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EL PAPEL DE LA BIOTA MARINA EN LA
REGULACIÓN DEL CLIMA A CORTO PLAZO
Rafel Simó
Institut de Ciències del Mar, CSIC
Barcelona
ALBEDO
0.2-0.3
0.06-0.1
Albedo promedio de la superficie de
la Tierra: 0.15
0.3-0.9
MODIS (NASA)
ALBEDO
Albedo promedio de la Tierra: 0.30
MODIS (NASA)
EFECTOS DE LAS NUBES EN EL BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
enfriamiento (albedo)
calentamiento (retención de calor)
Nubes altas (calentantes)
Nubes bajas (enfriantes)
Nubes convectivas (neutrales)
EFECTOS DE LAS NUBES EN EL BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR
Amarillo – verde – azul: enfriamiento neto
Naranja – rojo: calentamiento neto
En conjunto: -20 W m-2
(un 20% de la radiación que llega rebota en las nubes)
¿CÓMO SE FORMAN
LAS NUBES?
Fuentes naturales de aerosoles
Sulfato
Aerosol
orgánico
secundario
Sulfato
Compuestos
orgánicos
volátiles
SO2
Humo
Volcanes
Partículas biológicas
Dimetilsulfuro
Microorganismos
Materia orgánica
Sal
Burbujas
Plancton
Polvo
Desiertos
Fuegos
Vegetación continental
Dust in the wind (Polvo en el viento)
nube con pocos
aerosoles
nube con muchos
aerosoles
¿OCURRE EN EL OCÉANO?
pocas partículas
gotas grandes
albedo bajo
más partículas
gotes pequeñas
albedo alto
SATÉLITE AQUA (NASA), SENSOR MODIS
CANTIDAD Y TAMAÑO AEROSOLES
NÚCLEOS DE CONDENSACIÓN DE GOTAS
TAMAÑO GOTAS DE NUBES
Lana et al., in prep.
CORRELACIÓN TEMPORAL ENTRE PARTÍCULAS DE
CONDENSACIÓN Y TAMAÑO DE GOTA
(satélite 2001-2006)
EFECTIVAMENTE, CUANTAS
MÁS PARTÍCULAS PEQUEÑAS
EN LA ATMÓSFERA, MENORES
SON LAS GOTAS DE LAS
NUBES
-1
coef. corr. Spearman
+1
Fuentes naturales de aerosoles
s
a
n
i
r
ma
Sulfato
Aerosol
orgánico
secundario
Sulfato
Compuestos
orgánicos
volátiles
SO2
Humo
Volcanes
Partículas biológicas
Dimetilsulfuro
Microorganismos
Materia orgánica
Sal
Burbujas
Plancton
Polvo
Desiertos
Fuegos
Vegetación continental
núcleos condensación
(CCN)
aerosoles secundarios
precursores de
aerosoles
aerosoles
primarios
Aerosoles primarios de origen marino (spray marino):
SAL MARINA (SS)
AEROSOL ORGÁNICO PRIMARIO (POA)
Aerosoles primarios de origen marino (spray marino):
SAL MARINA (SS)
AEROSOL ORGÁNICO PRIMARIO (POA)
Aerosoles secundarios del océano:
AEROSOL ORGÁNICO SECUNDARIO (SOA)
AZUFRE BIOGÉNICO EXHALADO POR EL PLANCTON
(el aliento del mar)
CONTRIBUCIÓN DEL
OCÉANO A EMISIÓN
TOTALb
COMPUESTO
IMPORTANCIA
EMISIÓN
OCEÁNICA
CH4
Efecto invernadero
11-18 Tg/a
2%
N2O
Efecto invernadero
7-11 TgN/a
>30-50% ?
Balance global de S.
Precursor de aerosoles:
acidez atmosférica y
nucleación en nubes
20-35 TgS/a
90%
30%
Volátiles de
azufre:
Dimetilsulfuro
(DMS)
a
COS
Precursor aerosol
estratosférico
0.15 TgS/a
21%
CS2
Precursor de COS
0.15 TgS/a
?
Volátiles de Se
Balance global de Se
(seleniuros metilados)
Volátiles halogenados:
CH3I, CH2I2
Balance global de I, fotoreacciones
troposfera, precursor de aerosoles y
condensación en nubes
CH3Br
Destrucción ozono estratosférico
CH3Cl
Fotoreacciones troposfera, acidez y
destrucción ozono estratosférico
≤35 GgSe/a
50-75%
1 TgI/a
>50%
19 GgBr/a
10%
?
