Citation preview
AE
AS
Ing. Ind. Roberto Maisonnave
e
ECOLOGIA
POD
Z
Y EFECTO
No) A S
-
ACADEMIA NACIONAL DE INGENIERIA | República O. del Uruguay
NL
TN
:? o
en
AS SO
>
o]
INVERNADERO
O
1992
HE
da
Ls
a
E
E
os m
eS UN
m
gr
m
een
A Mlm0
eh 0
a
poe LS
TS AN
1me
pi
pa
A
e
a
m
O
SS
a
.
A
Ing. Ind. Roberto Maisonnave
ACADEMIA
Publicación de la NACIONAL DE INGENIERIA )
Cuareim
1492
Montevideo
1992
Talleres Gráficos Barreiro y Ramos S.A. San Quintín 4376 - Montevideo - Uruguay Impreso
en
octubre
de
1992
120 Aniversario de la fundación de la Librería Nacional por Don Antonio Barreiro y Ramos
ISBN Dep.
9974.-33-7508-06 Legal 285.395/92
Comisión del Papel. Edición amparada por el Art. 79, de la Ley 13.349
CONSEJO DIRECTIVO Titulares
Presidente:
Acad. Ing. Ind. Andrés Tierno Abreu
Vice-Presidente:
Acad. Ing. Quím. Miguel A. Zunino
Secretario:
Acad. Ing. Civ. Aurelio Tilve
Tesorero:
Acad. Ing. Ind. Ricardo González Arcos
Vocal:
Acad. Ing. Ind. Roberto Maisonnave Suplentes Acad. Ind. Quím. Raúl Prando
Acad. Ing. Quím. José Melillo Acad. Ing. Civ. Luis A. Cat
COMISION FISCAL Titulares
Presidente:
Acad. Ing. Ind. Eduardo J. Praderi
Vocales:
Acad. Ing. Ind. Rodolfo Arocena Acad. Ing. Quím. Elbio Gesto Suplentes Acad. Ing. Civ. Germán Villar Eastman Acad. Ing. Civ. Alberto Ponce Delgado Acad. Ing. Civ. Carlos Agorio
ACADEMICOS
TITULARES
Ing. Civ. Carlos Agorio
Ing . Ind. Manuel Mendiola Sarasola
Ing. Ind. Rodolfo Arocena
Ing
Ing. Quím. Tomás Bense
Ing. Ind. Osvaldo Parrillo
Ing. Quím. José M. Brignoni
Ing. Civ. Emesto S. Pelufo
Ing. Civil Juan H. Caorsi
Ing. Civ. Enrique Penadés
Ing. Ind. Marta Casabó
Ing. Civ. Alberto Ponce Delgado
Ing. Civil Luis Alberto Cat
Ing. Civ. Pedro Ponsetí
Ing. Ind. Alvaro Cutinella
Ing. Ind. Eduardo J. Praderi
Ing. Civil Eladio Dieste
Ing. Quím. Raúl R. Prando
Ing. Ind. Norberto H. Faroppa
Ing. Civ. y Dr. Ariel Ramos Vidal
Ing. Civil José R. Fosalba
Ing. Ind. Julio Riet Alvariza
Ing. Ind. Edison García Regueiro
Ing.
Ing. Ind. Ricardo González Arcos
Ing. Ind. Andrés Tierno Abreu
Ing. Quím. Elbio Gesto
Ing. Civ. Aurelio Tilve
Ing. Civil Pedro Hetzel
Ing. Ind. Isidro J. Vila
Ing. Quím. Héctor E. Ibarlucea
Ing. Civ. Jorge Villa
Ing, Ind. Roberto Maisonnave
Ing. Civ. Germán Villar Eastman
Ing. Quím. José Melillo
Ing . Quím. Miguel A. Zunino
. Civ. Romeo A. Ottieri (Fundador)
Civ. Marcelo Sasson
ECOLOGIA
Y EFECTO
INVERNADERO
INDICE Pág.
PROTOGO craneal tar tiras
9
1) ECOLOGIA. 1.1) Algunas precisiones. ccmccococcccnnonnnoonnonaconnnancconacnnncnonons 11 1.2) La influencia del hombre. .......coconioccnoncconninnnconcninccnnoos 12
1.3) La explosión del:CONOCIMICNIO.. sacoriooncioconinaincióniacinos 14 2) EL EFECTO INVERNADERO. 2.1) Detinición y evaldación src 15 2.2) Los gases de invernadero y el albedo...........coooooonc..... 16
3) LA VIDA Y EL AMBIENTE. 3,1) Los.ciclos ecológicos y la almóstera. css LS 3.2) La radiación Olarra osonnsciedaeniioa caracas 21 3.3) Los océanos y Cl - 'ÍMA ....ooonocconnonconnncnnconocnnonccnncncanonoo 27,
310) ElUNTO erro oaupaocoa eeaaoa 26 3.5) Los procesos Orogénicos y teclÓNICOS ..cocccoconicnccnncono: 28 3.6) La vegetación arbórea y la biOMASa ...oconcnnnnonon..o. 30
4) LOS MODELOS DEL CLIMA. ratos cnc óna
33
5) A MODO DE:CONCLUSIONES essoncccicniasociconinsosncasioiinaraccncnanuáno 37 FIGURAS ssscrere nruseronanco ar ona uta aiba e
34
a
x
* 4
;
..
a
A
..
a
pl
7
EE
o]
O
ASa
as
Mea
E
EL
;
a
A
a
de
E
E E eS
1
.-
E
A
3
ES
0
Do
Port
E
%
4
AS
TE
Ñ
A la
ns
2
A
.
oo. A
A
!
su ne
E
..
o
AS:
A
E AS
-
E
E Em
nr
-
a
Jl
A
a
ES
Po
”
A
A
]
pr
ñ
br
o
Ml z
Ñ
e
o
+
)
ns
E
o
L
a
PRE,
Es
e
A
'
.
PROLOGO La Academia Nacional de Ingeniería del Uruguay, conciente de la dinámica interacción entre el ambiente en que vivimos y las obras y ercaciones técnicas en los diversos campos de la ingeniería, ha creído oportuno iniciar sus publicaciones con un trabajo sobre un tópico relativo a estos temas de gran actualidad, como es el caso del efecto invernadero.
En el tratamiento cotidiano de los impactos del atraso técnico sobre el ambiente, de los errores de aplicación en ingeniería sobre el ambiente, en definitiva, del ser humano
sobre el ambiente, es dable observar enfoques
desde ángulos muy distintos con intereses y motivaciones muy diversas, que
llegan a conclusiones diametralmente contrapuestas. Ese es el caso, a vía de ejemplo, de las campañas de los grupos ambientalistas y ecologistas contra la ejecución de determinadas obras de ingeniería o contra el uso de determinados productos; campañas que reciben la férrea oposición de los intereses amenazados poresas acciones. Un análisis independiente, profundo y desapasionado de los argumentos y conclusiones de uno y otro lado, muestra a menudo profundos errores, exageraciones de
posibles efectos o pronósticos catastróficos; que no poseen el debido equilibrio y el soporte científico que los justifiquen. Una postura equilibrada a cuya formación contribuye la cultura académica, profunda en sus campos especifícos, cuidadosa siempre del carácter multidisciplinario de los asuntos del ambiente y por sobre todo respetuosa del valor de la dinámica propia de este último y de los perturbadores impactos que una visión estrecha de la ingeniería puede acarrear, dan la razón para una intervención activa de la Academia en estos temas de tan palpitante actualidad. En este trabajo sobre "Ecología y Efecto Invernadero", el Académico Ing. Ind. Roberto Maisonnave, realiza un enfoque del tema que se ajusta a
esos parámetros de rigor académico y amplitud de análisis, queconduce auna visión completa del problema; que no se agota en conclusiones fáciles y parciales, sino que apunta a lograr su comprensión global y amplia. A lo largo
del trabajo se indica la relatividad del conocimiento hasta ahora adquirido, las dificultades encontradas y señala los caminos a seguir en ese proceso continuo de elaboración del conocimiento que afanosamente se busca en esta materia y en este tema. El acertado tratamiento de este tópico que realiza el Académico Ing. Ind. R. Maisonnave, aparte de ser una valiosa contribución a la Academia Nacional de Ingeniería del Uruguay; es un ejemplo para demostrar que el soporte de la Academia es de fundamental importancia en el estudio de los temas ambientales, si se quieren lograr en el futuro mejores interacciones entre las creaciones de la INGENIERIA y cl ambiente que las rodea.
