Una retroalimentación climática es el fenómeno por el cual un efecto sobre el clima actúa a cambio de sus causas de una manera que puede estabilizarlo o por el contrario amplificarlo. En el primer caso, hablamos de retroalimentación negativa (oponiéndose al efecto) en el segundo, de retroalimentación positiva (reforzando el efecto), que puede conducir a la fuga . Este fenómeno es importante para comprender el calentamiento global porque estas retroalimentaciones pueden amplificar o atenuar el efecto de cada forzamiento climático y, por lo tanto, juegan un papel importante en la determinación de la sensibilidad climática y las proyecciones climáticas futuras.
El término "forzar" significa un cambio que puede "empujar" el sistema climático en la dirección del calentamiento o enfriamiento . Un ejemplo de forzamiento climático es el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera . Por definición, los forzamientos son externos al sistema climático mientras que sus retroalimentaciones son internas; en esencia, las retroalimentaciones representan procesos internos del sistema. Algunas retroalimentaciones pueden actuar relativamente aisladas del resto del sistema climático; otros, por el contrario, pueden estar estrechamente acoplados ; por lo tanto, no siempre es fácil determinar cuánto está afectando un proceso en particular al sistema.
El forzamiento y la retroalimentación juntos determinan la magnitud y la velocidad del cambio climático. La principal retroalimentación positiva del calentamiento global es la tendencia del calentamiento a aumentar la cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera, lo que conduce a un aumento del efecto invernadero y por lo tanto a un mayor calentamiento. La principal reacción negativa proviene de la ley de Stefan-Boltzmann : la cantidad de calor emitido por la Tierra al espacio cambia con la cuarta potencia de la temperatura y la atmósfera de la superficie de la Tierra. Las observaciones y los modelos muestran que el saldo neto de retroalimentaciones del calentamiento es positivo. Las retroalimentaciones positivas importantes pueden producir efectos repentinos o irreversibles , según la tasa y la magnitud del cambio climático.
Las predicciones y la evidencia respaldan la idea de que el calentamiento global podría hacer que los ecosistemas terrestres pierdan carbono en beneficio de un aumento de los niveles de CO 2atmosférico. Varios modelos climáticos indican que el calentamiento global en el XXI ° siglo podría acelerarse por la respuesta del ciclo del carbono terrestre a dicho calentamiento. Los 11 modelos del estudio C4MIP predijeron los niveles de CO 2Ecosistema atmosférico antropogénico original no absorbido debido al calentamiento climático. Al final de la XXI XX siglo, CO 2Rangos adicionales de 20 a 200 ppm para los dos modelos extremos, con la mayoría de modelos entre 50 y 100 ppm . El aumento de los niveles de CO 2impulsado tiene un calentamiento global adicional entre 0,1 y 1,5 ° C . Sin embargo, aún existía una gran incertidumbre en cuanto al alcance de estas sensibilidades. Ocho modelos atribuyeron la mayoría de los cambios a la tierra, mientras que tres lo atribuyeron al océano. Las reacciones más fuertes se deben al aumento de la desgasificación de carbono de los suelos de los bosques boreales de alta latitud en el hemisferio norte. Un modelo en particular ( HadCM3 ) identifica una retroalimentación secundaria del ciclo del carbono, debido a la pérdida de gran parte de la selva amazónica en respuesta a una reducción significativa de las precipitaciones en América del Sur tropical . Aunque los modelos no coinciden en la intensidad de la retroalimentación del ciclo del carbono de la Tierra, todos concluyen que dicha retroalimentación aceleraría el calentamiento global.
Las observaciones muestran que los suelos del Reino Unido han estado perdiendo carbono a un ritmo de cuatro millones de toneladas por año durante 25 años, según un artículo de Bellamy et al. , publicado en Nature en septiembre de 2005, que informa que es poco probable que el fenómeno se explique por cambios en el uso del suelo. Dichos resultados se basan en una fina malla del territorio y, por lo tanto, no están disponibles a escala mundial. Extrapolando a todo el Reino Unido, estiman las pérdidas anuales en 13 millones de toneladas por año. Esto equivale a la reducción anual de las emisiones de dióxido de carbono lograda por el Reino Unido en virtud del Tratado de Kioto (12,7 millones de toneladas de carbono por año).
