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En este artículo explicaremos de manera breve tres conceptos que son relevantes en el estudio de la atmósfera, del clima y en general de la historia de la Tierra.
El primer término, Efecto Invernadero, se refiere a un mecanismo por el cual la atmósfera de la Tierra se calienta, y es un mecanismo que ha existido desde que la Tierra tiene atmósfera (hace unos 4,000 millones de años).
El segundo término, Calentamiento Global, se refiere a la tendencia a incrementar que durante los últimos 150 años ha mostrado la temperatura global del planeta, fenómeno que se atribuya al efecto de la contaminación humana, en particular a la quema de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo y a la tala de bosques.

Finalmente mencionaremos más ampliamente el término Cambio Climático, el cual engloba al concepto anterior, pero además incluye a todas las variaciones del clima que han ocurrido durante de la historia del planeta (4,000 millones de años) y que están asociadas a factores como cambios en la actividad solar, en la circulación oceánica, en la actividad volcánica o geológica, en la composición de la atmósfera, etc. Analizaremos los rangos y las escalas temporales en las que se han dado estos cambios durante los últimos dos millones de años, tiempo durante el cual el clima de la Tierra ha oscilado entre momentos extremadamente fríos (conocidos como glaciaciones) y momentos de clima relativamente caluroso, como es el actual (conocidos como interglaciares) y cuyo estudio permite obtener un panorama más claro del fenómeno que tanto nos preocupa: el Calentamiento Global.

Efecto Invernadero

Para poder profundizar en él necesitamos entender que es y como está organizada la atmósfera. La atmósfera terrestre es una delgada capa de gases que rodea a nuestro planeta. Esta delgada capa de gases que rodea al planeta, es muy importante dado que en ella residen los gases que son fundamentales para el desarrollo de la mayor parte de la vida en el planeta, además de que la atmósfera representa un medio importante en el que reside una buena parte de la vida de la Tierra.
La composición química de la atmósfera (que gases la forman y en que proporciones) incluye mayoritariamente a solo dos gases, Nitrógeno (N), en un 79% y Oxígeno (O2) en un 20%. El 1% restante esta formado por diversos gases entre los que los más abundantes son el Argón (Ar) en un 0.9% y el dióxido de carbono (CO2) en aproximadamente un 0.03%. Este último gas, presente en proporciones tan bajas, es de crucial importancia en el proceso de calentamiento de la atmósfera, como lo veremos a continuación.

Dado que los gases de la atmósfera están sujetos a la atracción gravitacional de la Tierra, la mayor densidad de gases se concentra cerca de la superficie terrestre, en los primeros 50 km, en donde podemos distinguir dos capas. La Tropósfera, que tiene unos 10 km en promedio de espesor y que tiene más o menos el 75% del total de la masa de la atmósfera; y la Estratósfera, que llega hasta los 50 km de altura y tiene un 24% de la masa total de la atmósfera (juntos Tropósfera y Estratósfera concentran el 99% de la masa total de la atmósfera). La Estratósfera es una capa importante porque en ella reside la capa de ozono que filtra la luz ultravioleta.