ACADEMICO
ING. IND. ANDRES TIERNO ABREU PRESIDENTE DE LA ACADEMIA NACIONAL DE INGENIERIA
10
ECOLOGIA Y EFECTO INVERNADERO
1)
ECOLOGIA
1.1)
Algunas precisiones. La profusión de medios de comunicación
masiva, su velocidad de
difusión, las facilidades de acceso, han contribuido a que las palabras pierdan claridad y precisión. El tema no escapa ciertamente a esta coyuntura. Así pues conviene aclarar este concepto. Ecología (*): es la disciplina que estudia las relaciones entre los seres vivientes y el ambiente en que se encuentran. Se trata de una disciplina que se apoya en todas las ciencias, tanto las básicas como las aplicadas, incluso la Matemática y la Estadística. Sería pues una parte de la biología, pero hoy el término se usa más bien con relación al ambiente y todo aquello que lo perturba o influye sobre él, aunque esto es sólo un aspecto de la ecología. Ecologista: podría significar un partidario o entusiasta de la Ecología
o aún de su estudio. Frecuentemente resulta no ser un ecólogo. Más correcto sería utilizar el término “ambientalista” como partidario de mantener el ambiente imperturbado.
(*) Ecología: del griego: oikos, casa y logos, tratado; el término fue usado por primera vez hacia 1866 por el biólogo alemán Emst Haeckel, 1834-1919. 11
Sistema ecológico: o “ecosistema”: organización en la cual se hallan
combinados e interactuando seres vivos, sus residuos, los minerales y las condiciones físicas y químicas respectivas que llamamos “ambiente”. En sentido amplio y dinámico, el ambiente comprende a los organismos que lo habitan y a sus efectos. Por ejemplo, aunque no lo notamos, al respirar absorbemos gérmenes, polen, esporas y partículas y gases diversos, producidos por organismos vivos. Idealmente suele circunscribirse a una región más o menos definida,
pero no pueden establecerse límites efectivos absolutos como si se estuviera en condiciones de laboratorio. No es sinónimo de lo que suele llamarse “nicho ecológico” ni tampoco de “habitat”.
Por ejemplo, la ciudad de Montevideo puede considerarse como un ecosistema donde viven sus habitantes, humanos y una diversidad de seres vivos, en un ambiente afectado por sus actividades, sus residuos, sus ruidos
y demás. Dinámicamente es imposible considerar una región como si estuviera aislada, pues siempre habrá transferencias de masas y energías en las
fronteras ideales, que obligarán a rectificaciones continuas de los cálculos y datos del sistema. Así, sólo habré de considerar el sistema global de la tierra, con la influencia de algún factor externo y entre estos el sol, por su preponderancia. El ámbito del sistema considerado abarca pues no sólo la biósfera sino toda
la atmósfera, la hidrósfera, la criosfera y la litosfera o si se quiere geosfera. 1.2)
La influencia del hombre.
La preocupación por las interacciones entre los seres vivientes y el ambiente pudo haber empezado con el hombre agricultor cuando el recolector agotó sus posibilidades y fue aventajado por aquel. En Europa, el homo sapiens sapiens sustituyó al Neanderthal en menos de 5 000 años, hace 30 ó
35 milenios. Actualmente se presume que el homo sapiens sapiens se originó en Africa hace unos 100 milenios. Por problemas de ambiente o de clima, emigró al Asia Menory de allíentró en Europa algo antes del final de la última
glaciación. Probablemente ese hombre inició la primera revolución tecnológica
cuando comenzó a inventar herramientas nuevas de piedra y de hueso, e incluso adornos para el cuerpo, y comenzó a expresar su pensamiento en forma visual. 12
Esa forma de expresión del pensamiento, artística y no simplemente
figurativa, fue muy eficaz para la comunicación con otros hombres en un lenguaje extraordinariamente fecundo para el desarrollo técnico. Los primeros testimonios de arte figurativo aparecen en Europa hace justamente unos 35 milenios. Cuandoel hombre empezó a alimentarse mejor, abrigarse, a defenderse
de los rigores climáticos, logró vivir más, ser más sano, más prolífico y su prole comenzó a sobrevivir en mayor grado. Esto produjo explosiones demográficas que lo obligaron a emigrar. Cuando llegó a las riberas oceánicas sin saber aún como atravesarlas, cesó la posibilidad de emigrar y el hombre recurrió a otros medios de sobrevivencia.
Hace unos 15 000 años, al final de la última glaciación, con el surgir de las culturas neolíticas, el hombre comenzó a elaborar estrategias para compensar o neutralizar los efectos adversos del clima, impulsado por lejanas “explosiones” demográficas señaladas por grandes migraciones. Aparecen indicios de asentamientos y agricultura de hace más de 10 000 años. De riego con canales y presas de más de 5 000 años.
El caballo, domesticado hace unos 8 000 años, comienza a utilizarse para transporte y para labranza con aperos hace unos 6 000 años. Es muy probable que haya empezado a usar el fuego para procurarse tierras de labor mediante la quema de la vegetación natural competidora. Esto se practica aún hoy. Todo ello significó alterar los ecosistemas y los ciclos de manera
profunda, en un ritmo de actividad que creció con la población. Hacia el siglo XVI, en Inglaterra se agotaron los bosques como fuente de combustible. Ello dio origen al uso del carbón mineral en gran escala. Su
abundancia y facilidad de extracción en aquellas etapas iniciales, condujo a la granrevolución industrial y ésta a su veza un creciente uso de combustibles minerales, tanto en sus fines industriales como domésticos, principalmente para calefacción y más tarde para la máquina de vapor. Las necesidades de atender poblaciones crecientes, la urbanización, la civilización, fueron llevando a presiones cada vez más extensas e intensas sobre el ambiente y sobre los ciclos biológicos, por la vía de la domesticación de unas pocas especies vegetales y animales, y un poco más tarde la selección de variedades y razas. Aún en nuestro territorio relativamente poco poblado,
la influencia del hombre ha alterado profundamente el ambiente. La flora y fauna actuales no son las que encontró Juan Díaz de Solís. 13
Todo aquello fue despertando inquietudes por conocer y dominar los fenómenos naturales, predecir y paliar las escaseces, las crisis y los desastres. Esas inquietudes son cada día más fuertes.
1.3)
La explosión del conocimiento. Los progresos de las ciencias puras y aplicadas, provenientes del
desarrollo de instrumentos y dispositivos de alcance cada vez mayor para medir y experimentar en lo muy pequeño y en lo inmenso, los satélites
artificiales que permitieron la observación de alcance global e interplanetario, y paralelamente la posibilidad de procesar enormes cantidades de datos ofrecida por los ordenadores digitales y la informática, han dado un impulso enorme al desarrollo de las diversas ramas de la biología por una parte y de la climatología global por otra. En este último punto, la observación desde satélites ha sido esencial.
