Oscurecimiento global

El oscurecimiento global es la reducción en la cantidad de radiación directa global en la superficie de la Tierra que se ha observado desde que comenzaron las mediciones sistemáticas en la década de 1950. El efecto varía según la ubicación, pero en todo el mundo se ha estimado que es del orden de una reducción del 4% al 20%. Sin embargo, después de descartar una anomalía causada por la erupción del Monte Pinatubo en 1991, se ha observado una inversión muy leve en la tendencia general.

Se cree que el oscurecimiento global fue causado por un aumento de partículas o aerosoles, como los aerosoles de sulfato en la atmósfera debido a la acción humana. Ha interferido con el ciclo hidrológico al reducir la evaporación y puede haber reducido las precipitaciones en algunas áreas. El oscurecimiento global se ha atribuido como el factor principal en la hambruna etíope de 1984 al reducir el calentamiento en los trópicos que impulsa el monzón anual o la estación húmeda.

Causas

Se cree que el oscurecimiento global probablemente se deba a la mayor presencia de partículas de aerosol en la atmósfera de la Tierra, causada por la contaminación, el polvo o las erupciones volcánicas. Los aerosoles y otras partículas absorben la energía solar y reflejan la luz solar de regreso al espacio. Los contaminantes también pueden convertirse en núcleos para las gotas de las nubes. Las gotas de agua en las nubes se unen alrededor de las partículas. El aumento de la contaminación provoca más partículas y, por lo tanto, crea nubes que consisten en una mayor cantidad de gotas más pequeñas (es decir, la misma cantidad de agua se distribuye en más gotas). Las gotas más pequeñas hacen que las nubes sean más reflectantes, de modo que más luz solar entrante se refleja de regreso al espacio y llega menos a la superficie de la Tierra. Este mismo efecto también refleja la radiación desde abajo, atrapándola en la atmósfera inferior. En los modelos, estas gotitas más pequeñas también reducen las precipitaciones.

Las nubes interceptan tanto el calor del sol como el calor irradiado por la Tierra. Sus efectos son complejos y varían en el tiempo, la ubicación y la altitud. Usualmente durante el día predomina la intercepción de la luz solar, dando un efecto refrescante; sin embargo, por la noche, la re-irradiación de calor a la Tierra frena la pérdida de calor de la Tierra.

La combustión incompleta de combustibles fósiles (como el diésel) y la madera libera carbono negro al aire. Aunque el carbono negro, la mayor parte del cual es hollín, es un componente extremadamente pequeño de la contaminación del aire a nivel de la superficie terrestre, el fenómeno tiene un efecto de calentamiento significativo en la atmósfera a altitudes superiores a los dos kilómetros (6562 pies). Además, oscurece la superficie del océano al absorber la radiación solar.

Los experimentos en las Maldivas (comparando la atmósfera sobre las islas del norte y del sur) en la década de 1990 mostraron que el efecto de los contaminantes macroscópicos en la atmósfera en ese momento (soplado hacia el sur desde la India) causó una reducción del 10% en la luz solar que llegaba a la superficie en el área bajo la nube marrón asiática: una reducción mucho mayor de lo esperado debido a la presencia de las propias partículas. Antes de que se llevara a cabo la investigación, las predicciones eran de un efecto del 0,5% al ​​1% de las partículas; la variación de la predicción puede explicarse por la formación de nubes con las partículas actuando como foco para la creación de gotas.

El fenómeno subyacente al oscurecimiento global también puede tener efectos regionales. Si bien la mayor parte de la tierra se ha calentado, las regiones que están a favor del viento de las principales fuentes de contaminación del aire (específicamente las emisiones de dióxido de azufre) generalmente se han enfriado. Esto puede explicar el enfriamiento del este de los Estados Unidos en relación con el calentamiento de la parte occidental.

