Ciencia de la Tierra y el Espacio El CAMBIO GLOBAL ¿QUE ES EL CAMBIO GLOBAL? Gustavo J Nagy Sección Oceanología / Departamento de Ecología, FC-UdelaR Programa de Ciencias del Mar y de la Atmósfera

¿Qué es el cambio global? El cambio global incluye aquellos cambios ambientales, climáticos y socioeconómicos de naturaleza universal que son directa o indirectamente causados (“forzados”) por las actividades humanas y el aumento de la población. ¿Qué es el cambio global? Mucho más que el cambio climático. Cambios a escala global que afectan al funcionamiento del sistema Tierra. Cambios naturales tanto como antropogénicos. Socio-económico tanto como bio-físicos.

Por ejemplo, cambios en: POBLACION C02 ATMOSFERICO TEMPERATURA PRECIPITACIONES FIJACIÓN DE NITRÓGENO NITRÓGENO EN LA ZONA COSTERA COBERTURA VEGETAL BIODIVERSIDAD

Estos cambios pueden ser abruptos o graduales sistémicos y acumulativos (tabla 1): Cambios Globales Sistémicos: afectan sistemas globales (atmósfera – océano). calentamiento global, disminución del ozono, aumento del nivel medio del mar. Cambios Locales Acumulativos: afectan la biodiversidad y la capacidad de la biosfera para fijar C02 desde la atmósfera. acidificación y eutrofización de las aguas, deforestación, desertificación.

Tabla 1 Tipos de Cambio Global TIPO CARACTERÍSTICA EJEMPLOS Acumulativo A) Impacto por la a) Deterioro del Agua distribución planetaria b)  Biodiversidad B) Impacto por la magnitud del cambio a) Deforestación (recursos globales) b) Contaminación Industrial c) Disminución de suelos en tierra agrícola primaria A) Impacto directo en los a) Emisiones industriales y sistemas que funcionan agrícolas de gases de globalmente invernadero b) Emisiones de gases que disminuyen el ozono c) Cambios en la cobertura terrestre e impacto en el albedo 2) Sistémico

La Variabilidad Climática La Variabilidad Climática, incluyendo a los Eventos Extremos (p.e. inundaciones), está asociada al Cambio Global. Además de las fluctuaciones naturales, los cambios de los patrones de variabilidad son una manifestación del cambio climático. En las últimas décadas cobró notoriedad la interacción Atmósfera-Océano El Niño-Oscilación Sur-ENOS, a la cual se asocia parte del cambio de los patrones de precipitaciones.

Emisiones de combustibles fósiles y tasa de aumento de la concentración de CO2 atmosférico. Filtrado para remover ciclos estacionales. Las flechas verticales indican los eventos El Niño. La línea horizontal es el evento plurianual El Niño 1991 - 94. (IPCC, 2001)

Impacto Humano sobre el sistema Tierra: El Ciclo Global del Carbono

Impacto Humano sobre el sistema Tierra: El Ciclo del Carbono comparado en el Océano y la Biófera terrestre

(a) Anomalías anuales de la temperatura promedio del aire (superficie tierra) (°C), 1861 a 2000, relativo a 1961 - 1990. Barras y líneas sólidas. Ambos hemisferios. (b) Línea fina hasta 1999. Un error de 2 desvíos estándar centrados en la curva. Ambos hemisferios (IPCC, 2001).

Balance de Emisiones y Sumideros del C02 (Schimel et al. 1995) Componente (Gt C/a) 1980-1989 Emisiones (combustibles fósiles + cemento Efos 5.5 +/ -0.5 Emisiones netas del cambio de paisaje Eland 1.6 +/- 1.0 Cambio de masa de C02 atm d C02 /dt 3.2 +/- 0.2 Sumidero Oceánico Soc 2.0 +/- 0.8 Sumidero H N (repoblación forestal) Efor 0.5 +/- 0.5 Balance neto (B = (Efos + Eland) - (d C02 /dt + Soc + Efor)) 1.4 +/- 1.6 El balance de C02 comparado para las décadas 1980s y 1990s (Le Queré et al., 2002) Fuente Océano Tierra 1980s 1990s 90-80s 1980s 1990s 90-80s IPCC 2001a 1.9 +/-0.6 1.7+/-0.5 -0.2 0.2+/-0.7 1.4+/-0.7 1.2 IPCC 2001b 1.8 +/-0.8 2.1+/-0.7 0.3 0.3+/-0.9 1.0+/-0.7 0.7 Keeling et al 2001 2.0 2.4 0.4 0.2 0.8 0.6

