Historia del estudio del clima

La historia del descubrimiento científico del cambio climático comenzó a principios del siglo XIX, cuando se sospecharon por primera vez las glaciaciones y otros cambios naturales en el paleoclima y se identificó por primera vez el efecto invernadero natural. A fines del siglo XIX, los científicos argumentaron por primera vez que las emisiones humanas de gases de efecto invernadero podrían cambiar el equilibrio energético y el clima de la Tierra. Se propusieron muchas otras teorías del cambio climático, que involucran fuerzas desde el vulcanismo hasta la variación solar. En la década de 1960, la evidencia del efecto de calentamiento del gas de dióxido de carbono se volvió cada vez más convincente. Algunos científicos también señalaron que las actividades humanas que generan aerosoles atmosféricos (p. ej., "contaminación") también podrían tener efectos refrescantes.

Durante la década de 1970, la opinión científica favoreció cada vez más el punto de vista del calentamiento. En la década de 1990, como resultado de mejorar la fidelidad de los modelos informáticos y el trabajo de observación que confirmaba la teoría de las edades de hielo de Milankovitch, se formó una posición de consenso: los gases de efecto invernadero estaban profundamente involucrados en la mayoría de los cambios climáticos y las emisiones causadas por el hombre estaban provocando un calentamiento global perceptible.. Desde la década de 1990, la investigación científica sobre el cambio climático ha incluido múltiples disciplinas y se ha expandido. La investigación ha ampliado nuestra comprensión de las relaciones causales, los vínculos con los datos históricos y las capacidades para medir y modelar el cambio climático. La investigación durante este período se ha resumido en los informes de evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático.

El cambio climático, interpretado en sentido amplio, es un cambio significativo y duradero en la distribución estadística de los patrones meteorológicos durante períodos que van desde décadas hasta millones de años. Puede ser un cambio en las condiciones climáticas promedio o en la distribución del clima alrededor de las condiciones promedio (como más o menos eventos climáticos extremos). El cambio climático es causado por factores que incluyen procesos oceánicos (como la circulación oceánica), procesos bióticos (p. ej., plantas), variaciones en la radiación solar recibida por la Tierra, placas tectónicas y erupciones volcánicas, y alteraciones del mundo natural inducidas por el hombre. Este último efecto está causando actualmente el calentamiento global, y el "cambio climático" se usa a menudo para describir los impactos específicos de los seres humanos.

Cambios regionales, desde la antigüedad hasta el siglo XIX.

Desde la antigüedad, la gente sospechaba que el clima de una región podía cambiar a lo largo de los siglos. Por ejemplo, Teofrasto, alumno del filósofo griego antiguo Aristóteles en el siglo IV a. C., contó cómo el drenaje de los pantanos había hecho que una localidad particular fuera más susceptible a la congelación, y especuló que las tierras se calentaban cuando la tala de los bosques los exponía a la luz solar. En el siglo I a. C., el escritor y arquitecto romano Vitruvio escribió sobre el clima en relación con la arquitectura de la vivienda y cómo elegir ubicaciones para las ciudades. Los eruditos europeos del Renacimiento y posteriores vieron que la deforestación, el riego y el pastoreo habían alterado las tierras alrededor del Mediterráneo desde la antigüedad; pensaron que era plausible que estas intervenciones humanas hubieran afectado el clima local.En su libro publicado en 1088, el erudito y estadista chino de la dinastía Song del Norte, Shen Kuo, promovió la teoría del cambio climático gradual durante siglos una vez que se descubrió que los antiguos bambúes petrificados se conservaban bajo tierra en la zona de clima seco y la árida región norte de Yanzhou, ahora la actual Yan'an, provincia de Shaanxi, lejos de las zonas climáticas más cálidas y húmedas de China, donde suelen crecer los bambúes.

La conversión del este de América del Norte de bosques a tierras de cultivo en los siglos XVIII y XIX trajo un cambio evidente en el curso de una vida humana. Desde principios del siglo XIX, muchos creían que la transformación estaba alterando el clima de la región, probablemente para mejor. Cuando los granjeros en Estados Unidos, apodados "destructores de tierra", se apoderaron de las Grandes Llanuras, sostuvieron que "la lluvia sigue al arado". Otros expertos no estuvieron de acuerdo y algunos argumentaron que la deforestación provocó una rápida escorrentía de agua de lluvia e inundaciones, e incluso podría resultar en una reducción de las precipitaciones. Académicos europeos, convencidos de la superioridad de su civilización, dijeron que los orientales del Antiguo Cercano Oriente habían convertido descuidadamente sus tierras una vez exuberantes en desiertos empobrecidos.

Mientras tanto, las agencias meteorológicas nacionales habían comenzado a compilar grandes cantidades de observaciones confiables de temperatura, lluvia y similares. Cuando se analizaron estas cifras, mostraron muchas subidas y bajadas, pero ningún cambio constante a largo plazo. A fines del siglo XIX, la opinión científica se había vuelto decididamente en contra de cualquier creencia en la influencia humana en el clima. Y cualesquiera que sean los efectos regionales, pocos imaginaron que los humanos podrían afectar el clima del planeta en su conjunto.

Paleo-cambio climático y teorías de sus causas, siglo XIX

Desde mediados del siglo XVII, los naturalistas intentaron reconciliar la filosofía mecánica con la teología, inicialmente dentro de una escala de tiempo bíblica. A fines del siglo XVIII, hubo una creciente aceptación de las épocas prehistóricas. Los geólogos encontraron evidencia de una sucesión de edades geológicas con cambios climáticos. Hubo varias teorías en competencia sobre estos cambios; Buffon propuso que la Tierra había comenzado como un globo incandescente y se estaba enfriando muy gradualmente. James Hutton, cuyas ideas sobre el cambio cíclico durante largos períodos se denominaron más tarde uniformismo, fue uno de los que encontraron signos de actividad glacial pasada en lugares demasiado cálidos para los glaciares en los tiempos modernos.

