Los cambios pasados en el sistema climático de la Tierra se han escrito en rocas. La naturaleza y las características de los depósitos de polvo y hielo, los sedimentos lacustres y oceánicos, las llanuras de dunas y las plataformas fluviales, las secuencias de conjuntos de fósiles de plantas y animales, las costas antiguas, las líneas de crecimiento de los corales, los anillos de los árboles y los depósitos de cuevas carbonatadas, y la paleoecología. Tanto la ciencia como los registros escritos de Las sociedades antiguas contienen este elemento histórico.
La historia y la cultura humanas deben mucho a los cambios climáticos pasados. Comprender los climas pasados es un paso hacia la comprensión de nuestra historia evolutiva desde la antigüedad hasta el presente. No hay duda de que nuestro futuro también se verá fuertemente afectado por el clima.
Todos los científicos que estudian el sistema dinámico de la Tierra saben que la Tierra es un sistema complejo que se ajusta constantemente. ¿Cuán importantes son las relaciones entre los océanos, la atmósfera y los cambios en la cobertura terrestre reveladas por los registros históricos? Y la historia climática que medimos directamente tiene sólo unos pocos cientos de años, lo que incluye sólo una breve historia del cambio climático. A medida que la tecnología se desarrolla, nuestra capacidad para interpretar la "cinta" de roca (el registro de la historia geológica) aumenta. Sin embargo, es crucial que los mejores ejemplos típicos de los archivos naturales se conserven bien para futuras referencias y estudios por parte de los científicos. Porque en comparación con nuestras condiciones actuales, los humanos del futuro tendrán mejor tecnología y una comprensión más profunda de los problemas.
Este artículo establece un marco de problemas que muestra cómo las ciencias de la tierra están trabajando para comprender mejor el cambio climático y sugiere dónde la investigación futura podría hacer una mayor contribución a la sociedad.
4.2 ¿Cuál es el “panorama general” de los patrones del cambio climático en los últimos cuatro ciclos glaciales?
La Tierra ha vivido durante unos 4.600 millones de años y ha experimentado muchas edades de hielo y escenas de invernadero. A partir de la década de 1960, ha habido muchas escenas geológicas de expansión del hielo durante los últimos dos millones de años. La expansión del hielo hace 21.000 años fue uno de los acontecimientos más graves. Grandes zonas de América del Norte, el norte de Europa y algunas montañas altas están cubiertas de hielo y nieve. Algunas zonas montañosas áridas, como la meseta tibetana, en el mejor de los casos sólo tienen casquetes polares moteados.
Recientemente se han logrado avances en la interpretación y medición de registros de océanos, núcleos de hielo, polvo y suelos antiguos del centro de China, lo que revela algunos de los principales eventos climáticos que tuvieron impactos en todo el planeta. La mejor explicación para esto es un cambio en la órbita de la Tierra alrededor del sol.
La atención de los científicos ahora se ha centrado en comprender cómo se formaron y colapsaron las capas de hielo, con el reciente descubrimiento de que muchos eventos rápidos y de corta duración ocurrieron en un lapso de tiempo de 100 a 1000 años. No se puede decir que ninguno de estos eventos esté relacionado con cambios orbitales, pero deben estar relacionados con otras funciones del sistema terrestre. Si ocurriera hoy, cambios tan rápidos y drásticos causarían perturbaciones significativas en la sociedad y la economía.
Los científicos están trabajando duro para estudiar las conexiones entre estos fenómenos. Por ejemplo, ¿cómo podría un evento originado en el Atlántico Norte mostrar también efectos en el este de Asia? ¿Cuáles son las conexiones entre los sistemas monzónicos? ¿Cómo cambian los cambios en un sistema la dinámica de otros sistemas?
Cada expansión del hielo va acompañada de una caída del nivel global del mar. En algunos casos, vastas áreas de plataformas continentales quedan expuestas, lo que proporciona nuevas rutas migratorias para plantas, animales y humanos, y bloquea el flujo de agua entre los océanos Índico y Pacífico. El área expuesta de la plataforma continental también aumenta el área propicia para la producción de gases de efecto invernadero. La subida y bajada del nivel del mar debe tenerse en cuenta al interpretar este registro arqueológico y la distribución generalizada de los humanos.
