Incremento del CO2.

La concentración atmosférica del CO2 ha sufrido un considerable aumento en el siglo XX, especialmente en sus últimas décadas. Antes del comienzo de la revolución industrial (hacia 1751, cuando el escocés James Watt inventó la máquina de vapor) la concentración de CO2 en la Atmósfera era de unas 280 partes por millón de la mezcla de gases del aire (el 0,028%) y a principios del siglo XXI alcanza hoy unas 375 ppmv (el 0,037%). Desde 1958 (Año Geofísico Internacional) se han llevado a cabo cuidadosas mediciones de las concentraciones de CO2 atmosférico por parte de Charles D Keeling, primero en el Instituto Scripps de Oceanografía de La Jolla, en California, y desde 1974 en el observatorio del volcán Mauna Loa, en Hawai, alejado de fuentes locales de contaminación ( a no ser el propio volcán en sus episodios eruptivos). Posteriormente otros científicos han ido también obteniendo series de registros del CO2 que han corroborado los resultados del Mauna Loa (gráfica).

La atmósfera actual contiene unas 750 petagramos de carbono en forma de CO2 (un petagramo (Pg) equivale a una gigatonelada (Gt), es decir, a mil millones de toneladas).

En la gráfica de evolución de la concentración atmosférica de CO2 se observa que la línea de incremento del CO2 no es rectílinea sino quebrada. Los dientes de sierra son debidos a oscilaciones estacionales. Ocurre que durante la estación de crecimiento vegetativo (especialmente en la primavera y verano de las latitudes medias y altas del hemisferio norte) la vegetación absorbe CO2 del aire y la concentración atmosférica baja. Por el contrario, en la época de hibernación, la biomasa terrestre pierde carbono y la concentración de CO2 en el aire aumenta. En donde más agudos son los picos estacionales es en las latitudes altas y medias del hemisferio norte. Aquí la diferencia entre el pico invernal y el valle estival de la concentración atmosférica de CO2 es entre 15 y 20 ppm. Esta amplitud anual disminuye en las latitudes bajas, hasta ser de sólo unas 3 ppm cerca del Ecuador, debido a la menor influencia estacional en la actividad de las plantas tropicales.

En las últimas decadas, sin tener en cuenta las variaciones estacionales, el incremento anual de la concentración de CO2 en el aire ha sido por término medio de 1,5 ppm (partes por millón), es decir, un 0,5 % por año, lo que supone en cantidades absolutas unos 3 Pg de carbono por año.

variabilidad natural de la concentración de CO2

El incremento anual de CO2 en la atmosfera es muy diferente de un año para otro (Quay, 2002) (ver figura). Estas variaciones dependen de muchos factores que afectan al desarrollo de la vegetación y a los procesos biológicos: anomalías en la temperatura del suelo, espesor y extensión de la nieve invernal, mayor o menor aridez durante la época vegetativa, etc. Los cambios ligados al fenómeno del Niño parecen tener también una influencia compleja pero importante (Feely, 1999; Chavez, 1999). Sobre todo por los incendios en los bosques y turberas de zonas tropicales, ligados a las sequías que a veces acompañan al Niño. Por ejemplo, en 1997 el incremento atmosférico de CO2 fue el doble que en 1996 porque en Indonesia se quemaron casi un millón de hectáreas de terreno, casi todas correspondientes a turberas tropicales de alto contenido de carbono. Por esa causa la emisión global de CO2 fue entre un 13% y un 40 % superior a la normal (Page et al. 2002).

Evolución de las emisiones globales antrópicas de CO2 en petagramos de carbono al año desde 1958 a 2003. Lo que se emite (línea quebrada negra) y lo que queda en la atmósfera (en azul).

efecto radiativo y térmico del incremento del CO2

El aumento antrópico del CO2 atmosférico, desde las 280 ppm de los tiempos preindustriales hasta las 370 ppm del presente, produce un aumento radiativo ( radiative forcing) en superficie de aproximadamente 1,4 W por metro cuadrado. Supone aproximadamente el 50% del forzamiento radiativo provocado por el incremento antrópico del total de los gases invernadero (Myhre, 1998; Hansen 2001). En grados de temperatura, se calcula que ha supuesto un incremento directo de la temperatura media global de unos 0,5 °C.

