Atmósfera, Sistema Climático y Calentamiento Global

Transcripción

1 Atmósfera, Sistema Climático y Calentamiento Global Amparo Martínez Arroyo Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM PINCC, Febrero 2012

2 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

3 Atmósferas planetarias Factores determinantes de los ambientes planetarios: astronómicos físicos químicos biológicos

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5 Composición Química (%) Hace 4.5 mil millones de años se formó el Sistema Solar

6 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

7 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.

8 Composición Atmosférica (actual) Gas (caos) (%) Nitrógeno (N 2 ) Oxígeno (O 2 ) Argón 0.93 Gases de efecto invernadero H 2 O, CO 2, CH 4, No x.. O 3

9 Estructura de la Atmósfera

10 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.

11 Sistema Tierra Peso aproximado (gramos) Atmósfera 5.4 X Hidrosfera 1.4 X Litosfera 5.9 X Biosfera 6 X 10 17

12 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

13 Biota Marina Papel anticalentamiento Generación de gases formadores de núcleos de condensación de nubes Graph from: Hadley Centre for Climate Prediction and Research

14 Carbono: bomba biológica y bomba física

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16 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

17 Sistema Climático y Ciclos biogeoquímicos

18 La problemática global

19 Concentración Atmosférica de CO 2 Año 2008 CO 2 Atmosférico: ppm (aprox. 280 ppm en 1750) : 1.3 ppm y : 1.6 ppm y : 1.5 ppm y : 1.98 ppm y : 2.01 ppm y -1 Data Source: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL

20 Calentamiento global estimado debido a diferentes Gases y Partículas % del efecto % de calentamiento global invernadero natural H 2 O(g) CO 2 (g) C(s) CH 4 (g) O 3 (g) N 2 O(g) CH 3 Cl(g) CFCL 3 (g) CF 2 Cl 2 (g) CF 2 ClH(g) CCl 4 (g) 0 0.3

21 Absorción de Radiación IR por Gases Invernadero Atmospheric window

22 Antroposfera? 0.34 x g Vernadsky ( ) y Teilhard de Chardin ( ) 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

23 Atmoapheric [CO2] (ppmv) Fossil Fuel Emission (GtC/y Emisiones de combustible fósil + Cemento 2007 Combustible fósil: 8.5 Pg C Emissions [CO2] : 0.9% y : 3.5% y -1 2 ppm/year Data Source: G. Marland, T.A. Boden, R.J. Andres, 280 and J. Gregg at CDIAC

24 Borneo, Courtesy: Viktor Boehm Emisiones de Carbono por cambio de uso del suelo Deforestación Tropical 13 Millones hectareas c/año America Tropical 0.6 Pg C y -1 Asia Tropical 0.6 Pg C y -1 Africa Tropical 0.3 Pg C y -1 [2007 Emisiones antropogénicas totales: = 10 Pg] 1.5 Pg C y -1 Canadell et al. 2007, PNAS; FAO-Global Resources Assessment 2005

25 Destino de las Emisiones Antropogénicas de CO 2 ( ) 4.1±0.1 PgC y -1 47% 1.1±0.7 PgC y PgC + y-1 7.7±0.5 PgC y 27% -1 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

26 Eficiencia de los sumideros naturales Fracción Terrestre Fracción Oceánica Canadell et al. 2007, PNAS

27 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

28 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

29 Ciclos que se rompen Problema climático, ecológico, ético?

30 Influye la cosmovisión en la generación de conocimiento? Necesidad de una cultura compatible con la ciencia

31 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?

32 Retos para la Ciencia Ciencia interdisciplinaria y multisectorial Ciencia crítica y creativa Ciencia y cultura como instrumento de la humanidad

33 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

34 Ejemplos de inversión pública en CyT 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

35 Fuente: OCDE, 2010

36 La ciencia y la cultura como mecanismos de anticipación para la sobrevivencia de la especie

37 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.

38 Muchas gracias

39 Andreae, M.O. and Crutzen, P.J Atmospheric aerosols:biogeochemical sources and role in atmospheric chemistry. Science 276: Charlson, R.J. et al Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature 326, Kettle, A.J., M.O. Andreae, D. Amouroux, et al 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, Kiene, R.P., Dynamics of dimethyl sulfide and dimethylsulfoniopropionate in oceanic water samples, Mar. Chem., 37:29-52, 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, , Simó, R Production of atmospheric sulfur by oceanic plankton: biogeochemical, ecological and evolutionary links. TRENDS in Ecology& Evolution Vol. 16, 6:

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