El dióxido de carbono en la atmósfera terrestre

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Atmosférico CO2 concentración medida en el Observatorio de Mauna Loa en Hawai de 1958 a 2023 (también llamado la Curva Keeling). El aumento en CO2 durante ese período de tiempo es claramente visible. La concentración se expresa como μmole por mole, o ppm.

En la atmósfera de la Tierra, el dióxido de carbono es un gas traza que desempeña un papel fundamental en el efecto invernadero, el ciclo del carbono, la fotosíntesis y el ciclo del carbono oceánico. Es uno de los tres principales gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra. La concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera alcanzó 427 ppm (0,0427 %) en términos molares en 2024, lo que representa 3341 gigatoneladas de CO2. Esto supone un aumento del 50 % desde el inicio de la Revolución Industrial, frente a las 280 ppm durante los 10 000 años anteriores a mediados del siglo XVIII. El aumento se debe a la actividad humana.

El aumento actual de las concentraciones de CO2 se debe principalmente a la quema de combustibles fósiles. Otras actividades humanas importantes que emiten CO2 son la producción de cemento, la deforestación y la quema de biomasa. El aumento de las concentraciones atmosféricas de CO2 y otros gases de efecto invernadero de larga duración, como el metano, aumenta la absorción y emisión de radiación infrarroja por parte de la atmósfera. Esto ha provocado un aumento de la temperatura media global y la acidificación de los océanos. Otro efecto directo es el efecto de fertilización del CO2. El aumento de las concentraciones atmosféricas de CO2 provoca una serie de efectos adicionales del cambio climático sobre el medio ambiente y las condiciones de vida de los seres humanos.

El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. Absorbe y emite radiación infrarroja en sus dos frecuencias vibratorias activas en el infrarrojo. Las dos longitudes de onda son 4,26 μm (2347 cm−1) (modo vibratorio de estiramiento asimétrico) y 14,99 μm (667 cm−1) (modo vibratorio de flexión). El CO2 desempeña un papel importante en la influencia de la temperatura superficial de la Tierra a través del efecto invernadero. La emisión de luz de la superficie de la Tierra es más intensa en la región infrarroja entre 200 y 2500 cm−1, a diferencia de la emisión de luz del Sol, mucho más caliente, que es más intensa en la región visible. La absorción de luz infrarroja en las frecuencias vibratorias del CO2 atmosférico atrapa la energía cerca de la superficie, calentando la superficie de la Tierra y su atmósfera inferior. Menos energía llega a la atmósfera superior, que por lo tanto es más fría debido a esta absorción.

La concentración atmosférica actual de CO2 es la más alta en 14 millones de años. Las concentraciones de CO2 en la atmósfera fueron tan altas como 4.000 ppm durante el período Cámbrico hace unos 500 millones de años, y tan bajas como 180 ppm durante la glaciación cuaternaria de los últimos dos millones de años. Los registros de temperatura reconstruidos para los últimos 420 millones de años indican que las concentraciones atmosféricas de CO2 alcanzaron un máximo de aproximadamente 2.000 ppm. Este pico ocurrió durante el período Devónico (hace 400 millones de años). Otro pico se produjo en el período Triásico (hace entre 220 y 200 millones de años).

Entre 1850 y 2019 el Proyecto Global de Carbono estima que alrededor de 2/3 de emisiones de dióxido de carbono sobrantes han sido causadas por combustibles fósiles quemadores, y un poco menos de la mitad de eso se ha mantenido en la atmósfera.

Situación actual

Desde el comienzo de la Revolución Industrial, la concentración atmosférica de CO2 ha ido aumentando, lo que ha provocado el calentamiento global y la acidificación de los océanos. En octubre de 2023, el nivel medio de CO2 en la atmósfera de la Tierra, ajustado a la variación estacional, fue de 422,17 partes por millón en volumen (ppm). La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) publica las cifras mensualmente. El valor había sido de unas 280 ppm durante los 10.000 años transcurridos hasta mediados del siglo XVIII.

Cada parte por millón de CO2 en la atmósfera representa aproximadamente 2,13 gigatoneladas de carbono, o 7,82 gigatoneladas de CO2.

En 2021 se señaló que "las tasas actuales de aumento de la concentración de los principales gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano y óxido nitroso) no tienen precedentes en al menos los últimos 800.000 años".

Se estima que, desde 1850, la actividad humana ha emitido 2650 gigatoneladas de CO2, con unas emisiones anuales de 42 gigatoneladas al año. Unas 1050 gigatoneladas permanecen en la atmósfera tras su absorción por los océanos y la tierra.

Una fracción (se estima que entre el 20 y el 35 %) del carbono fósil transferido hasta ahora persistirá en la atmósfera en forma de niveles elevados de CO2 durante muchos miles de años después de que estas actividades de transferencia de carbono comiencen a disminuir.

