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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo M5 - Estados Climáticos Límite: Invernadero, Glacial y Tierra Bola de Nieve
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:4594
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: Estados climáticos límite
¿Qué estados climáticos estables y condiciones de fondo delimitan el espacio climático terrestre?
Grupo 2: Grupo 2: Balance energético latitudinal
¿Cómo determina el balance local y meridional la temperatura en cada latitud?
Grupo 3: Grupo 3: Hielo, albedo y bifurcación
¿Cómo el avance del hielo puede disparar una retroalimentación positiva y una transición a Tierra Bola de Nieve?
Grupo 4: Grupo 4: Salida de Tierra Bola de Nieve
¿Qué mecanismo permite abandonar el estado de congelación casi total?
Grupo 5: Grupo 5: Forzamiento rápido de carbono — PETM
¿Cómo responde el sistema a una inyección rápida y masiva de carbono?
Grupo 6: Grupo 6: Sensibilidad climática dependiente del estado
¿Por qué una misma perturbación de carbono no implica una respuesta térmica independiente del estado de fondo?
Grupo 7: Grupo 7: Integración causal y respuesta climática
¿Cómo se conectan estado de fondo, forzamiento y sensibilidad para determinar la respuesta climática?
ID:1683
Grupo 1: Grupo 1: Estados climáticos límite
Descripción
¿Qué estados climáticos estables y condiciones de fondo delimitan el espacio climático terrestre?
Pregunta clave: ¿Qué estados climáticos estables y condiciones de fondo delimitan el espacio climático terrestre?
¿Qué estados climáticos estables y condiciones de fondo delimitan el espacio climático terrestre? Esta dependencia de la sensibilidad climática de equilibrio respecto al estado climático de fondo conecta a los tres estados climáticos límite descritos al comienzo —el clima de invernadero, el clima glacial y la Tierra Bola de Nieve— con eventos de transición rápida como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno: para entender cuánto se calentará el sistema climático actual frente a una inyección de carbono determinada, no basta con conocer esa inyección de carbono, también hace falta saber en qué estado climático de fondo, entre estos distintos estados climáticos estables, se encuentra el sistema climático cuando la recibe. El primero es el clima de invernadero, como el que existió durante el Cretácico, hace cerca de noventa millones de años, con una concentración de dióxido de carbono de entre mil y dos mil partes por millón, sin hielo polar permanente y con temperaturas polares de entre diez y veinte grados. El análisis de la sensibilidad climática de equilibrio en distintos estados climáticos —el clima de invernadero del Cretácico, el clima más cálido del Plioceno y el clima actual— revela que esa misma sensibilidad climática de equilibrio depende del estado climático de fondo del sistema climático, y no es un número fijo e independiente de en qué estado climático estable se encuentre el planeta.
ID:4037
Grupo 2: Grupo 2: Balance energético latitudinal
Descripción
¿Cómo determina el balance local y meridional la temperatura en cada latitud?
Pregunta clave: ¿Cómo determina el balance local y meridional la temperatura en cada latitud?
¿Cómo determina el balance local y meridional la temperatura en cada latitud? El modelo de balance energético latitudinal capta la física esencial detrás de estos estados climáticos estables: para cada latitud, la temperatura de esa latitud depende del balance entre la insolación que esa latitud absorbe y la radiación infrarroja que esa misma latitud emite, más el transporte meridional de calor que llega desde otras latitudes. Dentro de este modelo de balance energético latitudinal, el parámetro crítico es el albedo: el hielo refleja entre el sesenta y el ochenta por ciento de la radiación solar que recibe, mientras que el océano o la tierra descubierta reflejan apenas entre un seis y un treinta por ciento de esa misma radiación solar. Si el hielo avanza lo suficiente hacia los trópicos, hasta cruzar una latitud crítica cercana a los treinta grados, la retroalimentación entre el hielo y el albedo se vuelve catastróficamente positiva: cuanto más avanza el hielo hacia los trópicos, más aumenta el albedo promedio del planeta, y un albedo promedio más alto refleja más radiación solar y enfría todavía más al planeta, lo que hace avanzar al hielo todavía más hacia los trópicos.
ID:4038
Grupo 3: Grupo 3: Hielo, albedo y bifurcación
Descripción
¿Cómo el avance del hielo puede disparar una retroalimentación positiva y una transición a Tierra Bola de Nieve?
Pregunta clave: ¿Cómo el avance del hielo puede disparar una retroalimentación positiva y una transición a Tierra Bola de Nieve?
¿Cómo el avance del hielo puede disparar una retroalimentación positiva y una transición a Tierra Bola de Nieve? Si el hielo avanza lo suficiente hacia los trópicos, hasta cruzar una latitud crítica cercana a los treinta grados, la retroalimentación entre el hielo y el albedo se vuelve catastróficamente positiva: cuanto más avanza el hielo hacia los trópicos, más aumenta el albedo promedio del planeta, y un albedo promedio más alto refleja más radiación solar y enfría todavía más al planeta, lo que hace avanzar al hielo todavía más hacia los trópicos. Una vez que esta retroalimentación catastróficamente positiva entre el hielo y el albedo se dispara, el planeta se congela por completo y entra en el estado de Tierra Bola de Nieve descrito antes. Dentro de este modelo de balance energético latitudinal, el parámetro crítico es el albedo: el hielo refleja entre el sesenta y el ochenta por ciento de la radiación solar que recibe, mientras que el océano o la tierra descubierta reflejan apenas entre un seis y un treinta por ciento de esa misma radiación solar.
ID:4039
Grupo 4: Grupo 4: Salida de Tierra Bola de Nieve
Descripción
¿Qué mecanismo permite abandonar el estado de congelación casi total?
Pregunta clave: ¿Qué mecanismo permite abandonar el estado de congelación casi total?
