Reportajes

Cambio climático

II. Los glaciares resisten más de lo calculado el impacto climático

Juan Carlos Tellechea
lunes, 15 de noviembre de 2021
Buque de investigación Polarstern © by Thomas Ronge Buque de investigación Polarstern © by Thomas Ronge
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La Humanidad quizás aprende cuando las papas queman. Pero puede ser ya muy tarde. Hasta el momento todo parece indicar que al Hombre le importa un bledo la destrucción del planeta. Las catástrofes que han ocurrido en la pasada temporada estival en el Mediterráneo, podríamos denominarlas ya, sin temor a equivocarnos, la distopía griega.

Durante mucho tiempo, Grecia pensaba que tenía mayores preocupaciones que el cambio climático y sus consecuencias. Esta falsa idea que compartían también otros países del área está pasando su factura ahora, como demuestran los infernales incendios que se han registrado dentro y fuera de fronteras. El país heleno no puede ganar solo la batalla contra el cambio climático y esta es la principal enseñanza que han dejado estos colosales siniestros.

Viscosos y elásticos: los glaciares se comportan de forma más "firme" de lo que se pensaba

Un nuevo estudio del Instituto Alfred Wegner de Investigación Polar y Marina (AWI) demuestra que la deformación elástica desempeña un papel mucho más importante en los glaciares de lo que se sabía hasta ahora

El deshielo de los glaciares contribuye significativamente a la subida del nivel del mar. Para poder predecirlo con la mayor precisión posible, es necesario simular de forma realista en modelos informáticos todos los procesos relevantes de los grandes glaciares del mundo. En la mayoría de las simulaciones, el hielo se ve exclusivamente como un cuerpo que fluye. Como ha demostrado ahora un estudio de modelización dirigido por el Instituto Alfred Wegener, se han descuidado demasiado las propiedades sólidas del hielo. Utilizando el ejemplo de un glaciar en la costa de Groenlandia, los investigadores pudieron demostrar que las mareas del mar siguen deformando elásticamente el hielo varios kilómetros tierra adentro. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications: Earth & Environment.

El gigantesco glaciar Nioghalvfjerdsfjorden, situado en el noreste de Groenlandia, se encuentra a 79 grados de latitud norte, por lo que también se le conoce como "79°NG" para abreviar. El coloso desemboca directamente en el mar de Groenlandia y contiene un volumen de hielo que haría subir el nivel del mar en todo el mundo unos 1,1 metros si se derritiera por completo. Como consecuencia del cambio climático, la pérdida de hielo en el 79°NG ha aumentado considerablemente. Por ejemplo, los icebergs desprendidos por el glaciar son cada vez más grandes. En septiembre de 2020, por ejemplo, se desprendió un trozo más grande que París con 112 km2.

Cartografía cambiante

Si queremos prever el aumento del nivel del mar asociado a la pérdida de hielo de forma aún más precisa, tenemos que cartografiar el flujo de glaciares como el 79°NG con la mayor exactitud posible en los modelos informáticos

afirma la Dra. Julia Christmann, primera autora del estudio y glacióloga del Instituto Alfred Wegner / Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI).

Para evitar que la potencia de cálculo necesaria sea demasiado grande, los movimientos de los glaciares se suelen representar de forma muy simplificada. Las simulaciones sólo describen entonces el hielo como fluyendo. Pero el hielo de los glaciares también tiene propiedades sólidas que apenas se tienen en cuenta en los modelos. Nuestro estudio demuestra que son precisamente estas propiedades del estado sólido las que desempeñan un papel importante y que merece la pena integrarlas en las simulaciones. (Christmann)

Modelos clave

Mar de Admunsen. © 2021 by T. Ronge.Mar de Admunsen. © 2021 by T. Ronge.

Junto con su equipo de estudio internacional de Alemania, Dinamarca y Estados Unidos, Julia Christmann desarrolló una simulación del 79°NG que combina el comportamiento "elástico" de los sólidos y el comportamiento "viscoso" del flujo del glaciar. También se tiene en cuenta el agua subglacial bajo el glaciar, para lo cual el glaciólogo del AWI, Dr. Thomas Kleiner, aplicó el modelo hidrológico del AWI. Para comprobar hasta qué punto esta simulación "viscoelástica" reproduce el 79°NG real, los investigadores compararon los datos informáticos con los datos reales de movimiento del hielo obtenidos por GPS en una campaña de investigación de campo del AWI y con datos de teledetección por satélite.

