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Para el aumento inducido por el hombre en la temperatura promedio de la Tierra y sus efectos, consulte Cambio climático .

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La variabilidad climática incluye todas las variaciones en el clima que duran más que los eventos climáticos individuales, mientras que el término cambio climático solo se refiere a aquellas variaciones que persisten durante un período de tiempo más largo, generalmente décadas o más. En el tiempo transcurrido desde la revolución industrial , el clima se ha visto cada vez más afectado por las actividades humanas que están causando el calentamiento global y el cambio climático . [1]

El sistema climático recibe casi toda su energía del sol. El sistema climático también irradia energía al espacio exterior . El equilibrio de la energía entrante y saliente, y el paso de la energía a través del sistema climático, determina el presupuesto energético de la Tierra . Cuando la energía entrante es mayor que la energía saliente, el balance energético de la Tierra es positivo y el sistema climático se está calentando. Si sale más energía, el balance energético es negativo y la Tierra experimenta un enfriamiento.

La energía que se mueve a través del sistema climático de la Tierra encuentra expresión en el clima , variando en escalas geográficas y en el tiempo. Los promedios a largo plazo y la variabilidad del clima en una región constituyen el clima de la región . Estos cambios pueden ser el resultado de una "variabilidad interna", cuando los procesos naturales inherentes a las diversas partes del sistema climático alteran la distribución de la energía. Los ejemplos incluyen la variabilidad en las cuencas oceánicas, como la oscilación decenal del Pacífico y la oscilación multidecadal del Atlántico . La variabilidad climática también puede resultar de un forzamiento externo , cuando eventos fuera de los componentes del sistema climático producen cambios dentro del sistema. Los ejemplos incluyen cambios en la producción solar yvulcanismo .

La variabilidad climática tiene consecuencias para los cambios en el nivel del mar, la vida vegetal y las extinciones masivas; también afecta a las sociedades humanas.

Terminología

La variabilidad climática es el término para describir variaciones en el estado medio y otras características del clima (tales como posibilidades o posibilidad de clima extremo , etc.) "en todas las escalas espaciales y temporales más allá de la de los eventos climáticos individuales". Parte de la variabilidad no parece ser causada de manera sistemática y ocurre en momentos aleatorios. Esta variabilidad se denomina variabilidad aleatoria o ruido . Por otro lado, la variabilidad periódica ocurre con relativa regularidad y en distintos modos de variabilidad o patrones climáticos. [2]

El término cambio climático se usa a menudo para referirse específicamente al cambio climático antropogénico (también conocido como calentamiento global ). El cambio climático antropogénico es causado por la actividad humana, a diferencia de los cambios en el clima que pueden haber resultado como parte de los procesos naturales de la Tierra. [3] En este sentido, el término cambio climático se ha convertido en sinónimo de antropogénico del calentamiento global . Dentro de las revistas científicas, el calentamiento global se refiere al aumento de la temperatura de la superficie, mientras que el cambio climático incluye el calentamiento global y todo lo demás que afecta el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero . [4]

La Organización Meteorológica Mundial (OMM) propuso un término relacionado, cambio climático , en 1966 para abarcar todas las formas de variabilidad climática en escalas de tiempo superiores a 10 años, pero independientemente de la causa. Durante la década de 1970, el término cambio climático reemplazó al cambio climático para centrarse en las causas antropogénicas, ya que quedó claro que las actividades humanas tenían el potencial de alterar drásticamente el clima. [5] El cambio climático se incorporó al título del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) y la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC). El cambio climático se utiliza ahora tanto como una descripción técnica del proceso como como un sustantivo que se utiliza para describir el problema. [5]

Causas

Ver también: Atribución del cambio climático reciente

En la escala más amplia, la velocidad a la que se recibe energía del Sol y la velocidad a la que se pierde en el espacio determinan la temperatura y el clima de equilibrio de la Tierra. Esta energía se distribuye en todo el mundo por los vientos, las corrientes oceánicas [6] [7] y otros mecanismos que afectan los climas de diferentes regiones. [8]

Los factores que pueden moldear el clima se denominan forzamientos climáticos o "mecanismos de forzamiento". [9] Estos incluyen procesos tales como variaciones en la radiación solar , variaciones en la órbita de la Tierra, variaciones en el albedo o reflectividad de los continentes, atmósfera y océanos, formación de montañas y deriva continental y cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero . El forzamiento externo puede ser antropogénico (por ejemplo, aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y polvo) o natural (por ejemplo, cambios en la producción solar, la órbita de la Tierra, erupciones volcánicas). [10] Hay una variedad de reacciones al cambio climático.que puede amplificar o disminuir el forzamiento inicial. También hay umbrales clave que, cuando se superan, pueden producir cambios rápidos o irreversibles.

Algunas partes del sistema climático, como los océanos y los casquetes polares, responden más lentamente en reacción a los forzamientos climáticos, mientras que otras responden más rápidamente. Un ejemplo de cambio rápido es el enfriamiento atmosférico después de una erupción volcánica, cuando la ceniza volcánica refleja la luz solar. La expansión térmica del agua del océano después del calentamiento atmosférico es lenta y puede tardar miles de años. También es posible una combinación, por ejemplo, la pérdida repentina de albedo en el Océano Ártico a medida que se derrite el hielo marino, seguida de una expansión térmica más gradual del agua.

La variabilidad climática también puede ocurrir debido a procesos internos. Los procesos internos no forzados a menudo implican cambios en la distribución de energía en el océano y la atmósfera, por ejemplo, cambios en la circulación termohalina .