Fluctuaciones anuales y regionales

Las concentraciones atmosféricas de CO2 fluctúan ligeramente con las estaciones, disminuyendo durante la primavera y el verano del hemisferio norte, cuando las plantas consumen el gas, y aumentando durante el otoño y el invierno boreales, cuando las plantas entran en letargo o mueren y se descomponen. El nivel disminuye alrededor de 6 o 7 ppm (alrededor de 50 Gt) de mayo a septiembre, durante la temporada de crecimiento del hemisferio norte, y luego aumenta alrededor de 8 o 9 ppm. El hemisferio norte domina el ciclo anual de concentración de CO2 porque tiene una superficie terrestre y una biomasa vegetal mucho mayores en latitudes medias (30-60 grados) que el hemisferio sur. Las concentraciones alcanzan un pico en mayo, cuando comienza el reverdecimiento primaveral del hemisferio norte, y disminuyen a un mínimo en octubre, cerca del final de la temporada de crecimiento.

Las concentraciones también varían según la región, siendo más fuertes cerca del suelo y con variaciones mucho menores en altura. En las áreas urbanas, las concentraciones son generalmente más altas y en espacios cerrados pueden alcanzar niveles 10 veces superiores a los de fondo.

Medidas y predicciones hechas en el pasado reciente

  • Datos de 2009 encontraron que la media global CO2 la concentración estaba aumentando a una tasa de aproximadamente 2 ppm/año y acelerando.
  • La concentración media diaria de CO atmosférico2 en el Observatorio de Mauna Loa superó por primera vez 400 ppm el 10 de mayo de 2013, aunque esta concentración ya se había alcanzado en el Ártico en junio de 2012. Los datos de 2013 mostraron que la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera es tan alta "por primera vez en 55 años de medición, y probablemente más de 3 millones de años de historia de la Tierra".
  • En 2018, CO2 concentraciones se midieron a 410 ppm.

Técnicas de medición

Observaciones de dióxido de carbono de 2008 a 2017 que muestran las variaciones estacionales y la diferencia entre los hemisferios norte y sur

Las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera se expresan en partes por millón en volumen (abreviado como ppmv, o ppm(v), o simplemente ppm). Para convertir de las unidades ppmv habituales a ppm en masa (abreviado como ppmm, o ppm(m)), multiplique por la relación entre la masa molar de CO2 y la del aire, es decir, por 1,52 (44,01 dividido por 28,96).

Las primeras mediciones reproducibles y precisas del CO2 atmosférico se realizaron a partir de muestras de matraces que Dave Keeling realizó en Caltech en la década de 1950. Las mediciones en Mauna Loa se llevan realizando desde 1958. Además, también se realizan mediciones en muchos otros sitios en todo el mundo. Muchos sitios de medición forman parte de redes globales más grandes. Los datos de las redes globales suelen estar disponibles públicamente.

Redes de datos

Existen varias redes de medición de superficie (incluidos los matraces y las redes continuas in situ), entre ellas NOAA/ERSL, WDCGG y RAMCES. Los datos de la Red de Observatorios de Referencia de NOAA/ESRL y de la Red de Oceanografía del Instituto Scripps se encuentran alojados en el CDIAC del ORNL. Los datos del Centro Mundial de Datos sobre Gases de Efecto Invernadero (WDCGG), parte de la VAG, se encuentran alojados en la JMA. La base de datos de la Reseau Atmospherique de Mesure des Composes an Effet de Serre (RAMCES) forma parte de IPSL.

A partir de estas mediciones, se crean otros productos que integran datos de las distintas fuentes. Estos productos también abordan cuestiones como la discontinuidad y la escasez de datos. GLOBALVIEW-CO2 es uno de estos productos.

Métodos analíticos para investigar las fuentes de CO2

  • La quema de combustibles fósiles cargados hace tiempo libera CO2 que contiene carbono de diferentes ratios isotópicas a las de las plantas vivas, permitiendo la distinción entre contribuciones naturales y causadas por el ser humano al CO2 concentración.
  • Hay CO atmosférica superior2 concentraciones en el hemisferio norte, donde vive la mayor parte de la población mundial (y las emisiones proceden de), en comparación con el hemisferio sur. Esta diferencia ha aumentado a medida que las emisiones antropógenas han aumentado.
  • Atmosférico O2 los niveles están disminuyendo en la atmósfera de la Tierra mientras reacciona con el carbono en los combustibles fósiles para formar CO2.

Causas del aumento actual

Emisiones antropógenas de CO2

Estados Unidos, China y Rusia han contribuido acumulativamente a las mayores cantidades de CO2 desde 1850.

Si bien la absorción y liberación de CO2 siempre ocurre como resultado de procesos naturales, se sabe que el aumento reciente de los niveles de CO2 en la atmósfera se debe principalmente a la actividad humana (antropogénica). Las emisiones de carbono antropogénicas superan la cantidad que pueden absorber o compensar los sumideros naturales. Por lo tanto, el dióxido de carbono se ha acumulado gradualmente en la atmósfera y, a mayo de 2022, su concentración es un 50 % superior a los niveles preindustriales.

La extracción y quema de combustibles fósiles, que libera carbono que ha estado bajo tierra durante muchos millones de años, ha aumentado la concentración atmosférica de CO2. A partir del año 2019, la extracción y quema de carbono fósil geológico por parte de los humanos libera más de 30 gigatoneladas de CO2 (9 mil millones de toneladas de carbono) cada año. Esta mayor alteración del equilibrio natural es responsable del reciente crecimiento de la concentración atmosférica de CO2. Actualmente, aproximadamente la mitad del dióxido de carbono liberado por la quema de combustibles fósiles no es absorbido por la vegetación y los océanos y permanece en la atmósfera.

La quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural es la principal causa del aumento del CO2 antropogénico; la deforestación es la segunda causa principal. En 2010, se liberaron 9,14 gigatoneladas de carbono (GtC, equivalentes a 33,5 gigatoneladas de CO2 o aproximadamente 4,3 ppm en la atmósfera de la Tierra) a partir de combustibles fósiles y la producción de cemento en todo el mundo, en comparación con 6,15 GtC en 1990. Además, el cambio de uso de la tierra contribuyó con 0,87 GtC en 2010, en comparación con 1,45 GtC en 1990. En el período de 1751 a 1900, se liberaron aproximadamente 12 GtC como CO2 a la atmósfera a partir de la quema de combustibles fósiles, mientras que de 1901 a 2013 la cifra fue de aproximadamente 380 GtC.

La Agencia Internacional de la Energía estima que el 1% de los principales emisores a nivel mundial tuvo una huella de carbono de más de 50 toneladas de CO2 en 2021, más de 1.000 veces mayor que la del 1% de los emisores más pobres. La huella de carbono promedio mundial relacionada con la energía es de alrededor de 4,7 toneladas de CO2 por persona.

Funciones en los procesos naturales en la Tierra

Efecto de invernadero

Los gases de efecto invernadero permiten que la luz solar pase por la atmósfera, calentando el planeta, pero luego absorber y redirigir la radiación infrarroja (calor) que emite el planeta
CO2 reduce el flujo de radiación térmica emitida al espacio (causando el dip grande cerca de 667 cm)−1), contribuyendo así al efecto invernadero.
Coeficientes de absorción por onda larga de vapor de agua y dióxido de carbono. Para longitudes de onda cerca de 15-micrones, CO2 es un absorbente mucho más fuerte que el vapor de agua.

En la Tierra, el dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más relevante y directo que se ve afectado por las actividades humanas. El agua es responsable de la mayor parte (aproximadamente entre el 36 y el 70 %) del efecto invernadero total, y el papel del vapor de agua como gas de efecto invernadero depende de la temperatura. El dióxido de carbono se menciona a menudo en el contexto de su creciente influencia como gas de efecto invernadero desde la era preindustrial (1750). En 2013, se estimó que el aumento del CO2 era responsable de 1,82 W m−2 de los 2,63 W m−2 de cambio en el forzamiento radiativo en la Tierra (aproximadamente el 70 %).

El efecto invernadero natural de la Tierra hace posible la vida tal como la conocemos, y el dióxido de carbono en la atmósfera desempeña un papel importante en la temperatura relativamente alta de la Tierra. El efecto invernadero es un proceso por el cual la radiación térmica de una atmósfera planetaria calienta la superficie del planeta más allá de la temperatura que tendría en ausencia de su atmósfera.

El concepto de que el aumento del CO2 atmosférico aumenta la temperatura del suelo fue publicado por primera vez por Svante Arrhenius en 1896. El aumento del forzamiento radiativo debido al aumento del CO2 en la atmósfera de la Tierra se basa en las propiedades físicas del CO2 y en las ventanas de absorción no saturadas donde el CO2 absorbe la energía de onda larga saliente. El aumento del forzamiento provoca más cambios en el balance energético de la Tierra y, a largo plazo, en el clima de la Tierra.

Ciclo de carbono

Este diagrama del ciclo del carbono muestra el movimiento del carbono entre tierra, atmósfera y océanos en miles de millones de toneladas métricas de carbono al año. Los números amarillos son flujos naturales, rojos son contribuciones humanas, blancos se almacenan carbono.

El dióxido de carbono atmosférico desempeña un papel fundamental en el ciclo del carbono de la Tierra, en el que el CO2 se elimina de la atmósfera mediante algunos procesos naturales, como la fotosíntesis y la deposición de carbonatos, para formar calizas, por ejemplo, y se vuelve a incorporar a la atmósfera mediante otros procesos naturales, como la respiración y la disolución ácida de los depósitos de carbonato. Existen dos grandes ciclos del carbono en la Tierra: el ciclo rápido del carbono y el ciclo lento del carbono. El ciclo rápido del carbono se refiere a los movimientos del carbono entre el medio ambiente y los seres vivos de la biosfera, mientras que el ciclo lento del carbono implica el movimiento del carbono entre la atmósfera, los océanos, el suelo, las rocas y el vulcanismo. Ambos ciclos están intrínsecamente interconectados y el CO2 atmosférico facilita el vínculo.

Las fuentes naturales de CO2 atmosférico2 incluyen la desgasificación volcánica, la combustión de materia orgánica, los incendios forestales y los procesos respiratorios de los organismos aeróbicos vivos. Las fuentes artificiales de CO22 incluyen la quema de combustibles fósiles, así como algunos procesos industriales como la fabricación de cemento.

CO anual2 fluye de fuentes antropógenas (izquierda) a la atmósfera, la tierra y los sumideros oceánicos (derecha) desde el año 1960. Unidades en equivalente gigatonnes carbono al año.

