La cosa está que arde y más que lo va a estar
El cambio climático. El famoso cambio climático. Ese efecto que conocemos desde hace bien poco (no mucho más de 100 años) y que está ganando protagonismo prácticamente todas las semanas en telediarios, periódicos y webs especializadas.
Bien, pero… ¿qué es el cambio climático? El cambio climático es, como su nombre indica, un cambio que se está produciendo en el clima terrestre a un ritmo muy lento (no podemos confundirlo con el cambio en lo que conocemos como “tiempo atmosférico”, cambiando cada pocas horas) y que afecta directa o indirectamente a la atmósfera, hidrosfera, biosfera, etc. Lo principal que hay que saber de los cambios climáticos es que son procesos naturales y ocurren cíclicamente desde que el mundo es mundo. Sí, le acabamos de regalar un titular a los negacionistas, pero si os quedáis os contaremos por qué el cambio climático con el que nos bombardean, día sí y día también, tiene algo distinto.
Cuando tanto los medios como la comunidad científica nos referimos al cambio climático, nos estamos refiriendo a un cambio climático en especial. Uno que se lleva produciendo desde finales del siglo XIX y que está acelerado por la actividad humana (1). Este proceso de cambio en el clima ha sido promovido por un incremento considerable en las emisiones de GHG o Gases de Efecto Invernadero (GreenHouse Gases por sus siglas en inglés). A partir de la Revolución Industrial, la quema de combustibles fósiles como el gas, carbón o petróleo provocó el aumento de concentración de algunos GHG presentes en la atmósfera de forma natural. Algunos de estos famosos gases son el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), distintos óxidos de nitrógeno (NOx) o el vapor de agua (sí, habéis leído bien, el agua es partícipe del calentamiento global). Como su nombre indica, estos gases son los causantes del “efecto invernadero”. Este proceso, como si se tratase del techo de los invernaderos que usamos para cultivar tomates, provoca que la radiación solar (y por ende su energía) quede atrapada en la atmósfera, causando un incremento en la temperatura y todos los procesos que esto desencadena. Tanto el aumento de GHG como el aumento de temperatura y todos los procesos que están asociados, forman parte de lo que se conoce como ciclos de retroalimentación positiva: el aumento de uno de los elementos provoca el aumento del otro.
Los gobiernos de todo el mundo se han intentado poner de acuerdo y establecer unos límites que, en la medida de lo posible, permitan paliar o mitigar los riesgos que el cambio climático puede tener en nuestro estilo de vida. Este acuerdo es lo que se conoce como Acuerdo de París y fue ratificado en 2015 por los países miembros de la ONU, comprometiéndose a reforzar la respuesta mundial a la amenaza del cambio climático. La meta principal de este acuerdo es mantener el aumento de temperatura media mundial por debajo de los 2ºC respecto a los niveles preindustriales, proseguir con esfuerzos para intentar limitar ese aumento por debajo de 1,5ºC y, por lo tanto, reducir considerablemente los riesgos y consecuencias del cambio climático en nuestro planeta.
Nuestra misión en el post de hoy es intentar mostrar, en la medida de lo posible, la necesidad de multidisciplinariedad que existe en este campo. Es uno de los temas candentes (nunca mejor dicho) del presente y futuro y, por lo tanto, científicos de todo el mundo y de todas las ramas necesitamos aunar fuerzas para comprender en detalle este proceso y estudiar cómo paliar o mitigar los efectos que puede tener en nuestro planeta. Es por ello por lo que hoy os presentamos un ejercicio de multidisciplinariedad: una serie de procesos, causas y efectos relacionados con el cambio climático planteados desde perspectivas como la Física, la Química ambiental, la Microbiología patológica o la Biotecnología.
Albedo o el aire acondicionado del mundo
Es sabiduría popular que hace 20 años los inviernos eran más fríos y nevaba de manera más frecuente. Ahora, cada año nieva un poco menos que el anterior, cada vez en cotas más altas, y el deshielo polar es más prematuro. Este aumento de temperaturas también hace que las nieves perpetuas y los glaciares reduzcan su extensión, al igual que las grandes masas de hielo de los polos. Evitar el deshielo es importante por muchísimos motivos y uno de ellos es que la superficie helada evita que nuestro planeta se caliente en exceso.
