Curva Keeling

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La Curva Keeling : Concentraciones CO2 atmosférico medidas en el observatorio de Mauna Loa (Hawái) de 1958 a abril de 2014

La curva Keeling es una gráfica que muestra los cambios en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera desde 1958. Se basa en las mediciones continuas tomadas en el observatorio de Mauna Loa en Hawái bajo la supervisión de Charles David Keeling. Estas mediciones fueron la primera evidencia de los rápidos incrementos en los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera.[1]

Charles David Keeling, de la Scripps Institution of Oceanography de la Universidad de California San Diego, fue la primera persona en efectuar mediciones regulares de las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico en el Polo Sur y en Hawái desde 1958 en adelante.[2]

Antes de Keeling se pensaba que la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera estaba afectada por una constante variabilidad. Keeling perfeccionó las técnicas de medición y observó variaciones diurnas, estacionales y también un incremento anual que tenía una correlación con los combustibles fósiles quemados en ese año. En el artículo que le hizo famoso observaba que “en el Polo Sur la tasa de incremento de la concentración es casi la esperada por la combustión de combustibles fósiles”.[3]

Mediciones en Mauna Loa[editar]

Observatorio Mauna Loa, Hawaii

Debido a recortes económicos hacia 1965, Keeling tuvo que abandonar las mediciones en el Polo Sur, pero mantuvo las de Mauna Loa.[4]

Las mediciones efectuadas en Mauna Loa muestran un incremento mantenido en la concentración media del CO2 desde 315 partes por millón en volumen (ppmv) en 1958 hasta 400 ppmv en mayo de 2013.[5] [6] [7]

Este incremento en el CO2 atmosférico se debe fundamentalmente a la quema de combustibles fósiles y se ha ido acelerando en los últimos años.

La tasa de incremento se ha acelerado desde que se iniciaron las mediciones desde 0,7 ppm por año hacia 1958 a 2,1 ppm por año desde 2004. Los científicos de NOAA afirman que es la evidencia concluyente de que el fuerte crecimiento de las emisiones de CO2 procedentes de la quema de carbón, petróleo y gas conduce a dicha aceleración.[7]

Antes de la revolución industrial del siglo XIX la concentración media global de CO2 era de unos 280 ppm. Durante los últimos 800 000 años el CO2 fluctuó entre 180 ppm durante las eras glaciales y los 280 ppm en los períodos interglaciales. La tasa de crecimiento actual es más de 100 veces más rápida que el incremento que ocurrió cuando terminó la última era glacial.[7]

Como el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero esto tiene unas implicaciones muy importantes para el calentamiento global. El CO2 una vez emitido permanece en la atmósfera y en los océanos durante miles de años. Los cambios climáticos forzados por el CO2 dependen primariamente de la acumulación de emisiones, por lo que se hace cada vez más difícil evitar un cambio climático sustancial.[7]

Aunque Mauna Loa no es un volcán activo, Keeling y sus colaboradores efectuaron las mediciones por encima de la capa de inversión térmica para minimizar la contaminación local y los datos fueron normalizados estadísticamente.[8] Las mediciones en otras ubicaciones aisladas han confirmado la tendencia a largo plazo mostrada por la Curva de Keeling,[9] aunque ningún otro sitio tiene un registro tan amplio como el de Mauna Loa.[10]

Variación estacional de la concentración de dióxido de carbono en Mauna Loa 2011

La Curva de Keeling muestra una variación de unos 5 ppmv cada año correspondiente al consumo estacional de CO2 por la vegetación. La mayor parte de la vegetación está en el hemisferio Norte porque es donde se localiza la mayor superficie de tierra emergida. El nivel disminuye desde la primavera del hemisferio Norte porque el crecimiento de las plantas mediante la fotosíntesis toma dióxido de carbono de la atmósfera y vuelve a aumentar en el otoño del hemisferio Norte cuando las plantas mueren o pierden las hojas y sueltan el dióxido de carbono a la atmósfera.[11]

Debido a la importancia de los hallazgos de Keeling la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) comenzó en 1970 a monitorizar los niveles de CO2 en todo el mundo. Actualmente se efectúan mediciones en unos 10 lugares en todo el mundo.[1]

Las mediciones de dióxido de carbono en el Observatorio de Mauna Loa se efectúan con un tipo de espectrómetro de infrarrojos no dispersivo.[12]

Keeling falleció en 2005. La supervisión del proyecto de mediciones fue continuada por su hijo Ralph Keeling, profesor de ciencia del clima en la Scripps Institution.[13]