Estimación de los principales cambios radiativos (radiative forcing) en la troposfera (en W/m2) ocurridos entre el año 1750 y el 2000. Positivos en rojo y negativos en azul. Los aerosoles reflectivos derivados sobre todo del SO2 (sulfatos) tienen un forzamiento negativo directo porque reflejan radiación solar de vuelta al espacio. Además los aerosoles facilitan la formación de nubes con un forzamiento indirecto también negativo. El aumento del ozno troposférico produce un forzamiento positivo y su disminución en la baja estratosfera un leve forzamiento negativo (fuente IPCC 2007)

A largo plazo, los modelos utilizados por el IPCC-2001 predicen que la concentración de CO2 en el 2100 estará comprendida entre las 500 ppm y 1000 ppm. Cuando se duplique el CO2 se habrá producido teóricamente un forzamiento radiativo de entre 4 y 9 watios por metro cuadrado, con una subida directa de la temperatura media de 1,2°C. Pero, debido a diversos feedbacks calculados por diversos modelos climáticos, se estima que la subida térmica entre 1990 y el 2100 será entre 1,4°C y 5,8°C. La incertidumbre sobre lo que acontecerá, a qué ritmo y con qué intensidad es aún muy grande.

Nótese que si se sustrajese de golpe todo el dióxido de carbono que existe ahora en la atmósfera, la disminución radiativa correspondiente sería de 30 watios por metro cuadrado, es decir, 7 u 8 veces mayor que el cambio correspondiente a su duplicación. La razón es que la absorción por parte del dióxido de carbono está ya saturada en parte de la región espectral en donde absorbe radiación, y por lo tanto, el aumento de la absorción futura siempre será mucho menor proporcionalemente que el aumento de su concentración.

causas del incremento

Se calcula que la humanidad ha ido modificando de tal forma el paisaje terrestre —debido al desarrollo de la agricultura, la ganadería, las actividades forestales, etc.— que ha provocado a lo largo de la historia un traspaso de unos 200 Pg de carbono desde los ecosistemas continentales hacia la atmósfera y los océanos. Por otra parte, la quema de combustibles fósiles durante la época industrial ha emitido en total una cantidad todavía mayor de carbono, unos 250 Pg. En la actualidad se estima en algo más de 6 Pg la cantidad de carbono fósil quemado al año en todo el mundo y en aproximadamente 1,6 Pg la cantidad de carbono emitido por la deforestación tropical y otras prácticas agricolas. Otra cantidad mucho menor, del orden de 0,1 Pg de carbono, procede de la roca caliza utilizada en la fabricación de cemento. En total, por lo tanto, debido al uso de combustibles fósiles y a la deforestación se emiten a la atmósfera cada año más de 7 Pg de carbono.

combustibles fósiles

En el año 2000 el consumo mundial de energía (excluyendo la madera consumida domésticamente en los países más pobres) era de unos 370 exajulios. Los usos industriales, domésticos y de transporte se reparten el consumo más o menos a partes iguales.

En cuanto a su producción, el 95 % de la energía provenía de la utilización de combustibles fósiles: petróleo (44%), carbón (25%) y gas natural (26%). Sólo un 2,5 % se obtiene de la energía hidroeléctrica y un 2,4% de la energía nuclear. La producción de energía solar y eólica era a nivel global casi insignificante, quedando por debajo del 0,2%.

Como resultado de la quema de combustibles fósiles, la media global de las emisiones de carbono a la atmósfera en forma de CO2 es de 1 tonelada por año (tC/año) y por persona. Pero las diferencias entre unos países y otros son enormes: la emisión per cápita en Estados Unidos es superior a 5 tC/año; en Japón y Europa las emisiones per cápita están entre 2 y 5 tC/año; y en los países en vías de desarrollo la emisión per cápita es de 0,6 tC/año. Hay unos 50 países en donde las emisiones son incluso inferiores a las 0,2 tC/año (ver gráfico).