En 1815, Jean-Pierre Perraudin describió por primera vez cómo los glaciares podrían ser los responsables de las rocas gigantes que se ven en los valles alpinos. Mientras caminaba por el Val de Bagnes, notó rocas de granito gigantes que estaban esparcidas por el estrecho valle. Sabía que se necesitaría una fuerza excepcional para mover rocas tan grandes. También notó cómo los glaciares dejaban rayas en la tierra y concluyó que era el hielo el que había arrastrado las rocas hacia los valles.

Su idea fue recibida inicialmente con incredulidad. Jean de Charpentier escribió: "Encontré su hipótesis tan extraordinaria e incluso tan extravagante que consideré que no valía la pena examinarla ni siquiera considerarla". A pesar del rechazo inicial de Charpentier, Perraudin finalmente convenció a Ignaz Venetz de que valía la pena estudiarlo. Venetz convenció a Charpentier, quien a su vez convenció al influyente científico Louis Agassiz de que la teoría glacial tenía mérito.

Agassiz desarrolló una teoría de lo que denominó "Edad de Hielo", cuando los glaciares cubrieron Europa y gran parte de América del Norte. En 1837 Agassiz fue el primero en proponer científicamente que la Tierra había estado sujeta a una edad de hielo pasada. William Buckland había sido un destacado defensor en Gran Bretaña de la geología de inundaciones, más tarde denominada catastrofismo, que explicaba las rocas erráticas y otros "diluvios" como reliquias de la inundación bíblica. A esto se opuso firmemente la versión de Charles Lyell del uniformismo de Hutton y Buckland y otros geólogos catastrofistas lo abandonaron gradualmente. Un viaje de campo a los Alpes con Agassiz en octubre de 1838 convenció a Buckland de que las características en Gran Bretaña habían sido causadas por la glaciación, y tanto él como Lyell apoyaron firmemente la teoría de la edad de hielo que fue ampliamente aceptada en la década de 1870.

Antes de que se propusiera el concepto de edades de hielo, Joseph Fourier en 1824 razonó basándose en la física que la atmósfera de la Tierra mantenía al planeta más caliente de lo que sería el caso en el vacío. Fourier reconoció que la atmósfera transmitía ondas de luz visible de manera eficiente a la superficie terrestre. Luego, la tierra absorbió la luz visible y emitió radiación infrarroja en respuesta, pero la atmósfera no transmitió el infrarrojo de manera eficiente, lo que por lo tanto aumentó las temperaturas de la superficie. También sospechó que las actividades humanas podrían influir en el balance de radiación y el clima de la Tierra, aunque se centró principalmente en los cambios en el uso de la tierra. En un artículo de 1827, Fourier declaró:"El establecimiento y progreso de las sociedades humanas, la acción de las fuerzas naturales, pueden cambiar notablemente, y en vastas regiones, el estado de la superficie, la distribución del agua y los grandes movimientos del aire. Tales efectos pueden hacer variar, en el curso de muchos siglos, el grado medio de calor; porque las expresiones analíticas contienen coeficientes relativos al estado de la superficie y que influyen mucho en la temperatura". El trabajo de Fourier se basa en descubrimientos anteriores: en 1681 Edme Mariotte notó que el vidrio, aunque transparente a la luz del sol, obstruye el calor radiante. Alrededor de 1774, Horace Bénédict de Saussure demostró que los objetos cálidos no luminosos emiten calor infrarrojo y utilizó una caja aislada con tapa de vidrio para atrapar y medir el calor de la luz solar.

El físico Claude Pouillet propuso en 1838 que el vapor de agua y el dióxido de carbono podrían atrapar el infrarrojo y calentar la atmósfera, pero aún no había evidencia experimental de que estos gases absorbieran el calor de la radiación térmica.

El efecto de calentamiento de la radiación electromagnética sobre diferentes gases fue examinado en 1856 por Eunice Newton Foote, quien describió sus experimentos utilizando tubos de vidrio expuestos a la luz solar. El efecto de calentamiento del sol fue mayor para el aire comprimido que para un tubo de vacío y mayor para el aire húmedo que para el aire seco. "Tercero, el mayor efecto de los rayos del sol que he encontrado está en el gas de ácido carbónico". (dióxido de carbono) Ella continuó: "Una atmósfera de ese gas le daría a nuestra tierra una temperatura alta; y si, como algunos suponen, en un período de su historia, el aire se hubiera mezclado con él en una proporción mayor que en la actualidad, un El aumento de temperatura por su acción, así como por un aumento de peso, debe haber resultado necesariamente". Su trabajo fue presentado por el Prof. Joseph Henry en la reunión de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en agosto de 1856 y descrito como una breve nota escrita por el entonces periodista David Ames Wells; su artículo fue publicado más tarde ese año en elRevista Americana de Ciencias y Artes.

John Tyndall llevó el trabajo de Fourier un paso más allá en 1859 cuando investigó la absorción de la radiación infrarroja en diferentes gases. Encontró que el vapor de agua, los hidrocarburos como el metano (CH ₄) y el dióxido de carbono (CO ₂) bloquean fuertemente la radiación.

Algunos científicos sugirieron que las edades de hielo y otros grandes cambios climáticos se debieron a cambios en la cantidad de gases emitidos en el vulcanismo. Pero esa era solo una de las muchas causas posibles. Otra posibilidad obvia era la variación solar. Los cambios en las corrientes oceánicas también podrían explicar muchos cambios climáticos. Para los cambios durante millones de años, la subida y bajada de las cadenas montañosas cambiaría los patrones tanto de los vientos como de las corrientes oceánicas. O tal vez el clima de un continente no había cambiado en absoluto, pero se había vuelto más cálido o más frío debido al desplazamiento polar (el cambio del Polo Norte hacia donde había estado el ecuador o similar). Había docenas de teorías.

