Curiosos por lAs CiENCiAs

GEO MAX
Número 15
C u r i o s o s p o r l a s c i enc i a s
Y
a a fines del siglo XIX, el físico y químico
sueco Svante Arrhenius estaba en la pista
correcta. Observó que durante la era de la
Revolución Industrial se quemaba cada vez
más carbón. Con claridad concluyó que el
dióxido de carbono (CO2) producido por la
combustión que llegaba a la atmósfera,
­produciría un marcado calentamiento de la
Tierra, aunque en aquella época Arrhenius
consideró que no era motivo de preocupación.
Muy por el contrario, el naturalista reflexionó:
“El incremento de CO2 permitirá al hombre del
futuro vivir al abrigo de un cielo más cálido”.
consecuencias serían el deshielo de los polos, un aumento peligroso del nivel de los
mares y meses de verano extraordinariamente prolongados y calurosos.
Dado que el cambio climático no respeta
fronteras, Alemania tampoco quedará al
margen de los “tórridos tiempos” que se
aproximan. Los científicos del Instituto MaxPlanck de Meteorología de Hamburgo han
determinado con más precisión que nunca
cómo serán y qué regiones del país se verán
especialmente afectadas. Por encargo de la
El cambio climático sube la temperatura
Lo que los científicos pronostican para Alemania
Han pasado más de 100 años y hoy, los investigadores modernos del clima han reconocido
definitivamente que Arrhenius con su teoría
estaba en lo cierto, por lo menos en lo que se
refiere al calentamiento global y al papel del
CO2 en el sistema climático. “Ya no queda
tiempo para dudar”. Con estas palabras, Rajendra Pachauri, presidente del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio
Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) inició su presentación sobre el cuarto informe
climático mundial. “El IPCC confirmó en forma indubitable el calentamiento de nuestro
sistema climático y lo asoció directamente
con las actividades humanas”. La „curva de
la fiebre“ de nuestro planeta marca un incremento real de la temperatura de la Tierra, ya
que ésta ha subido 0,74º C en los últimos 100
años. Según el IPCC, esto es ocasionado,
ante todo, por el incremento de dióxido de
carbono en la atmósfera de 280 ppm (partes
por millón) en el año 1750 a 385 ppm en la
actualidad.
Para el futuro, los científicos ya tienen sombríos pronósticos: en el mejor de los escenarios, las temperaturas seguirán aumentando
entre 1,0 y 2,7º C hasta fines del siglo XXI. En
caso extremo, si las emisiones de gases de
efecto invernadero siguieran incrementándose desenfrenadamente, el calentamiento global incluso podría alcanzar valores de entre
2,4 y 6,4º C en este período. Las probables
Agencia Federal de Medio Ambiente de Alemania y con ayuda de una supercomputadora
del Centro de Cómputos del Clima de Alemania, los investigadores del equipo de Daniela
Jacob idearon tres escenarios de posibles
cambios climáticos en el país hasta el año
2100. Partieron de tasas de emisión de gases
de efecto invernadero variadas en el futuro: desde bastante bajas (escenario
B1), a medias (escenario A1B) y
altas (escenario A2). Los resultados son unívocos: el cambio climático también
arrastrará a Alemania al
“sauna”. Las simulaciones muestran que hasta fines del presente
siglo, probablemente
se llegará a un calentamiento medio
que oscilará entre
los 2,5 y los 3,5º C. Y
los pronósticos revelan algo más: el calentamiento del país
será muy diferente según la estación y la región. En el invierno probablemente se recalienten más
