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Observando los océanos en busca de los signos del cambio climático

2007/11/01 Fischer, Albert - UNESCO--IOC Programako aditua eta ozeanografia-ikertzailea Iturria: Elhuyar aldizkaria

Los océanos cubren más del 70% de la Tierra. Y como parte fundamental del sistema climático interactúan con la atmósfera y la tierra. En el sistema climático, los océanos tienen una enorme capacidad de almacenamiento de calor: comparado con el aire, el agua del mar absorbe cuatro veces más energía por kilogramo al calentar un grado centígrado. Así, en los tres metros superficiales de los océanos hay tanta energía calorífica como en toda la atmósfera. Por ello, los océanos son una vía fundamental de transporte de calor.
Observando los océanos en busca de los signos del cambio climático
01/11/2007 | Fischer, Albert | Experto del Programa UNESCO--IOC e Investigador Oceanográfico/a.fischer@unesco.org

No es mucho tiempo que las observaciones del océano subsuperficial comenzaron a realizarse con seriedad: Se iniciaron después de la Segunda Guerra Mundial y se concentraron en zonas con fuerte tráfico marítimo como el Atlántico Norte. Sin embargo, esta historia es bastante larga para calcular las tendencias de las temperaturas subsuperficiales con un grado de certeza científica razonable.

De hecho, el océano subsuperficial es el lugar idóneo para buscar pruebas nítidas del cambio climático provocado por el hombre. De hecho, un cambio en el sistema climático, como el provocado por los gases de efecto invernadero, obliga a todo el sistema climático a encontrar un nuevo equilibrio: Como la tierra está más caliente, emite más calor al espacio para compensarlo. Este calor extra es absorbido principalmente por los océanos. Por otra parte, los océanos subsuperficiales son menos ruidosos que los superficiales --que están influenciados por el tiempo y las estaciones tiempo-, por lo que en ellos se encuentran las señales más claras del cambio climático a largo plazo.

Una prueba indiscutible de los océanos

En un artículo publicado en la revista Science en julio de 2005, Tim Barnett y sus compañeros demostraron que la tendencia al calentamiento observada en los océanos en los últimos 40 años no puede explicarse a través de la variabilidad natural, sino que esta tendencia se asociaba claramente a predicciones climáticas que tienen en cuenta la influencia del hombre en el clima. Sin embargo, este descubrimiento no se correspondía con mediciones realizadas en otros lugares.

Las aguas cálidas oceánicas provocan huracanes, cuyas aguas eran mucho más calientes de lo normal en el Trópico Atlántico en 2005. Aquí se puede ver el huracán Katrina (27 de agosto de 2005), superponiendo una imagen de nube de satélite en un mapa que proporciona la temperatura de la superficie marina.
(Foto: ANDÉN/SVS)

En cualquier caso, el estudio ha proporcionado fiabilidad a los modelos en cuanto a la capacidad de simulación del cambio climático de los modelos climáticos que incluyen la tierra, el océano y la atmósfera. En buena medida, ya no se cuestiona que la actividad humana haya provocado el cambio climático. Sin embargo, está por aclarar cómo va a cambiar exactamente.

El Programa Mundial de Investigación Climática (WCRP) trata de responder a estas preguntas. Este programa está auspiciado por la Comisión Intergubernamental de Oceanografía (IOC) de la UNESCO, la Organización Meteorológica Mundial (WMO) y el Consejo Internacional de la Ciencia (ICSU). Su principal objetivo es determinar los límites de la predecibilidad del sistema climático y de la influencia humana en el clima.

Para los científicos todavía es difícil distinguir entre el cambio climático causado por el hombre y la variabilidad natural del clima. La propia variabilidad climática parece estar cambiando: Los extremos de las incidencias fuera del campo del tiempo "normal" se separan más entre sí. Es un indicador del cambio climático. En este contexto, el proyecto sobre la variabilidad climática y la predecibilidad del WCRP ayuda a predecir mejor las situaciones climáticas extremas y a modelizar --a escala temporal de días, meses y años - mejores.

