Ciclo del carbono y cambio climático

La controversia sobre el efecto que el ser humano tiene sobre el clima y, especialmente, la posibilidad de que la actividad antropogénica pueda producir un cambio climático global abarca tanto al mundo científico como al político, así como a los ciudadanos de a pie. Existen posturas claramente antagónicas, desde los que vaticinan una hecatombe climática que acabará con la vida en la Tierra, hasta los que afirman que tal cambio no existe ni puede existir. Entre ambas, otras opiniones afirman que el cambio es real, pero está producido por procesos naturales e, incluso, que un calentamiento global sería beneficioso para la humanidad.

¿Que hay de cierto y que hay de falso en el cambio climático? ¿Se trata de una evidencia científica o es una estrategia política sin fundamento real? ¿Sabemos ciertamente qué hay de verdad y qué es pura exageración? Lamentablemente, el clima terrestre es un sistema demasiado complejo como para que seamos capaces de entenderlo, y mucho menos hacer previsiones a medio y largo plazo. Esto hace que la respuesta no sea tan sencilla como podría parecer. Existen evidencias que apoyan una influencia humana en el clima, de igual forma que existen incertidumbres sobre lo que puede provocar en un futuro próximo.

No vamos a entrar en todos los aspectos de tan complicado asunto; esto rebasaría por mucho la capacidad de este blog, y más la de un modesto artículo. Hoy vamos a tratar uno de los procesos implicados en el mantenimiento del clima terrestre, debiendo ser muy explícitos a la hora de señalar que únicamente se trata de uno entre los muchos factores implicados.

Vivimos en el tercer planeta del sistema solar, a unos 150 millones de kilómetros del sol, la estrella central del sistema. Tradicionalmente decimos que la Tierra se encuentra a la distancia óptima del sol como para mantener océanos de agua líquida y permitir la vida. Sin embargo, esto no se debe únicamente a la distancia, sino a cómo la atmósfera terrestre es capaz de retener parte de la energía que emite el suelo tras calentarse por la radiación solar. Gracias a ello, nuestro planeta presenta una temperatura media de unos 15ºC. Si no existiera la atmósfera, la temperatura media sería de -20ºC, incompatible con la vida tal y como la conocemos.

Balance energético de la atmósfera

Para entender cómo la atmósfera terrestre puede aumentar más de 30ºC la temperatura media del planeta es preciso abordar un fenómeno previo: el balance energético del planeta o, dicho de otro modo, la cantidad de energía que recibe y que devuelve al espacio.

Para que la temperatura del planeta se mantenga es imprescindible que la cantidad de energía recibida sea igual a la cantidad emitida. Lógicamente, si la Tierra recibiera más energía de la que pierde, estaría calentándose de forma continua, mientras que si perdiera una cantidad mayor que la recibida, se encontraría en un proceso de enfriamiento constante. Sin embargo, la temperatura terrestre se mantiene en equilibrio, lo que indica que la energía recibida es equivalente a la perdida.

La mayor parte de la energía que llega a la Tierra lo hace en forma de radiación electromagnética proveniente del sol, y la pérdida se produce hacia el espacio. A pesar de que nuestra estrella emite radiación en todo el espectro electromagnético, la porción más significativa es la que comprende, de mayor a menor longitud de onda, infrarrojo, luz visible y ultravioleta. Parte de esta radiación es reflejada por las nubes y aerosoles atmosféricos de vuelta al espacio. El resto, atraviesa la atmósfera, la cual no se comporta de igual forma con toda la radiación, dado que algunos gases como el oxígeno y el nitrógeno son atravesados libremente, mientras que otros como el dióxido de carbono, el metano o el vapor de agua son transparentes a las longitudes de onda corta (ultravioleta y visible), mientras que absorben las de onda larga (infrarrojas). Así, la porción infrarroja es absorbida en su tránsito a través de la atmósfera, calentándola.

