cuando la mayoría de nosotros pensamos en las edades de hielo, imaginamos una transición lenta a un clima más frío en escalas de tiempo largas. De hecho, los estudios de los últimos millones de años indican un ciclo repetible del clima de la tierra que va desde períodos cálidos («interglaciales», como estamos experimentando ahora) a condiciones glaciales.,
el período de estos cambios está relacionado con cambios en la inclinación del eje de rotación de la Tierra (41,000 años), cambios en la orientación de la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol, llamada la «precesión de los equinoccios» (23,000 años), y cambios en la forma (más redonda o menos redonda) de la órbita elíptica (100,000 años). La teoría de que los cambios orbitales causaron el aumento y la disminución de las edades de hielo fue señalada por primera vez por James Croll en el siglo XIX y desarrollada más plenamente por Milutin Milankovitch en 1938.,
las condiciones indefinidas de la edad de hielo generalmente ocurren cuando todo lo anterior conspira para crear un mínimo de luz solar de verano en las regiones árticas de la tierra, aunque el ciclo de la edad de hielo es de naturaleza global y ocurre en fase en ambos hemisferios. Afecta profundamente la distribución del hielo sobre las tierras y el océano, las temperaturas atmosféricas y la circulación, y las temperaturas oceánicas y la circulación en la superficie y a gran profundidad.
dado que el final de la presente interglacial y la lenta marcha hacia la próxima edad de hielo puede estar a varios milenios de distancia, ¿por qué deberíamos preocuparnos?, De hecho, ¿no mejorará la acumulación de dióxido de Carbono (CO2) y otros gases de efecto invernadero los cambios futuros?
de hecho, algunos grupos abogan por los beneficios del calentamiento global, incluyendo la Sociedad de la Tierra Verde y el movimiento de Rusia Subtropical. Algunos en este último grupo incluso abogan por una intervención activa para acelerar el proceso, viendo esto como una oportunidad para convertir gran parte del frío y austero norte de Rusia en un paraíso subtropical.
La evidencia ha aumentado de que el calentamiento global comenzó en el siglo pasado y que los humanos pueden ser en parte responsables., Tanto el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) como la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos están de acuerdo. Se están utilizando modelos informáticos para predecir el cambio climático bajo diferentes escenarios de forzamiento de invernadero y el Protocolo de Kyoto aboga por medidas activas para reducir las emisiones de CO2 que contribuyen al calentamiento.
El pensamiento se centra en los cambios lentos en nuestro clima y en cómo afectarán a los humanos y a la habitabilidad de nuestro planeta., Sin embargo, este pensamiento es defectuoso: ignora el hecho bien establecido de que el clima de la Tierra ha cambiado rápidamente en el pasado y podría cambiar rápidamente en el futuro. El tema se centra en la paradoja de que el calentamiento global podría instigar una nueva Pequeña Edad de hielo en el hemisferio norte.
La evidencia de un cambio climático abrupto es evidente en núcleos de hielo tomados de Groenlandia y la Antártida. Uno ve claras indicaciones de los cambios a largo plazo discutidos anteriormente, con CO2 y cambios de temperatura indirectos asociados con la última edad de hielo y su transición a nuestro actual período interglacial de calor., Pero, además, hay una fuerte variación caótica de propiedades con un cuasi-período de alrededor de 1500 años. Decimos caótico porque estos cambios milenarios parecen cualquier cosa menos oscilaciones regulares. Más bien, parecen transiciones rápidas de una década entre climas fríos y cálidos seguidas de largos interludios en uno de los dos Estados.
el ejemplo más conocido de estos eventos es el enfriamiento de Dryas más joven de hace unos 12,000 años, llamado así por los restos de flores silvestres árticas identificadas en los sedimentos del norte de Europa., Este evento comenzó y terminó en una década y durante sus 1000 años de duración, la región del Atlántico Norte estaba aproximadamente 5°C más fría.