Sin embargo, algunas investigaciones muestran que el carbono negro aumentará el calentamiento global, solo superado por el CO ₂. Creen que el hollín absorberá la energía solar y la transportará a otras áreas, como el Himalaya, donde se produce el derretimiento de los glaciares. También puede oscurecer el hielo del Ártico reduciendo la reflectividad y aumentando la absorción de la radiación solar.

La ceniza volcánica transportada por el aire puede reflejar los rayos del Sol hacia el espacio y, por lo tanto, contribuir a enfriar el planeta. Se han observado descensos en las temperaturas de la tierra después de grandes erupciones volcánicas como la del Monte Agung en Bali que entró en erupción en 1963, El Chichon (México) 1983, Ruiz (Colombia) 1985 y Pinatubo (Filipinas) 1991. Pero incluso para erupciones importantes, la ceniza las nubes permanecen solo por períodos relativamente cortos.

Estelas y nubes

Un estudio teorizó que las estelas de los aviones (también llamadas estelas de vapor) están implicadas en el enfriamiento regional, pero el flujo constante de tráfico aéreo anteriormente significaba que esto no podía probarse. El cierre casi total del tráfico aéreo civil durante los tres días posteriores a los ataques del 11 de septiembre de 2001 brindó una oportunidad única para observar el clima de los Estados Unidos sin el efecto de las estelas. Durante este período, se observó un aumento en la variación de la temperatura diurna de 1,1 °C (1,8 °F) en algunas partes de los EE. UU., es decir, las estelas de los aviones pueden haber aumentado las temperaturas nocturnas y/o reducido las temperaturas diurnas mucho más de lo que se pensaba anteriormente.Sin embargo, un estudio de seguimiento atribuyó el cambio de temperatura a la cubierta de nubes. Los autores escribieron: "Las variaciones en la cubierta de nubes altas, incluidas las estelas y los cirros inducidos por las estelas, contribuyen débilmente a los cambios en el rango de temperatura diurno, que se rige principalmente por las nubes, los vientos y la humedad de menor altitud".

Inversión

Salvaje et al. , usando medidas sobre la tierra, reportan brillo desde 1990, y Pinker et al. descubrió que un ligero oscurecimiento continuaba sobre la tierra mientras se producía un aumento de brillo sobre el océano. Por lo tanto, sobre la superficie terrestre, Wild et al. y Pinker et al. discrepar. Un estudio satelital patrocinado por la NASA en 2007 arroja luz sobre las desconcertantes observaciones de otros científicos de que la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la Tierra había disminuido constantemente en las últimas décadas, comenzó a revertirse alrededor de 1990. Este cambio de una tendencia de "atenuación global" a una La tendencia de "iluminación" ocurrió justo cuando los niveles globales de aerosoles comenzaron a disminuir.

Es probable que al menos parte de este cambio, particularmente en Europa, se deba a la disminución de la contaminación del aire. La mayoría de los gobiernos de los países desarrollados han tomado medidas para reducir los aerosoles que se liberan a la atmósfera, lo que ayuda a reducir el oscurecimiento global.

Los aerosoles de sulfato han disminuido significativamente desde 1970 con la Ley de Aire Limpio en los Estados Unidos y políticas similares en Europa. La Ley de Aire Limpio se fortaleció en 1977 y 1990. Según la EPA, desde 1970 hasta 2005, las emisiones totales de los seis principales contaminantes del aire, incluidas las PM, se redujeron en un 53 % en EE. UU. En 1975, los efectos enmascarados de los gases de efecto invernadero atrapados finalmente comenzaron a surgir y han dominado desde entonces.

La Baseline Surface Radiation Network (BSRN) ha estado recopilando mediciones de superficie. BSRN se inició a principios de la década de 1990 y actualizó los archivos en este momento. El análisis de datos recientes revela que la superficie del planeta se iluminó alrededor de un 4% en la última década. La tendencia al brillo está corroborada por otros datos, incluidos los análisis de satélite.

