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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E8 - Ciclo Global del Carbono y Gases Traza
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4612
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Reservorios y perturbación antropogénica
El grupo fija los cuatro reservorios y la perturbación antropogénica que desplaza carbono hacia la atmósfera. Las emisiones actuales se describen cerca de 10 GtC/año, frente a existencias aproximadas de 870 GtC en atmósfera, 38 000 GtC en océano, 2 600 GtC en biosfera terrestre y más de 60 millones de GtC en litosfera. La dirección explícita es que la perturbación antropogénica aleja al sistema del equilibrio relativo del Holoceno. El storyboard no especifica una ley funcional completa de intercambio entre los cuatro reservorios, por lo que esos flujos no se inventan aquí.
Grupo 2: Grupo 2: Química oceánica del carbono
La química oceánica conecta el CO₂ atmosférico con el CO₂ disuelto y con las distintas formas de carbono inorgánico disuelto. El texto establece un equilibrio químico entre estas formas y señala que este proceso participa en determinar cuánto carbono se mueve entre atmósfera y océano. Se conserva como variable puente el intercambio océano-atmósfera, sin imponer una constante de equilibrio ni una cinética que el storyboard no entrega. La dirección neta instantánea del intercambio tampoco está fijada por el texto.
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio terrestre estacional
La fotosíntesis retira CO₂ atmosférico y la respiración del ecosistema terrestre lo libera. Ambas tasas dependen de la estación del año y de cuánta vegetación esté activa, por lo que se preservan ambos moduladores como nodos separados. El flujo neto biosfera-atmósfera es la variable puente que combina los dos procesos y conecta biosfera con atmósfera. El storyboard define las direcciones de los flujos, pero no especifica formas funcionales, amplitudes estacionales ni coeficientes.
Grupo 4: Grupo 4: Oxidación atmosférica del metano
El metano atmosférico se oxida con el paso del tiempo y esa oxidación lo convierte en CO₂. Se preservan por separado el stock de CH₄, el proceso de oxidación y el CO₂ producido, porque forman una cadena causal multietapa. El CO₂ producido se incorpora al reservorio atmosférico. No se proporciona una vida media, tasa de oxidación ni ley cinética, de modo que esos parámetros quedan abiertos para la etapa lógica.
Grupo 5: Grupo 5: Fracción aerotransportada y sumideros
La fracción aerotransportada mide la proporción de la perturbación antropogénica que permanece en la atmósfera; el valor de referencia indicado es aproximadamente 44%. El complemento, aproximadamente 56%, es absorbido por los sumideros naturales océano y biosfera terrestre. La capacidad de absorción puede saturarse: una menor capacidad implica menor absorción natural y una fracción aerotransportada mayor para el mismo nivel de emisiones. Esta relación es monotónica en la dirección descrita, pero el storyboard no especifica umbral ni función de saturación.
Grupo 6: Grupo 6: Retroalimentación del permafrost
El permafrost almacena cerca de 1 700 GtC y el calentamiento favorece su deshielo. El deshielo moviliza ese reservorio y libera CO₂ y CH₄ adicionales a la atmósfera; ambos gases adicionales aumentan el calentamiento. El calentamiento reforzado provoca a su vez más deshielo, cerrando una retroalimentación positiva explícita. No se especifican umbrales térmicos, fracciones liberadas ni sensibilidades climáticas, que deberán quedar parametrizadas o abiertas en una etapa posterior.
Grupo 7: Grupo 7: Acidificación y bomba biológica
La acidificación oceánica se caracteriza por una caída aproximada de 0,1 unidad de pH desde la era preindustrial. Una mayor acidez puede debilitar la bomba biológica, que hunde carbono orgánico desde la superficie hacia el fondo; al debilitarse la bomba, disminuye el retiro oceánico de carbono atmosférico. Esa reducción contribuye a disminuir la capacidad de sumidero y deja una fracción aerotransportada mayor. La relación causal está especificada, pero no su forma funcional ni la sensibilidad cuantitativa de la bomba al cambio de acidez.