Toda superficie a la que llega un rayo de luz puede reflejar parte de este y, dependiendo de las características de la superficie, la cantidad de luz reflejada será mayor o menor. Por ejemplo, siempre se nos dice que cuando hace mucho calor vistamos con ropa clara, que nos pongamos gafas de sol cuando vamos a la nieve o que si quieres que tu casa parezca luminosa pintes las paredes de blanco. Todo esto es porque las superficies blancas hacen que la luz se refleje mucho más que el resto. La parte de la radiación que no se refleja es absorbida por el objeto iluminado y produce un aumento de temperatura en él. Véis por donde van los tiros, ¿no?
El porcentaje de radiación que se refleja con respecto a la radiación que incide en la superficie se llama albedo, diciéndose que las superficies claras tienen un albedo mayor que las oscuras. La superficie congelada refleja gran cantidad de energía que llega del Sol, evitando que el planeta se caliente. Sin embargo, como la cantidad de superficie helada está decreciendo, toda esa radiación solar que antes no calentaba la Tierra ahora lo hace y aumenta ligeramente la temperatura. Más calor, antes se derrite la nieve y el albedo se reduce, lo que a su vez genera mayores temperaturas. Así una y otra vez y año tras año, en un ciclo de retroalimentación positiva.
Liberación de gases de efecto invernadero o la trampa del permafrost
Ah, entonces el deshielo de los polos es peligroso porque se reduciría el albedo del planeta… Pues sí… pero no solo eso. Otra de las razones por las que el deshielo de los polos de nuestro planeta es tan peligroso es que de ese hielo salen cosas. ¿Qué cosas? Pues, por ejemplo, moléculas en forma gaseosa que son liberadas a la atmósfera. Y este suceso, que a primera vista puede parecer inofensivo, tiene en realidad un efecto tremendo en el calentamiento global.
Como hemos visto antes, los principales responsables del aumento en la temperatura del planeta son los gases de efecto invernadero (GHG). La razón es que son capaces de absorber la radiación infrarroja: un tipo de radiación de baja energía que es “re-emitida” por la superficie terrestre tras recibir la radiación solar. Esta pequeña cantidad no es suficiente para que se produzcan reacciones químicas, pero sí es capaz de provocar que los enlaces que unen los átomos de las moléculas de los GHG vibren y se doblen, lo que a su vez conlleva un aumento de la energía cinética que se transmite de unas moléculas a otras a través de colisiones. Y, ¿qué produce toda esta transmisión de energía? Pues calor. Y así tenemos, a grandes rasgos, nuestra explicación molecular del efecto invernadero.
Como os podéis imaginar, el principal protagonista en este proceso es el CO2, pero para nada es el único actor de la obra. El CO2 absorbe radiación de una región concreta del espectro infrarrojo, pero el resto de ella pasa sin tener apenas efecto. Sin embargo, otras moléculas sí que pueden aprovechar la radiación que el CO2 no absorbe y hacerlo además de forma muy eficiente. Un ejemplo es el metano, que en un periodo de 100 años puede producir 25 veces más efecto invernadero que el equivalente en masa de CO2 (3).
Si el metano no tiene tanta repercusión mediática es porque la concentración y el tiempo de vida de este gas en nuestra atmósfera es mucho menor, así que podríamos decir que, en comparación, su efecto no es tan relevante.
Algo con lo que quizá no contábamos es que el permafrost almacena grandes cantidades de metano que están siendo liberadas a la atmósfera con el deshielo de los polos. Se estima que para el año 2100 podrían haberse liberado 92 gigatones de metano y CO2 como consecuencia del deshielo, el equivalente al 18% de todo lo que hemos emitido desde la Revolución Industrial (4). ¿A qué ahora ya veis a dónde queremos llegar? El deshielo implica más metano, que implica más efecto invernadero, que conlleva un aumento de la temperatura, y esto a un deshielo de los polos. Pues ya estamos otra vez igual.