Las fuentes naturales de CO2 se equilibran más o menos con sumideros naturales de carbono, en forma de procesos químicos y biológicos que eliminan el CO2 de la atmósfera. Por ejemplo, la descomposición de la materia orgánica en los bosques, pastizales y otra vegetación terrestre -incluidos los incendios forestales- da como resultado la liberación de alrededor de 436 gigatoneladas de CO2 (que contienen 119 gigatoneladas de carbono) cada año, mientras que la absorción de CO2 por los nuevos crecimientos en la tierra contrarresta estas liberaciones, absorbiendo 451 Gt (123 Gt C). Aunque gran parte del CO2 en la atmósfera primitiva de la Tierra joven fue producido por la actividad volcánica, la actividad volcánica moderna libera sólo entre 130 y 230 megatoneladas de CO2 cada año.

Desde la era preindustrial hasta 1940, la biosfera terrestre representó una fuente neta de CO2 atmosférico (impulsada en gran medida por los cambios en el uso de la tierra), pero posteriormente se convirtió en un sumidero neto con crecientes emisiones de carbono fósil.

El carbono se mueve entre la atmósfera, la vegetación (viva y muerta), el suelo, la capa superficial del océano y las profundidades oceánicas. Fortunat Joos y sus colegas han desarrollado un modelo detallado en Berna, denominado modelo de Berna. Un modelo más simple basado en él proporciona la fracción de CO2 que permanece en la atmósfera en función del número de años después de su emisión a la atmósfera:

Según este modelo, el 21,7% del dióxido de carbono liberado al aire permanece allí para siempre, pero, por supuesto, esto no es cierto si el material que contiene carbono se elimina del ciclo (y se almacena) de formas que no son operativas en la actualidad (secuestro artificial).

Ciclo de carbono oceánico

Air-sea exchange of CO2

Los océanos de la Tierra contienen una gran cantidad de CO2 en forma de iones de bicarbonato y carbonato, mucho más que la cantidad presente en la atmósfera. El bicarbonato se produce en reacciones entre la roca, el agua y el dióxido de carbono.

Desde 1850 hasta 2022, el océano ha absorbido el 26% de las emisiones antropogénicas totales. Sin embargo, la tasa a la que el océano absorberá estas emisiones en el futuro es menos segura. Incluso si se alcanza el equilibrio, incluida la disolución de los minerales carbonatados, la mayor concentración de bicarbonato y la menor o constante concentración de iones carbonato darán lugar a una mayor concentración de ácido carbónico no ionizado y CO2 disuelto. Esta mayor concentración en los mares, junto con temperaturas más altas, significaría una mayor concentración de equilibrio de CO2 en el aire.

Un estudio publicado en Science Advances en 2025 concluyó que el flujo más rápido de la Corriente Circumpolar Antártica (ACC) en latitudes más altas provoca el afloramiento de aguas profundas isotópicamente ligeras alrededor de la Antártida, lo que probablemente aumente los niveles de dióxido de carbono atmosférico y, por lo tanto, constituya una retroalimentación positiva crítica para el calentamiento futuro.

Efectos del aumento actual

Efectos directos

Conductores físicos del calentamiento global que ha sucedido hasta ahora. El futuro potencial de calentamiento global para conductores de larga vida como emisiones de dióxido de carbono no está representado. Los Whiskers en cada bar muestran el posible rango de error.

Los efectos directos del aumento de las concentraciones de CO2 en la atmósfera incluyen el aumento de las temperaturas globales, la acidificación de los océanos y un efecto de fertilización del CO2 sobre las plantas y los cultivos.

Crecimiento de temperatura en la tierra

Los cambios en las temperaturas mundiales durante el siglo pasado proporcionan pruebas de los efectos del aumento de los gases de efecto invernadero. Cuando el sistema climático reacciona a esos cambios, el cambio climático sigue. La medición del GST es una de las muchas líneas de evidencia que apoyan el consenso científico sobre el cambio climático, que es que los humanos están causando el calentamiento del sistema climático de la Tierra.

La temperatura media global y combinada de tierra y superficie oceánica, muestran un calentamiento de 1.09 °C (rango: 0.95 a 1.20 °C) de 1850–1900 a 2011–2020, basado en múltiples conjuntos de datos producidos independientemente. La tendencia es más rápida desde la década de 1970 que en cualquier otro período de 50 años durante al menos los últimos 2000 años.

Aumento de la temperatura en los océanos

Está claro que el océano está calentando como resultado del cambio climático, y esta tasa de calentamiento está aumentando. El océano mundial fue el más cálido que jamás había sido registrado por los humanos en 2022. Esto se determina por el contenido de calor oceánico, que superó el máximo 2021 anterior en 2022. El aumento constante de las temperaturas oceánicas es un resultado inevitable del desequilibrio energético de la Tierra, causado principalmente por el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero. Entre los tiempos preindustriales y la década 2011-2020, la superficie del océano ha calentado entre 0,68 y 1,01 °C.