el sur y el sudeste de Alemania. En estas zonas, en el año
2100 las temperaturas podrían exceder en más de 4º C los valores com- k
3 El cambio climático ocasiona que aumente la temperatura de la Tierra.
1
Página
© IMP para Metereología
k
En primera línea se trata de
complejos sistemas de ecuaciones con un sinnúmero de
5,5
5,5
5,5
variables como temperatura,
5
5
5
presión atmosférica, velocidad
4,5
4,5
4,5
del viento o concentración de
4
4
4
3,5
3,5
3,5
vapor de agua en la atmósfera,
3
3
3
que describen lo que sucede
2,5
2,5
2,5
con el clima. Uno de los “in2
2
2
1,5
1,5
1,5
gredientes” decisivos de estos
1
1
1
modelos son las futuras emisiones de gases de efecto
2. Escenario A1B
3. Escenario A2
1. Escenario B1
invernadero. Sobre la base de
supuestos variables relativos
1 Sube la curva de la fiebre: la variación de la temperatura media anual (en grados Celsius) correspondiente al
al crecimiento de la población
período 2071-2100 comparado con 1961-1990. El escenario B1 parte del supuesto de bajas emisiones de gases de
y, a las transformaciones ecoefecto invernadero a futuro, mientras que los escenarios A1B presuponen emisiones medias y el A2 emisiones altas.
Medidas en los diferentes presupuestos de la concentración de CO2 en los escenarios A2 y A1B, las tasas de calentanómicas y tecnológicas de los
miento son inesperadamente similares. Esto depende de que en la segunda mitad del siglo XXI, el efecto refrigerante
próximos 100 años, primero
de los aerosoles sulfatados se reduzca mucho más velozmente en A1B que en A2. Con lo cual, el calentamiento
se elaboran diversos esce­
según A1B condicionado por la reducción de las emisiones sulfurosas es mayor que en A2 y compensa, en parte, el
narios de emisiones. A contiincremento de CO2 más leve en A1B (Fuente: Estudio Umweltbundesamt UBA).
nuación, los valores que se
obtienen se vuelcan a los cálparativos de 1961 a 1990 (Fig. B). Pero esto mucho mayores que los generados por los culos de los modelos. De este modo, para
no es todo. Así, por ejemplo, las precipitacio- cambios climáticos que se producen lenta e cada escenario se obtendrá un pronóstico
nes estivales de Alemania hasta el año 2100 imperceptiblemente”. Por eso, la investiga- climático específico.
podrían reducirse sobre grandes superficies dora actualmente realiza un meticuloso trahasta un 30%. El sur, el sudoeste y el noreste bajo detectivesco analizando los escenarios Que un modelo climático sea bueno o malo,
del país probablemente sean los más afecta- climáticos proyectados y buscando indicios depende, principalmente, de los científicos:
dos. En cambio, los inviernos en cualquier para detectar si estos eventos climáticos sólo si logran convertir las ecuaciones difezona entre las ciudades Flensburg y Passau extremos (climas extremos) podrían ser renciales no lineales a una expresión numériserán mucho más húmedos (Fig. C).
más asiduos e intensos.
ca con la cual puedan trabajar las supercomputadoras que se utilicen, podrán obtenerse
A causa del calentamiento, en los Alpes se Modelos climáticos complejos resultados valiosos. Para la calidad del modeespera que sea más frecuente la caída de El equipo ya cuenta con algunos resultados. lo climático también es importante que se
lluvia que de nieve. Incluso desaparecerían Los investigadores de Hamburgo han estu- tengan en cuenta las posibles interacciones y
superficies cubiertas del manto blanco, que diado de cerca los cambios en toda una serie el feedback que existen entre los diferentes
hoy cuentan con “garantía de nieve” (Fig. E). de períodos de días estivales – estos son componentes del sistema terrestre: la atmósEn las regiones más bajas, como por ejemplo días consecutivos con una temperatura máxi- fera, los océanos, la biosfera y los hielos.
Garmisch-Partenkirchen o Mittenwald, el nú- ma superior a los 25° C - hasta el año 2100.
mero de días por año con denso manto de El resultado fue que en la región del Rin- Mientras que antes sólo se utilizaban modenieve se reducirán de manera significativa. Meno sobrevendrán períodos de calor extre- los atmosféricos aislados para los cálculos
En esos lugares se considera posible una re- mo cada dos años, que tendrán una duración climáticos y a lo sumo se estimaba en qué
ducción mayor del 50%: una evolución a la de 40 días o más. Por lo tanto, en el futuro la medida influían los mares, hoy se utilizan
que, por ejemplo, el sector del turismo se regla podría ser veranos prolongados y tórri- sistemas acoplados. Uno de ellos es
tendrá que adaptar, para no ser uno de los dos como el del año 2003 con temperaturas ECHAM5/MPI-OM, que consiste en dos eleperdedores del cambio climático. Entre los récord, miles de muertos y daños en la cose- mentos principales: ECHAM5, un modelo
ganadores del calentamiento, en cambio, cha por miles de millones.