La tabla de la izquierda muestra la media (triángulos verdes) y el intervalo (sombra azul) de los modelos que representan la variabilidad intrínseca del clima. Muestra datos centenarios sin tener en cuenta la influencia humana. La tabla de la derecha muestra la variabilidad de un modelo climático (sombra verde y puntos) a partir de la historia de los gases de efecto invernadero provocados por el ser humano. Los puntos rojos de cada tabla son las medias oceánicas en el Atlántico Norte en los últimos 40 años. Las aguas superficiales son las que más se calentaron, en torno a los 0,25 ºC. La tabla de la derecha se adapta mejor a las observaciones que a la de la izquierda, lo que demuestra la influencia humana en el clima.
(Foto: *Imagen: AAAS. Publicado con permiso de Barnett y compañeros, Science 309: 284-287 (2005)

Observación de los océanos para comprenderlos

La Comisión Intergubernamental de Oceanografía (IOC) de la UNESCO y su programa de vanguardia, GOOS, son responsables de la observación continua de los océanos en el seno de las Naciones Unidas. Un equipo de expertos de IOC (OOPC) colabora en la definición de las normas y objetivos del concepto de “clima global” de GOOS y en la definición de herramientas de control y evaluación del sistema.

Paralelamente, con la participación de la Organización Meteorológica Mundial en un comité técnico de oceanografía y meteorología marina (JCOMM), IOC está trabajando activamente en la coordinación de redes globales a través de un centro de gestión de plataformas in situ (aguas) ubicado en Tolosa (Francia) (JCOMMOPS). Este centro controla permanentemente miles de balizas, embarcaciones y boyas, tanto fijas como a la deriva, aportando datos oceanográficos.

Entre estas redes in situ, la red de boyas de Argo es la que más rápido está creciendo. Las boyas de Argo son una herramienta robotizada y automática para medir el océano que se aplica a 2 km de profundidad en el océano. Cada diez días, bombeando aceite a un depósito exterior, suben a la superficie. En la ascensión, recogen información sobre temperatura y salinidad (algunos también miden oxígeno) y, cuando están en superficie, transmiten esa información vía satélite.

A finales de 2005, en un periodo de cuatro años, el proyecto Argo tenía más de 2.000 boyas diseminadas, dos tercios del objetivo inicial (3.000 boyas), casi una boya de 100.000 km 2, con una supervivencia de cuatro años. Cuando las baterías se agotan a los cuatro años, las boyas no pueden subir a la superficie y muchas se hunden). Las boyas de Argo se han dispersado por los océanos de todo el mundo gracias a los esfuerzos de más de 20 países participantes. Y en algunos lugares, las boyas aportan más información del océano subsuperficial durante un año que en toda la historia anterior a la puesta de Argo.

John P. Canadá lanza un prospector de Argo. Desde el navío costero Tully hasta el golfo de Alaska.
Canada DFO-MPO

Por otra parte, las boyas que se encuentran a la deriva en la superficie dan paso a las corrientes de la superficie mundial, aportando datos sobre la superficie: temperatura, rápidos y a menudo presión barométrica. Estas boyas proporcionan datos reales para comprobar los cálculos de los satélites sobre la temperatura de la superficie marina, siendo los mejores testigos de las corrientes superficiales del océano, que son guiados por el viento y los remolinos oceánicos. Asimismo, mejoran las predicciones meteorológicas informando de la presión superficial.

El objetivo de la OOPC (grupo de expertos de la Comisión Intergubernamental de Oceanografía de la UNESCO) era disponer de una boya de 300.000 km 2, lo que supone un total de 1.250 boyas a la deriva. Objetivo cumplido en septiembre de 2005: 1.250. La boya Global Drifter fue lanzada en un evento especial en Halifax (Canadá). Fue el primero de las redes establecidas para la observación in situ del océano que cumplió su objetivo, un hecho realmente memorable.

Sin embargo, los científicos no pueden proclamar la victoria y simplemente ir a casa. La red de boyas a la deriva debe ser renovada continuamente, ya que las boyas fallan y se alejan rápidamente de las áreas de divergencia. Además, sólo el 55% de la planificación de la red global de observación in situ del océano (compuesta por boyas, receptores, prospectores, mareógrafos y barcos voluntarios e de investigación) se ha completado.