Relación con el calentamiento global

Algunos científicos ahora consideran que los efectos del oscurecimiento global han enmascarado significativamente el efecto del calentamiento global y que, por lo tanto, resolver el oscurecimiento global puede conducir a aumentos en el aumento de la temperatura en el futuro. Según Beate Liepert, "Vivíamos en un mundo con calentamiento global más un oscurecimiento global y ahora estamos eliminando el oscurecimiento global. Así que terminamos con un mundo con calentamiento global, que será mucho peor de lo que pensábamos que sería, mucho más caliente." La magnitud de este efecto de enmascaramiento es uno de los problemas centrales del cambio climático actual con implicaciones significativas para los cambios climáticos futuros y las respuestas políticas al calentamiento global.

También se han estudiado las interacciones entre las dos teorías para la modificación del clima, ya que el calentamiento global y el oscurecimiento global no son mutuamente excluyentes ni contradictorios. En un artículo publicado el 8 de marzo de 2005, en Geophysical Research Letters de la Unión Geofísica Americana, un equipo de investigación dirigido por Anastasia Romanou del Departamento de Física y Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Columbia, Nueva York, también mostró que las fuerzas aparentemente opuestas del calentamiento global y la atenuación global puede ocurrir al mismo tiempo.La atenuación global interactúa con el calentamiento global al bloquear la luz solar que, de lo contrario, provocaría la evaporación y las partículas se unen a las gotas de agua. El vapor de agua es el principal gas de efecto invernadero. Por otro lado, el oscurecimiento global se ve afectado por la evaporación y la lluvia. La lluvia tiene el efecto de limpiar los cielos contaminados.

Se ha descubierto que las nubes marrones amplifican el calentamiento global según Veerabhadran Ramanathan, un químico atmosférico de la Institución Scripps de Oceanografía en La Jolla, California. "El pensamiento convencional es que las nubes marrones han enmascarado hasta el 50 por ciento del calentamiento global por los gases de efecto invernadero a través del llamado oscurecimiento global... Si bien esto es cierto a nivel mundial, este estudio revela que en el sur y el este de Asia, las partículas de hollín en las nubes marrones, de hecho, están amplificando la tendencia al calentamiento atmosférico causada por los gases de efecto invernadero hasta en un 50 por ciento".

Algunos científicos han sugerido el uso de aerosoles para evitar los efectos del calentamiento global como medida de geoingeniería de emergencia. En 1974, Mikhail Budyko sugirió que si el calentamiento global se convertía en un problema, el planeta podría enfriarse quemando azufre en la estratosfera, lo que crearía una neblina. Un aumento en el albedo planetario de solo 0,5 por ciento es suficiente para reducir a la mitad el efecto de una duplicación de CO _2.

La solución más simple sería simplemente emitir más sulfatos, que terminarían en la troposfera, la parte más baja de la atmósfera. Si se hiciera esto, la Tierra aún enfrentaría muchos problemas, tales como:

• El uso de sulfatos provoca problemas ambientales como la lluvia ácida
• El uso de negro de carbón causa problemas de salud humana
• El oscurecimiento causa problemas ecológicos, como cambios en la evaporación y los patrones de lluvia.
• Las sequías y/o el aumento de las precipitaciones causan problemas a la agricultura
• El aerosol tiene una vida útil relativamente corta.

La solución defendida es transportar sulfatos a la siguiente capa más alta de la atmósfera: la estratosfera. Los aerosoles en la estratosfera duran años en lugar de semanas, por lo que solo sería necesaria una cantidad relativamente menor (aunque aún grande) de emisiones de sulfato, y los efectos secundarios serían menores. Esto requeriría desarrollar una forma eficiente de transportar grandes cantidades de gases a la estratosfera, muchos de los cuales se han propuesto, aunque no se sabe que ninguno sea efectivo o económicamente viable.

