Usted no se lo cree

Durante el último máximo glacial, hace unos 18.000 a 40.000 años, la corriente atlántica de fondo circulaba en sentido contrario a como lo hace ahora. A efectos de divulgación podemos referirnos a este inmenso movimiento oceánico como la corriente termohalina, uno de cuyos componentes es la corriente del Golfo, bien familiar para quienes hayan visto la película El Día de Mañana. Este es el descubrimiento atribuible a César Negre, del Institut de Ciència i Tecnologia Ambiental de la Universitat Autònoma de Barcelona, líder de un estudio firmado por 8 autores publicado en la edición de Nature de hoy, en el que participan también el departamento de física aplicada de la Universidad de Sevilla y las Universidades de Oxford y Cardiff (1). Recordemos que Nature es la publicación científica de mayor prestigio mundial, incluso por delante de Science. Las implicaciones de este trabajo son muy importantes.

Mecanismo básico actual de la corriente termohalina

El hallazgo supone un avance significativo en el conocimiento de la dinámica de esta corriente oceánica, considerada de gran relevancia en la dinámica del conjunto del sistema climático de la Tierra. La corriente termohalina constituye uno de los elementos del sistema climático definido como tipping element, es decir, aquél para el cual, a partir de cierto punto (tipping point, o punto de no retorno), una muy leve variación en su perturbación provoca un cambio de estado (2) en el elemento y en el sistema en su conjunto^[1]. De no ser por esta corriente, cuya superficie transporta calor procedente de los trópicos, la temperatura media de Europa y la costa este de América del Norte sería mucho más fría.

Los investigadores han llegado a sus conclusiones, que resultan consistentes con otros marcadores de orden biológico, mediante el análisis de la relación entre dos isótopos radiogénicos del uranio, el protactinio (²³¹Pa) y el torio (²³⁰Th), obtenidos del fondo del Océano Atlántico sur a 2.440 m de profundidad, y analizados en alta resolución (siglos). Así, se ha podido determinar que esta corriente de sentido inverso llegó a tener una intensidad alrededor de la mitad de la del presente, y que se detuvo para adquirir el sentido en el que ahora circula hace unos 9.760 años. Se ha visto además que la reorganización de las corrientes tras la desglaciación tuvo una duración mayor que la que hasta ahora se había estimado. Estos resultados experimentales confirman análisis teóricos recientes, en los que ya se apuntaba esta posibilidad (3).

La corriente termohalina en su trayectoria actual. Hace más de 9.700 años, poco después de la terminación de la última edad de hielo, el movimiento debía ser bien distinto. Sabemos ahora, gracias a este trabajo, que, en el fondo del Atlántico, el sentido era el inverso al aquí indicado (Ilustración: Business Week)

Las implicaciones del estudio son muy significativas, comenzando por la necesidad de recalibrar los modelos climáticos tipo CGCM (Coupled General Circulation Models), que reproducen una disminución de la intensidad de esta corriente o incluso su detención, lo que hasta ahora se tenía por cierto (4,5) pero que, según este trabajo, no es lo bastante preciso. No se consideraba que la corriente pudiera haberse invertido, por lo menos en algunas zonas. El resultado servirá también para un mejor conocimiento de la corriente termohalina y, en particular, para la mejor determinación de su tipping point (6).

Este descubrimiento no es una buena noticia. Parece confirmar algunas de las peores sospechas respecto a las herramientas de predicción climática más habituales, a saber, la incapacidad de muchos modelos actuales para representar situaciones de cambio climático súbito, abrupto. En realidad no es de extrañar, en la medida en que son intrínsecamente estables al ser una representación del sistema climático de abajo a arriba, considerando todas las interacciones posibles, incluso a nivel molecular – pero no son capaces de efectuar un análisis de estabilidad, sólo posible mediante el bagaje matemático de la dinámica de sistemas, que los estudia de arriba a abajo. Pero esta última técnica apenas es empleada por los climatólogos cuya formación de base es, mayoritariamente, en ciencias físicas, rama de la ciencia para cuyos profesionales la teoría de sistemas no resulta familiar (7).

