RT.5.4 Acoplamiento entre el cambio climático y los cambios en los ciclos biogeoquímicos

Todos los modelos que tratan el acoplamiento del ciclo del carbono con el cambio climático indican un retroefecto positivo donde el calentamiento actúa para eliminar la absorción de CO₂ tanto de la tierra como del océano, provocando un aumento del CO₂ atmosférico y de los cambios climáticos en un escenario de emisiones dado, pero la fuerza de este retroefecto varía mucho, entre modelos. Desde el TIE, se han realizado y comparado varios proyectos nuevos basados en los modelos acoplados del ciclo del carbono y del ciclo climático. Para el escenario IE-EE A2, basado en una gama de resultados de modelos, es probable que el aumento proyectado de las concentraciones de CO₂ atmosférico durante el siglo XXI sea entre un 10 y 25% mayor que las proyecciones sin este retroefecto. Esto agrega más de 1°C al calentamiento medio proyectado para 2100 para escenarios IE-EE de emisiones altas. Correspondientemente, la absorción reducida de CO₂ causada por este efecto disminuye las emisiones de CO₂ que se corresponden con un nivel de estabilización designado. Sin embargo, todavía persisten las incertidumbres debido, por ejemplo, a las limitaciones en el conocimiento de la dinámica de los ecosistemas de la tierra y los suelos. {7.3, 10.4}

Las crecientes concentraciones de CO₂ atmosférico provocan directamente el aumento de la acidificación en la superficie oceánica. Proyecciones basadas en los escenarios IE-EE indican reducciones en el pH de entre 0,14 y 0,35 unidades en el siglo XXI (dependiendo del escenario), aumentando la actual disminución de 0,1 unidades desde los tiempos preindustriales. La acidificación del océano llevaría a la disolución de los sedimentos de carbonato en aguas de poca profundidad. Se prevé que las aguas superficiales del océano austral presenten una subsaturación respecto del carbonato cálcico (CaCO₃) para concentraciones de CO₂ mayores de 600 ppm, nivel excedido durante la segunda mitad del siglo XXI en la mayoría de los escenarios IE-EE. También se verán afectados regiones de latitud baja y el océano profundo. Estos cambios podrían afectar a organismos marinos que forman sus exoesqueletos con CaCO₃, pero aún no se comprende bien el efecto neto sobre el ciclo biológico del carbono en los océanos. {Recuadro 7.3, 10.4}

El cambio climático previsto debido a emisiones pasadas varía considerablemente según los diferentes agentes de forzamiento debido a los diferentes períodos de vida en la atmósfera terrestre (véase Recuadro RT.9). El cambio climático previsto debido a emisiones pasadas tiene en cuenta (i) los retrasos en el tiempo de respuesta del sistema climático a los cambios en el forzamiento radiativo; y (ii) las escalas de tiempo en las que diferentes agentes de forzamiento se mantienen en la atmósfera después de su emisión debido a sus diferentes períodos de vida. Generalmente, el cambio climático comprometido debido a emisiones pasadas, incluye un período inicial de aumento de la temperatura, por las razones analizadas anteriormente, seguido de una disminución a largo plazo a medida que el forzamiento radiativo disminuye. Algunos gases de efecto invernadero tienen períodos de vida atmosférica relativamente cortos (decenios o menos), como el CH₄ y el monóxido de carbono, mientras que otros como el N₂O tienen períodos de vida de un siglo y algunos tienen períodos de vida de milenios, como el SF₆ y el PFC₆. Las concentraciones atmosféricas de CO₂ no se descomponen con un período de vida bien definido si se detienen las emisiones. La eliminación del CO₂ emitido hacia la atmósfera se produce durante escalas de tiempo múltiples, pero alguna cantidad de CO₂ se queda en la atmósfera durante miles de años, por lo que las emisiones aseguran el cambio climático. El efecto lento y a largo plazo de amortiguación del océano, incluido el retroefecto de sedimento de CaCO3, necesita de entre 30.000 a 35.000 años para que las concentraciones de CO₂ atmosférico alcancen el equilibrio. Haciendo uso de los componentes acoplados del ciclo del carbono, las EMIC muestran que el cambio climático asegurado debido a emisiones pasadas de CO₂ persisten durante más de 1.000 años, de manera que aún durante estas extensas escalas de tiempo, ni la temperatura ni el nivel del mar retornan a los valores preindustriales. Se puede obtener un indicio de las extensas escalas de tiempo de los cambios climáticos previstos fijando las emisiones antropogénicas de CO₂ que van estabilizándose en 750 ppm, pero fijando arbitrariamente las emisiones en cero en el año 2100. En este caso de prueba, se requieren de entre 100 a 400 años aproximadamente en los diferentes modelos para que la concentración de CO₂ atmosférico descienda del máximo, (índices entre 650 y 700 ppm) a un nivel por debajo del doble de la concentración de CO₂ preindustrial (aproximadamente 560 ppm), debido a un traslado continuo pero lento del carbono de la atmósfera y reservorios terrestres al océano (véase Gráfico RT.31). {7.3, 10.7}