En una publicación de blog, Gavin Schmidt afirmó que "las ideas de que deberíamos aumentar las emisiones de aerosoles para contrarrestar el calentamiento global se han descrito como una 'negociación faustiana' porque eso implicaría una cantidad cada vez mayor de emisiones para igualar los gases de efecto invernadero acumulados en el atmósfera, con costos monetarios y de salud cada vez mayores".

Relación con el ciclo hidrológico

La contaminación producida por los humanos puede estar debilitando gravemente el ciclo del agua de la Tierra, reduciendo las precipitaciones y amenazando los suministros de agua dulce. Un estudio realizado en 2001 por investigadores del Instituto Scripps de Oceanografía sugiere que las diminutas partículas de hollín y otros contaminantes tienen un efecto significativo en el ciclo hidrológico. Según Veerabhadran Ramanathan, "la energía del ciclo hidrológico proviene de la luz solar. A medida que la luz solar calienta el océano, el agua se escapa a la atmósfera y cae en forma de lluvia. Así que, dado que los aerosoles reducen la luz solar en grandes cantidades, pueden estar girando hacia abajo en el sistema hidrológico". ciclo del planeta".

Los cambios a gran escala en los patrones climáticos también pueden haber sido causados ​​por el oscurecimiento global. Los modeladores climáticos sugieren especulativamente que esta reducción en la radiación solar en la superficie puede haber llevado a la falla del monzón en el África subsahariana durante las décadas de 1970 y 1980, junto con las hambrunas asociadas, como la sequía del Sahel, causada por el enfriamiento de la contaminación del hemisferio norte. el Atlántico. Debido a esto, es posible que el cinturón de lluvia tropical no se haya elevado a sus latitudes del norte, provocando así una ausencia de lluvias estacionales. Esta afirmación no es universalmente aceptada y es muy difícil de probar. Sin embargo, un estudio chino de 2009 de 50 años de datos continuos encontró que, aunque la mayor parte del este de China no experimentó cambios significativos en la cantidad de agua contenida en la atmósfera, las lluvias ligeras habían disminuido.Luego, los investigadores modelaron el efecto de los aerosoles y también concluyeron que el efecto general fue que las gotas de agua en los casos contaminados son hasta un 50 por ciento más pequeñas que en los cielos prístinos. Llegaron a la conclusión de que un tamaño más pequeño impide la formación de nubes de lluvia, y la caída de lluvia ligera es beneficiosa para la agricultura. Este fue un efecto diferente a la reducción de la radiación solar, pero aún así un resultado directo de la presencia de aerosoles.

El estudio de 2001 realizado por investigadores de la Institución Scripps de Oceanografía concluyó que el desequilibrio entre la atenuación global y el calentamiento global en la superficie conduce a flujos de calor turbulentos más débiles hacia la atmósfera. Esto significa que la evaporación se reduce a nivel mundial y, por lo tanto, la precipitación se produce en un mundo más oscuro y cálido, lo que en última instancia podría conducir a una atmósfera más húmeda en la que llueve menos.

Una forma natural de efecto de atenuación ambiental a gran escala en el desarrollo de ciclones tropicales se origina en el polvo del desierto del Sahara, cuando la arena a la deriva y el aire cargado de partículas minerales se mueven sobre el Océano Atlántico. Las partículas reflejan y absorben la luz solar, menos rayos solares alcanzan las capas superficiales de la Tierra, lo que resulta en temperaturas más frías del agua y de la superficie terrestre, y también menos formación de nubes, lo que posteriormente frena el desarrollo de huracanes.

Investigar

A fines de la década de 1960, Mikhail Ivanovich Budyko trabajó con modelos climáticos bidimensionales simples de balance de energía para investigar la reflectividad del hielo. Descubrió que la retroalimentación del albedo del hielo creaba un bucle de retroalimentación positiva en el sistema climático de la Tierra. Cuanta más nieve y hielo, más radiación solar se refleja hacia el espacio y, por lo tanto, más fría se vuelve la Tierra y más nieva. Otros estudios encontraron que la contaminación o la erupción de un volcán podrían provocar el inicio de una edad de hielo.

