Presentación del grupo 8187 - 2010-1.

Temas selectos de Ciencias de la Tierra I: La atmósfera terrestre y el calentamiento global antropogénico

Responsable: Luc Binette [1] - Instituto de Astronomía-UNAM

Este curso introduce la ciencia sobre la cual está basada el pronóstico del calentamiento global para brindarle a los estudiantes el conocimiento necesario para evaluar la probabilidad y la gravedad potencial de un cambio climático antropogénico en los próximos siglos. El estudio general de la física del efecto invernadero, incluyendo una comparición con Venus y Marte; el estudio general del ciclo de carbono en su papel de termostato global; predicciones y fiabilidad de predicciones acerca del mundo invernadero basadas en modelos climáticos; un análisis de la documentación sobre el clima reciente y el clima de tiempos pasados.

El curso se basa esencialmente en el libro del Dr. David Archer (Univ. de Chicago) titulado "Global Warming: Understanding the Forecast" (2007). Dos copias estarán disponibles en la biblioteca del Instituto de Astronomía para uso exclusivo de los estudiantes del curso. El curso se dividirá en tres secciones:

1. La primera se titula "¿Que es el efecto invernadero?". Empezamos con la característica de la luz como portadora de energía a través el vacío. Luego seguimos con las características de los gases, la presión que estos generan y finalmente la estructura de la atmósfera. También hablaremos sobre cómo la luz interactúa con la materia, lo cual explica por qué solamente ciertas longitudes de onda son absorbidas. El objetivo principal de esta sección es entender cómo el bloqueo de la luz infrarroja por medio del CO 2 y de los demás gases invernaderos logra calentar la tierra.

1. La segunda sección se titula "El combustible fósil y el ciclo del carbono". Vamos a estudiar allí cómo la teoría del efecto invernadero y del ciclo de CO 2 encaja con las teorías de los geólogos acerca del desarrollo a largo plazo del clima en la Tierra, en Venus y en Marte. También vamos a revisar de dónde viene la energía depositada en los combustibles fósiles. Aprenderemos algo acerca del potencial relativo de calentamiento de diferentes formas de energía y evaluaremos las técnicas que se dispone para reducir la emisión antropogénica de CO₂.

1. La última sección está intitulada "El pronóstico". Los temas de esta sección son la mecánica de los modelos climáticos y las fuentes de incertidumbre en el pronóstico climático. Revisaremos la documentación que tenemos del clima, en tiempos recientes y remotos, incluyendo los datos que tenemos acerca de cambios climáticos abruptos en el pasado lejano. También analizaremos el impacto previsto del cambio climático sobre el nivel y la acidez del mar, la lluvia, la diversidad de las especies, la gravedad de las tormentas, etc. De manera paralela, se revisarán los datos más recientes que se encuentran publicados en revistas referiadas (Jim Hansen et al., ver bibliografía) y que confirman con alto grado de confianza la realidad del calentamiento global. También se revisarán los argumentos de algunos científicos que rechazan esta conclusión.

Cada estudiante completará semanalmente una tarea. Se tratará inicialmente de cálculos sencillos y, progresivamente, se invitará al estudiante a usar modelos numéricos que ya corren en el sitio Web que el autor David Archer hace disponible desde la Universidad de Chicago para su curso de Geofísica a nivel de licenciatura. La meta de este ejercicio es que el estudiante se familiarize al comportamiento de la atmósfera bajo cambios de factores externos (iluminación solar) o internos (composición química, humedad nubes…). Ejemplos de dichas herramientas numéricas:

1. Modtran : sirve a calcular el espectro de emisión infrarroja de la tierra en función de la iluminación solar, de la humedad del aire, de la concentración de los gases invernaderos y del tipo de nubes presentes
2. NCAR : esta herramienta calcula el equilibrio climático vertical de la atmósfera a partir de modelos de cálculos radiativos en el óptico y en el infrarrojo tomando en cuenta
3. Geocarb : este modelo corresponde a una versión simplificada del modelo GEOCARB de Robert Berner de la Universidad de Yale para calcular el ciclo del carbono geológico.
4. CCM3 : esta herramienta permite explorar las predicciones de modelos acoplados del clima (origen: G. Bala del laboratorio Lawrence Livermore National Lab).

Bibliografía

• Global Warming: Understanding the Forecast , David Archer, 2007, Blackwell Pub. Ltd.
• Climate Change 2007: The Physical Science Basis , the Fourth Assessment Report (AR4) of the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Solomon et al. 2007, Cambridge University Press
• Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim? , Hansen, J. et al., 2008, The Open Atmospheric Science Journal, 2, 217-231
• Climate change and trace gases , Hansen, J. et al., 2007, Phil. Trans. R. Soc. A 365, 1925–1954
• Scientific reticence and sea level rise , Hansen, J.E., 2007, Environ. Res. Lett., 2, 024002
• On climate response to changes in the cosmic ray flux and radiative budget , Shaviv, N.J., 2005, Journal of Geophysical Research, (Space Physics), 110, 8105