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EDUCACIÓN
CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL
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>>> El
presupuesto energético de la atmósfera
>>> Cambios
climáticos predichos para el Siglo XXI
Actualmente, existe un
fuerte consenso científico que el clima global se verá alterado
significativamente, en el próximo siglo, como resultado del aumento
de concentraciones de gases invernadero tales como el dióxido de
carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos (Houghton et
al., 1990, 1992). Estos gases están atrapando una porción creciente
de radiación infrarroja terrestre y se espera que harán aumentar la
temperatura planetaria entre 1,5 y 4,5 °C . Como respuesta a esto, se
estima que los patrones de precipitación global, también se alteren.
Aunque existe un acuerdo general sobre estas conclusiones, hay una
gran incertidumbre con respecto a las magnitudes y las tasas de estos
cambios a escalas regionales (EEI, 1997).
Asociados a estos
potenciales cambios, habrán grandes alteraciones en los ecosistemas
globales. Trabajos científicos sugieren que los rangos de especies
arbóreas, podrán variar significativamente como resultado del cambio
climático global. Por ejemplo, estudios realizados en Canadá
proyectan pérdidas de aproximadamente 170 millones de hectáreas de
bosques en el sur Canadiense y ganancias de 70 millones de hectáreas
en el norte de Canadá, por ello un cambio climático global como el
que se sugiere, implicaría una pérdida neta de 100 millones de hectáreas
de bosques (Sargent, 1988).
Aún así, hay una
considerable incertidumbre con respecto a las implicaciones del cambio
climático global y las respuestas de los ecosistemas, que a su vez,
pueden traducirse en desequilibrios económicos (EEI, 1997). Este tema
será de vital importancia en países que dependen fuertemente de
recursos naturales.
Con respecto al impacto
directo sobre seres humanos, se puede incluir la expansión del área
de enfermedades infecciosas tropicales (Becker, 1997), inundaciones de
terrenos costeros y ciudades, tormentas más intensas, las extinción
de incontables especies de plantas y animales, fracasos en cultivos en
áreas vulnerables, aumento de sequías, etc. (Lashof, 1997).
Estas conclusiones han
llevado a una reacción gubernamental mundial, se ha expresado en
numerosos estudios y conferencias, incluyendo tratados enfocados a
enfrentar y en lo posible solucionar la crisis. Este trabajo analizará
la problemática del Cambio Climático Global, las bases teóricas,
sus posibles efectos futuros, las medidas tomadas y las medidas
recomendadas para enfrentar adecuadamente el problema.
BASES TEORICAS
DEL CAMBIO CLIMATICO GLOBAL
Para poder comprender
el cambio global climático y el aumento de la temperatura global se
debe primero comprender el clima global y cómo opera. El clima es
consecuencia del vínculo que existe entre la atmósfera, los océanos,
las capas de hielos (criosfera), los organismos vivientes (biosfera) y
los suelos, sedimentos y rocas (geosfera). Sólo si se considera al
sistema climático bajo esta visión holística, es posible entender
los flujos de materia y energía en la atmósfera y finalmente
comprender las causas del cambio global (GCCIP, 1997). Para ello es
necesario analizar cada uno de los compartimentos interrelacionados,
se comenzará con el más importante, la atmósfera.
LA ATMOSFERA
Capa gaseosa que rodea
al planeta Tierra, se divide teóricamente en varias capas concéntricas
sucesivas. Estas son, desde la superficie hacia el espacio exterior:
troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesosfera y
termosfera.
La atmósfera es uno de
los componentes más importantes del clima terrestre. Es el
presupuesto energético de ella la que primordialmente determina el
estado del clima global, por ello es esencial comprender su composición
y estructura (GCCIP, 1997). Los gases que la constituyen están bien
mezclados en la atmósfera pero no es físicamente uniforme pues tiene
variaciones significativas en temperatura y presión, relacionado con
la altura sobre el nivel del mar (GCCIP, 1997).
