EL CLIMA AHORA - Revista Bimestre Cubana

EL CLIMA AHORA*
John Gribbin
El cambio climático se ha convertido en un tema científico mayor en los años
90, con una preocupación creciente acerca de las perspectivas del
calentamiento global según se avanza en el siglo XXI. ¿Pero qué es lo que está
cambiando y cómo? Antes de que nosotros podamos comenzar a responder
estas preguntas necesitamos saber cómo funciona el clima.
La más simple definición del clima es el “tiempo promedio” (estado
atmosférico) de una región.
Algunas regiones experimentan casi la misma temperatura a través de todo el
año, otras tienen veranos calientes e inviernos fríos; algunas regiones pueden
experimentar lluvias en cualquier mes, mientras otras tienden a tener épocas
secas bien definidas; y así por el estilo.
La energía que produce todos estos patrones del tiempo proviene del Sol, y es
absorbida por la Tierra principalmente en los trópicos, cerca del ecuador.
Una parte de esta energía se distribuye entonces hacia latitudes más altas
provocando la circulación de la atmósfera y los océanos. Estos patrones de
circulación son fuertemente influidos por la distribución geográfica de las áreas
terrestres y el mar, la inclinación del eje del planeta, y la forma en que éste gira
sobre su eje.
CIRCULACIÓN SIMPLE,
LA TIERRA Y EL SOL.
La tierra es un planeta aproximadamente esférico que gira alrededor del Sol
una vez al año en una órbita elíptica a una distancia media de 150 millones de
kilómetros. Aunque la órbita es ligeramente elíptica, y nosotros estamos un
poco más cerca del Sol en algunos meses que en otros, esta no es la causa de
las variaciones del tiempo en las diferentes épocas. Si fuera así, todo el globo
terráqueo experimentaría el invierno a un mismo tiempo. De hecho, la
*
Tomado de NEW SCIENTIST
aproximación más cercana al Sol -147 millones de kilómetros- ocurre en el
invierno del hemisferio norte el 3 de enero. La mayor distancia al Sol -153
millones de kilómetros- ocurre el 3 de julio en el verano del hemisferio norte.
Si nuestro planeta fuera una esfera uniforme, girando con su eje perpendicular
a una línea que uniera el centro de la Tierra con el centro del Sol,
experimentaría un patrón muy sencillo de circulación atmosférica. Este patrón
idealizado es la base para entender la circulación real de la atmósfera. Y sirve
para explicar la diferencia en el calentamiento solar entre los trópicos y los
polos.
Debido a que la curvatura de la tierra hace que la superficie del planeta tenga
una declinación con respecto al Sol a cada lado del ecuador, la cantidad de
energía solar que cae sobre un metro cuadrado de la superficie terrestre en el
ecuador se dispersa sobre un área cada vez mayor a distancias sucesivamente
mayores del ecuador. De esta manera las mayores latitudes son más frías que
las pequeñas latitudes. Exactamente en la misma forma, el efecto del
calentamiento del Sol es menor temprano en la mañana y en el atardecer
(cuando sus rayos inciden sobre la tierra en ángulos agudos) que al mediodía,
cuando el Sol está alto sobre nuestras cabezas.
La energía solar que nos llega es visible principalmente por la longitud de
ondas que no son absorbidas por la atmósfera de la Tierra. Cuando esta
radiación calienta la superficie de la Tierra, ésta a su vez irradia energía, pero a
mayor longitud de ondas, principalmente infrarrojas. Mucha de esta energía es
absorbida en la atmósfera baja, la que se calienta como resultado –para el
llamado “efecto invernadero”. Esto inicia la convección.
AIRE CALIENTE PARA FRÍO,
LA CÉLULA HADLEY.
El aire caliente elevándose cerca del ecuador se enfría y asciende a grandes
altitudes antes de descender de nuevo en los subtrópicos alrededor de los 30
grados de latitud, a ambos lados del ecuador. Los vientos a bajas altitudes
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empujan el aire hacia el ecuador para reemplazar el que se eleva, completando
un patrón de circulación a cada lado conocido como la célula Hadley,
nombrada después del siglo XVIII por el pionero británico de la meteorología,
George Hadley.
Hacia los polos la región dominada por la circulación del tipo Hadley, el patrón
de la convección atmosférica es más complicado, pero como una guía
aproximada se puede pensar como si fueran dos células adicionales en cada
hemisferio.