Balance energético terrestre

Al llegar a la superficie terrestre, la radiación restante es en parte reflejada de vuelta a la atmósfera y en parte absorbida por el suelo y los océanos. Esta porción absorbida calienta la superficie, y es re-emitida lentamente en forma de radiación infrarroja. Dado que ha aumentado su longitud de onda, ahora puede ser absorbida por el CO2, vapor de agua y metano de la atmósfera, calentándola aún más.

Efecto invernadero

En esto consiste el efecto invernadero, y por ello se denomina al CO2 y a los otros gases capaces de absorber radiación infrarroja, «gases de efecto invernadero». Gracias a ellos, la radiación que atravesó limpiamente la atmósfera en su llegada es atrapada cuando vuelve hacia el espacio, al haber aumentado su longitud de onda. En caso de que no existieran tales gases, la radiación entraría y saldría libremente, manteniendo la Tierra a unos -20ºC de temperatura media.

Sin embargo, un efecto invernadero continuo convertiría a la atmósfera en un verdadero horno, al ir acumulando energía y calentándose constantemente. Afortunadamente para la vida, la concentración de gases de efecto invernadero y los otros muchos factores que actúan en el tránsito energético, mantienen el balance final prácticamente neutro, expulsándose al espacio la misma cantidad de energía recibida, eso sí, tras calentar lo suficiente el planeta como para mantener la temperatura media unos 30ºC por encima de lo esperado en un cuerpo sin atmósfera.

Ante tan complejo equilibrio, cabe suponer que cualquier alteración de uno sólo de los factores hará variar el resultado final, y así ocurre. Por ejemplo, la cantidad de luz reflejada depende directamente de la cobertura nubosa, así como de la naturaleza del terreno. Una mayor cantidad de nubes haría aumentar la energía reflejada, disminuyendo la cantidad entrante y haciendo descender la temperatura. De igual forma, una superficie más clara reflejaría una mayor cantidad de la radiación que alcanza la superficie, contribuyendo también al enfriamiento. En el extremo contrario, un aumento de los gases de efecto invernadero produciría una absorción mayor, incrementando el efecto y haciendo aumentar la temperatura.

El CO2 circulante

Entre los numerosos factores en juego, uno de los más importantes es el ciclo del carbono, del que depende la concentración de CO2 en la atmósfera y, en consecuencia, el grado de efecto invernadero de ésta. Mediante este ciclo, el carbono circula entre la biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera.

Básicamente existen dos ciclos del carbono. El primero, denominado biológico, consiste en la fijación del CO2 atmosférico por parte de los vegetales para la síntesis de hidratos de carbono. Estos carbohidratos son metabolizados en la respiración de los propios vegetales devolviendo CO2 a la atmósfera, mientras que otra parte es transferida a los animales que se alimentan de ellos, que también liberarán como producto del metabolismo el CO2 al respirar. Se trata de un ciclo rápido, estimándose que es capaz de renovar una cantidad equivalente a todo el carbono atmosférico en unos 20 años.

El segundo ciclo, o ciclo biogeoquímico, es mucho más lento, llegando a abarcar millones de años. En él, el CO2 atmosférico se disuelve en el agua, y forma ácido carbónico que reacciona con los silicatos, generando iones bicarbonato, que son utilizados por los animales marinos en la formación de sus tejidos, conchas y esqueletos calcáreos como los corales. Tras su muerte, estos carbonatos se depositan en los sedimentos, formando las rocas calizas. Ciertos procesos de precipitación química de carbonatos forman también sedimentos calizos sin la intervención directa de los seres vivos. El retorno a la atmósfera se produce cuando estas rocas se funden en las erupciones volcánicas o son erosionadas al alcanzar la superficie.

El ciclo está autorregulado, de tal manera que un aumento de la temperatura origina un aumento del consumo de CO2 vegetal y un tránsito mayor a los océanos, disminuyendo el efecto invernadero y equilibrando la temperatura. Por el contrario, un descenso térmico hace disminuir el consumo vegetal, así como la incorporación a los océanos; de esta forma aumenta el CO2 atmosférico equilibrando la temperatura.