Si los modelos en los que estamos basando las predicciones climáticas que informan la acción política no reproducen adecuadamente los cambios súbitos del pasado ¿cómo podemos saber que el futuro próximo no nos depara su llegada, aunque no la predigan explícitamente? Otra vías de análisis, ahora si basadas en la teoría de sistemas, si bien se encuentran todavía en un estadio más cualitativo y menos preciso (8), parecen indicar que el sistema climático ha entrado ya en zona de inestabilidad – lo que supondría un cambio abrupto que no podríamos ya hacer nada por detener.

Hasta ahora sólo nos quedaba la esperanza de esta física académica tradicional que va construyendo su conocimiento desde la base, ladrillo a ladrillo, corrigiendo situaciones como ésta cuando se producen, y que ya nos anunciaba futuros muy preocupantes a corto plazo – pero no tan súbitos. Pero si la posibilidad del cambio climático gradual se desvaneciera, el nuevo escenario, una vez asumido, nos enfrentaría a un salto cualitativo de gran magnitud en todos los órdenes no ya científicos, sino también políticos, económicos y sociales.

Confiemos en que este importante hallazgo catalano-andaluz-británico no sea el primer paso en esta dirección.

Notas

[1] La transición no es normalmente reversible pero, caso de serlo, este tipping point no tiene por qué tener el mismo valor en una u otra dirección, debido al fenómeno denominado de histéresis.

