I. El colapso de la civilización

El Reloj del Apocalipsis es un instrumento simbólico que advierte a la sociedad lo cerca que está de destruir el planeta gracias al desarrollo de tecnologías peligrosas que ha desarrollado; una llamada de atención de los peligros a los que debe anteponerse, si vamos a sobrevivir en nuestro mundo. Usa la analogía de la especie humana estando siempre “a minutos de la medianoche”, donde ésta representa la “destrucción total y catastrófica de la Humanidad”. Originalmente, la analogía representaba la amenaza de guerra nuclear global, pero desde hace algún tiempo incluye cambios climáticos y todo nuevo desarrollo en las ciencias y nanotecnología que pudiera infligir algún daño irreparable. Cuando el Reloj fue creado, en 1947, el peligro mayor eran las armas nucleares, por esa razón la junta directiva del Boletín de Científicos Atómicos de la Universidad de Chicago inició el tic tac en ese año. La junta está formada por científicos y personas con amplio conocimiento de la tecnología nuclear y la ciencia climática, razón por la cual a partir del año 2007 el tema del cambio de la temperatura terrestre, entre otras calamidades, se incluyó en la evaluación del peligro para la humanidad. La decisión de mover el minutero, ya sea acercándolo a la fatal medianoche o alejándola de ella, se toma cada dos años, pero en los últimos años, desafortunadamente, el minutero cada vez se acerca más a la medianoche. La decisión tomada por la junta directiva se debió a que las tendencias en las dos áreas de mayor preocupación, armas nucleares y cambio climático, no muestran mejoras sustantivas en estos dos últimos años y más bien las han debilitado, sin un esfuerzo real de reemplazarlas con nuevos sistemas de manejo. Los líderes del mundo han socavado y minimizado el esfuerzo de las negociaciones y acuerdos que debían mejorar la situación, con el consecuente aumento en el riesgo de grandes desastres. La preocupación sobre la crisis climática en 2019 ha crecido sobre todo por las grandes protestas de los jóvenes en todo el mundo. Sin embargo, a pesar de la indignación pública, los gobiernos siguen lejos de alcanzar las metas de mejora a las que se comprometieron, eso sí, hay grandes discursos, pero pocos planes concretos para limitar las emisiones que dañan el clima del planeta. Y todo ello trae como consecuencia, como hemos visto recientemente, grandes incendios, temperaturas anuales muy calurosas, nunca vistas, y el rápido descongelamiento de los glaciares. De acuerdo con la junta directiva, este año han movido a 100 segundos antes de la media noche y las razones anunciadas son muchas y de ellas tomamos los siguientes párrafos:

Dada la falta de acción, y las acciones contraproducentes, la Junta se ha visto forzada a declarar un estado de emergencia que requiere de una atención inmediata en todo el mundo, por lo cual el Reloj marca ahora 100 segundos antes de la medianoche y su tic tac continúa. Los más o menos 60 países que se han comprometido sin muchas vaguedades a llegar a cero emisiones de dióxido de carbono sólo representan 11% de las emisiones totales. Las recientes reuniones propiciadas por las Naciones Unidas también han sido decepcionantes, puesto que los países involucrados no se comprometieron a disminuir aún más las emisiones y menos a proveer apoyo a los países más pobres para hacerlo, incrementando el impacto del daño climático. El Acuerdo de París firmado en 2015 acordó tratar de mantener el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de 2 °C con respecto a los niveles preindustriales, y proseguir los esfuerzos para limitar ese aumento de la temperatura a 1.5 °C, reconociendo que ello reduciría considerablemente los riesgos y los efectos del cambio climático. La exploración y explotación de combustibles fósiles (los principales aportadores de contaminación de dióxido de carbono a la atmósfera) continúan creciendo. Un reciente reporte de las Naciones Unidas concluye que globalmente los gobiernos y el sector privado apoyan la sobreproducción del petróleo, la cual casi duplica el nivel que se necesita para respetar los acuerdos de París. Para el año 2030 se planea producir alrededor de 50% más de lo necesario para que la temperatura terrestre no aumente más de 2 °C y respecto al aumento de 1.5 °C, la cantidad en exceso sería de 120%. El análisis anterior sugiere que el conjunto de países planea una producción de combustibles fósiles para el 2030 que generará 39 000 millones de toneladas de dióxido de carbono. Lo anterior representa 53% más de lo que debería emitirse para no sobrepasar los 2 °C y 120% más de lo necesario para no excederse en los 1.5 °C. Si hablamos de la hulla, la situación es aún más crítica, ya que para 2030 se estima que se producirá 150% más hulla de la que se esperaba generar para no sobrepasar los 2 °C y 280% más para el caso de no exceder el calentamiento global en 1.5 °C. Existe un antagonismo político activo hacia la ciencia, las autoridades desdeñan las opiniones de los expertos, creando dudas y hasta miedo sobre la bien establecida ciencia del cambio climático y otros retos urgentes de combatir. Se ha intentado emplear una propaganda en servicio de las agendas políticas, la cual se ha agudizado con el internet, que provee un amplio y poco oneroso acceso a las audiencias mundiales que facilitan la emisión de mensajes falsos y manipuladores a una gran población, lo que permite aumentar sus perjuicios sobre lo que descubre y alerta la ciencia, impidiendo a los ciudadanos separar la verdad de la ficción. Tómese en consideración que lo que hemos mencionado sobre el medio ambiente y lo nuclear es válido para las nuevas tecnologías, que incluyen el desarrollo de la ingeniería biológica, armas de alta velocidad (hipersónicas) y las espaciales. Un ejemplo adicional lo representa el desarrollo de la ingeniería genética y las tecnologías de biología sintética, para lo cual las compañías colectan vastas cantidades de datos relacionados con la salud, incluyendo los genómicos, ostensiblemente con el propósito de mejorar la salud. Esos mismos datos pueden emplearse en el desarrollo de armas biológicas altamente efectivas. La necesidad de acciones es urgente, ya que existen pasos prácticos y concretos que los líderes pueden tomar y los ciudadanos demandar que mejore el estado absolutamente inaceptable en que se encuentra el mundo. No hay razón alguna para que el Reloj se vuelva a atrasar, se ha hecho en el pasado cuando los líderes actuaron, algunas veces con gran presión, apoyados por científicos bien informados e involucrados en los problemas que aquejan a la sociedad. Nos cuenta Ángel Pérez, catedrático de la Universidad de Murcia, España, que los libros de Lewis Carroll están llenos de situaciones y enunciados sugerentes, con fuertes paralelismos con principios científicos. Un ejemplo de esto es el pasaje en el que Alicia corre sin parar jalada de la mano por la Reina Roja, quien gritaba “¡Más rápido, más rápido!”:

Cuando pararon un momento, Alicia, sorprendida, miró a su alrededor y dijo:

Leigh van Valen planteó la hipótesis de la Reina Roja como principio ecológico y evolutivo según el cual las especies tienen que “correr” o evolucionar para mantenerse en el mismo lugar o extinguirse. Las especies deben cambiar continuamente para compensar las pérdidas de eficiencia competitiva derivadas de la evolución de las otras especies y así tratar de evitar extinguirse. Cada mejora en un competidor por los recursos, en los mecanismos de ataque del depredador o en los de defensa de una presa tienen que ser compensados inmediatamente por el contrario. Eso quiere decir que si las especies están en constante lucha por su sobrevivencia en un medio ambiente cambiante contra un gran número de competidores, la extinción es una probabilidad que se puede dar. La emisión continua de gases de efecto invernadero puede causar un calentamiento aún mayor y cambios de larga duración en todos los componentes del sistema climático, incrementando impactos severos e irreversibles para las personas y los ecosistemas. El limitar dichos cambios requerirá de una reducción sustancial y sostenida de las emisiones.