(a) Cambio en CH4 (ppb = 10-9) para los últimos 1000 años (IPCC, 2001) (a) Cambio en CH4 (ppb = 10-9) para los últimos 1000 años (IPCC, 2001). El forzante radiativo es aproximado por una escala lineal desde la era pre-industrial (derecha) b) CH4 promediado anualmente, desestacionalizado y suavizado (1983 – 1999) (IPCC, 2001). (c) Tasa de crecimiento anual del CH4 (ppb/a) en la atmósfera global (1983 – 1999) calculado como la derivada de la tendencia desestacionalizada de a (IPCC, 2001). Las inceritdumbres (lineas punteadas) son ±1 desvío estándar. (d) Comparación de la abundancia en Groenlandia y Antártica de los últimos 11.5 ka (IPCC, 2001). The shaded area is the pole-to-pole difference where Antarctic data exist.

El Balance Global del Nitrógeno Componente (TgN /a) 1990 Aportes Antrópicos de N (Efos + Sfert + Scultivos) 145 Combustibles fósiles (Efos) 25 Uso de fertilizantes (Ifert) 80 Cultivos agrícolas (Scultivos) 40 Sumideros Océanicos de N (SNoc = DN0c RNoc) 59 Deposición (DNoc) 18 Flujo fluvial (RNoc) 41 Atmósfera (dcN20 / dt) -4 Acumulación de DNoc -4 Balance neto (I = (Efos + Ifert + Icultivo) – (dCN20 / dt + SNoc)) -82

Datos y procedimientos para construir escenarios climáticos para evaluar impactos. Los boxes remarcados indican el clima de base y tipos comunes de escenarios. En sombreado los componentes de los generadores del escenario climático.

Concentraciones proyectadas de CO2 a partir de seis escenarios SRES futuros a partir de Diferentes supuestos sobre el cambio económico, demográfico y tecnológico. (a) Emisiones de CO2 para los 6 escenarios (b) y (c) muestran las concentraciones de CO2 proyectadas por modelos del ciclo del carbono. Para cada modelo y escenario el caso de referencia es una línea negra, el superior (alto-CO2) es la parte superior del área coloreada y la inferior (bajo-CO2) es la parte inferior del área coloreada.

Presión Atmosférica La Presión atmosférica causa el efecto conocido como “Barómetro Inverso” sobre el Mivel del Mar. 1 cm por hPa (1 hPa = 1 mbar) Como el agua es casi incompresible, esto no se manifiesta en un aumento del NMM a escala global, pero una tendencia a largo plazo en la presión atmosférica de superficie podría influir en el NMM local. La tendencia a largo plazo en el Norte de Europa es de sólo 0.01 hPa/a., o sea ± 0.2 mm/yr, mucho menos que el aumento eustático del NMM Sobre lapsos menores (décadas) se encuentran tendencias más importantes. P.e., en el Mediterraneo y Escandinavia alcanzó –0.05 y +0.04 mm/a respectivamwente.

Media Global del aumento del nivel medio del mar (NMM) 1990 – 2100 para los escenarios SRES. La expansión térmica y los cambios de hielo terrestre se calcularon mediante un modelo climático simple calibrado separadamente para cada uno de los 7 AOGCMs y otras contribuciones diversas. Cada una de las seis líneas es el promedio de AOGCMs para cada uno de los seis escenarios mostrados. Las regiones oscura y clara muestran el rango del promedio de AOGCMs para todos los 35 escenarios SRES. Las barras muestran el rango en 2100 de los AOGCMs para los 6 escenarios SRES

El Cambio Climático y el Ciclo del Agua: ¿Cómo se mide el cambio? El aumento de la temperatura global puede conducir a cambios en la precipitación y humedad atmosférica debido a cambios en la circulación atmosférica y una activación del ciclo hidrológico. Las medidas de precipitación son subestimadas cuando hay viento, precipitación sólida y eventos frecuentes de escasa precipitación (IPCC, 2001). La subestimación es menor en climas cálidos, de lluvias fuertes y poco ventosos. La estimación por satélite permite obtener climatologías casi-globales de las últimas dos décadas, aunque esto no es suficiente para estimar cambios globales multi-decadales. Por todo esto, es útil comparar los cambios en muchas de las variables de humedad relacionadas, tales como caudal fluvial y humedad de suelos con la precipitación para validar tendencias a largo plazo.

