No es lo mismo "Cambio climático" que "calentamiento del planeta"

Las versiones recientes sobre el debate científico respecto al clima con frecuencia desvirtúan lo que realmente se está discutiendo. Sugieren que los científicos todavía están analizando si el clima está cambiando en respuesta a las emisiones de gas de efecto invernadero (GHG), como si fuera cuestión de responder simplemente sí o no. De manera que si un científico cuestiona si la actual elaboración de modelos de clima es adecuada, o si no encuentra pruebas concluyentes de calentamiento global en una serie específica de datos, se dice que él o ella afirmó que "en realidad no hay problema". Sin embargo, en la mayoría de los círculos científicos ya no es cuestión de si el cambio climático inducido por el GHG es un problema potencialmente serio. Más bien, se analiza cómo evolucionará el problema, cuáles serán sus consecuencias, y cómo pueden ser detectadas de mejor manera.
La confusión surge de una impresión general de que "el aumento del efecto invernadero", "el cambio climático" y el "calentamiento del planeta" son simplemente tres formas de decir lo mismo. No lo son. Nadie discute la física básica del "efecto de invernadero". No obstante, algunas de las consecuencias de la física básica, incluidas las temperaturas medias más elevadas debido al "calentamiento del planeta", son menos ciertas (aunque muy probables). Esto se debe a que el problema fundamental de la forma en que las emisiones de gases de efecto invernadero afectan el flujo de energía a través del sistema del clima y la temperatura es solo una de las muchas formas que adopta la energía.
A largo plazo la Tierra deberá arrojar energía al espacio al mismo ritmo al que absorbe energía solar. La energía solar arriba en forma de radiaciones con longitud de onda corta; algo de esta radiación se refleja, pero en un día claro, la mayoría pasa de largo a través de la atmósfera para calentar la superficie de la tierra. La Tierra se deshace de la energía en la forma de radiación de longitud de onda larga infrarroja. Pero la mayor parte de la radiación infrarroja emitida por la superficie de la tierra es absorbida en la atmósfera por el vapor de agua, dióxido de carbono y otros "gases de efecto invernadero" de aparición natural, haciendo difícil para la superficie irradiar energía directamente al espacio. En lugar de ello, muchos procesos interactivos (incluida la radicación, corrientes de aire, evaporación, formación de nubosidades y precipitaciones) transportan energía a la parte superior de la atmósfera a niveles donde emite radiaciones hacia el espacio. Esto es una suerte para nosotros, porque si la superficie pudiera irradiar energía al espacio sin obstáculos, la Tierra sería más de 30° C más fría de lo que es actualmente: un planeta desolado y estéril, más bien parecido a Marte.
Determinando cómo el aire absorbe y emite radiaciones, los gases termoactivos cumplen una función vital en la preservación del equilibrio entre la energía que ingresa y egresa. Las emisiones provocadas por el ser humano distorsionan este equilibrio. El doble de concentración de gases de efecto invernadero persistentes (que se calcula que ocurrirá a comienzos del siglo próximo) si nada cambia, reduciría el ritmo en el cual el planeta puede emitir energía al espacio en aproximadamente un 2%. Como no afectaría el ritmo en el cual la energía del sol es absorbida, se generaría un desequilibrio entre la energía recibida y emitida. El 2% puede no parece mucho, pero en toda la tierra equivaldría a atrapar el contenido de energía de unos tres millones de toneladas de petróleo por minuto.
El clima se adaptará de algún modo para deshacerse de esta energía extraordinaria atrapada por los gases de efecto invernadero generados por los seres humanos. Debido a que existe un fuerte vínculo entre la radiación infrarroja y la temperatura, una probable adaptación sería el calentamiento de la superficie y de las capas inferiores de la atmósfera. Pero es importante darse cuenta de que un clima a mayor temperatura no es el único cambio posible, ni siquiera necesariamente el más importante. El motivo de esto es que esa radiación no es el único mecanismo de transporte de energía en las capas inferiores de la atmósfera (aunque sí cumple una función vital, tiene un cometido de control). En lugar de ello, el equilibrio energético de la superficie se mantiene y las temperaturas de la superficie son controladas por esa compleja red de procesos interactivos que transportan energías hacia arriba y a través de la atmósfera. En contraste con lo que ocurre con la radiación, es muy difícil predecir la forma en la cual procesos como la formación de nubosidades responderán a las emisiones de gases de efecto invernadero.
El calentamiento global es un síntoma de cambio climático, pero no constituye el problema en sí mismo. Puede ser el síntoma más claro que tenemos que buscar, pero es importante no confundir el síntoma con la enfermedad. El problema fundamental es que la actividad en que la atmósfera absorbe y emite energía. Algunas de las consecuencias potenciales de este cambio como la elevación del nivel del mar, dependerán directamente de cómo responda la temperatura de la superficie. Pero muchos de los efectos más importantes, tales como los cambios en precipitaciones y humedad del suelo, pueden ocurrir antes de que exista cualquier calentamiento detectable.
Si un científico argumenta que el calentamiento puede no ser tan amplio o tan rápido como lo prevén los modelos, él o ella no sugiere que se deban cerrar los ojos ante el problema del cambio climático. Lo único que estará tratando de trasmitir es que este síntoma en particular -la temperatura global media- puede no ser confiable. Sabemos que las propiedades radiactivas del aire están cambiando, y sabemos que los efectos climáticos de este cambio serán profundos. Todos los modelos de clima indican que el cambio más importante será el calentamiento atmosférico. Pero aunque no lo sea, otros efectos, igualmente profundos, son inevitables. Estamos alterando la fuente de energía del sistema climático. Se debe hacer algo para amortiguar el golpe.