Estos progresos están recién comenzando a florecer. Se desarrollan nuevos modelos de los procesos naturales, de sus ciclos, y se recurre a la
investigación del pasado y del presente para confirmar y perfeccionar modelos y teorías dirigidas tanto a explicar el pasado como a predecir el
futuro. El hombre continúa buscando dominar el ambiente, para satisfacer sus necesidades crecientes. Finalmente el desarrollo de la comunicación, que mencioné al comienzo, ha traído al primer plano de la atención mundial los problemas llamados ecológicos y también ha causado su vulgarización. Me limitaré a reseñar los aspectos más salientes de las relaciones entre la ecología y el llamado “efecto invernadero”, comenzando por este último,
sin pretender agotar el tema ni mucho menos y sin entrar en los problemas generales de la influencia del hombre sobre el ambiente y viceversa.
14
2.)
EFECTO INVERNADERO
2.1)
Definición y evaluación
Se designa como “efecto invernadero” a una consecuencia de las propiedades atmosféricas de absorción, reflexión y trasmisión de los espectros de la radiación solar incidente, y de la emisión terrestre y la de la propia atmósfera. Resulta conveniente mostrar aquí los espectros respectivos, en forma aproximada. En la figura 1 se indica con línea llena la radiación incidente. Es la llamada “constante solar” aunque según se verá no es constante.
La línea de trazos representa en las mismas unidades, la energía de radiación que llega a la superficie terrestre, para una altura solar arbitraria, de 48”. En la zona del infrarrojo se produce absorción en ciertas bandas de frecuencia , por los varios gases componentes de la atmósfera, que producen parte del calentamiento de ésta y resultan en emisiones a frecuencias más bajas. Si no existiera la radiación solar ni la atmósfera, la temperatura media en la superficie de la tierra sería 30 “K (-243 *C) causada por la trasmisión de su calor interior hacia el espacio interestelar que está a 3 “K (-270 *C).
Si agregamos la radiación solar, la temperatura media alcanzaría a 255 “K (-18 *C) siempre sin atmósfera. Finalmente si agregamos el efecto invernadero causado por la atmósfera, llegamos a una media de 288 “K (+15 *C). Resulta así que el efecto invernadero alcanza a unos +33 *C en la actualidad. La figura 2 presenta la radiación de la tierra hacia el espacio exterior a la atmósfera. Se presentan las curvas de emisión de un cuerpo negro (*) a (*) Ley de Planck. 15
varias temperaturas para comparación. Se indican las bandas de absorción de varios componentes atmosféricos y se distingue la notable absorción por el CO,. El espectro corresponde íntegramente a radiaciones térmicas, en el infrarrojo extremo. La determinación precisa de todos esos valores y espectros recién ha sido posible al disponerse de sensores remotos a bordo de satélites artificiales y aún está en proceso. Aunque el anhídrido carbónico no es el único “gas de invernadero” según veremos, es el que ha centrado la preocupación quizás por el hecho de
haberse detectado tempranamente un aumento sostenido de su concentración en la atmósfera durante los últimos doscientos años. Ciertos modelos matemáticos indican que una hipotética aunque impo-
sible eliminación total del CO, de la atmósfera (unas 350 ppm) provocaría un descenso de las temperaturas medias de 5 *C en las regiones polares y de 1 *C en las ecuatoriales. Lo cual no parece mucho, pero alcanzaría para provocar el comienzo de una glaciación. Es necesario considerar otro gas, el metano, pero sobre todo un aumento de la reflexión terrestre y atmosférica para alcanzar la diferencia de temperatura de una glaciación. La atmósfera se calienta principalmente desde la tierra en lo que hace
al problema que nos ocupa. La radiación solar atraviesa sin mayores reducciones los 11 ó 12 kilómetros de la tropósfera para ser absorbida por la tierra y los océanos. Es desde estos que se refleja su energía con mayores longitudes de onda que son las más absorbidas en la atmósfera, pero también la evaporación del agua lleva energía que se libera como calor en cantidades importantes en la condensación que forma nubes, lluvia, nieve y granizo. 2.2)
Los “gases de invernadero” y el “albedo”
Importa mencionar los elementos que conforman el “efecto de invernadero”, es decir, el incremento de 33 “C que mencionamos poco antes, y los efectos relativos. Entre ellos cuentan el vapor de agua como tal, el anhídrido carbónico, el metano, el ozono, los halocarbonos y el óxido nitroso, entre los conocidos actualmente. Pero también cuenta el albedo, es decir el reflejo de todo el espectro de la radiación solar por la atmósfera y por la superficie terrestre, que ya mencioné. Este reflejo se produce sin cambios en las longitudes de onda, por 16
lo tanto casi no produce calentamiento y se resta de la energía absorbida por la tierra. Así son importantes las nubes y las superficies desérticas, tanto los hielos y las nieves como los desiertos tropicales y sub-tropicales, desprovistos o escasos de vegetación.
La absorción de la radiación infrarroja terrestre alcanza a un 27 % por el vapor de agua, 16 % por el CO, y 10 % por los restantes gases cuya variación en la atmósfera se atribuye a la actividad humana. El resto va al espacio.
El contenido de vapor de agua no habría experimentado mayores cambios en el conjunto de la atmósfera, al menos no se encuentra razón para justificarlo, pues debe mantenerse en equilibrio con el agua de la superficie
de los océanos. Depende de la temperatura en la superficie de estos y de las temperaturas de las capas atmosféricas. Sería más un efecto que una causa de las variaciones climáticas. Es interesante mencionar aquí el incremento de algunos de estos gases
en la composición de la atmósfera en los últimos 250 ó 270 años: - anhídrido carbónico:
CO,: 25 % (280 a 350 ppm)
- metano:
CH,: 130 % (0,74 a 1,70 ppm)
Ambos gases tienen tiempos de residencia en la atmósfera similares, 7 años y 10 años aproximadamente.
muy
Como el período abarca la era industrial, el principal sospechoso es el hombre en lo que respecta al CO, y CH,. Y digo sospechoso por que es muy extensa la lista de otros factores que
afectan la composición de la atmósfera, así cómo la temperatura media de la superficie terrestre, sus valores medios de las zonas polares y tropicales, y otros aspectos, como veremos. Es evidente la importancia del efecto invernadero en la sustentación de la vida. No menos importante que la presencia del agua, del anhídrido carbó-
nico, del oxígeno, de gran cantidad de otros elementos químicos y sus componentes, sin los cuales la vida no existiría. Pero también las variaciones del clima tienen su importancia en los diversos procesos biológicos, así como los fenómenos hidrometeorológicos
ligados a aquel, y las corrientes oceánicas, las mareas y aún los procesos orogénicos y tectónicos, como veremos. 17
Otros gases cuyos efectos son muy importantes, pese a su menor concentración, son los siguientes, en el mismo período de 250 ó 270 años:
- Oxido nitroso: N,O: aumentó 10 % (0,28 a 0,31 ppm) - clorofluorcarbonos: introducidos (0,0000 a 0,0008 ppm) Los tiempos de residencia en la atmósfera son de 150 años para el óxido nitroso y entre 8 y más de 500 años para los clorofluorcarbonos, según sea
su fórmula. En cuanto al ozono cuya contribución al efecto invernadero es importante, las actividades humanas estarían influyendo diversamente: aumentaría
en la tropósfera por influencia del uso de combustibles y otros procesos, mientras disminuye en la estratósfera por acción de los clorofluorcarbonos, aunque todavía no se habría llegado a un balance global cuantificado de sus
efectos nocivos. El oxígeno, el nitrógeno y el argón son prácticamente transparentes a las radiaciones solares y terrestres. Aunque constituyen el 99,96 % en volumen, su influencia es mínima.
El albedo de la atmósfera es muy influído por las nubes y por el polvo. Durante las glaciaciones parece haberse mantenido un clima muy seco.