La mayor parte de la ganancia de calor oceánico se produce en el Océano Sur. Por ejemplo, entre la década de 1950 y la década de 1980, la temperatura del Océano Antártico Sur aumentó en 0,17 °C (0,31 °F), casi el doble de la tasa del océano global.

acidificación del océano

La acidificación del océano significa que el valor promedio del pH de agua marina está disminuyendo con el tiempo.

La acidificación del océano es la disminución continua en el pH del océano de la Tierra. Entre 1950 y 2020, el pH promedio de la superficie oceánica cayó de aproximadamente 8.15 a 8.05. Las emisiones de dióxido de carbono procedentes de actividades humanas son la causa principal de la acidificación de los océanos, con dióxido de carbono atmosférico (CO)2) niveles superiores a 422 ppm (en 2024). CO2 de la atmósfera es absorbida por los océanos. Esta reacción química produce ácido carbónico (H2CO3) que se disocia en un ion bicarbonato (HCO−3) y un iión de hidrógeno (H+). La presencia de iones libres de hidrógeno (H+) baja el pH del océano, aumentando la acidez (esto no significa que el agua marina sea ácido todavía; es todavía alcalino, con un pH superior a 8). Los organismos calcificadores marinos, como moluscos y corales, son especialmente vulnerables porque dependen del carbonato de calcio para construir conchas y esqueletos.

Un cambio de pH en 0,1 representa un aumento del 26% en la concentración de iones de hidrógeno en los océanos del mundo (la escala de pH es logarítmica, por lo que un cambio de uno en unidades de pH equivale a un cambio de diez veces en la concentración de iones de hidrógeno). El pH y los estados de saturación de carbonatos varían dependiendo de la profundidad y ubicación del océano. Las aguas de latitud más frías y superiores son capaces de absorber más CO2. Esto puede causar que la acidez aumente, reduciendo los niveles de pH y saturación de carbonato en estas áreas. Hay varios otros factores que influyen en el CO oceánico de la atmósfera2 intercambio, y por lo tanto la acidificación oceánica local. Estas incluyen corrientes oceánicas y zonas de alza, proximidad a grandes ríos continentales, cobertura de hielo marino y intercambio atmosférico con nitrógeno y azufre de la quema de combustibles fósiles y la agricultura.

Efecto de fertilización CO2

El efecto de fertilización de CO2 o efecto de fertilización de carbono provoca una mayor tasa de fotosíntesis al tiempo que limita la transpiración de hojas en plantas. Ambos procesos se derivan del aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico (CO)2). El efecto de fertilización del carbono varía dependiendo de las especies vegetales, la temperatura del aire y del suelo, y la disponibilidad de agua y nutrientes. La productividad primaria neta (PNP) podría responder positivamente al efecto de fertilización del carbono, aunque la evidencia muestra que las tasas de fotosíntesis mejoradas en las plantas debido al CO2 La fertilización no mejora directamente todo el crecimiento de la planta, y por lo tanto el almacenamiento de carbono. Se ha informado de que el efecto de fertilización del carbono es la causa del 44% del aumento bruto de la productividad primaria (PIB) desde el decenio de 2000. Modelos del Sistema de Tierras, Modelos del Sistema de Tierras y Vegetación Global Dinámica Los modelos se utilizan para investigar e interpretar las tendencias de la vegetación relacionadas con el aumento de los niveles de CO atmosférica2. Sin embargo, los procesos ecosistémicos asociados con el CO2 El efecto de fertilización sigue siendo incierto y por lo tanto es difícil de modelar.

Los ecosistemas terrestres han reducido el CO atmosférico2 concentraciones y han mitigado parcialmente los efectos del cambio climático. Es poco probable que la respuesta de las plantas al efecto de fertilización del carbono reduzca significativamente el CO atmosférico2 concentración en el próximo siglo debido a las crecientes influencias antropógenas en el CO atmosférico2. Las tierras vegetas de la Tierra han mostrado un verde significativo desde principios de los años 80 debido en gran medida a los crecientes niveles de CO atmosférico2.

La teoría predice que los trópicos tienen la mayor absorción debido al efecto de fertilización del carbono, pero esto no se ha observado. La cantidad de CO2 de CO2 La fertilización también depende de cómo los bosques responden al cambio climático y si están protegidos de la deforestación.

Otros efectos directos

Las emisiones de CO2 también han provocado que la estratosfera se contraiga 400 metros desde 1980, lo que podría afectar las operaciones de los satélites, los sistemas GPS y las comunicaciones por radio.