la falta de periodicidad y el actual fracaso para aislar un mecanismo de forzamiento estable À la Milankovitch, ha provocado mucho debate científico sobre la causa de los Dryas más jóvenes y otros eventos de escala milenaria. De hecho, el Dryas más joven ocurrió en un momento en que el forzamiento orbital debería haber continuado conduciendo al clima al actual estado cálido.,
un volumen completo que revisa la evidencia del cambio climático abrupto y especula sobre sus mecanismos fue publicado recientemente por un grupo de expertos encargado por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos. Esta compilación muy legible contiene una amplitud y profundidad de discusión que no podemos esperar igualar aquí. .
actualmente, solo hay un mecanismo viable identificado en el informe que puede desempeñar un papel importante en la determinación de los estados estables de nuestro clima y lo que causa las transiciones entre ellos: involucra la dinámica oceánica.,
para equilibrar el exceso de calentamiento cerca del ecuador y el enfriamiento en los polos de la tierra, tanto la atmósfera como el océano transportan calor de latitudes bajas a altas. El agua superficial más caliente se enfría en latitudes altas, liberando calor a la atmósfera, que luego se irradia hacia el espacio. Este motor de calor funciona para reducir las diferencias de temperatura del ecuador al Polo y es un mecanismo de moderación principal para el clima en la Tierra.,
Las temperaturas más cálidas de la superficie del océano en latitudes bajas también liberan vapor de agua a través de un exceso de evaporación sobre la precipitación a la atmósfera, y este vapor de agua se transporta hacia los polos en la atmósfera junto con una parte del exceso de calor. En latitudes altas donde la atmósfera se enfría, este vapor de agua cae como un exceso de precipitación sobre la evaporación. Esto es parte de un segundo componente importante de nuestro sistema climático: el ciclo hidrológico. A medida que las aguas oceánicas se enfrían en su viaje hacia los polos, se vuelven más densas., Si se enfrían lo suficiente, pueden hundirse para formar flujos densos y fríos que se extienden hacia el ecuador a grandes profundidades, perpetuando así el sistema de circulación que transporta flujos superficiales cálidos hacia los océanos de latitudes altas.
el ciclo se completa con la mezcla oceánica, que convierte lentamente las aguas profundas frías en aguas superficiales cálidas. Por lo tanto, el forzamiento superficial y la mezcla interna son dos actores principales en esta circulación de vuelco, llamada el gran transportador oceánico.
las aguas que se mueven hacia el polo son relativamente saladas debido a una mayor evaporación en latitudes bajas, lo que aumenta la salinidad de la superficie., En latitudes más altas, las aguas superficiales se vuelven más frescas como consecuencia del predominio de la precipitación sobre la evaporación en latitudes altas.
la tendencia de refresco hace que el agua superficial sea más flotante, oponiéndose así a la tendencia de enfriamiento. Si el refresco es lo suficientemente grande, las aguas superficiales pueden no ser lo suficientemente densas como para hundirse a grandes profundidades en el océano, inhibiendo así la acción del transportador oceánico y perturbando una parte importante del sistema de calefacción de la tierra.
Este sistema de regulación no funciona igual en todos los océanos., El continente asiático limita la extensión norte del Océano Índico a los trópicos, y las aguas profundas no se forman actualmente en el Pacífico Norte, porque las aguas superficiales son demasiado frescas. Nuestro clima actual promueve la formación de aguas frías profundas alrededor de la Antártida y en el norte del Océano Atlántico Norte. La circulación del transportador aumenta el transporte hacia el norte de aguas más cálidas en la corriente del Golfo en latitudes medias en aproximadamente un 50% sobre lo que haría el transporte impulsado por el viento por sí solo.,
nuestro conocimiento limitado del clima oceánico en escalas de tiempo largas, extraído del análisis de núcleos de sedimentos tomados en todo el océano mundial, generalmente ha implicado al Atlántico Norte como el miembro más inestable del transportador: durante los períodos milenarios de clima frío, la formación de aguas profundas del Atlántico Norte (NADW) se detuvo o se redujo seriamente. Y esto generalmente ha seguido a períodos de grandes descargas de agua dulce en el norte del Atlántico Norte causadas por el rápido derretimiento de hielo glacial o de varios años en la cuenca del Ártico., Se cree que estas aguas dulces, que han sido transportadas a las regiones de formación de aguas profundas, han interrumpido el transportador al superar el efecto de enfriamiento de alta latitud con un refresco excesivo.