En resumen, el aire caliente es transferido hacia los polos, y es reemplazado
por aire frío que se mueve hacia el ecuador. El aire ascendente está asociado
con baja presión en la superficie, y produce lluvia según se enfría; el aire
descendente está asociado con alta presión en la superficie, y es seco. Esta
imagen simple de la circulación atmosférica puede explicar las características
generales del clima, tales como el calor, la humedad de los trópicos y las
regiones desérticas. Pero aun en esta imagen idealizada, los vientos a bajas
altitud no soplan norte-sur debido a la rotación de la Tierra.
Cada punto de la superficie de la Tierra completa una rotación cada 24 horas.
Cerca de los polos, esto representa describir un pequeño círculo a una
velocidad lineal muy baja. Pero en el ecuador alcanza una velocidad de 470
metros por segundo –y a una latitud de 60 grados la velocidad es de 224
metros por segundo, siempre del oeste al este. El aire que se origina cerca del
ecuador, y es llevado en dirección a los polos por la convección conlleva un
impulso adicional de la alta velocidad oeste-este con la que se ha originado. Y
cuando regresa a la superficie, se mueve hacia más hacia el este de lo que
debería en esa latitud. Así los vientos soplando en dirección a los polos desde
la región ecuatorial son desviados hacia el este. Esto explica por qué el patrón
prevaleciente del tiempo en la latitud de Gran Bretaña a Nueva Zelandia, fluye
desde el oeste.
Para una persona en la superficie de la Tierra es como si allí hubiera una
fuerza, conocida como fuerza Cariolis, empujando los vientos del oeste hacia
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el este y que se incrementa según los vientos se alejan del ecuador. Como la
fuerza centrífuga, el efecto es perfectamente real para cualquiera dentro del
“marco de referencia” rotatorio, pero como es enteramente provocada por la
rotación, la fuerza Cariolis a veces denominada, erróneamente, una fuerza
“ficticia”.
De forma similar el aire que regresa a bajo nivel hacia el ecuador es
influenciado con la velocidad lineal asociada con la rotación a más altas
latitudes.
En efecto, estos vientos prevalecientes –los vientos alisios- son influenciados
por la superficie de la rotación de la tierra según se mueven hacia menores
latitudes, de manera que, en lugar de soplar en ángulos rectos con el ecuador,
soplan diagonalmente hacia el oeste.
El ecuador hacia donde soplan, sin embargo, es el ecuador meteorológico,
en donde el Sol está directamente arriba al mediodía. La latitud donde esto
ocurre cambia durante el año, causando variaciones según la época. La región
entre sus extremos norte y sur es denominada zona de convergencia
intertropical (ITCZ). Ella surge porque la Tierra está inclinada 23.5º con la
perpendicular en su órbita alrededor del Sol. El hemisferio que está inclinado
hacia el Sol es calentado más intensamente tanto porque el Sol se eleva más
alto en el cielo como porque el Sol se mantiene sobre el horizonte por más de
12 horas cada día. En el hemisferio opuesto, el Sol del mediodía está más bajo
en el horizonte en las latitudes similares, y la noche dura más de 12 horas.
Como la Tierra mantiene su orientación en el espacio según orbita alrededor
del Sol, los hemisferios del norte y el sur experimentan cada uno rotativamente
el invierno y el verano.
Entre la latitud de 23.5º N (el Trópico de Cáncer) y la latitud 23.5º S (el
Trópico de Capricornio) el Sol estará directamente sobre nuestras cabezas al
mediodía por lo menos un día en el año. Esto nunca sucede fuera de los
trópicos. El Sol está sobre la cabeza en el Trópico de Cáncer al mediodía del
22-23 de junio cada año y en el Trópico de Capricornio el 22-23 de diciembre.
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A la mitad del tiempo entre estas dos fechas el Sol del mediodía está sobre la
cabeza en el ecuador y el planeta experimenta 12 horas de día y 12 horas de
noche. El patrón de la circulación atmosférica se tiene que ajustar
constantemente a los cambios resultantes en la distribución de energía sobre el
planeta. (Las mayores fajas de viento cambian con la migración del ITCZ).
Otras complicaciones del patrón simple de circulación son causadas por la
presencia de montañas que desvían los vientos a baja altura. Las diferentes
vías en que los océanos, las áreas terrestres y los casquetes polares
responden a la influencia calórica del Sol también tienen que ser tenidas en
cuenta. Pero la mayor influencia en el clima es la circulación en los océanos.
