La extensión de los hielos marinos

La extensión de los hielos marinos es la superficie del océano con una cantidad determinada de hielo, normalmente el 15 %. Para los sensores de microondas de los satélites, la superficie con hielo se diferencia de la superficie libre de hielo, por lo que sus medidas son fiables para medir la superficie del hielo marino durante la mayor parte del año, pero subestiman la concentración de hielo y la superficie cuando está fundiéndose.

Las extensiones y espesores de los hielos marinos árticos y antárticos son:

Ártico

Extensión máxima ~ 15 millones de km2
Extensión mínima ~ 7 millones de km2
Espesor medio ~ 2 metros
Tendencia 1979 – 2010: disminución significativa de unos 51.000 km2/año (~ 5 % por década)

Antártico

Extensión máxima ~ 18 millones de km2
Extensión mínima ~ 3 millones de km2
Espesor medio ~ 1 metro
Tendencia 1979 – 2010: aumento poco significativo de unos 14.500 km2/año (~ 1 % por década)

En los gráficos podemos ver la evolución de los hielos marinos árticos, antárticos y totales desde finales del año 1978. La tendencia del hielo marino total es de una disminución de unos 36.000 km2/año, lo que representa un 1,5 % por década.

La extensión del hielo marino del hemisferio sur parece seguir aumentando, mientras que el del hemisferio norte prosigue su disminución.

Es interesante ver si la tendencia al aumento o a la disminución de los hielos marinos ha aumentado o disminuido en los últimos años. En los gráficos siguientes podemos ver que la extensión media anual de los hielos marinos del Ártico tuvieron una tendencia a disminuir anualmente de 35.000 km2/año desde el año 1979 hasta el año 1999, mientras que durante el período 2000 – 2010 esta tendencia ha aumentado hasta los 85.000 km2/año. En cambio, los hielos marinos antárticos, cuya extensión media anual aumentó de 11.000 km2/año durante el período 1979 – 1999, ha pasado a aumentar 43.000 km2/año durante el período 2000 – 2010. Hay que resaltar que los coeficientes de correlación entre los valores medios anuales y su recta de regresión son bastante menores en el caso de la Antártida que en el caso del Ártico, lo que confirma que las tendencias de la extensión del hielo marino antártico son poco significativas.

No es ninguna sorpresa comprobar que la extensión del hielo marino ártico haya acelerado su disminución en los últimos años, ya que se ha publicado en multitud de artículos. En cambio, sí lo es que la extensión del hielo marino antártico haya acelerado su aumento en el mismo período.

Datos del Sea Ice Index

Retroalimentación entre la temperatura y la humedad atmosférica

Sabemos calcular el efecto directo del aumento de la concentración de CO2 y la temperatura global. Este aumento es de menos de 1 ºC cada vez que dobla la concentración. Sin embargo, los modelos climáticos auguran un aumento mucho mayor de la temperatura con este aumento de la concentración de CO2. Esto se debe a que los modelos predicen que, al aumentar la temperatura, aumentará el contenido de vapor de agua en la atmósfera. Al ser el vapor de agua un gas con más efecto invernadero que el CO2, esto explica que el aumento de temperatura sea mayor.

El problema es que no hay certeza de que la relación entre la variación de temperatura y la variación de la humedad sea positiva. Por esto es muy importante cuantificar esta relación con datos reales.

Un artículo interesante publicado en octubre del 2008 en Geophyisical Research Letters, titulado Water-vapor climate feedback inferred from climate fluctuations, 2003–2008 (uno de cuyos autores es A.E. Dessler, de quien ya hemos hablado en una entrada anterior a propósito de una discusión con Roy Spencer), estudia la relación entre la variación de la humedad específica y de humedad relativa de la atmósfera terrestre y la temperatura global, tomando los datos del satélite de la NASA Atmospheric Infrared Sounder (AIRS), entre los años 2003 y 2008.