Mediciones hechas por la NASA del nivel de CO2 en la troposfera media. El gráfico incluye los datos integrados en la curva Keeling del Observatorio Mauna Loa en Hawái. La escala tanto de la Curva de Keeling como del mapa (escala de colores) está indicada en partes por millón en volumen

Mediciones satelitales de la proporción de CO2 en la atmósfera terrestre[editar]

El mapa de la NASA nos muestra, con una escala de colores, la proporción de dióxido de carbono en partes por millón de volumen en la troposfera media, realizado mediante un instrumento denominado AIRS (Atmospheric Infrared Sounder), es decir, un instrumento que registra información de la radiación infrarroja en las capas atmosféricas (una explicación más amplia puede verse en Commons, acompañando a este gráfico). A dicho mapa se le ha incluido una copia de la propia curva Keeling, con el fin de sacar unas conclusiones más refinadas al comparar las variaciones temporales de la proporción de CO2, con las espaciales obtenidas vía satélite.

Sin embargo, basta realizar un pequeño análisis comparativo entre el gráfico y el mapa para echar por tierra todas las conclusiones y especulaciones que se han hecho acerca de la supuesta concentración del dióxido de carbono en la atmósfera:

  • En primer lugar, los colores (y por lo tanto, la proporción de CO2) varían considerablemente en toda la superficie terrestre.
  • En segundo lugar, la medición obtenida en el Mauna Loa se refiere a la información proporcionada por un espectrómetro de infrarrojos no dispersivo ubicado en las instalaciones del Observatorio del Mauna Loa, aparato que toma automáticamente muestras del aire a la altitud del observatorio cada cierto tiempo (una hora aproximadamente).
  • En tercer lugar, las mediciones obtenidas en un lugar reducido como es el Observatorio del Mauna Loa, no se pueden aplicar a una escala mundial o global, especialmente si, como hemos visto en primer lugar, existen variaciones tan considerables en la superficie terrestre.
  • En cuarto lugar, no se puede olvidar que las mediciones de las muestras se han expresado en partes por millón en volumen. Si existen variaciones espaciales tan grandes como se ve en el mapa, resulta muy importante la masa atmosférica que se toma como muestra: los datos obtenidos por Keeling constituyen un muestreo insignificante y, por lo tanto, insuficiente, para fundamentar lo que aparece en este artículo (recordemos el principio de inducción suficiente).
  • En quinto lugar, la información proporcionada en el tema denominado Cálculos indicado más abajo, deja mucho que desear desde el punto de vista de la estadística. Un ejemplo: pasar de 280 ppmv (partes por millón en volumen) en 1800 a 396 ppmv en 2012 no significa un aumento del 41 % sino tan sólo de 116 millonésimas de una unidad de volumen, lo que es una cifra insignificante.
  • En sexto lugar, no se puede identificar a la época entre 1850 y 2012 como un período industrial ya que ese lapso de tiempo no ha sido uniforme desde el punto de vista demográfico, cultural, industrial, tecnológico y, sobre todo, económico, por lo que el principio de causalidad en cuanto a la producción o incremento del dióxido de carbono no se puede aplicar aquí.
  • En séptimo lugar, la nieve acumulada en la Antártida no tiene atrapada una cantidad uniforme de dióxido de carbono en el aire sepultado, principalmente por el hecho de que la acumulación de hielo tanto en la Antártida como en Groenlandia no se realiza por nevadas (lo que explicaría el aire atrapado entre los copos de nieve) sino por escarcha: el intenso frío en la parte superior de estos glaciares continentales congela directamente el vapor de agua formando hielo sólido libre de aire fosilizado.

Mediciones históricas[editar]

Concentraciones de dióxido de carbono y relación con la variación de temperatura en los últimos 420 000 años
Concentraciones de dióxido de carbono en los últimos 420 000 años. El período industrial desde 1850 a 2012 está pintado en rojo.

Cuando nieva queda aire atrapado en los copos. En los polos y en otras regiones la nieve nunca se funde y termina formando hielo y ese aire queda atrapado en pequeñas burbujas. Normalmente en cada kilogramo de hielo quedan atrapados 100 mililitros de aire. De este modo el hielo polar funciona como un “museo del aire” proporcionando información de la composición de la atmósfera hasta medio millón de años atrás.

Las técnicas de extracción y análisis de gases proporcionan las concentraciones de CO2 anteriores a 1950. Además suministran las concentraciones posteriores a 1950 y confirman las medidas de Keeling.

Las concentraciones de CO2 medidas en el hielo del glaciar Law Dome (Antártida) muestran concentraciones constantes entre 270 y 280 ppm durante los 1 000 años anteriores al siglo XVIII cuando comenzaron a crecer. En 2012 la concentración alcanzó 396 ppm, lo que supone un incremento del 41%.