Científicos paseando por los océanos

Además de las boyas, los barcos también participan en las investigaciones. El buque mercante Skogafoss, carguero de contenedores de 100 metros de eslora, zarpa mensualmente del puerto de Reykjavik (Islandia). Transporta contenedores de pescado congelado a Norteamérica. De vuelta a las dos semanas, hace el mismo viaje, el año y el año. En el Atlántico Norte toma la ruta de barcos más septentrional y, a pesar de estar en plena primavera, debe evitar los icebergs que la Corriente del Labrador lleva hacia el sur.

Buscando una cobertura global: plataformas in situ de observación del océano en octubre de 2005. Proporcionan datos en tiempo real. Estos datos se obtienen principalmente de: Balizas de Argo (azul oscuro), embarcaciones ocasionales (gris claro, azul claro y amarillo), boyas fijas y boyas a la deriva (rojas). Los océanos que se cubren de hielo durante algunas estaciones siguen generando problemas técnicos.
(Foto: JCOMMPS)
Skogafoss es también un buque de observación voluntario. Emite radiosondas (prospectores atmosféricos) periódicamente desde un laboratorio automático montado en el puente trasero. Dispone de sistemas automáticos de captación de la meteorología superficial y de las temperaturas superficiales del mar, así como de instrumentos de medición de carbono atmosférico y oceánico. Cada varias horas, el oficial responsable sale a una ladera del puente, carga un batitermógrafo (XBT) y dispara. El XBT cae al océano y mide un perfil de temperatura. Proporciona datos a través de un hilo de cobre desprendido, más delgado que el pelo humano. Estas observaciones forman parte fundamental del sistema global y se coordinan a través de los grupos de los recipientes de observación de JCOMM. El capitán y la compañía del buque prestan sus servicios de forma gratuita, prestando voluntariamente su tiempo y espacio a bordo.

Este es un regalo para los científicos, ya que los modernos envases de investigación suelen ser muy caros. Combustible, mantenimiento y equipo de 3-8 personas (equipo de medios oficiales, ingenieros y marineros) pagan entre 20.000 y 50.000 dólares diarios. Estos envases voluntarios son, a su vez, uno de los principales motores de expansión de las boyas superficiales a la deriva y de las boyas de Argo, que van llenando los huecos de la red de observación a medida que van apareciendo.

Información global para decisiones locales

El componente global de GOOS se diseñó para vigilar, predecir e investigar el clima, pero también contribuye a mejorar la predicción meteorológica y marina. Gestiona y difunde los datos sobre los océanos (actualmente suministrados por cerca de 70 países) de forma coordinada, a partir de los cuales crean modelos oceánicos y climáticos y otros productos. Por ejemplo, el IOC desempeña un papel importante en la coordinación de alertas mundiales de riesgos naturales, especialmente en lo que se refiere a los tsunamis. De hecho, muchas veces las plataformas de observación que alimentan los sistemas de alerta son las mismas: se utilizan boyas y mareógrafos asociados, tanto en los sistemas de observación del clima como en los de observación de tsunamis.

Una de las 70 boyas fijas del Pacífico tropical. Controla los sucesos de El Niño y realiza sus predicciones dentro del sistema global de observación del océano. Por última vez, el fenómeno El Niño se produjo en el período 2002-2003.
NOAA

Sin embargo, el compromiso de los Estados no es suficiente. Los océanos del mundo que cubren tan buena parte de la Tierra son patrimonio de todas las naciones. Casi todos los países, ricos y pobres, cuentan con una agencia meteorológica nacional que realiza predicciones atmosféricas, pero muy pocos tienen una agencia oceanográfica para la observación de los océanos y menos aún una orden de observación de los océanos del mundo.

Las redes de observación oceánica se construyeron gracias al trabajo constante de investigadores oceanográficos. Sin embargo, la propia existencia de la red plantea problemas, como es el caso de los instrumentos de medida de corrientes subsuperficiales que llevan más de diez años controlando la circulación termohalina en el Atlántico, pero algunos de ellos no serán renovados, ya que las agencias nacionales de investigación prefieren crear algo nuevo. Una vez finalizada esta vigilancia, no habrá nada más para suplir dicha ausencia.