Por ejemplo, a mediados del siglo XIX, James Croll publicó cálculos sobre cómo las atracciones gravitatorias del Sol, la Luna y los planetas afectan sutilmente el movimiento y la orientación de la Tierra. La inclinación del eje de la Tierra y la forma de su órbita alrededor del Sol oscilan suavemente en ciclos que duran decenas de miles de años. Durante algunos períodos, el hemisferio norte recibiría un poco menos de luz solar durante el invierno que durante otros siglos. La nieve se acumularía, reflejando la luz del sol y dando lugar a una edad de hielo autosuficiente. Sin embargo, la mayoría de los científicos encontraron que las ideas de Croll, y cualquier otra teoría del cambio climático, no eran convincentes.

Primeros cálculos del efecto invernadero, 1896

A fines de la década de 1890, Samuel Pierpoint Langley junto con Frank W. Very habían intentado determinar la temperatura de la superficie de la Luna midiendo la radiación infrarroja que salía de la Luna y llegaba a la Tierra. El ángulo de la Luna en el cielo cuando un científico tomó una medida determinó cuánto CO ₂ y vapor de agua tenía que pasar la radiación de la Luna para llegar a la superficie de la Tierra, lo que resultó en mediciones más débiles cuando la Luna estaba baja en el cielo. Este resultado no fue sorprendente dado que los científicos conocían la absorción de radiación infrarroja durante décadas.

En 1896, Svante Arrhenius usó las observaciones de Langley de una mayor absorción infrarroja donde los rayos de la Luna atraviesan la atmósfera en un ángulo bajo, encontrando más dióxido de carbono (CO ₂), para estimar un efecto de enfriamiento atmosférico de una futura disminución de CO ₂. Se dio cuenta de que la atmósfera más fría retendría menos vapor de agua (otro gas de efecto invernadero) y calculó el efecto de enfriamiento adicional. También se dio cuenta de que el enfriamiento aumentaría la capa de nieve y hielo en latitudes altas, haciendo que el planeta reflejara más luz solar y, por lo tanto, se enfriara aún más, como había planteado la hipótesis de James Croll. En general, Arrhenius calculó que reducir el CO ₂ a la mitad sería suficiente para producir una edad de hielo. Calculó además que una duplicación del CO _{2 atmosférico}daría un calentamiento total de 5-6 grados centígrados.

Además, el colega de Arrhenius, Arvid Högbom, citado extensamente en el estudio de Arrhenius de 1896 Sobre la influencia del ácido carbónico en el aire sobre la temperatura de la Tierra, había estado intentando cuantificar las fuentes naturales de emisiones de CO ₂ con el fin de comprender la ciclo mundial del carbono. Högbom descubrió que la producción estimada de carbono de fuentes industriales en la década de 1890 (principalmente quema de carbón) era comparable con las fuentes naturales. Arrhenius vio que esta emisión humana de carbono eventualmente conduciría a un desequilibrio energético de calentamiento. Sin embargo, debido a la tasa relativamente baja de producción de CO ₂ en 1896, Arrhenius pensó que el calentamiento tardaría miles de años y esperaba que fuera beneficioso para la humanidad.

En 1899, Thomas Chrowder Chamberlin desarrolló extensamente la idea de que los cambios climáticos podrían resultar de cambios en la concentración de dióxido de carbono atmosférico. Chamberlin escribió en su libro de 1899, Un intento de formular una hipótesis de trabajo sobre la causa de los períodos glaciales sobre una base atmosférica:

Previa defensa de una hipótesis atmosférica, – La doctrina general de que los períodos glaciales pueden deberse a un cambio en el contenido atmosférico de dióxido de carbono no es nueva. Fue impulsada por Tyndall hace medio siglo y ha sido impulsada por otros desde entonces. Recientemente ha sido defendida con mucha eficacia por el Dr. Arrhenius, quien ha dado un gran paso adelante de sus predecesores al reducir sus conclusiones a términos cuantitativos definidos deducidos de datos de observación. [..] Las funciones del dióxido de carbono. – Por las investigaciones de Tyndall, Lecher y Pretner, Keller, Roentgen y Arrhenius, se ha demostrado que el dióxido de carbono y el vapor de agua de la atmósfera tienen un poder notable para absorber y retener temporalmente los rayos de calor, mientras que el oxígeno, el nitrógeno y el el argón de la atmósfera posee este poder sólo en un grado débil. De ello se deduce que el efecto del dióxido de carbono y el vapor de agua es cubrir la tierra con una envoltura térmicamente absorbente. [..] Los resultados generales asignables a una cantidad muy aumentada o muy reducida de dióxido de carbono atmosférico y agua pueden resumirse como sigue:

• una. Un aumento, al provocar una mayor absorción de la energía radiante del sol, eleva la temperatura media, mientras que una reducción la reduce. La estimación del Dr. Arrhenius, basada en una elaborada discusión matemática de las observaciones del profesor Langley, es que un aumento del dióxido de carbono a la cantidad de dos o tres veces el contenido actual elevaría la temperatura promedio 8° o 9 °C.. y traería un clima templado análogo al que prevaleció en la edad terciaria media. Por otra parte, una reducción de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera a una cantidad que oscila entre el 55 y el 62 por ciento del contenido actual, reduciría la temperatura media en 4 o 5 C, lo que provocaría una glaciación comparable a la del periodo Pleistoceno.
• b. Un segundo efecto del aumento y disminución de la cantidad de dióxido de carbono atmosférico es la igualación, por un lado, de las temperaturas superficiales, o su diferenciación, por el otro. La temperatura de la superficie de la tierra varía con la latitud, la altitud, la distribución de la tierra y el agua, el día y la noche, las estaciones y algunos otros elementos que pueden despreciarse aquí. Se postula que un aumento en la absorción térmica de la atmósfera iguala la temperatura y tiende a eliminar las variaciones que acompañan a estas contingencias. Por el contrario, una reducción de la absorción térmica atmosférica tiende a intensificar todas estas variaciones. Un efecto secundario de la intensificación de las diferencias de temperatura es un aumento de los movimientos atmosféricos en el esfuerzo por restablecer el equilibrio. Aumento de los movimientos atmosféricos, que son necesariamente de convección, llevan el aire más caliente a la superficie de la atmósfera y facilitan la descarga del calor y así intensifican el efecto primario. [..]

