El clima de la tierra lleva cambiando desde que se formó el planeta debido a muchos factores. Hay cambios a largo plazo debido a variaciones orbitales. Hay variaciones cíclicas en la excentricidad de la órbita, cambia la precesión de los equinoccios o la inclinación del eje de rotación. Estos cambios son muy lentos, del orden de miles a cientos de miles de años, pero afectan a la distribución de radiación solar y tienen un impacto importante sobre el clima. Es una explicación posible a la sucesión de las glaciaciones y periodos interglaciares. La teoría la desarrolló el astrónomo, matemático e ingeniero serbio Milutin Milanković a principios del siglo XX. Hay puntos discutibles en esta teoría, pero su impacto es a muy largo plazo y no nos sirve para explicar el cambio actual.
Recordemos que el clima es un convenio, no es una entidad física objetiva. Es un acuerdo, y el acuerdo convencional según la OMM (Organización Meteorológica Mundial) es usar la media del tiempo atmosférica en un lugar durante 30 años1.
El calentamiento actual es sumamente rápido en comparación con otros ciclos, aunque no tanto como al final del Younger Dryas, hace unos 11500 años2. Además coincide con un gran aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera, que podemos medir, y con un aumento enorme del uso de energía per cápita en la historia de la humanidad. La fuente principal de esta energía es la quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural (el gas natural no es de origen fósil en otros planetas del sistema solar, pero aquí se asume que sí lo es en su totalidad). Estos combustibles producen CO2 y hay una correlación clara entre el aumento de CO2 en la atmósfera y el aumento de la temperatura, como se ve en las Figuras 1 y 2.
En la Figura 2 puede verse que hay una correlación excelente entre la serie de temperaturas globales y la concentración de CO2. De hecho la correlación entre la serie de NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) y el dióxido de carbono medido en Mauna Loa es mejor que entre ambas series de temperatura. Esta correlación se usa habitualmente como apoyo a la hipótesis del origen humano del calentamiento global. Sabemos por la Ley de Henry que la solubilidad del CO2 en los océanos es proporcional a la temperatura, y la variación es simple, la «constante» de Henry varía según una función exponencial de la temperatura. Sabemos también que el clima es sumamente complejo y le afectan multitud de factores. Y por último, sabemos que correlación no implica causación, y que de haberla no nos dice cuál es la causa y cuál el efecto. Por eso resulta intrigante que un mecanismo relativamente simple como la concentración de CO2 se estipule como causa de un mecanismo mucho más complejo como es la temperatura global y no a la inversa.
También sabemos desde hace más de un siglo y por principios básicos de la física, que el CO2 absorbe la radiación térmica emitida por la Tierra y por tanto disminuye su emisividad en el infrarrojo, por lo que para permanecer en un estado de equilibrio y emitir la misma energía de vuelta al espacio se requiere una temperatura más alta. Allá por el 1896 el físico y químico sueco Svante Arrhenius decía:
«Gracias a la influencia del porcentaje creciente de ácido carbónico [dióxido de carbono] en la atmósfera, podemos esperar disfrutar de épocas con climas más ecuánimes y mejores, especialmente en las regiones más frías de la Tierra, épocas en las que la Tierra producirá cosechas mucho más abundantes que en la actualidad, en beneficio de una humanidad que se multiplica con rapidez«3.
Muy poco tiempo después otro físico sueco, Knut Ångström, indicaba que la teoría de Arrhenius no era muy sólida, porque la capacidad de absorción del CO2 ya está saturada y por mucho que se añada no va a cambiar nada. Los dos suecos tenían razón, pero no completamente, ni era para tanto ni para tan poco. Hoy más de un siglo después seguimos igual, a juzgar por la sensibilidad climática de los modelos, que varía entre 1.8°C y 6°C , una pequeña discrepancia del 300%. Otros autores indican que el impacto humano es tan solo un 0.2% del efecto invernadero y apenas medible.4
Esos modelos climáticos son el juez definitivo a la hora de decidir si los humanos son la causa del calentamiento global. Y es que es imposible simular el aumento reciente de la temperatura global si no se tiene en cuenta el impacto del CO2 emitido por los humanos. El CO2 supone el 0.04% de la atmósfera, y de ese 0.04% un 4% lo emiten los humanos (16 millonésimas del volumen de la atmósfera). Las termitas también emiten alrededor de un 4%, igual que los humanos, pero así como desconocemos la demografía de las termitas a largo plazo, de los humanos sí sabemos que la producción de CO2 se ha desbocado.