Para comprender cómo funciona el sistema climático a gran escala y cómo se desarrollaron las sociedades humanas, la información básica esencial es la confirmación de los modelos recientes del ciclo glacial.
4.3 ¿Cuáles son los cambios climáticos en los últimos 1.000 años?
El cambio climático se manifiesta en la temperatura, las precipitaciones y la frecuencia de eventos extremos como sequías, tormentas e inundaciones. Todo esto tiene consecuencias para la productividad de los sistemas naturales y agrícolas, la frecuencia de los incendios forestales, la calidad del agua y los daños a la propiedad y la infraestructura.
Los nuevos conocimientos sobre el historial climático a largo plazo son importantes para la sociedad moderna porque proporcionan una base para nuestra comprensión de las tendencias recientes y sus posibles causas.
A principios del Holoceno (hace unos 654,38 millones de años), los humanos prácticamente no tuvieron ningún impacto en el sistema climático. Este fue también un período de auge agrícola, evidente en algunos lugares (como las cuencas del Levante, el río Yangtze y el río Amarillo). Hace unos 5.000 a 6.000 años, los sistemas agrícolas estaban ampliamente distribuidos por toda Eurasia. Hace unos 3.000 años, grandes extensiones de tierra en otros lugares también se habían convertido en tierras cultivadas. El registro geológico nos dice que estos cambios estuvieron acompañados de deforestación y recuperación de tierras a gran escala, con más incendios que a menudo aumentaban la tasa de erosión del suelo, y de pequeñas instalaciones de ingeniería que separaban o desviaban el exceso de agua superficial.
En este momento, los seres humanos se han convertido en un factor importante que afecta las funciones de la superficie regional, pero quizás no en la medida del cambio climático. La expansión de la agricultura de humedales durante el Holoceno medio puede haber causado la liberación del gas de efecto invernadero metano, un punto de partida clave para que los humanos influyan en la química atmosférica, alterando el calor de la atmósfera y su capacidad de retención de agua.
Se pueden obtener registros de alta resolución de tiempos recientes a partir de anillos de árboles, núcleos de hielo (que reflejan capas equivalentes a las nevadas anuales) y depósitos de lagos en capas. Pueden reflejar con sensibilidad cambios anuales (o más detallados) en el clima. No hay muchos datos, pero lo que mejor conocemos son los datos sobre las temperaturas promedio en latitudes medias y altas en el hemisferio norte durante los últimos 1.000 años. Los datos sobre los trópicos y el hemisferio sur de este período son escasos, pero es de esperar que estén disponibles.
4. ¿Qué causa el cambio climático?
Algunas personas creen que los cambios en el sol causan algunas tendencias a largo plazo, pero el calentamiento reciente no tiene precedentes. Muchas series de datos muestran que durante los últimos 100 millones de años o más, el clima global se ha infiltrado en nuestro territorio. Los cambios en la producción solar, los cambios en los niveles de gases volcánicos y cenizas en la atmósfera y los cambios en la circulación oceánica se han utilizado para explicar las tendencias de los últimos 654,38 millones de años, pero no pueden explicar la tendencia ascendente en la segunda mitad del siglo XX. siglo. Existe la opinión de que el reciente cambio climático tiene una fuerte huella humana. Este argumento es convincente porque la deforestación, la construcción y las emisiones de gases de origen humano contribuyen significativamente al calentamiento global.
Sin embargo, si queremos saber de dónde provienen estos cambios observados, necesitamos tener una idea más clara de la importancia relativa de las influencias antropogénicas en el clima en comparación con los factores naturales. El cambio climático tiene un gran impacto en la vida humana. Debemos prestar atención y estudiar los cambios en fenómenos naturales como El Niño, las cenizas volcánicas y el contenido de gases volcánicos en la atmósfera, lo que ayudará a revelar los mecanismos del cambio climático relacionados con la sociedad humana.
4.5 ¿Qué impacto ha tenido el cambio climático en la sociedad en el pasado?
Muchas grandes civilizaciones fueron destruidas por diversas razones, incluido el clima. La destrucción de la cultura Harappa en el noroeste de la India, la cultura maya en Mesoamérica y la cultura Hohokam en Arizona pueden atribuirse a la sequía.