Los registros de hielo muestran que las concentraciones de CO2 no tienen precedente en los últimos 650 000 años.[14]

Protocolo de Kioto[editar]

El Protocolo de Kioto de la convención marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático se firmó el 11 de diciembre de 1997 y entró en vigor el 16 de febrero de 2005.

Artículo 3.
1. Las Partes incluidas en el anexo I se asegurarán, individual o conjuntamente, de que sus emisiones antropógenas agregadas, expresadas en dióxido de carbono equivalente, de los gases de efecto invernadero enumerados en el anexo A no excedan de las cantidades atribuidas a ellas, calculadas en función de los compromisos cuantificados de limitación y reducción de las emisiones consignados para ellas en el anexo B y de conformidad con lo dispuesto en el presente artículo, con miras a reducir el total de sus emisiones de esos gases a un nivel inferior en no menos de 5% al de 1990 en el período de compromiso comprendido entre el año 2008 y el 2012.

United Nations Framework Convention on Climate Change[15]

La curva de Keeling muestra que no se ha producido esa reducción del 5% entre 2008 y 2012 sino que la concentración de dióxido de carbono ha seguido creciendo.

Cálculos[editar]

Parte por millón en volumen[editar]

1 ppmv de CO2 representa 2,13 Gt (Gigatoneladas: 109) de carbono, siendo la masa de la atmósfera 5.137 x 1018 kg (Trenberth, 1981 JGR 86:5238-46).[16]

Cada ppmv de CO2 representa también 2.13 X1015 gramos, o 2.13 petagramos of carbono (PgC).[16]

Orígenes antropogénicos[editar]

Correlación entre las emisiones de carbono antropogénicas y la concentración de dióxido de carbono de 1750 a 2010

El CO2 antropogénico proviene de la quema de combustibles fósiles, cambios en el uso de la tierra como la deforestación, y la fabricación de cemento.

Según Houghton and Hackler los cambios en el uso de la tierra entre 1850 y 2000 resultaron en una transferencia neta de 154 PgC hacia la atmósfera. Durante el mismo período se liberaron 282 PgC debido a la quema de combustibles fósiles y 5,5 PgC adicionales se emitieron debido a la fabricación de cemento.[16] Esto suma 154 + 282 + 5,5 = 441,5 PgC, de los cuales 282/444.1 = 64% es debido a la quema de combustibles fósiles.[16]

Respiración de las personas[editar]

Las personas exhalan aproximadamente 1 kg de dióxido de carbono al día. Esto incluye el carbono que fue tomado por las plantas a través de la fotosíntesis.[16] Las personas comen carne de animales que comieron plantas y por tanto es un ciclo cerrado con ninguna influencia neta en la atmósfera.[16]

Consumo de electricidad[editar]

En 2010 y como media se emitían 0,63 kg de dióxido de carbono por Kwh (Kilovatio-hora) de electricidad consumida en Estados Unidos. Esto incluye la electricidad consumida para hacer funcionar la planta generadora y las pérdidas en los transformadores y líneas de distribución. Las emisiones reales específicas pueden variar desde casi cero en el caso de la energía hidráulica hasta 1,09 kg por Kwh para una central eléctrica de carbón.[16]

Consumo de gasolina[editar]

La combustión de un litro de gasolina produce 2,34 kg de CO2. Esto no depende de la eficiencia del motor sino de la química de la gasolina. Sin embargo, con un coche eficiente se recorren más kilómetros por kg de CO2 emitido.[16]

Ejemplo de combustión del metano[editar]

El gas natural metano tiene la siguiente composición:

  • C = carbono, peso atómico 12
  • H = hidrógeno, peso atómico 1
  • O = oxígeno, peso atómico 16
  • CH4= metano, peso atómico 16
  • O2= oxígeno molecular, peso atómico 32
  • CO2= dióxido de carbono, peso atómico 44
  • H2O = agua, peso atómico 18

La combustión del metano:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

De modo que la combustión de 16 unidades de masa (gramos, kilos, …) de metano produce 44 unidades de masa de dióxido de carbono y 36 unidades de masa de agua consumiendo 64 unidades de masa de oxígeno.[16]

Producción y consumo de CO2[editar]

Debemos tener en cuenta, sin embargo, que aunque es verdad que el hombre es un productor en gran escala de CO2 tanto en la respiración (lo mismo que sucede con el resto de los animales) como en las actividades industriales, el consumo global de dicho gas por la fotosíntesis de las plantas es muy superior a su producción por los animales y las actividades antropogénicas: unos 100 mil millones de toneladas cada año. Obviamente, esa enorme diferencia entre consumo y producción, garantiza el mantenimiento del CO2 en una pequeña proporción que se mantiene estable a largo plazo, y este hecho se debe a la avidez de las plantas por el dióxido de carbono que consumen en cantidades ingentes cada año. De hecho, y tal como se refiere en el artículo sobre la fotosíntesis, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a la cifra señalada de unos 100.000 millones de toneladas de carbono.[17] [18]