general de circulación atmosférica y de relieencontramos a las costas del Mar del Norte
ve del suelo y MPI-OM, un modelo de circuy del Báltico, porque allí hasta el año 2100 ¿Pero cómo llegan los investigadores del cli- lación oceánica. A esta cadena de modelos
las temperaturas no sólo subirán 2,8º C como ma a pronósticos tan detallados para los puede integrarse, de ser necesario, una momáximo, sino que en el verano, alta tempora- próximos 100 años cuando a los mismísimos delización de aerosoles o un modelo sobre el
da de turismo, las precipitaciones se reduci- meteorólogos les cuesta tanto pronosticar ciclo del carbono.
rán hasta un 25%.
con certeza el clima de los próximos días?
También cabe preguntarse: ¿son realistas los Antes de utilizar complejos modelos como
Los eventos climáticos extremos le preocu- resultados? La respuesta a ambas preguntas estos para simular el clima futuro, primero
pan en sumo grado a la científica Daniela nos permite mirar tras las bambalinas de la tienen que superar una prueba de resistencia
Jacob: “Porque el daño potencial que impli- investigación climática moderna. La herra- y ser “calibrados”. Esto se realiza en una
can fenómenos como las olas de calor, las mienta manual más importante de los cientí- serie de pruebas, donde, por ejemplo, se
fuertes lluvias y las tormentas suelen ser ficos son los llamados modelos climáticos. calcula el clima de los últimos 100 años.
2
Página
REMO ha superado este obstáculo hace tiempo. El Modelo Climático Regional (REMO, por
sus siglas en alemán) fue desarrollado en el
Instituto Max-Planck de Hamburgo especialmente para la simulación del clima de Alemania. Trabaja en conjunto con el modelo global
ECHAM5/MPI-OM. Daniela Jacob explica el
procedimiento llamado nesting o dynamic
downscaling: “Para analizar los efectos del
cambio climático global en las regiones europeas, se anidan modelos climáticos regionales en los modelos climáticos globales”. Y
concluye: “De este modo es posible estudiar
una región específica en forma mucho más
detallada, como si estuviera bajo una lupa, y
vincular los cambios climáticos globales con
las posibles consecuencias locales”.
Una vez que todas las piezas del rompecabezas han sido unidas para formar una densa
trama, se forma una imagen completa y amplia de las futuras tendencias climáticas
en Alemania. Con su resolución espacial de diez kilómetros, REMO es 20
veces más preciso que todos los modelos climáticos globales que, por lo
general, sólo poseen una resolución de
200 kilómetros (Fig. D). Por eso, REMO
ofrece pronósticos locales con un detalle y
una precisión hasta ahora inéditos.
La supercomputadora
Pone Manos a la obra
A pesar de todas las pruebas de calidad
y de muchas mejoras, los investiga­
dores del clima todavía distan mucho
de estar satisfechos con los modelos
desarrollados, porque aún hay algunos
factores de inseguridad en los cálculos.
Uno de ellos es el papel que juegan los aerosoles en el sistema climático (véase también GEOMAX 10 ­“Polvo en la computadora del clima – Porqué los científicos
cuentan micropartículas”). Los aerosoles
son diminutas partículas en suspensión o
gotitas que liberan las fuentes naturales
o la actividad del ­hombre, como la combustión de fuentes energéticas fósiles. Contribuyen a la formación de las nubes y de este
modo ­influyen en la circulación de energía
en la atmósfera. Es probable que en los
­últimos 100 años ­hayan reducido en por lo
menos 0,4º C las temperaturas promedio de
la Tierra ­contrarrestando el calentamiento
global, pero hasta la fecha, los investigadores sólo pudieron clarificar parcialmente
si este efecto refrigerante es propio de
todos los aerosoles y si se produce en todos
los casos.