deforestación tropical

La biomasa terrestre y el humus del suelo contienen tres veces más carbono que el aire. En los bosques se haya la mitad de todo el carbono orgánico terrestre (más carbono que en la atmósfera). Por eso, son tan importantes las modificaciones en los ecosistemas de selvas y sabanas y, en especial, la deforestación de los bosques tropicales. Las prácticas de deforestación, unidas a la erosión de los suelos, suelen suponer pérdida de biomasa y la devolución a la atmósfera, en forma de CO2 , del carbono que previamente ha sido captado en la fotosíntesis. El que haya extensas zonas tropicales en donde tras la tala no se regenera la cubierta vegetal —que de hacerlo, recuperaría el carbono contenido en el CO2— aumenta la concentración atmosférica de este gas. Los procesos de pérdida de vegetación y de suelos son variados, aunque no fáciles de cuantificar. La razón más importante de la deforestación tropical son los incendios provocados, bien para aumentar las tierras de cultivo agrícola y ganadero en el interior de la selva, o bien para fertilizar los suelos con las cenizas, generalmente de las hierbas de sabana. Secundariamente hay que tener en cuenta la tala para la obtención de maderas preciosas, que desde la colonización europea han ido soportando los bosques de Centroamérica, Caribe, Amazonia, Africa y las regiones ecuatoriales del Sudeste Asiático. Finalmente, no hay que olvidar que en muchos países pobres, la madera sigue siendo el principal combustible de uso doméstico, lo que ha provocado la desaparición de los árboles en extensas zonas del mundo subdesarrollado.

la vegetación como sumidero del CO2

Hemos visto que de las mediciones directas de la concentración de CO2 en el aire se deduce que, en la actualidad, el carbono en la atmósfera aumenta de media unos 3 Pg al año. Sin embargo, las emisiones antrópicas de carbono son de unos 7Pg al año. Por lo tanto, ni siquiera la mitad de este carbono emitido es retenido en la atmósfera. Además, el porcentaje que se queda en la atmósfera va siendo cada vez menor. Por ejemplo, en la década de los 70, el porcentaje de CO2 antrópico retenido en la atmósfera era el 70 % del emitido, pero en la década de los 90 fue inferior al 50 %. Una incógnita muy importante para poder calcular el incremento futuro del CO2 atmosférico es saber si este porcentaje continuará disminuyendo y a qué ritmo (Schimel, 2001).

La diferencia creciente entre las emisiones antrópicas y el incremento atmosférico es debida al aumento de la cantidad de CO2 absorbido por los océanos y por la vegetación y los suelos (Lee, 1998, Sarmiento, 2002). Los cálculos se basan en los cambios registrados en la concentración atmosférica y oceánica de O2, y en los gradientes latitudinales observados en las mediciones, tanto de CO2 como de O2 (Keeling, 1996; Joos, 1999 y 2003). Una prueba del incremento de la biomasa terrestre se fundamenta en la curva de evolución del CO2 atmosférico. En los últimos 30 años la amplitud del ciclo anual de la concentración de CO2 atmosférico ha aumentado, aunque de forma irregular. Probablemente es consecuencia de una mayor actividad vegetativa, que implica una mayor absorción terrestre en primavera-verano (por incremento de la fotosíntesis global) y una mayor suelta de CO2 en otoño-invierno (por incremento de la materia orgánica oxidada) (Keeling, 1996).

Existen todavía muchas dudas sobre la localización de los sumideros actuales y en qué proporción se produce el reparto entre los océanos y la vegetación de esos 3 Pg de carbono anuales que no se quedan en la atmósfera. (Battle, 2000). Probablemente los océanos acumulan unas tres veces más CO2 que los continentes. Algunos creen que se está produciendo una evolución de la circulación oceánica que favorece la absorción.

Respecto a los ecosistemas terrestres, se sabe que los del hemisferio norte absorben de forma neta más CO2 atmosférico que los del hemisferio sur. Los estudios sobre el ciclo del carbono realizados en la última década así parecen indicarlo. En efecto, el aire troposférico en el hemisferio norte contiene solamente unas 3 ppm de CO2 más que el aire del hemisferio sur, pero la mayor parte del CO2 es emitido en ese hemisferio, lo que debería ocasionar una diferencia superior, de unas 4 o 5 ppm.

