Atmósfera, Sistema Climático y Calentamiento Global

Amparo Martínez Arroyo

Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM

PINCC, Febrero 2012

TEMARIO

• CONDICIONES DETERMINANTES DE LAS ATMÓSFERAS

PLANETARIAS

• CARACTERÍSTICAS DE LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA

• PROCESOS DE FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA

• SISTEMA TIERRA

• SISTEMA CLIMÁTICO

• CICLO DE CARBONO Y CLIMA

Atmósferas planetarias

Factores determinantes de

los ambientes planetarios:

astronómicos

físicos

químicos

biológicos

Composición Química (%)

Hace 4.5 mil millones de años se formó el Sistema Solar

Evolución de la atmósfera

Procesos involucrados: escape H y He, condensación agua, aparición oxígeno, disminución de CO2 (fotoquímica y fotosíntesis), formación capa ozono, atmósfera oxidante con predominio de N2 y O2

Gases traza activos radiativamente

Evolución de la Atmósfera • La atmósfera primigenia gases primarios

(muy calientes). • La atmósfera secundaria. Inicio de

enfriamiento. (hasta formación de Océanos, nubes...)

• La atmósfera 3 se libera oxígeno. Vapor de agua.

• La atmósfera 4, actual. Fotosíntesis: Cambio en la composición atmosférica.

Composición Atmosférica (actual)

Gas (caos) (%)

Nitrógeno (N2) 78.08

Oxígeno (O2) 20.95

Argón 0.93

Gases de efecto

invernadero

H2O, CO2, CH4, Nox..

O3

Estructura de la Atmósfera

Cambios en la concentración atmosférica

• Escape de gases ligeros

• Ciclos físico – químicos naturales, influenciados por procesos biológicos.

• Erupciones volcánicas

• Reacciones fotoquímicas

• Por debajo de los 50 - 80Km: La proporción relativa de cada componente varía uniformemente: mezcla vertical.

• Por arriba de los 50 - 80Km: Procesos de mezcla pequeños, los gases más pesados se mantienen en niveles más bajos, los ligeros más arriba.

Peso aproximado

(gramos)

Atmósfera 5.4 X 1021

Hidrosfera 1.4 X 1024

Litosfera 5.9 X 1027

Biosfera 6 X 1017

Sistema Tierra

• Comportamiento holístico del planeta: física y biogeoquímica

• Papel complementario de la atmósfera y el océano en la determinación de las condiciones de superficie

• Emisión y captura biogénicas de gases activos climáticamente

Graph from: Hadley Centre for Climate Prediction and Research

Papel

anticalentamiento

Generación de

gases formadores

de núcleos de

condensación de

nubes

Biota Marina

Carbono: bomba biológica y bomba

física

-

DMSP DMS

DMS es un gas traza ubicuo, derivado del DMSP, el cual es producido por muchas microalgas marinas, principalmente primnesiofitas (Coccolitoforidos) y dinoflagelados No todo el DMSP se convierte en DMS, pero todo el DMS atmosférico relacionado con células algales es a través del DMSP

Sistema Climático y Ciclos biogeoquímicos

La problemática global

2000 - 2008: 1.98 ppm y-1

2005 - 2008: 2.01 ppm y-1

1970 – 1979: 1.3 ppm y-1

1980 – 1989: 1.6 ppm y1

1990 – 1999: 1.5 ppm y-1

Año 2008 CO2 Atmosférico:

384.8 ppm

Concentración Atmosférica de CO2

Data Source: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends

(aprox. 280 ppm en 1750)

Calentamiento global estimado debido a diferentes Gases y Partículas

% del efecto % de calentamiento global

invernadero natural

H2O(g) 88.9 0 CO2 (g) 7.5 46.6 C(s) 0.2 16.4 CH4(g) 0.5 14.0 O3(g) 1.1 11.9 N2O(g) 1.5 4.2 CH3Cl(g) 0.3 0. CFCL3(g) 0 1.8 CF2Cl2(g) 0 4.2 CF2ClH(g) 0 0.6 CCl4(g) 0 0.3

Absorción de Radiación IR por Gases Invernadero

Atmospheric

window

¿Antroposfera?