Si lanzáramos un termómetro en un globo aerostático para registrar la temperatura de la Tropósfera a lo largo de los 10 km que la forman, veríamos que hay un patrón muy especial, las temperaturas más altas (cerca de 20 °C), se localizan justo en el punto de contacto de la atmósfera con la superficie sólida de la Tierra, y de allí para arriba la temperatura del aire va bajando paulatinamente hasta llegar a los 10 km, en donde se alcanza una temperatura de -60°C. Este patrón podría parecer sorprendente si pensamos que la fuente de calor para la atmósfera es el Sol, por lo que esperaríamos entonces, que las capas más cercanas al Sol fueran las más calurosas. Esto no es así, dado que los gases que forman a la atmósfera no pueden absorber la luz solar, de alta energía -ondas de longitud corta, cargadas hacia la luz visible y ultravioleta-, y dejan pasar la mayor parte hacia la superficie de la Tierra. Del total (100%) de la luz solar que nos llega al plantea, el 30% es reflejado como espejo hacia el espacio (termino conocido como albedo), la atmósfera retiene solo un 20% de la energía solar y el 50% restante llega hasta la superficie terrestre, calentándola. la superficie de la Tierra transforma la luz solar (de alta energía) en radiación de baja energía -ondas de longitud grande, cargadas hacia el infrarrojo- que refleja nuevamente hacia la atmósfera. Esa energía de onda amplia o infrarroja, si puede ser absorbida de manera muy eficiente por algunos de los gases atmosféricos, de manera particular el CO2 (pero también el vapor de agua, el metano y otros), siendo ésta la principal fuente de calor para la atmósfera, de allí que la temperatura más alta de la Tropósfera sea justamente el punto de contacto con la superficie del planeta.

A esto es a lo que llamamos efecto invernadero, y hace que la luz solar sea más eficiente para calentar la atmósfera y elevar su temperatura media. Sin el efecto invernadero que le da a nuestro planeta su atmósfera con 0.03% de CO2, estaríamos perpetuamente congelados, con una temperatura media global de cerca de -15°C (bajo cero) en lugar de los muy confortables 15 °C (sobre cero) que es la temperatura media del planeta. Es claro, entonces, que la composición de la atmósfera afecta de manera fundamental al clima; mientras más gases de invernadero como el CO2 se encuentren en la atmósfera terrestre, mayor será la temperatura global del planeta, y mientras menos haya, más fría será la Tierra.