Sin embargo, el punto de equilibrio no es fijo. A lo largo de la historia del planeta este equilibrio se ha movido hacia un lado y hacia otro, generando épocas más cálidas y épocas más frías. No sabemos con seguridad que fenómenos produjeron estas oscilaciones, por lo que difícilmente podemos prevenirlas.

Aportes antropogénicos

La quema de combustibles fósiles supone liberar a la atmósfera grandes cantidades de CO2 extra

Ahora bien, en los últimos años, se está dando un factor completamente nuevo que hasta ahora no había actuado, y mucho menos de forma tan continua: la quema de combustibles fósiles está inyectando en la atmósfera en muy poco tiempo grandes cantidades de carbono que se encontraba secuestrado en las rocas y que de forma natural retornaría lentamente a lo largo de millones de años a través del ciclo geoquímico.

Este aumento repentino de la concentración de CO2 en la atmósfera induce la respuesta del sistema para equilibrarlo, lo cual ya supone un importante impacto ambiental; entre otros factores, una mayor acidificación de los océanos debida a un mayor aporte de CO2.

El problema es que no sabemos con exactitud hasta que punto se mantendrá el equilibrio en los parámetros tolerables. Dicho de otra forma: no sabemos qué cantidad de emisiones es capaz de soportar el sistema sin alterar la temperatura media de una forma sensible. Si la emisión sigue aumentando, previsiblemente el equilibrio, a corto plazo, se irá desplazando hacia una temperatura mayor.

El verdadero problema es que tampoco sabemos hasta donde puede llegar. A pesar de que las variaciones estimadas no son demasiado grandes ni rápidas (unas décimas de grado en decenios), no conocemos si existe un punto crítico a partir del cual no sea capaz de mantenerse un balance neutro, y mucho menos donde se encuentra este punto de no retorno. Si en determinado momento el tampón no es capaz de extraer la cantidad de CO2 atmosférico equivalente a la liberada, todo el sistema entrará en un proceso progresivo de aumento del efecto invernadero que puede poner la superficie de la tierra a la temperatura de unos altos hornos.

Venus: un efecto invernadero de 400ºC

Muy posiblemente eso es lo que ocurrió en Venus en épocas tempranas, donde la ausencia de grandes océanos provocó la rotura del equilibrio, siendo imposible hacer regresar a la litosfera el CO2 liberado por la actividad volcánica. A pesar de que muy posiblemente tuvo una infancia muy semejante a nuestro planeta, hoy tiene una superficie a más de 400ºC.

Tomando precauciones

Las preguntas que cabe hacerse ante tanta incertidumbre son las siguientes: ¿Merece la pena jugarse la existencia no sólo de la humanidad, sino de toda la vida sobre la Tierra, por no estar seguros de si las emisiones antropogénicas pueden provocar un aumento del efecto invernadero? ¿No es una total irresponsabilidad seguir emitiendo incontroladamente sin saber qué va a ocurrir? En ocasiones no sabemos responder a todas las preguntas, pero sabemos que si se trata de una de las posibles, quizá sea demasiado tarde cuando obtengamos la seguridad de la respuesta. Es muy posible que, al menos en los próximos decenios, las consecuencias no sean superiores al aumento de unas décimas en la temperatura media, pero ¿tendremos la sangre fría de jugárnosla y jugársela a nuestros hijos por mero desconocimiento de las consecuencias?

Cuando cogemos el coche, no sabemos si vamos a tener un accidente. No sabemos si ese accidente va a ser grave y no sabemos si el llevar el cinturón lo evitará. Sin embargo, aceptamos la incomodidad de llevarlo puesto para prevenir el incierto accidente. ¿Reducir las emisiones de CO2 no sería como ponerse el cinturón de seguridad «por si las moscas»? Es molesto y costoso, sin duda, pero ante la posibilidad de convertirnos en un cocedero de mariscos ¿no merece la pena?