TODO EN EL MAR,
CORRIENTES GIRATORIAS.
Las grandes corrientes en la superficie del océano son generadas por la
influencia de los vientos predominantes, que soplan permanentemente sobre el
mar. Al igual que la circulación atmosférica, ellas son influenciadas por la
rotación de la Tierra; pero a diferencia de los vientos la corrientes marinas son
incapaces de atravesar las masas terrestres. Así el patrón dominante de las
corrientes superficiales en el océano es aproximadamente circular, o giro, en
cada una de las grandes cuencas oceánicas. El movimiento de estas corrientes
es en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte y al contrario en el
sur. La excepción principal de este patrón es la corriente circumpolar que
fluye alrededor de la Antártica del oeste al este. No hay una corriente
equivalente en el hemisferio norte debido a las masas terrestres que se
interponen.
Dentro de la circulación de los giros, el agua se acumula en un domo, por
ejemplo en el Mar de los Sargazos el nivel del mar es alrededor de un metro
más alto que en la costa más cercana. Con el efecto de la rotación de la Tierra
es como si hubiera una fuerza empujándolo todo hacia el oeste en la cuenca
oceánica, y esto hace subir el agua al oeste de las cuencas oceánicas, así en
el Caribe, por ejemplo nivel es ligeramente mayor que en el lado del Pacífico
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del Canal de Panamá. Como el agua moviéndose en un cubo, según la Tierra
rota del oeste al este el agua se acumula en la “parte de atrás” de las cuencas
oceánicas.
Este efecto presiona los giros contra el lado occidental de las
cuencas oceánicas, produciendo corrientes estrechas y rápidas tales como la
Corriente del Golfo. Por contraste, el flujo de retorno desde el lado este de las
cuencas es más lento y más difuso.
En particular, la Corriente del Golfo transporta calor muy eficientemente en
dirección al norte y después
hacia el este a través del norte del océano
Atlántico. Esto hace que las Islas Británicas tengan inviernos más moderados
que la mayoría de las regiones en similares latitudes, tales como al sur de
Argentina. Otras corrientes oceánicas son menos estables que la Corriente del
Golfo. La circulación atmosférica-oceánica sobre la cuenca del Pacífico parece
ser capaz de existir en cualquiera de los dos estados, uno en el oeste con la
superficie del agua caliente y al este con el agua superficial fría, y otra con el
patrón inverso. En cada caso, la región caliente de la superficie oceánica
produce un patrón de convección con vientos soplando hacia la región caliente
desde el otro lado del océano. Estos vientos empujan la superficie caliente del
mar hacia la región caliente, dejando subir el agua profunda más fría y
manteniendo el patrón. Pero, por razones que todavía no son completamente
entendidas, de tiempo en tiempo el patrón se interrumpe y se invierte. Esto trae
cambios pronunciados del tiempo en regiones tan lejanas como Australia y
América del Sur.
El fenómeno local de un calentamiento de la superficie oceánica cerca de
América del Sur es llamado El Niño; y está relacionado con un cambio total del
patrón, lo que ocurre aproximadamente cada dos años, y es denominado la
Oscilación Sureña. Hay alguna evidencia de que la Oscilación Sureña influye
sobre el tiempo a escala global, incluyendo en la intensidad de los monzones
africanos.
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EN LAS PROFUNDIDADES,
LA CORREA TRANSPORTADORA OCEÁNICA.
Adicionalmente a la influencia de las corrientes superficiales, el océano lo hace
también sobre el clima a través de su propio patrón de convección. Al igual que
la atmósfera, el océano se calienta en la superficie, pero la superficie de la
Tierra está en el fondo de la atmósfera, y la superficie del océano está arriba.
Así el agua que es calentada por el Sol en los trópicos está ya en la superficie
del océano, y no se puede elevar más por la convección. En su lugar, la
convección oceánica mueve las aguas de las regiones polares, que son frías y
salinas, y las hunde a las profundidades dirigiéndolas hacia el ecuador.