Efectos de las inversiones

La estabilidad del aire en una inversión es muy grande. Los movimientos verticales son frenados y tienden a desaparecer rápidamente.

La existencia de una inversión frecuentemente se manifiesta por las cimas de las nubes cuyo desarrollo vertical es frenado y que tienden a extenderse debajo de la base de la capa de inversión.

Asimismo, la neblina producida por el polvo o el humo queda frecuentemente confinada debajo de una inversión de temperatura.

Asimismo, ciertos efectos ópticos están asociados a las inversiones. La refracción o la curvatura de los rayos luminosos depende de la temperatura y del contenido en vapor de agua del aire. En las proximidades de las inversiones de temperatura, la refracción puede ser anormal. Se puede producir espejismo cuando los rayos luminosos atraviesan de arriba abajo una capa de inversión incurvándose hacia arriba.

La transmisión d las ondas radioeléctricas de longitud de onda inferior a 10 m está igualmente influenciada por la variación de temperatura y del contenido de vapor de agua de una capa a otra. Las inversiones de temperatura y las diferencias de densidad de las diversas capas atmosféricas producen efectos particularmente importantes en la trayectoria de los transmisiones por ondas micrométricas y sobre el radar.

Inversión de subsidencia

En ciertas partes de la atmósfera puede suceder que capas de aire de varias centenas de metros de espesor desciendan hacia las partes inferiores. Este proceso que se puede desarrollar sobre una gran extensión es conocido con el nombre de subsidencia.

El aire de las capas bajas que fluye hacia el exterior de la región considerada es reemplazado por el aire que desciende de las capas superiores. A su vez, a niveles superiores, debajo de la tropopausa, el aire descendente es reemplazado por aire que fluye hacia el interior de la región. La velocidad del movimiento descendente adquiere su máximo hacia la mitad de la troposfera.

En el aire que se extiende horizontalmente cerca de la superficie terrestre, el espesor de una capa de aire subsidente decrece en el transcurso de su movimiento. Lo cima de la capa desciende entonces más que la base.