Según los testigos tomados en el Atlántico frente al Sahara se constata un aumento de polvo silíceo en los períodos glaciales respecto de los períodos
interglaciales. Ello habría aumentado el albedo atmosférico. La sequía habría hecho retroceder los pantanos y humedales productores de metano, y crecer las extensiones desérticas, aumentando el albedo
terrestre, al igual que las mayores extensiones de glaciares y hielos polares. El polvo más fino pudo haber actuado como núcleo de condensación para la formación de nubes, influyendo así también en el albedo atmosférico. A propósito del albedo, todos habremos notado en el invierno, aun sin salir de la ciudad, que las noches sin nubes son más frías que las nubladas. También es notorio en cualquier día nublado que la radiación solar térmica es reflejada por las nubes; también éstas reflejan la radiación infrarroja nocturna devolviéndola a la superficie terrestre y moderando su enfriamiento.
18
3)
LA VIDA Y EL AMBIENTE
3.1)
Los ciclos ecológicos y la atmósfera Muchas de las interacciones entre los seres vivientes y el ambiente
pueden describirse como ciclos. Desde las cadenas tróficas hasta las variaciones de parámetros físicos como las concentraciones, etc.
Pero el espectro de frecuencias de estos ciclos es extremadamente amplio. Abarca quizás 10 órdenes de magnitud y el resultado es un caos de hecho. Los ciclos a veces pueden aparecer como indefinidos, cuando alcanzan edades geológicas, como por ejemplo el de los carbonatos o el de la
formación de los continentes. Este último abarca 400 millones de años. Intervienen inercias importantes y efectos de realimentaciones positi-
vas y negativas. Muchos efectos no son lineales. En la composición de la atmósfera varían muy poco el nitrógeno, el oxígeno, el argón y el vapor de agua, aunque este puede tener variaciones regionales importantes en algunos períodos de tiempo más o menos breves, pero no en los plazos milenarios de las variaciones climáticas globales. Lo mismo podemos decir del albedo, si bien este puede experimentar
cambios importantes, según ya vimos, anivel de las superficies continentales y glaciales.
Por supuesto que en el curso de las edades geológicas, del orden de cientos de millones de años, la composición de la atmósfera fue muy diferente. En particular en cuanto al contenido de CO, y CH,. Así también lo fue la distribución de continentes y océanos. Desde el punto de vista de las condiciones
ambientales y su dinámica actual, o si se quiere, su equilibrio actual, los períodos de más de un millón de años sólo interesan indirectamente. La temperatura y la humedad, que suelen tener variaciones estacionales, y la insolación, son factores esenciales en la actividad y los ciclos vitales. Son notables e inmediatos en las plantas. A su vez estas modifican el 19
ambiente. El muestreo de la concentración de anhídrido carbónico iniciado en 1957 en el observatorio de Mauna Loa, en las Islas Hawai, indica una oscilación anual de 5 ppm, con mínimo en el verano del hemisferio norte,
debido a la fijación de CO, por el crecimiento de la vegetación. Las conchas de los foraminíferos y otros organismos, son de carbonato de calcio. Al morir los animales se depositan en el fondo de los océanos y terminan por formar las rocas calcáreas. Una parte del CO, constituyente de éstas vuelve a la atmósfera con las erupciones volcánicas y otros fenómenos, después de períodos de decenas o centenas de millones de años.
Otros procesos de sedimentación de materia orgánica muerta han dado lugar a los combustibles fósiles y otras rocas con compuestos de carbono. La respiración de plantas y animales devuelve a la atmósfera parte del
CO, fijado en sus tejidos. También interviene la transpiración en el ciclo del agua. Esta es importante en las zonas boscosas especialmente. Un árbol mediano puede transpirar 40 litros de agua por día, el bosque influye así sobre el clima y el ambiente local. Con una extensión selvática importante, el efecto de escala se hace sentir. La circulación atmosférica presenta una gran complejidad con algunas
inversiones estacionales. A gran altura se producen fenómenos de inversión casi bienales. Un elemento importante en el acoplamiento entre las diferentes capas
atmosféricas es la circulación vertical, formada por las llamadas células de Hadley. Su configuración varía estacionalmente y por transporte de masa y
energía producen un acoplamiento entre ambos hemisferios que parece ser muy acentuado (figura 3). Constituyen un importante moderador del clima
tanto en las regiones tropicales como en las polares. Los motores de las circulaciones atmosféricas son la radiación solar y la rotación de la tierra. Pero las complejidades de la circulación atmosférica se deben a otras
causas aún en curso de determinación. ¿Cómo explicar las sucesiones de varios años secos, las inundaciones, los períodos calurosos o fríos anormales? Ninguno de estos fenómenos muestra carácter global, ni tendencias y frecuencias definidas en plazos de cientos de años. También las poblaciones de numerosas especies animales y vegetales
presentan ciclos de diferente duración, hasta varios años, más o menos irregulares y con notables efectos de realimentaciones positivas y negativas. 20
Durante los períodos glaciales, de decenas de miles de años, el clima fue muy seco. La atmósfera pulverulenta y las extensiones desiertas, los
glaciares y mantos de nieves eternas, aumentaron el albedo constituyendo así una realimentación positiva. Sin embargo en las varias glaciaciones de los últimos dos millones de años, la temperatura media descendió menos de una decena de grados. Por alguna razón no bien conocida primó una realimentación negativa que produjo relativa estabilidad durante esos prolongados períodos. 3.2)
La radiación solar Este factor es la fuente de energía de la mayoría de los procesos vitales
básicos y es la fuente caliente de los procesos termodinámicos del clima. Aparte de los ciclos diarios y anuales, se presenta el período variable
de 10a12añoscuya manifestación más notoria es la variación de las manchas solares. Hay efectivamente variación de la actividad solar derivada del ciclo de 22 años de inversiones en el complejo campo magnético solar. En cada hemisferio las manchas forman dipolos que cambian de dirección cada 11 años. Correlacionan con el aumento de actividad solar: a más manchas más luminosidad, más fulguraciones, más tormentas magnéticas cuyos efectos
sobre la tierra son espectaculares y diversos. El diámetro del sol varía en ciclos de unos 80 años pero no se conoce
aún la relación con la actividad y la luminosidad solar. Las dificultades de medición precisa de la luminosidad desde la tierra, debidas a la interposición de las turbulencias y nubosidades atmosféricas, han podido superarse gracias a instrumentos colocados abordo de satélites. Pero aún están por completarse las mediciones de un ciclo de 11 años de la actividad solar. Se necesitarán decenas de años de mediciones adicionales para sacar las
primeras conclusiones fiables sobre este fenómeno y su influencia en el clima. Entre otras causas de variación de la irradiación solar interceptada por la tierra y su atmósfera, son conocidos ciertos ciclos astronómicos de mucho mayor duración todos ellos. Inclinación del eje de rotación de la tierra respecto del plano de la órbita, entre 21,5 y 24,5 grados con un período de 41 000 años: a mayor inclinación más extremas son las estaciones en uno y
otro hemisferio. La excentricidad de la órbita terrestre, de O a 0,07 con período de unos 100 000 años; con ello se intensifican las estaciones en un hemisferio y se moderan en el otro. (Actualmente el hemisferio sur es el más 21
riguroso). La precesión (la dirección de inclinación del eje de rotación respecto de las estrellas fijas) con período de 23 000 años, hace que los dos efectos anteriores se refuercen o se debiliten en un hemisferio mientras ocurre lo opuesto en el otro (figura 4).
Estos tres fenómenos fueron relacionados y calculados por el astrónomo Milutin Milankovitch entre 1920 y 1941. Recalculados posteriormente para 1 millón de años, señalan que los períodos de veranos fríos en el hemisferio norte correlacionan de modo excelente con las glaciaciones. Por supuesto que no lo explican todo. Hay otros fenómenos que vienen a complicar las cosas. Pero resulta notable que las glaciaciones sólo correspondan con los períodos de veranos fríos en el hemisferio norte.