El agua más densa se forma en la región cerca de la Antártica. Allí, el agua de
mar se congela para formar hielo a una temperatura aproximada de -1.9 grados
Celsius; el hielo es agua dulce, de manera que el agua de mar que queda es
más salobre y por lo tanto más densa. Ella fluye hacia debajo de la plataforma
continental para formar una gran corriente conocida como el Agua del Fondo
Antártico. Esta agua fría y densa corre alrededor de la Antártica a una
profundidad de cerca de 4 km, y extiende ramas hacia las cuencas profundas
de los océanos Atlántico, Pacífico e Indico. Estas corrientes profundas y frías
entonces se unen en una red de corrientes que conducen agua alrededor del
mundo.
El señor Wallace Broecker, del Lamont-Doherty Geological Observatory, en
Nueva York, imagina este sistema como una “correa transportadora
oceánica”, que trabaja en beneficio del Atlántico del Norte. Las corrientes
superficiales que traen agua caliente al Atlántico del Norte pueden ser seguidas
en toda su ruta hasta los océanos Pacífico e Indico. El agua pierde su calor con
los vientos fríos que soplan en el Atlántico del Norte desde Canadá, y se
hunden, iniciando la convección invertida del sistema de corrientes oceánicas
profundas. La cantidad de calor que pierden es cerca de un tercio al máximo,
cada año, según la región recibe el calor solar; esto principalmente beneficia a
Europa, la cual se encuentra geográficamente más abajo en el océano. Las
corrientes frías y profundas entonces llevan la circulación de regreso a los
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océanos Pacífico e Índico, donde el agua se eleva de nuevo (empujada por el
flujo creado) y se calienta según comienza el largo viaje de regreso hacia el
Atlántico del Norte.
El patrón se mantiene por la salinidad. Como la correa transportadora coopera
en esta vía, el norte del Atlántico es más caliente que el norte del Pacífico, de
manera que hay proporcionalmente mayor evaporación allí. El agua que queda
de la evaporación tiene una mayor concentración de sal de manera que es más
densa, lo que la ayuda a sumergirse. El flujo resultante, frío y profundo, se
inicia como la Corriente de Agua Profunda del Norte del Atlántico, un “río”
oceánico, que lleva un flujo de agua mayor que todos los ríos del mundo juntos.
Eventualmente, lleva sal hacia el Pacífico donde se diluye, reduciendo la
densidad del agua del flujo.
El patrón total es autosustentable. Más aun, el patrón será igualmente
autoestabilizador si la correa transportadora fuera a moverse en dirección
contraria, calentando el Pacífico del Norte en lugar del Atlántico del Norte. Pero
si la correa se detuviera, las tierras en el norte del Atlántico serían cerca de 6º
C más fría alrededor.
Los climatólogos han encontrado evidencia de repentinos cambios en el clima
durante las últimas etapas de la Edad del Hielo más reciente, la cual finalizó
hace cerca de 15 mil años. Hubo varias fluctuaciones de temperatura alrededor
del Atlántico del Norte, y el último período frío de la Edad de Hielo, conocido
como Younger Dryas, terminó hace 10 720 años. El norte de Groenlandia
registró entonces una elevación de la temperatura de 7º C, pero la misma
región también elevó su temperatura en 4º C durante 1920s.
Hay una sugerencia –no más que una sugerencia por el momento- que tales
cambios breves de una situación estable a otra pueden estar asociadas con
cambios en el sentido de la correa de transmisión oceánica, como la Oscilación
Sureña, pero a una mucho mayor escala y el señor Broecker ha expresado
preocupación porque tal cambio rápido pueda suceder de nuevo, quizás como
resultado de la intervención humana con el sistema natural del clima
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sumándose a la dimensión de los efectos de los gases de invernadero en la
atmósfera.
MANTENIÉNDOSE FRÍO: LA EDAD DE HIELO.
EFECTOS DEL DESPLAZAMIENTO CONTINENTAL.
La tercera característica física que determina el clima, después de la
circulación del aire y el mar, es la geografía del globo terrestre. Exagerando
este punto un poco, es posible hablar acerca de la “circulación” de la Tierra, tal
como la del aire y el mar, ya que la geografía no es fija sino que cambia según
los continentes se mueven sobre la superficie de la Tierra por los efectos de las
placas tectónicas. La influencia clave de la Tierra sobre el clima global es su
papel obstruyendo el flujo del agua hacia los polos.
