El 1 de septiembre se cumple el 50 aniversario de un notable trabajo de investigación sobre el calentamiento global. Escrito por el meteorólogo John Sawyer, el artículo, titulado "El dióxido de carbono creado por el hombre y el efecto invernadero", fue publicado por la revista Nature en 1972.

En el artículo se discutían algunos de los conceptos clave involucrados en el calentamiento global causado por el hombre y se hace una de las primeras predicciones del calentamiento global futuro: que las temperaturas aumentarán 0,6 ºC para finales del siglo XX. Los cálculos de Sawyer resultaron ser solo una ligera sobreestimación de cuánto se calentaría el mundo en las décadas posteriores a la publicación de su artículo.

Asimismo, se señalaba que "a pesar de la enorme masa de la atmósfera y las energías muy grandes involucradas en los sistemas meteorológicos que producen nuestro clima", el impacto de la actividad humana "se acerca a una escala en la que no puede ser completamente ignorado como posible contribuyente al clima y al cambio climático”.

Pionero

John S Sawyer FRS (1916-2000) fue meteorólogo en la Oficina Meteorológica del Reino Unido (Met Office), comenzó como oficial técnico trabajando con la Royal Air Force durante la Segunda Guerra Mundial y luego se convirtió en director de investigación.

Fue presidente de la Comisión de Ciencias Atmosféricas de la Organización Meteorológica Mundial y miembro de la Royal Society en 1962. También fue miembro de la Royal Meteorological Society y su presidente de 1963 a 1965.

El artículo de Sawyer se basó en el trabajo de varios pioneros de la ciencia del clima. Discutió los principios del ciclo global del carbono, el papel del desarrollo industrial como impulsor del aumento de los niveles de CO₂ en la atmósfera y los factores que afectan a la respuesta de la temperatura global a este aumento de CO₂.

Por ejemplo, señaló que “el desarrollo industrial ha estado avanzando recientemente a un ritmo creciente, por lo que la producción de dióxido de carbono producido por el hombre ha aumentado más o menos exponencialmente”.

El artículo de Sawyer mostró una versión anterior de la ahora icónica "Curva de Keeling" del CO₂ atmosférico en Mauna Loa en Hawái. Señaló que el CO₂ que se estaba acumulando en la atmósfera era aproximadamente la mitad de su tasa de emisión debido a la absorción de la otra mitad por la vegetación global y los océanos:

"Mientras la producción de dióxido de carbono continúe aumentando exponencialmente, es razonable suponer que aproximadamente la misma proporción que en la actualidad (aproximadamente la mitad) permanecerá en la atmósfera y aproximadamente la misma cantidad irá a los otros depósitos".

También citó al meteorólogo sueco Bert Bolin, quien luego se convirtió en el primer presidente del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), que estimaba un aumento del 25% en el CO₂ atmosférico para fines del siglo XX.

Curva inferior: concentraciones atmosféricas de CO₂ observadas en Mauna Loa. Líneas horizontales superiores: aumentos potenciales del CO₂ atmosférico debido a la quema de combustibles fósiles, sin absorción por la vegetación y los océanos. Fuente: Sawyer (1972).

Predicción temprana

El artículo de Sawyer continuaba explicando algunos de los procesos clave a través de los cuales el aumento de CO₂ calienta el clima, incluido el principio del efecto invernadero y el papel del aumento del vapor de agua en la retroalimentación del calentamiento.

"Como el dióxido de carbono es uno de los principales gases que participan en el intercambio de radiación en la atmósfera y en la radiación del contenido de calor de la Tierra, es probable que un cambio en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera influya en el proceso".

Describió que el CO₂ adicional "tiende a actuar como una manta que mantiene la Tierra más caliente".

Sawyer también citó el trabajo de Syukuro Manabe, un pionero de la modelización climática que recibió el premio Nobel de Física en 2021.

Manabe había calculado que una duplicación del CO₂ atmosférico provocaría un aumento de la temperatura global de 2,4°C, por lo que teniendo en cuenta el aumento del 25% de CO₂ sugerido por Bolin llevó a Sawyer a predecir un aumento de 0,6°C en la temperatura global para fines del siglo XX. Señaló que se trataría de “una cantidad algo superior a las variaciones climáticas de los últimos siglos”.

Esta predicción de calentamiento fue particularmente notable ya que se publicó después de un período de ligero descenso en las temperaturas globales durante las dos décadas anteriores. Aunque la Tierra se había calentado en la primera mitad del siglo XX, y el ingeniero y científico aficionado Guy Callendar lo había atribuido al aumento del CO₂, en la década de 1960, los científicos del clima advirtieron que la tendencia al calentamiento en realidad se había invertido.

Una predicción de un regreso al calentamiento en esos momentos parecía una predicción audaz, pero por supuesto fue completamente correcta: la temperatura global comenzó a aumentar nuevamente en la década de 1970.

Sawyer no especificó cómo se definió realmente el aumento de 0,6°C; ni asignó un período durante el cual se promediarían las temperaturas para eliminar los efectos de la variabilidad natural de un año a otro.

En el siguiente cuadro se compara la predicción de Sawyer (línea roja) con las temperaturas observadas, suponiendo que su predicción se aplica a las dos décadas alrededor del año 2000 (línea amarilla) comparada con los 20 años alrededor de la fecha en que se publicó su artículo (línea azul).

Según esta definición, el calentamiento previsto por Sawyer de 0,6°C fue una sobreestimación, aunque está dentro del 25% del calentamiento observado de 0,48°C.