Ello puede deberse a que durante los veranos fríos se derrite menos cantidad de hielo y el efecto es acumulativo. También a que en el hemisferio norte hay mucha
más superficie de tierra firme para acumular hielos y
glaciares que en el hemisferio sur. En éste, los océanos tienen mayor incidencia térmica. Según se ha determinado por la paleoclimatología, las glaciaciones fueron coincidentes en ambos hemisferios. Si bien estos sucesos se extienden sobre períodos de decenas de miles de años su relación con el tema que nos ocupa aparecerá más adelante. Los plazos a considerar para analizar posibles tendencias actuales del efecto invernadero, son de apenas un par de cientos de años o aún menos. En estos períodos, la radiación interceptada por la tierra y su atmósfera es
prácticamente constante salvo por las variaciones de actividad undecenales, pero su distribución estacional afecta igualmente los ciclos climáticos. Importa por tanto conocer con precisión los fenómenos que tienen que vercon las variaciones de la actividad solar, mencionados al principio de este apartado. Y para ello habrá que esperar aún algunos decenios de observacio-
nes y mediciones según vimos. 3.3) Los océanos y el clima La influencia de los océanos sobre el clima proviene de su gran inercia frente a la variación de muchos procesos y factores, y como atemperador de extremos por su capacidad para almacenar energía y compuestos químicos. Suinfluencia sobre la vida se produce por los mismos efectos y además
como residencia y sostén de gran número y variedad de especies vivientes desigualmente distribuidas. 22
Su gran superficie relativa, en constante agitación, los acopla fuertemente a la atmósfera. Proveen todo el vapor de agua necesario para compensar las precipitaciones y las acumulaciones glaciales, lacustres y freáticas.
Otro hecho importante es que contienen 60 veces más anhídrido carbónico que la atmósfera. La concentración superficial en los océanos regula el contenido de CO, en la atmósfera. Como otros parámetros, la concentración de CO, varía con la profun-
didad, la temperatura, la distribución de la evaporación y de la lluvia, la descarga de las cuencas hidrográficas y las corrientes oceánicas. Pero también influye mucho la actividad biológica. El fitoplancton absorbe CO, cerca de la superficie, por vía de fotosíntesis, hasta donde penetra la radiación solar. Los residuos de vida animal y vegetal tienden a hundirse. Este fenómeno empobrece el contenido de CO,
superficial y en consecuencia reduce el porcentaje en la atmósfera. Para relacionar estos fenómenos y sus efectos recíprocos con el clima en el pasado, se ha investigado los testigos de las masas de hielos en Groenlandia y en la Antártida, y los depósitos de sedimentos en los fondos
oceánicos actuales y antiguos. Las técnicas utilizadas en paleoclimatología cuantitativa van desde la determinación de las especies fósiles y su abundancia relativa en los estratos, hasta la datación por la vida media de isótopos radiactivos: Carbono 14 a 12 alcanza
hasta
40 000 años
Torio 230 a Uranio 234
hasta
300 000 años
Argón a Potasio
hasta
1 000 000 de años
Otros medios de investigación se basan en análisis de muestras fósiles de polen, de conchas de foraminíferos y corales, de depósitos pulverulentos, de sedimentos de erosiones glaciales, aluviales y eólicas, de restos animales
y vegetales, y de los vestigios arqueológicos. La investigación incluye el nivel del mar y los contornos continentales. En los últimos 20 ó 30 años la interpretación de las mediciones, contrastadas entre sí y con otras hipótesis o conjeturas, ha permitido eliminar
errores y alcanzar cierto grado de certidumbre sobre las temperaturas del pasado, del orden de uno o dos grados centígrados de valor medio según se estima. 23
Así se ha alcanzado a establecer el clima y sus variaciones durante casi
2.000 000 de años. Pero de ello a disponer de un modelo determinístico, que permita predecir el clima futuro, dista aún mucho camino por recorrer. La relación entre dos isótopos estables del oxígeno (el 18 y el 16) en el agua ha permitido establecer el volumen de hielos retenidos en los casquetes polares y los glaciares continentales. La tensión de vapor del agua con el isótopo 18 es mayor que con el 16; si se reduce por evaporación el volumen
y por tanto el nivel de los océanos, aumenta la concentración del oxígeno 18 en estos. Las conchas de foraminíferos y corales contienen la misma proporción de isótopos en sus carbonatos que la del agua en que se formaron. La datación por isótopos radiactivos permite completar el panorama. Los depósitos de cerca de 1 000 000 de años indican ocho períodos de glaciación con muy buena correlación con los cálculos de Milankovitch, ya mencionados, con apenas dos o tres milenios de diferencia.
Los testigos de hielo de unos 2 000 m de profundidad obtenidos en la Antártida y en Groenlandia, correspondientes a unos 160 000 años, dan
buena coincidencia y permiten el estudio más detallado del último período interglacial y glacial. En particular, las burbujas de aire atrapadas permiten
determinar la composición de la atmósfera en el momento que se formó el hielo que las contiene, mientras la proporción de oxígeno 18 y de deuterio en el hielo permite estimar la temperatura a que éste se formó. El modelo que se llega a formular con los datos de las diversas constataciones reseñadas parcialmente, lamentablemente no cierra. En espe-
cial no explica por qué la última glaciación, relativamente estable durante unos 80 000 años, terminó bruscamente hace 18 000 años y hubo varias oscilaciones también relativamente bruscas en esos últimos18 000 años. Hace 16 000 años el clima era relativamente cálido en Europa. Cesó hace 10 000 años con un episodio muy frío, de temperaturas iguales a las de hace 18 000 años, pero este período sólo duró 1 000 años. No duró lo
suficiente como para que se estableciera un nuevo período de glaciación. Entre 12 000 y 6 000 años atrás, el Sahara retrocedió ante una época lluviosa. Se formaron varios lagos. Un episodio intensamente lluvioso duró del 12 000 al 10 000, según los depósitos aluviales en el océano frente a la
boca del Níger. Hace 6 000 años se produjo un máximo de temperatura y más recientemente dos períodos de “pequeña glaciación” hacia el año 1 400 y hacia el año 1 700 con 1,5 *C y 3 *C respectivamente por debajo de las medias
actuales. Estos dos períodos coinciden con dos períodos prolongados de 24
mínimos de actividad magnética solar, de alrededor de un centenar de años cada vez. Hace 7 000 años que el nivel del océano esta estabilizado entre más y
menos 1,5 m, después de haber subido 120 m en 12 000 años. Esta serie de episodios no puede explicarse hasta ahora con los datos mencionados.
Una conjetura surge de ciertas variaciones en el contenido de CO, atmosférico. Durante el aumento del nivel de los océanos, el CO, aumentó en 80
ppm, entre 200 y 280 ppm. Este aumento es de análogo valor absoluto y de mayor valor relativo que el ocurrido en los 250 años de la era industrial. Pero en esta última variación el ritmo del aumento del CO, ha sido muchas veces mayor, con lo que podría superarse la capacidad de adaptación de las especies vivientes, incluido el hombre. La temperatura del océano frente a las costas de Portugal bajó 8 “C en sólo 500 años, hacia 15000 años atrás, y luego subió 10 “C en 400 años hacia 12 000 años atrás. La explicación de esos fenómenos bruscos y aparentemente caóticos
podría estar en la modificación de las corrientes oceánicas superficiales y profundas. Según vimos la actividad del fitoplancton afecta el contenido de CO, en la superficie oceánica y éste regula el de la atmósfera. A su vez, la actividad del plancton depende de las corrientes oceánicas por la variación de temperatura y por el aporte de nutrientes. Los motores de las corrientes oceánicas son los mismos que los de las atmosféricas: radiación solar y rotación terrestre. Pero la distribución de las oceánicas está constreñida por la forma de las costas y de los fondos
pelágicos. Poco se conoce el detalle en profundidad aún. En el Atlántico Norte el agua superficial se evapora y se enfría hasta unos 3 *C cerca de Islandia. Allí se sumerge un caudal 20 veces mayor que el de todos los ríos del globo, después de haber desprendido una gran cantidad de calor que modera el clima del norte de Europa y de Islandia.