<50%
Otros halometanos
y haloetanos
Destrucción ozono estratosférico
Fotoreacciones troposfera, acidez y
destrucción ozono estratosférico
?
?
NH3 y metilaminas
Acidez-alcalinidad aerosol
?
?
Metilnitratos
Fotoreacciones troposfera
?
?
Hidrocarburos
volátiles
(C2-C4, isopreno)
Propiedades fotoquímicas troposfera
2.1 Tg/a
menor
CONTRIBUCIÓN DEL
OCÉANO A EMISIÓN
TOTALb
COMPUESTO
IMPORTANCIA
EMISIÓN
OCEÁNICA
CH4
Efecto invernadero
11-18 Tg/a
2%
N2O
Efecto invernadero
7-11 TgN/a
>30-50% ?
Balance global de S.
Precursor de aerosoles:
acidez atmosférica y
nucleación en nubes
20-35 TgS/a
90%
30%
Volátiles de
azufre:
Dimetilsulfuro
(DMS)
a
COS
Precursor aerosol
estratosférico
0.15 TgS/a
21%
CS2
Precursor de COS
0.15 TgS/a
?
Charlson, Lovelock, Andreae & Warren, Nature (1987)
Albedo
CCN
Radiación solar (luz, UV)
aerosol
¿TIENE IMPORTANCIA EN LA
DMS
ATMÓSFERA
ACTUAL?
g
DMSaq
Plancton
Simó, TrEE 2001
Espesor óptico de aerosol
Cantidad de aerosol menor de 1 micrómetro
micrómetro
(contaminación, quema biomasa, aerosol secundario natural)
Espesor óptico de aerosol
Cantidad de aerosol mayor de 1 micrómetro
(polvo, sal)
AEROdominant
80
60
40
20
0
−20
−40
−60
−80
−160
−120
−80
−40
0
40
80
120
160
Verde: el aerosol oceánico domina ≥ 9 meses al año
Blanco: el aerosol continental domina ≥ 4 meses al año
Lana et al., in prep.
CORRELACIÓN
SPEARMAN,
S BIOGÉNICO vs TAMAÑO GOTA
SOA vs TAMAÑO GOTA
72 MESES
(2001-2006)
EMISIÓN DE CADA TIPO DE AEROSOL
NATURAL MARINO
vs
POA vs TAMAÑO GOTA
SAL vs TAMAÑO GOTA
TAMAÑO DE LAS GOTAS DE LAS
NUBES (CLEFRA)
Lana et al., in prep.
CORRELACIÓN
SPEARMAN,
S BIOGÉNICO vs TAMAÑO GOTA
SOA vs TAMAÑO GOTA
72 MESES
(2001-2006)
SOBRE UN 40% DEL OCÉANO
PRESENTE, EL TAMAÑO DE GOTA DE
LAS NUBES VARÍA INVERSAMENTE
POA vs TAMAÑO GOTA
SAL vs TAMAÑO GOTA
CON
LA EMISIÓN DE AZUFRE
Y
COMPUESTOS ORGÁNICOS POR LA
BIOTA MARINA
Lana et al., in prep.
(40% DE LA ATMÓSFERA SOBRE LOS
OCÉANOS ESTÁ IMPACTADA
FUERTEMENTE POR AEROSOLES
CONTINENTALES)
LOS AEROSOLES Y EL CAMBIO GLOBAL:
UNA PARADOJA
Las fuentes naturales de aerosoles no van a aumentar
La fuentes antropogénicas van a disminuir
EFECTOS DE LOS AEROSOLES EN EL BALANCE DE
LA RADIACIÓN SOLAR
1.
EFECTO DIRECTO: algunos aerosoles dispersan la
radiación solar (enfrían) y algunos la absorben
(calientan).
Enfriamiento neto: -0.6 W m-2
2.
EFECTOS INDIRECTOS:
Primero: sobre el brillo de las nubes (Twomey)
Segundo: sobre la vida de las nubes (Albrecht)
EFECTOS DE LOS AEROSOLES EN EL BALANCE DE
LA RADIACIÓN SOLAR
1.
EFECTO DIRECTO: algunos aerosoles dispersan la
radiación solar (enfrían) y algunos la absorben
(calientan).