Variabilidad interna

Los cambios climáticos debidos a la variabilidad interna a veces ocurren en ciclos u oscilaciones. Para otros tipos de cambio climático natural, no podemos predecir cuándo ocurrirá; el cambio se llama aleatorio o estocástico . [11] Desde una perspectiva climática, el clima puede considerarse aleatorio. [12] Si hay pequeñas nubes en un año en particular, hay un desequilibrio energético y los océanos pueden absorber el calor adicional. Debido a la inercia climática , esta señal puede "almacenarse" en el océano y expresarse como variabilidad en escalas de tiempo más largas que las perturbaciones meteorológicas originales. [13] Si las perturbaciones meteorológicas son completamente aleatorias, se producen como ruido blanco, la inercia de los glaciares u océanos puede transformar esto en cambios climáticos donde las oscilaciones de mayor duración también son oscilaciones más grandes, un fenómeno llamado ruido rojo . [14] Muchos cambios climáticos tienen un aspecto aleatorio y un aspecto cíclico. Este comportamiento se denomina resonancia estocástica . [14]

Variabilidad océano-atmósfera

Impactos de El Niño
Impactos de La Niña

El océano y la atmósfera pueden trabajar juntos para generar espontáneamente una variabilidad climática interna que puede persistir durante años o décadas a la vez. [15] [16] Estas variaciones pueden afectar la temperatura media global de la superficie al redistribuir el calor entre las profundidades del océano y la atmósfera [17] [18] y / o alterar la distribución de nubes / vapor de agua / hielo marino, lo que puede afectar la energía total presupuesto de la Tierra. [19] [20]

Oscilaciones y ciclos

Una oscilación climática o ciclo climático es cualquier oscilación cíclica recurrente dentro del clima global o regional . Son cuasiperiódicos (no perfectamente periódicos), por lo que un análisis de Fourier de los datos no presenta picos agudos en el espectro . Se han encontrado o se han formulado hipótesis sobre muchas oscilaciones en diferentes escalas de tiempo: [21]

  • el de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) - Un patrón a gran escala de más cálida ( El Niño ) y más fría ( La Niña ) temperatura superficial del mar tropicales en el Océano Pacífico, con efectos en todo el mundo. Es una oscilación autosostenida, cuyos mecanismos están bien estudiados. [22] ENOS es la fuente conocida más importante de variabilidad interanual en el tiempo y el clima en todo el mundo. El ciclo ocurre cada dos a siete años, y El Niño dura de nueve meses a dos años dentro del ciclo a más largo plazo. [23]
  • la oscilación Madden-Julian (MJO) - Un patrón de aumento de lluvia hacia el este en los trópicos con un período de 30 a 60 días, observado principalmente en los océanos Índico y Pacífico. [24]
  • la oscilación del Atlántico Norte (NAO) - Índices de la NAO se basa en la diferencia de normalizan la presión a nivel del mar (SLP) entre Ponta Delgada, Azores y Stykkishólmur / Reikiavik , Islandia. Los valores positivos del índice indican vientos del oeste más fuertes que el promedio en las latitudes medias. [25]
  • la oscilación cuasi-bienal : una oscilación bien entendida en los patrones de viento en la estratosfera alrededor del ecuador. Durante un período de 28 meses, el viento dominante cambia del este al oeste y viceversa. [26]
  • Oscilación decenal del Pacífico : el patrón dominante de variabilidad de la superficie del mar en el Pacífico Norte a escala decenal. Durante una fase "cálida" o "positiva", el Pacífico occidental se enfría y parte del océano oriental se calienta; durante una fase "fría" o "negativa", ocurre el patrón opuesto. Se piensa no como un fenómeno único, sino como una combinación de diferentes procesos físicos. [27]
  • la oscilación interdecadal del Pacífico (OPI) - Amplia variabilidad de la cuenca en el Océano Pacífico con un período de entre 20 y 30 años. [28]
  • La oscilación multidecadal del Atlántico : un patrón de variabilidad en el Atlántico norte de aproximadamente 55 a 70 años, con efectos sobre las precipitaciones, las sequías y la frecuencia e intensidad de los huracanes. [29]
  • Ciclos climáticos del norte de África : variación climática impulsada por el monzón del norte de África , con un período de decenas de miles de años. [30]
  • la oscilación ártica (AO) y la oscilación antártica (AAO): los modos anulares son patrones de variabilidad climática que ocurren naturalmente en todo el hemisferio. En escalas de tiempo de semanas a meses, explican entre el 20 y el 30% de la variabilidad en sus respectivos hemisferios. El modo anular del norte u oscilación ártica (AO) en el hemisferio norte, y el modo anular del sur u oscilación antártica (AAO) en el hemisferio sur. Los modos anulares tienen una gran influencia en la temperatura y la precipitación de masas de tierra de latitudes medias a altas, como Europa y Australia, al alterar las trayectorias medias de las tormentas. El NAO puede considerarse un índice regional del AO / NAM. [31] Se definen como los primerosEOF de presión a nivel del mar o altura geopotencial de 20 ° N a 90 ° N (NAM) o 20 ° S a 90 ° S (SAM).
  • Ciclos Dansgaard-Oeschger : ocurren aproximadamente en ciclos de 1500 años durante el Último Máximo Glacial

Cambios en la corriente oceánica

Ver también: circulación termohalina
Un esquema de la circulación termohalina moderna . Hace decenas de millones de años, el movimiento de la placa continental formó una brecha sin tierra alrededor de la Antártida, lo que permitió la formación del ACC , que mantiene las aguas cálidas alejadas de la Antártida.

Los aspectos oceánicos de la variabilidad climática pueden generar variabilidad en escalas de tiempo centenarias debido a que el océano tiene cientos de veces más masa que la atmósfera y, por lo tanto, una inercia térmica muy alta . Por ejemplo, las alteraciones de los procesos oceánicos, como la circulación termohalina, juegan un papel clave en la redistribución del calor en los océanos del mundo.