Recordemos antes unas definiciones:

- Definimos la humedad específica de la atmósfera, q, como la masa de vapor de agua contenida en una masa de aire. Se mide en gramos de vapor de agua por kg de aire.
- La humedad absoluta, AH, es la masa de vapor de agua contenida en un volumen de aire, y se mide en gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire. La humedad absoluta es de 0 g/m3 en el aire seco y de 30 g/ m3 en el aire saturado a 30 ºC.
- La humedad relativa, RH, es la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el aire y la presión de saturación a la misma temperatura. Se mide en %. Es la medida habitualmente usada en meteorología.

En el artículo se dice que, entre 2003 y 2008 la temperatura global promedio de la Tierra varió en 0,6 ºC. Como respuesta a esta variación de temperatura, la humedad específica de la atmósfera aumentó globalmente, aunque en determinadas regiones varió en sentido contrario. En cambio, la humedad relativa aumentó en unas zonas y disminuyó en otras, manteniéndose globalmente prácticamente constante a les diversas alturas de la atmósfera.

La figura muestra las temperaturas globales y el índice ENSO (El Niño). Este índice está decalado de 0,17 años para mejorar la correlación entre ambas variables.

Variaciones de la humedad específica (q), relativa (RH) y temperatura global a diveras alturas de la atmósfera, medidas por la presión en hPa (1000 hPa ~ superficie terrestre, 500 hPa ~ 5.500 m). En línea continua, media global (90ºN – 90ºS) y en línea de trazos, zona ecuatorial (30ºN – 30ºS). Para la humedad específica la variación es porcentual, mientras que para la humedad relativa, es absoluta, es decir, una diferencia entre 20 % y 22 % se toma como 2 %)

A partir de los datos, los autores calculan mensualmente la retroalimentación entre T y q (λq) y entre T y RH (λRH). Los resultados obtenidos para los meses de enero correspondientes son (en vatios por metro cuadrado y grado Kelvin):

La retroalimentación calculada según estos datos es fuertemente positiva, de 2,0 vatios por metro cuadrado y grado Kelvin. De confirmarse que este valor es correcto, la temperatura a finales del siglo XXI aumentaría mucho más de lo que lo haría con solamente el efecto directo debido al aumento del CO2, conforme a lo predicho por el último informe del IPCC.

Comentarios

Hasta aquí el resumen del artículo mencionado. No parece haber ninguna duda de que estos resultados confirman que hay una correlación entre el contenido en vapor de agua de la atmósfera y la temperatura, como es lógico, ya que a más vapor de agua, más efecto invernadero y mayor temperatura. Pero lo que no queda claro es cual es la causa y cual es el efecto. El artículo, implícitamente, afirma que a mayor temperatura, mayor humedad: si esto fuera cierto, la retroalimentación positiva quedaría demostrada. Sin embargo, esta dependencia no se puede deducir de una simple correlación estadística como la que se describe en el artículo.

Los monzones

Los monzones son provocados por el hecho de que la tierra se calienta y se enfría más rápido que el agua. En Física, se diría que la tierra tiene menos capacidad calorífica que el agua. Por lo tanto, en verano, la tierra alcanza una temperatura mayor que el océano. Esto hace que el aire sobre la tierra comience a subir, provocando un área de baja presión. Como el viento sopla desde áreas de alta presión (anticiclones) hacia áreas de baja presión (ciclones o borrascas), para tratar de igualar ambas presiones, un viento intenso y continuado sopla desde el océano durante a época de calor, que en el hemisferio es de mayo a octubre. La lluvia es producida por el aire húmedo elevándose y enfriándose por ese ascenso, sobre todo cuando choca con una cadena montañosa.