Chris Freeman también sugirió que la liberación de carbono orgánico disuelto (DOC) en las vías fluviales de las turberas (de las que escapa a la atmósfera) proporcionaría un circuito de retroalimentación positiva sobre el calentamiento global. El carbono almacenado actualmente en las turberas (entre 390 y 455 gigatoneladas, o un tercio de todo el carbono terrestre almacenado), representa más de la mitad de la cantidad de carbono ya presente en la atmósfera. Los niveles de DOC en los ríos están aumentando significativamente. La hipótesis de Freeman es que no son las altas temperaturas, sino los altos niveles de CO 2que son responsables de ello, gracias a la estimulación de la productividad primaria .
Se cree que la mortalidad de los árboles está aumentando debido al calentamiento global. Este fenómeno reduce las capacidades de almacenamiento de carbono, lo que constituye un efecto de retroalimentación positiva.
Los estudios sugieren que los humedales y los ecosistemas de agua dulce pueden convertirse en los mayores contribuyentes a la retroalimentación climática del metano .
Descongelar el permafrost árticoEl calentamiento global hace que el permafrost se derrita, lo que a su vez acentúa el calentamiento global y así sucesivamente, es un circuito de retroalimentación: a medida que el calentamiento global se intensifica, el permafrost de latitudes altas se descongela y provoca la liberación de dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4 ) en la suelo, que a su vez aumenta el calentamiento global.
El deshielo causado por el calentamiento global libera enormes cantidades de carbono (principalmente en forma de metano) a la atmósfera en las regiones árticas. El metano liberado al descongelar el permafrost , como las turberas congeladas en Siberia , y el clatrato de metano del lecho marino, crea una retroalimentación positiva. Enabril de 2019, Turetsky y col . informan que el permafrost se descongela más rápido de lo esperado.
Metano emitido por el deshielo de las turberasSiberia occidental es la turbera más grande del mundo, una región de un millón de kilómetros cuadrados de permafrost que se formó hace 11.000 años al final de la última Edad de Hielo. Se espera que el derretimiento de su permafrost conduzca a la liberación de enormes cantidades de metano durante varias décadas. En las próximas décadas podrían liberarse hasta 70.000 millones de toneladas de metano, un gas que contribuye en gran medida al efecto invernadero , lo que agravaría enormemente las emisiones de gases de efecto invernadero . Este derretimiento se ha observado en el este de Siberia. Lawrence y col . (2008) encontraron que el rápido derretimiento del hielo marino ártico crearía un circuito de retroalimentación que conduciría a un rápido deshielo del permafrost ártico, lo que a su vez reavivará el calentamiento del invernadero.
Metano liberado de los hidratosEl hidrato de metano o clatrato de metano es una forma de agua helada que atrapa una gran cantidad de metano en su estructura cristalina . Se han descubierto depósitos extremadamente grandes de hidrato de metano en los sedimentos del lecho marino de la Tierra. Los estudios consideran que la liberación repentina de grandes cantidades de gas de los depósitos de hidrato de metano, bajo el efecto del calentamiento global, podría causar un calentamiento global galopante (en) el pasado, o incluso en el futuro. La liberación de este metano atrapado es una de las principales consecuencias de un aumento de temperatura; Se cree que esto podría incrementar la temperatura del planeta en 5 ° C más, produciendo el metano un efecto invernadero mucho más fuerte que el del CO 2.. Además, esta liberación de metano debería afectar seriamente el contenido de oxígeno disponible en la atmósfera. Esta teoría ha sido propuesta para explicar el fenómeno de extinción masiva más severo del mundo, conocido como evento de extinción Pérmico-Triásico , así como el evento máximo térmico de la transición Paleoceno - Eoceno . En 2008, una expedición de investigación de la Unión Geofísica de EE. UU. Detectó niveles de metano hasta 100 veces más altos de lo normal en el Ártico Siberia. El fenómeno se explica por la desgasificación de los hidratos de metano a través de los orificios que aparecieron en la "cubierta" congelada formada por el permafrost del fondo marino, cerca de la desembocadura del río Lena y en la zona comprendida entre el mar de Laptev y el mar de Siberia Oriental .
Aumento repentino del metano atmosféricoEl Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) y el Programa Científico del Cambio Climático de los Estados Unidos (CCSP) han examinado la posibilidad de que el cambio climático futuro provoque un rápido aumento del metano atmosférico . El tercer informe de evaluación del IPCC , publicado en 2001, examinó los posibles aumentos rápidos de metano debido a la reducción de los sumideros químicos atmosféricos o la liberación de metano enterrado en el suelo. En ambos casos, se consideró que dicha divulgación sería "excepcionalmente improbable" (menos del 1% de probabilidad, según la opinión de un experto). La evaluación del PSAB, publicada en 2008, concluyó que una liberación repentina de metano a la atmósfera parecía "muy improbable" (menos del 10% de probabilidad, según la opinión de un experto).
Sin embargo, en su evaluación, la PSAB señaló que el calentamiento global "muy probablemente" (con una probabilidad superior al 90% según la opinión de los expertos) aceleraría la tasa de emisiones permanentes tanto de fuentes de hidratos como de humedales .
DescomposiciónLa materia orgánica almacenada en el permafrost emite calor a medida que se descompone en respuesta al derretimiento del permafrost.
Descomposición de turbaLa turba que se forma en las turberas es un importante reservorio de materia orgánica a nivel mundial. Cuando la turba se seca, se convierte en un combustible que se puede quemar. El ajuste del nivel freático debido al calentamiento global puede dar lugar a grandes excursiones de carbono de las turberas. Puede liberarse en forma de metano, lo que acentúa el fenómeno de retroalimentación, debido a su alto potencial de calentamiento global .
El secado de la selva tropicalLas selvas tropicales , especialmente las selvas tropicales , son particularmente vulnerables al calentamiento global. Pueden ocurrir varios efectos, pero dos son de especial preocupación. Primero, la vegetación más seca puede causar el colapso completo del ecosistema de la selva tropical. Por ejemplo, la selva amazónica tenderá a ser reemplazada por ecosistemas de caatinga . Además, incluso los ecosistemas de selva tropical que no colapsan por completo pueden perder gran parte del carbono que almacenan a medida que se seca la vegetación.
incendios forestalesEl Cuarto Informe de Evaluación del IPCC predice que muchas regiones de latitudes medias, como la Europa mediterránea, experimentarán una disminución de las precipitaciones y un mayor riesgo de sequía , lo que permitiría que los incendios forestales ocurran con mayor regularidad y mayor escala. Estos incendios liberan más carbono almacenado a la atmósfera del que el ciclo del carbono puede reabsorber naturalmente, al tiempo que reducen el área total de bosque en el planeta, creando un circuito de retroalimentación positiva. Parte de este circuito de retroalimentación incluye un crecimiento más rápido de los bosques de reemplazo y la migración de los bosques hacia el norte, ya que el clima en las latitudes del norte se vuelve más propicio para la preservación de los bosques.
DesertificaciónLa desertificación es consecuencia del calentamiento global en algunos ambientes. Los suelos desérticos contienen poco humus y sostienen poca vegetación. Como resultado, la transición a ecosistemas desérticos generalmente se asocia con excursiones de carbono atmosférico.
Resultados de modeladoLos pronósticos de calentamiento global presentados en el Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del IPCC tienen en cuenta los ciclos de retroalimentación del ciclo del carbono. Los autores del AR4 señalaron, sin embargo, que el conocimiento científico sobre la retroalimentación del ciclo del carbono era deficiente. Proyecciones AR4 se basaron en una serie de escenarios de emisiones de efecto invernadero y sugirieron un calentamiento entre finales del 20 º y el final de la 21 ª siglo de 1,1 a 6.4 ° C . Este es el rango "probable" (probabilidad superior al 66%), según el juicio experto de los autores del IPCC. Los autores señalaron que el límite inferior del rango "probable" parecía estar mejor controlado que el límite superior, en parte debido a la retroalimentación del ciclo del carbono. La Sociedad Meteorológica Estadounidense ha indicado que se necesita más investigación para modelar los efectos de la retroalimentación del ciclo del carbono en las proyecciones del cambio climático.
Isaken y col. (2010) examinaron cómo las futuras emisiones de metano del Ártico podrían contribuir al calentamiento global. Su estudio sugiere que si las emisiones globales de metano se multiplicaran por un factor de 2.5 a 5.2 sobre las emisiones actuales, entonces la contribución indirecta del forzamiento radiativo sería aproximadamente 250% y 400% del forzamiento que se atribuye directamente al metano . Esta amplificación del calentamiento debido al metano se explica por los cambios proyectados en la química atmosférica.
Schaefer y col. (2011) examinaron cómo el carbono liberado por el permafrost podría contribuir al calentamiento global. Su estudio predijo cambios en el permafrost basado en un escenario de emisiones de gases de efecto invernadero promedio ( SRES A1B). Según el estudio, para el año 2200, el retorno del permafrost podría generar 190 ± 64 gigatoneladas de carbono acumulativamente en la atmósfera. Los autores creen que esta estimación puede ser baja.
Implicaciones de la política climáticaLa incertidumbre sobre la retroalimentación del cambio climático tiene implicaciones para la política climática. Por ejemplo, las incertidumbres sobre la retroalimentación del ciclo del carbono pueden afectar los objetivos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Los objetivos de emisiones a menudo se basan en un nivel objetivo para estabilizar las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera o en un objetivo para limitar el calentamiento global a un cierto nivel de temperatura. Pero definir estos objetivos (concentraciones o temperaturas) requiere una comprensión de los desarrollos futuros en el ciclo del carbono. Si los modelos predicen incorrectamente cambios futuros en el ciclo del carbono, los objetivos de concentración o temperatura pueden ser inapropiados. Por ejemplo, si los modelos subestiman la cantidad de carbono liberado a la atmósfera debido a reacciones positivas (como, por ejemplo, el derretimiento del permafrost), también pueden subestimar la magnitud de las reducciones de emisiones necesarias para lograr el objetivo previsto.
Se espera que el calentamiento cambie la distribución y el tipo de nubes. Vistas desde abajo, las nubes reflejan la radiación infrarroja hacia la superficie y, por lo tanto, tienen un efecto de calentamiento; Vistas desde arriba, las nubes reflejan la luz del sol y emiten radiación infrarroja al espacio, por lo que tienen un efecto de enfriamiento. El balance neto entre calentamiento o enfriamiento depende del tipo y la altitud de la nube. Las nubes altas tienden a retener más calor y, por lo tanto, tienen una retroalimentación positiva. Las nubes de baja altitud normalmente reflejan más luz solar y, por lo tanto, tienen una retroalimentación negativa. Estas características se observaron de manera deficiente antes de la llegada de los datos satelitales y son difíciles de representar en modelos climáticos.
Una simulación de 2019 predice que si los gases de efecto invernadero alcanzan tres veces el nivel actual de dióxido de carbono en la atmósfera, las nubes de estratocúmulos podrían dispersarse repentinamente, contribuyendo al calentamiento global.
Las descargas de origen biológico pueden verse afectadas por el calentamiento global, pero la investigación sobre tales efectos aún está en pañales. Algunos de estos gases, como el óxido nitroso liberado por la turba o el deshielo del permafrost , tienen efectos directos sobre el clima. Otros, como el sulfuro de dimetilo liberado de los océanos, tienen efectos indirectos.
Cuando el hielo se derrite, la tierra o el mar abierto toman su lugar. El agua superficial y el agua abierta son generalmente menos reflectantes que el hielo y, por tanto, absorben más radiación solar. Esto contribuye al calentamiento, que a su vez provoca más fusión, y así es como se amplifica el ciclo. Durante los períodos de enfriamiento climático, por otro lado, la extensión de hielo adicional aumenta la reflectividad , lo que reduce la absorción de la radiación solar y aumenta el enfriamiento, lo que hace que el planeta experimente un ciclo de enfriamiento más grande. Este fenómeno se considera una retroalimentación particularmente rápida.
El cambio de albedo es la principal razón por la que el IPCC predice un aumento de las temperaturas en el Polo Norte hasta dos veces más alto que en el resto del mundo, en un proceso conocido como amplificación polar . En septiembre de 2007, el área de la capa de hielo ártico era aproximadamente la mitad del promedio de las áreas mínimas registradas entre 1979 y 2000. También en septiembre de 2007, el hielo marino del Ártico retrocedió tanto que el Paso del Noroeste se volvió accesible al mar. navegación por primera vez desde el comienzo del período histórico. Sin embargo, las pérdidas récord de 2007 y 2008 podrían ser temporales. Mark Serreze, del Centro Nacional de Datos sobre Hielo y Nieve de EE. UU., Considera que 2030 es una "estimación razonable" de cuándo la capa de hielo del Ártico en verano podría derretirse por completo en verano. La amplificación polar no se espera del calentamiento global que se produzca en el hemisferio sur. El área de la capa de hielo de la Antártida alcanzó su máximo en 2008 desde que comenzaron las observaciones en 1979, pero el aumento de hielo en el sur no compensa el área perdida en el norte. La tendencia global (hemisferios norte y sur combinados) es claramente hacia la retirada del hielo.
El hielo derretido en sí mismo puede estar sujeto a retroalimentación interna porque, al derretirse, el hielo que cubre el suelo provoca un aumento del nivel eustático del mar, lo que lleva a una posible inestabilidad de las plataformas de hielo e inundaciones de hielo costero, como las lenguas de los glaciares . Además, otro ciclo de retroalimentación puede ser causado por terremotos debido al rebote post-glacial , desestabilizando más presas de hielo, glaciares y casquetes polares.
El albedo glacial de algunos bosques subárticos también está cambiando. El alerce , que pierde sus agujas en invierno permitiendo que la luz del sol se refleje en la nieve en primavera y otoño, es reemplazado gradualmente por abeto (que retiene sus agujas oscuras durante todo el año.