En el caso de los rayos salientes, que se absorben en proporciones mucho mayores que los rayos entrantes porque son en su mayoría rayos de onda larga, las tablas de Arrhenius muestran que la absorción aumenta con el aumento de ácido carbónico en mayores proporciones en latitudes altas. que en bajo; por ejemplo, el aumento de temperatura para tres veces el contenido actual de ácido carbónico es de 21,5 por ciento, mayor entre los 60° y 70° de latitud norte que en el ecuador.

Ahora se hace necesario asignar organismos capaces de remover dióxido de carbono de la atmósfera a una tasa suficientemente superior a la tasa normal de suministro, en ciertos momentos, para producir glaciación; y por otro lado, capaz de restituirlo a la atmósfera en otros momentos determinados en cantidades suficientes para producir climas templados.

Cuando la temperatura aumenta después de un episodio glacial, se promueve la disociación y el océano emite su dióxido de carbono a un ritmo mayor y, por lo tanto, ayuda a acelerar la mejora del clima.

Un estudio de la vida de los períodos geológicos parece indicar que hubo fluctuaciones muy notables en la masa total de materia viva. Sin duda había una relación recíproca entre la vida de la tierra y la del mar, de modo que cuando esta última se extendió sobre las plataformas continentales y aumentó mucho, la primera se contrajo, pero no obstante esto, parece claro que la suma de la actividad vital fluctuó notablemente a lo largo de las edades. Se cree que, en general, fue mayor en los períodos de extensión del mar y climas templados, y menor en los períodos de perturbación e intensificación climática. Este factor actuó entonces en forma antitética a la liberación de ácido carbónico antes mencionada y, en la medida en que fue, tendió a contrarrestar sus efectos.

En períodos de extensión del mar y de reducción de la tierra (períodos de nivel base en particular), el hábitat de la vida secretora de cal en aguas poco profundas se extiende simultáneamente, dando a los organismos que liberan dióxido de carbono una actividad acelerada, que se ve favorecida por la consiguiente aumento de la temperatura que reduce el poder de absorción del océano y aumenta la disociación. Al mismo tiempo, al disminuir la superficie del terreno, se obtiene un bajo consumo de dióxido de carbono tanto en la descomposición original de los silicatos como en la disolución de las calizas y dolomitas.

Así los organismos recíprocos se unen nuevamente, pero ahora para aumentar el dióxido de carbono del aire. Estos son los grandes y esenciales factores. Son modificados por varios organismos subordinados ya mencionados, pero se cree que el efecto cuantitativo de éstos es bastante insuficiente para evitar fluctuaciones muy notables en la constitución atmosférica.

En consecuencia, se postula que la historia geológica se ha visto acentuada por una alternancia de episodios climáticos que abarcan, por un lado, períodos de clima templado, uniforme, húmedo, casi uniforme para todo el globo; y por el otro, períodos en que hubo extremos de aridez y precipitación, y de calor y frío; estos últimos señalados por depósitos de sal y yeso, de conglomerados subaéreos, de areniscas rojas y lutitas, de depósitos arcosos, y ocasionalmente por glaciación en bajas latitudes.

El término "efecto invernadero" para este calentamiento fue introducido por John Henry Poynting en 1909, en un comentario sobre el efecto de la atmósfera en la temperatura de la Tierra y Marte.

Paleoclimas y manchas solares, de principios de 1900 a 1950

Los cálculos de Arrhenius fueron discutidos y subsumidos en un debate más amplio sobre si los cambios atmosféricos habían causado las glaciaciones. Los intentos experimentales para medir la absorción infrarroja en el laboratorio parecían mostrar pequeñas diferencias como resultado del aumento de los niveles de CO ₂ y también encontraron una superposición significativa entre la absorción por CO ₂ y la absorción por vapor de agua, todo lo cual sugería que el aumento de las emisiones de dióxido de carbono tendría poca influencia climática. efecto. Más tarde se descubrió que estos primeros experimentos no eran lo suficientemente precisos, dada la instrumentación de la época. Muchos científicos también pensaron que los océanos absorberían rápidamente cualquier exceso de dióxido de carbono.

A otras teorías sobre las causas del cambio climático no les fue mejor. Los principales avances se produjeron en la paleoclimatología observacional, ya que los científicos de varios campos de la geología desarrollaron métodos para revelar climas antiguos. En 1929, Wilmot H. Bradley descubrió que las variedades anuales de arcilla depositadas en los lechos de los lagos mostraban ciclos climáticos. Andrew Ellicott Douglass vio fuertes indicios del cambio climático en los anillos de los árboles. Al señalar que los anillos eran más delgados en los años secos, informó los efectos climáticos de las variaciones solares, particularmente en relación con la escasez de manchas solares en el siglo XVII (el Mínimo de Maunder) notada previamente por William Herschel y otros. Otros científicos, sin embargo, encontraron buenas razones para dudar de que los anillos de los árboles pudieran revelar algo más allá de las variaciones regionales aleatorias. El valor de los anillos de los árboles para el estudio del clima no se estableció sólidamente hasta la década de 1960.

Durante la década de 1930, el defensor más persistente de una conexión entre el sol y el clima fue el astrofísico Charles Greeley Abbot. A principios de la década de 1920, llegó a la conclusión de que la "constante" solar tenía un nombre incorrecto: sus observaciones mostraban grandes variaciones, que conectó con las manchas solares que pasaban por la cara del Sol. Él y algunos otros continuaron con el tema hasta la década de 1960, convencidos de que las variaciones de las manchas solares eran una causa principal del cambio climático. Otros científicos se mostraron escépticos. Sin embargo, los intentos de conectar el ciclo solar con los ciclos climáticos fueron populares en las décadas de 1920 y 1930. Científicos respetados anunciaron correlaciones que, según insistieron, eran lo suficientemente confiables para hacer predicciones. Tarde o temprano, todas las predicciones fallaron y el tema cayó en descrédito.