En otras partes del mundo, el exceso de agua también es un problema. Por ejemplo, los picos de inundación en el río Yangtze de China ocurren cuando la escorrentía de la meseta tibetana coincide con las lluvias monzónicas de verano. Cada pocos años se producen inundaciones graves que causan pérdidas de vidas, cultivos y propiedades, aunque estas inundaciones traen sedimentos frescos ricos en nutrientes. Durante el Holoceno, la gente utilizó instalaciones de ingeniería para combatir las crecientes inundaciones, pero cuando estas instalaciones fallaron, las cosechas fracasaron, causando grandes dificultades a la vida de las personas. Mientras tanto, en la cuenca del río Amarillo, el cambio climático y las presiones sobre el uso de la tierra están reduciendo el desierto del noroeste y las áreas residenciales de la región. Combinar la gran cantidad de datos sobre el cambio ambiental con la historia social nos ayuda a comprender algunas de las razones de la innovación tecnológica y el debate entre los primeros estados.
4.6 ¿Qué impacto tienen las actividades humanas en el clima?
Sabemos que las actividades humanas provocan cambios en la química atmosférica y la cobertura del suelo, y contribuyen a la degradación de la biodiversidad. Además, se han creado miles de nuevas sustancias sintetizadas químicamente cuyo impacto en la biosfera aún no se comprende del todo. Por ejemplo, muchos lagos se han vuelto ácidos como resultado directo de las emisiones de gases industriales durante los últimos 150 años. Los cambios en los ciclos bioquímicos crean retroalimentaciones complejas sobre elementos clave del sistema climático, afectando la actividad económica así como la seguridad hídrica y alimentaria.
Una forma de monitorear el impacto de los factores humanos en el clima es estimar la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero causadas por las actividades humanas.
Podemos estimar su número, pero no podemos determinar su destino final. ¿Están atrapados en el suelo y cubiertos de bosques? ¿Los océanos absorben grandes cantidades de gases de efecto invernadero? Estos son todavía un resultado desconocido para los humanos.
Es necesario estudiar el papel del clima en la promoción de cambios en la cobertura del suelo y la química atmosférica. Centrada en biología, pedología y geografía marina, esta área de investigación implica monitoreo automatizado, teledetección y "verificación de la verdad sobre el terreno", pruebas necesarias para estudios de campo reales. Además, en el contexto de altas tasas de sedimentación, se necesitan más estudios detallados de la química de los sedimentos.
4.7 ¿Qué papel juega el modelo en la predicción del clima futuro y cómo evaluamos sus ventajas?
Los modelos son la mejor manera de predecir el clima. Estos modelos describen matemáticamente retroalimentaciones dinámicas entre la naturaleza y el océano, la atmósfera y la cobertura terrestre. Los valores de salida del modelo dependen de nuestra comprensión del sistema terrestre, de qué tan bien las funciones matemáticas describen las condiciones reales y de la potencia de las computadoras utilizadas para realizar los cálculos necesarios. Actualmente, existen más de 25 modelos de simulación climática global ampliamente utilizados. Los resultados de predicción proporcionados por estos modelos suelen estar sesgados, lo que refleja la dificultad de integrar racionalmente factores físicos. Muchos elementos del sistema son muy sensibles. Como muestra el registro geológico, algunos pequeños cambios pueden magnificarse.
Recientemente se ha desarrollado un sistema integrado que combina modelos climáticos, económicos, demográficos, de liberación y exportación de gases industriales, agrícolas y de ecosistemas naturales. Estos sistemas mejorados aumentan los "bucles de retroalimentación" entre varios modelos, por lo que los cambios en una parte del sistema se pueden utilizar dinámicamente en otros sistemas. Uno de los grandes poderes de los modelos es que pueden integrar datos de diferentes fuentes para ayudarnos a comprender mejor la Tierra. Deberíamos intentar que nuestros modelos sean realistas. Debido a que las funciones de estos sistemas nos traerán muchos beneficios, daremos un gran paso adelante para establecer soluciones de planificación razonables y lograr la sostenibilidad de las actividades humanas.
4.8 Necesitamos desarrollar un sistema de pruebas independiente para identificar mejores modelos y encontrar formas de mejorarlos.