En la década de 1980, Atsumu Ohmura, un investigador de geografía del Instituto Federal de Tecnología de Suiza, descubrió que la radiación solar que llegaba a la superficie de la Tierra había disminuido en más del 10 % durante las tres décadas anteriores. Sus hallazgos parecían contradecir el calentamiento global: la temperatura global había estado aumentando en general desde los años 70. Menos luz llegando a la tierra parecía significar que debería enfriarse. Pronto le siguieron otros: Viivi Russak en 1990 "Tendencias de la radiación solar, nubosidad y transparencia atmosférica durante las últimas décadas en Estonia", y Beate Liepert en 1994 "Radiación solar en Alemania - Tendencias observadas y evaluación de sus causas". También se ha observado oscurecimiento en sitios de toda la antigua Unión Soviética.Gerry Stanhill, quien estudió estas disminuciones en todo el mundo en muchos artículos, acuñó el término "oscurecimiento global".

Investigaciones independientes en Israel y los Países Bajos a fines de la década de 1980 mostraron una aparente reducción en la cantidad de luz solar, a pesar de la evidencia generalizada de que el clima se estaba volviendo más cálido. La tasa de atenuación varía en todo el mundo, pero en promedio se estima en alrededor del 2% al 3% por década. La tendencia se invirtió a principios de la década de 1990. Es difícil realizar una medición precisa, debido a la dificultad de calibrar con precisión los instrumentos utilizados y al problema de la cobertura espacial. No obstante, es casi seguro que el efecto está presente.

El efecto (2-3%, como arriba) se debe a cambios dentro de la atmósfera terrestre; el valor de la radiación solar en la parte superior de la atmósfera no ha cambiado en más de una fracción de esta cantidad.

El efecto varía mucho en el planeta, pero las estimaciones del valor promedio de la superficie terrestre son:

• 5,3% (9 W/m2); entre 1958 y 1985 (Stanhill y Moreshet, 1992)
• 2%/década entre 1964 y 1993 (Gilgen et al., 1998)
• 2,7%/década (total 20 W/m); hasta 2000 (Stanhill y Cohen, 2001)
• 4% durante 1961–90 (Liepert 2002)

Tenga en cuenta que estos números son para la superficie terrestre y no son realmente un promedio global. Se desconoce si se produjo un oscurecimiento (o un aumento) sobre el océano, aunque una medida específica midió los efectos a unas 400 millas (643,7 km) desde la India sobre el Océano Índico hacia las Islas Maldivas. Los efectos regionales probablemente dominen pero no estén estrictamente confinados al área terrestre, y los efectos serán impulsados ​​por la circulación de aire regional. Una revisión de 2009 de Wild et al.encontró que la variación generalizada en los efectos regionales y de tiempo. Hubo brillo solar más allá de 2000 en numerosas estaciones en Europa, Estados Unidos y Corea. El brillo observado en sitios de la Antártida durante la década de 1990, influenciado por la recuperación de la erupción volcánica del Monte Pinatubo en 1991, se desvanece después de 2000. La tendencia al brillo también parece estabilizarse en sitios de Japón. En China hay indicios de una atenuación renovada, después de la estabilización en la década de 1990. También se observa una continuación de la atenuación de larga duración en los sitios de la India. En general, los datos disponibles sugieren una continuación del aumento de brillo más allá del año 2000 en numerosos lugares, aunque menos pronunciado y coherente que durante la década de 1990, con más regiones sin cambios o descensos claros. Por lo tanto, a nivel mundial, el efecto invernadero después de 2000 puede estar menos modulado por las variaciones solares superficiales que en décadas anteriores. Las mayores reducciones se encuentran en las latitudes medias del hemisferio norte.La luz visible y la radiación infrarroja parecen ser las más afectadas en lugar de la parte ultravioleta del espectro.