El importante sumidero de la vegetación continental existente en el hemisferio norte podría explicar la anomalía. En este sentido, algunos cálculos indican que en el territorio de los Estados Unidos y de Canadá el aumento del CO2 absorbido por el suelo y la vegetación es superior incluso a las emisiones antrópicas de CO2 en esos países (Fan, 1998). Otros cálculos más conservadores indican que el aumento de la masa de CO2 absorbida por el territorio estadounidense es la tercera parte de la emitida: 0,5 Pg de carbono absorbido frente a 1’5 Pg de carbono emitido. Los cálculos para Europa indican que la biomasa absorbe entre el 7 % y el 12 % de las emisiones (Janssens et al, 2003). Siguiendo esta tendencia los modelos climáticos calculan un aumento de más de un 20 % de la producción primaria neta global, cuando se duplique la concentración de CO2. De esta forma, excluyendo la deforestación, el sumidero vegetal continental puede elevarse a 5 Pg de carbono anual en el año 2050 (casi semejante al total de las emisiones actuales) (Scholes, 2001).

Los mecanismos que explican este aumento actual de la biomasa terrestre son diversos:

a) fertilización de la atmósfera producida por el incremento del CO2;

b) fertilización del suelo debida al incremento de la deposición de nitrógeno antrópico;

c) reforestación de terrenos previamente talados y otras alteraciones paisajísticas, como la invasión de maleza en tierras agrícolas abandonadas;

d) aumento térmico y prolongación de la época de crecimiento vegetativo.

Veámoslo con más detalle

fertilización del aire.

El incremento del CO2 puede favorecer la actividad vegetativa de dos maneras. En primer lugar, el aumento del CO2 refuerza la función clorofílica y, por lo tanto, potencia el crecimiento de las plantas y la producción neta de biomasa. En segundo lugar, como consecuencia del incremento del CO2 se produce una disminución de la evapotranspiración de las hojas y del consumo de agua por parte de la vegetación. Ocurre que los estomas tienden a cerrarse cuando aumenta el CO2 del aire. De esta forma, las plantas pierden también menos agua y la fotosíntesis se hace más eficiente. La menor necesidad de agua permite un mayor desarrollo vegetativo en las regiones con problemas de aridez.

fertilización del suelo.

También los suelos de algunas regiones pueden estar aumentando su fertilidad debido a una nitrificación proveniente de la deposición en tierra de ciertos compuestos nitrogenados atmosféricos que, paradójicamente, son producto de la contaminación humana (Nadelhoffer, 1999). El posible aumento de las temperaturas en las latitudes altas favorece también la descomposición en el suelo de los compuestos nitrogenados, mejorando la disponibilidad de nitrógeno para el crecimiento de plantas y árboles, y aumentando así la eficiencia del proceso fotosíntético de creación de masa vegetal (Melillo, 1993).

reforestación

En algunas regiones del mundo, especialmente en las latitudes templadas de Eurasia y de América, el proceso de reforestación y el aumento natural de masas boscosas, debido al abandono de los campos agrícolas, es superior a la deforestación. Así, en Estados Unidos se ha calculado que el volumen de la madera contenida en sus bosques ha aumentado un 30 % en los últimos 50 años y los cambios en el inventario forestal durante el período 1980-1993 indican un almacenamiento anual de carbono de 0,3 Pg de carbono (Schimel, 2000). En Europa el aumento de biomasa ha sido de un 25 % entre 1971 y 1990 (Moffat, 1998).

prolongación de la estación vegetativa. Una última razón posible del aumento de la biomasa es la prolongación de la estación de crecimiento vegetativo en las latitudes medias y boreales. Parece haber señales fenológicas de un adelanto medio de la primavera y un retraso del otoño en unos cuantos días, motivado por el aumento de las temperaturas (Sparks, 2002; Mitchell, 2002). Asimismo, el incremento de las temperaturas nocturnas ha favorecido posiblemente el alargamiento de los períodos libres de heladas. (Menzel, 1999).

Antón Uriarte

Referencias:
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Chow J. et al., 2003, Energy resources and global development, Science, 302, 1528-1531

Fan S. et al. 1998, A large terrestrial carbon sink in North America implied by atmospheric and oceanic carbon dioxide data and models, Science, 282, 442
Feely R.A. et al. 1999, Influence of El Niño on the equatorial Pacific contribution to atmospheric CO2 accumulation, Nature, 398, 597-601
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