Es el mismo proceso que se forma con las brisas en las costas entre el día y la noche pero a una escala gigantesca. Las brisas que van de la tierra hacia el mar se producen durante la noche, y especialmente en las madrugadas, y son bastante débiles. Cuando el sol calienta las tierras, las brisas soplan en sentido inverso, del mar a la tierra. Estas brisas son más fuertes que las nocturnas, ya que la diferencia entre las temperaturas de la tierra y del mar son más importante durante un día caluroso que durante la noche.

En otoño e invierno, como la tierra se enfría rápidamente, el océano, que tarda más en enfriarse, está a una temperatura mayor. Así, el aire se eleva en el océano, causando un área de baja presión. El viento ahora sopla desde la tierra hacia el océano. Pero como la diferencia de temperaturas es menor que durante el verano, el viento que sopla desde anticiclón a la borrasca no es tan constante.

Este fenómeno es la característica dominante de los climas de baja latitud que van desde África Occidental hasta el Océano Pacífico occidental.

Los monzones más importantes se producen en las costas meridionales asiáticas en el Océano Índico y, sobre todo, en las laderas meridionales de las cordilleras más elevadas del mundo (Himalaya y Karakorum), donde se producen lluvias muy intensas. En esta zona, la estación de lluvias, que típicamente empieza en junio, está precedida por casi dos meses de temperaturas ardientes, refrescadas solamente con el inicio de las lluvias de verano aportadas por los vientos provenientes del suroeste. El pico de la estación seca es en enero, que está marcado por vientos frescos y secos provenientes del noreste y que soplan por la mayor parte de la región.

En África Occidental el monzón nace de la diferencia de temperatura entre el aire sobre el continente africano, recalentado en verano, y el que está sobre el Océano Atlántico, más fresco y cargado en humedad. Las masas de aire húmedas son arrastradas desde el golfo de Guinea hacia el continente, en un flujo de suroeste. Éstas chocan entonces con las masas de aire calientes y secas, empujadas por el viento alisio del noreste. Se forman así en esta zona de convergencia intertropical los sistemas tempestuosos que riegan toda el África subsahariana. De junio a setiembre, este período de fuertes lluvias proporciona más de un 80% de las precipitaciones anuales en África Occidental. En los últimos 40 años se ha observado una disminución de estas lluvias monzónicas, sin que hasta el momento se haya comprendido bien esta disminución. El programa AMMA trata de encontrar respuesta a este fenómeno, que afecta muy negativamente a los 300 millones de habitantes del África subsahariana.

La temporada del monzón del norte de Australia por lo general dura de diciembre a marzo. Se asocia con la entrada de humedad de los vientos del noroeste durante la depresión monzónica, que produce nubes convectivas y precipitaciones intensas en el norte de Australia. Estos vientos cargados de humedad se originan en el Océano Índico y en las aguas del sur Asia. La temporada de lluvias al norte de Australia abarca los meses del monzón, pero puede extenderse varios meses antes o después. Las partes de la costa norte de Queensland también reciben precipitaciones significativas a lo largo de los meses más fríos. En el borde superior del Territorio del Norte se considera que la temporada de lluvias va del 1 de octubre al 30 de abril, mientras que en otras partes de Australia tropical, especialmente en Australia Occidental, los meses húmedos son a menudo sólo entre enero a marzo.

El episodio Azolla

Hace unos 49 millones de años atrás una sola especie vegetal puede haber cambiado el clima de la tierra desde un mundo cálido por efecto invernadero hacia el mundo actual, que podríamos calificar de “igloo”. La influencia que pudo tener esta planta en la evolución del clima ha sido descubierto investigando yacimientos de petróleo en el Ártico. Las investigaciones sobre los cambios climáticos del pasado y las investigaciones sobre yacimientos de gas y petróleo (hidrocarburos) no son contradictorias, ya que tienen una cosa en común: el carbono.