A través de la mayor parte de la historia de la Tierra, el agua de los trópicos ha
sido capaz de penetrar las latitudes polares, incluso manteniendo a las
regiones polares libres de hielo. Pero la cubierta del hielo polar en el clima
actual es un buen reflejo de la energía solar que se recibe. Albedo, una
medida del poder reflector de una superficie, es cerca de 80% en la capa de
hielo polar comparada con el 40% de la Tierra en su totalidad. Parcialmente por
esto, y parcialmente porque la cubierta de hielo actúa como una tapa aislante
sobre el agua caliente debajo, remover la capa de hielo ártica tendría un
impacto dramático sobre el clima.
Hermann Flohn, que trabaja para el International Institute for Applied Sistems
Analisis, en Austria, sugiere que para derretir el hielo Ártico sería necesario
calentar el mundo 4º C. Este aumento en la temperatura en los bordes de la
capa de hielo flotante la haría derretirse, poniendo en exposición más aguas
oscuras las cuales podrían absorber mayor energía solar y acelerar el
derretido, hasta que todo el hielo hubiese desaparecido. La temperatura media
del aire sobre el Ártico hoy es cerca de -34º C. Pero, dice Flohn, que
removiendo la cubierta de hielo –inicialmente por el calentamiento de solo 4º Cse incrementaría la temperatura del aire superficial en invierno sobre el Ártico a
más de +4º C, una elevación de 38º C comparado con la situación actual.
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Las edades del hielo han sido raras en la Tierra durante su historia de 4-5
billones de años. La Tierra se ha desplazado solamente en raras ocasiones en
uno u otro de los polos, cerrando el flujo de agua caliente desde los trópicos y
creando una base sobre la cual la nieve que cae pueda amontonarse para
convertirse en láminas de hielo. La Antártica provee hoy el arquetipo para un
evento geográfico tan raro. El enfriamiento y congelamiento de la Antártica,
asociados coincidentemente con cambios en las corrientes oceánicas,
comenzó hace cerca de 40 millones de años, y la gran capa de hielo de la
Antártica se ha formado hace 15 millones de años.
Pero es mucho más difícil crear las condiciones requeridas para congelar el
océano en el polo, y las capas flotantes de hielo como las del Océano Ártico
hoy son mucho más raras que continentes glaciales. Hace 3 millones de años,
el océano Ártico estaba libre de hielo. La “permanente” capa de hielo norteña
que luce tan natural para nosotros puede haber aparecido tan recientemente
como entre 3 y 5 millones de años, según la parte norte de los continentes se
posicionaban alrededor del mar polar, cerrando la corriente de agua caliente
hacia el norte.
El patrón del clima que ha existido en los pasados pocos millones de años, con
hielo en ambos polos puede que nunca haya ocurrido antes. Como resultado,
la Tierra estaba en estado congelado, una Edad de Hielo, por cerca de 3
millones de años. Durante esa Época de Hielo, los glaciares han avanzado
repetidamente según la Edad de Hielo se ha desarrollado y se han retirado
ligeramente durante los intervalos más cálidos, conocidos como interglaciales.
Estas variaciones cíclicas del clima están ligadas con cambios regulares en la
órbita geométrica de la Tierra, que modifican el balance del calentamiento solar
entre las épocas. En términos redondos, cada Edad de Hielo dura cerca de 100
mil años y cada intervalo interglacial se mantiene por cerca de 15 mil años.
Nosotros vivimos en un interglacial que comenzó hace cerca de 15 mil años.
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Gráfico página 1.
Pie del gráfico.
Las fuerzas principales que controlan los vientos y las corrientes oceánicas son
radiaciones solares, la rotación del planeta y la distribución de la Tierra.
Pág. 2.
Gráfico superior.
La fuerza Coriolis, creada por la rotación de la Tierra, actúa para hacer girar las
corrientes del viento y el océano hacia el este en el hemisferio norte y hacia el
oeste en el hemisferio sur. Las células Hatley formadas por las corrientes de
convección ascendente resultan absorbidas dentro de este sistema.
Gráfico inferior.
La radiación solar es absorbida o redirigida en varias vías (las cifras son
porcientos).
Pág. 4
Pies de gráfico.
La correa transportadora oceánica es impulsada por las frías aguas polares
que se sumergen en un sistema de convección invertido que empuja el agua
profunda del océano hacia mares más calientes, y después hacia climas fríos.
Los cambios en la temperatura y densidad de las aguas saladas son el
combustible del “motor”.
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