Pudimos demostrar que el componente elástico es importante, entre otras cosas, en el lugar donde el glaciar desemboca en el mar

explica Julia Christmann, que realizó el trabajo en el marco del proyecto GROCE (Greenland Ice sheet Ocean Interaction) del Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación BMBF.

Hay agua de mar bajo el hielo, por lo que el glaciar ya no está en contacto con el suelo. Las mareas suben y bajan la capa de hielo flotante. Además, el agua del océano presiona el agua subglacial asociada bajo el hielo en tierra y cambia la velocidad de deslizamiento del glaciar allí. La señal elástica de la marea deforma el glaciar hasta 10 kilómetros hacia el interior de la línea de aterrizaje, donde el hielo aún se apoya en el suelo. Este efecto de larga distancia de las mareas sobre el hielo interior se conocía en la Antártida, pero apenas se ha tenido en cuenta en Groenlandia hasta ahora. (Christmann)

Descubrimiento

Otro hallazgo sorprendente: la deformación en estado sólido también se produce más allá de la señal de marea, muy hacia el interior. Y siempre ocurre donde el glaciar fluye a una velocidad relativamente alta -más de 70 cm por día- sobre "montañas" y grandes protuberancias bajo el hielo. "Esto crea grandes tensiones y conduce a la deformación elástica del hielo", sostiene Julia Christmann.

Son precisamente estos lugares de alta tensión en nuestro modelo los que encajan sorprendentemente bien con los datos de los satélites. Porque aquí es exactamente donde encontramos enormes campos con innumerables grietas en el hielo en toda Groenlandia. Aquí queda claro por qué no se puede describir correctamente un glaciar sin un componente sólido. Porque un fluido puro no puede tener grietas y fisuras. (Christmann)

Ambos fenómenos -señal de marea y deformación elástica en la capa de hielo- se dan en muchos glaciares de salida de todo el mundo comparables al 79°NG, según el equipo del estudio. "Por eso merece la pena integrar el componente elástico en los modelos, aunque los haga más complejos", explica la profesora Dra. Angelika Humbert, responsable del estudio del AWI. 

Porque la rapidez con la que un glaciar fluye hacia el mar y la cantidad de hielo que pierde allí en un clima más cálido también depende de las propiedades del cuerpo sólido. Así que las previsiones sobre la subida del nivel del mar podrían ser aún más precisas. (Humbert)

Los fenómenos extremos serán más frecuentes

El nuevo y sombrío informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) muestra que el cambio climático provocado por el Hombre se acelerará. El documento expresa claramente que el cambio climático amenaza a la Humanidad. Queda poco tiempo para evitarlo. Así lo demuestran los resultados de los fundamentos físicos de la investigación climática. Una cosa está clara: los fenómenos meteorológicos extremos, como las olas de calor, las sequías y las lluvias torrenciales, serán cada vez más frecuentes.

Por lo pronto, las emisiones de CO2 en 2021 volverán a estar cerca de los niveles de 2019. El Proyecto Global del Carbono presenta un nuevo informe sobre las tendencias de los gases de efecto invernadero

Después de haber disminuido considerablemente la media mundial en 2020, este año las emisiones de dióxido de carbono fósil vuelven a acercarse a los niveles anteriores a la pandemia de coronavirus que paralizó las actividades económicas en todo el mundo. Esta es la conclusión del Proyecto Global del Carbono. Cada año, los científicos hacen un balance de la cantidad de CO2 que entra en la atmósfera en todo el mundo y que es reabsorbida por los sumideros naturales. La Dra. Judith Hauck, investigadora sobre el clima del Instituto Alfred Wegener, también forma parte del equipo. El proyecto publica ahora su informe preliminar en la revista científica Earth System Science Data.

Los niveles

La pandemia también tuvo un impacto en las emisiones de CO2 el año pasado. Las medidas para contener el virus afectaron a muchos sectores relevantes como el transporte, la industria o la energía. De este modo, las emisiones mundiales de dióxido de carbono se redujeron una media del 5,4% en 2020. Sin embargo, las cifras preliminares del Global Carbon Project muestran que no se trata de un efecto duradero: en 2021, las emisiones se acercarán al nivel de 2019, es decir, de antes de la pandemia, de nuevo, con 36.400 millones de toneladas. Las emisiones procedentes del consumo de carbón y gas aumentan más en 2021 de lo que cayeron en 2020, pero las emisiones procedentes de la combustión de petróleo se mantienen por debajo de los niveles de 2019.