Efectos e impactos indirectos

Thick orange-brown smoke blocks half a blue sky, with conifers in the foreground
A few grey fish swim over grey coral with white spikes
Desert sand half covers a village of small flat-roofed houses with scattered green trees
large areas of still water behind riverside buildings
Algunos efectos del cambio climático, a la izquierda: Fuego salvaje causado por el calor y la sequedad, coral blanqueado causado por la acidificación y calefacción del océano, inundaciones costeras causadas por tormentas y aumento del nivel del mar, y migración ambiental causada por la desertificación
Los efectos del cambio climático están bien documentados y creciendo para el medio ambiente natural de la Tierra y las sociedades humanas. Los cambios en el sistema climático incluyen una tendencia global de calentamiento, cambios en los patrones de precipitación y climas más extremos. A medida que el clima cambia, afecta al medio ambiente natural con efectos como incendios forestales más intensos, talando la permafrost y la desertificación. Estos cambios impactan los ecosistemas y las sociedades, y pueden volverse irreversibles una vez que se cruzan los puntos de inflexión. Los activistas del clima se dedican a una serie de actividades en todo el mundo que buscan mejorar estos problemas o evitar que ocurran.
Panorama general de los cambios climáticos y sus efectos en el océano. Los efectos regionales se muestran en cursiva.
Hay muchos efectos del cambio climático en los océanos. Uno de los más importantes es el aumento de las temperaturas oceánicas. Las ondas de calor marinas más frecuentes están vinculadas a esto. La temperatura creciente contribuye a un aumento de los niveles del mar debido a la expansión del agua mientras calienta y el derretimiento de hojas de hielo en la tierra. Otros efectos en los océanos son la disminución del hielo marino, la reducción de los valores de pH y los niveles de oxígeno, así como el aumento de la estratificación de los océanos. Todo esto puede llevar a cambios de las corrientes oceánicas, por ejemplo, un debilitamiento de la circulación anular del sur del Atlántico (AMOC). La principal causa de estos cambios son las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de actividades humanas, principalmente la quema de combustibles fósiles y la deforestación. El dióxido de carbono y el metano son ejemplos de gases de efecto invernadero. El efecto invernadero adicional conduce al calentamiento del océano porque el océano absorbe la mayor parte del calor adicional en el sistema climático. El océano también absorbe parte del dióxido de carbono extra que está en la atmósfera. Esto hace caer el valor de pH del agua de mar. Los científicos estiman que el océano absorbe alrededor del 25% del CO causado por el ser humano2 emisiones.

Criterios para reducir las concentraciones de CO2

Un modelo del comportamiento del carbono en la atmósfera del 1 de septiembre de 2014 al 31 de agosto de 2015. La altura de la atmósfera y la topografía de la Tierra se han exagerado verticalmente y parecen aproximadamente 40 veces superiores a lo normal para mostrar la complejidad del flujo atmosférico.

El dióxido de carbono tiene efectos únicos a largo plazo sobre el cambio climático que son casi "irreversibles" durante mil años después de que se detengan las emisiones (cero emisiones adicionales). Los gases de efecto invernadero metano y óxido nitroso no persisten en el tiempo de la misma manera que el dióxido de carbono. Incluso si las emisiones humanas de dióxido de carbono cesaran por completo, no se espera que las temperaturas atmosféricas disminuyan significativamente en el corto plazo. Esto se debe a que la temperatura del aire está determinada por un equilibrio entre el calentamiento, debido a los gases de efecto invernadero, y el enfriamiento debido a la transferencia de calor al océano. Si se detuvieran las emisiones, los niveles de CO2 y el efecto de calentamiento disminuirían lentamente, pero simultáneamente el enfriamiento debido a la transferencia de calor disminuiría (porque las temperaturas del mar se acercarían a la temperatura del aire), con el resultado de que la temperatura del aire disminuiría solo lentamente. Las temperaturas del mar continuarían aumentando, causando expansión térmica y cierto aumento del nivel del mar. Reducir las temperaturas globales más rápidamente requeriría secuestro de carbono o geoingeniería.

Se han propuesto diversas técnicas para eliminar el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera.

Carbon dioxide removal (CDR) is a process in which carbon dioxide (CO2) se retira de la atmósfera por actividades humanas deliberadas y almacenadas duramente en depósitos geológicos, terrestres o o o oceánicos, o en productos. Este proceso también se conoce como eliminación de carbono, eliminación de gases de efecto invernadero o emisiones negativas. El CDR se integra cada vez más en la política climática, como elemento de las estrategias de mitigación del cambio climático. El logro de emisiones netas cero requerirá ante todo reducciones profundas y sostenidas en las emisiones, y luego, además, el uso de RDC ("CDR es lo que pone el neto en emisiones netas cero"). En el futuro, el CDR puede ser capaz de contrarrestar las emisiones que son técnicamente difíciles de eliminar, como algunas emisiones agrícolas e industriales.

Concentraciones en el pasado geológico

CO2 concentraciones en los últimos 500 millones de años
Concentración de CO atmosférico2 en los últimos 40.000 años, desde el último Máximo Glacial hasta el presente. La tasa actual de aumento es mucho mayor que en cualquier momento durante la última deglaciación.

Las estimaciones realizadas en 2023 indican que la concentración actual de dióxido de carbono en la atmósfera puede ser la más alta de los últimos 14 millones de años. Sin embargo, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC estimó niveles similares hace entre 3 y 3,3 millones de años, en el período cálido del Plioceno medio. Este período puede ser un indicador de los posibles resultados climáticos con los niveles actuales de CO2.