El aire subsidente se calienta debido a que sufre una compresión adiabática al acercarse a presiones más altas en las proximidades de la superficie. La parte superior de la capa, que ha sufrido una subsidencia más fuerte que la base, se calentará más que esta última. Si la parte superior de la capa subsidente adquiere así una temperatura más elevada que la base, se forma una inversión de subsidencia.

La subsidencia está asociada a las zonas de altas presiones (anticiclones). La convergencia en altitud puede provocar un alza de la presión en las capas bajas. Una divergencia de las capas bajas puede entonces producirse al principio bajo la influencia de la fuerza del gradiente de presión dirigida hacia el exterior de la región. Sin embargo, la fuerza de coriolis, que aumenta con la velocidad del viento, tiende progresivamente a equilibrar la fuerza de presión.

Sin embargo, el aire no fluye enteramente en la dirección de las isobaras. El rozamiento provoca siempre un cierto flujo a través de las isobaras, lo que contribuye a la divergencia de las capas bajas.

Inversión de turbulencia

La turbulencia contribuye a la formación de inversiones. La turbulencia, si dura bastante tiempo, provoca una mezcla completa de la atmósfera en las capas donde se produce.

La turbulencia mecánica puede así provocar el transporte en altitud del aire frío inicialmente situado en la base de una inversión de superficie, lo que tiene por efecto ampliar a una capa de aire más espesa el enfriamiento radiativo. La cima de la inversión se encuentra, pues, transportada a una más grande altura.

Por otra parte, una turbulencia más intensa, debida a un viento fuerte, puede, por mezcla, repartir el aire más frío sobre una capa todavía más espesa. El enfriamiento en superficie, entonces, se reduce y la inversión no se produce. Esto muestra que la velocidad del viento y la turbulencia que resulta deben quedar comprendidas entre ciertos límites para que una inversión de superficie espesa se pueda producir.

La turbulencia puede a veces crear una inversión en altitud. En una capa turbulenta, el aire superior, arrastrado hacia abajo, se calienta por comprensión adiabática, mientras que el aire de las capas superiores, transportado hacia arriba, se expansiona adiabáticamente y se enfría.

Al cabo de un cierto tiempo, el aire de toda la capa habrá sufrido, en este proceso de mezcla, compresiones y expansiones adiabáticas. Se establecerá en la capa un gradiente vertical de temperatura del mismo valor que el gradiente adiabático; el aire es más caliente que antes en las capas bajas, más frío en la parte superior.

En el supuesto de que, por encima de la capa turbulenta, la temperatura del aire permanezca constante a pesar del enfriamiento adiabático, puede formarse una inversión de turbulencia.   

Inversión de radiación

La superficie de la tierra, durante la noche, se enfría por radiación. Si este enfriamiento continúa bastante tiempo, el aire en contacto con la superficie terrestre puede hacerse más frío que las capas más elevadas de la atmósfera. Se forma entonces una inversión de radiación

Con viento débil o nulo, el enfriamiento no se extiende hacia arriba más que a una distancia pequeña. La inversión tiene un espesor débil.

La temperatura puede, sin embargo, llegar a ser muy baja en superficie e incluso con un espesor débil, la inversión puede ser importante. En este caso, se hablará de una fuerte inversión. Las inversiones de radiación se producen en el curso de noches despejadas con viento débil. Las nieblas matinales (nieblas de radiación) pueden ser la consecuencia si la humedad del aire es suficiente.

En ciertas situaciones se pueden producir heladas. Es frecuentemente lo que ocurre cuando el aire es poco húmedo; la radiación es más importante y la temperatura en superficie se hace más baja. Esto se produce en particular en las tierras del interior después de una larga noche de invierno con cielo despejado.

La cima de las nubes puede igualmente enfriarse por radiación en el curso de la noche. Se puede así formar una inversión de radiación en la atmósfera lejos de la superficie terrestre.