Las corrientes oceánicas transportan mucha energía desde las regiones tropicales cálidas a las regiones polares más frías. Los cambios que ocurren alrededor de la última edad de hielo (en términos técnicos, el último glaciar ) muestran que la circulación en el Atlántico Norte puede cambiar repentina y sustancialmente, lo que lleva a cambios climáticos globales, aunque la cantidad total de energía que ingresa al sistema climático no lo hizo. No cambia mucho. Estos grandes cambios pueden provenir de los llamados eventos de Heinrich, donde la inestabilidad interna de las capas de hielo provocó la liberación de enormes icebergs en el océano. Cuando la capa de hielo se derrite, el agua resultante es muy baja en sal y fría, lo que provoca cambios en la circulación. [32]

La vida

La vida afecta el clima a través de su papel en los ciclos del carbono y del agua y mediante mecanismos como el albedo , la evapotranspiración , la formación de nubes y la meteorización . [33] [34] [35] Ejemplos de cómo la vida pudo haber afectado el clima pasado incluyen:

  • glaciación hace 2.300 millones de años desencadenada por la evolución de la fotosíntesis oxigenada , que agotó la atmósfera del gas de efecto invernadero dióxido de carbono e introdujo oxígeno libre [36] [37]
  • otra glaciación hace 300 millones de años marcó el comienzo de un entierro a largo plazo de detritos resistentes a la descomposición de plantas terrestres vasculares (creando un sumidero de carbono y formando carbón ) [38] [39]
  • terminación del Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno hace 55 millones de años por el fitoplancton marino floreciente [40] [41]
  • reversión del calentamiento global hace 49 millones de años por 800.000 años de floraciones árticas de azolla [42] [43]
  • enfriamiento global durante los últimos 40 millones de años impulsado por la expansión de los ecosistemas de pastoreo [44] [45]

Forzamiento del clima externo

Gases de invernadero

Artículo principal: Gas de efecto invernadero
CO
2 concentraciones en los últimos 800.000 años, medidas a partir de núcleos de hielo (azul / verde) y directamente (negro)

Mientras que los gases de efecto invernadero liberados por la biosfera a menudo se consideran una retroalimentación o un proceso climático interno, los climatólogos suelen clasificar los gases de efecto invernadero emitidos por los volcanes como externos. [46] Gases de efecto invernadero, como CO
2, metano y óxido nitroso, calientan el sistema climático atrapando la luz infrarroja. Los volcanes también forman parte del ciclo extendido del carbono . Durante períodos de tiempo muy largos (geológicos), liberan dióxido de carbono de la corteza y el manto de la Tierra, contrarrestando la absorción por las rocas sedimentarias y otros sumideros geológicos de dióxido de carbono .

Desde la revolución industrial , la humanidad ha aumentado los gases de efecto invernadero mediante la emisión de CO 2 de la combustión de combustibles fósiles , el cambio de uso de la tierra mediante la deforestación y ha alterado aún más el clima con aerosoles (partículas en la atmósfera), [47] liberación de gases traza (por ejemplo, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono o metano). [48] Otros factores, como el uso de la tierra, el agotamiento del ozono , la cría de animales (los rumiantes , como el ganado, producen metano [49] ) y la deforestación , también influyen . [50]

Las estimaciones del Servicio Geológico de EE. UU. Indican que las emisiones volcánicas están a un nivel mucho más bajo que los efectos de las actividades humanas actuales, que generan entre 100 y 300 veces la cantidad de dióxido de carbono emitido por los volcanes. [51] La cantidad anual generada por las actividades humanas puede ser mayor que la cantidad liberada por las supererupciones , la más reciente de las cuales fue la erupción de Toba en Indonesia hace 74.000 años. [52]

Variaciones orbitales

Los ciclos de Milankovitch van desde hace 800.000 años en el pasado hasta 800.000 años en el futuro.

Las ligeras variaciones en el movimiento de la Tierra provocan cambios en la distribución estacional de la luz solar que llega a la superficie de la Tierra y cómo se distribuye en todo el mundo. Hay muy pocos cambios en la insolación promedio anual del área; pero puede haber fuertes cambios en la distribución geográfica y estacional. Los tres tipos de cambio cinemático son variaciones en la excentricidad de la Tierra , cambios en el ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra y precesión del eje de la Tierra. Combinados, estos producen ciclos de Milankovitch que afectan el clima y son notables por su correlación con los períodos glacial e interglacial , [53]su correlación con el avance y retroceso del Sahara , [53] y por su aparición en el registro estratigráfico . [54] [55]

Durante los ciclos glaciares, hubo una alta correlación entre CO
2concentraciones y temperaturas. Los primeros estudios indicaron que el CO
2las concentraciones se retrasaron en las temperaturas, pero ha quedado claro que no siempre es así. [56] Cuando la temperatura del océano aumenta, la solubilidad del CO
2disminuye para que se libere del océano. El intercambio de CO
2entre el aire y el océano también puede verse afectado por otros aspectos del cambio climático. [57] Estos y otros procesos de autorrefuerzo permiten que pequeños cambios en el movimiento de la Tierra tengan un gran efecto sobre el clima. [56]

Salida solar

Variaciones en la actividad solar durante los últimos siglos basadas en observaciones de manchas solares e isótopos de berilio . El período de extraordinariamente pocas manchas solares a finales del siglo XVII fue el mínimo de Maunder .