ID:1689
Grupo 1: Grupo 1: Reservorios y perturbación antropogénica
Descripción
El grupo fija los cuatro reservorios y la perturbación antropogénica que desplaza carbono hacia la atmósfera. Las emisiones actuales se describen cerca de 10 GtC/año, frente a existencias aproximadas de 870 GtC en atmósfera, 38 000 GtC en océano, 2 600 GtC en biosfera terrestre y más de 60 millones de GtC en litosfera. La dirección explícita es que la perturbación antropogénica aleja al sistema del equilibrio relativo del Holoceno. El storyboard no especifica una ley funcional completa de intercambio entre los cuatro reservorios, por lo que esos flujos no se inventan aquí.
Pregunta clave: ¿Cómo desplazan las emisiones antropogénicas el carbono entre los grandes reservorios?
El grupo fija los cuatro reservorios y la perturbación antropogénica que desplaza carbono hacia la atmósfera. Las emisiones actuales se describen cerca de 10 GtC/año, frente a existencias aproximadas de 870 GtC en atmósfera, 38 000 GtC en océano, 2 600 GtC en biosfera terrestre y más de 60 millones de GtC en litosfera. La dirección explícita es que la perturbación antropogénica aleja al sistema del equilibrio relativo del Holoceno. De toda la perturbación antropogénica que se emite cada año, la fracción aerotransportada mide qué proporción de esas emisiones permanece en la atmósfera en vez de ser absorbida por otro reservorio del ciclo global del carbono: esa fracción aerotransportada es de cerca del cuarenta y cuatro por ciento, lo que significa que los sumideros naturales del ciclo global del carbono —el océano y la biosfera terrestre— absorben el cincuenta y seis por ciento restante de la perturbación antropogénica emitida cada año. Tanto la retroalimentación del permafrost como la acidificación del océano actúan en la misma dirección: alejan todavía más al ciclo global del carbono del equilibrio del Holoceno con el que empezó esta descripción, y lo hacen precisamente reduciendo la capacidad de los sumideros naturales para absorber la perturbación antropogénica, en vez de dejar esa capacidad de absorción intacta. El ciclo global del carbono describe el movimiento del carbono entre cuatro reservorios principales: la atmósfera, que contiene cerca de ochocientas setenta gigatoneladas de carbono; el océano, que contiene cerca de treinta y ocho mil gigatoneladas de carbono; la biosfera terrestre, que contiene cerca de dos mil seiscientas gigatoneladas de carbono; y la litosfera geológica, que contiene más de sesenta millones de gigatoneladas de carbono.
ID:3501
Grupo 2: Grupo 2: Química oceánica del carbono
Descripción
La química oceánica conecta el CO₂ atmosférico con el CO₂ disuelto y con las distintas formas de carbono inorgánico disuelto. El texto establece un equilibrio químico entre estas formas y señala que este proceso participa en determinar cuánto carbono se mueve entre atmósfera y océano. Se conserva como variable puente el intercambio océano-atmósfera, sin imponer una constante de equilibrio ni una cinética que el storyboard no entrega. La dirección neta instantánea del intercambio tampoco está fijada por el texto.
Pregunta clave: ¿Cómo se redistribuye el CO₂ disuelto entre formas de carbono inorgánico y se acopla al intercambio océano-atmósfera?
La química oceánica conecta el CO₂ atmosférico con el CO₂ disuelto y con las distintas formas de carbono inorgánico disuelto. El texto establece un equilibrio químico entre estas formas y señala que este proceso participa en determinar cuánto carbono se mueve entre atmósfera y océano. La dirección neta instantánea del intercambio tampoco está fijada por el texto. El modelo dinámico de este ciclo global del carbono acopla tres procesos distintos: la química del dióxido de carbono disuelto en el océano, que se equilibra con distintas formas de carbono inorgánico disuelto en el agua de mar; la fotosíntesis y la respiración del ecosistema terrestre, que retiran y liberan dióxido de carbono de la atmósfera según la estación del año y según cuánta vegetación esté activa; y la oxidación del metano en la atmósfera, que convierte al metano en dióxido de carbono con el paso del tiempo. Estos tres procesos acoplados determinan, en conjunto, cuánto carbono se mueve entre la atmósfera, el océano y la biosfera terrestre en cada momento. Tanto la retroalimentación del permafrost como la acidificación del océano actúan en la misma dirección: alejan todavía más al ciclo global del carbono del equilibrio del Holoceno con el que empezó esta descripción, y lo hacen precisamente reduciendo la capacidad de los sumideros naturales para absorber la perturbación antropogénica, en vez de dejar esa capacidad de absorción intacta.
