Forzantes externos

Forzantes externos

Esquema del efecto invernadero mostrando los flujos de energía entre el espacio, la atmósfera y superficie de la tierra. El intercambio de energía se expresa en vatios por metro cuadrado (W/m2).

Este gráfico se conoce como la "Curva de Keeling" y muestra el aumento del dióxido de carbono atmosférico (CO₂) desde 1958 hasta 2008. Las mediciones mensuales de CO₂ muestran oscilaciones estacionales con una tendencia al alza, cuyo máximo, cada año se produce durante la primavera del hemisferio norte.

El forzante externo se refiere a los procesos externos al sistema climático (aunque no necesariamente externos a la Tierra) que influyen en el clima. El clima responde a varios tipos de fuerzas externas, tales como el forzante radiativo debido a los cambios en la composición atmosférica (principalmente las concentraciones de gases de efecto invernadero), cambios en la luminosidad solar, las erupciones volcánicas, y las variaciones en la órbita terrestre alrededor del sol.²⁶ La atribución del reciente cambio climático se centra en los tres primeros tipos de forzantes. Los ciclos orbitales varían lentamente a lo largo de decenas de miles de años y por lo tanto son muy graduales para haber causado los cambios de temperatura observados en el siglo pasado.

Gases invernadero

Artículo principal: Efecto invernadero.

El efecto invernadero es el proceso mediante el cual la absorción y emisión de radiación infrarroja por los gases en la atmósfera calienta la atmósfera inferior de un planeta y su superficie. Fue propuesto por Joseph Fourier en 1824 y fue investigado primero cuantitativamente por Svante Arrhenius en 1896.²⁷
Los gases de efecto invernadero de origen natural tienen un efecto de calentamiento medio de unos 33 ° C (59 ° F).²⁸ Los gases de efecto invernadero son el vapor de agua, que causa entre el 36 y el 70 por ciento del efecto invernadero; el dióxido de carbono (CO₂), causa el 9–26 por ciento, el metano (CH₄), causa 4–9 por ciento;. y el ozono (O₃), es responsable del 3–7 por ciento.^{29 30 31} Las nubes también afectan el balance de radiación, pero están compuestos de agua líquida o hielo y así tienen diferentes efectos en la radiación del vapor de agua.
La actividad humana a partir de la Revolución Industrial, ha incrementado la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera, dando lugar a un aumento del forzante radiativo del CO₂, el metano, el ozono troposférico, los CFC y el óxido nitroso. Las concentraciones de CO₂ y metano han aumentado en un 36% y 148% respectivamente desde 1750.³² Estos niveles son mucho más altos que en cualquier momento durante los últimos 800.000 años, el período para el que existen datos fiables se ha extraído de muestras de hielo.^{33 34 35 36} Evidencia geológica menos directa indica que los valores de CO₂ más superiores fueron vistos por última vez hace unos 20 millones de años.³⁷ La quema de combustibles fósiles ha producido más de las tres cuartas partes del aumento de CO₂ atribuido a la actividad humana en los últimos 20 años. El resto de este aumento se debe principalmente a cambios en el uso de la tierra, en particular la deforestación.³⁸
Aunque más gases de efecto invernadero se emiten en el norte que el sur, ello no contribuye a la diferencia en el calentamiento debido a que los gases de efecto invernadero persiste cuentan con tiempo suficiente para mezclarse entre los hemisferios.³⁹
La inercia térmica de los océanos y las respuestas lentas de otros efectos indirectos significa que el clima puede tardar siglos o más para adaptarse a los cambios en el forzamiento. Los estudios climáticos indican que incluso si los gases de efecto invernadero se estabilizan en los niveles de 2000, un calentamiento adicional de aproximadamente 0,5 °C (0.9 °F) seguiría siendo posible.⁴⁰
En las últimas tres décadas del siglo XX, el PIB per cápita y el crecimiento poblacional fueron los principales impulsores del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero.⁴¹ Las emisiones de CO₂ siguen aumentando debido a la quema de combustibles fósiles y el cambio de uso del suelo. Las estimaciones de los cambios en los niveles de emisiones futuras de gases de efecto invernadero, se ha proyectado que dependen una incierta evolución económica, sociológica, tecnológica y natural.⁴² En la mayoría de los escenarios, las emisiones siguen aumentando durante el siglo XXI, mientras que en unos pocos, se reducen.^{43 44} Estos escenarios de emisiones, junto con el modelo del ciclo del carbono, se han utilizado para producir las estimaciones de cómo las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero van a cambiar en el futuro. El IPCC SRES sugiere que para el año 2100, la concentración atmosférica de CO₂ podría oscilar entre 541 y 970 ppm. Esto representa un aumento de 90 a 250% por encima de la concentración en 1750.⁴⁵ Las reservas de combustibles fósiles son suficientes para llegar a estos niveles y mantener las emisiones después de 2100, si el carbón, las arenas bituminosas o el hidrato de metano son ampliamente explotados.⁴⁶
Los medios de comunicación populares y el público a menudo se confunden el calentamiento global con el agujero de ozono, es decir, la destrucción del ozono estratosférico por parte los clorofluorocarbonos.^{47 48} Aunque hay unas pocas áreas de vinculación, la relación entre los dos no es fuerte. La reducción de la capa de ozono estratosférico ha tenido una ligera influencia de enfriamiento de las temperaturas de superficie, mientras que el aumento del ozono troposférico ha tenido un efecto de calentamiento algo más grande.⁴⁹