Disminución de la concentración de O2 en mares y océanos o cómo están perdiendo el aliento
Menos hielo, más metano, aumento de la temperatura. El agua es una excelente captadora de energía térmica; por lo tanto, la temperatura de los océanos y mares también está aumentando a causa del cambio climático. Este incremento de la temperatura no solo provoca que los hábitats de las especies marinas se vean modificados, lo que causa que algunas especies se queden sin hábitat y otras tengan que migrar (aumentando las competencias interespecíficas), sino que, además, provoca que la concentración de oxígeno en mares y océanos disminuya.
¿A qué es debido? Otra vez, nuestra amiga la termodinámica tiene la respuesta. El oxígeno atmosférico se disuelve en el agua de los mares y océanos —sí, como la sal en un vaso de agua. Para que esto suceda, cada molécula de gas tiene que ser rodeada por un montón de moléculas de líquido o, lo que es lo mismo, pasar de estado gaseoso a estado líquido. Pero, al contrario de lo que ocurre en el proceso de disolución de un sólido en un líquido, la cantidad de soluto que puede aceptar el líquido disminuye conforme la temperatura aumenta. ¿Por qué? Para entenderlo, tenemos que hacernos pequeños, pequeños, del tamaño de una molécula. Los gases tienen mucha energía cinética: se mueven de aquí para allá chocando entre ellos y ocupando todo el espacio que tienen a su alcance. Un líquido, en cambio, está más ordenado: sus moléculas interaccionan entre ellas y la capacidad que tienen para moverse (su energía cinética y entropía) es menor. Por lo tanto, cuando un gas pasa a estado líquido al disolverse disminuye su energía cinética. Y aquí es donde el aumento de la temperatura genera un problema: está aumentando la energía cinética de las moléculas de O2 en un proceso que necesita que disminuya. Es decir, el aumento de la temperatura provoca que las moléculas de O2 tiendan a moverse más y estar más desordenadas, mientras que para disolverse en el mar tendrían que moverse menos y ordenarse.
En 2017, se estimaba que la concentración de O2 había disminuido un 2% en los últimos 50 años (5) y, aunque no parezca demasiado, sus consecuencias ya son evidentes en la biodiversidad marina. Por ejemplo, podemos observar un aumento en las poblaciones de microbios, algas y medusas (especies que toleran niveles de oxígeno más bajos) mientras vemos decrecer las poblaciones de peces; por ejemplo, de atunes y tiburones (5).
Grandes amenazas para la salud humana
Los efectos del cambio climático que hemos mencionado hasta ahora no solo tienen una enorme repercusión en nuestros ecosistemas, modificándolos y cambiando las condiciones climáticas, sino que además pueden afectar gravemente, de forma directa o indirecta, a nuestra salud. Sin ir más lejos, el deshielo de glaciares milenarios puede suponer una de las mayores crisis sanitarias de nuestro futuro. El deshielo desencadena la liberación de algunas especies de virus y bacterias no descritas hasta el momento. Estas especies fueron atrapadas durante periodos glaciares y preservadas en el interior de estos grandes macizos de hielo. Sabemos que algunas de ellas conservan su capacidad infectiva tras 30.000 años criogenizadas, lo que abre un abanico de posibles enfermedades humanas. Estas nuevas enfermedades podrían marcar una de las mayores crisis sanitarias en nuestra historia, algo que la comunidad científica lleva advirtiendo desde hace años (7).