0.34 x 1012 g

Vernadsky (1863-1945) y Teilhard de Chardin (1881-1955) propusieron la existencia de tres fases en el desarrollo de la Tierra, cada una transformando a la anterior: la geosfera, la biosfera y la noosfera

Emisiones de combustible fósil + Cemento

Data Source: G. Marland, T.A. Boden, R.J. Andres, and J. Gregg at CDIAC

1990 - 1999: 0.9% y-1

2000 - 2007: 3.5% y-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Fo

ssil

Fu

el

Em

issio

n (

GtC

/y)

Emissions

280

300

320

340

360

380

400

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Atm

oap

heri

c [

CO

2]

(pp

mv) [CO2]

2 ppm/year

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Tem

pera

ture

(d

eg

C)

Temperature 0.2 C/decade

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

2007 Combustible fósil: 8.5 Pg C

Canadell et al. 2007, PNAS; FAO-Global Resources Assessment 2005

America Tropical 0.6 Pg C y-1

Asia Tropical 0.6 Pg C y-1

Africa Tropical 0.3 Pg C y-1

2000-2007

Deforestación Tropical

13 Millones hectareas c/año

Emisiones de Carbono por cambio de uso del suelo

1.5 Pg C y-1

Bor

neo,

Cou

rtes

y: V

ikto

r B

oehm

[2007 Emisiones antropogénicas totales: 8.5+1.5 = 10 Pg]

Destino de las Emisiones Antropogénicas de CO2 (2000-2009)

1.1±0.7 PgC y-1

+ 7.7±0.5 PgC y-1

2.4 PgC y-1

27% Calculated as the residual of

all other flux components

4.1±0.1 PgC y-1

47%

26% 2.3±0.4 PgC y-1

Average of 5 models

Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS

Eficiencia de los sumideros naturales

Fracción Terrestre

Fracción Oceánica

Canadell et al. 2007, PNAS

Tasa de emisiones de CO2 .

Tasa de captura de CO2 y finalmente la cantidad total de C que puede ser almacenado en tierra y en océanos:

Tierra: efecto de fertilización CO2 , respiración del suelo, depositación de N por fertilización, reforestación…

Océanos: solubilidad del CO2 (temperatura, salinidad), corrientes oceánicas, estratificación, vientos, actividad biológica, acidificación …

Factores que influyen en la Fracción Aérea

Springer; Gruber et al. 2004, Island Press

Parte atribuída a un descenso hasta de 30% en eficiencia de captura de océanos del sur durante últimos 20 años.

Debida p.e. al reforzamiento de los vientos alrededor de la Antártida, lo cual mejora la ventilación de aguas profundas ricas en carbono.

Reforzamiento de vientos por calentamiento global y disminución de capa de ozono.

Causas de la disminución en la eficiencia de captura del océano

Le Quéré et al. 2007, Science

Cre

dit:

N.M

etzl

, A

ugus

t 20

00,

ocea

nogr

aphi

c cr

uise

OIS

O-5

Ciclos que se rompen ¿Problema climático, ecológico, ético?

¿Influye la cosmovisión en la generación de conocimiento?

Necesidad de una cultura compatible con la ciencia

Incertidumbres, nuevas preguntas, nuevos roles sociales, nuevos escenarios

¿Cómo transformar el

conocimiento en política pública?

¿Requerimos una nueva ciencia o sólo una forma distinta de hacerla?

Retos para la Ciencia…

¿Esperar a que lleguen soluciones o

construirlas?

…Retos para la Ciencia

Ciencia interdisciplinaria y multisectorial

Ciencia crítica y creativa

Ciencia y cultura como instrumento de la humanidad

La ciencia compartimentada no permite abordar la complejidad de los problemas y fracciona esfuerzos.

Estos problemas requieren una nueva forma de interacción entre científicos de distintas disciplinas , de la ciencia con la sociedad

y de la sociedad con la ciencia

…y retos para los científicos

Ejemplos de inversión pública en CyT

• 1995-2008

Porcentaje del PIB

Ciencia & Tecnología 0.37 % (max. 0.46)

Rescate financiero 0.59 % (max. 1.25)

Como porcentaje del Gasto Público Total

Para Ciencia y Tecnología 1998= 2.14 %

2009= 1.43 %

Fuente: Academia Mexicana de las Ciencias, 2010

Fuente: OCDE, 2010

La ciencia y la cultura como mecanismos de anticipación para

la sobrevivencia de la especie

En sociedades tan complejas como las que hemos creado, el conocimiento ha

de sustituir, con igual misión de supervivencia, al mecanismo biológico que acompasa el ritmo interno de los

organismos con su ambiente.

Muchas gracias

www.atmosfera.unam.mx

Andreae, M.O. and Crutzen, P.J. 1997. Atmospheric aerosols:biogeochemical sources and role in atmospheric chemistry. Science 276: 1052-1058.

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