Emisiones de CO2 de los mayores emisores

En el caso de los países con altas emisiones de CO2, las emisiones en 2021 parecen estar volviendo a las tendencias anteriores a la pandemia de Corona, es decir, la disminución de las emisiones de CO2 en Estados Unidos y la Unión Europea y el aumento de las emisiones de CO2 en la India. En China, la respuesta a la pandemia de Corona ha provocado un nuevo aumento de las emisiones de CO2, impulsado por los sectores energético e industrial.

 UE27 (Unión Europea, 27 países): se prevé que las emisiones de CO2 sean un 7,6% más altas en 2021 que en 2020, alcanzando los 2.800 millones de toneladas (el 7% de las emisiones mundiales). Esta cifra es un 4,2% inferior a los niveles de 2019.
 Estados Unidos: Las emisiones en Estados Unidos también aumentan un 7,6%, hasta los 5.100 millones de toneladas (el 14% de las emisiones mundiales). Esta cifra es un 3,7% inferior a los niveles de 2019.
 China: las emisiones de 2021 aumentarán un 4%, hasta los 11.100 millones de toneladas (el 31% de las emisiones mundiales). Esta cifra es un 5,5% superior a los niveles de 2019.
 India: se prevé que las emisiones de CO2 aumenten un 12,6%, hasta los 2.700 millones de toneladas (el 7% de las emisiones mundiales). Esto los sitúa un 4,4% por encima del nivel de 2019.

Crece explotación

Las actividades de uso de la tierra emitieron alrededor de 2.900 millones de toneladas netas de CO2 en 2021, algo menos que en 2020, lo que incluye las emisiones de CO2 procedentes de la deforestación, por ejemplo, así como la absorción de CO2 en los bosques que vuelven a crecer. Las emisiones de CO2 siguieron siendo elevadas durante la pandemia, ascendiendo a 14.100 millones de toneladas de CO2 anuales en la década 2011-2020. Junto con la absorción de 9.900 millones de toneladas de CO2 al año por parte de los bosques que vuelven a crecer, se liberaron a la atmósfera 4.100 millones de toneladas netas de CO2 cada año en la última década a través del cambio de uso del suelo.

Por primera vez, el Proyecto Global del Carbono vinculó datos independientes de modelos globales de carbono con los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero de los países considerados. Los datos comunicados por los países también atribuyen al sector del uso de la tierra parte del sumidero natural de las tierras gestionadas, mientras que los modelos separan claramente las emisiones naturales de las artificiales.

Los océanos y la tierra como sumideros naturales de CO2

La cantidad mundial de CO2 que queda en la atmósfera sigue aumentando este año, en 2,0 ppm, hasta alcanzar las 415 ppm (partes por millón, una medida de la composición de los gases) previstas, según el informe preliminar. Como era de esperar, los sumideros de CO2 en la tierra y en los océanos están respondiendo a este aumento y absorbiendo más CO2: en conjunto, cerca de la mitad del dióxido de carbono emitido (el 54% de media en los últimos diez años). Sin embargo, el cambio climático les está afectando: las estimaciones de los modelos muestran que está debilitando los sumideros de carbono en la tierra en un 15% aproximadamente y en el océano en un 5%.

La Dra. Hauck, del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), coordina la estimación de la cantidad de CO2 que almacenan los oceános para el Proyecto Global del Carbono. 

Este año, por primera vez, no solo hemos calculado el sumidero oceánico a partir de modelos, sino que también hemos incluido estimaciones basadas en observaciones en igual medida. (Hauck)

Absorciones

El resultado preliminar: en 2021, los océanos absorbieron unos 10.600 millones de toneladas de CO2. Esto continúa la tendencia de que la absorción de CO2 por parte de los océanos está aumentando, en paralelo con el aumento del contenido de CO2 en la atmósfera. En la última década (2011 a 2020), aumentó hasta una media de 10.300 millones de toneladas de CO2 al año, lo que equivale al 26% de las emisiones totales de CO2. 

El desarrollo del sumidero oceánico en las próximas décadas, en respuesta al aumento de los niveles de CO2 así como al cambio climático en curso, también tendrá un impacto en la atmósfera. Cómo exactamente, es lo que estamos investigando en AWI. (Hauck)

El sumidero natural de la tierra, que absorbió alrededor del 28% de las emisiones provocadas por el hombre en la última década, ha ido aumentando en las dos últimas décadas y se calcula que alcanzará los 12.100 millones de toneladas de CO2 en 2021.

El cómputo de carbono se reduce

Las emisiones persistentemente elevadas han reducido aún más el cómputo de carbono que queda para limitar el calentamiento global a 1,5 grados, 1,7 grados o 2 grados centígrados. Según el informe del Global Carbon Project, quedan unos 420.000 millones de toneladas, 770.000 millones de toneladas o 1.270.000 millones de toneladas de CO2 para que haya un 50% de posibilidades de no superar el objetivo de 1,5 grados, 1,7 grados o 2 grados.