Un método consiste en preestablecer el modelo con condiciones de contorno para una "ventana" de tiempo seleccionada en el pasado. Estas condiciones incluyen parámetros de la órbita terrestre, contenido de gases de efecto invernadero, partículas atmosféricas, costas, niveles del mar, casquetes polares, etc. , todo se puede leer en el "cinturón de rocas": el registro geológico mismo. Luego podemos realizar simulaciones climáticas para ventanas de tiempo seleccionadas y compararlas con conjuntos de paleodatos regionales que utilizamos para inferir condiciones climáticas pasadas.
Las prioridades de investigación deben incluir el establecimiento de mejores series de datos con una cobertura geográfica más amplia, particularmente en el hemisferio sur y los trópicos. En primer lugar, podemos centrarnos en zonas con alta sensibilidad climática. Hacerlo no sólo mejorará la ciencia de modelos y la ciencia de paleodatos, sino que también aumentará la confianza de la sociedad en la predicción efectiva del clima global.
4.9 ¿Cómo evolucionará el clima en el futuro?
El clima futuro tendrá consecuencias para la seguridad alimentaria y la agricultura, el suministro y la calidad del agua, la frecuencia de tormentas y huracanes, la estabilidad costera, la biodiversidad y el futuro de los recursos vivos. El desarrollo de modelos climáticos puede ayudar a reducir la incertidumbre en las predicciones climáticas regionales. Sin embargo, sólo el registro geológico puede revelar cambios en todo el sistema terrestre. Y se trata de experimentación, de probar si nuestras simulaciones son razonables.
Los científicos de la Tierra tienen un historial único en el estudio del clima y los sistemas terrestres del pasado, y a menudo estudian la relación entre los dos. La sociedad puede pedirles que centren parte de sus programas de investigación en diversos eventos que afectan directamente a la vida humana, y que estudien y determinen cómo funcionan estos eventos en estos sistemas. La buena gestión y el liderazgo conducen a decisiones acertadas y a una planificación cuidadosa. En ocasiones, la sociedad pedirá a los científicos de la Tierra que predigan cualquier evento ambiental posible o inesperado, y una comprensión completa del sistema terrestre nos ayudará a cumplir este requisito.
Resumen de la Agenda de Investigación 4.10
Mejorar nuestra comprensión de los modelos climáticos y ambientales de los dos últimos períodos glaciales;
Comprender cómo se desarrollaron y disminuyeron los entornos glaciales;
La frecuencia y causas de eventos inesperados en el registro geológico;
Mejor promoción de series de datos de alta resolución, especialmente en los trópicos y el hemisferio sur;
Mejor comprensión de los mecanismos térmicos de los trópicos y su conexión con el cambio climático templado;
Investigación paleoambiental en áreas con registros arqueológicos de alta calidad, especialmente donde se han producido cambios culturales;
A través de la biología, geología, edafología y oceanografía (que implican vigilancia, teledetección y verificación de la verdad sobre el terreno mediante los necesarios estudios de campo) para comprender la relación entre el clima y el cambio sistémico. Entre estos estudios, deberíamos centrarnos en los estudios de los cambios en el flujo de carbono, ya que esto puede ayudarnos a comprender si el clima volverá a la edad de hielo;
Para comprender el calentamiento global y el posible aumento futuro del nivel del mar, algunos las áreas afectadas por hundimiento y levantamiento deben identificarse para estudios comparativos;
Promover la investigación colaborativa entre científicos de modelos y paleodatos;
Avances técnicos en cronología y metodología;
Analizar instrumentos y datos biofísicos para descubrir la conectividad, la sensibilidad, la inercia y el atraso de los sistemas interregionales actuales;
Invitar a algunos investigadores principales a formar un grupo de trabajo para optimizar aún más la formulación de la agenda de investigación.
Los científicos de la Tierra han descubierto muchos de los secretos de la Tierra y han logrado enormes avances en la comprensión de cómo funciona nuestro planeta.
Sin embargo, esta información muchas veces no se aplica correctamente. Si bien ahora podemos hacer predicciones bastante precisas sobre diversos desastres naturales, a menudo todavía nos dedicamos a la construcción y al desarrollo insostenible de recursos en los lugares equivocados. Nuestro comportamiento muestra que aún no lo entendemos, pero la clave para una vida mejor está en nuestras manos. Los geocientíficos de todo el mundo están dispuestos a ayudar a la sociedad a construir un entorno más seguro, saludable y rico.