Lo dicho anteriormente nos muestra que si la producción de dióxido de carbono fuera únicamente la que producen los animales y las actividades humanas, hace tiempo que hubieran desaparecido las plantas y por ende, los animales. La enorme diferencia entre consumo por parte de los vegetales y producción por parte de los animales y las actividades humanas, la cubren los vegetales, que también son productores de CO2. En resumen, los vegetales son consumidores netos de CO2 y productores netos de O2, mientras que en los animales sucede lo contrario.

Una verdad incómoda[editar]

La curva de Keeling tiene un papel protagonista en el documental Una verdad incómoda (An Inconvenient Truth) que ganó el Oscar al mejor documental en 2007.[2] El documental fue escrito y presentado por Al Gore, que resumía sus esfuerzos para llamar la atención sobre los peligros del cambio climático. Al Gore junto al Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ganó el premio Nobel de la Paz de 2007.[19] El documental forma parte del currículo de numerosas escuelas del mundo como recurso educativo.[20] En Alemania el Ministerio de Medio Ambiente compró 6 000 DVDs del documental para las escuelas alemanas.[21]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. a b Briggs, Helen (1 de diciembre de 2007). «50 years on: The Keeling Curve legacy». BBC News. 
  2. a b Rose Kahele (octubre de 2007). «Behind the Inconvenient Truth». 'Hana Hou, The Magazine of Hawaiian Airlines, vol. 10, No. 5.
  3. C. D. Keeling, The Concentration and Isotopic Abundances of Carbon Dioxide in the Atmosphere, Tellus, 12, 200-203, 1960
  4. Keeling, Charles D. (1998). «Rewards and Penalties of Monitoring the Earth». Annual Review of Energy and the Environment 23:  pp. 25–82. 
  5. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide - Mauna Loa. National Oceanic & Atmospheric Administration.
  6. Globally averaged marine surface monthly mean data. National Oceanic & Atmospheric Administration.
  7. a b c d NOAA (ed.): «Carbon Dioxide at NOAA’s Mauna Loa Observatory reaches new milestone: Tops 400 ppm» (en inglés) (10 de mayo de 2013). Consultado el 5 de mayo de 2014.
  8. Keeling, Charles D. (1978). "The Influence of Mauna Loa Observatory on the Development of Atmospheric CO2 Research". In Mauna Loa Observatory: A 20th Anniversary Report. (National Oceanic and Atmospheric Administration Special Report, September 1978), edited by John Miller, pp. 36-54. Boulder, CO: NOAA Environmental Research Laboratories.
  9. Global Stations CO2 Concentration Trends. Scripps CO2 Program.
  10. C.D. Keeling and T.P. Whorf (octubre de 2004). «Atmospheric CO2 from Continuous Air Samples at Mauna Loa Observatory, Hawaii, U.S.A.». Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory.
  11. http://earthguide.ucsd.edu/globalchange/keeling_curve/01.html Keeling Curve, 2002, University of California, San Diego
  12. «Sampling the Air». The New York Times. 22 de diciembre de 2010. 
  13. Manier, Jeremy (30 de marzo 2008). «Researcher's work, at 50, still points to 'inconvenient truth'». Chicago Tribune. Archivado desde el original el 2012-07-23. 
  14. Scripps (ed.): «FAQ» (en inglés). Consultado el 10 de junio 2012.
  15. Naciones Unidas (ed.): «United Nations Framework Convention on Climate Change» (16 de febrero de 2005). Consultado el 21 de junio de 2012.
  16. a b c d e f g h i CDIAC: Carbon Dioxide Information Analysis Center (ed.): «Frequently Asked Global Change Questions» (en inglés). Consultado el 9 de junio 2012.
  17. Universidad Politécnica de Valencia. «La Fotosíntesis». Consultado el 5 de diciembre de 2009
  18. Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P (1998). «Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components». Science 281. 237 - 240. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/281/5374/237. 
  19. «2007 Nobel Peace Prize Laureates». NobelPrize.org. Consultado el 5 de mayo de 2014.
  20. Libin, Kevin (19 de mayo de 2007). «Gore's Inconvenient Truth required classroom viewing?». National Post. 
  21. Inconvenient Truth to Continue Airing in Schools, Spiegel Online, 13 de octubre de 2007.

Enlaces externos[editar]