El Sol es la fuente predominante de entrada de energía al sistema climático de la Tierra . Otras fuentes incluyen la energía geotérmica del núcleo de la Tierra, la energía de las mareas de la Luna y el calor de la desintegración de compuestos radiactivos. Se sabe que ambas variaciones a largo plazo en la intensidad solar afectan el clima global. [58] La producción solar varía en escalas de tiempo más cortas, incluido el ciclo solar de 11 años [59] y modulaciones a más largo plazo . [60] Correlación entre las manchas solares y el clima y tenue en el mejor de los casos. [58]

Hace de tres a cuatro mil millones de años , el Sol emitía solo el 75% de la energía que emite hoy. [61] Si la composición atmosférica hubiera sido la misma que en la actualidad, el agua líquida no debería haber existido en la superficie de la Tierra. Sin embargo, hay evidencia de la presencia de agua en la Tierra primitiva, en los eones Hadeano [62] [63] y Arcaico [64] [62] , lo que lleva a lo que se conoce como la paradoja del Sol joven y débil . [65] Las soluciones hipotéticas a esta paradoja incluyen una atmósfera muy diferente, con concentraciones mucho más altas de gases de efecto invernadero que las que existen actualmente. [66]Durante los siguientes aproximadamente 4 mil millones de años, la producción de energía del Sol aumentó. Durante los próximos cinco mil millones de años, la muerte final del Sol cuando se convierta en una gigante roja y luego en una enana blanca tendrá grandes efectos sobre el clima, y ​​la fase de la gigante roja posiblemente acabará con cualquier vida en la Tierra que sobreviva hasta ese momento. [67]

Vulcanismo

En la temperatura atmosférica de 1979 a 2010, determinada por los satélites de la NASA de la MSU , aparecen efectos de los aerosoles liberados por las grandes erupciones volcánicas ( El Chichón y Pinatubo ). El Niño es un evento separado de la variabilidad oceánica.

Las erupciones consideradas lo suficientemente grandes como para afectar el clima de la Tierra en una escala de más de 1 año son las que inyectan más de 100.000 toneladas de SO 2 en la estratosfera . [68] Esto se debe a las propiedades ópticas del SO 2 y los aerosoles de sulfato, que absorben o dispersan fuertemente la radiación solar, creando una capa global de neblina de ácido sulfúrico . [69]En promedio, tales erupciones ocurren varias veces por siglo y causan enfriamiento (al bloquear parcialmente la transmisión de la radiación solar a la superficie de la Tierra) durante un período de varios años. Aunque los volcanes son técnicamente parte de la litosfera, que en sí misma es parte del sistema climático, el IPCC define explícitamente el vulcanismo como un agente forzador externo. [70]

Erupciones notables en los registros históricos son la erupción del monte Pinatubo en 1991 que redujo las temperaturas globales en aproximadamente 0,5 ° C (0,9 ° F) durante un máximo de tres años, [71] [72] y la erupción del monte Tambora en 1815 provocando el año sin un verano . [73]

A mayor escala, unas pocas veces cada 50 millones a 100 millones de años, la erupción de grandes provincias ígneas trae grandes cantidades de roca ígnea desde el manto y la litosfera a la superficie de la Tierra. Luego, el dióxido de carbono de la roca se libera a la atmósfera. [74] [75] Pequeñas erupciones, con inyecciones de menos de 0,1 Mt de dióxido de azufre en la estratosfera, afectan la atmósfera sólo sutilmente, ya que los cambios de temperatura son comparables con la variabilidad natural. Sin embargo, debido a que las erupciones más pequeñas ocurren con una frecuencia mucho más alta, también afectan significativamente la atmósfera de la Tierra. [68] [76]

Placas tectónicas

Artículo principal: Tectónica de placas

A lo largo de millones de años, el movimiento de las placas tectónicas reconfigura las áreas terrestres y oceánicas globales y genera topografía. Esto puede afectar tanto los patrones globales como locales del clima y la circulación atmósfera-océano. [77]

La posición de los continentes determina la geometría de los océanos y, por lo tanto, influye en los patrones de circulación oceánica. La ubicación de los mares es importante para controlar la transferencia de calor y humedad en todo el mundo y, por lo tanto, para determinar el clima global. Un ejemplo reciente de control tectónico de la circulación oceánica es la formación del istmo de Panamá hace unos 5 millones de años, que interrumpió la mezcla directa entre los océanos Atlántico y Pacífico . Esto afectó fuertemente la dinámica oceánica de lo que ahora es la Corriente del Golfo y puede haber llevado a la capa de hielo del hemisferio norte. [78] [79] Durante el Carboníferoperíodo, hace unos 300 a 360 millones de años, la tectónica de placas puede haber provocado el almacenamiento a gran escala de carbono y el aumento de la glaciación . [80] La evidencia geológica apunta a un patrón de circulación "megamonzónico" durante la época del supercontinente Pangea , y los modelos climáticos sugieren que la existencia del supercontinente condujo al establecimiento de monzones. [81]

El tamaño de los continentes también es importante. Debido al efecto estabilizador de los océanos sobre la temperatura, las variaciones anuales de temperatura son generalmente más bajas en las áreas costeras que en el interior. Por lo tanto, un supercontinente más grande tendrá más áreas en las que el clima es fuertemente estacional que varios continentes o islas más pequeños .