ID:3502
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio terrestre estacional
Descripción
La fotosíntesis retira CO₂ atmosférico y la respiración del ecosistema terrestre lo libera. Ambas tasas dependen de la estación del año y de cuánta vegetación esté activa, por lo que se preservan ambos moduladores como nodos separados. El flujo neto biosfera-atmósfera es la variable puente que combina los dos procesos y conecta biosfera con atmósfera. El storyboard define las direcciones de los flujos, pero no especifica formas funcionales, amplitudes estacionales ni coeficientes.
Pregunta clave: ¿Cómo retiran y liberan carbono la fotosíntesis y la respiración terrestre?
La fotosíntesis retira CO₂ atmosférico y la respiración del ecosistema terrestre lo libera. Ambas tasas dependen de la estación del año y de cuánta vegetación esté activa, por lo que se preservan ambos moduladores como nodos separados. El flujo neto biosfera-atmósfera es la variable puente que combina los dos procesos y conecta biosfera con atmósfera. El storyboard define las direcciones de los flujos, pero no especifica formas funcionales, amplitudes estacionales ni coeficientes. El modelo dinámico de este ciclo global del carbono acopla tres procesos distintos: la química del dióxido de carbono disuelto en el océano, que se equilibra con distintas formas de carbono inorgánico disuelto en el agua de mar; la fotosíntesis y la respiración del ecosistema terrestre, que retiran y liberan dióxido de carbono de la atmósfera según la estación del año y según cuánta vegetación esté activa; y la oxidación del metano en la atmósfera, que convierte al metano en dióxido de carbono con el paso del tiempo. Estos tres procesos acoplados determinan, en conjunto, cuánto carbono se mueve entre la atmósfera, el océano y la biosfera terrestre en cada momento. El ciclo global del carbono describe el movimiento del carbono entre cuatro reservorios principales: la atmósfera, que contiene cerca de ochocientas setenta gigatoneladas de carbono; el océano, que contiene cerca de treinta y ocho mil gigatoneladas de carbono; la biosfera terrestre, que contiene cerca de dos mil seiscientas gigatoneladas de carbono; y la litosfera geológica, que contiene más de sesenta millones de gigatoneladas de carbono.
ID:3503
Grupo 4: Grupo 4: Oxidación atmosférica del metano
Descripción
El metano atmosférico se oxida con el paso del tiempo y esa oxidación lo convierte en CO₂. Se preservan por separado el stock de CH₄, el proceso de oxidación y el CO₂ producido, porque forman una cadena causal multietapa. El CO₂ producido se incorpora al reservorio atmosférico. No se proporciona una vida media, tasa de oxidación ni ley cinética, de modo que esos parámetros quedan abiertos para la etapa lógica.
Pregunta clave: ¿Cómo convierte la oxidación del metano CH₄ en CO₂ con el tiempo?
