El cambio climático en cinco preguntas

El cambio climático es noticia. Sin embargo, el telediario, la web o la prensa, no consiguen siempre transmitir respuestas a algunas preguntas tan frecuentes como concretas. Estas preguntas, que vuelven a menudo bajo una forma u otra, son:

1. ¿Cómo podemos hablar del clima en 100 años si no sabemos si lloverá dentro de 20 días?

2. ¿Cómo sabemos que hay un cambio climático?

3. ¿Cómo sabemos que viene del aumento de los gases de efecto invernadero (GEI)?

4. ¿Cómo sabemos que estos GEI vienen de la actividad humana?

5. ¿Están de acuerdo los expertos?

Intentaré contestarlas aquí, de la forma más breve posible¹.

1 ¿Cómo podemos hablar del clima en 100 años si no sabemos si lloverá dentro de 20 días?

Una pregunta muy pertinente por cierto, que nos permitirá entender la diferencia entre el clima, y el tiempo. Para contestar, hagamos dos preguntas más:

a. ¿Hará más calor en Madrid en julio de 2030 que en enero de 2030?

b. ¿Lloverá en Madrid el 20 de junio de 2020?

Creo que cualquiera contestara que “si” a la pregunta (a), y “ni idea” a la pregunta (b). ¿Cómo podemos alcanzar la certeza en la pregunta (a), mientras es imposible con la otra? Cuando pensamos en la (a), pensamos a lo que debería pasar en julio y enero. Y lo que debería pasar está relacionado con la altura del Sol en el cielo. Cuanto más alto, más calor llega durante más tiempo, y más calor hace. Pero cuando pensamos en la pregunta (b), pensamos en lo que pasará de verdad en ese día, y aquí, nos encontramos con la imposibilidad de contestar con más de una o dos semanas de antelación.

La pregunta (a) tiene que ver con el clima. La (b), con el tiempo. Como lo escribió el climatólogo ingles Mike Hulme, “El clima es lo que esperas, el tiempo es lo que tienes”². Es posible predecir el clima. Por esta razón, las guías turísticas pueden informar sobre la temperatura media en Madrid a lo largo del año, sin necesidad de una bola de cristal. Pero predecir el tiempo con mucha antelación es imposible. Por esta razón, puede que los turistas desafortunados tengan lluvia al visitar Madrid en junio, a pesar de su guía turística que les dijo que llovía muy poco en Madrid en junio.

2 ¿Como sabemos que hay un cambio climático?

El indicador más mediático es la curva de la temperatura global. Se trata de un promedio de las temperaturas a lo largo de la superficie del planeta. La temperatura global está subiendo desde más o menos un siglo, batiendo records regularmente. Hemos ganado en torno a 1°C desde hace un siglo (esta cifra de 1°C tendrá un papel importante para contestar la siguiente pregunta).

Sin embargo cabe saber que no es el único indicador. Veamos a continuación seis más, que apuntan todos a un calentamiento. Empecemos por indicadores a la baja:

1. La extensión de la banquisa Ártica se reduce

2. El volumen de la banquisa del Groenlandia se reduce

3. El volumen de la Antártida se reduce

4. El volumen de los glaciares terrestres se reduce

Sigamos ahora con indicadores a la alza,

5. El calor contenido en los océanos sube

6. Le temperatura global sube, como ya lo vimos

7. El nivel del mar sube

Llegamos entonces a un total de siete indicadores, todos apuntando en una misma dirección: un calentamiento del planeta.

Incluso antes de saber su origen, estas siete observaciones nos llevan a la conclusión que un calentamiento global está ocurriendo. Veamos porque.

3 ¿Como sabemos que viene del aumento de los gases de efecto invernadero (GEI)?

El planeta se está calentado. ¿Por qué? ¿De qué depende principalmente el clima del planeta? De la cantidad de energía solar que nos viene del Sol, y de la composición del atmosfera. Del mismo modo, la temperatura en mi cama depende de la temperatura en mi habitación (la “Sol”), y de las mantas que llevo encima (el “atmosfera”).

Empecemos por el Sol. Obviamente, es el primer sospechoso. ¿Tiene el Sol ciclos que podrían variar el clima? Si. De hecho, las últimas edades glaciales fueron el fruto de los denominados ciclos de Milankovitch. No resultan exactamente de cambios del Sol en sí mismo, sino de cambios en la órbita terrestre. Pero si pudieron provocar edades glaciales, no pueden ser responsables del cambio actual. ¿Porque? Porque el más corto de estos ciclos es de unos 20 000 años. Demasiado lento para explicar “nuestro” calentamiento, que se desenvuelve desde hace uno 1 o dos siglos.