Otros mecanismos

Se ha postulado que las partículas ionizadas conocidas como rayos cósmicos podrían impactar la cubierta de nubes y, por lo tanto, el clima. A medida que el sol protege a la Tierra de estas partículas, se planteó la hipótesis de que los cambios en la actividad solar también influirían indirectamente en el clima. Para probar la hipótesis, el CERN diseñó el experimento CLOUD , que mostró que el efecto de los rayos cósmicos es demasiado débil para influir notablemente en el clima. [82] [83]

Existe evidencia de que el impacto del asteroide Chicxulub hace unos 66 millones de años había afectado gravemente el clima de la Tierra. Se lanzaron a la atmósfera grandes cantidades de aerosoles de sulfato, lo que redujo la temperatura global hasta en 26 ° C y produjo temperaturas bajo cero durante un período de 3 a 16 años. El tiempo de recuperación de este evento tomó más de 30 años. [84] El uso a gran escala de armas nucleares también ha sido investigado por su impacto en el clima. La hipótesis es que el hollín liberado por incendios a gran escala bloquea una fracción significativa de la luz solar durante un año, lo que lleva a una fuerte caída de las temperaturas durante algunos años. Este posible evento se describe como invierno nuclear . [85]

El uso de la tierra por parte de los humanos afecta la cantidad de luz solar que refleja la superficie y la concentración de polvo. La formación de nubes no solo está influenciada por la cantidad de agua en el aire y la temperatura, sino también por la cantidad de aerosoles en el aire, como el polvo. [86] A nivel mundial, hay más polvo disponible si hay muchas regiones con suelos secos, poca vegetación y vientos fuertes. [87]

Evidencia y medición de los cambios climáticos

La paleoclimatología es el estudio de los cambios climáticos tomados a la escala de toda la historia de la Tierra . Utiliza una variedad de métodos indirectos de la Tierra y las ciencias de la vida para obtener datos previamente preservados dentro de cosas como rocas , sedimentos , capas de hielo , anillos de árboles , corales , conchas y microfósiles . Luego utiliza los registros para determinar los estados pasados ​​de las diversas regiones climáticas de la Tierra y su atmósfera.sistema. Las mediciones directas brindan una descripción más completa de la variabilidad climática.

Medidas directas

Los cambios climáticos que ocurrieron después del despliegue generalizado de dispositivos de medición, se pueden observar directamente. Se dispone de registros globales razonablemente completos de la temperatura de la superficie a partir de mediados y finales del siglo XIX. Las observaciones adicionales se realizan por satélite y se derivan indirectamente de documentos históricos. Los datos satelitales de nubes y precipitaciones están disponibles desde la década de 1970. [88] La climatología histórica es el estudio de los cambios históricos en el clima y su efecto en la historia y el desarrollo de la humanidad. Las fuentes primarias incluyen registros escritos como sagas , crónicas , mapas y literatura de historia local , así como representaciones pictóricas comopinturas , dibujos e incluso arte rupestre .

La variabilidad climática en el pasado reciente puede detectarse mediante los cambios correspondientes en los patrones de asentamiento y agricultura. [89] La evidencia arqueológica , la historia oral y los documentos históricos pueden ofrecer información sobre los cambios climáticos pasados. Los cambios en el clima se han relacionado con el aumento [90] y también con el colapso de varias civilizaciones. [89]

Medidas proxy

Variaciones en el CO 2 , la temperatura y el polvo del núcleo de hielo de Vostok durante los últimos 450.000 años.

Varios archivos del clima pasado están presentes en rocas, árboles y fósiles. A partir de estos archivos, se pueden derivar medidas indirectas del clima, las denominadas proxies. La cuantificación de la variación climatológica de la precipitación en siglos y épocas anteriores es menos completa, pero se aproxima utilizando variables como sedimentos marinos, núcleos de hielo, estalagmitas de cuevas y anillos de árboles. [91] El estrés, la escasez de precipitaciones o las temperaturas inadecuadas pueden alterar la tasa de crecimiento de los árboles, lo que permite a los científicos inferir las tendencias climáticas mediante el análisis de la tasa de crecimiento de los anillos de los árboles. Esta rama de la ciencia que estudia esto se llama dendroclimatología . [92] Los glaciares dejan morrenasque contienen una gran cantidad de material, incluida la materia orgánica, el cuarzo y el potasio que pueden fecharse, registrando los períodos en los que un glaciar avanzó y retrocedió.

El análisis del hielo en los núcleos extraídos de una capa de hielo , como la capa de hielo de la Antártida , se puede utilizar para mostrar un vínculo entre la temperatura y las variaciones globales del nivel del mar. El aire atrapado en burbujas en el hielo también puede revelar las variaciones de CO 2 de la atmósfera del pasado distante, mucho antes de las influencias ambientales modernas. El estudio de estos núcleos de hielo ha sido un indicador significativo de los cambios en el CO 2 durante muchos milenios y continúa proporcionando información valiosa sobre las diferencias entre las condiciones atmosféricas antiguas y modernas. La relación 18 O / 16 O en muestras de calcita y núcleos de hielo utilizada para deducir la temperatura del océano en el pasado distante es un ejemplo de un método de proxy de temperatura.

Los restos de plantas, y específicamente el polen, también se utilizan para estudiar el cambio climático. Las distribuciones de las plantas varían según las diferentes condiciones climáticas. Los diferentes grupos de plantas tienen polen con formas y texturas superficiales distintivas, y dado que la superficie exterior del polen está compuesta de un material muy resistente, resisten la descomposición. Los cambios en el tipo de polen que se encuentra en diferentes capas de sedimento indican cambios en las comunidades de plantas. Estos cambios suelen ser una señal de un clima cambiante. [93] [94] Como ejemplo, los estudios de polen se han utilizado para rastrear los patrones cambiantes de la vegetación a lo largo de las glaciaciones del Cuaternario [95] y especialmente desde el último máximo glacial . [96] Restos de escarabajosson comunes en sedimentos terrestres y de agua dulce. Las diferentes especies de escarabajos tienden a encontrarse bajo diferentes condiciones climáticas. Dado el extenso linaje de escarabajos cuya composición genética no se ha alterado significativamente a lo largo de los milenios, el conocimiento del rango climático actual de las diferentes especies y la edad de los sedimentos en los que se encuentran los restos, pueden inferirse las condiciones climáticas pasadas. [97]