Mientras tanto, Milutin Milankovitch, basándose en la teoría de James Croll, mejoró los tediosos cálculos de las distintas distancias y ángulos de la radiación solar a medida que el Sol y la Luna perturbaban gradualmente la órbita de la Tierra. Algunas observaciones de varvas (capas que se ven en el lodo que cubre el fondo de los lagos) coincidieron con la predicción de un ciclo de Milankovitch que duraría unos 21.000 años. Sin embargo, la mayoría de los geólogos descartaron la teoría astronómica. Porque no pudieron ajustar el tiempo de Milankovitch a la secuencia aceptada, que tenía solo cuatro glaciaciones, todas ellas mucho más largas que 21.000 años.

En 1938, Guy Stewart Callendar intentó revivir la teoría del efecto invernadero de Arrhenius. Callendar presentó pruebas de que tanto la temperatura como el nivel de CO ₂ en la atmósfera habían aumentado durante el último medio siglo, y argumentó que las mediciones espectroscópicas más recientes mostraban que el gas era efectivo para absorber infrarrojos en la atmósfera. Sin embargo, la mayoría de la opinión científica continuó cuestionando o ignorando la teoría.

Preocupación creciente, décadas de 1950 y 1960

Una mejor espectrografía en la década de 1950 mostró que las líneas de absorción de CO ₂ y vapor de agua no se superponían completamente. Los climatólogos también se dieron cuenta de que había poco vapor de agua en la atmósfera superior. Ambos desarrollos demostraron que el efecto invernadero del CO ₂ no sería superado por el vapor de agua.

En 1955, el análisis de isótopos de carbono-14 de Hans Suess mostró que el CO ₂ liberado de los combustibles fósiles no era absorbido inmediatamente por el océano. En 1957, una mejor comprensión de la química oceánica llevó a Roger Revelle a darse cuenta de que la capa superficial del océano tenía una capacidad limitada para absorber dióxido de carbono, lo que también predijo el aumento de los niveles de CO ₂ y luego lo demostró Charles David Keeling. A fines de la década de 1950, más científicos argumentaron que las emisiones de dióxido de carbono podrían ser un problema, y ​​algunos proyectaron en 1959 que el CO ₂ aumentaría un 25% para el año 2000, con efectos potencialmente "radicales" en el clima.En el centenario de la industria petrolera estadounidense en 1959, organizado por el American Petroleum Institute y la Columbia Graduate School of Business, Edward Teller dijo: "Se ha calculado que un aumento de temperatura correspondiente a un aumento del 10 por ciento en dióxido de carbono será suficiente para derretir la capa de hielo y sumergir a Nueva York. [...] En la actualidad, el dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado un 2 por ciento sobre lo normal. Para 1970, será quizás un 4 por ciento, para 1980, un 8 por ciento, para 1990, 16 por ciento si continuamos con nuestro aumento exponencial en el uso de combustibles puramente convencionales". En 1960, Charles David Keeling demostró que, de hecho, el nivel de CO ₂ en la atmósfera estaba aumentando. La preocupación aumentó año tras año junto con el aumento de la "Curva de Keeling" del CO _{2 atmosférico}.

Otra pista sobre la naturaleza del cambio climático surgió a mediados de la década de 1960 a partir del análisis de núcleos de aguas profundas realizado por Cesare Emiliani y el análisis de corales antiguos por Wallace Broecker y colaboradores. En lugar de cuatro largas glaciaciones, encontraron una gran cantidad de más cortas en una secuencia regular. Parecía que el momento de las glaciaciones estaba determinado por los pequeños cambios orbitales de los ciclos de Milankovitch. Si bien el asunto siguió siendo controvertido, algunos comenzaron a sugerir que el sistema climático es sensible a pequeños cambios y puede pasar fácilmente de un estado estable a otro diferente.

Mientras tanto, los científicos comenzaron a usar computadoras para desarrollar versiones más sofisticadas de los cálculos de Arrhenius. En 1967, aprovechando la capacidad de las computadoras digitales para integrar numéricamente las curvas de absorción, Syukuro Manabe y Richard Wetherald realizaron el primer cálculo detallado del efecto invernadero que incorporaba la convección (el "modelo unidimensional radiativo-convectivo de Manabe-Wetherald"). Descubrieron que, en ausencia de retroalimentaciones desconocidas, como cambios en las nubes, una duplicación del dióxido de carbono del nivel actual daría como resultado un aumento de aproximadamente 2 °C en la temperatura global. Por este y otros trabajos relacionados, Manabe recibió una parte del Premio Nobel de Física 2021.

En la década de 1960, la contaminación por aerosoles ("smog") se había convertido en un grave problema local en muchas ciudades, y algunos científicos comenzaron a considerar si el efecto de enfriamiento de la contaminación por partículas podría afectar las temperaturas globales. Los científicos no estaban seguros de si predominaría el efecto de enfriamiento de la contaminación por partículas o el efecto de calentamiento de las emisiones de gases de efecto invernadero, pero independientemente, comenzaron a sospechar que las emisiones humanas podrían ser perjudiciales para el clima en el siglo XXI, si no antes. En su libro de 1968 The Population Bomb, escribió Paul R. Ehrlich, "el efecto invernadero está siendo mejorado ahora por el gran aumento del nivel de dióxido de carbono... [esto] está siendo contrarrestado por nubes de bajo nivel generadas por estelas, polvo y otros contaminantes... En en el momento en que no podemos predecir cuáles serán los resultados climáticos generales de nuestro uso de la atmósfera como basurero".

