, the crystal ball provided by our climate models becomes cloudier for predictions out beyond a century or so. Our limited knowledge of the response of both natural systems and human society to the growing impacts of climate change compounds our uncertainty. One result of global warming is certain, however. Plants, animals and humans will be living with the consequences of climate change for at least the next thousand years.


18.15: Drivers of Global Climate Change - Biology

Dado que no es posible retroceder en el tiempo para observar y medir directamente el clima, los científicos utilizan evidencia indirecta para determinar los impulsores o factores que pueden ser responsables del cambio climático. The indirect evidence includes data collected using ice cores, boreholes (a narrow shaft bored into the ground), tree rings, glacier lengths, pollen remains, and ocean sediments. The data shows a correlation between the timing of temperature changes and drivers of climate change: before the Industrial Era (pre-1780), there were three drivers of climate change that were not related to human activity or atmospheric gases. The first of these is the Milankovitch cycles. los Milankovitch cycles describe the effects of slight changes in the Earth’s orbit on Earth’s climate. La duración de los ciclos de Milankovitch oscila entre 19.000 y 100.000 años. In other words, one could expect to see some predictable changes in the Earth’s climate associated with changes in the Earth’s orbit at a minimum of every 19,000 years.

La variación en la intensidad del sol es el segundo factor natural responsable del cambio climático. Solar intensity is the amount of solar power or energy the sun emits in a given amount of time. There is a direct relationship between solar intensity and temperature. As solar intensity increases (or decreases), the Earth’s temperature correspondingly increases (or decreases). Los cambios en la intensidad solar se han propuesto como una de las posibles explicaciones de la Pequeña Edad de Hielo.

Finalmente, las erupciones volcánicas son un tercer impulsor natural del cambio climático. Las erupciones volcánicas pueden durar algunos días, pero los sólidos y los gases liberados durante una erupción pueden influir en el clima durante un período de algunos años, provocando cambios climáticos a corto plazo. Los gases y sólidos liberados por erupciones volcánicas pueden incluir dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono. Generally, volcanic eruptions cool the climate. This occurred in 1783 when volcanos in Iceland erupted and caused the release of large volumes of sulfuric oxide. This led to haze-effect cooling, a global phenomenon that occurs when dust, ash, or other suspended particles block out sunlight and trigger lower global temperatures as a result haze-effect cooling usually extends for one or more years. In Europe and North America, haze-effect cooling produced some of the lowest average winter temperatures on record in 1783 and 1784.

Los gases de efecto invernadero son probablemente los impulsores más importantes del clima. When heat energy from the sun strikes the Earth, gases known as greenhouse gases trap the heat in the atmosphere, as do the glass panes of a greenhouse keep heat from escaping. The greenhouse gases that affect Earth include carbon dioxide, methane, water vapor, nitrous oxide, and ozone. Approximately half of the radiation from the sun passes through these gases in the atmosphere and strikes the Earth. This radiation is converted into thermal radiation on the Earth’s surface, and then a portion of that energy is re-radiated back into the atmosphere. Greenhouse gases, however, reflect much of the thermal energy back to the Earth’s surface. The more greenhouse gases there are in the atmosphere, the more thermal energy is reflected back to the Earth’s surface. Greenhouse gases absorb and emit radiation and are an important factor in the efecto invernadero: the warming of Earth due to carbon dioxide and other greenhouse gases in the atmosphere.

Evidence supports the relationship between atmospheric concentrations of carbon dioxide and temperature: as carbon dioxide rises, global temperature rises. Since 1950, the concentration of atmospheric carbon dioxide has increased from about 280 ppm to 382 ppm in 2006. In 2011, the atmospheric carbon dioxide concentration was 392 ppm. However, the planet would not be inhabitable by current life forms if water vapor did not produce its drastic greenhouse warming effect.

Scientists look at patterns in data and try to explain differences or deviations from these patterns. The atmospheric carbon dioxide data reveal a historical pattern of carbon dioxide increasing and decreasing, cycling between a low of 180 ppm and a high of 300 ppm. Scientists have concluded that it took around 50,000 years for the atmospheric carbon dioxide level to increase from its low minimum concentration to its higher maximum concentration. However, starting recently, atmospheric carbon dioxide concentrations have increased beyond the historical maximum of 300 ppm. The current increases in atmospheric carbon dioxide have happened very quickly—in a matter of hundreds of years rather than thousands of years. What is the reason for this difference in the rate of change and the amount of increase in carbon dioxide? A key factor that must be recognized when comparing the historical data and the current data is the presence of modern human society no other driver of climate change has yielded changes in atmospheric carbon dioxide levels at this rate or to this magnitude.

Figure 1. The burning of fossil fuels in industry and by vehicles releases carbon dioxide and other greenhouse gases into the atmosphere. (credit: “Pöllö”/Wikimedia Commons)

La actividad humana libera dióxido de carbono y metano, dos de los gases de efecto invernadero más importantes, a la atmósfera de varias formas. The primary mechanism that releases carbon dioxide is the burning of fossil fuels, such as gasoline, coal, and natural gas (Figure 1).