La evaporación contribuye a aumentar su salinidad y por tanto, junto con el enfriamiento, su densidad, razón por la cual se sumerge. Así se origina una gran corriente profunda que se distribuye por todos los océanos. Corre hacia el sur y entre Africa y la Antártida se divide en un brazo que va hacia el océano Indico y otro brazo que continúa por el sur de Australia hacia el océano Pacífico. 25
En su recorrido esta corriente profunda se va cargando de los residuos
de organismos que se hunden al término de la actividad vital animal y vegetal en las superficies oceánicas. De este modo recoge, entre otros nutrientes,
fosfatos y nitratos. La proporción de cadmio está estrechamente relacionada con el contenido de fosfatos y nitratos en el agua oceánica. En proporción asu abundancia el ión cadmio sustituye al ión calcio en las conchas de los foraminíferos. Ello
permite determinar la presencia de nutrientes en los océanos en épocas pasadas, por análisis de las conchas fósiles de los fondos oceánicos. Este análisis reveló que durante la edad glacial la corriente profunda del Atlántico Norte estuvo interrumpida. Cuando comenzó a producirse de nuevo, terminó rápidamente la glaciación. O quizás las aguas dulces provenientes de la fusión de los hielos diluían la salinidad y con ello no se alcanzaba la densidad suficiente para sumergirse. ¿Se debió a la moderación del clima causada en el norte europeo donde se habían acumulado enormes masas de hielo durante la glaciación? ¿Cuál fue la causa y cuál el efecto? Pero quedan muchas cosas más por explicar satisfactoriamente o por comprobar, es decir, pasar de la conjetura o la hipótesis a una certidumbre razonable. Entre ellas el hecho de que las glaciaciones son simultáneas en ambos hemisferios. A propósito de la relativa y prolongada estabilidad de los períodos glaciales e interglaciales, que duran decenas de miles de años, aunque no siempre son iguales esas duraciones, el acoplamiento atmósfera-océanoactividad biológicaparecería funcionarcomo un sistema biestable, con saltos
relativamente rápidos, e irregulares, de un modo de funcionamiento a otro. Estos saltos a veces parecen iniciarse y abortar antes de transcurrido el tiempo
necesario para llegar a afianzarse mediante algún mecanismo de realimentación.
Resta encontrar una explicación a estas características de comportamiento del clima y sobre todo su cuantificación, la cual permitiría incorporarlos en modelos capaces de rendir pronósticos o previsiones confiables. Entre tanto, parecen ser los océanos los principales rectores del clima.
3.4)
El “Niño” Las interacciones océano-atmósfera-vida tienen en este fenómeno, un
ejemplo notable. 26
Anualmente, durante el verano del hemisferio sur, se produce una corriente superficial cálida que aparta las aguas normalmente frías y muy
ricas en nutrientes que bañan las costas del Perú y del Ecuador. En períodos de entre 2 y 8 años, esta corriente es más duradera y más cálida. Simultáneamente se produce la alteración de la distribución de
presiones atmosféricas en los océanos Pacífico, al sur de la línea ecuatorial, e Indico. Las aguas cálidas se extienden entre los 180 * W y el Perú y México, en forma más abundante y profunda que lo normal.
La anomalía se acompaña de un aumento permanente de la concentración regional de CO, en la atmósfera y perturbaciones climáticas intensas de alcance global: calentamiento atmosférico en la zona tropical; inundaciones en la vertiente del Pacífico a lo largo de los Andes, la costa de América Central, México y en los estados de Oregón, California, sur de Luisiana y Florida; al mismo tiempo se producen sequías en sur de la India, Ceilán, Indonesia,
sur de las Filipinas, parte de Australia,
nordeste
de Brasil
y
Mozambique. La distribución de inundaciones y sequías no es siempre igual. Los efectos de los cambios oceánicos y climáticos de un episodio
particularmente intenso en 1982-83 fueron desastrosos. Las pérdidas de cosechas, erosiones, daños en construcciones, etc., se estimaron en unos diez mil millones de dólares. La pesca de la anchoa y otras especies frente al Perú y Ecuador sufrió
mermas calamitosas. Las corrientes frías ascendentes de aguas cargadas de nitratos, fosfatos y otros nutrientes, fueron alejadas de las regiones relativamente próximas a las costas, cuya profundidad es la adecuada para el funcionamiento de las
cadenas o ciclos tróficos. La escasez de esos nutrientes reduce la actividad biológica del fitoplancton, cuyo desarrollo como ya dije está limitado a las capas superficiales hasta donde penetra suficiente luz solar como para permitir la fotosíntesis con
absorción del CO, disuelto en el agua. Pero voy a reiterar la relación comprobada entre la actividad biológica en la superficie del océano y la concentración del CO, en la atmósfera. En los
sucesos de 1982-83 el incremento anual de esa concentración duplicó al valor habitual en las mediciones realizadas en la Isla Amsterdam situada en el centro del sur del océano Indico.
21
3.5) Los procesos tectónicos y orogénicos La lluvia contiene anhídrido carbónico desde siempre, en proporción coherente con su concentración atmosférica. Parte de la precipitación se evapora desde el mismo sitio donde cayó. Pero otra parte escurre sobre los terrenos hasta los arroyos con destino final en mares y océanos. Aún otra parte penetra los terrenos y colabora en los
procesos de meteorización de las rocas, procesos esenciales como sostén de la vida. En esos procesos el agua con anhídrido carbónico disuelve rocas cálcicas y se carga de nutrientes: sales minerales y residuos orgánicos.
Otros ácidos, especialmente los húmicos, intervienen en esta parte del gran y múltiple ciclo del carbono. Este prosigue con el desarrollo de vegetales y animales terrestres y
acuáticos. Parte de los residuos de estos seres vivos serán metabolizados, quemados con producción de CO, respiratorio o convertidos en metano en las zonas húmedas y pantanosas, y retorna así carbono a la atmósfera. Otra parte, que forma los esqueletos calizos de foraminíferos y corales,
termina por sedimentar en el fondo de mares y océanos, en forma de carbonato de calcio. Todavía otra parte, proveniente de la materia viva blanda, sedimentará y formará el “kerógeno” en pizarras y otros esquistos. Una parte menor de la materia blanda, sometida a procesos anaeróbicos
en los pantanos, produce la turba. Las rocas calcáreas se formaron en grandes cantidades en el período
cretácico, entre 140 y 65 millones de años atrás cuando el tenor de CO, atmosférico era 20 ó 40 veces el actual. En el carbonífero y el pérmico entre 400 y 250 millones de años, proliferan las primeras plantas vasculares y con ellas la lignina, materia resistente a la degradación bacteriana aerobia. Estas
plantas se desarrollaron sobre tierra firme, probablemente pantanosa, y dieron lugar a los depósitos de combustibles fósiles, fundamentalmente carbones. Parte de la actividad orogénica aparece como esencial para la vida
vegetal y aluviones, esenciales: Pero 28
animal al proporcionar elementos básicos: margas, gredas y que les sirven de soporte, pero fundamentalmente, los nutrientes fosfatos y nitratos, potasio, calcio y todos los oligoelementos. la actividad telúrica es parte importante del ciclo del carbono.