Los esfuerzos para establecer un registro de temperatura global que comenzaron en 1938 culminaron en 1963, cuando J. Murray Mitchell presentó una de las primeras reconstrucciones de temperatura actualizadas. Su estudio involucró datos de más de 200 estaciones meteorológicas, recopilados por World Weather Records, que se utilizaron para calcular la temperatura promedio latitudinal. En su presentación, Murray mostró que, a partir de 1880, las temperaturas globales aumentaron constantemente hasta 1940. Después de eso, surgió una tendencia de enfriamiento de varias décadas. El trabajo de Murray contribuyó a la aceptación general de una posible tendencia de enfriamiento global.

En 1965, el histórico informe "Restaurar la calidad de nuestro medio ambiente" del Comité Asesor Científico del presidente de los Estados Unidos, Lyndon B. Johnson, advirtió sobre los efectos nocivos de las emisiones de combustibles fósiles:

La parte que permanece en la atmósfera puede tener un efecto significativo sobre el clima; el dióxido de carbono es casi transparente a la luz visible, pero es un fuerte absorbente y emisor de radiación infrarroja, particularmente en las longitudes de onda de 12 a 18 micrones; en consecuencia, un aumento de dióxido de carbono atmosférico podría actuar, como el vidrio en un invernadero, para elevar la temperatura del aire inferior.

El comité utilizó las reconstrucciones de temperatura global disponibles recientemente y los datos de dióxido de carbono de Charles David Keeling y sus colegas para llegar a sus conclusiones. Declararon que el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera es el resultado directo de la quema de combustibles fósiles. El comité concluyó que las actividades humanas eran lo suficientemente grandes como para tener un impacto global significativo, más allá del área donde se llevan a cabo las actividades. "El hombre, sin saberlo, está realizando un vasto experimento geofísico", escribió el comité.

El ganador del Premio Nobel Glenn T. Seaborg, presidente de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, advirtió sobre la crisis climática en 1966: "Al ritmo al que actualmente estamos agregando dióxido de carbono a nuestra atmósfera (seis mil millones de toneladas al año), en las próximas décadas el balance de calor de la atmósfera podría alterarse lo suficiente como para producir cambios marcados en el clima, cambios que tal vez no tengamos forma de controlar, incluso si para entonces hemos hecho grandes avances en nuestros programas de modificación del clima".

Un estudio de 1968 realizado por el Instituto de Investigación de Stanford para el Instituto Americano del Petróleo señaló:

Si la temperatura de la tierra aumenta significativamente, se puede esperar que ocurra una serie de eventos, incluido el derretimiento de la capa de hielo de la Antártida, un aumento en el nivel del mar, el calentamiento de los océanos y un aumento en la fotosíntesis. [..] Revelle señala que el hombre está ahora comprometido en un vasto experimento geofísico con su entorno, la tierra. Es casi seguro que se produzcan cambios significativos de temperatura para el año 2000 y estos podrían provocar cambios climáticos.

En 1969, la OTAN fue el primer candidato para hacer frente al cambio climático a nivel internacional. Se planeó entonces establecer un polo de investigaciones e iniciativas de la organización en el área civil, tratando temas ambientales como la lluvia ácida y el efecto invernadero. La sugerencia del presidente estadounidense Richard Nixon no tuvo mucho éxito con la administración del canciller alemán Kurt Georg Kiesinger. Pero los temas y el trabajo de preparación realizado sobre la propuesta de la OTAN por parte de las autoridades alemanas ganaron impulso internacional (ver, por ejemplo, la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Humano en Estocolmo de 1970) cuando el gobierno de Willy Brandt comenzó a aplicarlos en la esfera civil.

También en 1969, Mikhail Budyko publicó una teoría sobre la retroalimentación del albedo del hielo, un elemento fundamental de lo que hoy se conoce como amplificación ártica. El mismo año, William D. Sellers publicó un modelo similar. Ambos estudios atrajeron una atención significativa, ya que insinuaron la posibilidad de una retroalimentación positiva fuera de control dentro del sistema climático global.

Los científicos predicen cada vez más el calentamiento, década de 1970

A principios de la década de 1970, la evidencia de que los aerosoles estaban aumentando en todo el mundo y que la serie de temperatura global mostraba un enfriamiento alentó a Reid Bryson y a algunos otros a advertir sobre la posibilidad de un enfriamiento severo. Las preguntas y preocupaciones planteadas por Bryson y otros lanzaron una nueva ola de investigación sobre los factores de tal enfriamiento global. Mientras tanto, la nueva evidencia de que el tiempo de las edades de hielo fue establecido por ciclos orbitales predecibles sugirió que el clima se enfriaría gradualmente, durante miles de años. Varios paneles científicos de este período concluyeron que se necesitaba más investigación para determinar si era probable un calentamiento o un enfriamiento, lo que indica que la tendencia en la literatura científica aún no se había convertido en un consenso.Sin embargo, para el siglo siguiente, un estudio de la literatura científica de 1965 a 1979 encontró 7 artículos que predecían un enfriamiento y 44 que predecían un calentamiento (muchos otros artículos sobre el clima no hacían predicciones); los artículos sobre el calentamiento se citaron con mucha más frecuencia en la literatura científica posterior. La investigación sobre el calentamiento y los gases de efecto invernadero tuvo el mayor énfasis, con casi 6 veces más estudios que predijeron el calentamiento que el enfriamiento, lo que sugiere que la preocupación entre los científicos era en gran medida sobre el calentamiento, ya que dirigieron su atención hacia el efecto invernadero.

John Sawyer publicó el estudio Dióxido de carbono hecho por el hombre y el efecto "invernadero" en 1972. Resumió el conocimiento de la ciencia en ese momento, la atribución antropogénica del gas de efecto invernadero del dióxido de carbono, la distribución y el aumento exponencial, hallazgos que aún se mantienen hoy.. Además, predijo con precisión la tasa de calentamiento global para el período entre 1972 y 2000.

