El desequilibrio energético del planeta

Un nuevo estudio de la NASA, Earth's energy imbalance and implications, publicado el pasado diciembre, pone de relieve el hecho de que los gases de efecto invernadero generados por la actividad humana son la fuerza principal que impulsa el calentamiento global, y no los cambios en la actividad solar.

El estudio ofrece un cálculo actualizado del desequilibrio energético de la Tierra, es decir, la diferencia entre la cantidad de energía solar absorbida por la superficie de la Tierra y la cantidad devuelta al espacio en forma de calor. Los cálculos de los autores muestran que, a pesar de la inusualmente baja actividad solar entre 2005 y 2010, el planeta siguió absorbiendo más energía que la que devolvió al espacio.

La radiación solar total que llega a la parte superior de cada metro cuadrado de la atmósfera de la Tierra, por lo general disminuye aproximadamente 0,1 % durante los mínimos cíclicos de la actividad solar, causados por los cambios en el campo magnético del sol. Por lo general, los mínimos solares ocurren aproximadamente cada once años y duran alrededor de un año, pero el mínimo más reciente persistió durante dos años más de lo normal, por lo que es el mínimo más largo registrado durante la era de los satélites.

La cuantificación precisa de la magnitud del desequilibrio energético de la Tierra es fundamental para la ciencia del clima, ya que ofrece una medida directa de su estado. Los cálculos del desequilibrio energético también sirven como base para las proyecciones del cambio climático en el futuro. Si el desequilibrio es positivo (entra más energía entra en el sistema que la que sale) la Tierra se calienta. Si el desequilibrio es negativo, el planeta se enfría.

Este gráfico de la radiación solar muestra que en los últimos años la radiación cayó hasta los niveles más bajos registrados durante la era de los satélites. La reducción resultante en la cantidad de energía solar disponible que afecta el clima de la Tierra ha sido de unos 0,25 vatios por metro cuadrado, menos de la mitad del desequilibrio energético total de la Tierra.

Los autores han llegado a la conclusión de que la Tierra ha absorbido algo más de 0,5 vatios por metro cuadrado de energía solar que la que volvió al espacio durante todo el período de los seis años del estudio. El valor calculado del desequilibrio (0,58 ± 0,15 vatios por metro cuadrado de energía en exceso) equivale a más del doble de la reducción en la cantidad de energía solar suministrada al planeta entre la actividad solar máxima y mínima (0,25 vatios por metro cuadrado).

Estimación de las contribuciones al desequilibrio energético del planeta durante el período 2005-2010

El hecho de que veamos un desequilibrio positivo a pesar de un mínimo solar prolongado no es una sorpresa, teniendo en cuenta lo que ya se sabe sobre el sistema climático, pero vale la pena destacarlo, ya que ofrece una prueba inequívoca de que el sol no es el factor dominante del calentamiento global, resaltan los autores.

De acuerdo con los cálculos realizados por los autores del estudio, los 0,58 vatios por metro cuadrado de desequilibrio implican que los niveles de dióxido de carbono deberían reducirse a aproximadamente 350 partes por millón para restaurar el equilibrio energético. Las últimas mediciones de los niveles de dióxido de carbono son en la actualidad 392 ppm y se espera que la concentración siga aumentando en el futuro.

Forzamientos climáticos desde 1880 utilizados en el estudio citado. Los forzamientos de los gases de efecto invernadero incluyen el ozono y el agua de la troposfera, además de los gases de efecto invernadero clásicos. Los datos pueden descargarse aquí.

Los científicos del clima han ido afinando los cálculos de desequilibrio energético de la Tierra desde hace muchos años, pero esta nueva estimación es una mejora con respecto a los intentos anteriores debido a que los científicos han tenido acceso a mediciones de la temperatura del océano que son mejores que las disponibles en el pasado. Estas mejoras de las medidas del océano se deben a instrumentos de flotación libre que controlan directamente la temperatura, la presión y la salinidad de la capa superior del océano hasta una profundidad de 2.000 metros. Esta red de instrumentos, conocidos colectivamente como Argo, ha crecido espectacularmente en los últimos años desde que se comenzó su implementación hace una década. Hoy en día, más de 3.400 flotadores Argo toman medidas y proporcionan información al público, en su mayoría dentro de las 24 horas siguientes.

El análisis de la información recogida por Argo, junto con otros datos, tanto terrestres como por satélite, muestra la capa superior del océano ha absorbido el 71 por ciento del exceso de energía, y que los océano del hemisferio sur, donde hay pocos instrumentos Argo, ha absorbido el 12 por ciento. La zona abisal del océano, entre unos 3.000 y 6.000 metros de profundidad, absorbe el cinco por ciento, mientras que el hielo absorbe el ocho por ciento de la tierra y el cuatro por ciento.

El cálculo actualizado del balance energético tiene implicaciones importantes para la modelización del clima. Su valor, que es ligeramente inferior a las estimaciones anteriores, sugiere que la mayoría de los modelos climáticos sobreestiman la facilidad con que el calor se mezcla en el océano profundo y subestiman significativamente el efecto de enfriamiento de las pequeñas partículas en suspensión en el aire, llamadas aerosoles, que junto con los gases de efecto invernadero y la radiación solar son factores críticos en los cálculos del desequilibrio energético.

Como los modelos predicen bastante bien los cambios en la temperatura global, si sobreestiman la mezcla de calor en el océano profundo, se deduce que subestiman el efecto refrigerante de los aerosoles, dicen los autores del estudio.

Se cree que los aerosoles (que pueden calentar o enfriar el ambiente en función de su composición y de la forma en que interactúan con las nubes) tienen un efecto neto de enfriamiento. Sin embargo, las estimaciones de su impacto global sobre el clima son bastante inciertas, dado lo difícil que es medir la distribución de las partículas a gran escala. El nuevo estudio sugiere que el efecto de enfriamiento de los aerosoles en general puede ser aproximadamente el doble de lo que sugieren los actuales modelos climáticos, en gran parte porque pocos modelos consideran la manera como las partículas afectan a las nubes. El efecto de los aerosoles estimado en el estudio citado es de -1,6 ± 0,3 vatios por metro cuadrado.

Desgraciadamente, los aerosoles siguen midiéndose de manera deficiente desde el espacio, debido a que el proyecto Gloria, una misión que llevaba un satélite diseñado para medir los aerosoles con un detalle sin precedentes, se perdió a principios de 2011, debido a un error en el lanzamiento. Hace falta tener una comprensión mucho mejor de la distribución global de las propiedades de los aerosoles para perfeccionar los cálculos del desequilibrio energético de la Tierra.