Tendencias estacionales 1900 - 1999 Tendencias estacionales 1900 - 1999. La Precipitación es representada por el círculo (verde= aumento y marrón_ descenso). Las series anuales y estacionales fueron converitdas a porcentages de precipitación normal precipitación. Las tendencias medias se muestran para seis latitudes (85°N - 55°N, 55°N - 30°N, 30°N - 10°N, 10°N - 10°S, 10°S - 30°S, 30°S - 55°S). La media mensual de precipitaciones 1961- 1990 fue sumada a la anomalía de las series de tiempo y los resultados sumados mensualmente dentro de las estaciones y años.

EFECTOS DE LA VARIABILIDAD CLIMATICA ENOS Y DE LOS EVENTOS EXTREMOS SOBRE EL CLIMA Las series climáticas de temperatura incluyen anomalías que no obedecen ni a las fluctuaciones naturales ni al calentamiento global. No hay certeza de que el calentamiento global sea causa del incremento de la variabilidad ENOS. Durante los eventos El Nño aumenta ligeramente la temperatura (0.1º C) global. Durante los eventos La Niña disminuye ligeramente la temperatura (0.1º C) global. Las emisiones volcánicas (aerosoles de H2S04) aumentan la nubosidad y disminuyen la temperatura global (0-1 a 0.3º C). El ciclo de actividad solar Sunspot (22.4 años) explica importantes ciclos de precipitaciones en, p.e., el Medio Oeste de EEUU, China y la India.

EVOLUCION DE LA TEMPERATURA GLOBAL Y EFECTO DE LA OSCILACION SUR MMMM

ANOMALIAS ANUALES DE PRECIPITACIONES GLOBALES y el drama del Sahel Desde 1950 las precipitaciones medias globales disminuyeron. Si se resta el déficit del Sahel desde 1980, la resultante es positiva.

Ejemplo de la sensibilidad (IPCC, 2001) de la frecuencia de días con lluvias diarias severas a un cambio en la media total de lluvias (Guangzhou, China). Se usa un umbral de 50 mm de precipitación por día y se muestra el efecto de un aumento del 10% y un descenso del 10% en la media total de lluvias de verano.

Tendencias lineales (% / década) de precipitación severa (sobre el percentil 90) y la precipitación total durante la estación lluviosa sobre varias regiones del globo. Las magnitudes de los cambios en las frecuencias de precipitación severa son siempre mayores que los cambios en la media de precipitaciones totales (IPCC, 2001).

Los Aerosoles Eficiencia de extinción (por unidad total de masa de aerosol) y retrodifusión simple del albedo de aerosoles. Entre 0.1 y 2 µm de diámetro retrodifunden la mayoría de la luz por unidad de masa. Los de > diámetro difunden menos. Si el índice de refracción 1.37 0.001i es el de un aerosol hidratado, la curva representa la eficiencia de extinción húmeda. La extinción seca es mayor y típica de diámetros menores.

FUENTES DE AEROSOLES DE SULFATO (a) Fuentes antropogénicas anmuales (kg km-2 hr-1) de H2 SO, (b) Fuentes naturales de H2 SO4 (DMS fitoplanctónico y SO2 volcánico)

FLUCTUACIONES ANUALES DE TEMPERATURA Y SALIDAS DE MODELOS QUE INCLUYEN: ACTIVIDAD SOLAR Y EMISIONES VOLCANICAS

Evolución reciente de las anomalías de temperatura y el efecto removido de los eventos ENOS y emisiones volcánicas.