Diagrama general
de la atmófera (Miller, 1991)
La troposfera o baja
atmósfera, es la que está en íntimo contacto con la superficie
terrestre y se extiende hasta los 11 km. s.n.m. en promedio (Miller,
1991). Tiene un grosor que varía desde 8 km. en los polos hasta 16
km. en el ecuador, principalmente debido a la diferencia de
presupuesto energético en esos lugares . Abarca el 75% de la masa de
gases totales que componen la atmósfera, el 99% de la masa de la atmósfera
se encuentra bajo los 30 km. s.nm. (GCCIP, 1997; Miller, 1991). Consta
en particular, en 99% de dos gases, el Nitrógeno (N2, 78%) y Oxígeno
(O2, 21%). El 1% que resta consta principalmente de Argón (Ar, @ 1%)
y Dióxido de Carbono (CO2, 0,035%). El aire de la troposfera incluye
vapor de agua en cantidades variables de acuerdo a condiciones
locales, por ejemplo, desde 0,01% en los polos hasta 5% en los trópicos
(Miller, 1991). La temperatura disminuye con la altura, en promedio,
6,5°C por kilómetro. La mayoría de los fenómenos que involucran el
clima ocurren en esta capa de la atmósfera (Kaufmann, 1968), en parte
sustentado por procesos convectivos que son establecidos por
calentamiento de gases superficiales, que se expanden y ascienden a
niveles más altos de la troposfera donde nuevamente se enfrían
(GCCIP, 1997). Esta capa incluye además los fenómenos biológicos.
La tropopausa marca el
límite superior de la troposfera, sobre la cual la temperatura se
mantiene constante antes de comenzar nuevamente a aumentar por sobre
los 20 km. s.n.m. Esta condición térmica evita la convección del
aire y confina de esta manera el clima a la troposfera (GCCIP, 1997).
La capa por sobre la
tropopausa en la que la temperatura comienza a ascender se llama
estratosfera, una vez que se alcanzan los 50 km. de altura, la
temperatura ha llegado a los 0°C . Por lo tanto, se extiende desde
los 20 km. hasta 48-50 km. s.n.m. (Miller, 1991; GCCIP, 1997).
Contiene pequeñas cantidades de los gases de la troposfera en
densidades decrecientes proporcional a la altura. Incluye también
cantidades bajísimas de Ozono (O3) que filtran el 99% de los rayos
ultravioleta (UV) provenientes de las radiaciones solares (Miller,
1991). Es esta absorción de UV la que hace ascender la temperatura
hasta cerca de los 0°C . Este perfil de temperaturas permite que la
capa sea muy estable y evita turbulencias, algo que caracteriza a la
estratosfera. Esta, a su vez, está cubierta por la estratopausa, otra
inversión térmica a los 50 km. (GCCIP, 1997).
La mesosfera se
extiende por encima de los 50 km., la temperatura desciende hasta -100
°C a los 80 km. su límite superior.
Por sobre los 80 km.
s.n.m., encima de la mesosfera, se extiende la termosfera, en ella la
temperatura asciende continuamente hasta sobre los 1000 °C . Por la
baja densidad de los gases a esas altitudes no son condiciones de
temperatura comparables a las que existirían en la superficie (GCCIP,
1997).
COMPOSICION
ATMOSFERICA
Es una mezcla de varios
gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión),
forma el sistema ambiental integrado con todos sus componentes. Entre
sus variadas funciones mantiene condiciones aptas para la vida. Su
composición es sorprendentemente homogénea, resultado de procesos de
mezcla, el 50% de la masa está concentrado por debajo de los 5 km.
s.n.m. Los gases más abundantes son el N2 y O2. A pesar de estar en
bajas cantidades, los gases de invernadero cumplen un rol crucial en
la dinámica atmosférica. Entre éstos contamos al CO2, el metano,
los óxidos nitrosos, ozono, halocarbonos, aerosoles, entre otros.
