Dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO2) es el gas de efecto invernadero más significativo. Las fuentes naturales de CO2 atmosférico incluyen la desgasificación de los volcanes, la combustión y descomposición natural de la materia orgánica, y la respiración por organismos aeróbicos (que usan oxígeno). Estas fuentes están equilibradas, en promedio, por un conjunto de procesos físicos, químicos o biológicos, llamados «sumideros», que tienden a eliminar el CO2 de la atmósfera. Entre los sumideros naturales importantes se encuentra la vegetación terrestre, que absorbe CO2 durante la fotosíntesis.

A number of oceanic processes also act as carbon sinks. One such process, the «solubility pump,” involves the descent of surface seawater containing dissolved CO2. Otro proceso, la «bomba biológica», implica la absorción de CO2 disuelto por la vegetación marina y el fitoplancton (pequeños organismos fotosintéticos flotantes libres) que viven en la parte superior del océano o por otros organismos marinos que usan CO2 para construir esqueletos y otras estructuras hechas de carbonato de calcio (CaCO3). A medida que estos organismos expiran y caen al fondo del océano, su carbono se transporta hacia abajo y finalmente se entierra en profundidad. Un equilibrio a largo plazo entre estas fuentes naturales y los sumideros conduce al nivel de fondo, o natural, de CO2 en la atmósfera.

En contraste, las actividades humanas aumentan los niveles de CO2 en la atmósfera principalmente a través de la quema de combustibles fósiles (principalmente petróleo y carbón, y secundariamente gas natural, para uso en transporte, calefacción y producción de electricidad) y a través de la producción de cemento. Otras fuentes antropogénicas incluyen la quema de bosques y el desmonte de tierras. Actualmente, las emisiones antropógenas representan la liberación anual de aproximadamente 7 gigatoneladas (7 mil millones de toneladas) de carbono a la atmósfera. Las emisiones antropógenas equivalen aproximadamente al 3 por ciento de las emisiones totales de CO2 de fuentes naturales, y esta carga de carbono amplificada de las actividades humanas supera con creces la capacidad de compensación de los sumideros naturales (tal vez hasta 2-3 gigatoneladas por año).

En consecuencia, el CO2 se ha acumulado en la atmósfera a una tasa promedio de 1,4 partes por millón (ppm) de volumen por año entre 1959 y 2006 y aproximadamente 2,0 ppm por año entre 2006 y 2018. En general, esta tasa de acumulación ha sido lineal (es decir, uniforme a lo largo del tiempo). Sin embargo, algunos sumideros actuales, como los océanos, podrían convertirse en fuentes en el futuro. Esto puede llevar a una situación en la que la concentración de CO2 atmosférico se acumula a un ritmo exponencial (es decir, a un ritmo de aumento que también aumenta con el tiempo).

El nivel de fondo natural de dióxido de carbono varía en escalas de tiempo de millones de años debido a cambios lentos en la desgasificación a través de la actividad volcánica. Por ejemplo, hace aproximadamente 100 millones de años, durante el Período Cretácico, las concentraciones de CO2 parecen haber sido varias veces más altas que en la actualidad (quizás cerca de 2.000 ppm). En los últimos 700.000 años, las concentraciones de CO2 han variado en un rango mucho menor (entre aproximadamente 180 y 300 ppm) en asociación con los mismos efectos orbitales terrestres vinculados al ir y venir de las edades de hielo del Pleistoceno. A principios del siglo XXI, los niveles de CO2 alcanzaron 384 ppm, que es aproximadamente un 37 por ciento por encima del nivel de fondo natural de aproximadamente 280 ppm que existía al comienzo de la Revolución Industrial. Los niveles de CO2 en la atmósfera continuaron aumentando, y para 2018 habían alcanzado las 410 ppm. De acuerdo con mediciones de núcleos de hielo, se cree que tales niveles son los más altos en al menos 800,000 años y, de acuerdo con otras líneas de evidencia, pueden ser los más altos en al menos 5,000,000 años.

El forzamiento radiativo causado por el dióxido de carbono varía de manera aproximadamente logarítmica con la concentración de ese gas en la atmósfera. La relación logarítmica ocurre como resultado de un efecto de saturación en el que se hace cada vez más difícil, a medida que aumentan las concentraciones de CO2, que moléculas adicionales de CO2 influyan aún más en la «ventana infrarroja» (una cierta banda estrecha de longitudes de onda en la región infrarroja que no es absorbida por los gases atmosféricos). La relación logarítmica predice que el potencial de calentamiento de la superficie aumentará aproximadamente en la misma cantidad por cada duplicación de la concentración de CO2. Al ritmo actual de uso de combustibles fósiles, se espera que a mediados del siglo XXI se dupliquen las concentraciones de CO2 con respecto a los niveles preindustriales (cuando se prevé que las concentraciones de CO2 alcancen las 560 ppm). La duplicación de las concentraciones de CO2 representaría un aumento de aproximadamente 4 vatios por metro cuadrado de forzamiento radiativo. Dadas las estimaciones típicas de la» sensibilidad climática » en ausencia de factores compensatorios, este aumento de energía conduciría a un calentamiento de 2 a 5 °C (3,6 a 9 °F) en tiempos preindustriales. El forzamiento radiativo total por emisiones antropógenas de CO2 desde el comienzo de la era industrial es de aproximadamente 1,66 vatios por metro cuadrado.