Escasa previsión a largo plazo

Curso de formación en gestión de datos en la Oficina de Compartición de Datos e Información Oceanográfica Internacional (IODE) de IOC (Oostende, Bélgica). En estos cursos, los países tienen una mayor capacidad de participar en los sistemas de observación del océano y les enseñan a obtener beneficios de estos sistemas.
(Foto: UNESCO/IOC)

Los gobiernos mundiales no se comprometen a realizar una observación permanente porque tienen una visión a corto plazo. Los políticos están muy débiles ante el problema de los gases de efecto invernadero causado por el hombre, pero está claro que el clima sigue cambiando y que ese cambio puede acelerarse.

La observación y la investigación científica son fundamentales para ayudar a comprender cómo va a cambiar el clima, mejorar las predicciones sobre los cambios a corto plazo en los climas locales, mejorar nuestro escaso conocimiento sobre la química de los océanos y sobre cómo cambiar los ecosistemas, y proporcionar un mejor conocimiento a los gobiernos mundiales y a los ciudadanos para que tomen decisiones en el futuro.

El clima de la Tierra ha sido alterado sin precedentes por el hombre. Al hacer frente a las conclusiones será necesario recabar la mayor cantidad de información posible.

Para más información:

http://ioc.unesco.org/iocweb/climate-Change

Fuente: UNESCO. "Watching the oceans for signs of climate change", A World of Science, 4. vol. Nº 1, enero-marzo 2006 (http://www.unesco.org/science/)

Artículo traducido y adaptado por Elhuyar con la autorización de la UNESCO.