Esto corresponde a unos 11, 20 o 32 años con las emisiones manteniéndose en los niveles de 2021. 

El repunte de las emisiones de CO2 casi hasta los niveles de 2019 muestra que hasta ahora apenas hay soluciones estructuralmente eficaces en los planes de los países para reducir las emisiones de forma permanente. 
Los bloqueos de la corona no han provocado ningún efecto sostenible hasta ahora. Por eso, ahora tenemos que encontrar soluciones rápidas y aplicarlas a nivel mundial para reducir permanentemente las emisiones. (Hauck)

Al fin y al cabo, el plan de no emitir más gases de efecto invernadero (emisiones netas cero) de aquí a 2050 solo puede tener éxito si las emisiones totales de CO2 se reducen en una media de 1.400 millones de toneladas cada año.

Así que cada año necesitamos una disminución del mismo orden de magnitud que en 2020, que fue de 1.900 millones de toneladas principalmente por la disminución de la movilidad inducida por el confinamiento, pero también de la producción. (Hauck)

El Proyecto Global del Carbono es un proyecto de investigación internacional de la iniciativa de investigación Future Earth sobre la sostenibilidad global. Su objetivo es desarrollar una imagen completa del ciclo global del carbono, abarcando tanto su dimensión biofísica como humana y las interacciones entre ellas. En el informe trabajan investigadores del clima de todo el mundo. De Alemania, participan científicos del Instituto Alfred Wegener (Bremerhaven), la Universidad Ludwig Maximilian (Múnich), el Instituto Max Planck de Meteorología (Hamburgo), el Instituto Max Planck de Biogeoquímica (Jena), el Instituto Tecnológico de Karlsruhe, el Centro Helmholtz de Investigación Oceánica GEOMAR (Kiel) y el Instituto Leibniz de Investigación del Mar Báltico (Warnemünde).

El Presupuesto Global del Carbono 2021 es la 16ª edición del informe anual. Las cifras son una actualización de las de 2020, que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) incluyó en la primera parte de su Sexto Informe de Evaluación.

El clima y el cambio climático

Las mediciones han constatado ahora claramente la dirección en la que evoluciona el clima: la temperatura media mundial ha aumentado aproximadamente 1 grado centígrado desde la era preindustrial hasta el año 2017. El aumento que se producirá a finales del siglo XXI depende sobre todo de que la humanidad se comprometa de forma consecuente con la protección del clima en el futuro. Científicos de varios Institutos Max Planck trabajan para que las previsiones climáticas sean aún más precisas. Y están investigando qué medidas son necesarias para limitar el cambio climático a un nivel tolerable.

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), al que también pertenecen los científicos del Max Planck, es claro en sus afirmaciones: es extremadamente probable, como afirma en su 5º Informe de Evaluación, que las emisiones de gases de efecto invernadero por parte de los seres humanos, sobre todo las de CO2 procedentes de la quema de carbón, petróleo y gas natural, estén provocando un cambio climático que ya se puede medir y sentir hoy en día. Pero incluso si la evolución de la temperatura media mundial hasta la fecha se ajusta a las predicciones, aún no está claro el grado de calentamiento global que se producirá en el año 2100.

Incertidumbres

Un factor importante de incertidumbre es la actividad humana. ¿Reduciremos masivamente las emisiones de gases de efecto invernadero en las próximas décadas? ¿O el contenido de CO2 de la atmósfera seguirá aumentando? Pero incluso las fórmulas físicas que utilizan los investigadores del clima para calcular sus previsiones contienen incertidumbres. Por ejemplo, las predicciones del IPCC sobre el calentamiento global en caso de que se duplique el contenido de CO2 en comparación con la era preindustrial -en ese momento la atmósfera contenía 285 partes de CO2 por millón- dan un rango de 1,5 a 4,5 grados centígrados.

El intervalo relativamente amplio responde a numerosos imponderables del sistema climático. Esto se debe a que el calentamiento global puede dar lugar a muchas retroalimentaciones que tal vez lleven a intensificar aún más el cambio climático, pero también debilitarlo. Los investigadores del clima de la Sociedad Max Planck quieren reducir las incertidumbres de los cálculos. Y están trabajando en la elaboración de previsiones climáticas fiables para las próximas una o dos décadas.