La evolución climática del Cenozoico, que comenzó hace 65 millones de años y que comprende las eras Terciaria y Cuaternaria, es relativamente compleja. Se pasó de un clima cálido inicial, sin mantos de hielo ni en la Antártida ni en Groenlandia, a un clima frío final, con glaciaciones que empezaron hace unos 3 millones de años. El enfriamiento vino acompañado por una disminución del CO2 atmosférico, que pasó de una concentración de unas 2.000 ppm al principio del Cenozoico, hace 65 millones de años, a una concentración por debajo de las 300 ppm durante el último millón de años. En este intervalo, podemos distinguir varios episodios:

- El óptimo climático del eoceno inicial, hace unos 50 millones de años, que acabó hace 40 millones de años.
- Una disminución de temperaturas hasta llegar a la creación del manto glaciar de la Antártida, hace unos 34 millones de años.
- Un aumento de las temperaturas, que empezó hace unos 26 millones de años, hasta llegar al óptimo climático del mioceno medio.
- Un descenso de las temperaturas, que empezó hace unos 14 millones de años, hasta llegar al clima “igloo” actual.

Durante el Optimo Climático del Eoceno, el clima era muy cálido: había cocodrilos y tortugas en las regiones árticas y palmeras en la península de Kamchatka, la temperatura del Polo Norte era de 22 ºC y la concentración de CO2 de unas 2.000 ppm. Durante esta época, no había hielo en los polos y el gradiente térmico del planeta era poco pronunciado.

El Ártico tenía una extensión menor que la actual y estaba menos comunicado que hoy en día con los océanos circundantes. Era menos profundo que actualmente, y sus aguas eran más dulces y mucho más cálidas. El agua del mar estaba varios grados más caliente que la actual, tanto en superficie como en profundidad. Debido a las abundantes lluvias, el océano Ártico recibía mucho agua dulce de los ríos de las regiones que lo circundaban y, al estar mal comunicado con los otros océanos, su salinidad fue disminuyendo.

A partir del final del óptimo climático del eoceno, hace 49 millones de años, se inicia un enfriamiento, que llega hasta ahora. Este enfriamiento condujo a la disminución de la temperatura del fondo del mar, que de unos 12 ºC hace 50 millones de años baja a solamente 6 ºC al final del Eoceno, hace unos 35 millones de años. En la actualidad apenas supera los 2 ºC.

La concentración de CO2 bajó de manera brusca de unas 2.000 hasta unas 600 ppm, como se puede ver en el gráfico (Pearson, 2000).

Gran parte del interés actual en la exploración de petróleo en las regiones árticas, hecho posible por el calentamiento global, se dirige a los depósitos de Azolla. Azolla es un helecho acuático de agua dulce que prefiere las aguas cálidas y tranquilas, y que dispongan de mucha luz. Alcanza un crecimiento óptimo con cerca de 20 horas diarias de luz. Es una de las plantas de más rápido crecimiento en todo el planeta, y puede duplicar su biomasa en 2 o 3 días. Azolla también absorbe el CO2 atmosférico a un ritmo acelerado. Se han encontrado capas de Azolla en más de 50 pozos del Ártico, desde el norte de Alaska, los mares de Beaufort y de Chukchi, muchas de ellas de más de ocho metros compuestos casi completamente de Azolla. La datación de estas capas de Azolla se remonta a hace 49 millones de años, y su duración fue de unos 800.000 años. Coincide bastante bien con la disminución de la concentración de CO2 (en realidad, según Pearson, esta disminución se produjo 2 millones de años antes, pero estamos en los intervalos posibles de errores de datación).

Las estimaciones realizadas con ejemplares modernos de Azolla sugieren que esta planta es capaz de absorber hasta 2.500 kg de nitrógeno y 15.000 kg de carbono por hectárea y por año. Como el evento Azolla duró 800.000 años y pueden haber cubierto un área de un millón de km2, podemos pensar que esta capa de Azolla podría haber tomado de la atmósfera (1 km2 = 100 hectáreas), 15 x 100 x 1.000.000 = 1.500 millones de toneladas de carbono por año, lo que hace 5.500 millones de toneladas anuales de CO2. Esta cantidad de CO2 equivale a una disminución de 0,6 ppm de su concentración en la atmósfera.

