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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
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
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.
Peso aproximado
(gramos)
Atmósfera 5.4 X 1021
Hidrosfera 1.4 X 1024
Litosfera 5.9 X 1027
Biosfera 6 X 1017
Sistema Tierra
• 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
Graph from: Hadley Centre for Climate Prediction and Research
Papel
anticalentamiento
Generación de
gases formadores
de núcleos de
condensación de
nubes
Biota Marina
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
2000 - 2008: 1.98 ppm y-1
2005 - 2008: 2.01 ppm y-1
1970 – 1979: 1.3 ppm y-1
1980 – 1989: 1.6 ppm y1
1990 – 1999: 1.5 ppm y-1
Año 2008 CO2 Atmosférico:
384.8 ppm
Concentración Atmosférica de CO2
Data Source: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends
(aprox. 280 ppm en 1750)
Calentamiento global estimado debido a diferentes Gases y Partículas
% del efecto % de calentamiento global
invernadero natural
H2O(g) 88.9 0 CO2 (g) 7.5 46.6 C(s) 0.2 16.4 CH4(g) 0.5 14.0 O3(g) 1.1 11.9 N2O(g) 1.5 4.2 CH3Cl(g) 0.3 0. CFCL3(g) 0 1.8 CF2Cl2(g) 0 4.2 CF2ClH(g) 0 0.6 CCl4(g) 0 0.3
¿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
Data Source: G. Marland, T.A. Boden, R.J. Andres, and J. Gregg at CDIAC
1990 - 1999: 0.9% y-1
2000 - 2007: 3.5% y-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Fo
ssil
Fu
el
Em
issio
n (
GtC
/y)
Emissions
280
300
320
340
360
380
400
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Atm
oap
heri
c [
CO
2]
(pp
mv) [CO2]
2 ppm/year
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Tem
pera
ture
(d
eg
C)
Temperature 0.2 C/decade
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
2007 Combustible fósil: 8.5 Pg C
Canadell et al. 2007, PNAS; FAO-Global Resources Assessment 2005
America Tropical 0.6 Pg C y-1
Asia Tropical 0.6 Pg C y-1
Africa Tropical 0.3 Pg C y-1
2000-2007
Deforestación Tropical
13 Millones hectareas c/año
Emisiones de Carbono por cambio de uso del suelo
1.5 Pg C y-1
Bor
neo,
Cou
rtes
y: V
ikto
r B
oehm
[2007 Emisiones antropogénicas totales: 8.5+1.5 = 10 Pg]
Destino de las Emisiones Antropogénicas de CO2 (2000-2009)
1.1±0.7 PgC y-1
+ 7.7±0.5 PgC y-1
2.4 PgC y-1
27% Calculated as the residual of
all other flux components
4.1±0.1 PgC y-1
47%
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
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 …
Factores que influyen en la Fracción Aérea
Springer; Gruber et al. 2004, Island Press
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.
Causas de la disminución en la eficiencia de captura del océano
Le Quéré et al. 2007, Science
Cre
dit:
N.M
etzl
, A
ugus
t 20
00,
ocea
nogr
aphi
c cr
uise
OIS
O-5
¿Influye la cosmovisión en la generación de conocimiento?
Necesidad de una cultura compatible con 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?
Retos para la Ciencia…
¿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
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
…y retos para los científicos
Ejemplos de inversión pública en CyT
• 1995-2008
Porcentaje del PIB
Ciencia & Tecnología 0.37 % (max. 0.46)
Rescate financiero 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
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.
Andreae, M.O. and Crutzen, P.J. 1997. Atmospheric aerosols:biogeochemical sources and role in atmospheric chemistry. Science 276: 1052-1058.
Charlson, R.J. et al. 1987 Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature 326, 655-661.
http://www.metoffice.com/research/hadleycentre/
Kettle, A.J., M.O. Andreae, D. Amouroux, T.W. Andreae, T.S. Bates, H. Berresheim, H. Bingemer, R. Boniforti, M.A.J. Curran, G.R. DeTullio, G. Helas, G.B. Jones, M.D. Keller, R.P. Kiene, C. Leck, M. Levasseur, M. Maspero, P. Matrai, A.R. McTaggart, N. Mihalopoulos, B.C. Nguyen, A. Novo, J.P. Putaud, S. Rapsomanikis, G. Roberts, G. Schebeske, S. Sharma, R. Simo, R. Staubes, S. Turner, and G. Uher. A global database of sea surface dimethylsulfide (DMS) measurements and a simple model to predict sea surface DMS as a function of latitude, longitude and month. Global Biogeochem. Cycles, 13, 399-444, 1999.
Kiene, R.P., Dynamics of dimethyl sulfide and dimethylsulfoniopropionate in oceanic water samples, Mar. Chem., 37:29-52, 1992.
Liss, P.S. and L. Merlivat, Air-sea gas exchange rates: introduction and synthesis. In: The Role of Air-Sea Exchange in Geochemical Cycling, P. Buat-Menard, ed., Reidel, Hinghan, MA, 113-127, 1986.
Simó, R. 2001. Production of atmospheric sulfur by oceanic plankton: biogeochemical, ecological and evolutionary links. TRENDS in Ecology& Evolution Vol. 16, 6: 287-294.
Andreae, M.O. and Crutzen, P.J. 1997. Atmospheric aerosols:biogeochemical sources and role in atmospheric chemistry. Science 276: 1052-1058.
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