Análisis e incertidumbres

Una dificultad para detectar los ciclos climáticos es que el clima de la Tierra ha ido cambiando de forma no cíclica en la mayoría de las escalas de tiempo paleoclimatológicas. Por ejemplo, ahora estamos en un período de antropogénico del calentamiento global . En un marco de tiempo más amplio, la Tierra está emergiendo de la última edad de hielo, enfriándose desde el óptimo climático del Holoceno y calentándose desde la " Pequeña Edad de Hielo ", lo que significa que el clima ha estado cambiando constantemente durante los últimos 15.000 años aproximadamente. Durante los períodos cálidos, las fluctuaciones de temperatura suelen ser de menor amplitud. El período Pleistoceno , dominado por repetidas glaciaciones , se desarrolló a partir de condiciones más estables en el Mioceno.y clima plioceno . El clima del Holoceno ha sido relativamente estable. Todos estos cambios complican la tarea de buscar comportamientos cíclicos en el clima.

La retroalimentación positiva , la retroalimentación negativa y la inercia ecológica del sistema tierra-océano-atmósfera a menudo atenúan o revierten los efectos más pequeños, ya sean de forzamientos orbitales, variaciones solares o cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero. Ciertas retroalimentaciones que involucran procesos como las nubes también son inciertas; en el caso de las estelas de condensación , los cirros naturales , el sulfuro de dimetilo oceánico y un equivalente terrestre, existen teorías contrapuestas sobre los efectos sobre las temperaturas climáticas, por ejemplo contrastando la hipótesis de Iris y la hipótesis CLAW .

Consecuencias de la variabilidad climática

La vida

Arriba: Clima árido de la edad de hielo
Medio: período atlántico , cálido y húmedo
Abajo: Vegetación potencial en el clima ahora si no fuera por los efectos humanos como la agricultura. [98]

Vegetación

Puede ocurrir un cambio en el tipo, distribución y cobertura de la vegetación dado un cambio en el clima. Algunos cambios en el clima pueden resultar en un aumento de las precipitaciones y el calor, lo que resulta en un mejor crecimiento de las plantas y la subsecuente captura de CO 2 en el aire . Se espera que los efectos afecten la tasa de muchos ciclos naturales como las tasas de descomposición de la hojarasca de las plantas . [99] Un aumento gradual del calor en una región conducirá a tiempos de floración y fructificación más tempranos, lo que provocará un cambio en el tiempo de los ciclos de vida de los organismos dependientes. Por el contrario, el frío hará que los ciclos biológicos de las plantas se retrasen. [100]

Sin embargo, los cambios más grandes, más rápidos o más radicales pueden provocar estrés en la vegetación, pérdida rápida de plantas y desertificación en determinadas circunstancias. [101] [102] Un ejemplo de esto ocurrió durante el Colapso del Bosque Lluvioso Carbonífero (CRC), un evento de extinción hace 300 millones de años. En este momento, vastas selvas tropicales cubrían la región ecuatorial de Europa y América. El cambio climático devastó estas selvas tropicales, fragmentando abruptamente el hábitat en "islas" aisladas y provocando la extinción de muchas especies de plantas y animales. [101]

Fauna silvestre

Una de las formas más importantes en que los animales pueden lidiar con el cambio climático es la migración a regiones más cálidas o más frías. [103] En una escala de tiempo más larga, la evolución hace que los ecosistemas, incluidos los animales, se adapten mejor a un nuevo clima. [104] El cambio climático rápido o grande puede causar extinciones masivas cuando las criaturas se estiran demasiado para poder adaptarse. [105]

Humanidad

Los colapsos de civilizaciones pasadas, como la maya, pueden estar relacionados con ciclos de precipitación, especialmente sequías, que en este ejemplo también se correlacionan con la piscina cálida del hemisferio occidental . Hace unos 70 000 años, la erupción del supervolcán Toba creó un período especialmente frío durante la edad de hielo, lo que provocó un posible cuello de botella genético en las poblaciones humanas.

Cambios en la criosfera

Glaciares y capas de hielo

Los glaciares se consideran uno de los indicadores más sensibles de un clima cambiante. [106] Su tamaño está determinado por un balance de masa entre la entrada de nieve y la salida del deshielo. A medida que aumentan las temperaturas, los glaciares retroceden a menos que aumente la precipitación de nieve para compensar el derretimiento adicional. Los glaciares crecen y se encogen debido tanto a la variabilidad natural como a los forzamientos externos. La variabilidad de la temperatura, la precipitación y la hidrología pueden determinar en gran medida la evolución de un glaciar en una estación determinada.

Los procesos climáticos más importantes desde el Plioceno medio a tardío ( hace aproximadamente 3 millones de años) son los ciclos glacial e interglacial . El actual período interglacial (el Holoceno ) ha durado unos 11.700 años. [107] Moldeado por variaciones orbitales , respuestas como el ascenso y caída de las capas de hielo continentales y los cambios significativos en el nivel del mar ayudaron a crear el clima. Sin embargo, otros cambios, incluidos los eventos de Heinrich , los eventos de Dansgaard-Oeschger y el Dryas más joven , ilustran cómo las variaciones glaciales también pueden influir en el clima sin el forzamiento orbital .