¿Qué mecanismo permite abandonar el estado de congelación casi total? Salir de este estado de Tierra Bola de Nieve requiere que el dióxido de carbono volcánico se acumule, durante millones de años, hasta alcanzar una presión cercana a una décima parte de la presión atmosférica actual, porque el hielo que cubre todo el planeta en el estado de Tierra Bola de Nieve refleja tanta radiación solar que ningún otro mecanismo logra calentar lo suficiente al planeta como para derretirlo. El tercero es la Tierra Bola de Nieve, un estado de congelación casi total del planeta que ocurrió durante el Proterozoico, hace entre setecientos y seiscientos treinta y cinco millones de años. El primero es el clima de invernadero, como el que existió durante el Cretácico, hace cerca de noventa millones de años, con una concentración de dióxido de carbono de entre mil y dos mil partes por millón, sin hielo polar permanente y con temperaturas polares de entre diez y veinte grados.
ID:4040
Grupo 5: Grupo 5: Forzamiento rápido de carbono — PETM
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¿Cómo responde el sistema a una inyección rápida y masiva de carbono?
Pregunta clave: ¿Cómo responde el sistema a una inyección rápida y masiva de carbono?
¿Cómo responde el sistema a una inyección rápida y masiva de carbono? El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, ocurrido hace cerca de cincuenta y seis millones de años, es el análogo paleoclimático más cercano al cambio climático antropogénico actual: una inyección masiva de carbono, de entre tres mil y diez mil gigatoneladas de carbono, ocurrida en menos de veinte mil años, produjo un calentamiento global de entre cinco y ocho grados, acidificó el océano y provocó la extinción de los foraminíferos bentónicos que vivían en el fondo del océano. El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno muestra que el sistema climático puede responder de forma no lineal a forzamientos de carbono que ocurren muy rápido, del mismo modo en que el cambio climático antropogénico actual también es, en esencia, un forzamiento de carbono que ocurre muy rápido en comparación con la escala de tiempo geológica. Esta dependencia de la sensibilidad climática de equilibrio respecto al estado climático de fondo conecta a los tres estados climáticos límite descritos al comienzo —el clima de invernadero, el clima glacial y la Tierra Bola de Nieve— con eventos de transición rápida como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno: para entender cuánto se calentará el sistema climático actual frente a una inyección de carbono determinada, no basta con conocer esa inyección de carbono, también hace falta saber en qué estado climático de fondo, entre estos distintos estados climáticos estables, se encuentra el sistema climático cuando la recibe.
ID:4041
Grupo 6: Grupo 6: Sensibilidad climática dependiente del estado
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¿Por qué una misma perturbación de carbono no implica una respuesta térmica independiente del estado de fondo?
Pregunta clave: ¿Por qué una misma perturbación de carbono no implica una respuesta térmica independiente del estado de fondo?
¿Por qué una misma perturbación de carbono no implica una respuesta térmica independiente del estado de fondo? El análisis de la sensibilidad climática de equilibrio en distintos estados climáticos —el clima de invernadero del Cretácico, el clima más cálido del Plioceno y el clima actual— revela que esa misma sensibilidad climática de equilibrio depende del estado climático de fondo del sistema climático, y no es un número fijo e independiente de en qué estado climático estable se encuentre el planeta. Esta dependencia de la sensibilidad climática de equilibrio respecto al estado climático de fondo conecta a los tres estados climáticos límite descritos al comienzo —el clima de invernadero, el clima glacial y la Tierra Bola de Nieve— con eventos de transición rápida como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno: para entender cuánto se calentará el sistema climático actual frente a una inyección de carbono determinada, no basta con conocer esa inyección de carbono, también hace falta saber en qué estado climático de fondo, entre estos distintos estados climáticos estables, se encuentra el sistema climático cuando la recibe. El primero es el clima de invernadero, como el que existió durante el Cretácico, hace cerca de noventa millones de años, con una concentración de dióxido de carbono de entre mil y dos mil partes por millón, sin hielo polar permanente y con temperaturas polares de entre diez y veinte grados.
ID:4042
Grupo 7: Grupo 7: Integración causal y respuesta climática
Descripción
¿Cómo se conectan estado de fondo, forzamiento y sensibilidad para determinar la respuesta climática?
Pregunta clave: ¿Cómo se conectan estado de fondo, forzamiento y sensibilidad para determinar la respuesta climática?
¿Cómo se conectan estado de fondo, forzamiento y sensibilidad para determinar la respuesta climática? El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno muestra que el sistema climático puede responder de forma no lineal a forzamientos de carbono que ocurren muy rápido, del mismo modo en que el cambio climático antropogénico actual también es, en esencia, un forzamiento de carbono que ocurre muy rápido en comparación con la escala de tiempo geológica. El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, ocurrido hace cerca de cincuenta y seis millones de años, es el análogo paleoclimático más cercano al cambio climático antropogénico actual: una inyección masiva de carbono, de entre tres mil y diez mil gigatoneladas de carbono, ocurrida en menos de veinte mil años, produjo un calentamiento global de entre cinco y ocho grados, acidificó el océano y provocó la extinción de los foraminíferos bentónicos que vivían en el fondo del océano. Esta dependencia de la sensibilidad climática de equilibrio respecto al estado climático de fondo conecta a los tres estados climáticos límite descritos al comienzo —el clima de invernadero, el clima glacial y la Tierra Bola de Nieve— con eventos de transición rápida como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno: para entender cuánto se calentará el sistema climático actual frente a una inyección de carbono determinada, no basta con conocer esa inyección de carbono, también hace falta saber en qué estado climático de fondo, entre estos distintos estados climáticos estables, se encuentra el sistema climático cuando la recibe.
ID:4043