Debido a su importancia y el rol que juegan en el cambio climático
global, se analizan a continuación.
Diagrama de
flujos energéticos atmosféricos (Miller, 1991)
Previamente es
importante entender que el clima terrestre depende del balance energético
entre la radiación solar y la radiación emitida por la Tierra. En
esta reirradiación, sumada a la emisión de energía geotectónica,
los gases invernadero juegan un rol crucial.
Al analizar los gases
atmosféricos, incluidos los gases invernadero, es importante
identificar las fuentes, reservorios o sinks y el ciclo de vida de
cada uno de ellos, datos cruciales para controlar la contaminación
atmosférica.
Una fuente es el punto
o lugar donde un gas, o contaminante, es emitido o sea, donde entran a
la atmósfera. Un reservorio o sink, es un punto o lugar en el cual el
gas es removido de la atmósfera, o por reacciones químicas o absorción
en otros componentes del sistema climático, incluyendo océanos,
hielos y tierra. El ciclo de vida denota el periodo promedio que una
molécula de contaminante se mantiene en la atmósfera. Esto se
determina por las velocidades de emisión y de captación en
reservorios o sinks.
El aumento de gases
invernadero atmosféricos ha incrementado la capacidad que tiene para
absorber ondas infrarrojas, aumentando su reforzamiento radiativo, que
aumenta la temperatura superficial. Este fenómeno se mide en watts
por metro cuadrado (W/m2).
Dióxido de
Carbono
Es el más importante
de los gases menores, involucrado en un complejo ciclo global. Se
libera desde el interior de la Tierra a través de fenómenos tectónicos
y a través de la respiración, procesos de suelos y combustión de
compuestos con carbono y la evaporación oceánica. Por otro lado es
disuelto en los océanos y consumido en procesos fotosintéticos. En
la actualidad su concentración ha llegado a 359 ppmv (partes por millón
volumen), producto de la acción antropogénica: quema de combustibles
fósiles y materia orgánica en general. Fuentes naturales: respiración,
descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales.
Fuentes antropogénicas: quema de combustibles fósiles, cambios en
uso de suelos (principalmente deforestación), quema de biomasa,
manufactura de cemento. Sink: absorción por las aguas oceánicas, y
organismos marinos y terrestres, especialmente bosques y fitoplancton.
Ciclo de vida: entre 50 y 200 años.
Aumento del CO2
atmosférico (Miller, 1991)
Metano
Otro gas de invernadero, CH4, el metano es producido
principalmente a través de procesos anaeróbicos tales como los
cultivos de arroz o la digestión animal. Es destruida en la baja atmósfera
por reacción con radicales hidroxilo libres (-OH). Como el CO2, sus
concentraciones aumentan por acción antropogénica directa e
indirecta.
Fuentes: naturalmente a
través de la descomposición de materia orgánica en condiciones
anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y
rumiantes. Antropogénicamente, a través de cultivos de arroz, quema
de biomasa, quema de combustibles fósiles, basureros y el aumento de
rumiantes como fuente de carne.
Sink: reacción con
radicales hidroxilo en la troposfera y con el monóxido de carbono
(CO) emitido por acción antropogénica.
Aumento del metano
atmosférico (Miller, 1991)
Oxido Nitroso
El óxido nitroso (N2O) es producido por procesos biológicos en
océanos y suelos, también por procesos antropogénicos que incluyen
combustión industrial, gases de escape de vehículos de combustión
interna, etc. Es destruido fotoquímicamente en la alta atmósfera.
Fuentes: producido
naturalmente en océanos y bosques lluviosos. Fuentes antropogénicas,
producción de nylon y ácido nítrico, prácticas agriculturales,
automóviles con convertidores catalíticos de tres vías, quema de
biomasa y combustibles.