Cambio del nivel del mar

Durante el Último Máximo Glacial , hace unos 25.000 años, el nivel del mar era aproximadamente 130 m más bajo que el actual. La desglaciación posterior se caracterizó por un rápido cambio del nivel del mar. [108] En el Plioceno temprano , las temperaturas globales eran 1-2–C más cálidas que la temperatura actual, sin embargo, el nivel del mar era 15-25 metros más alto que el actual. [109]

Hielo marino

El hielo marino juega un papel importante en el clima de la Tierra, ya que afecta la cantidad total de luz solar que se refleja fuera de la Tierra. [110] En el pasado, los océanos de la Tierra han estado cubiertos casi en su totalidad por hielo marino en varias ocasiones, cuando la Tierra estaba en un estado llamado Tierra Bola de Nieve , [111] y completamente libre de hielo en períodos de clima cálido. . [112] Cuando hay una gran cantidad de hielo marino presente en todo el mundo, especialmente en los trópicos y subtrópicos, el clima es más sensible a los forzamientos ya que la retroalimentación del albedo del hielo es muy fuerte. [113]

A través del tiempo geológico e histórico

Ver también: Lista de períodos y eventos en la historia del clima y la Paleoclimatología

Diversos forzamientos climáticos suelen cambiar a lo largo del tiempo geológico , y algunos procesos de la temperatura de la Tierra pueden autorregularse . Por ejemplo, durante el período de la Tierra Bola de Nieve , grandes capas de hielo glacial se extendieron hasta el ecuador de la Tierra, cubriendo casi toda su superficie, y un albedo muy alto creó temperaturas extremadamente bajas, mientras que la acumulación de nieve y hielo probablemente eliminó el dióxido de carbono a través de la deposición atmosférica . Sin embargo, la ausencia de cobertura vegetal para absorber el CO 2 atmosféricoemitido por los volcanes significaba que el gas de efecto invernadero podría acumularse en la atmósfera. También hubo una ausencia de rocas de silicato expuestas, que utilizan CO 2 cuando se someten a la intemperie. Esto creó un calentamiento que luego derritió el hielo y volvió a subir la temperatura de la Tierra.

Máximo Térmico Paleo-Eoceno

Cambios climáticos en los últimos 65 millones de años, utilizando datos indirectos que incluyen proporciones de oxígeno 18 de foraminíferos .

El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM) fue un período de tiempo con un aumento de temperatura promedio global de más de 5-8 ° C durante todo el evento. [114] Este evento climático ocurrió en el límite temporal de las épocas geológicas del Paleoceno y el Eoceno . [115] Durante el evento se liberaron grandes cantidades de metano , un potente gas de efecto invernadero. [116] El PETM representa un "estudio de caso" para el cambio climático moderno, ya que los gases de efecto invernadero se liberaron en un período de tiempo relativamente corto desde el punto de vista geológico. [117] Durante el PETM, tuvo lugar una extinción masiva de organismos en las profundidades del océano. [118]

El Cenozoico

A lo largo del Cenozoico , múltiples forzamientos climáticos llevaron al calentamiento y enfriamiento de la atmósfera, lo que condujo a la formación temprana de la capa de hielo antártica , su posterior derretimiento y su posterior reglaciación. Los cambios de temperatura se produjeron de forma algo repentina, a concentraciones de dióxido de carbono de aproximadamente 600 a 760 ppm y temperaturas aproximadamente 4 ° C más cálidas que las actuales. Durante el Pleistoceno, los ciclos de glaciaciones e interglaciares ocurrieron en ciclos de aproximadamente 100.000 años, pero pueden permanecer más tiempo dentro de un interglacial cuando la excentricidad orbital se acerca a cero, como durante el interglacial actual. Interglaciales anteriores, como la fase Eemian , crearon temperaturas más altas que las actuales, niveles del mar más altos y cierto derretimiento parcial delCapa de hielo de la Antártida occidental .

Las temperaturas climatológicas afectan sustancialmente la cobertura de nubes y las precipitaciones. A temperaturas más bajas, el aire puede contener menos vapor de agua, lo que puede provocar una disminución de las precipitaciones. [119] Durante el Último Máximo Glacial de hace 18.000 años, la evaporación térmica de los océanos hacia las masas continentales fue baja, lo que provocó grandes áreas de desierto extremo, incluidos los desiertos polares (fríos pero con bajas tasas de nubosidad y precipitación). [98] En contraste, el clima del mundo era más nublado y húmedo que hoy cerca del comienzo del Período Atlántico cálido de hace 8000 años. [98]

El holoceno

Cambio de temperatura en los últimos 12 000 años, de diversas fuentes. La curva negra gruesa es un promedio.

El Holoceno se caracteriza por un enfriamiento a largo plazo que comienza después del Holoceno Óptimo , cuando las temperaturas probablemente estaban apenas por debajo de las temperaturas actuales (segunda década del siglo XXI), [120] y un fuerte monzón africano creó condiciones de pastizales en el Sahara durante el Subpluvial neolítico . Desde ese momento, han ocurrido varios eventos de enfriamiento , que incluyen:

  • la Oscilación de Piora
  • la Época Fría de la Edad del Bronce Medio
  • la Época Fría de la Edad del Hierro
  • la pequeña edad de hielo
  • la fase de enfriamiento c. 1940-1970, que condujo a la hipótesis del enfriamiento global

Por el contrario, también han tenido lugar varios períodos cálidos, que incluyen, entre otros:

  • un período cálido durante la cúspide de la civilización minoica
  • el período cálido romano
  • el período cálido medieval
  • Calentamiento moderno durante el siglo XX

Se han producido ciertos efectos durante estos ciclos. Por ejemplo, durante el Período Cálido Medieval, el Medio Oeste de Estados Unidos estuvo en sequía, incluidas las Colinas de Arena de Nebraska, que eran dunas de arena activas . La plaga de la muerte negra de Yersinia pestis también ocurrió durante las fluctuaciones de temperatura medieval y puede estar relacionada con los cambios climáticos.