De manera que el episodio Azolla podría haber sido ampliamente capaz de explicar el descenso de la concentración de CO2 en la atmósfera ocurrido hace unos 50 millones de años, y, por tanto, podría haber sido el disparador (o uno de los disparadores) del paso de una era de “efecto invernadero” a la actual era “igloo”.

The Azolla story: Climate Change and Arctic Hydrocarbons

Identificación de la ruta de las inundaciones súbitas del lago Agassiz hasta el Océano Ártico que dieron origen al Young Dryas

Ya hemos hablado del Younger Dryas o Dryas Reciente, un enfriamiento brusco del hemisferio norte que se produjo hace unos 12.900 años. El origen de este súbito enfriamiento se discute todavía:

- por una parte, Broecker en 1989 lanzó la hipótesis de que un desbordamiento brusco del lago glaciar Agassiz fue el que originó el Younger Dryas, pero hasta el momento ha demostrado ser difícil aportar pruebas concretas, lo que llevó a Broecker en 2006 la conclusión de que ''nuestra incapacidad para determinar el camino seguido por la inundación es desconcertante''.

- por otra parte, científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara y de la Universidad de Oregón han descubierto diamantes microscópicos enterrados a pocos metros de la superficie de la isla de Santa Rosa, en la costa de Santa Bárbara. Tras ser analizados, los investigadores han concluido que pertenecen a un antiguo cometa que debió impactar en Norteamérica. Su datación corresponde con el inicio del Young Dryas.

Un artículo publicado en Science en el año 2010, titulado Identification of Younger Dryas outburst flood path from Lake Agassiz to the Arctic Ocean, aboga por la primera causa, y ha identificado la ruta del desbordamiento brusco del lago Agasiz. Resumimos este interesante artículo.

El derretimiento de la capa de hielo del macizo Laurentino descargó miles de kilómetros cúbicos de agua dulce cada año en los océanos circundantes, causando la supresión de la circulación meridional atlántica y desencadenando un cambio climático abrupto. Entender los mecanismos físicos que conducen a eventos como el intervalo frío Younger Dryas requiere la identificación de las rutas de acceso y el calendario de estas descargas de agua dulce. Los autores han podido identificar las rutas de estas inundaciones basándonse en evidencias encontradas en gravas y en una erosión de la superficie, en el sistema del río Mackenzie en la Llanura Costera del Ártico canadiense. Han realizado un modelo de la superficie ajustado isostáticamente en la región aguas arriba de Fort McMurray, y una ligera revisión del margen de hielo en este momento, les permite afirmar que el lago Agassiz se desbordó por la cuenca de drenaje del Mackenzie. A partir de la datación por luminiscencia ópticamente estimulada hemos podido determinar la edad aproximada de esta inundación del río Mackenzie hacia el Océano Ártico, que ocurrió hace unos 13.000 años, cerca del inicio del Younger Dryas.

Figura - Grandes lagos glaciales formados por la fusión del hielo del sistema Laurentino entre 12,65 y 12,75 miles de años antes de Cristo, cerca del inicio del Younger Dryas. Se indican tres salidas:

(1) al noroeste a lo largo del río Mackenzie, en el Océano Ártico,
(2) al este a lo largo del río San Lorenzo hacia el Océano Atlántico Norte, y
(3) al sur a lo largo del río Mississippi hacia el Golfo de México.
Azul fuerte = lagos; Blanco = hielo; Gris = tierra