En las zonas de subducción de las placas tectónicas y en las dorsales oceánicas tienen lugar procesos volcánicos que devuelven a la atmósfera una parte del anhídrido carbónico retenido por los carbonatos. En efecto, se estima que sin ese fenómeno, todo el anhídrido carbónico de la atmósfera habría quedado retenido en las rocas, como combustible, kerógeno o carbonatos, y la vida hubiera cesado hace millones de años. La abundancia relativa del carbono es la siguiente, comparada con la
existente en animales y plantas (según Berner y Lasaga [1]): AO a 1,3 Carbono superficial (humus, €tC.) .....oocononooncononnnonnnnccnnonoos 5,4 Combustibles fÓsileS ....oocoononoconnonocanonoocconoroconorononoconcononoss 7,1 OCCADOS vrs a 5 Kerógeno (sedimentos Orgánicos) ..ococccocicioninonononnos 26 800 Carbonatos (rocas sedimentarias) ..ooooconinncocnornnoons» 107 000 Por supuesto que estas cifras se basan en los datos conocidos actual-
mente y podrán cambiar a medida que se realicen nuevas determinaciones geológicas.
Una parte menor del ciclo del carbono es la producción de metano directamente por los animales, la descomposición anaerobia de materia
orgánica y los escapes de yacimientos. Recordemos que el CH, es un “gas de invernadero”. Es interesante destacar aquí, la importancia de los vínculos entre los procesos vitales y los orogénicos y tectónicos, aparentemente tan alejados.
Un hecho a destacar es la velocidad relativa entre el proceso de retención del CO, por la naturaleza en los sedimentos durante cientos de millones de años y la producción de CO, por uso de combustibles fósiles en
apenas 250 años de la era industrial. En este período se ha quemado un equivalente del 60 % de lo que había
en la atmósfera a su comienzo. Pero la atmósfera retuvo solamente 50 % de lo quemado. Los procesos tectónicos llegan a influir sobre el albedo y con ello sobre
el clima. En períodos de intenso vulcanismo global se inyectan en la atmósfera cantidades ingentes de polvo y de anhídrido sulfuroso que actúan por sí y como núcleos de condensación de vapor de agua aumentando así el albedo. 29
3.6)
La vegetación arbórea y la biomasa Todos los procesos vitales fijan carbono y producen anhídrido carbó-
nico.
En el caso de la vegetación arbórea, el carbono queda fijo por decenios y aun centenares de años, en la materia leñosa, en una tasa superior al emitido
como CO,. Un árbol fija aproximadamente 20 kg de CO, por año al llegar a su madurez.
Las presiones demográficas y económicas han conducido a la deforestación, acelerada en los últimos años, para procurar combustible, material de construcción y tierra agrícola. En este caso, la quema es casi total. Anualmente se deforestan un par de cientos de miles de km? hecho verificado por sensores remotos. Se estima que contribuyen entre 15 y 30 % de las emisiones totales de CO, debidas a actividades humanas en años recientes. Pero el hecho más lamentable es que gran parte de las tierras así obtenidas pierden muy rápidamente su fertilidad y también se erosionan muy velozmente. En el curso de muy pocos años lo perdido suele ser más que lo ganado.
Corresponde mencionar aquí que la quema de biomasa como combustible doméstico más la costumbre primitiva de la quema anual de pastizales, entre otras, estaría aportando CO, en cantidades similares en orden de valores. Pero las dificultades para medir con precisión estas cuantías, aún mediante
sensores
remotos,
introducen
factores
de
incertidumbre
muy
importantes con extremos probables de 4 a 1. En el caso del uso de los combustibles fósiles, la cuantificación es en cambio muy precisa.
Aparte de ello, estas combustiones suelen producir cantidades sensibles de monóxido de carbono, cuyo efecto en la química de la atmósfera aumentaría la acumulación de otro gas de invernadero, el metano. Su tasa de aumento reciente no ha sido aún explicada, pero es 5 veces mayor que la de CO, según se vio en el capítulo de los gases de invernadero. Podemos dar una idea de la importancia de la biomasa en el ciclo del carbono respecto de la atmósfera. Según algunos autores (Houghton y Woodwall [2]) se tendría el balance aproximado que sigue, en miles de millones de toneladas de carbono por año. 30
INGRESOS
deforestación ........... combustibles fósiles respiración fundamentalmente vegetal ............. 50 difusión a través del suelo difusión desde los océanos 207
EGRESOS
fotosíntesis tCrTestrO ...oooococccconooncnnnoccnnaninnanoonoss 100 difusión en los océanos (fotosíntesis, decantación) ...occocnnnonnononmmmms” 104 204
Quedaría pues en la atmósfera un exceso anual de 3 000 000 000 toneladas de carbono, frente a un contenido total estimado en
730 000 000 000, o sea un aumento anual de 0,4 % valor que corresponde bien con el incremento medio medido en los últimos años. Comparando con los aportes atribuibles a la actividad humana se observa que representan menos de la mitad, 3 en 7, es decir 43 % Las otras
4 partes resultan depositadas en los sedimentos como residuos de la actividad vital, oceánica y terrestre, junto con el exceso debido a los procesos tectónicos y orogénicos. Hay pues una cierta realimentación negativa. Otra comparación interesante es la de la mayoritaria influencia relativa de los procesos vitales: fotosíntesis y respiración, en el conjunto del balance. El aumento de la proporción de CO, en la atmósfera, junto con un aumento de la temperatura, produciría un aumento del crecimiento vegetal
y por consiguiente se almacenaría más carbono en la biomasa; esto es una realimentación negativa que podría estar limitada por la disponibilidad de nutrientes en el medio. En particular los suelos de las selvas y bosques suelen
ser pobres en general y especialmente en oligoelementos. También el aumento de temperatura aumentaría la tasa de respiración y fermentaciones acrobias y anaerobias, lo cual constituiría una realimentación positiva. Aparentemente en el corto plazo prevalecería esta última.
31
Ma
al
ni
NM o
F
yY
e
A
o
;
“.
de a
3
a
A
=
.
A
E di
pto
,
.
a
e
e
-
1
.
7
A
py
'.
A
Ep) dj
: .
e,
me
e
A
po
A
'
A
q
A
A
A
o A
ES
¡ A
a
A
A
la
y
Lo
A
Ja
A
A. po
E
la$ izo
A
e
aa
Eras
E
y va
A
a
A
a
Eo
> $
O
a
e
_
L
-
dsa. Pes
A
o A
Me
o
Ñ
o
o
:
A
ada Rafi E
E
e
a)
e
q
SEN a
At Hs A
dl
led E
A Sr TIN METRO
Ah
e Mo
”
dE AAA
má
q
IO
ES
E
AA
A
A
..
4)
LOS MODELOS DEL CLIMA
Resulta muy claro que el efecto invernadero actúa sobre el clima, o más bien es parte de él. Lo que no aparece aún con suficiente claridad son las relaciones de causa a efecto. Conviene recordar la poderosa influencia de las especies vivas en el ciclo del carbono y en el albedo, y sus capacidades de adaptación y efectos de realimentación respecto del clima y de los gases de invernadero. Por tratarse de procesos no lineales, con múltiples interacciones y realimentaciones positivas y negativas, el comportamiento resulta de hecho
caótico, con alto grado de aleatoriedad aparente. Las predicciones con modelos basados en correlaciones estadísticas,
aun múltiples, terminan siempre por fallar y no suelen clarificar las relaciones de causa a efecto. Partiendo de relaciones físicas conocidas y de conjeturas, se elaboran teorías sobre las cuales basar modelos dinámicos. Estos se someten a comprobación, calibración y ajuste mediante datos del pasado. Las nuevas observaciones y descubrimientos a su vez se deben interpretar e incorporar a los modelos.