Entonces, si los Milankovitch son demasiados largos, ¿hay ciclos naturales más cortos? Si. El Sol en sí mismo tiene un ciclo de 11 años. Pero tampoco puede ser responsable del cambio actual. Por un lado, es demasiado corto y le falta constancia. Sube, baja, sube, baja… con un periodo de 11 años, mientras buscamos un responsable para un calentamiento paulatino ocurriendo a lo largo de un siglo. Además, un cálculo muy sencillo permite concluir que este ciclo solo podría provocar variaciones de temperatura global de 0,1°C³. El problema es que observamos 10 veces más (ver párrafo anterior). Demasiado corto, demasiado débil, ausencia de una dirección definida. Tampoco es el ciclo de 11 años. Total, no es el Sol.

Entonces, debe de ser la atmosfera. No hay otra opción. Actúa como una manta cuyo grosor depende de su composición. Los gases más eficaces al respecto, los famosos “gases de efecto invernadero” (GEI) son, en orden de importancia, el vapor de agua (H₂O), el dióxido de carbono (CO₂), y el metano (CH₄)⁴. Sin ellos, la temperatura media del planeta seria de -15°C.

¿Qué hay del vapor del agua? Tiene algo especial. La cantidad de vapor de agua en el atmosfera solo depende de la temperatura de la misma. ¿Qué pasa si hay demasiado? El agua en exceso vuelve a caer. Lo llamamos “lluvia”. Cuanto más caluroso, más agua aguanta en la atmosfera. Esto tiene una consecuencia muy interesante: el vapor de agua por sí solo no puede ser la causa del calentamiento. Si hay más allí arriba (y lo hay), tal incremento solo puede ser el resultado del calentamiento. No la causa. Algo más tendrá que haber calentado el atmosfera.

¿Qué puede ser ese “algo más”? Solo quedan dos sospechosos: el dióxido de carbono, o el metano. Tiene que ser uno de los dos, o bien los dos a la vez. Comprobémoslo. Podemos empezar representando gráficamente la evolución de la concentración de estos gases en el atmosfera desde hace 1000 años:

Como se puede observar, dichas concentraciones empiezan a subir al principio del siglo XIX, con una aceleración en el siglo XX. Hoy en día, la concentración en CO2 ha alcanzado 400 parte por millón (ppm)⁵, lo que representa un incremento del 42% con respecto a la era pre-industrial. En cuanto al metano, se ha más que doblado.

Ya tenemos nuestro factor calentador, y con la escala de tiempo correcta. Nuestra manta atmosférica se está espesando desde hace uno o dos siglos, en línea con los indicadores del calentamiento observados previamente. Sigamos comprobando: ¿cuál es el incremento de temperatura que se podría esperar de tales aumentos de estos gases? Un cálculo, aun sencillo, nos da 1°C, es decir, lo observado⁶.

Resumen: una vez eliminados el Sol y el vapor de agua, es decir, los sospechosos que no pueden estar provocando el cambio, solo nos quedan el dióxido de carbono y el metano. Tienen que ser ellos. Lo comprobamos, y encontramos exactamente lo esperado. Su aumento coincide con el calentamiento, y el cálculo remata. La culpa del calentamiento, la tiene el reciente aumento del CO₂ y del CH₄ en el atmosfera.

4 ¿Cómo sabemos que estos GEI vienen de la actividad humana?

También buena pregunta. ¿De dónde viene este incremento del CO₂ y del CH₄? ¿De los volcanes? Se les considera sospechosos con frecuencia. Pero les podemos exculpar por al menos cuatro razones. 1/ Tenemos registro del CO₂ y del CH₄ desde hace casi un millón de años⁷ y nunca alcanzaron los niveles actuales. Si los volcanes empezaran a hacer algo ahora que no hicieron en un millón de años, se sabría. 2/ Como lo muestra la figura anterior, el CO₂ y el CH₄ están subiendo paulatinamente. Los volcanes tendrían que estar muy buen sincronizados para provocar tal aumento gradual. 3/ Los volcanes emiten unas 0,6 Giga-toneladas (Gt) de CO₂ al año⁸. El hombre emite 30 Gt, 50 veces más que los volcanes. 4/ Los volcanes emiten CO₂, que calienta, y también cenizas, que enfrían. Las observaciones demuestran que ganan las cenizas. De modo que el efecto global de una erupción volcánica es un enfriamiento, no un calentamiento.

Entonces, ¿de dónde vendrán estos GEI? La figura de arriba nos da una pista: su aumento empezó con la revolución industrial, que precisamente consistió en quemar carbón. ¿Vendrán estos GEI de la actividad humana? Para comprobar esta hipótesis, podemos considerar, año tras año, la cantidad de GEI vertidos por el hombre en el atmosfera, y reconstituir la evolución de la concentración atmosférica en CO₂ y CH₄, contando solamente con la actividad humana.

La figura que viene a continuación es el fruto de este cálculo para el CO₂. Computé la curva azul empezando con las concentraciones conocidas en 1800, y sumando cada año lo que se emitió⁹. La curva roja viene de las observaciones. Las dos cuadran extraordinariamente. La diferencia entre la roja y la azul viene de la deforestación.