Modelos climáticos globales con
diferente resolución
espaciamiento de
la cuadrícula, aprox. 250 km
espaciamiento de
la cuadrícula, aprox. 110 km
El objetivo de los investigadores del clima es
optimizar parte por parte sus modelos en los
próximos años. Al finalizar su tarea, el fruto
de su trabajo será un supermodelo complejo
El corazón de REMO son “cubos” de 10×10
que tendrá en cuenta todos los fenómenos
kilómetros y 100 metros de altura cada uno.
de la atmósfera, la biosfera, los océanos y
Para realizar las simulaciones climáticas se
los hielos, y también la influencia del hombre
procede a descomponer virtualmente la troen el clima. Pero cuanto más amplios sean
posfera (la capa inferior de la atmósfera,
los modelos, tanta más capacidad de procesuelo terrestre inclusive) de Alemania en
samiento se requerirá de ordenadores o
estas piezas de rompecabezas. Para cada
computadoras para poder llevar a cabo las
uno de los cubos, una supercomputadora del
simulaciones. En este contexto fue conveCentro de Cómputos del Clima de Alemania
niente y oportuno para los investigadores la
calcula un clima local muy especial con
instalación de una nueva supercomputadora
­información sobre la temperatura o las preci(HLRE2) en el Centro de Cómputos del Clima,
pitaciones.
cuyo desempeño supera al sistema anterior
en aproximadamente 60 veces.
Con un pico de capacidad de 144
Teraflops por segundo (equivalentes a 144 billones de operaciones
40
40
40
de cálculo por segundo) es una de
30
30
30
las supercomputadoras más gran20
20
20
des del mundo, utilizada para fines
10
10
10
5
5
5
científicos. Daniela Jacob y sus
-5
-5
-5
colegas apuestan a que HLRE2 les
-10
-10
-10
ayude a que los pronósticos sobre
-20
-20
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-30
-30
-30
el cambio climático y sus conse-40
-40
-40
cuencias sean mucho más precisos
y realistas. Porque cuanto más pre2. Precipitaciones durante el verano
1. Precipitaciones anuales
3. Precipitaciones durante el invierno
cisos sean los cálculos modelizados, tanto más concretas serán las
1 Veranos secos, inviernos húmedos: variación de la media relativa anual y de las precipitaciones estivales e
recomendaciones de los científicos
invernales (en %), correspondientes al período 2071-2100 comparado con el período de control 1961-1990 para el
para prever una estrategia eficaz
escenario A1B.
de protección del clima.
© IMP para Metereología
3
Página
© Schulzweida & Noreiks, 2000, Instituto Max-Planck para Metereología
Como se cuenta con los datos que suministró
la observación sistemática del clima, los investigadores pueden verificar fácilmente si
el modelo trabaja de manera correcta y reproduce lo que sucede de manera precisa.
Recién cuando se terminen las pruebas en un
proceso de optimización que durará años,
podrá concluirse si el modelo es capaz de
suministrar pronósticos realistas sobre el
clima del futuro.
k
k La importancia que reviste tener una estrate-
Los investigadores del Max-Planck han analizado este dilema mediante un experimento.
Hacen participar a 30 equipos de seis estudiantes cada uno de un juego electrónico interactivo llamado Public Goods Game (Fig. F).
5 El riesgo a perder dinero es un factor de
presión: los equipos alcanzan la meta colectiva
de donaciones, sólo si un fracaso en el objetivo
les indica que tienen un 90% de probabilidad de
perder su dinero (línea azul). Aún así tendrían
problemas, porque la suma invertida solamente
alcanzará el valor límite necesario (línea negra)
en la última ronda del juego. Si la probabilidad de
pérdida sólo fuese del 50% (línea verde) o del 10%
(línea roja), entonces las inversiones colectivas
de los estudiantes, incluso se alejarán cada vez
más del valor límite.