La actividad solar puede haber contribuido a parte del calentamiento moderno que alcanzó su punto máximo en la década de 1930. Sin embargo, los ciclos solares no tienen en cuenta el calentamiento observado desde la década de 1980 hasta la actualidad [ cita requerida ] . Eventos como la apertura del Pasaje del Noroeste y los mínimos mínimos récord de hielo de la contracción moderna del Ártico no han tenido lugar durante al menos varios siglos, ya que los primeros exploradores no pudieron cruzar el Ártico, incluso en verano. Los cambios en los biomas y los rangos de hábitat tampoco tienen precedentes, y ocurren a tasas que no coinciden con las oscilaciones climáticas conocidas [ cita requerida ] .

Cambio climático moderno y calentamiento global

Artículo principal: Calentamiento global

Como consecuencia de la emisión de gases de efecto invernadero por parte de los seres humanos , las temperaturas de la superficie global han comenzado a aumentar. El calentamiento global es un aspecto del cambio climático moderno, un término que también incluye los cambios observados en las precipitaciones, las trayectorias de las tormentas y la nubosidad. Como consecuencia, se ha descubierto que los glaciares de todo el mundo se están reduciendo significativamente . [121] [122] Las capas de hielo terrestres tanto en la Antártida como en Groenlandia han ido perdiendo masa desde 2002 y han experimentado una aceleración de la pérdida de masa de hielo desde 2009. [123]Los niveles globales del mar han aumentado como consecuencia de la expansión térmica y el derretimiento del hielo. La disminución del hielo marino del Ártico, tanto en extensión como en espesor, durante las últimas décadas es una prueba más del rápido cambio climático. [124]

Variabilidad entre regiones

Ver también: Calentamiento global § Variación regional
Ejemplos de variabilidad climática regional

  • Tierra-océano. Las temperaturas del aire en la superficie sobre las masas de tierra han aumentado más rápido que las del océano, [125] el océano absorbiendo aproximadamente el 90% del exceso de calor. [126]

  • Hemisferios. Los cambios de temperatura promedio de los hemisferios [127] han divergido debido al mayor porcentaje de masa terrestre del Norte y debido a las corrientes oceánicas globales. [128]

  • Bandas de latitud. Tres bandas de latitud que cubren respectivamente el 30, 40 y 30 por ciento de la superficie global muestran patrones de crecimiento de temperatura mutuamente distintos en las últimas décadas. [129]

  • Altitud. Un gráfico de rayas cálidas (los azules denotan frío, los rojos denotan cálido) muestra cómo el efecto invernadero atrapa el calor en la atmósfera inferior de modo que la atmósfera superior, que recibe menos energía reflejada, se enfría. Los volcanes provocan picos de temperatura en la atmósfera superior. [130]

  • Global versus regional. Por razones geográficas y estadísticas, se esperan mayores variaciones de un año a otro [131] para las regiones geográficas localizadas (por ejemplo, el Caribe) que para los promedios mundiales. [132]

  • Desviación relativa. Aunque el norte de América se ha calentado más que sus trópicos, los trópicos se han alejado más claramente de la variabilidad histórica normal (bandas de colores: desviaciones estándar 1σ, 2σ). [133]

Además de la variabilidad climática global y el cambio climático global a lo largo del tiempo, numerosas variaciones climáticas ocurren simultáneamente en diferentes regiones físicas.

La absorción de los océanos de aproximadamente el 90% del exceso de calor ha contribuido a que las temperaturas de la superficie terrestre crezcan más rápidamente que las temperaturas de la superficie del mar. [126] El hemisferio norte, que tiene una mayor proporción de masa terrestre a océano que el hemisferio sur, muestra mayores aumentos de temperatura promedio. [128] Las variaciones a través de diferentes bandas de latitud también reflejan esta divergencia en aumento medio de la temperatura, con el aumento de la temperatura del norte de extratrópicos superior a la de los trópicos, que a su vez superior al de los extratrópicos sur. [129]

Las regiones superiores de la atmósfera se han enfriado al mismo tiempo que el calentamiento de la atmósfera inferior, lo que confirma la acción del efecto invernadero y el agotamiento del ozono. [130]

Las variaciones climáticas regionales observadas confirman las predicciones sobre los cambios en curso, por ejemplo, al contrastar las variaciones globales (más suaves) de un año a otro con las variaciones de un año a otro (más volátiles) en las regiones localizadas. [131] Por el contrario, comparar los patrones de calentamiento de diferentes regiones con sus respectivas variabilidades históricas, permite colocar las magnitudes brutas de los cambios de temperatura en la perspectiva de lo que es la variabilidad normal para cada región. [133]

Las observaciones de la variabilidad regional permiten el estudio de puntos de inflexión climáticos regionalizados , como la pérdida de la selva tropical, la capa de hielo y el derretimiento del hielo marino y el deshielo del permafrost. [134] Tales distinciones son la base de la investigación sobre una posible cascada global de puntos de inflexión. [134]

Ver también

  • Normal climatológico

Notas

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References

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Climate variability and change
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  • IPCC (2008). The Core Writing Team; Pachauri, R.K.; Reisinger, A.R. (eds.). Climate Change 2008: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland: IPCC. ISBN 978-92-9169-122-7..
  • Burroughs, William James (2001). Climate Change : A multidisciplinary approach. Cambridge: Cambridge university press. ISBN 0521567718.
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  • Ruddiman, William F. (2008). Earth's climate : Past and Future. New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 9780716784906.
  • Rohli, Robert. V.; Vega, Anthony J. (2018). Climatology (fourth ed.). Jones & Bartlett Learning. ISBN 9781284126563.

External links

  • Global Climate Change from NASA (US)
  • Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
  • Climate Variability – NASA Science