La identificación de las inundaciones en la cuenca del Mackenzie aclara nuestra comprensión de la ruta del agua de deshielo y el cambio climático abrupto durante la última desglaciación de América del Norte. Estos resultados identifican la ruta de la inundación buscada por Broecker y que dio lugar al Younger Dryas. Las inundaciones catastróficas del lago Agassiz en el inicio del Younger Dryas ocurrieron preferentemente hacia el noroeste, porque esta salida se encuentra a una elevación menor que la oriental. Esto explica la falta de evidencias geomorfológicas del desbordamiento catastrófico hacia el este del lago durante el Younger Dryas, pero no se opone a algún drenaje hacia el este del lago Agassiz y otros lagos glaciales más al este. Por lo tanto, los autores rechazan la visión prevaleciente de que la ruta del agua glacial derretida del lago Agassiz en el inicio del Younger Dryas fue hacia el sur (Mississippi) o hacia la salida de la parte oriental (San Lorenzo). Los datos que han encontrado apoyan la hipótesis de que el disparador del Younger Dryas ocurrió a lo largo de la ruta ártica.
 
Después de eso, un avance de los glaciares, probablemente obligó a cambiar temporalmente la ruta de desbordamiento hacia el sur o, si la cuenca superior estaba libre de hielo, pasar hacia el este a través de los Grandes Lagos. Si este cambio se produjo durante el Younger Dryas y el desbordamiento fue hacia los Grandes Lagos se habría sostenido la supresión de la circulación meridional atlántica iniciada por la ruta del río Mackenzie al desbordarse súbitamente el lago Agassiz.

Con los datos aportados por este artículo, la teoría de un origen del Younger Dryas debido a un desbordamiento del lago Agassiz que interrumpió la corriente meridional del Atlántico adquiere una nueva actualidad.

La temperatura global del año 2010, según la NOAA

La temperatura global del año 2010, según los datos de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), ha sido de 14,52 ºC, temperatura idéntica a la del año 2005, y ligeramente superior a la del 1998, en que fue de 14,50 ºC. Estas diferencias de temperatura no son significativas.

El gráfico que indica la tendencia del período 1975 – 2000, que es de + 0,17 ºC por década, muestra que el año 2010 se sitúa exactamente en la misma tendencia, de manera que se ppdría pensar que se ha terminado la tendencia de los últimos 8 o 10 años a la ralentización y hasta a la parada del aumento de las temperaturas medias anuales.

A este ritmo, a finales del siglo XXI la temperatura habría subido de 1,7 ºC respecto a la de la última década del siglo XX.

Sin embargo, examinando los datos de las anomalías mensuales de los últimos 10 años, también publicadas por la NOAA, se puede observar que el calentamiento global, a pesar de un año 2010 muy cálido, sigue estancado, como muestra la recta de regresión, cuya pendiente es de 0,0013 ºC/año, es decir, 0,13 ºC por siglo (!)

En próximas entradas iremos analizando los datos de la NOAA.

La temperatura global del año 2010

La primera serie de datos de temperatura del año 2010 publicada es la de los datos medidos por satélite de la UAH (Universidad de Alabama en Huntsville). Según estos datos, la temperatura global del año 2010 terminó prácticamente empatada con la del año 1998, como el año más cálido en el registro de la temperatura por satélite desde hace 32 años. 2010 fue sólo 0,013 ºC más frío que 1998, una cantidad que no es estadísticamente significativa.

1998 y 2010, fueron años en los que un fenómeno El Niño en el Pacífico provocó un aumento de las temperaturas en todo el mundo. En los últimos meses, ha ido creciendo un fenómeno de enfriamiento en el Pacífico (La Niña), con lo que las temperaturas en los trópicos, tanto para noviembre como para diciembre, han sido más frías de lo normal.

Según estos datos, el mundo continúa calentándose de manera desigual, con un calentamiento cada vez mayor a medida que avanzamos hacia el norte: el Océano Ártico se ha calentado un promedio de 1,66 ºC en los últimos 32 años, mientras que el continente antártico se ha enfriado sobre 0,29 ºC durante el mismo tiempo.

Las tendencias de las diversas zonas de la Tierra son las siguientes: