Una cuestión de sensibilidad

Una cuestión de sensibilidad

Evaluar cómo el planeta responderá a las crecientes emisiones sigue siendo una de las grandes cuestiones en climatología.
Mason Inman
Nature reports on climate change

Durante décadas, los climatólogos han estado buscando lo que algunos consideran el Santo Grial: una estimación precisa de la sensibilidad del clima. Este número capta cómo la temperatura responde a los gases invernadero que se están acumulando en la atmósfera, una cantidad de peso cuando las emisiones están aumentando rápidamente. Si los científicos pudieran calcular con exactitud un número para la sensibilidad, daría una visión mucho más clara de cómo el calentamiento global cambiará la faz de nuestro planeta. También tendría grandes implicaciones para los políticos, quienes quieren concretar qué cantidad de CO2 y de otros gases invernadero pueden verter a la atmósfera manteniendo la creciente fiebre de la Tierra por debajo de niveles peligrosos. “Hay una sensibilidad climática real”, aseguró Reto Knutti, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich. “Simplemente no sabemos su valor.” Nuestro clima podría ser como un firme colchón de muelles, que cede ligeramente cuando te tumbas en él. O podría ser como uno de látex, en el que te hundes profundamente. O también es posible que sea muy frágil: las patas podrían partirse haciendo que se derrumbase la cama entera. No queremos arriesgarnos a romper la cama para descubrir si podemos dormir en ella, de manera que todo lo que podemos hacer es presionarlo ligeramente con la punta de los dedos. Como sólo existe un planeta Tierra, los científicos han tenido que estimar la sensibilidad de nuestro clima usando una variedad de métodos indirectos, combinando experimentos teóricos con datos del pasado y simulaciones del futuro. Hasta el momento, la mejor estimación de este enfoque es que la temperatura aumentará 3 °C si las concentraciones atmosféricas de CO2 se duplican desde los niveles preindustriales, lo que se puede usar como regla general para calcular el calentamiento futuro.

[Figure 1: Studies estimating the climate's sensitivity give a large range of possibilities, but they agree that the most likely value is 3 °C. Some scientists worry, however, about the 'fat tail', showing a small but real possibility that the sensitivity could be high — 6 °C or even more. Graph adapted from the IPCC's Fourth Assessment Report9. ] [Figure 2: Underestimating climate sensitivity could mean a pile-up of severe impacts, such as floods, as temperatures climb higher than expected. ISTOCKPHOTO / DAGELDOG]

Pero para la Comisión Intergubernamental en Cambio Climático, el verdadero valor “probablemente” se encuentre entre 2 y 4,5 ºC. Sin embargo, este rango de probabilidades contempla que una de cada tres sensibilidades sea más alta o más baja, incluyendo la posibilidad de que sea 6 °C o más (figura 1). Al hecho de que la estimación de la sensibilidad tenga una larga cola en la gráfica –en otras palabras, una gran probabilidad de que sea más alta de lo estimado– no se le ha prestado una gran atención, afirmó el climatólogo Stephen Schneider, de la Universidad de Stanford en California.

“Hemos estado discutiendo esto durante los últimos 40 años y todavía no lo hemos resuelto”, concluyó en la Reunión de Otoño de la Unión Geofísica Americana que se celebró en diciembre, puntualizando que todavía hay “una amplio rango de incertidumbre que va desde 1,1 ºC hasta el ‘¡oh, Dios mío!’”. Y aunque hay un cierto consenso sobre el valor más probable para la sensibilidad, Schneider asegura que es más interesante saber lo que ocurre por encima y por debajo de ese número porque las repercusiones más importantes del clima –como las sequías y las inundaciones, el colapso de los ecosistemas y la propagación de enfermedades– aumentan cuando suben las temperaturas. “Después de todo, no se compra un seguro para la media, sino para el uno por ciento de los valores extremos”, señaló Schneider.

Un margen derrochado
Puesto que el calentamiento y muchos de sus efectos colaterales probablemente durarán varios cientos de años o más –en términos humanos, para siempre–, la humanidad tiene una única oportunidad de enfrentarse al cambio climático. “No podemos tener como único objetivo, por ejemplo, la reducción de emisiones y esperar que la sensibilidad sea baja, y si es alta, entonces ajustarla y plantearse otro objetivo más bajo”, declaró Knutti. Si cruzamos la línea del calentamiento peligroso –que se acepta globalmente por encima de los 2 °C de la temperatura preindustrial–, “no hay vuelta atrás durante mucho tiempo”, aseguró1.

Por eso es crucial llegar a un acuerdo sobre los objetivos de las emisiones de gases invernadero, que será precisamente el propósito clave de las discusiones sobre política climática de la Naciones Unidas en Copenhague este diciembre. Pero, puesto que el sistema puede responder a nuestras emisiones más o menos como se espera, la conclusión del nuevo estudio de Myles Allen y David Frame, de la Universidad de Oxford, publicado Nature2, es que podemos necesitar algo más que objetivos para evitar exceder el límite de los 2 °C. Estos investigadores afirman que para evitar el peligroso calentamiento del CO2 solo, necesitaríamos limitar todas las emisiones de la humanidad, desde el comienzo de la era industrial hasta el futuro, a menos de un trillón de toneladas de carbono. Hasta ahora, ya hemos consumido más o menos la mitad de ese margen.

Sin embargo, consideran que algunos de los modelos climáticos se calientan en exceso en respuesta al CO2 y otros no lo suficiente, aunque todas las simulaciones se supone que son bastante realistas. Si los modelos más sensibles son correctos, nuestro margen global puede ser incluso menor que un trillón de toneladas de carbono. Entonces estaríamos mucho más cerca de llegar al límite, momento en el que las emisiones globales de gases invernadero tendrían que reducirse a cero para mantener la temperatura por debajo de 2 °C. Si el calentamiento supera este umbral –lo que muchos científicos temen que ocurrirá3–, la posibilidad de una sensibilidad climática alta es especialmente preocupante.

A pesar de los múltiples intentos para evaluar el riesgo de que esto suceda, muchos climatólogos creen que las investigaciones de las últimas décadas no han supuesto un gran progreso en este tema. “Da bastante que pensar mirar hacia atrás y preguntarnos cuánto hemos avanzado”, afirmó Björn Stevens, del Instituto de Meteorología Max Planck de Hamburgo, Alemania. “Sobre sensibilidad no ha habido mucho progreso”, coincidió Schneider. “Todavía tenemos esta incómoda cuestión de la larga cola”, afirmó. “No creo que seamos capaces de resolverlo pronto… Desde luego, no en las próximas décadas.”

Aunque la sensibilidad no es la única fuente de incertidumbre sobre cómo el clima afectará a la Tierra, “es la incertidumbre en la sensibilidad la que domina las proyecciones a largo plazo”, aseguró Knutti. También existe incertidumbre sobre cómo el ciclo del carbono responderá al cambio, lo que determinará cuánta cantidad de los gases invernadero emitidos será absorbida por la tierra, los océanos y los organismos. Incluso más compleja es la incertidumbre de cómo afectará el cambio climático a los ecosistemas o las economías. Pero, “en lo que se refiere a la sensibilidad climática, la incertidumbre es de al menos un 33%”, afirmó Schneider. Ésta es esencialmente la diferencia entre un calentamiento relativamente suave y uno extremo, por lo que es una clave desconocida para los científicos que trabajan en el sistema climático.

Un problema persistente
Los académicos han estado intentando estimar este número desde los comienzos de la climatología hace más de un siglo. Desde entonces, los investigadores que querían saber cómo los gases invernadero afectarían al planeta han usado un simple experimento teórico: duplicar la cantidad de CO2 en el aire y mantener ese nivel durante cien años o más, hasta que la temperatura del planeta dejara de subir y se estabilizase en un nuevo estado más cálido. Este método algo artificial aunque útil fue diseñado por el ganador del Premio Nobel de Química Svante Arrhenius, que fue el primero en estimar la sensibilidad.

En 1890, Arrhenius comprendió que en el sistema climático hay algunas reacciones cruciales, denominadas retroalimentación, que dificultan el cálculo de la sensibilidad a los cambios en el dióxido de carbono atmosférico. Él consideró sólo una de éstas, aunque la más importante: el calentamiento causado por la evaporación. Los gases invernadero atrapan el calor, causando una mayor evaporación, y puesto que el vapor de agua es un poderoso gas invernadero, amplifica este calentamiento. Después de dos años de agotadores cálculos a mano, Arrhenius estimó que duplicar la cantidad de CO2 aumentaría la temperatura del planeta 5,5 °C.

Desde entonces, las simulaciones sobre el clima se han vuelto más complejas y fiables, conduciendo a sofisticados modelos computacionales, datos de las temperaturas del siglo pasado y conocimiento del clima de hace decenas de miles de años. Algunos aducen que en realidad ahora conocemos la sensibilidad climática bastante bien. En la Reunión de Otoño de la Unión Geofísica Americana, el climatólogo James Hansen, director del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York, afirmó: “La sensibilidad climática está clara. Es tres grados para el doble de CO2, más o menos medio grado”. El método al que recurrió Hansen –observar el estado del planeta durante la última glaciación, hace 20 millones de años– tiene algunas ventajas. “La física es exacta. No está modelada”, expuso Hansen. “Todas las retroalimentaciones operan correctamente.”

Pero otros todavía no están convencidos. El planeta era un sitio muy diferente hace miles de años, con gruesas placas de hielo cubriendo la mayor parte de Norteamérica y Europa Occidental, así que no podemos asumir que la sensibilidad sea igual que entonces, observó Knutti. “Cuanto más atrás vas, más objeciones se encuentran al asumir este hecho”, afirmó. “Personalmente, no me fío mucho de las estimaciones paleoclimáticas.”

Aparte de este método empleado por Hansen, todos los otros métodos para estimar la sensibilidad dieron respuestas mucho más confusas. Los estudios sobre la temperatura del siglo pasado, por ejemplo, sugieren que la sensibilidad probablemente esté entre 1,5 y 6 °C. El registro más largo del pasado milenio da un rango incluso más amplio porque las medidas subyacentes –de los anillos de los árboles, los núcleos sedimentarios y otras fuentes– son menos fiables que las modernas lecturas de los termómetros. Las erupciones de los grandes volcanes sirven como experimentos de enfriamiento climático natural que los investigadores usan para afinar sus estimaciones de la sensibilidad. Sin embargo, este método también proporciona un amplio rango de posibles sensibilidades que deja abierta una gran probabilidad de que el verdadero valor sea muy alto: 6 °C o más.

La Comisión Intergubernamental en Cambio Climático aplicó juicios de expertos para seleccionar entre estas variadas estimaciones y determinar un rango de probabilidades más estrecho de 2-4,5 °C. Algunos han solicitado una aproximación más rigurosa combinando las series de datos, lo que es posible con la estadística bayesiana. Esta técnica proporciona un modo único de tomar una serie de datos y actualizarlos según aparecen datos nuevos, lo que proporciona una imagen más global de la que se puede lograr mediante un método único. Empleando esta aproximación para combinar las modernas estimaciones de la sensibilidad con otras cuatro clases de medidas indicadoras tomadas desde hace 700 años, Gabriele Hegerl y sus colegas de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, han estrechado la posibilidad de que la sensibilidad esté por encima de los 4,5 °C en un 15%. También mediante el método bayesiano, pero con registros de temperatura tomados después de las erupciones volcánicas y de la última glaciación, James Annan y Julia Hargreaves, de la Agencia Japonesa para la Tecnología y las Ciencias Terrestres y Marinas de Yokohama, han recortado esta probabilidad hasta el 5%4.

Sin embargo, este enfoque todavía no ha prendido entre la comunidad de climatólogos. “Nadie ha presentado un caso claro de que nuestros razonamientos sean incorrectos, pero tampoco nadie los ha respaldado”, observó Annan. “No creo que haya una bala mágica que vaya a mejorar enormemente las estimaciones”, añadió. Sin embargo, creo que la aproximación más prometedora es hacer las clase de cosas que estamos haciendo, intentando combinar las evidencia que ya tenemos.” Una preocupación que surge es que varias estimaciones usadas en estos análisis pueden no ser totalmente independientes. A menos que se tengan en cuenta meticulosamente las posibles superposiciones, los resultados pueden contabilizarse más de una vez, lo que crearía una falsa sensación de seguridad, algo que los climatólogos quieren evitar a toda costa5.

La imagen global
Un enfoque alternativo para entender la sensibilidad implica tener un mejor manejo de cómo los procesos complejos –como la formación de nubes– se ajustan en los modelos climáticos. Así como un cuadro impresionista puede captar una escena a pesar de usar amplias pinceladas, los modelos intentan capturar el efecto global del funcionamiento real de estos procesos. Ajustando sus procesos internos, llamados parámetros, y ejecutando los modelos muchas veces con varias combinaciones de estos ajustes finos, los científicos han sido capaces de extraer el sentido al rango de posibilidades de la sensibilidad, así como las razones de los posibles valores atípicos.

Las respuestas de estos estudios han sido poco tranquilizadoras. En un esfuerzo para producir predicciones climáticas hasta el año 2080 usando el tiempo de ordenadores de voluntarios, Climateprediction.net ha ejecutado simulaciones climáticas miles de veces y ha encontrado que ajustando los parámetros ligeramente se genera una simulación que muestra sensibilidades climáticas por debajo de 2 °C y por encima de 11 °C, un rango enorme6. Esto ha generado un gran debate sobre si este rango refleja un conjunto concreto de posibilidades en el mundo real o si simplemente revela cómo funcionan los modelos climáticos.

También se está debatiendo si mejorando los modelos de los procesos complejos –como el grado en el que las nubes contrarrestan el calentamiento– se estrecharía esta sensibilidad. Mientras las investigaciones están en marcha para mejorar la parametrización de las nubes, que probablemente se incluirá en varios modelos climáticos globales que determinarán el Quinto Informe de Evaluación de la Comisión Intergubernamental en Cambio Climático, este esfuerzo será en vano al menos en lo que se refiere a estimar la sensibilidad. Se sabe desde hace tiempo que la incertidumbre en los parámetros de algunos componentes del modelo, como las nubes o las corrientes oceánicas, generan estimaciones en el límite del espectro. Gerard Roe y Marcia Baker, de la Universidad de Washington en Seattle, afirmaron que es esto es inevitable y que limita la capacidad de los científicos para estimar la sensibilidad7. “Esta determinación es inmutable, sin importar cuántas mejoras hagas en los parámetros”, aseguró Baker. “No se necesita una compleja explicación.”

Sin embargo, algunos opinan que se puede soslayar este aparente límite. Nathan Urban y Klaus Keller, de la Universidad Estatal de Pennsylvania, observaron recientemente dos parámetros cruciales para la sensibilidad: la absorción de calor por la superficie oceánica y la velocidad a la que este calor se difunde en el océano. Estos dos componentes tienen efectos opuestos en la sensibilidad climática puesto que para que la sensibilidad sea alta, el océano debe absorber mucho calor pero no distribuirlo bien en las zonas profundas. Urban y Keller argumentaron que mediante la combinación de estas medidas podría descartarse la posibilidad de que estos componentes se ajustasen para producir la mayor sensibilidad posible. Es como jugar a las 20 preguntas: comienzas únicamente con una vaga idea de lo que intentas adivinar, por ejemplo una clase de animal, y luego vas estrechando las posibilidades: color oscuro, del tamaño de una caja de zapatos…, hasta que logras una buen conjetura: es una gato negro. De forma parecida, expusieron Urban y Keller, recogiendo los mejores datos de aspectos complementarios del clima y equilibrándolos unos con otros, sería posible precisar la sensibilidad climática8.

¿Se suspende la búsqueda?
Sin embargo, el razonamiento de Roe y Baker ha convencido a algunos de que es la hora de estrechar el rango de posibilidades. “El límite superior de la sensibilidad climática se ha convertido en el Santo Grial de la investigación sobre el clima”, escribieron Allen y Frame en la revista Science en 2007. “Tal y como Roe y Baker puntualizaron, es inherentemente difícil de encontrar. Promete fama y felicidad eternas al que los encuentre, pero puede que no exista. Quizá sea el momento se suspender la búsqueda”, concluyeron. David Stainforth, de la Facultad de Economía de Londres y director del proyecto Climateprediction.net, está de acuerdo: “No creo que vayamos a reducir la incertidumbre en un futuro cercano. Hay que avanzar y decir que podemos arreglárnoslas así”.

Incluso aunque no hubiera ninguna limitación inherente a la habilidad de los investigadores para calcular la sensibilidad climática, puesto que se ha probado lo difícil que es llevarlo a cabo, aprender a vivir con esa incertidumbre puede ser la mejor opción. Pero no es una escusa para la pasividad, enfatizó Schneider. “La política depende de una transformación generacional de los sistemas básicos de producción de energía”, afirmó. No podemos esperar a saberlo. Para entonces será demasiado tarde. Así no es como se cura el cáncer, ni como se hacen inversiones, ni como se llevan a cabo operaciones militares. No podemos permitirnos ese lujo.”