El transportador oceánico no necesita detenerse por completo cuando la formación de NADW se reduce. Puede continuar a profundidades menos profundas en el Atlántico Norte y persistir en el océano austral, donde la formación de agua del fondo Antártico continúa o incluso se acelera., Sin embargo, una interrupción de la extremidad norte de la circulación de vuelco afectará el equilibrio térmico del hemisferio norte y podría afectar tanto el clima oceánico como el atmosférico. Los cálculos de los modelos indican el potencial de enfriamiento de 3 a 5 grados centígrados en el océano y la atmósfera si se produce una interrupción total. Este es un tercio a la mitad del cambio de temperatura experimentado durante las principales edades de hielo.,
estos cambios son dos veces más grandes que los experimentados en los peores inviernos del siglo pasado en el este de los Estados Unidos, y es probable que persistan durante décadas o siglos después de que ocurra una transición climática. Son de una magnitud comparable a la Pequeña Edad de hielo, que tuvo profundos efectos en los asentamientos humanos en Europa y América del Norte durante los siglos XVI al XVIII. Su extensión geográfica está en duda; podría limitarse a las regiones que limitan con el Océano Atlántico Norte., Los cambios de temperatura en latitudes altas en el océano son mucho menos capaces de afectar la atmósfera global que los de latitudes bajas, como los producidos por el Niño.
si la vía de propagación del cambio climático es atmosférica u Oceánica, o si los cambios en el secuestro oceánico y terrestre del carbono pueden globalizar los efectos del cambio climático, como se sospecha para los cambios climáticos glaciales/interglaciales, son cuestiones abiertas. Sin embargo, comenzamos a acercarnos a cómo puede suceder la paradoja mencionada anteriormente: el calentamiento Global puede inducir un clima más frío para muchos de nosotros.,
considere primero algunas observaciones del cambio oceánico sobre el registro instrumental moderno que se remonta a 40 años. Durante este intervalo de tiempo, hemos observado un aumento en la temperatura global media. Debido a su gran capacidad calorífica, el océano ha registrado cambios pequeños pero significativos en la temperatura. Los mayores aumentos de temperatura están en las aguas cercanas a la superficie, pero el calentamiento ha sido medible a profundidades de hasta 3000 metros en el Atlántico Norte., A este aumento a largo plazo se superponen cambios interanuales y decenales que a menudo oscurecen estas tendencias, causando variabilidad regional y enfriamiento en algunas regiones, y calentamiento en otras.
Además, la evidencia reciente muestra que los océanos de alta latitud se han refrescado, mientras que los subtrópicos y los trópicos se han vuelto más salados. Estos posibles cambios en el ciclo hidrológico no se han limitado al Atlántico Norte, sino que se han observado en todos los principales océanos. Sin embargo, es en el Atlántico Norte donde estos cambios pueden actuar para interrumpir la circulación que se vuelca y causar una rápida transición climática.,
una acumulación de agua dulce de 3-4 metros de latitud alta durante este período de tiempo ha disminuido las salinidades de la columna de agua en todo el Atlántico subpolar del Norte hasta 2000m. al mismo tiempo, las salinidades subtropicales y tropicales del Norte han aumentado.
el grado en que los dos efectos se equilibran en términos de agua dulce es importante para el cambio climático. Si el efecto neto es una disminución de la salinidad, entonces se debe haber agregado agua dulce de otras fuentes: escorrentía de ríos, derretimiento de hielo ártico de varios años o glaciares., Una inundación del Atlántico Norte con agua dulce de estas diversas fuentes tiene el potencial de reducir o incluso interrumpir la circulación de vuelco.
Si esto último sucederá o no es el nexo del problema, y uno que es difícil de predecir con confianza. En la actualidad ni siquiera disponemos de un sistema de control de la circulación de vuelco.