No hay duda. El auge de los GEI en el atmosfera tiene su origen en el uso masivo de combustibles fósiles. Esto puede comprobarse de otros modos¹⁰, y todas las pruebas son concluyentes. Estos GEI son “nuestros”.

5 ¿Están de acuerdo los expertos?

Hay un cambio climático. Y es debido a la actividad humana. ¿Qué dicen los que contribuyen al progreso del conocimiento en este ámbito? ¿Qué dicen los expertos en el tema?

Están de acuerdo.

Varias encuestas se hicieron en los últimos años. Todas concluyeron que más del 97% de los expertos coinciden.

Asistí a finales de 2015 a la “Conferencia de Otoño de la Unión Americana de Geofísica” (2015 AGU Fall Meeting). Con más de 20,000 participantes, esta conferencia, celebrada anualmente, es la más grande del mundo. Allí se juntan, entre otros, los expertos del clima para presentar sus investigaciones.

¿Cuantas intervenciones cuestionaban la existencia de un cambio climático? Cero. Todo el mundo estaba de acuerdo con las observaciones. Hay un cambio.

¿Cuantas intervenciones cuestionaban el papel de la actividad humana como motor de dicho cambio? Cero. Semejantes interrogantes eran asunto de investigación hace 20 años¹¹. Ya no. Hay un calentamiento global, y es de origen humano.

En cambio, había muchas intervenciones sobre la forma de transmitir este conocimiento al público.

Cabe notar para terminar que lo que está ocurriendo no es una sorpresa para nada. Casi dos siglos atrás, en 1824, el Francés Joseph Fourier ya tenía claro el principio del efecto invernadero mediante el que la atmosfera calienta el planeta. En 1896, el Sueco Arrhenius calculó, a mano, claro, el aumento de temperatura que provocaría un doblamiento del CO₂ en el atmosfera. Aplicando su fórmula al reciente aumento de 40% del mismo CO₂, uno encuentra un calentamiento de +3^oC. No está nada mal para alguien que ignoraba los detalles de la interacción entre las moléculas de la atmósfera y la radiación que la tierra manda al espacio¹².

El calentamiento actual no es una sorpresa para la comunidad científica. Lo estaba esperando. Espero haber contribuido a un mejor entendimiento del porqué.

1^ Antoine Bret es Doctor en Física y Profesor en la Universidad Castilla-La Mancha donde imparte una asignatura sobre energía y clima desde 2004. También ha impartido una serie de 6 seminarios sobre el tema en el Instituto de Empresa. Ha publicado su curso en el libro The Energy-Climate Continuum: Lessons from Basic Science and History (Springer, 2014).

Este texto corresponde a una conferencia impartida por el autor en el marco de la jornada organizado por A’Rocha Francia durante la COP 21 en París, con título “Una respuesta Cristiana al Cambio Climático” (2015).

2^ “Climate is what you expect, weather is what you get”. M. Hulme, Why We Disagree About Climate Change (Cambridge University Press, Cambridge, 2009), p. 1.

3^ Ver A. Bret, The Energy-Climate Continuum (Springer, 2014), p. 47.

4^ Hay más, pero estos 3 son los más importantes.

5^ La concentración del metano viene dada en “ppb”, parte por “billion”, donde el billion inglés vale mil millones.

6^ El cálculo se puede hacer usando la ecuación (4.9) de mi libro, y la referencia dada a continuación, que permite evaluar la variación del parámetro  bajo un incremento del CO₂ del 40%. Myhre et al., New estimates of radiative forcing due to well-mixed greenhouse gases, Geophysical Research Letters, Vol 25, No. 14, p 2715-2718, 1998.

7^ J. Jouzel, et al. Orbital and millennial Antarctic climate variability over the past 800,000 years. Science, 317:793, 2007.

L. Loulergue, et al. Orbital and millennial-scale features of atmospheric CH4 over the past 800,000 years. Nature, 453:383, 2008.

D. Lüthi, et al. High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000-800,000 years before present. Nature, 453:379, 2008.

8^ 1 Giga = mil millones. Para la cifra de 0,6 Gt, véase Burton et al., Deep Carbon Emissions from Volcanoes, Reviews in Mineralogy & Geochemistry Vol. 75 pp. 323-354, 2013.

9^ Sin olvidar que la mitad va en el océano.

10^ Un ejemplo: si el exceso de CO₂ viene de una combustión, entonces la cantidad de oxígeno en el atmosfera debería bajar. Las observaciones lo confirman perfectamente (diseñe un examen basado en este tema en 2011). Mas comprobaciones, todas concluyentes, pueden hacerse con la concentraciones atmosféricas en Carbono 13 o 14.

11^ Ver la historia de este consenso en S. Sherwood, Science Controversies, Past and Present, Physics Today, Octubre 2011, p. 39.

12^ La faltaba la mecánica cuántica.