Aseguramiento De Cambio Climático

Gráfico RT.31. Cálculo del aseguramiento de cambio climático debido a las emisiones pasada para cinco EMIC diferentes y el escenario ideal donde las emisiones siguen una vía que lleva a la estabilización del CO₂ atmosférico a 750 ppm, pero antes de alcanzar este objetivo, se reducen las emisiones a cero, al instante, en el año 2100. (Izquierda) las emisiones de CO₂ y las concentraciones de CO₂ atmosférico; (centro) calentamiento de la superficie y aumento del nivel del mar debido a la dilatación térmica; (derecha) cambio en todo el inventario del carbono terrestre y oceánico desde el período preindustrial. {Gráfico 10.35}

Se prevé que las concentraciones futuras de muchos gases de efecto invernadero exentos de CO₂ y de sus precursores, se acoplen al cambio climático futuro. La falta de conocimiento de las causas de recientes variaciones en la tasa de crecimiento del CH₄ indica grandes incertidumbres en las proyecciones futuras sobre este gas en particular. Es probable que las emisiones de CH₄ de humedales aumenten en un clima más cálido y húmedo y disminuyan en un clima más cálido y seco. Las observaciones también indican aumentos en el CH₄ liberado por las tierras septentrionales de turba que experimentan un derretimiento del permafrost, aunque la magnitud a gran escala de este efecto no se cuantifica bien. Los cambios en la temperatura, la humedad y las nubes también podrían afectar a las emisiones biogénicas de precursores del ozono, tales como los compuestos orgánicos volátiles. Se prevé además, que el cambio climático afecte al ozono troposférico mediante cambios químicos y de transporte. El cambio climático puede inducir cambios en OH mediante cambios en la humedad y puede alterar las concentraciones de ozono estratosféricas y, por tanto, la radiación ultravioleta solar en la troposfera. {7.4, 4.7}

Se prevé que el cambio climático afecte a las emisiones futuras de muchos aerosoles y de sus precursores. Los cálculos de cambios futuros en las emisiones de polvo según distintos escenarios climáticos y de uso de tierra, sugieren que los efectos de cambio climáticos son más importantes para controlar las emisiones futuras de polvo que los cambios en el uso de la tierra. Los resultados de un estudio indican que la meteorología y el clima tienen una influencia mayor en las emisiones futuras de polvo y en las tormentas de polvo asociadas en Asia, que la desertificación. Se sabe que la emisión biogénica de compuestos orgánicos volátiles, fuente importante de aerosoles orgánicos secundarios, es muy sensible a (y aumenta con) la temperatura. Sin embargo, el rendimiento del aerosol disminuye con la temperatura y, tanto los efectos del cambio en las precipitaciones como la adaptación fisiológica, resultan inciertos. Por tanto, un cambio en la producción biogénica del aerosol orgánico secundario en un clima más cálido podría ser considerablemente más bajo que la respuesta de las emisiones biogénicos de carbono orgánico volátil. El cambio del clima puede afectar a los flujos oceánicos de sulfuro de dimetilo (un precursor para algunos aerosoles de sulfato) y aerosoles de sal marina, sin embargo, los efectos en la temperatura y las precipitaciones siguen siendo muy inciertos. {7.5}

Mientras el efecto de calentamiento del CO₂ se conoce desde hace muchos siglos, los aerosoles se eliminan de la atmósfera en escalas de tiempo de sólo unos días, de manera que el forzamiento radiativo negativo debido a los aerosoles puede cambiar rápidamente en respuesta a cualquier cambio en las emisiones de aerosoles o precursores de aerosoles. Como es muy probable que los aerosoles de sulfato ejerzan un forzamiento radiativo negativo importante en el presente, el forzamiento neto futuro es muy sensible a los cambios en las emisiones de sulfato. Un estudio sugiere que la hipotética eliminación en la atmósfera de toda la carga de partículas antropogénicas del aerosol de sulfato produciría un aumento rápido en la temperatura media mundial de aproximadamente 0,8°C dentro de uno o dos decenios. También es probable que los cambios en los aerosoles influyan en las precipitaciones. Por tanto, con respecto a las estrategias del medio ambiente encaminadas a mitigar el cambio climático hay que considerar los cambios, tanto en las emisiones de gases de efecto invernadero como en los aerosoles. Los cambios en las emisiones de aerosoles pueden ser el resultado de las medidas aplicadas para mejorar la calidad del aire que pueden, a su vez, tener consecuencias para el cambio climático. {Recuadro 7.4, 7.6, 10.7}

El cambio climático modificaría diversos procesos químicos y físicos que controlan la calidad del aire y es probable que los efectos netos varíen de una región a otra. El cambio climático puede afectar la calidad del aire modificando la tasa a la cual se dispersan los contaminantes, la tasa a la que los aerosoles y las especies solubles se eliminan en la atmósfera, el ambiente químico general para la generación de contaminantes y la fuerza de emisiones de la biosfera, de los incendios y del polvo. También se espera que el cambio climático disminuya el escenario mundial del ozono. En conjunto, el efecto neto de cambio climático sobre la calidad del aire es muy incierto. {Recuadro 7.4}