Si nos centramos en los efectos actuales del cambio climático sobre la salud humana, no podemos dejar a un lado la correlación directa entre el incremento de las temperaturas y la expansión de algunas enfermedades. Esta correlación explica fácilmente los nuevos casos de fiebre del Nilo detectados en la Península Ibérica. El aumento de la temperatura y de la humedad, debido al calentamiento global, permite que regiones previamente no aptas para algunas especies de mosquitos y aves puedan empezar a serlo, propagando así las enfermedades que transportan (8,9). Si nos fijamos en los eventos atmosféricos cíclicos afectados por el calentamiento global, como el caso de “El Niño” (10,11), podemos observar esta misma correlación entre el calentamiento y la expansión de enfermedades. El Niño desencadena la migración e incremento de poblaciones de especies de mosquitos, entre ellas algunas capaces de transmitir la malaria o el dengue. La migración y el tamaño de las poblaciones se ha incrementado en los últimos años debido al calentamiento global, afectando a nuevas regiones de África, América del Sur y Asia. Este mismo evento lleva a cambios en los hábitos de las personas, las cuales reservan durante largo tiempo grandes cantidades de agua y alimento, donde el mosquito que transmite el dengue sobrevive y se reproduce. Debido a ello, en los últimos 50 años, el dengue ha pasado de ser una enfermedad endémica en nueve países a reportarse en más de cien. Un incremento de casos relacionado directamente con el crecimiento de las poblaciones de mosquitos portadores del virus (12).
Estos y muchos otros datos, en referencia a nuestra salud, nos demuestran que combatir el cambio climático es combatir futuras crisis sanitarias que pueden aparecer desde numerosos frentes.
Aplicaciones Biotecnológicas o las trampas que usaremos en el futuro
Albedo por aquí, disminución de oxígeno por allá… Estos cambios tan drásticos harán que nuestras condiciones de vida se vean muy afectadas. Pero no vamos a quedarnos de brazos cruzados viendo cómo el planeta se convierte en un lugar inhabitable para el ser humano, ¿verdad? Es por ello que se están buscando soluciones, no solo para paliar el cambio climático, sino también para poder adaptarnos al futuro mediante la modificación de organismos vivos.
Una de las aplicaciones de un estudio biotecnológico que se está llevando a cabo es transformar las plantas C3 en C4 (13). Pausa, a ver qué significa esto. Como todos sabemos, las plantas realizan la fotosíntesis. Esto es que a partir de CO2 y luz consiguen generar su propio alimento. Pero no todas las plantas realizan la fotosíntesis de la misma manera. Las plantas se dividen en tres grupos según cómo realicen la fotosíntesis: plantas C3, C4 y CAM. Estas diferencias permiten a las plantas adaptarse a distintos climas; las plantas C3 viven en climas más húmedos y fríos, mientras que las plantas C4 y CAM están preparadas para vivir en climas más áridos.
Veamos porqué puede ser una ventaja transformar plantas C3 en C4. Las plantas absorben el CO2 por unos poros de la hoja denominados estomas, que se abren y se cierran según las necesidades fisiológicas de la planta. Este CO2 es reconocido por una enzima que se denomina Rubisco para posteriormente generar glucosa como fuente de energía. En las plantas C3 todo esto se lleva a cabo en una misma célula, denominada la célula del mesófilo. En la apertura de los estomas para introducir CO2 en estas células también entra O2 y se libera agua al exterior, lo que genera dos problemas distintos. El primero, resolver el debate entre apertura y cierre de estomas, ya que la planta necesita absorber CO2 pero no se puede permitir una gran pérdida de agua, problema que se agrava en climas áridos. El segundo viene por la enzima Rubisco. Esta enzima se encarga de transformar el CO2 en otro compuesto orgánico, pero también es capaz de reconocer el O2, por lo que si entra mucho O2 la planta pierde rendimiento en la fotosíntesis (fotooxidación).
Debido a las desventajas de este sistema, en climas donde el agua es un recurso limitado, las plantas C4 han desarrollado otro método por el cual pueden sobrevivir en climas más áridos. Este consiste en separar el proceso en dos células distintas. En la primera célula, la célula del mesófilo, se absorbe el CO2, el cual se transforma en un compuesto orgánico (malato) que se traslada a la segunda célula, denominada la célula de la vaina, donde se vuelve a generar CO2 por la reacción opuesta y es en esta célula donde se lleva a cabo la propia fotosíntesis. Con esta simple separación de compartimentos, las plantas C4 consiguen sobrevivir en climas más áridos ya que necesitan abrir menos los estomas para captar el CO2 que necesitan, el O2 no interactúa con la enzima Rubisco y disminuyen la pérdida de agua a través de la apertura estomática.
