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Atmósfera, Sistema Climático y
Calentamiento Global
Amparo Martínez Arroyo
Centro de Ciencias de la
Atmósfera, UNAM
PINCC, Febrero 2012
TEMARIO
• CONDICIONES DETERMINANTES DE LAS ATMÓSFERAS
PLANETARIAS
• CARACTERÍSTICAS DE LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA
• PROCESOS DE FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA DE LA TIERRA
• SISTEMA TIERRA
• SISTEMA CLIMÁTICO
• CICLO DE CARBONO Y CLIMA
Atmósferas
planetarias
Factores determinantes
de
los ambientes
planetarios:
astronómicos
físicos
químicos
biológicos
Composición Química (%)
Hace 4.5 mil millones de años se formó el Sistema Solar
Evolución de la atmósfera
Procesos involucrados: escape H y He,
condensación agua, aparición oxígeno,
disminución de CO2 (fotoquímica y
fotosíntesis), formación capa ozono,
atmósfera oxidante con predominio de
N2 y O2
Gases traza activos radiativamente
Evolución de la Atmósfera
• La atmósfera primigenia gases primarios
(muy calientes).
• La atmósfera secundaria. Inicio de
enfriamiento. (hasta formación de Océanos,
nubes...)
• La atmósfera 3 se libera oxígeno. Vapor de
agua.
• La atmósfera 4, actual. Fotosíntesis: Cambio
en la composición atmosférica.
Composición Atmosférica (actual)
Gas (caos)
(%)
Nitrógeno (N2)
78.08
Oxígeno (O2)
20.95
Argón
0.93
Gases de efecto
invernadero
H2O, CO2, CH4, Nox..
O3
Estructura de la Atmósfera
Cambios en la concentración atmosférica
• Escape de gases ligeros
• Ciclos físico – químicos naturales, influenciados por
procesos biológicos.
• Erupciones volcánicas
• Reacciones fotoquímicas
• Por debajo de los 50 - 80Km: La proporción relativa
de cada componente varía uniformemente: mezcla
vertical.
• Por arriba de los 50 - 80Km: Procesos de mezcla
pequeños, los gases más pesados se mantienen en
niveles más bajos, los ligeros más arriba.
Sistema Tierra
Peso aproximado
(gramos)
 Atmósfera
5.4 X 1021
 Hidrosfera
1.4 X 1024
 Litosfera
5.9 X 1027
 Biosfera
6 X 1017
• Comportamiento holístico
del planeta: física y
biogeoquímica
• Papel complementario de
la atmósfera y el océano
en la determinación de las
condiciones de superficie
• Emisión y captura
biogénicas de gases
activos climáticamente
Biota Marina
Papel
anticalentamiento
Generación de
gases formadores
de núcleos de
condensación de
nubes
Graph from: Hadley Centre for Climate Prediction and Research
Carbono: bomba
biológica y bomba
física
-
DMSP
DMS
 DMS es un gas traza ubicuo, derivado del
DMSP, el cual es producido por muchas
microalgas marinas, principalmente
primnesiofitas (Coccolitoforidos) y
dinoflagelados
 No todo el DMSP se convierte en DMS,
pero todo el DMS atmosférico relacionado
con células algales es a través del DMSP
Sistema Climático y Ciclos biogeoquímicos
La problemática global
Concentración Atmosférica de CO2
Año 2008
CO2 Atmosférico:
384.8 ppm
(aprox. 280 ppm en 1750)
1970 – 1979: 1.3 ppm y-1
1980 – 1989: 1.6 ppm y1
1990 – 1999: 1.5 ppm y-1
2000 - 2008: 1.98 ppm y-1
2005 - 2008: 2.01 ppm y-1
Data Source: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL
www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends
Calentamiento global estimado debido a diferentes Gases
y Partículas
% del efecto
invernadero natural
H2O(g)
CO2 (g)
C(s)
CH4(g)
O3(g)
N2O(g)
CH3Cl(g)
CFCL3(g)
CF2Cl2(g)
CF2ClH(g)
CCl4(g)
88.9
7.5
0.2
0.5
1.1
1.5
0.3
0
0
0
0
% de calentamiento global
0
46.6
16.4
14.0
11.9
4.2
0.
1.8
4.2
0.6
0.3
Absorción de Radiación IR
por Gases Invernadero
Atmospheric
window
¿Antroposfera?
