Un experimento mental revela que las huellas digitales del cambio climático llegaron temprano
El cambio climático dejó su firma en la atmósfera al principio de la revolución industrial, revela una investigación de experimentos mental
Ashley Cooper/Getty Images
Los físicos les gusta Gedankenexperimente–Experimentos de pensamiento que son difíciles o imposibles de realizar en el mundo real. Cat de Schrödinger es un ejemplo bien conocido de un experimento mental, utilizado para ilustrar las complejidades de la mecánica cuántica. Este rompecabezas ocupó algunos de los mejores y más brillantes físicos de principios del siglo XX.
Probamos lo mismo Recientemente, solo con el cambio climático. Dada la red actual de satélites y sensores de temperatura, ¿cuándo los científicos podrían haber sabido primero, más allá de una duda razonable, que aumenta en CO atmosférico?2 de Quema de combustible fósil y cambio de uso de la tierra ¿Alteraron nuestro clima global? Los resultados pueden sorprendertey ayudan a ilustrar por qué es de vital importancia continuar el monitoreo a largo plazo del clima de la Tierra.
Nuestro experimento mental utilizó simulaciones de cambio climático histórico de nueve modelos de computadora de última generación. Hicimos tres supuestos clave. La primera fue que en 1860, los científicos en nuestro “mundo de Gedanken” tenían la tecnología para monitorear los cambios de temperatura global tanto en la troposfera (la capa atmosférica que se extiende desde la superficie hasta aproximadamente 15 kilómetros) como la estratosfera (que oscila entre 15 km a 50 km). Históricamente, el monitoreo global no ocurrió hasta la década de 1940 utilizando redes de globos climáticos tempranos. Más recientemente, desde fines de la década de 1970, hemos monitoreado los cambios de temperatura atmosférica global con los satélites.
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En segundo lugar, supusimos que durante el período 1860 a 2024, las simulaciones modelo utilizaron estimaciones confiables de los cambios causados por humanos en los gases de efecto invernadero, la contaminación de partículas y el uso de la tierra, así como las estimaciones precisas de los cambios naturales en factores externos como la actividad volcánica y la producción de energía del sol. Todas estas entradas a las simulaciones del modelo se derivan principalmente de datos de observación.
En tercer lugar, asumimos que las respuestas simuladas por el modelo a los factores humanos y naturales eran realistas, y que el tamaño del “ruido climático” modelado asociado con fenómenos naturales como El Niño y La Niña estaba en un acuerdo razonable con las observaciones. Probamos la tercera suposición comparando el cambio climático modelado y observado y no encontramos evidencia de errores del modelo que negaran nuestros hallazgos de fondo.
El trabajo de Syukuro (“Suki”) Manabe ayudó a inspirar esta investigación. En 1967, Manabe, quien luego recibiría el 2021 Premio Nobel para la física: publicado uno de los más documentos famosos en ciencia climática. Junto con su colega Richard Wetherald en el Laboratorio de dinámica de fluidos geofísicos de NOAA (GFDL) en Princeton, NJ, Manabe usó un modelo climático simple para mostrar que crecientes niveles de CO atmosférico2 conduciría a más captura eficiente del calor en la troposfera. La consecuencia? Calentamiento de la troposfera y enfriamiento de la estratosfera. El primero ha cautivado la mayor parte de la atención del mundo por una buena razón, es donde vivimos los humanos, pero el segundo resulta particularmente útil en nuestro experimento mental.
El documento de Manabe y Wetherald de 1967 hizo una predicción comprobable: si los humanos continúan quemando combustibles fósiles y aumentan los niveles de CO.2 En la atmósfera, la estructura vertical de la temperatura atmosférica cambiará no solo en la troposfera sino también en la estratosfera. Pero en 1967, los científicos carecían de los registros a largo plazo necesarios para probar esta predicción, particularmente para la estratosfera media a alta, entre aproximadamente 25 y 50 km sobre la superficie de la Tierra.