Como la temperatura en la Tierra va aumentando año tras año, las plantas C3, como por ejemplo la planta del arroz, no podrán sobrevivir a ciertos climas y nuestra alimentación se verá perjudicada. Por ello, se está investigando cómo transformar las plantas C3 en C4 utilizando herramientas de ingeniería genética. El objetivo es implementar en las plantas C3 los genes necesarios para poder compartimentalizar el proceso y modificar las rutas metabólicas necesarias, todo un reto.
Además de esta, hay muchas otras posibles soluciones y aplicaciones muy interesantes que están siendo estudiadas por el momento. Un ejemplo es el que está investigando la posibilidad de que las vacas no generen el metano que liberan al exterior de manera natural (vía flatulencias) intentando disminuir los niveles de metano en la atmósfera (14). Otro ejemplo de aplicación biotecnológica es el uso de herramientas de modificación genética para aumentar el rendimiento de las cosechas de maíz, arroz, etc. debido a que la superficie terrestre cultivable disminuirá con los años (15).
Todas estas novedosas soluciones ayudarán a paliar algunos de los efectos del cambio climático. Sin embargo, por sí solas no pueden solucionar el problema frente al que nos encontramos y, por tanto, debemos seguir tomando medidas y concienciandonos para poder abordar el cambio climático entre todos.
Como veis, el cambio climático es un problema real al que nos enfrentamos y nos enfrentaremos en un futuro cercano. Para saber combatirlo y reducir en todo lo posible sus más que probables y devastadores efectos, incluyendo los que afectarán a nuestra forma de vida, es necesario entender por qué está ocurriendo, cuáles son los procesos que lo causan y todas sus consecuencias.
Esta información se lleva recolectando décadas y, conforme avanzamos, las nuevas tecnologías nos dan más y mejor información que está siendo y será analizada e interpretada por profesionales de todos los ámbitos de la ciencia. Y aquí está el quid de la cuestión: como habéis visto en este pequeño artículo, el cambio climático debe de ser analizado desde muchas perspectivas distintas. Esas perspectivas deben aunarse en un ejercicio de multidisciplinariedad que permita entender uno de los mayores fenómenos de nuestra historia. Y cuando hablamos de multidisciplinariedad no nos referimos únicamente a la comunidad científica. Es necesario que toda la información sea analizada por profesionales del sector económico y social, permitiéndonos entender cómo el cambio climático nos afectará el día de mañana.
Este artículo ha sido un ejercicio de reflexión. Hemos intentado abordar este tema desde todas las ramas de la ciencia que conforman a las científicas Erbias. No es un “mira lo que estamos haciendo y no tiene solución”. Nada más lejos de la realidad. Creemos que es necesario ahondar en estos temas y que sirvan como medio para concienciar a la gente de que esto no es algo que se haga de la noche a la mañana ni que vaya a ser fácil. Pero tenemos una responsabilidad por y para el planeta donde vivimos y la lucha contra este gigante se debe realizar como una sociedad informada, unida y concienciada con la causa.
En palabras del desaparecido Félix Rodríguez de la Fuente: “Todos debemos ir engrosando ese pequeño ejército, ¡Que el día de mañana se considerará un ejército heroico!, mucho más que los que lucharon con las armas en la mano: el ejército de los que un buen día dijeron que había que hacer algo para proteger a una Madre que no se queja, que nos ha dado todo lo que tenemos, ¡y a la que estamos matando!”
Glosario
Energía cinética: Es la energía que posee un cuerpo como consecuencia de su movimiento. A nivel microscópico la energía cinética de las moléculas de un sistema define la temperatura del sistema.
Permafrost: Se refiere a la capa de suelo localizada en las zonas frías del planeta que se encuentra helada de forma permanente.
Gigatones: Un gigatón o gigatonelada es una unidad de medida que equivale a 109 toneladas, es decir, 1.000.000.000 veces una tonelada. O lo que es lo mismo 1.000.000.000.000 kilogramos.