El aumento del 25% de CO2 previsto para finales de siglo corresponde, por tanto, a un aumento de 0,6 °C en la temperatura mundial, cantidad algo superior a la variación climática de los últimos siglos. – John Sawyer, 1972

Los primeros registros satelitales compilados a principios de la década de 1970 mostraron que la capa de nieve y hielo sobre el hemisferio norte estaba aumentando, lo que provocó un mayor escrutinio sobre la posibilidad de un enfriamiento global. J. Murray Mitchell actualizó su reconstrucción de la temperatura global en 1972, que continuó mostrando un enfriamiento. Sin embargo, los científicos determinaron que el enfriamiento observado por Mitchell no era un fenómeno global. Los promedios mundiales estaban cambiando, en gran parte debido a los inviernos inusualmente severos experimentados por Asia y algunas partes de América del Norte en 1972 y 1973, pero estos cambios se limitaron principalmente al hemisferio norte. En el Hemisferio Sur, se observó la tendencia opuesta. Los inviernos severos, sin embargo, llevaron el problema del enfriamiento global a la opinión pública.

Los principales medios de comunicación de la época exageraron las advertencias de la minoría que esperaba un enfriamiento inminente. Por ejemplo, en 1975, la revista Newsweek publicó una historia titulada "El mundo que se enfría" que advertía sobre "signos ominosos de que los patrones climáticos de la Tierra han comenzado a cambiar". El artículo se basó en estudios que documentan el aumento de la nieve y el hielo en las regiones del hemisferio norte y las preocupaciones y afirmaciones de Reid Bryson de que el enfriamiento global por aerosoles dominaría el calentamiento del dióxido de carbono. El artículo continuó afirmando que la evidencia del enfriamiento global era tan fuerte que los meteorólogos estaban teniendo "dificultades para mantenerse al día". El 23 de octubre de 2006, Newsweekemitió una actualización que decía que había sido "espectacularmente equivocado sobre el futuro a corto plazo". Sin embargo, este artículo y otros similares tuvieron efectos duraderos en la percepción pública de la ciencia del clima.

Tal cobertura mediática que anunciaba la llegada de una nueva edad de hielo dio como resultado la creencia de que este era el consenso entre los científicos, a pesar de que esto no se refleja en la literatura científica. Cuando se hizo evidente que la opinión científica estaba a favor del calentamiento global, el público comenzó a expresar dudas sobre cuán confiable era la ciencia. El autor de TIME, Bryan Walsh, ha llamado "la falacia de la edad de hielo" al argumento de que los científicos estaban equivocados sobre el enfriamiento global y, por lo tanto, pueden estar equivocados sobre el calentamiento global.

En los dos primeros "Informes para el Club de Roma" en 1972 y 1974, se mencionaron los cambios climáticos antropogénicos por aumento de CO ₂ así como por calor residual. Sobre esto último, John Holdren escribió en un estudio citado en el primer informe: “… que la contaminación térmica global no es nuestra amenaza ambiental más inmediata. Sin embargo, podría resultar ser el más inexorable, si tenemos la suerte de evadir todos los demás". Estimaciones simples a escala global que recientemente han sido actualizadas y confirmadas por cálculos de modelos más refinados muestran contribuciones notables del calor residual al calentamiento global después de el año 2100, si sus tasas de crecimiento no se reducen fuertemente (por debajo del 2% anual promedio que se presenta desde 1973).

Evidencia de calentamiento acumulado. Para 1975, Manabe y Wetherald habían desarrollado un modelo climático global tridimensional que brindaba una representación aproximadamente precisa del clima actual. La duplicación del CO ₂ en la atmósfera del modelo produjo un aumento de aproximadamente 2 °C en la temperatura global. Varios otros tipos de modelos informáticos dieron resultados similares: era imposible hacer un modelo que diera algo parecido al clima real y que la temperatura no subiera cuando aumentaba la concentración de CO _2.

En un desarrollo separado, un análisis de núcleos de aguas profundas publicado en 1976 por Nicholas Shackleton y sus colegas mostró que la influencia dominante en el tiempo de la edad de hielo provino de un cambio orbital de Milankovitch de 100,000 años. Esto fue inesperado, ya que el cambio en la luz solar en ese ciclo fue leve. El resultado enfatizó que el sistema climático está impulsado por retroalimentaciones y, por lo tanto, es muy susceptible a pequeños cambios en las condiciones.

La Conferencia Mundial sobre el Clima de 1979 (del 12 al 23 de febrero) de la Organización Meteorológica Mundial concluyó que "parece plausible que una mayor cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera pueda contribuir a un calentamiento gradual de la atmósfera inferior, especialmente en latitudes más altas... Es posible que algunos efectos a escala regional y global sean detectables antes de finales de este siglo y se vuelvan significativos antes de mediados del próximo siglo".

En julio de 1979, el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos publicó un informe que concluía (en parte):

Cuando se supone que el contenido de CO ₂ de la atmósfera se duplica y se logra el equilibrio térmico estadístico, los esfuerzos de modelización más realistas predicen un calentamiento global de la superficie de entre 2 °C y 3,5 °C, con mayores aumentos en latitudes altas.... lo hemos intentado pero no hemos podido encontrar ningún efecto físico pasado por alto o subestimado que pudiera reducir los calentamientos globales actualmente estimados debido a una duplicación del CO ₂ atmosférico a proporciones insignificantes o revertirlos por completo.

El consenso comienza a formarse, 1980–1988

A principios de la década de 1980, se detuvo la ligera tendencia al enfriamiento de 1945 a 1975. La contaminación por aerosoles había disminuido en muchas áreas debido a la legislación ambiental y los cambios en el uso de combustible, y quedó claro que el efecto de enfriamiento de los aerosoles no iba a aumentar sustancialmente mientras los niveles de dióxido de carbono aumentaban progresivamente.

Hansen y otros publicaron el estudio de 1981 Impacto climático del aumento del dióxido de carbono atmosférico y señalaron:

Se muestra que el calentamiento por dióxido de carbono antropogénico debería emerger del nivel de ruido de la variabilidad climática natural para fines de siglo, y existe una alta probabilidad de calentamiento en la década de 1980. Los efectos potenciales sobre el clima en el siglo XXI incluyen la creación de regiones propensas a la sequía en América del Norte y Asia central como parte de un cambio de zonas climáticas, la erosión de la capa de hielo de la Antártida occidental con el consiguiente aumento mundial del nivel del mar y la apertura de el legendario Pasaje del Noroeste.

En 1982, los núcleos de hielo de Groenlandia perforados por Hans Oeschger, Willi Dansgaard y colaboradores revelaron oscilaciones de temperatura dramáticas en el espacio de un siglo en el pasado distante. El más destacado de los cambios en su registro correspondió a la violenta oscilación climática de Younger Dryas observada en los cambios en los tipos de polen en los lechos de los lagos de toda Europa. Evidentemente, los cambios climáticos drásticos fueron posibles dentro de la vida humana.

En 1973, James Lovelock especuló que los clorofluorocarbonos (CFC) podrían tener un efecto de calentamiento global. En 1975, V. Ramanathan descubrió que una molécula de CFC podía ser 10 000 veces más eficaz para absorber la radiación infrarroja que una molécula de dióxido de carbono, lo que hacía que los CFC fueran potencialmente importantes a pesar de sus concentraciones muy bajas en la atmósfera. Si bien la mayoría de los primeros trabajos sobre los CFC se centraron en su papel en el agotamiento del ozono, en 1985 Ramanathan y otros demostraron que los CFC junto con el metano y otros gases traza podrían tener un efecto climático casi tan importante como los aumentos de CO ₂. En otras palabras, el calentamiento global llegaría el doble de rápido de lo esperado.

En 1985, una conferencia conjunta PNUMA/OMM/CIUC sobre la "Evaluación del papel del dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero en las variaciones climáticas y los impactos asociados" concluyó que "se espera" que los gases de efecto invernadero causen un calentamiento significativo en el próximo siglo y que algunos el calentamiento es inevitable.

Mientras tanto, los núcleos de hielo perforados por un equipo franco-soviético en la estación Vostok en la Antártida mostraron que el CO ₂ y la temperatura habían subido y bajado juntos en amplias oscilaciones a lo largo de las glaciaciones pasadas. Esto confirmó la relación entre el CO ₂ y la temperatura de una manera totalmente independiente de los modelos climáticos informáticos, lo que reforzó con fuerza el consenso científico emergente. Los hallazgos también apuntaron a poderosas retroalimentaciones biológicas y geoquímicas.

En junio de 1988, James E. Hansen hizo una de las primeras evaluaciones de que el calentamiento causado por el hombre ya había afectado de manera apreciable el clima global. Poco después, una "Conferencia mundial sobre la atmósfera cambiante: implicaciones para la seguridad global" reunió a cientos de científicos y otras personas en Toronto. Llegaron a la conclusión de que los cambios en la atmósfera debido a la contaminación humana "representan una gran amenaza para la seguridad internacional y ya están teniendo consecuencias dañinas en muchas partes del mundo", y declararon que para 2005 el mundo haría bien en aumentar sus emisiones. un 20% por debajo del nivel de 1988.

La década de 1980 vio avances importantes con respecto a los desafíos ambientales globales. El agotamiento del ozono fue mitigado por la Convención de Viena (1985) y el Protocolo de Montreal (1987). La lluvia ácida se reguló principalmente a nivel nacional y regional.

Período moderno: 1988 al presente

En 1988, la OMM estableció el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático con el apoyo del PNUMA. El IPCC continúa su trabajo hasta el día de hoy y emite una serie de Informes de evaluación e informes complementarios que describen el estado de la comprensión científica en el momento en que se prepara cada informe. Los avances científicos durante este período se resumen aproximadamente una vez cada cinco o seis años en los Informes de evaluación del IPCC que se publicaron en 1990 (Primer informe de evaluación), 1995 (Segundo informe de evaluación), 2001 (Tercer informe de evaluación), 2007 (Cuarto informe de evaluación), y 2013/2014 (Quinto Informe de Evaluación).

Desde la década de 1990, la investigación sobre el cambio climático histórico y moderno se ha expandido rápidamente. Las redes de medición como el Sistema Global de Observación de los Océanos, el Sistema Integrado de Observación del Carbono y el Sistema de Observación de la Tierra de la NASA ahora permiten monitorear las causas y los efectos del cambio en curso. La investigación también se ha ampliado, vinculando muchos campos como las ciencias de la Tierra, las ciencias del comportamiento, la economía y la seguridad.

Descubrimiento de otros factores de cambio climático

Metano: En 1859, John Tyndall determinó que el gas de carbón, una mezcla de metano y otros gases, absorbía fuertemente la radiación infrarroja. Posteriormente se detectó metano en la atmósfera en 1948, y en la década de 1980 los científicos se dieron cuenta de que las emisiones humanas estaban teniendo un impacto sustancial.

Clorofluorocarbono: En 1973, el científico británico James Lovelock especuló que los clorofluorocarbonos (CFC) podrían tener un efecto de calentamiento global. En 1975, V. Ramanathan descubrió que una molécula de CFC podría ser 10 000 veces más eficaz para absorber la radiación infrarroja que una molécula de dióxido de carbono, lo que hace que los CFC sean potencialmente importantes a pesar de sus concentraciones muy bajas en la atmósfera. Si bien la mayoría de los primeros trabajos sobre los CFC se centraron en su papel en el agotamiento del ozono, en 1985 los científicos habían llegado a la conclusión de que los CFC junto con el metano y otros gases traza podrían tener un efecto climático casi tan importante como los aumentos de CO ₂.