Se cree que el dióxido de carbono ha desempeñado un importante papel en la regulación de la temperatura de la Tierra a lo largo de sus 4.540 millones de años de historia. En los comienzos de la vida de la Tierra, los científicos han encontrado evidencia de agua líquida que indica un mundo cálido, aunque se cree que la emisión del Sol fue solo el 70% de lo que es hoy. Las concentraciones más altas de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra primitiva podrían ayudar a explicar esta paradoja del débil Sol joven. Cuando la Tierra se formó por primera vez, la atmósfera terrestre puede haber contenido más gases de efecto invernadero y las concentraciones de CO2 pueden haber sido más altas, con una presión parcial estimada de hasta 1.000 kPa (10 bar), porque no había fotosíntesis bacteriana para reducir el gas a compuestos de carbono y oxígeno. El metano, un gas de efecto invernadero muy activo, también puede haber sido más frecuente.

Las concentraciones de dióxido de carbono han mostrado varios ciclos de variación desde aproximadamente 180 partes por millón durante las glaciaciones profundas del Holoceno y el Pleistoceno hasta 280 partes por millón durante los períodos interglaciares. Las concentraciones de dióxido de carbono han variado ampliamente a lo largo de la historia de la Tierra. Se cree que estuvo presente en la primera atmósfera de la Tierra, poco después de la formación de la Tierra. La segunda atmósfera, compuesta principalmente de nitrógeno y CO
2, se produjo por desgasificación del vulcanismo, complementada con gases producidos durante el intenso bombardeo tardío de la Tierra por asteroides enormes. Una parte importante de las emisiones de dióxido de carbono pronto se disolvieron en agua y se incorporaron a los sedimentos carbonatados.

La producción de oxígeno libre mediante la fotosíntesis de las cianobacterias finalmente condujo a la catástrofe del oxígeno que puso fin a la segunda atmósfera de la Tierra y dio lugar a la tercera atmósfera de la Tierra (la atmósfera moderna) hace 2.400 millones de años. Las concentraciones de dióxido de carbono cayeron de 4.000 partes por millón durante el período Cámbrico hace unos 500 millones de años a tan solo 180 partes por millón hace 20.000 años.

Conductores de la concentración de CO2 antigua

En escalas de tiempo largas, la concentración atmosférica de CO2 está determinada por el equilibrio entre los procesos geoquímicos, que incluyen el enterramiento de carbono orgánico en sedimentos, la erosión de rocas de silicato y la desgasificación volcánica. El efecto neto de los ligeros desequilibrios en el ciclo del carbono a lo largo de decenas a cientos de millones de años ha sido la reducción del CO2 atmosférico. En una escala de tiempo de miles de millones de años, esta tendencia a la baja parece destinada a continuar indefinidamente, ya que las liberaciones históricas masivas ocasionales de carbono enterrado debido al vulcanismo serán menos frecuentes (a medida que el enfriamiento del manto terrestre y el agotamiento progresivo del calor radiactivo interno continúen). Las tasas de estos procesos son extremadamente lentas; Por lo tanto, no tienen relevancia para la concentración atmosférica de CO2 durante los próximos cientos o miles de años.

Fotosíntesis en el pasado geológico

A lo largo de la historia geológica de la Tierra, las concentraciones de CO2 han desempeñado un papel en la evolución biológica. Los primeros organismos fotosintéticos probablemente evolucionaron temprano en la historia evolutiva de la vida y muy probablemente utilizaron agentes reductores como el hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno como fuentes de electrones, en lugar de agua. Las cianobacterias aparecieron más tarde, y el exceso de oxígeno que produjeron contribuyó a la catástrofe del oxígeno, que hizo posible la evolución de la vida compleja. En tiempos geológicos recientes, las bajas concentraciones de CO2 por debajo de 600 partes por millón podrían haber sido el estímulo que favoreció la evolución de las plantas C4, cuya abundancia aumentó considerablemente entre 7 y 5 millones de años con respecto a las plantas que utilizan la ruta metabólica C3, menos eficiente. A las presiones atmosféricas actuales, la fotosíntesis se detiene cuando las concentraciones atmosféricas de CO2 caen por debajo de 150 ppm y 200 ppm, aunque algunos microbios pueden extraer carbono del aire en concentraciones mucho más bajas.

Medición de la concentración de CO2 antigua

Más de 400.000 años de datos del núcleo del hielo: Gráfico de CO2 (verde), temperatura reconstruida (azul) y polvo (rojo) del núcleo de hielo de Vostok
Correspondencia entre temperatura y atmósfera CO2 durante los últimos 800.000 años

El método más directo para medir las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono en períodos anteriores al muestreo instrumental es medir las burbujas de aire (inclusiones de fluidos o gases) atrapadas en las capas de hielo de la Antártida o de Groenlandia. Los estudios más aceptados provienen de una variedad de núcleos antárticos e indican que las concentraciones atmosféricas de CO2 eran de alrededor de 260-280 ppm inmediatamente antes de que comenzaran las emisiones industriales y no variaron mucho de este nivel durante los 10.000 años anteriores. El registro de núcleos de hielo más extenso proviene de la Antártida Oriental, donde se han tomado muestras de hielo hasta una edad de 800.000 años. Durante este tiempo, la concentración atmosférica de dióxido de carbono ha variado entre 180 y 210 ppm durante las eras glaciales, aumentando a 280-300 ppm durante los períodos interglaciares más cálidos.