1 Nunca más Navidades blancas: cantidad de días por año con manto de nieve, correspondientes al período 1961-1990 y la variación de esta magnitud correspondiente al período 2071-2100
comparado con el período de control (Escenario A1B).
Se trataba de donar dinero (40 euros) de una
cuenta personal al cuidado del clima. El objetivo conjunto para proteger el clima se alcanzaba cuando uno de los grupos había reunido,
de manera anónima, un total de 120 euros en
diez rondas. El incentivo: ni bien uno de los
equipos reuniera la suma necesaria, a cada
jugador del mismo equipo se le pagaba el dinero remanente de su cuenta personal. En
cambio si no se lograba el objetivo, no sólo se
perdía el juego, sino también el monto depositado en las cuentas. Entonces cada uno de
los jugadores podía especular con que los
otros invertirían lo suficiente en su grupo, con
lo que al final quedaría más dinero en su
propia cuenta. El riesgo: no alcanzar el objetivo colectivo y que el dinero se pierda.
Entonces, los investigadores modificaron la
variable de pérdida. Cuando la probabilidad
de que no recibieran el dinero remanente de
Suma de dinero invertida (en euros) por equipo
© IMP para Biología Evolutiva / IMP para Metereología
140
Monto de las donaciones, por debajo del cual, los jugadores
tienen una probabilidad de perder el dinero ahorrado, de:
120
90%
50%
10%
100
80
la cuenta era del 90% (es decir “exactamente la situación en la que nos encontramos
para evitar el peligroso cambio climático”,
dice Manfred Milinski), la mitad de los grupos logró reunir los 120 euros (por el contrario, cuando las probabilidades eran del 50%
o de solo el 10%, todos los grupos quedaron
muy por debajo del objetivo). El resultado nos
mueve a la siguiente reflexión: “Es claro que
debemos convencer a la gente del drástico
impacto del cambio climático que nos depara
el futuro”, comenta Jochem Marotzke, colega de Milinski. Además, dice que en materia
de protección climática es importante apelar a
los intereses personales de los involucrados.
¿Será ésta una posible estrategia para el
“juego global del clima”, en el que participan
cientos de gobiernos y miles de millones de
personas? ¿Y en especial, para las negociaciones internacionales del acuerdo pos-Kyoto? Quizás, dice Marotzke: “Que en la mitad
de los casos los equipos no llegaran a la meta
de reunir los 120 euros a pesar del máximo
riesgo de sufrir pérdidas, es más bien un
mensaje negativo”. Grupos más grandes ciertamente tendrían más problemas.
pie de imp r enta
60
40
20
0
50
40
30
20
10
-10
-20
-30
-40
-50
90
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70
60
50
40
30
20
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ahorro acumulado de dinero por equipo hasta la décima ronda de juego
4
Página
Sociedad Max-Planck, departamento de información y relaciones públicas, Hofgartenstraße 8,
80539 München / e-mail: [email protected]
Redacción: Dra. Christina Beck
Traducción: Astrid Wenzel
Diseño: www.haak-nakat.de
La Versión en español se hizo con el apoyo
del DAAD y con fondos del Ministerio de
Relaciones Exteriores de Alemania.
© IMP para Metereología
gia frente al cambio climático, fue mencionada en un estudio del Instituto Alemán de Investigación Económica en 2008. Según el
estudio el calentamiento global podría ocasionarle -sólo a la economía alemana- costos
macroeconómicos de 800.000 millones de
euros en los próximos 50 años. Esto sería al
menos parcialmente evitable, siempre y
cuando se actúe rápidamente sobre el cambio climático. Pero también se requiere la
participación de todos los individuos, y justamente aquí se presenta un dilema, porque la
inversión individual en la protección climática conlleva un riesgo personal: si los otros no
invierten o invierten demasiado poco, nuestro compromiso habrá sido inútil. Entonces, a
pesar de todo lo que hayamos hecho tendremos que enfrentar las consecuencias del
cambio climático. En vistas de una situación
como la planteada ¿cómo es posible incentivar a la gente a proteger mancomunadamente el clima?