También investigan cómo la protección del clima puede evitar las peores consecuencias del calentamiento global: ¿Con qué rapidez tenemos que reducir las emisiones de CO2 para limitar el calentamiento global a 2 o incluso 1,5 grados, como se acordó en 2015 en la Conferencia sobre el Cambio Climático de París? ¿Es la geoingeniería, por ejemplo la liberación selectiva de polvo que bloquea la luz solar, una forma sensata de lograr este objetivo?

Estrés climático previsible

En la geoinvestigación del clima, la inteligencia artificial ayuda a predecir los fenómenos meteorológicos extremos y sus consecuencias. Las sequías, las olas de calor y las inundaciones es probable que aumenten y se agraven con el cambio climático. Markus Reichstein, director del Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Jena, trabaja con su equipo para predecir sus consecuencias. Se apoya en grandes cantidades de datos y en la inteligencia artificial. De este modo, quiere que las sociedades sean más robustas frente a los extremos climáticos.

Lo ideal sería que el científico tuviera un arbusto de romero en su jardín de Jena. Pero la planta probablemente no sobreviviría mucho tiempo. Porque cada pocos años hay una ola de frío muy severa -como en el invierno de 2020/21- que impide que un ejemplar de esta planta del Mediterráneo prospere. Sin embargo, Markus Reichstein, director del Instituto Max Planck de Biogeoquímica, puede utilizar el romero para ilustrar sus investigaciones sobre los extremos climáticos. Porque el clima soleado, cálido y seco de Jena es en realidad ideal para este arbusto e incluso las temperaturas medias en invierno no suponen ningún problema. Pero unos pocos días a temperaturas inferiores a diez grados bajo cero pueden matar al arbusto. Reichstein explica y ejemplifica así las diferentes dimensiones del clima y los extremos meteorológicos.

Los extremos climáticos se refieren a eventos excepcionales de mayor duración, como las sequías o las olas de calor. El tiempo extremo describe eventos cortos e inusualmente violentos, como tormentas o granizo intenso. Sin embargo, no existe una definición uniforme de lo que ahora se clasifica como extremo: 

En primer lugar, se pueden examinar los datos meteorológicos y determinar la frecuencia o la rareza de un determinado acontecimiento en un lugar, por ejemplo, las temperaturas inferiores a diez grados bajo cero. Pero también se puede considerar un acontecimiento de este tipo de forma diferente y analizar hasta qué punto se desvía este valor del valor medio. Sin embargo, aún más emocionante es la cuestión de qué efectos tiene el evento y si éstos son igualmente extremos, es decir, inusualmente fuertes. (Reichstein)

Porque mientras las plantas autóctonas soportan sin problemas unos días de invierno muy fríos y los efectos no son extremos para ellas, sí lo son para el romero, originario de un ámbito más templado.

Las consecuencias de gran alcance de los extremos climáticos fueron difíciles de ignorar en Alemania en los últimos años, y algunas fueron bastante inesperadas. El verano de 2018, caluroso y muy seco, planteó grandes problemas para la silvicultura y la agricultura y dejó daños en los bosques alemanes que son cada vez más visibles. La excepcional sequía también provocó incendios forestales a gran escala en algunas partes de Alemania. Estas consecuencias directas eran ciertamente de esperar. Más sorprendente fue, por ejemplo, que el bajo nivel de agua del Rin provocara cuellos de botella en el suministro y que las centrales eléctricas se quedaran sin agua de refrigeración. Las condiciones climáticas extremas tuvieron, por tanto, un grave impacto tanto en las personas como en la naturaleza, y fueron también un importante problema público.

La ola de calor de 2003 fue una llamada de atención

Sin embargo, para muchos investigadores de los ecosistemas, entre ellos Markus Reichstein, otro acontecimiento extremo ya había sido una llamada de atención: la ola de calor del verano de 2003 en Europa. Las altas temperaturas y el aumento de la contaminación atmosférica provocado por diversos efectos climáticos costaron la vida a varias decenas de miles de personas. Además de las personas y la economía, la naturaleza también sufrió mucho el calor. Gracias a los amplios datos de las estaciones de medición y de los satélites de teledetección, los investigadores pudieron analizar en detalle las consecuencias de la ola de calor para los ecosistemas.