Banda transportadora del océano
Las temperaturas medias del ecuador y los polos son diferentes debido a la inclinación de la Tierra respecto al Sol. Sin embargo, esta diferencia es mucho menor de lo que una podría pensar. De hecho, los océanos y la atmósfera transportan el calor a los polos y aseguran un equilibrio más agradable (al menos para los seres humanos), enfriando las temperaturas del Ecuador y calentando las de los polos.
A la izquierda: Las aguas cálidas de la superficie del Atlántico Norte se dirigen hacia el norte (líneas rojas) representando el flujo de aguas frías profundas hacia el sur (líneas azules). Así, el calor se transporta hacia el norte y los vientos que van hacia Europa, hacia el este, se calientan (gran flecha roja). Si el hielo que se derrite añadiera al sistema una gran cantidad de agua dulce (a la derecha), el agua del mar no se hundiría en el Atlántico Norte. Es posible, por tanto, que se paralice el transporte de calor hacia el norte del océano, con lo que los vientos supraeuropeos serían mucho más fríos a pesar del calentamiento global (gran flecha azul).
(Foto: J. Cook/WHOI)
Los océanos transportan la mitad del calor a través de las corrientes superficiales y profundas, mediante un sistema conocido como la "banda transportadora" de los océanos (circulación termohalina, ver figura inferior). La Corriente del Golfo es una de las rutas oceánicas más utilizadas y por el este calienta a Europa. Esta corriente superficial transporta decenas de millones de metros cúbicos de agua tropical caliente cada segundo. Y como los sistemas meteorológicos de latitud media se desplazan generalmente de oeste a este, gracias a la corriente del Golfo, Nápoles es más caliente que Nueva York, aunque ambas se encuentran a la misma distancia del Ecuador.
Por otra parte, la evaporación del agua a la atmósfera deja atrás un agua más salada y fría, y por tanto más densa. En consecuencia, las aguas subsuperficiales son las más densas, las más frías y saladas en cualquier parte del mundo y se forman principalmente en el Atlántico Norte polar, debido a la evaporación extrema invernal y a la pérdida de calor; la mayor parte del océano subsuperficial se encuentra a pocos grados de la congelación.
Camino recorrido por la banda transportadora del océano.
(Foto: J. Doucette/WHOI)
Estas aguas profundas, frías, saladas y densas, originadas en el Atlántico Norte, son transportadas por profundos flujos que van de origen a sur y, con cientos de años, tras su expansión a otros océanos, el viento y las mareas vuelven a traer a la superficie. Allí calientan los soles y desalan las lluvias. Finalmente vuelven a los polos desde la superficie del océano y se repite el ciclo.
Pues bien, la mayoría de los modelos climáticos que tienen en cuenta el cambio provocado por el ser humano muestran que la banda transportadora del océano se irá ralentizando a medida que se vaya calentando el clima.
¿Es posible un cambio brusco del clima?
Estudios pasados de fósiles y muestras de hielo demuestran que el sistema climático sufrió saltos bruscos en el pasado.
El último cambio climático violento tuvo lugar en el final de la última era del hielo, hace unos 12.000 años (en aquella época el hombre comenzó a asentarse en América y en otros lugares se dedicó a la agricultura). Las placas de hielo que se derretían en Norteamérica liberaron bruscamente una gran cantidad de agua dulce al Atlántico Norte. El agua dulce es menos densa que el agua salada, y al aumentar tanto el agua dulce, las aguas profundas dejaron de formarse como es costumbre en el Atlántico Norte polar. (ver apartado Banda transportadora del océano). Como consecuencia, la circulación termohalina se estancó y en menos de una década las temperaturas medias descendieron en torno a los 5º C en el Atlántico Norte.
Varios científicos temen que el deshielo de la capa de hielo de Groenlandia enfríe el Atlántico Norte y suponga un cambio drástico. Hace poco se rodó en Hollywood una película sobre un desastre, llevando esta situación al extremo. Pero, ¿cuál es el umbral de un brusco y terrible cambio climático? Los modelos climáticos actuales no tienen el rigor suficiente para decirlo. Sin embargo, las consecuencias de un brusco cambio climático podrían causar una catástrofe en los ecosistemas y en la sociedad.
Las muestras de hielo tomadas de la capa de hielo de Groenlandia, de 3 km de espesor, indican cambios climáticos bruscos en apenas diez años. El Bajo Dryas fue el periodo más espectacular: Las temperaturas medias en el Atlántico Norte disminuyeron bruscamente y continuaron en 1.300 años. Posteriormente se volvieron a calentar rápidamente 2.
(Foto: R.B Alley WHOI)
Ya hay indicios de que la banda transportadora se está inclinando. Los científicos han anunciado que los rápidos fríos profundos que se desplazan hacia el sur en el Atlántico Norte disminuyeron en torno al 30% entre 1957 y 2004 1 --5 expediciones han medido en cinco décadas -. ¿Deberíamos considerar este descenso como un ciclo de la variabilidad natural o supone un cambio a largo plazo de la banda transportadora del océano? Sólo el tiempo --y las observaciones continuas- lo aclarará.
1. Estos hallazgos fueron publicados por Harry Bryden y sus compañeros en el número 1 de diciembre de 2005 de la revista Nature.
2. Todas las imágenes de Woods Hole Oceanographic Institution Abrupt climate change: should we be worried? se han tomado del folleto con el consentimiento de los autores. Preparado para el Foro Económico de Davos (Suiza, 2003): www.whoi.edu/institutes/occi/currenttopics/ct_abruptclimate.htm
El Niño, visto por las boyas
(Foto: ANDÉN/SVS)
Corte de temperatura en el océano Pacífico, que en el Ecuador va de este a oeste, mirando hacia el norte, como se ve desde las boyas fijas del Pacífico tropical. En general, el aire sube por encima de una concentración de aguas calientes al oeste del Pacífico (figura superior) atrayendo los vientos superficiales del este. Estos vientos mantienen la concentración caliente acumulando agua caliente. En un brote de El Niño (imagen inferior), algo ha debilitado los vientos superficiales, lo que permite que el agua caliente se desplace hacia el este. Los centros de las masas de aire ascendentes se desplazan hacia el este, debilitan más el viento superficial y permiten hundir el agua caliente. Retroalimentación positiva. Conclusión: un cambio respecto al océano del Pacífico tropical y cambios globales en la circulación atmosférica.
Fischer, Albert
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