Comparación de las anomalías de temperaturas globales observadas del conjunto de datos del Met Office Hadley Centre HadCRUT5 (línea negra), en relación a línea base de 1851-1900, con la predicción de Sawyer (línea roja). Otras líneas de colores muestran el promedio de los 20 años alrededor de la publicación del artículo de Sawyer (azul) y los 20 años alrededor del año 2000 (amarillo). Gráfico de Tom Prater usando Highcharts.

Incertidumbres

Hubo una serie de incertidumbres y deficiencias en el método de Sawyer y su aplicación, algunas de las cuales señaló en el artículo y otras que solo se aclararon más tarde. Por ejemplo, Sawyer señaló que el modelo de Manabe en ese momento no había incluido los efectos de las nubes o la pérdida de la cubierta de nieve y hielo, los cuales afectan al calentamiento que se produce en respuesta al aumento de CO₂.

La estimación de calentamiento de Manabe de 2,4 ºC representó lo que ahora se denomina sensibilidad climática de equilibrio (ECS), que es el calentamiento que se produce como respuesta a una duplicación del CO₂ una vez que se alcanza el equilibrio, ya que la Tierra tarda un tiempo en ajustar los cambios en la atmósfera (la estimación de Manabe es inferior a la estimación más reciente del IPCC de 3ºC).

Sawyer también señaló que los cálculos no tuvieron en cuenta el retraso en el calentamiento causado por la absorción a largo plazo de calor en los océanos, también conocida como "inercia térmica". Para una predicción del calentamiento durante unas pocas décadas, lo que realmente necesitaba no era la ECS sino la respuesta climática transitoria (TCR); esto es, el calentamiento en el momento de alcanzar el doble de CO₂, en lugar de la respuesta a largo plazo representada por la ECS. La consideración de la inercia térmica de los océanos habría llevado a una predicción menor del calentamiento.

El aumento del 25% de CO₂ de Bolin resultó ser también una sobreestimación, ya que el CO₂ solo alcanzó las 367 partes por millón (ppm) en el año 2000. En su artículo, Sawyer citó 319 ppm en 1969 como la estimación más reciente de las concentraciones de CO₂ medidas en Mauna Loa, pero los actuales registros recalibrados dan un valor de 323 ppm para ese año. El aumento real de CO₂ entre la publicación del artículo y finales del siglo XX fue, por lo tanto, solo del 14%, lo que habría llevado a Sawyer a predecir un aumento menor de la temperatura.

Además, Sawyer no incluyó los efectos de otros gases de efecto invernadero (GEI), como el metano, el óxido nitroso, el ozono y los clorofluorocarbonos (CFC). De incluirlos habría aumentado su predicción de calentamiento. Por otro lado, también omitió los efectos de las partículas de aerosol de la contaminación del aire, que, en general, tienen un efecto de enfriamiento al reflejar parte de la radiación solar hacia el espacio, de incluirlas habría reducido el calentamiento previsto. Por tanto, el efecto global de omitir tanto los GEI distintos del CO₂ como los aerosoles fue probablemente mínimo.

Sawyer era plenamente consciente de que su predicción tenía grandes incertidumbres y señaló en su artículo:

“A pesar de las enormes complicaciones de tratar de calcular la circulación total de los vientos atmosféricos y las distribuciones de nubes y lluvia resultantes, es probable que solo de esta manera se pueda hacer una estimación sólida de los posibles cambios climáticos provocados por el hombre”.

 Si bien su predicción resultó ser una sobreestimación del calentamiento observado a fines del siglo XX, una estimación más precisa del aumento de CO₂ y la consideración de la inercia térmica de los océanos habría arrojado un calentamiento pronosticado menor, e incluso podría haber resultado en una subestimación en su método simplista.

Modelos complejos

En su artículo, Sawyer pedía que se llevaran a cabo cálculos más complejos utilizando "modelos sofisticados" que representaran la circulación total de la atmósfera y los procesos de nubes, lluvia y otras retroalimentaciones.

También previó los desafíos de lidiar con procesos que operan a escalas muy pequeñas, como las nubes. Por ejemplo, escribió:

“Lo más difícil es idear un método para calcular la cantidad de nubes que se espera en un régimen de circulación particular porque las nubes individuales son demasiado pequeñas para ser tratadas; se tendrá que calcular el comportamiento estadístico de conjuntos de nubes que cubren una región, y aún no está claro cómo se puede lograr esto”.

Desde entonces, se han desarrollado dichos modelos y ahora son de una gran escala y complejidad, pero aun así apenas están comenzando a capturar algunos de los procesos clave a pequeña escala.

También en su artículo, Sawyer expresó la opinión de que el calentamiento previsto de 0,6 °C "no era motivo de alarma", pero sí señaló la posible importancia económica:

“Sin embargo, no debe pasarse por alto que variaciones en el clima de sólo una fracción de grado centígrado tienen una importancia económica considerable, como ya ha demostrado la experiencia de las fluctuaciones naturales. La incidencia más frecuente de inviernos severos o de heladas puede afectar fácilmente las economías de cultivos sensibles”.

Ahora bien, dado que las emisiones continuas de GEI han causado un mayor calentamiento desde entonces, y que hay pocas señales de que esto disminuya, pocos científicos del clima serían tan moderados en estos días. El IPCC ahora es extremadamente claro en que se necesitan medidas urgentes tanto en la reducción de emisiones como en la adaptación para mantener “un futuro habitable y sostenible para todos”.

Sawyer murió en septiembre de 2000, por lo que vivió para ver su predicción hacerse realidad en términos generales. Su artículo sigue siendo un clásico: un ejemplo de la temprana comprensión del impacto humano en el clima a través de la quema de combustibles fósiles.

Autor: Prof. Richard Betts MBE, jefe de investigación de impactos climáticos en el Met Office Hadley Center y la Universidad de Exeter.

Publicado en CarbonBrief el 1 de septiembre de 2022.

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