DIMENSIONES HUMANAS DEL CAMBIO GLOBAL MARCO CONCEPTUAL LAS DIMENSIONES HUMANAS ABARCAN TODO, AUNQUE ENFATIZAN EN LOS MODULOS A LA IZQUIERDA DEL CUADRO FACTORES SOCIO-POLITICO-CULTURALES A DIFERENTE ESCALA: TIEMPO-ESPACIO  FORZANTES  CAMBIO TERRESTRE CAMBIO USO SUELO CAMBIO DE COBERTURA VEGETAL INDUSTRIA ↨ ↨ ↨ RESPUESTAS HUMANAS /  CAMBIO CLIMATICO IMPACTOS VARIABILIDAD / EXTREMOS PERDEDORES / GANADORES VULNERABILIDADES → ADAPTACION The Associaton of American Geographers

Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación Según el Programa START, (www.start.org) del IGBP, el Cambio Ambiental Global incluye: 1) cambios ambientales que impactan el funcionamiento de un sistema global como la atmósfera (cambio global sistémico). 2) cambios ambientales localizados cuyos impactos acumulativos se extienden en el globo o impactan una fracción significativa de un recurso global y la capacidad de fijar C02 desde la atmósfera (cambio global acumulativo). El Cambio Ambiental Global genera estrés múltiples que interactúan entre si para impactar a las entidades expuestas (gente / comunidades, sitios, sistemas humanos y naturales).

Vulnerabilidad La Vulnerabilidad al Cambio Ambiental Global es la propensión de las entidades a ser dañadas por dichos estrés (Figura 1). Está asociada al grado y la naturaleza de la exposición y la susceptibilidad de las unidades expuestas al estrés, su capacidad de hacer frente o adaptarse al mismo y su resiliencia para recuperarse de un shock. El análisis de la vulnerabilidad a los cambios ambientales globales es un área de investigación interdisciplinaria que plantea: ¿Quién, qué, a qué y cuán vulnerables son los sectores / sistemas / gentes vulnerables?, ¿Cuáles son las causas de su vulnerabilidad y qué respuestas / adaptaciones pueden disminuirla?

Vulnerabilidades al cambio ambiental global, impactos y respuestas: un marco para una evaluación de “segunda generación” ( www.start.org y SEI, 2001).

CAMBIO GLOBAL, VARIABILIDAD CLIMATICA E INTERACCIONES EN LA CUENCA DEL PLATA Y URUGUAY La Cuenca del Río de la Plata y el Uruguay han sufrido durante 5-6 décadas intensos cambios globales acumulativos y sistémicos, siendo muy sensible al cambio de la variabilidad ENOS (Nagy et al 2002 a,b,c; Escobar, 2002; Nagy et al. 2003). acumulativos sistémicos El Niño / La Niña ∆ Uso del Suelo  Erosión de Suelos > 0.7º C Frecuencia Intensidad Duración Represamientos 200-300 mm Precipitaciones 20-35 % m3 s-1 Caudales Fijación de N Utilización de Fertilizantes Emisarios Eutrofización Desplazamiento al Sur del cinturón de altas presiones subtropical. ∆ Régimen de Vientos

El Frente del Río de la Plata (de Severov et al. 2003) Severov et al (2003)

PROCESOS Y FEEDBACKS CLIMATICOS Y BIOFÍSICOS EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA Y COSTA DEL RIO DE LA PLATA (de Berbery et al. 2003)

VARIABILIDAD CLIMATICA Y UMBRALES DE TOLERANCIA (Coping Capacity) EN EL RIO DE LA PLATA (de Nagy et al., 2002b; 2003a,b. Proyecto AIACC LA-32) A) Indicador SST 3,4 ENSO mensual – Caudal Río Uruguay mensual (1998 – 2000) B) Caudales mensuales Río Uruguay – Salinidad mensual en Montevideo (1998-2000) C) Umbrales de Tolerancia al Caudal Fluvial A B (arriba) y C (abajo)

Aumento del Nivel Medio del Mar reconstruido para Montevideo (1902 – 2000) (Proyecto AIACC LA-32)

Descenso de la Presión Atmosférica y Aumento del Nivel Medio del Mar en Montevideo (1902 – 2000) (Proyecto AIACC LA-32)