Competencia interespecífica: Interacción que se produce cuando dos o más especies se disputan los recursos disponibles del área que comparten. Esta competencia es extremadamente compleja cuando una especie se ve desplazada de su hábitat por causas humanas o directamente relacionadas con causas humanas (como el cambio climático), no solo afectando a la especie desplazada, sino a la que competirá con ella en su nueva distribución, alterando por completo las comunidades biológicas.
Soluto: Llamamos soluto al compuesto que está presente en menor proporción en una disolución, el oxígeno en el agua del mar o el azúcar en nuestro té.
Entropía: Se suele decir que es una medida del desorden de un sistema. Hilando un poco más fino, diríamos que es una medida del número de configuraciones posibles de nuestro sistema. Si este fuera un vaso lleno de canicas, la entropía sería pequeña si solo pudiésemos acomodarlas de una manera y grande si las pudiésemos meter de diez formas diferentes.
“El Niño”: Fenómeno climático que se caracteriza por el calentamiento del Pacífico oriental ecuatorial, ocurriendo en ciclos de 3-8 años y que afecta a las condiciones ambientales de numerosos países de forma simultánea.
Ingeniería genética: Es una técnica de modificación del ADN para poder obtener organismos con unas características deseadas. Un ejemplo es la modificación genética del ADN de la planta del arroz para que sea resistente a herbicidas y enfermedades que pueden afectar la cosecha.
Rutas metabólicas: Son una sucesión de reacciones químicas que tienen lugar en un organismo tanto para el proceso de generar energía a partir de alimentos como para el proceso contrario, es decir, generar moléculas complejas a partir de energía. Por ejemplo, cuando estamos haciendo deporte nuestro organismo lleva a cabo un hilo de reacciones químicas que se encargan de descomponer moléculas de glucosa en energía.
Referencias
(1) Informe Especial del IPCC sobre la subida de 1,5ºC en la temperatura media de la Tierra.
(2) Página web de la NASA donde se pueden encontrar datos, información o noticias sobre el cambio climático.
(3) Artículo sobre gases de efecto invernadero y su potencial efecto sobre el calentamiento global (en inglés).
(4) Artículo de tipo revisión en relación a los compuestos de carbono que se almacenan en el permafrost y que son liberados en forma de CO2 o metano como consecuencia del deshielo. (Nota de prensa)
(5) Sobre las causas y consecuencias del la desoxigenación de los mares y océanos (en inglés).
(6) Hipoxia en el Mar Báltico (en inglés). Artículo de la UICN (Unión interacional para la conservación de la naturaleza) sobre la desoxigenación de mares y oceanos. Más información sobre eventos de proliferación de algas, una de las consecuencias de la desoxigenación de mares y océanos (en inglés).
(7) Artículo sobre virus gigantes del permafrost siberiano con capacidad infectiva tras 30.000 años congelados (en inglés).
(8) Hilo de Twitter sobre la fiebre del Nilo.
(9) Artículo en el que se explica la correlación entre el calentamiento global y la variación en “El Niño”.
(10) Hilo de Twitter sobre “El Niño”.
(11) Efecto de “El Niño” en enfermedades como la malaria, el dengue o el cólera por parte de la Organización Mundial de la Salud.
(12) Artículo donde se correlacionan niveles de polución con mayor número de casos graves de COVID-19 en España.
(13) Artículo en el que se explican los avances para transformar las plantas C3 en C4 (en inglés).
(14) Artículo sobre la inhibición de la producción del metano en vacas (en inglés).
(15) Artículo sobre el aumento del rendimiento de las cosechas mediante ingeniería genética (en inglés).
Para saber más
- Cómo nos va a afectar la desaparición de los polos: Vídeo 1
- Vídeos sobre cambio climático: Vídeo 2 y Vídeo 3
- Infografía del protocolo de Kyoto
- Emisiones mundiales de metano
- Iniciativa internacional que monitoriza las emisiones de dióxido de carbono. Podéis encontrar las emisiones por países o por sector e incluso ver como disminuyeron durante el confinamiento.