Décadas después de 1967, globo meteorológico y Registros de temperatura del satélite reveló que Manabe y Wetherald tenían razón. Su patrón de cambio predicho en la estructura térmica de la atmósfera fue observable. Es importante destacar que este patrón de influencia humana, que muestra el calentamiento a largo plazo y a escala global de la troposfera y el enfriamiento de la estratosfera, no podría confundirse con los patrones naturales de cambio de temperatura. La “huella digital” humana sobre la temperatura atmosférica fue claramente diferente A partir de las huellas digitales de temperatura natural causadas por el sol, los volcanes y el ruido del clima interno. Cuando los científicos climáticos dicen que sabemos que las personas causan el cambio climático, esta huella digital es una razón definitoria.
Lo que nos lleva de vuelta a nuestro “¿Cuándo podríamos haberlo sabido?” Experimento mental.
Aunque la pregunta es simple, la respuesta no es obvia. Los primeros 40 años del experimento mental (desde 1860 hasta 1899) fueron un momento en que Quema y deforestación a gran escala de combustible fósil apenas comenzaban a aumentar durante la revolución industrial. El aumento resultante en la CO atmosférica2 Durante este tiempo, que podemos estimar de los núcleos de hielo antártico, fue solo 10 partes por millón. Esto es pequeño en relación con el reciente CO2 aumento de aproximadamente 54 partes por millón Durante los 25 años de 2000 a 2024. Sin embargo, estas modestas 10 partes por millón de CO temprano2 El aumento sigue siendo lo suficientemente grande como para conducir a un enfriamiento significativo de la estratosfera durante 1860 a 1899. El tamaño y el patrón de este enfriamiento estratosférico es muy diferente de lo que esperaríamos de las fuerzas naturales que afectan la temperatura: la variabilidad solar en el momento, la erupción de Krakatoa en 1883 y el ruido climático interno.
Debido a estas diferencias entre la señal y el ruido, nuestro experimento de pensamiento muestra que incluso la señal relativamente pequeña de enfriamiento estratosférico podría haberse identificado en 1885. Dicho de manera diferente, dadas las capacidades de medición de hoy, los humanos podrían haber sabido que nuestras acciones estaban cambiando significativamente el clima global incluso antes de Carl Benz Benz. patentó el primer automóvil con gasolina. La señal de calentamiento troposférico causado por el humano surge más tarde, en la segunda mitad del siglo XX, en parte porque los patrones humanos y naturales del cambio climático son más similares en la troposfera que en la estratosfera.
¿Este conocimiento anticipado habría marcado la diferencia? ¿Habría seguido la humanidad una vía de uso de energía diferente dada la comprensión de que la quema de combustibles fósiles eventualmente conduce a grandes cambios en la escala global en el clima? Eso está fuera de nuestra caja de arena como científicos climáticos: es una pregunta para filósofos, científicos sociales e historiadores de la ciencia. Pero en nuestra opinión, basado en la historia de otros problemas ambientales globalessin duda, es concebible que el conocimiento temprano de la realidad y la gravedad del cambio climático pueda haber estimulado una acción global anterior para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Vale la pena señalar que nuestro identificación de las “huellas digitales” atmosféricas predichas por Manabe y Wetherald fue habilitado por Noaa y teledetección satelital de la NASA. El trabajo de estas agencias es una parte esencial de nuestra investigación y de la empresa nacional e internacional de ciencias climáticas.
Pero en los Estados Unidos en 2025, la ciencia climática financiada por el gobierno federal, incluido el trabajo de observación y modelado, está siendo sistemáticamente desmantelado. Este no es un experimento mental. Todo es demasiado real. Ahora estamos observando lo que sucede cuando décadas de trabajo para comprender la naturaleza y las causas de los cambios climáticos son rechazados y son reemplazados por ideología, teorías de conspiración y desinformación. Detener el trabajo climático conducirá a un vacío de datos que podría durar años o incluso décadas. Este experimento en ignorancia intencional solo puede terminar mal.
Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores son únicamente suyos y no las de cualquier organización con la que estén afiliadas o necesariamente las de Científico americano.