La deforestación, la fabricación de cemento, la ganadería, la tala de tierras y la quema de bosques son otras actividades humanas que liberan dióxido de carbono. Metano (CH4) is produced when bacteria break down organic matter under anaerobic conditions. Anaerobic conditions can happen when organic matter is trapped underwater (such as in rice paddies) or in the intestines of herbivores. El metano también puede liberarse de los campos de gas natural y la descomposición que ocurre en los vertederos. Another source of methane is the melting of clathrates.

Clathrates are frozen chunks of ice and methane found at the bottom of the ocean. When water warms, these chunks of ice melt and methane is released. A medida que aumenta la temperatura del agua del océano, aumenta la velocidad a la que se derriten los clatratos, liberando aún más metano. Esto conduce a un aumento de los niveles de metano en la atmósfera, lo que acelera aún más la tasa de calentamiento global. Este es un ejemplo del ciclo de retroalimentación positiva que está llevando a la rápida tasa de aumento de las temperaturas globales.


Assessing the impacts of global climate change on population trends

The European Research Council (ERC) will fund groundbreaking research led by IIASA World Population Program Deputy Director Raya Muttarak, which will comprehensively address the impacts of climate change on population dynamics.

Newswise — Population and climate change are intricately linked. Growing populations and human activity are a primary cause of global warming, and worsening climate change is affecting human health and wellbeing. Climate impacts can potentially affect population size and composition and determine where people live. In turn, these changing demographics can influence global climate systems. The Population Dynamics under Global Climate Change (POPCLIMA) project, funded by an ERC Consolidation Grant, aims to unpack these complexities by undertaking a comprehensive study of how changing climate impacts population trends. The aim is to gain insight into the socioeconomic costs of climate change and provide more realistic population projections for the scientific community and policymakers.

Until now, global population estimations have not considered the possible effects of climate change on population dynamics. Existing studies have mostly focused on the effects of population growth on global warming or identifying populations at risk from climatic hazards such as increased heat, flooding, or drought. The new project will address this gap by using a variety of methodologies and datasets to undertake a comprehensive analysis of fertility, mortality, and migration levels that are fundamental to population projections. The results will be used to inform population projections under different future climate change scenarios.

The project&rsquos innovative methodological approach uses a combination of geo-referenced climate, population, and socioeconomic data from different sources, including surveys and social media at the individual, regional, and country levels. The study will look at how changing climate impacts different sectors of populations and identify the ways in which mortality, fertility, and migration patterns are influenced.

&ldquoThe project is groundbreaking because it will provide consistent empirical evidence and understanding of the mechanisms and extent to which climate change affects and will affect demographic outcomes by influencing fertility, mortality and migration, the key drivers of population change,&rdquo says Muttarak.

&ldquoThis will enable more realistic population projections that take into account rapid climate change and help the design of policies that protect vulnerable subgroups of the population. This project reflects the research plan of the new IIASA Population and Just Societies Program which I will lead from January 2021. By addressing the differential impacts of climate change on population trends, the project will contribute to the IIASA vision of transformations towards just, resilient, and sustainable societies,&rdquo she concludes.

The project will be undertaken in collaboration with the Wittgenstein Centre for Demography and Global Human Capital (IIASA, Austrian Academy of Sciences, and the University of Vienna).


Cómo se estudian las temperaturas globales

No. Para entender por qué no, imagínese que es una enfermera que revisa la historia clínica de un paciente. Encontrará las siguientes lecturas de temperatura (Fahrenheit) de las últimas horas: 99,2, 99,8, 1000, 101,4. Usted sabrá inmediatamente que el tercer número fue un error. Para realizar una evaluación realista del estado del paciente, debe ajustarlo o desecharlo.

Todavía no. Deben ajustarse para tener en cuenta todos los cambios que ocurren con el tiempo. Siga leyendo para obtener más información sobre esos cambios.

Los investigadores del clima utilizan todas las mediciones directas e indirectas posibles para estudiar la historia completa del clima de la Tierra, desde las últimas observaciones satelitales hasta muestras de hielo prehistórico extraído de los glaciares.

Los registros de temperaturas globales calculados por EE. UU. Y otras importantes organizaciones de investigación climática son notablemente similares, a pesar de las diferentes técnicas de procesamiento de datos utilizadas. Las técnicas utilizadas por el Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA, el Centro Nacional de Datos Climáticos (NCDC) y otros grupos respetados son revisadas por pares, y los conjuntos de datos procesados ​​también se han sometido a muchos análisis revisados ​​por pares.

Las observaciones modernas provienen principalmente de estaciones meteorológicas, globos meteorológicos, radares, barcos, boyas y satélites.

Las principales organizaciones de investigación climática en todo el mundo han desarrollado métodos de procesamiento de datos matemáticamente rigurosos y revisados ​​por pares para identificar y compensar los cambios en las condiciones de observación.

No, los registros originales se conservan y están disponibles en línea sin costo alguno. Puede acceder a los registros mundiales y de los Estados Unidos del Centro Nacional de Datos Climáticos (NCDC) aquí.

Casi la mitad de los datos corregidos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) son más fríos que los registros originales. Las correcciones de NOAA de las temperaturas sobre los océanos y mdash realizadas para compensar los cambios en los métodos de observación de la temperatura del agua en la superficie del océano y mdash redujeron la tendencia de calentamiento en la temperatura global.


Ver el vídeo: Clase 17 Cambio Climático (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Kajibar

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  3. Bertram

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