Partículas y hollín

"Ship tracks" sobre el Océano Atlántico en la costa este de los Estados Unidos.

El oscurecimiento global, una reducción gradual de la cantidad de luz solar en la superficie de la Tierra, tiene parcialmente contrarrestado el calentamiento global desde 1960 hasta la actualidad.⁵⁰ La principal causa de esta regulación son las partículas producidas por los volcanes y los contaminantes humanos, que ejercen un efecto de enfriamiento mediante el aumento de la reflexión de la luz solar entrante. Los efectos de los productos de la combustión de combustibles fósiles —CO2 y aerosoles— se han compensado en gran medida entre sí en las últimas décadas, de modo que el calentamiento neto ha sido debido al aumento de los gases de efecto invernadero distintos del CO2 como el metano.⁵¹ El forzante radiactivo debido a la partículas está temporalmente limitada debido a la deposición húmeda que los lleva a tener una vida atmosférica de una semana. El dióxido de carbono tiene una duración de un siglo o más, y como tal, los cambios en las concentraciones de partículas sólo servirán para demorar el cambio climático debido al dióxido de carbono.⁵²
Además de su efecto directo en la dispersión y la absorción de la radiación solar, las partículas tienen efectos indirectos sobre el balance de radiación.⁵³ Los sulfatos actúan como núcleos de condensación de nubes que reflejan la radiación solar más eficientemente.⁵⁴ Este efecto también produce gotas de tamaño más uniforme, lo que reduce el crecimiento de las gotas de lluvia y hace que la nube de más reflexión a la luz solar entrante.⁵⁵ Los efectos indirectos de las partículas representan la mayor incertidumbre en el forzante radiativo.⁵⁶
El hollín puede enfriar o calentar la superficie, dependiendo de si se está en el aire o depositado. El hollín atmosférico absorbe la radiación solar directa, que calienta la atmósfera y enfría la superficie. En zonas aisladas donde la producción de hollín de alta, como la India rural, tanto como el 50% del calentamiento de la superficie debido a los gases de efecto invernadero puede estar enmascarada por las nubes atmosféricas marrones.⁵⁷ Cuando se depositan, en especial en los glaciares o en el hielo en las regiones árticas, el menor albedo consecuente también puede calentar directamente la superficie.⁵⁸ La influencia de las partículas, incluyendo el negro de carbón, son más pronunciados en las zonas tropicales y subtropicales, especialmente en Asia, mientras que los efectos de los gases de efecto invernadero son dominantes en la extratropicales y el hemisferio sur.⁵⁹

Variación solar

Variaciones en el ciclo solar.

Las variaciones en la radiación solar han sido la causa de cambios climáticos en el pasado.⁶⁰ El efecto de los cambios en el forzamiento solar en las últimas décadas es incierto, aunque algunos estudios muestran un efecto de enfriamiento leve,⁶¹ mientras que otros estudios sugieren un ligero efecto de calentamiento.^{26 62 63 64}
Los gases de efecto invernadero y el forzamiento solar afectan las temperaturas de diferentes maneras. Mientras que con un aumento de la actividad solar sumada al aumento de los gases de efecto invernadero se espera que se caliente la troposfera, un aumento en la actividad solar debe calentar la estratosfera, mientras que un aumento de los gases de efecto invernadero debe enfriar la estratosfera.²⁶ Datos recogidos por medio de radiosonda (globos meteorológicos) muestran que la estratosfera se ha enfriado en el período transcurrido desde inicio de las observaciones (1958), aunque existe incertidumbre en el registro temprano de las radiosondas. Las observaciones por satélite, que han estado disponibles desde 1979, también muestran dicha refrigeración.⁶⁵
Una hipótesis relacionada, propuesta por Henrik Svensmark, es que la actividad magnética del sol desvía los rayos cósmicos que pueden influir en la generación de núcleos de condensación de nubes y por lo tanto afectan el clima.⁶⁶ Otros estudios no han encontrado ninguna relación entre el calentamiento en las últimas décadas y la radiación cósmica.^{67 68} La influencia de los rayos cósmicos sobre la cubierta de nubes es un factor 100 veces menor de lo necesario para explicar los cambios observados en las nubes o ser un contribuyente significativo al cambio climático actual.69