Las fracciones molares de CO2 en la atmósfera han aumentado alrededor de un 35 por ciento desde el siglo XX, pasando de 280 partes por millón en volumen a 387 partes por millón en 2009. Un estudio que utilizó evidencia de estomas de hojas fosilizadas sugiere una mayor variabilidad, con fracciones molares de CO2 superiores a 300 ppm durante el período de hace diez a siete mil años, aunque otros han argumentado que estos hallazgos probablemente reflejen problemas de calibración o contaminación en lugar de una variabilidad real del CO2. Debido a la forma en que el aire queda atrapado en el hielo (los poros del hielo se cierran lentamente para formar burbujas en las profundidades del hielo) y al período de tiempo representado en cada muestra de hielo analizada, estas cifras representan promedios de concentraciones atmosféricas de hasta unos pocos siglos en lugar de niveles anuales o decenales.

Los núcleos de hielo proporcionan evidencia de variaciones en la concentración de gases de efecto invernadero durante los últimos 800.000 años. Las concentraciones de CO2 y CH4 varían entre las fases glaciales e interglaciales, y estas variaciones se correlacionan fuertemente con la temperatura. No existen datos directos para períodos anteriores a los representados en el registro de núcleos de hielo, un registro que indica que las fracciones molares de CO2 se mantuvieron dentro de un rango de 180 ppm a 280 ppm a lo largo de los últimos 800.000 años, hasta el aumento de los últimos 250 años. Sin embargo, varias mediciones indirectas y modelos sugieren variaciones mayores en épocas pasadas: hace 500 millones de años los niveles de CO2 probablemente eran 10 veces más altos que ahora.

Se han utilizado diversas mediciones indirectas para intentar determinar las concentraciones atmosféricas de CO2 hace millones de años. Entre ellas, se incluyen las proporciones de isótopos de boro y carbono en ciertos tipos de sedimentos marinos y la cantidad de estomas observados en las hojas de plantas fósiles.

El fitano es un tipo de alcano diterpenoide. Es un producto de degradación de la clorofila y ahora se utiliza para estimar los niveles antiguos de CO2. El fitano proporciona un registro continuo de las concentraciones de CO2, pero también puede superponerse a una interrupción en el registro de CO2 de más de 500 millones de años.

Hace 600 a 400 millones de años

Existen evidencias de altas concentraciones de CO2 de más de 6.000 ppm entre 600 y 400 millones de años atrás, y de más de 3.000 ppm entre 200 y 150 millones de años atrás.

De hecho, se cree que durante la mayor parte del Eón Fanerozoico prevalecieron concentraciones de CO2 más altas, con concentraciones cuatro a seis veces mayores que las actuales durante la era Mesozoica, y entre diez y quince veces mayores que las actuales durante la era Paleozoica temprana hasta mediados del período Devónico, hace unos 400 millones de años. Se cree que la proliferación de plantas terrestres redujo las concentraciones de CO2 durante el Devónico tardío, y desde entonces las actividades de las plantas como fuentes y sumideros de CO2 han sido importantes para proporcionar retroalimentaciones estabilizadoras.

Aún antes, un período de 200 millones de años de glaciación intermitente y generalizada que se extendió cerca del ecuador (Tierra Bola de Nieve) parece haber terminado de repente, alrededor de 550 Ma, por una desgasificación volcánica colosal que elevó la concentración de CO2 de la atmósfera abruptamente al 12%, alrededor de 350 veces los niveles modernos, causando condiciones extremas de invernadero y deposición de carbonato como piedra caliza a un ritmo de aproximadamente 1 mm por día. Este episodio marcó el final del Eón Precámbrico, y fue sucedido por las condiciones generalmente más cálidas del Fanerozoico, durante el cual evolucionó la vida animal y vegetal multicelular. Desde entonces, no ha ocurrido ninguna emisión volcánica de CO2 de escala comparable. En la era moderna, las emisiones a la atmósfera de los volcanes son de aproximadamente 0,645 mil millones de toneladas de CO2 por año, mientras que los humanos contribuimos con 29 mil millones de toneladas de CO2 cada año.

hace 60 a 5 millones de años

La concentración atmosférica de CO2 siguió disminuyendo después de hace unos 60 millones de años. Hace unos 34 millones de años, cuando se produjo la extinción masiva del Eoceno-Oligoceno y la capa de hielo antártica comenzó a adoptar su forma actual, el CO2 era de unas 760 ppm, y hay pruebas geoquímicas de que las concentraciones eran inferiores a 300 ppm hace unos 20 millones de años. La disminución de la concentración de CO2, con un punto de inflexión de 600 ppm, fue el principal agente que provocó la glaciación antártica. Las bajas concentraciones de CO2 pueden haber sido el estímulo que favoreció la evolución de las plantas C4, cuya abundancia aumentó considerablemente entre 7 y 5 millones de años atrás.

Véase también

  • Presupuesto de carbono
  • Registro mundial de temperatura

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  • Mapa mundial actual de concentraciones de dióxido de carbono.
  • Circulación de Dióxido de Carbono Global (NASA; 13 de diciembre de 2016)
  • Video (03:10) – Un año en la vida del CO2 de la Tierra (NASA; 17 de noviembre de 2014)
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