Los modelos son simulaciones muy complejas de la atmósfera y su interacción con el océano, la biosfera, la criosfera, etc, y que tienen en cuenta el forzamiento radiactivo del dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, es decir, la energía extra retenida por el sistema al aumentar esos gases. Son une enorme esfuerzo de computación y desarrollo de algoritmos y simulaciones matemáticas. Así pues, si solo son capaces de simular la temperatura global con el aporte del CO2, es que este debe ser importante.
En la Figura 3 vemos los resultados de 167 modelos del CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 ) usados en los escenarios del IPCC (Intergovernmental Pannel on Climate Change). estos modelos son para el escenario más pesimista, pero da igual por que ahora solo nos interesan los pronósticos pasados (hindcast), con las medidas reales y no con las proyecciones futuras. La Figura 3 muestra el resultado con el CO2 añadido. Creemos que los modelos climáticos son muy útiles, y cuando más útiles son es cuando se equivocan, porque muestran claramente qué factores del clima todavía no entendemos bien.
Algo que llama la atención en la figura 3 es la dispersión de los modelos, hay más de siete grados de diferencia entre las máximas y la mínimas, casi el doble que en los reanálisis (combinación de datos observados y modelos de predicción del tiempo). Muchos modelos esta recalentados, con valores hasta tres grados por encima de los reanálisis, igual que la media de todos los modelos. Si miramos el promedio móvil de 13 meses vemos que los modelos están un grado por encima de los valores observados y que son incapaces de simular la variación interanual. Son una simple oscilación sinusoidal con algún altibajo de vez en cuando pero sin conexión con lo observado.
El concepto en sí de media de los modelos es problemático. Se toma prestado del concepto de «ensemble» (conjunto) en meteorología, pero no es lo mismo. En meteorología los ensembles son un solo modelo, con capacidad predictiva probada, que se usa con muchas condiciones iniciales ligeramente diferentes, y la dispersión de los resultados nos da una idea de cómo de fiable es el pronóstico. En climatología son muchos modelos diferentes, de organizaciones y países distintos, con parameterizaciones diferentes y un rango enorme de sensibilidad climática, y se nos presenta la media como un resultado válido. Es el equivalente a decir que la media de muchos relojes estropeados da la hora correcta.
La Figura 3 genera más preguntas que respuestas, pero hay una técnica muy ingeniosa para disminuir el número de preguntas, y es presentar los resultados en forma de anomalías. Las anomalías se parecen mucho más a las medidas y estimaciones reales y nos ahorramos muchos problemas, o al menos no son son tan evidentes. Podría uno peguntarse cómo es que el ártico sigue teniendo hielo con modelos que van dos grados por encima, porque el hielo se derrite a partir de 0°C, no a una anomalía de 0, pero eso son preguntas inconvenientes.
Quizás la temperatura sea muy exigente, podríamos ver qué tal simulan los modelos la precipitación, que es algo importante. Y como no hay precipitación sin nubes, nos sirve de paso para ver qué tal esos modelo simulan la cobertura nubosa, que como reflejan la luz del sol, tienen un impacto sobre el clima muchísimo mayor que el CO2. La precipitación simulada por los modelos, estimada por los reanálisis y estimada a partir de mediciones y datos satelitales se muestra en la Figura 4.
En la Figura 4 vemos que, al igual que la temperatura, los modelos climáticos no son capaces de simular la variabilidad interanual de precipitación y sobrestiman su valor, ponen demasiada agua en la atmósfera y tienen una variabilidad mínima.
Conclusión
Sabemos que los humanos causan el cambio climático actual porque la física elemental demuestra que el dióxido de carbono absorbe radiación infrarroja, y los humanos contribuyen en unas 16 millonésimas partes de la composición de la atmósfera. El impacto puede ser desde una cantidad casi imposible de medir a 6 grados cada vez que se duplique la concentración de CO2.
Y sabemos que los humanos causan el cambio climático actual porque los modelos climáticos de circulación atmosférica acoplados a los océanos son incapaces de simular el clima actual sin el aporte adicional de CO2 antropogénico, aunque con ese aporte tampoco.
- https://wmo.int/es/node/20249
↩︎ - Steffensen et al. 2008. High-Resolution Greenland Ice Core Data Show Abrupt Climate Change Happens in Few Years. Science 321, pp 680-683 ↩︎
- Arrhenius, S., 1896. XXXI. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 41(251), pp.237-276. ↩︎
- Koutsoyannis (2024) Relative importance of carbon dioxide and water in the greenhouse effect: Does the tail wag the dog? https://doi.org/10.53234/scc202411/01 ↩︎
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