0.34 x 1012 g
Vernadsky (1863-1945) y
Teilhard de Chardin (1881-1955)
propusieron la existencia de
tres fases en el desarrollo de la
Tierra, cada una transformando
a la anterior: la geosfera, la
biosfera y la noosfera
Emisiones de combustible fósil + Cemento
Atmoapheric [CO2] (ppmv)
Fossil Fuel Emission (GtC/y)
2007 Combustible fósil: 8.5 Pg C
9
8
Emissions
7
6
5
4
3
2
1
0
1850
4001850
380
360
340
320
1870
1870
1890
1890
1910
1910
1930
1930
1950
1950
1970
1970
1990
1990
2010
2010
[CO2]
1990 - 1999: 0.9% y-1
2000 - 2007: 3.5% y-1
300
Data Source: G. Marland, T.A. Boden, R.J. Andres,
280 and J. Gregg at CDIAC
2 ppm/year
Emisiones de Carbono por cambio de uso del
suelo
Borneo, Courtesy: Viktor Boehm
Deforestación Tropical
13 Millones hectareas c/año
2000-2007
America Tropical 0.6 Pg C y-1
Asia Tropical
0.6 Pg C y-1
Africa Tropical
0.3 Pg C y-1
1.5 Pg C y-1
[2007 Emisiones antropogénicas totales: 8.5+1.5 = 10 Pg]
Canadell et al. 2007, PNAS; FAO-Global Resources Assessment 2005
Destino de las Emisiones Antropogénicas de CO2
(2000-2009)
1.1±0.7 PgC y-1
4.1±0.1 PgC y-1
47%
7.7±0.5 PgC y-1
+
2.4 PgC y-1
27%
Calculated as the residual of
all other flux components
26%
2.3±0.4 PgC y-1
Average of 5 models
Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS
Eficiencia de los sumideros naturales
Fracción Terrestre
Fracción Oceánica
Canadell et al. 2007, PNAS
Factores que influyen en la Fracción Aérea
 Tasa de emisiones de CO2 .
 Tasa de captura de CO2 y finalmente la cantidad total de
C que puede ser almacenado en tierra y en océanos:
 Tierra: efecto de fertilización CO2 , respiración del suelo,
depositación de N por fertilización, reforestación…
 Océanos: solubilidad del CO2 (temperatura, salinidad),
corrientes oceánicas, estratificación, vientos, actividad
biológica, acidificación …
Springer; Gruber et al. 2004, Island Press
Credit: N.Metzl, August 2000, oceanographic cruise OISO-5
Causas de la disminución en la eficiencia de
captura del océano
 Parte atribuída a un descenso hasta
de 30% en eficiencia de captura de
océanos del sur durante últimos 20
años.
 Debida p.e. al reforzamiento de los
vientos alrededor de la Antártida, lo
cual mejora la ventilación de aguas
profundas ricas en carbono.
 Reforzamiento de vientos por
calentamiento global y disminución
de capa de ozono.
Le Quéré et al. 2007, Science
Ciclos que se rompen
¿Problema climático, ecológico, ético?
¿Influye la cosmovisión en la
generación de conocimiento?
Necesidad de una cultura compatible
con la ciencia
Retos para la Ciencia…
 Incertidumbres, nuevas
preguntas, nuevos roles
sociales, nuevos escenarios
 ¿Cómo transformar el
conocimiento en política
pública?
¿Requerimos una nueva
ciencia o sólo una forma
distinta de hacerla?
¿Esperar a que
lleguen soluciones o
construirlas?
…Retos para la Ciencia
Ciencia interdisciplinaria y multisectorial
Ciencia crítica y creativa
Ciencia y cultura como instrumento de la humanidad
…y retos para los científicos
 La ciencia compartimentada no permite
abordar la complejidad de los problemas
y fracciona esfuerzos.
 Estos problemas requieren una nueva
forma de interacción entre científicos de
distintas disciplinas , de la ciencia con
la sociedad
 y de la sociedad con la ciencia
Ejemplos de inversión pública en CyT
• 1995-2008
Porcentaje del PIB
Ciencia & Tecnología
 Rescate financiero
0.37 % (max. 0.46)
0.59 % (max. 1.25)
Como porcentaje del Gasto Público Total
Para Ciencia y Tecnología 1998= 2.14 %
2009= 1.43 %
Fuente: Academia Mexicana de las Ciencias, 2010
Fuente: OCDE, 2010
La ciencia y la cultura como
mecanismos de anticipación para
la sobrevivencia de la especie
En sociedades tan complejas como las
que hemos creado, el conocimiento ha
de sustituir, con igual misión de
supervivencia, al mecanismo biológico
que acompasa el ritmo interno de los
organismos con su ambiente.
Muchas gracias
www.atmosfera.unam.mx
Andreae, M.O. and Crutzen, P.J. 1997. Atmospheric aerosols:biogeochemical
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