La investigación de Reichstein se centraba entonces en el ciclo del carbono y, en particular, en el equilibrio del carbono entre la biogeosfera y la atmósfera. En otras palabras, el científico estudió la cuestión de la cantidad de dióxido de carbono que, por ejemplo, las plantas y el suelo absorben del aire y liberan en él. La fuerte influencia de los extremos climáticos en el ciclo global del carbono se mostró claramente en los datos de la ola de calor de aquella época: Normalmente, las plantas de la masa continental europea captan grandes cantidades de CO2 durante su periodo de crecimiento en el semestre de verano. Esto se denomina sumidero de carbono, en contraposición a una fuente de carbono. Pero debido a los efectos del calor y, sobre todo, a la escasez de agua, las plantas crecieron mucho menos en 2003. Como resultado, el sumidero sobre Europa no solo fue mucho más débil, sino que los ecosistemas europeos se convirtieron en fuentes de dióxido de carbono.

Este hallazgo sorprendió a la comunidad investigadora. Hasta entonces, los investigadores habían asumido que el cambio climático provocado por el hombre haría que las plantas de las latitudes medias y altas fijaran más CO2 en el futuro. Esto se debía a que el calentamiento global y el aumento del contenido de dióxido de carbono en la atmósfera harían, según se creía, que las plantas crecieran antes en el año y con más vigor. Se esperaba que esto ralentizara el aumento de los niveles de dióxido de carbono procedentes de las emisiones de origen humano y, por tanto, el cambio climático. Pero la ola de calor de 2003 fue un acontecimiento revelador, sostiene Markus Reichstein. Porque ya entonces todo apuntaba a que el cambio climático traería más extremos como sequías y calor en el futuro. Y demostró que tal hecho es capaz de transformar temporalmente un sumidero de carbono en una fuente de carbono.

Si la vegetación está permanentemente dañada o muere, el efecto puede intensificarse con los años. El equipo de Reichstein descubrió que la influencia de los extremos climáticos en el ciclo global del carbono es casi tan grande como el sumidero total de carbono en las masas terrestres de la Tierra. Y si los extremos climáticos aumentan, el contenido de CO2 de la atmósfera podría aumentar aún más, una retroalimentación entre la atmósfera y la biogeosfera que acelera aún más el cambio climático.

La gravedad de los fenómenos extremos que afectan a los seres humanos y a la naturaleza depende, por supuesto, de su frecuencia y gravedad. Por lo tanto, predecir si el cambio climático provocará más extremos nos ayuda a estimar lo que nos espera. Durante mucho tiempo, estas predicciones se basaron en consideraciones abstractas. No fue posible realizar predicciones detalladas porque no había suficientes datos sobre los raros fenómenos extremos en el complejo sistema climático y meteorológico. Pero a partir de consideraciones termodinámicas básicas, los investigadores llegaron a la conclusión de que el cambio climático hará que los extremos sean más probables y, por tanto, más frecuentes. Esto se debe a que el aumento global de las temperaturas hace que haya más energía en el sistema terrestre, que se evapore más agua y que la atmósfera también pueda absorber más agua. Entonces el tiempo se acelera: hay más extremos como olas de calor, lluvias torrenciales o tormentas.

Como se ha demostrado en los últimos años, la climatología ha acertado con este argumento. Los investigadores sí han logrado atribuir el aumento de los extremos al cambio climático. Su análisis se basa en modelos climáticos globales y regionales mejorados, calculados en potentes ordenadores. En la actualidad, la atribución tiene más éxito en el caso de las olas de calor; en el caso de otros fenómenos extremos, como las sequías, las lluvias torrenciales o las inundaciones, las afirmaciones son menos fiables.

Los investigadores no establecen una relación causal entre un evento específico y el cambio climático, sino que calculan cuánto más probable se ha vuelto esa circunstancia extrema debido al cambio climático. Para ello, comparan la probabilidad de un suceso extremo en un mundo sin cambio climático provocado por el Hombre con la probabilidad en un mundo con cambio climático. Es como lanzar dos dados muchas veces para comparar la frecuencia con la que se produce un determinado número. Uno de los dados, el de nuestro mundo real, ha sido lanzado por el cambio climático. En el caso de los devastadores incendios forestales que se produjeron en Australia en 2019 y 2020, por ejemplo, un análisis de la iniciativa de investigación World Weather Attribution ha demostrado que el riesgo de que se produzca un hecho de este tipo ha aumentado al menos un 30% debido al cambio climático.

Pronósticos con cubos de datos

Markus Reichstein quiere ir más allá: procura no solo quiere atribuir los extremos climáticos al cambio climático a posteriori, sino que le gustaría predecirlos con la mayor precisión posible para una región o un lugar. Su grupo se basa en los macrodatos y la inteligencia artificial para, en primer lugar, desarrollar una mejor comprensión de los extremos climáticos. De este modo, el equipo quiere hacer posible una previsión espacial de alta resolución de los extremos climáticos y, sobre todo, de sus efectos, y contribuir así a un sistema de alerta temprana. Para ello, los científicos están reuniendo un gran número de datos y relacionando informaciones muy diferentes. Por ejemplo, combinan los datos de las mediciones meteorológicas con los datos que describen los ecosistemas.