Referencias

1. César Negre et al (2010) – Reversed flow of Atlantic deep water during the Last Glacial Maximum – Nature 468:84–88 doi:10.1038/nature09508 – 04/11/2010 – Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals (ICTA), Universitat Autònoma de Barcelona –  8 author – Peer reviewed
   “Critical assessment of this interpretation has hitherto been hindered by the lack of continuous fine-scale ²³¹Pa/²³⁰Th records from the South Atlantic. Here we present such a record, measured at multi-centennial resolution in a sediment core recovered from the Cape basin (core MD02-2594; 34u 439 S, 17u 209 E). At a water depth of 2,440 m, the site is positioned in the present-day flow path of NADW, and its southerly position makes it particularly appropriate to reconstruct the strength of NADW relative to SCW.”
2. Timothy M. Lenton et al (2008) – Tipping elements in the Earth’s climate system – Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS 105:1786-1793 doi:10.1073/pnas.0705414105 – 39490 – School of Environmental Sciences, University of East Anglia, and Tyndall Centre for Climate Change Research – 7 authors– Peer reviewed
   “We critically evaluate potential policy-relevant tipping elements in the climate system under anthropogenic forcing, drawing on the pertinent literature and a recent international workshop to compile a short list, and we assess where their tipping points lie. An expert elicitation is used to help rank their sensitivity to global warming and the uncertainty about the underlying physical mechanisms. Then we explain how, in principle, early warning systems could be established to detect the proximity of some tipping points.”
3. Z. Liu et al (2009) – Transient Simulation of Last Deglaciation with a New Mechanism for Bølling-Allerød Warming – Science 325:310-314 doi:10.1126/science.1171041 – 17/07/2009 – 14 authors – Peer reviewed
   “In contrast to previous mechanisms that invoke AMOC multiple equilibrium and Southern Hemisphere climate forcing, we propose that the BA [Bølling-Allerød] transition is caused by the superposition of climatic responses to the transient CO2 forcing, the AMOC recovery from Heinrich Event 1, and an AMOC overshoot …  Is the current generation of CGCMs deficient in generating the abruptness of climate changes (44)? Is the AMOC hysteresis a fundamental feature of the real-world AMOC as suggested in intermediate models, or not essential as suggested in current CGCMs? Current observations are insufficient to address these questions unambiguously (SOM Text 5). We suggest that the critical observational evidence needed to clarify these fundamental issues is an accurate reconstruction of the rate of MWF before the BA.”
4. Ein-Fen Yu et al (1996) – Similar rates of modern and last-glacial ocean thermohaline circulation inferred from radiochemical data – Nature 379:689-694 doi:10.1038/379689a0 – 22/02/1996 – Department of Marine Chemistry and Geochemistry, Woods Hole Oceanographic Institution – 3 authors – Peer reviewed
   “Today, the ocean thermohaline circulation transports half of the ²³¹Pa produced by radioactive decay in the Atlantic Ocean water column to the Southern Ocean. This export respectively imparts low and high ²³¹Pa/²³⁰Th ratios to the surface sediments of these oceans. Ocean sediments from the Last Glacial Maximum bear a similar isotopic fingerprint, implying that advection of North Atlantic Deep/Intermediate Water into the Circumpolar Deep Water of the Southern Ocean occurred at a similar—or slightly higher—rate during the last glacial period.”
5. J. F. McManus et al (2004) – Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes  – Nature 418:834-837 doi:10.1038/nature02494 – 22/04/2004 – Department of Geology and Geophysics, Woods Hole Oceanographic Institution – 5 authors – Peer reviewed
   “Here we report measurements of ²³¹Pa/²³⁰Th, a kinematic proxy for the meridional overturning circulation, in a sediment core from the subtropical North Atlantic Ocean. We find that the meridional overturning was nearly, or completely, eliminated during the coldest deglacial interval in the North Atlantic region, beginning with the catastrophic iceberg discharge Heinrich event H1, 17,500 yr ago, and declined sharply but briefly into the Younger Dryas cold event, about 12,700 yr ago. Following these cold events, the ²³¹Pa/²³⁰Th record indicates that rapid accelerations of the meridional overturning circulation were concurrent with the two strongest regional warming events during deglaciation.”
6. Matthias Hofmann and Stefan Rahmstorf (2009) – On the stability of the Atlantic meridional overturning circulation – Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS 106:20584-20589 doi:10.1073/pnas.0909146106 – 08/12/2009 – Potsdam Institute for Climate Impact Research – Peer reviewed
   “We find that a characteristic freshwater hysteresis also exists in the predominantly wind-driven, low-diffusion limit of the AMOC. However, the shape of the hysteresis changes, indicating that a convective instability rather than the advective Stommel feedback plays a dominant role. We show that model errors in the mean climate can make the hysteresis disappear … we discuss evidence that current models systematically overestimate the stability of the AMOC”
7. John Bechhoefer – Feedback for physicists: A tutorial essay on control – Reviews of Modern Phisics – July 2007
   “Feedback and control theory are important ideas that should form part of the education of a physicist but rarely do. … [they] are such important concepts that it is odd that they usually find no formal place in the education of physicists … Introductory engineering textbooks … are long (800 pages is typical) … their examples are understandably geared more to the engineers than to the physicist.”
8. David Wasdell (2009) – Runaway Climate Change: Boundary Conditions & Implications for Policy – World Forum on Enterprise and the Environment – 07/07/2009 – Founder and Director of the Unit for Research into Changing Institutions. He directs the Apollo-Gaia Project, a world-wide action-research initiative focussed on the feedback dynamics of the global climate system and the effective human response. He also leads work on feedback dynamics of coupled complex systems for the Global System Dynamics and Policy Co-ordination Action of the European Commission – http://www.feasta.org/forum/files/interim_scientific_report_153.pdf
   “With four years analytic work behind us, the conceptual design of a system dynamics platform for future climate modelling is nearing completion. It will be open to close-coupling with similar initiatives in other complex global systems. A data base of leading practitioners has been assembled and is being continuously refined. Members of a Scoping Seminar on global climate dynamics will be drawn from this set during the second year of the Global System Dynamics and Policies Co-ordination Action Project of the European Commission. At the heart of the new approach lie the energy interchange equations relating to change in radiative forcing over time. There is now adequate observational data to correlate radiative forcing with recent change in average global temperature, the gradient of which provides a figure for global thermal inertia of the earth system (of c. 0.010ºC per annum per 1 watt per square metre). The integral of the radiative forcing trajectory, combined with the thermal inertia coefficient provides a projection of temperature change over time. A complex set of feedback links between temperature, time, and radiative forcing completes the core structure of the model. This elegant, energy-based approach, avoids inappropriate dependency on climate sensitivity ratios. The critical inputs depend on iterative approximations of the contribution of the various temperature-sensitive feedback mechanisms to the value of radiative forcing, taking account of the time-delay variables in each mechanism. Initial quantification of some of the critical parameters and ratios is complete.”

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