El metano atmosférico se oxida con el paso del tiempo y esa oxidación lo convierte en CO₂. Se preservan por separado el stock de CH₄, el proceso de oxidación y el CO₂ producido, porque forman una cadena causal multietapa. El CO₂ producido se incorpora al reservorio atmosférico. No se proporciona una vida media, tasa de oxidación ni ley cinética, de modo que esos parámetros quedan abiertos para la etapa lógica. El modelo dinámico de este ciclo global del carbono acopla tres procesos distintos: la química del dióxido de carbono disuelto en el océano, que se equilibra con distintas formas de carbono inorgánico disuelto en el agua de mar; la fotosíntesis y la respiración del ecosistema terrestre, que retiran y liberan dióxido de carbono de la atmósfera según la estación del año y según cuánta vegetación esté activa; y la oxidación del metano en la atmósfera, que convierte al metano en dióxido de carbono con el paso del tiempo. La primera es la del permafrost, que contiene cerca de mil setecientas gigatoneladas de carbono acumuladas: si el permafrost se descongela, libera dióxido de carbono y metano adicionales hacia la atmósfera, y ese dióxido de carbono y ese metano adicionales calientan aún más al sistema climático, lo que a su vez descongela más permafrost, cerrando una retroalimentación positiva entre el carbono liberado por el permafrost y el calentamiento del sistema climático.
ID:3504
Grupo 5: Grupo 5: Fracción aerotransportada y sumideros
Descripción
La fracción aerotransportada mide la proporción de la perturbación antropogénica que permanece en la atmósfera; el valor de referencia indicado es aproximadamente 44%. El complemento, aproximadamente 56%, es absorbido por los sumideros naturales océano y biosfera terrestre. La capacidad de absorción puede saturarse: una menor capacidad implica menor absorción natural y una fracción aerotransportada mayor para el mismo nivel de emisiones. Esta relación es monotónica en la dirección descrita, pero el storyboard no especifica umbral ni función de saturación.
Pregunta clave: ¿Qué fracción de la perturbación queda en la atmósfera y cómo cambia si se saturan los sumideros?
La fracción aerotransportada mide la proporción de la perturbación antropogénica que permanece en la atmósfera; el valor de referencia indicado es aproximadamente 44%. El complemento, aproximadamente 56%, es absorbido por los sumideros naturales océano y biosfera terrestre. La capacidad de absorción puede saturarse: una menor capacidad implica menor absorción natural y una fracción aerotransportada mayor para el mismo nivel de emisiones. Sin embargo, la capacidad de estos sumideros naturales para seguir absorbiendo esa misma proporción de la perturbación antropogénica puede saturarse: si los sumideros naturales del ciclo global del carbono se saturan, una fracción aerotransportada mayor que el cuarenta y cuatro por ciento actual quedaría permanentemente en la atmósfera para el mismo nivel de emisiones. De toda la perturbación antropogénica que se emite cada año, la fracción aerotransportada mide qué proporción de esas emisiones permanece en la atmósfera en vez de ser absorbida por otro reservorio del ciclo global del carbono: esa fracción aerotransportada es de cerca del cuarenta y cuatro por ciento, lo que significa que los sumideros naturales del ciclo global del carbono —el océano y la biosfera terrestre— absorben el cincuenta y seis por ciento restante de la perturbación antropogénica emitida cada año. Tanto la retroalimentación del permafrost como la acidificación del océano actúan en la misma dirección: alejan todavía más al ciclo global del carbono del equilibrio del Holoceno con el que empezó esta descripción, y lo hacen precisamente reduciendo la capacidad de los sumideros naturales para absorber la perturbación antropogénica, en vez de dejar esa capacidad de absorción intacta.
ID:3505
Grupo 6: Grupo 6: Retroalimentación del permafrost
Descripción
El permafrost almacena cerca de 1 700 GtC y el calentamiento favorece su deshielo. El deshielo moviliza ese reservorio y libera CO₂ y CH₄ adicionales a la atmósfera; ambos gases adicionales aumentan el calentamiento. El calentamiento reforzado provoca a su vez más deshielo, cerrando una retroalimentación positiva explícita. No se especifican umbrales térmicos, fracciones liberadas ni sensibilidades climáticas, que deberán quedar parametrizadas o abiertas en una etapa posterior.
Pregunta clave: ¿Cómo amplifica el deshielo del permafrost el calentamiento y la liberación de carbono?