Si la atmósfera se calienta, la presión de vapor saturado aumenta y la cantidad de vapor de agua en la atmósfera tenderá a aumentar. Dado que el vapor de agua es un gas de efecto invernadero , aumentar el contenido de vapor de agua hace que la atmósfera sea aún más caliente; este calentamiento hace que la atmósfera retenga más vapor de agua (retroalimentación positiva) y así sucesivamente hasta que otros procesos detengan el circuito de retroalimentación. Esto da como resultado un efecto invernadero mucho mayor que el debido únicamente al CO2. Aunque este proceso de retroalimentación provoca un aumento en el contenido de humedad absoluta del aire, la humedad relativa permanece casi constante o incluso disminuye ligeramente a medida que el aire es más cálido. Los modelos climáticos incorporan esta retroalimentación. La retroalimentación del vapor de agua es muy positiva, y la mayoría de los datos sugieren una magnitud de 1,5 a 2,0 W / m 2 / K , suficiente para casi duplicar el calentamiento que se habría producido sin este efecto. La retroalimentación del vapor de agua se considera un mecanismo de retroalimentación más rápido que otros.
Cualquier cuerpo, como el cuerpo negro , emite radiación térmica en el espacio que aumenta, de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzmann , con la potencia de cuatro de su temperatura absoluta . Este fenómeno permite que la Tierra emita más energía cuando se calienta. El impacto de esta retroalimentación negativa se incluye en los modelos de circulación general establecidos por el IPCC . Esta retroalimentación también se denomina "retroalimentación de Planck ".
Siguiendo el principio de Le Chatelier , el equilibrio químico del ciclo del carbono en la Tierra se ve modificado por las emisiones antropogénicas de CO 2. El océano es el principal sumidero de CO 2antropogénico a través de la llamada bomba de solubilidad (en) . Hoy, eso representa solo alrededor de un tercio de las emisiones actuales, pero a largo plazo, durante un período de varios siglos, alrededor del 75% del CO2 emitido por las actividades humanas terminará siendo absorbido por los océanos: "Para describir en el debate público la vida útil del CO 2de origen fósil, una buena aproximación es decir que puede durar 300 años, más una duración infinita del 25% ” (de este CO 2). Sin embargo, la velocidad a la que los océanos capturarán este CO 2en el futuro es incierto y se verá afectado por su estratificación por efecto del calentamiento, o incluso por cambios en su circulación termohalina .
Meteorización de rocasLa meteorización de las rocas ayuda a eliminar la escala de tiempo geológico, CO 2atmosférico. Con el calentamiento global actual, la tasa de meteorización está aumentando, lo que indica un efecto de retroalimentación climática significativo que involucra la superficie de la Tierra.
BiosequestraciónLa biosequestración (en) es un secuestro de dióxido de carbono por procesos biológicos para capturar y almacenar CO 2desde la atmósfera hasta los equilibrios del ciclo del carbono . Por ejemplo, la formación de conchas por organismos marinos absorbe CO 2 a largo plazo.disuelto en los océanos pero su sedimentación en forma de roca caliza lleva miles, incluso cientos de miles de años; por otro lado, este CO 2 disuelto acidifica los océanos, dificultando su integración en las conchas en forma de iones carbonato.
La temperatura de la atmósfera disminuye con la altitud en la troposfera . Debido a que la intensidad de la radiación varía con la temperatura, la radiación infrarroja que escapa de la atmósfera superior relativamente fría al espacio es menor que la emitida al suelo por la atmósfera inferior. Por tanto, la importancia del efecto invernadero depende del gradiente de temperatura de la atmósfera con la altitud. Tanto la teoría como los modelos climáticos indican que el calentamiento global reduce el gradiente de temperatura vertical (in) , produciendo una retroalimentación negativa que debilita el invernadero. Las mediciones del gradiente térmico vertical son muy sensibles a la precisión de las observaciones, lo que dificulta el registro de modelos basados en observaciones.
El gráfico opuesto sugiere que el efecto general del calentamiento global sobre la demografía y el desarrollo humanos podría ser negativo. Si este es el caso, podemos vislumbrar, en la escala de un siglo, un nuevo equilibrio de la biosfera terrestre, radicalmente diferente, si la población humana disminuye drásticamente bajo el efecto del calentamiento global .
"Curiosamente, la retroalimentación real es consistentemente más débil que el valor de humedad relativa constante, lo que implica una reducción pequeña pero robusta de la humedad relativa en todos los modelos en promedio, las nubes parecen proporcionar una retroalimentación positiva en todos los modelos"