Sink: reacciones fotolíticas,
consumo por los suelos puede ser un sink pequeño pero no ha sido bien
evaluado.
Aumento de los óxidos
nitrosos atmosféricos (Miller, 1991)
Ozono
El ozono (O3) en la estratosfera filtra los UV dañinos para las
estructuras biológicas, es también un gas invernadero que absorbe
efectivamente la radiación infrarroja. La concentración de ozono en
la atmósfera no es uniforme sino que varía según la altura. Se
forma a través de reacciones fotoquímicas que involucran radiación
solar, una molécula de O2 y un átomo solitario de oxígeno. También
puede ser generado por complejas reacciones fotoquímicas asociadas a
emisiones antropogénicas y constituye un potente contaminante atmosférico
en la troposfera superficial. Es destruido por procesos fotoquímicos
que involucran a raciales hidroxilos, NOx y cloro (Cl, ClO). La
concentración es determinada por un fino proceso de balance entre su
creación y su destrucción. Se teme su eliminación por agentes que
contienen cloro (CFCs), que en las alturas estratosféricas, donde está
la capa de ozono, son transformadas en radicales que alteran el fino
balance que mantiene esta capa protectora (GCCIP, 1997).
Halocarbonos
Clorofluorocarbonos: Compuestos mayormente de origen antrópico,
que contienen carbono y halógenos como cloro, bromo, flúor y a veces
hidrógeno. Los clorofluorocarbonos (CFCs) comenzaron a producirse en
los años 30 para refrigeración. Posteriormente se usaron como
propulsores para aerosoles, en la fabricación de espuma, etc. Existen
fuentes naturales en las que se producen compuestos relacionados, como
los metilhaluros.
No existen sinks para los CFCs en la troposfera y por motivo de su
casi inexistente reactividad son transportadas a la estratosfera donde
se degradan por acción de los UV, momento en el cual liberan átomos
libres de cloro que destruyen efectivamente el ozono.
Hidroclorofluorocarbonos
(HCFCs) e Hidrofluorocarbonos (HFCs): compuestos de origen antrópico
que están usandose como sustitutos de los CFCs, sólo considerados
como transicionales, pues también tienen efectos de gas invernadero.
Estos se degradan en la troposfera por acción de fotodisociación
Por la larga vida que
poseen son gases invernadero miles de veces más potentes que el CO2.
Aumento de CFCs
(Miller, 1991)
Agua
El vapor de agua es un constituyente vital de la atmósfera, en
promedio 1% por volumen, aunque con variaciones significativas en las
escalas temporales y espaciales. Por su abundancia es el gas de
invernadero de mayor importancia, jugando un rol de vital importancia
en el balance global energético de la atmósfera.
Aerosoles
La variación en la cantidad de aerosoles afecta también el
clima. Incluye polvo, cenizas, cristales de sal oceánica, esporas,
bacterias, etc., etc. Sus efectos sobre la turbidez atmosférica
pueden variar en cortos periodos de tiempo, por ejemplo luego de una
erupción volcánica. En el largo plazo, los efectos son bastante
equilibrados debido al efecto natural de limpieza atmosférica, aunque
el proceso nunca es completo. Las fuentes naturales se calculan que
son 4 a 5 veces mayores que las antropogénicas. Tienen el potencial
de influenciar fuertemente la cantidad de radiación de onda corta que
llega a la superficie terrestre.
Como conclusión la atmósfera
esta principalmente constituida por nitrógeno, oxígeno y algunos
otros gases traza y aerosoles que regulan el sistema climático, al
regular el balance energético entre la radiación solar incidente y
la radiación terrestre que se emite. La mayor parte de la atmósfera
se encuentra por debajo de los 10 km., en la troposfera, en la que el
clima terrestre opera, y donde el efecto invernadero opera en forma más
notoria. Por encima de ella se encuentran capas que son definidas por
sus temperaturas.
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