El permafrost almacena cerca de 1 700 GtC y el calentamiento favorece su deshielo. El deshielo moviliza ese reservorio y libera CO₂ y CH₄ adicionales a la atmósfera; ambos gases adicionales aumentan el calentamiento. El calentamiento reforzado provoca a su vez más deshielo, cerrando una retroalimentación positiva explícita. La primera es la del permafrost, que contiene cerca de mil setecientas gigatoneladas de carbono acumuladas: si el permafrost se descongela, libera dióxido de carbono y metano adicionales hacia la atmósfera, y ese dióxido de carbono y ese metano adicionales calientan aún más al sistema climático, lo que a su vez descongela más permafrost, cerrando una retroalimentación positiva entre el carbono liberado por el permafrost y el calentamiento del sistema climático. Tanto la retroalimentación del permafrost como la acidificación del océano actúan en la misma dirección: alejan todavía más al ciclo global del carbono del equilibrio del Holoceno con el que empezó esta descripción, y lo hacen precisamente reduciendo la capacidad de los sumideros naturales para absorber la perturbación antropogénica, en vez de dejar esa capacidad de absorción intacta. La perturbación antropogénica, con emisiones actuales cercanas a diez gigatoneladas de carbono por año, está desplazando a este ciclo global del carbono fuera del equilibrio que mantuvo durante todo el Holoceno, el mismo período de los últimos miles de años dentro del cual el sistema climático se mantuvo relativamente estable.
ID:3506
Grupo 7: Grupo 7: Acidificación y bomba biológica
Descripción
La acidificación oceánica se caracteriza por una caída aproximada de 0,1 unidad de pH desde la era preindustrial. Una mayor acidez puede debilitar la bomba biológica, que hunde carbono orgánico desde la superficie hacia el fondo; al debilitarse la bomba, disminuye el retiro oceánico de carbono atmosférico. Esa reducción contribuye a disminuir la capacidad de sumidero y deja una fracción aerotransportada mayor. La relación causal está especificada, pero no su forma funcional ni la sensibilidad cuantitativa de la bomba al cambio de acidez.
Pregunta clave: ¿Cómo puede la acidificación debilitar la bomba biológica y reducir la captación oceánica?
La acidificación oceánica se caracteriza por una caída aproximada de 0,1 unidad de pH desde la era preindustrial. Una mayor acidez puede debilitar la bomba biológica, que hunde carbono orgánico desde la superficie hacia el fondo; al debilitarse la bomba, disminuye el retiro oceánico de carbono atmosférico. Esa reducción contribuye a disminuir la capacidad de sumidero y deja una fracción aerotransportada mayor. La relación causal está especificada, pero no su forma funcional ni la sensibilidad cuantitativa de la bomba al cambio de acidez. La segunda retroalimentación entre el carbono y el clima ocurre en el océano: el océano se ha acidificado, con una caída de una décima de unidad en su escala de acidez desde la era preindustrial, y esa mayor acidez del océano puede debilitar la bomba biológica de carbono, el mecanismo por el cual los organismos marinos hunden carbono orgánico desde la superficie del océano hacia el fondo; si la bomba biológica de carbono se debilita, el océano retira menos carbono de la atmósfera del que retiraba antes, dejando una fracción aerotransportada todavía mayor en la atmósfera. Tanto la retroalimentación del permafrost como la acidificación del océano actúan en la misma dirección: alejan todavía más al ciclo global del carbono del equilibrio del Holoceno con el que empezó esta descripción, y lo hacen precisamente reduciendo la capacidad de los sumideros naturales para absorber la perturbación antropogénica, en vez de dejar esa capacidad de absorción intacta. De toda la perturbación antropogénica que se emite cada año, la fracción aerotransportada mide qué proporción de esas emisiones permanece en la atmósfera en vez de ser absorbida por otro reservorio del ciclo global del carbono: esa fracción aerotransportada es de cerca del cuarenta y cuatro por ciento, lo que significa que los sumideros naturales del ciclo global del carbono —el océano y la biosfera terrestre— absorben el cincuenta y seis por ciento restante de la perturbación antropogénica emitida cada año.
ID:3507