Calentamiento Global
La medición rutinaria de la temperatura atmosférica en estaciones meteorológicas ha permitido el monitoreo de esta variable en diversas regiones del planeta desde finales del siglo XIX. Gracias a estos datos, es muy claro que la temperatura media del planeta ha experimentado un incremento significativo de casi 0.5°C, si tomamos como nivel base la temperatura media registrada entre los años 1961 a 1990 y de casi 1°C si la comparamos con la segunda mitad del siglo XIX (1850-1900). En estos datos es evidente que los años más calurosos están concentrados durante las últimas décadas, esto es de 1980 a la fecha. El Calentamiento Global ha ido de la mano con una tendencia hacia un incremento en el CO2 atmosférico, lo que indica que la causa de esta tendencia hacia el calentamiento es una intensificación del efecto invernadero. De allí que frecuentemente se usen indistintamente ambos términos, pero mientras uno describe el fenómeno del incremento de temperatura reciente, el otro se refiere al mecanismo que lo causa.
La razón de este incremento en el CO2 atmosférico puede estar ligada con procesos naturales, sin embargo, también hay una componente humana significativa, dado que la tala de bosques y la quema de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo han ocasionado un aumento en la cantidad de CO2 atmosférico, incrementando el efecto invernadero y contribuyendo al Calentamiento Global. Es difícil cuantificar que proporción del Calentamiento Global es atribuible a causas naturales y que proporción es atribuible a causas humanas, pero los resultados de modelados climáticos, tomando en cuenta todas las posibles causas, indican que solo tomando en consideración la contribución por actividades humanas es posible explicar la tendencia tan marcada al calentamiento que se observa sobretodo durante las últimas décadas (desde 1980 a la fecha).
Para darnos una idea de lo importante de la contribución humana, podemos hacer un balance de las entradas y salidas de CO2 a la atmósfera por causas naturales y contrastarlos con las causas humanas:
1. La disolución en el océano.- el agua fría (cerca de los polos), puede disolver grandes cantidades de CO2 que cuando el agua se calienta por la circulación oceánica (cuando llega cerca del Ecuador) son devueltas de nuevo a la atmósfera, estando casi en un balance perfecto. Todo este ciclo esta en un balance muy delicado, controlado por la temperatura del agua del océano y por la intensidad de la actividad geológica. Lo preocupante aquí es que al incrementarse la temperatura global, que también afecta al agua del mar, la capacidad del océano de disolver CO2 disminuye y eventualmente el océano pueda pasar de ser una trampa de CO2 a ser una fuente de CO2.
2. La actividad biológica.- la fotosíntesis es un proceso que fija el CO2 en el tejido vivo (primero de plantas y luego de animales). La cantidad de CO2 fijada en tejido vivo (o biomasa) es normalmente devuelta a la atmósfera por medio de la respiración de los organismos, sin embargo con frecuencia la fotosíntesis excede por poco a la respiración, con lo cual los seres vivos funcionan como un deposito de carbono que secuestra CO2 de la atmósfera y lo guarda en la biomasa, la que se concentra principalmente en los bosques y selvas. La biomasa al morir puede ser almacenada en los suelos o sedimentos y eventualmente sepultada, de manera que la biomasa antigua puede transformarse en carbón o petróleo. Lo preocupante aquí es que al talar los bosques grandes cantidades de biomasa son quemadas y con ello el CO2 que estaba en los árboles es rápidamente regresado a la atmósfera, con lo que la biosfera puede pasar, de ser un depósito, a ser una fuente de CO2 si no se controla la deforestación. Por otro lado, el CO2 que fue secuestrado durante millones de años, como es el caso del carbón o el petróleo, es ahora regresado a la atmósfera de manera rápida en unas pocas décadas, incrementando sustancialmente los niveles de CO2 en atmósfera.
Los efectos del Calentamiento Global ya se han sentido en nuestro planeta, quizás uno de los mas claros es que los glaciares se derriten, tanto los de las montañas como los que forman los casquetes polares (Ártico y Antártico). Una consecuencia directa de esto es que al haber menos agua en forma de hielo en el planeta, la tendencia hacia un aumento en el nivel del mar es lenta pero segura, con lo que las ciudades costeras se encuentran en riesgo cada vez más grande de inundaciones.
Otros de los efectos del Calentamiento Global es que afectará los patrones climáticos, modificando cuando y cuanto llueve en cada región y esto tiene consecuencias económicas y ecológicas. Es claro que la agricultura será una rama de la actividad humana muy vulnerable al cambio climático, pero también lo será la salud, ya que habrá cambios en la distribución de muchas enfermedades, por mencionar solo un ejemplo.
Cambio Climático

Actualmente los valores de temperatura y contenido de CO2 atmosférico están alcanzando o rebasando los límites máximos observados durante los últimos 400,000 (por ejemplo, el nivel de CO2 alcanza actualmente 0.038%). Es necesario tomar medidas para controlar las emisiones de CO2 que estamos llevando hacia la atmósfera, ya que si este gas sigue aumentando no sabemos que respuesta va a tener el sistema climático del planeta. Desde una perspectiva de las Ciencias de la Tierra podemos suponer que el patrón de glaciaciones de los últimos 400,000 años continuará, pero si el cambio es muy intenso, entonces podemos forzar al planeta hacia un nuevo estado de equilibrio, con consecuencias que son difíciles de pronosticar.
Habría que reflexionar sobre nuestro futuro, si consideramos que nuestra especie es la dominante en la actualidad, un cambio climático tan intenso y rápido como el actual, es probable que sea el preámbulo para un nuevo recambio biológico como el del Permo-Tríasico, donde lo más factible es que ocurran extinciones y migraciones importantes que pudieran afectar a nuestra propia especie. Sin embargo la perspectiva desde las Ciencias de la Tierra nos dice que nuestro planeta sabe aprovechar todas las oportunidades, y este evento abriría la puerta para una nueva etapa de evolución y diversificación biológica, en la que seguramente surgirían nuevas especies para ocupar el nicho de especie dominante que creemos ocupar nosotros en la actualidad.