Enfriamiento neto: -0.6 W m-2
2.
EFECTOS INDIRECTOS:
Primero: sobre el brillo de las nubes (Twomey)
Segundo: sobre la vida de las nubes (Albrecht)
Enfriamiento neto: >-1.5 W m-2
FORZAMIENTO DEL BALANCE DE RADIACIÓN SOLAR DESDE LA
REVOLUCÓN INDUSTRIAL
enfriamiento
calentamiento
Geoingeniería
Fertilizar con Fe el
Océano Austral
para que el plancton
produzca más
azufre formador de
nubes…
SOIREE 1999
Rafel Simó
Institut de Ciències del Mar, CSIC
rsimo@icm.csic.es
www.cmima.csic.es
SOLUCIONES DE GEOINGENIERÍA
AL CALENTAMIENTO GLOBAL?
n Inyectar azufre en la estratosfera.
SOLUCIONS DE GEOENGINYERIA
A L’ESCALFAMENT GLOBAL?
n Inyectar azufre en la estratosfera.
n Inyectar pequeñas partículas metálicas a la estratosfera.
SOLUCIONS DE GEOENGINYERIA
A L’ESCALFAMENT GLOBAL?
n Inyectar azufre en la estratosfera.
n Inyectar pequeñas partículas metálicas en la estratosfera.
n Fertilitzar con Fe el océano anémico.
SOLUCIONS DE GEOENGINYERIA
A L’ESCALFAMENT GLOBAL?
n Inyectar azufre en la estratosfera.
n Inyectar pequeñas partículas metálicas en la estratosfera.
n Fertilizar con Fe el océano anémico.
n Espejos orbitales.
SOLUCIONS DE GEOENGINYERIA
A L’ESCALFAMENT GLOBAL?
n Injectar sofre a l’estratosfera.
n Injectar petites partícules metàl.liques a l’estratosfera.
n Fertilizar con Fe el océano anémico.
n Espejos orbitales.
n Secuestro de CO2.
TEORÍA DE GAIA:
La vida y la Tierra abiótica (agua, aire, suelos,
roca) evolucionan conjuntamente, se comportan
como un sistema global.
Este sistema evoluciona con tendencia a la
homeostasis.
James Lovelock
clima
VIDA
¿Homeostasis?
Lovelock: Los sistemas complejos desarrollan propiedades
emergentes, y un funcionamiento basado en retroacciones, que
dan lugar a cierto grado de homeostasis.
La vida introduce complejidad y propiedades emergentes.
Watson: La homeostasis en la Tierra puede ser por casualidad.
No tenemos un experimento control ni réplica. Principio antrópico.
clima
VIDA
LA VALIOSA HERENCIA DE LOVELOCK
PARA LA EARTH SYSTEM SCIENCE
1. Ciertas predicciones se han visto confirmadas o están todavía
investigándose.
LA VALIOSA HERENCIA DE LOVELOCK
PARA LA EARTH SYSTEM SCIENCE
1.
Ciertas predicciones se han visto confirmadas o están todavía
investigándose.
2.
La composición de la atmósfera es parte muy activa de los ciclos
biogeoquímicos y resulta mayormente de la actividad de
microorganismos de metabolismos complementarios.
CO2, O2 - producción primaria / respiración
N2 - fijación de nitrógeno / desnitrificación
N2O - nitrificación / desnitrificación
CH4 - metanogénesis / metanotrofia
DMS - fitoplancton / bacterioplancton
…
LA VALIOSA HERENCIA DE LOVELOCK
PARA LA EARTH SYSTEM SCIENCE
3.
El sistema Tierra funciona en base a mecanismos de retroacción
a todas las escalas, con capacidad para amortiguar o acelerar
transiciones.
LA VALIOSA HERENCIA DE LOVELOCK
PARA LA EARTH SYSTEM SCIENCE
4.
Para un buen conocimiento del funcionamiento del Sistema
Tierra son necesarias aproximaciones holísticas, que tomen en
cuenta las interconexiones entre todos los compartimentos
ambientales, con la biosfera con un rol pivotal.
WHAT CHANGES IN THE OCEAN?
↑ cloudiness
↑ CO2
↑ temperature
↓ pH
↑ storm frequency
↑ temperature
episodic mixing
↓ Vertical mixing
↓ Surface salinity
exposure to light
changes seasonality
changes circulation
quantity & quality of
Continental inputs