Los métodos de inteligencia artificial les ayudan a procesar y combinar los datos. Por ejemplo, pueden comparar los valores de temperatura y precipitación con la actividad vegetal determinada a partir de imágenes de satélite y también analizar la concentración de dióxido de carbono medida cerca de la superficie. Los investigadores generan un mapa mundial de todas las variables que caracterizan el estado de un ecosistema. Por ejemplo, se crea un mapa de estrés por sequía, que está disponible para muchos puntos en el tiempo en el pasado, es decir, con una alta resolución temporal. Junto con la longitud y latitud, los cortes en el tiempo forman la tercera dimensión de este llamado cubo de datos.

En última instancia, los investigadores pueden evaluar, por ejemplo, la gravedad con la que la sequía ha dañado y dañará la vegetación a lo largo del tiempo. La fuerza particular del enfoque reside en el hecho de que las correlaciones espaciales se revelan y el desarrollo temporal se vuelve claro. De este modo, los científicos detectan las anomalías. Para estas desviaciones de la norma, que caracterizan un extremo, analizan entonces las distintas variables de estado y obtienen así una imagen multidimensional de la compleja interacción.

Los científicos examinaron cómo los diferentes factores contribuyen al desarrollo de un extremo climático e influyen en sus efectos utilizando un evento extremo del pasado: una ola de calor que ocurrió en Rusia en 2010. En ese momento, las temperaturas superaron los 38 grados centígrados y estuvieron más de diez grados centígrados por encima de la media durante varias semanas.

Al mismo tiempo, se produjo una sequía masiva, una combinación devastadora: hubo pérdidas de cosechas, incendios forestales y de turba. Aquí también murieron decenas de miles de personas, no solo por las altas temperaturas, sino también por la contaminación del aire causada por la sequía, el calor y los incendios. Sin embargo, el equipo de Reichstein descubrió en el análisis del cubo de datos que las consecuencias para la naturaleza no eran tan claramente negativas.

Esto se debe a que el acontecimiento meteorológico extremo no coincidió del todo con el desarrollo de la productividad de las plantas en el espacio y el tiempo. En las latitudes medias, en las que predomina la agricultura, se observó el efecto esperado: el verano caluroso y seco hizo que las plantas dejaran de crecer y se marchitaran, y la productividad vegetal se desplomó. Pero en las latitudes más altas con bosques extensos, la primavera suave y el verano inusualmente caluroso provocaron un crecimiento temprano y fuerte de las plantas. Así, el evento meteorológico extremo tuvo efectos muy diferentes en los ecosistemas de las distintas regiones.

Inteligencia artificial para reconocer modelos extremos

Para una predicción fiable de los extremos climáticos, es crucial aprender del mayor número posible de eventos de este tipo. Porque solo el análisis en profundidad de muchos datos permite obtener una imagen clara y generalizable de las complejas interrelaciones. Este es precisamente el punto fuerte de la inteligencia artificial, o más exactamente: los métodos de aprendizaje automático, que pueden reconocer patrones en datos desconocidos. Por ello, el grupo de investigación de Markus Reichstein colabora con Bernhard Schölkopf, director del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, y con otros investigadores del Laboratorio Europeo de Aprendizaje y Sistemas Inteligentes (Ellis) para seguir desarrollando algoritmos de aprendizaje automático y utilizarlos en la investigación del sistema Tierra.

Con la ayuda de la inteligencia artificial, los investigadores de Jena no solo investigan los efectos de los fenómenos extremos. Los análisis también deberían mejorar nuestra comprensión de las relaciones causales entre la influencia mutua de los ecosistemas y el clima. Mientras tanto, los extremos climáticos ocurridos en todo el mundo en las últimas décadas se acumulan en los cubos de datos. Así, los científicos esperan que la inteligencia artificial reconozca patrones reveladores en los datos. Esto también podría vincular a un extremo climático factores de riesgo o consecuencias indirectas que de otro modo apenas se asociarían a él. 