Naturalmente, estos modelos son representaciones muy simplificadas de la realidad que se van armando
como
rompecabezas
hasta que su
complejidad supera la capacidad de los más potentes ordenadores digitales disponibles. Otro problema que suele plagar la investigación de modelos es la falta de suficientes datos fidedignos, sobre todo en series de duración adecuada. Para suplir esas carencias se recurre a balances y a reconstruir los procesos por diferentes caminos independientes. El grado de coincidencia obtenida es un índice de la confiabilidad de los datos reconstituidos. También se hace necesario incorporar factores externos al modelo. Si estos son a su vez afectados, se recalcula partiendo de los nuevos valores en un proceso iterativo que no siempre converge con la deseable rapidez. 33
Algunos modelos representan los ciclos de elementos químicos como el carbono. En el modelo del ciclo del carbono realizado por Berner y Lasaga
[1] de la Universidad de Yale, en un trabajo de varios años, incorporan 6 depósitos de carbono con 26 vías de transferencia. Los tiempos de residencia,
las masas almacenadas, las velocidades de transferencia, han debido inferirse y componerse indirectamente en muchos casos. Una complicación adicional
son las variaciones que esas cantidades han sufrido a lo largo de los tiempos geológicos involucrados y los múltiples factores incidentes externos. En otros casos, como los modelos de circulación atmosférica, se trabaja sobre las transferencias de masa y energía entre elementos finitos. En modelos de clima se manejan elementos de 500 km de lado y
algunos km de espesor. Se comprende la extrema simplificación que esto significa.
Si se piensa que las mediciones globales sistemáticas de la mayor parte de las magnitudes intervinientes datan de unos pocos decenios en el mejor de los casos, se comprende lo aventurado que resulta extrapolar proyecciones
a 50 ó 100 años, cuando hemos visto tienen diferentes períodos con 10 órdenes de magnitud en su diversidad. Las incongruencias que revelan los resultados de los modelos y las inclusiones de nuevos descubrimientos y datos proporcionan pistas que permiten un progreso constante.
En la totalidad de los casos se habla de unos decenios de toma de datos adicionales y de nuevos instrumentos para mejorar la precisión, la densidad
de información y la investigación de nuevos fenómenos. Svante Arrhenius calculó en 1869 que una duplicación del contenido
de CO, en la atmósfera produciría de unos 4 a unos 6 *C de aumento en la temperatura de la atmósfera vecina de la superficie terrestre. Las primeras mediciones sistemáticas de datos científicos básicos comenzaron en 1957 con el Año Geofísico Internacional. En 1950 John von Neuman, de Princeton, comenzó a operar un modelo
de la atmósfera para predicción de 24 horas con un ordenador digital ENTAC. A este suceden otros modelos en EE.UU., Europa y URSS y diversas
investigaciones sobre la física y la dinámica de los fluidos atmosféricos. En particular se logran mediciones y observaciones precisas y confia-
bles sobre los gases de invernadero y progresos esenciales en paleoclimatología. Los modelos más recientes corresponden al último quinquenio: Con-
sejo Nacional de Investigaciones; Administración Nacional de Aeronáutica 34
y del Espacio (Instituto Goddard de Estudios Espaciales); Departamento de Energía y Fundación Nacional de la Ciencia (Centro Nacional de Investigación Atmosférica). En todos los casos se estima probable una duplicación del CO, hacia el
año 2050. Pero los cálculos de aumento de la temperatura media global para esa situación varían según el modelo entre 1 *C y 5 *C. Todos los modelos dan distribuciones superficiales variables del aumento pero siempre creciendo con la latitud hasta regiones polares. Como se ve no están muy lejos de lo estimado por Arrhenius en 1869. Pero las discrepancias entre los modelos son decepcionantes. La capacidad de adaptación de la humanidad frente a un aumento de 1 *C en 60 años difiere radicalmente de las posibilidades frente a un aumento de 5 *C en cl mismo período. En efecto durante la Pequeña Edad del Hielo la temperatura media en Europa fue 1 *C menor que al presente. Desde hace 18 000 años, hacia fines
de la última glaciación, la media global aumentó 5 *C.
35
5)
AMODO
DE CONCLUSIONES
Frente a tal panorama de incertidumbres es difícil decidir sobre las acciones a emprender pues se afectará el desarrollo de poblaciones y países enteros, y también el destino de las generaciones futuras. Así pues, no es posible arriesgar acciones erróneas que puedan resultar en detrimento de las legítimas aspiraciones de desarrollo o de la herencia que legaremos a nuestros descendientes. Si bien deben proseguir sin pausa las investigaciones para comprender los cambios climáticos y cuantificar la influencia de las actividades humanas en ellos, no es posible esperar respuestas que puedan demorar decenios, pues para entonces podría ser ya demasiado tarde. Surge un consenso cada vez más amplio en cuanto a los caminos que aparecen como más sensatos y razonables frente a las incertidumbres anotadas. Ellos pueden sintetizarse en las siguientes líneas de acción. - Aumentar los rendimientos globales en todos los usos de la energía. Al menos dividir por dos las ineficiencias actuales. - Sustituir los combustibles fósiles con alto porcentaje de carbono por
unidad térmica. - Eliminar el uso de los haluros de carbono. - Mejorar el rendimiento de la agricultura.
- Conservar los suelos y el agua. - Mejorar el rendimiento global del riego. - Disminuir el uso del carpido, y de los fertilizantes y pesticidas. - Incrementar el uso de energías y recursos renovables.
- Evitar la destrucción de la vida acuática. - Propender al reciclado de todos los residuos. 37
Las tecnologías necesarias ya existen, como mínimo en escala piloto.
Los planes para buen número de esas acciones están en curso y coinciden con ventajas en otras áreas. En general las líneas de acción son atractivas económicamente en el mediano plazo, por lo cual pueden hacerse viables. Pero no existe acuerdo sobre el costo y sobre las consecuencias socio-
económicas de tales acciones. Se habla de 1 000 000 de millones de dólares en una primera etapa; la tarea es formidable e implica necesariamente la capacitación y educación a todo nivel. Se comprende que semejante inversión de recursos tendrá repercusiones enormes y también las razones por las que noes posible arriesgar errores. Para una etapa posterior, las soluciones probablemente tendrán que
pasar por un mejor aprovechamiento de la energía solar directa. Los procesos actuales apenas aprovechan el uno por mil de la energía recibida al nivel de la superficie terrestre. Este índice es el mismo de la producción vegetal por fotosíntesis, en orden de valores. Se usan ya procesos que clevan ese aprovechamiento en dos órdenes de magnitud. Las ya difundidas células fotocléctricas de silicio son un ejemplo. Pero su costo aún es demasiado elevado y no ha permitido su uso en gran escala para sustituir los combustibles. Cabe aquí mencionar un dato curioso. La superficie de los tres embalses de nuestro Río Negro recibe 850 veces mas energía solar que la que pueden producirsus tres centrales hidrocléctricas. La proporción está dada en valores medios.
Y queda pendiente una pregunta ¿llegará el hombre a controlar el clima? Montevideo, 2 de mayo de 1991.
38
500
w m2 am
si
«+
Figura !
% 28%
49
Infrarrojo
—
ultraviolet visible
7% 1,47 %
%
incidente aproximados)
solar
27 %
44
(valores
Radlacion
a
==--
0,27 :
;
la
de
la
energía
la
A
[pm]
del
sol
atmosfera)
1 [109 m!]
(altura
(sobre
superficie
solar
Repartición
Sobre
Constante
48%)
[wm :
ll
mal
Eba
Figuro 2
y
]
+
100
50
20
CO,
E =
i—
10
0%
== —H0
intensidades
+
*
s
Bandas
(valores
de
emisión fuera
de
Eb
= Ley
absorción
6,6...
mí
A
Plank
Y
ES
emisión negro)
de
xa(2)
del
=f(1,t+273)
de (Intensidad cuerpo
de
5
monocromáticas, atmosfera aproximados)
la
terrestre
5
A[ m])
CIRCULACIÓN
ATMOSFÉRICA
Sol Ñ Células
de Hadiey |
VERTICAL Atmósfera
X