Los modelos de la circulación de vuelco son muy sensibles a cómo se parametriza la mezcla interna. Recuerde que la mezcla interna de calor y sal es una parte integral de la circulación de vuelco., Un estudio reciente muestra que para un modelo con mezcla vertical constante, que se usa comúnmente en carreras de clima océano-atmósfera acopladas, solo hay un estado climático estable: el actual con hundimiento sustancial y formación de agua densa en el norte del Atlántico Norte.
con una formulación ligeramente diferente, más consistente con algunas mediciones recientes de las tasas de mezcla oceánica que son pequeñas cerca de la superficie y se vuelven más grandes sobre la topografía del fondo áspero, emerge un segundo estado estable con poca o ninguna producción de aguas profundas en el norte del Atlántico Norte., The existence of a second stable state is crucial to understanding when and if abrupt climate change occurs. Cuando se presenta en los modelos y en los datos geológicos, está invariablemente vinculado a la rápida adición de agua dulce en las latitudes altas del Norte.
y ahora quizás empiezas a ver el alcance del problema. Además de incorporar una biosfera terrestre y hielo polar, que ambos juegan un papel importante en la reflectividad de la radiación solar, uno tiene que parametrizar con precisión la mezcla que ocurre en centímetros a decenas de escalas de centímetros en el océano., ¡Y uno tiene que producir largos períodos climáticos globales acoplados de muchos siglos! Esta es una tarea desalentadora, pero es necesaria antes de que podamos confiar con confianza en los modelos para predecir el cambio climático futuro.
además de necesitar modelos creíbles que puedan predecir con precisión el cambio climático, también necesitamos datos que puedan inicializarlos adecuadamente. Los errores en los datos iniciales pueden conducir a malas predicciones atmosféricas en varios días. Así que un camino seguro para mejores predicciones meteorológicas es mejores datos iniciales.
para el océano, nuestra cobertura de datos es totalmente inadecuada., No podemos decir ahora cómo se ve la circulación de vuelco con ninguna confianza y nos enfrentamos a la tarea de predecir cómo será en 10 años!
se están realizando esfuerzos para remediar esta situación. La cobertura mundial de las mediciones de la temperatura y la salinidad superiores de los océanos con flotadores autónomos está dentro de nuestra capacidad en la próxima década, al igual que las mediciones superficiales del estrés del viento y la circulación oceánica desde satélites.,
la medición de los flujos profundos es más difícil, pero existe conocimiento sobre la ubicación de avenidas críticas de flujos de agua densos, y se están realizando esfuerzos para medirlos en algunos lugares clave con conjuntos amarrados.nuestro conocimiento sobre el cambio climático pasado también es limitado. Solo hay un puñado de registros climáticos de núcleos de hielo de alta resolución de los últimos 100,000 años, y aún menos registros oceánicos de resolución comparable., Se necesita una mejor definición de los Estados climáticos del pasado no solo en sí mismo, sino para que los modeladores la utilicen para probar sus mejores modelos climáticos en la reproducción de lo que sabemos que sucedió en el pasado antes de creer en las proyecciones de los modelos sobre el futuro. Todavía no hemos llegado a ese punto, y es necesario avanzar tanto en mejores datos como en modelos mejorados antes de que podamos comenzar a responder algunas preguntas críticas sobre el futuro cambio climático.
Los investigadores siempre le dicen que se necesita más financiación para la investigación, y nosotros no somos diferentes. Sin embargo, nuestro mensaje principal no es solo eso., Es que el clima global está moviendo en una dirección que hace que el cambio climático abrupto más probable, que estas dinámicas se encuentran más allá de la capacidad de muchos de los modelos utilizados en los informes del IPCC, y las consecuencias de ignorar esto puede ser grande. Para aquellos de nosotros que vivimos alrededor del borde del Océano Atlántico Norte, podemos estar planeando escenarios climáticos de calentamiento global que son opuestos a lo que realmente podría ocurrir.