Si combinamos los resultados de estos análisis con los conocimientos climáticos establecidos y con los modelos, sería posible en el futuro predecir el riesgo de un extremo climático y, sobre todo, sus efectos con una precisión de 20 metros. (Reichstein)

Con los descubrimientos que el geocientífico y sus colegas de todo el mundo han obtenido entretanto sobre los extremos climáticos, también le gustaría hacer oír su voz en la sociedad y la política. Para ello cuenta con el apoyo de Dorothea Frank, del Instituto Max Planck de Biogeoquímica: 

Queremos concienciar sobre el peligro que supone el hecho de que el cambio climático haga que los fenómenos meteorológicos y climáticos extremos sean cada vez más probables, 

afirma la investigadora, corresponsable de numerosos proyectos e iniciativas en este contexto. Porque una cosa está clara: aunque los esfuerzos por frenar y detener el cambio climático tengan éxito, los extremos climáticos aumentarán inicialmente en todo el mundo.

Las fuerzas de la naturaleza se encontrarán con condiciones sociales en constante cambio. Por ello, los investigadores de Jena quieren utilizar los hallazgos de diversas disciplinas científicas para preparar mejor a la sociedad ante los retos que plantea el cambio climático. 

Especialmente en el caso de los riesgos sistémicos, que surgen por la interacción de los sistemas naturales con la economía, la política y los individuos, es crucial para la comprensión observar el desarrollo desde una perspectiva de las ciencias naturales, la economía, la psicología, la sociología y la historia. (Reichstein)

Predicciones sólidas ayudan a que las sociedades sean más resistentes

Dorothea Frank y Markus Reichstein intentan actualmente reforzar el intercambio científico sobre fenómenos extremos, gestión de riesgos de catástrofes y gobernanza con la Iniciativa Risk Kan, que reúne a numerosos colegas internacionales. Juntos quieren elaborar recomendaciones para hacer frente a los riesgos sistémicos. Porque los fenómenos climáticos y meteorológicos extremos ponen cada vez más a prueba a los Estados y las sociedades. Mientras que los países ricos y altamente desarrollados suelen ser capaces de evitar las peores consecuencias de los fenómenos extremos, las catástrofes resultantes en los países en desarrollo amenazan muchas vidas y hacen necesarias las operaciones de ayuda humanitaria. Un ejemplo es la sequía en África Oriental en 2011 y la hambruna resultante en países como Etiopía y Somalia. Esta catástrofe puso en peligro a más de diez millones de personas, costó varios cientos de miles de vidas y provocó la huida de casi un millón de personas.

El Banco Mundial estima que hasta 143 millones de personas podrían convertirse en refugiados climáticos en 2050, muchos de ellos debido a los efectos de los extremos climáticos. Por eso es necesario actuar ahora, tomar medidas preventivas y realizar inversiones. El objetivo debe ser una sociedad sostenible que sea lo más resistente posible a los extremos climáticos, afirma Markus Reichstein. Las medidas posibles son múltiples y dependen en gran medida de la ubicación respectiva: Cerca de la costa o de un río, pueden ser necesarios diques más altos y muros de contención, mientras que en otros lugares hay que introducir nuevos cultivos más resistentes a la sequía.

Las predicciones fiables de los efectos de los extremos climáticos, como las desarrolladas por el equipo de Reichstein, ayudan a que las sociedades sean más resistentes. Por ejemplo, el equipo trabaja actualmente en un gran proyecto de investigación financiado por la Unión Europea que pretende establecer este enfoque en África. Esto se debe a que un sistema de alerta temprana da a los habitantes de una región afectada tiempo para prepararse para un extremo. Los recursos financieros necesarios podrían liberarse con antelación para ayudar a las personas sobre el terreno y evitar una catástrofe.

La ayuda a las catástrofes basada en las previsiones ya se utiliza hoy en día, pero podría ampliarse mucho en el futuro y se beneficiaría de unas previsiones fiables y precisas. Markus Reichstein está convencido de la solidez de su enfoque de investigación basado en datos e incluso cree que puede extenderse: Utilizando la inteligencia artificial para analizar los datos climáticos y de los ecosistemas, así como los datos socioeconómicos, los investigadores podrían también examinar la vulnerabilidad de las sociedades a los extremos climáticos.

Pero aunque se identifiquen las sociedades vulnerables o un sistema de alerta temprana basado en cubos de datos que hagan sonar la alarma, al final, el factor decisivo es siempre la reacción de las personas. La pandemia, entre otras cosas, da valor a Dorothea Frank y Markus Reichstein en este sentido. 

Porque esta crisis ha demostrado que nuestra sociedad -en Alemania y en todo el mundo- es muy capaz de actuar con rapidez y decisión. Esta determinación también es necesaria para afrontar la crisis climática ahora y evitar los efectos masivos de los fenómenos extremos. (Frank)
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