Fourier y el calentamiento global

Jean-Baptiste Joseph Fourier nació en 1768 en Auxerre, un pueblo situado en las alturas mirando el río Yonne. Su padre era un sastre que procreó por lo menos 15 hijos; poco se sabe sobre su madre, excepto que murió a la edad de 49 años, cuando Jean tenía 9 años, y dos después murió su padre, por lo que los hijos fueron puestos al cuidado de un hospital para huérfanos. Tuvo la fortuna de ser rescatado por una mujer del pueblo que lo salvó de una vida casi de esclavitud y la señora recomendó el joven al obispo de Auxerre, quien a su vez lo enroló en la escuela local militar a cargo de los monjes benedictinos. Un intelectual por naturaleza, Jean tuvo una sólida formación gracias a la tutela de los monjes, y pronto empezó a componer versos de gran calidad para alguien tan joven, pero sobre todo se enamoró de las matemáticas, que se convirtieron en su pasión. En 1798, gracias a que su reputación como matemático se había elevado durante los tres años en París, ganó un puesto de profesor en la Escuela Politécnica, al tiempo en que recibió una carta del Ministerio del Interior. La República estaba necesitada de sus “talentos” para una misión no esclarecida fuera de Francia. Un mes después Fourier se embarcó por primera vez en su vida, uniéndose a la compañía de Napoleón junto con miles de hombres, todos ellos apretujados en 180 barcos sin conocer a dónde iban a parar. Fue en las soleadas tierras egipcias en donde el interés científico de Fourier por el calor se manifestó. Dado que había sido nombrado secretario del recién creado Instituto de Egipto, poco tiempo tuvo para proseguir sus investigaciones. A su regreso a Francia en 1801, Napoleón lo nombró prefecto del departamento de Isère en donde permaneció los siguientes 12 años. Durante esos años, Fourier reflexionaba sobre la complicada pregunta de cómo se propagaba el calor, o lo que los físicos denominan difusión. Trabajando con objetos de varias formas desarrolló su famosa ecuación de la difusión, que expresa el movimiento del calor dentro de un cuerpo. Sin importar la forma del objeto con el que trabajaba, fuese un cilindro, esfera, rectángulo o anillo, Fourier era capaz de dar cuenta matemáticamente del fenómeno. No satisfecho con lo obtenido, desarrolló una segunda ecuación que trataba acerca del movimiento del calor sobre la superficie de un objeto. A principios de 1820 Fourier empezó a reflexionar sobre el asunto de cómo la Tierra se mantiene lo suficientemente caliente para permitir el rango diverso de flora y fauna que habita su superficie. ¿Por qué el calor generado por los rayos del Sol no se pierde una vez que chocan en la tierra y océanos del mundo? Con papel y lápiz en mano elaboró una nueva hipótesis. Gran parte del calor de hecho se escapa hacia el vacío, pero no todo. El domo invisible que es la atmósfera absorbe el calor solar y lo irradia hacia la superficie terrestre. Comparaba esta envoltura térmica con un domo construido de vidrio, que en esencia estaba constituido por las nubes y los gases invisibles. Agrupando las ideas, el vapor de agua y otros gases simulaban la cámara que recibía y conservaba el calor sin el cual la vida seguramente perecería. Su trabajo fue publicado en 1824, sin embargo, debido a su naturaleza especulativa no fue considerado el mejor trabajo de Fourier y pronto fue olvidado. No fue sino hasta los inicios de la revolución industrial que el artículo de este genio volvió a ver la luz.

La era del Antropoceno

La dimensión de los procesos de transformación y su impacto sobre los naturales en el planeta han alcanzado tal punto que el ser humano se ha convertido en una fuerza dominante en la transformación de la Tierra. Se trata de un conjunto de alteraciones en la constitución y funcionamiento de los ecosistemas. Aunque no es el único aspecto, desde luego está estrechamente relacionado con cambios en el clima que han ocurrido con una magnitud sin precedente desde la última glaciación, que se refleja en el incremento de la temperatura promedio del planeta. En consecuencia, cabe pensar que los efectos de las actividades de los seres humanos han escalado niveles planetarios y que se han convertido en una fuerza geofísica global con 95% de certeza de que la actividad humana es la causa dominante del calentamiento. ¿Cómo podemos estar seguros de ser responsables del aumento del dióxido en la atmósfera? Existen muchas líneas de evidencia, una de ellas menciona que los combustibles fósiles al formarse no tenían carbono-14, dado que este isótopo se formó cuando los rayos cósmicos golpearon la atmósfera, pero tiene una vida media de aproximadamente 60 000 años. Por lo que el descenso medido del carbono-14 sólo puede explicarse por la combustión de productos fósiles. De acuerdo con la organización encargada de definir las escalas de tiempo de la Tierra, nos encontramos oficialmente en la era del Holoceno. El Holoceno es el último periodo de la era Cenozoica que abarca desde el final del Pleistoceno (hace aproximadamente 11 700 años) hasta la actualidad. Su nombre proviene de las palabras griegas holos (entero, completo) y kainos (nuevo). El Holoceno, la etapa histórica que coincide con el inicio de la agricultura y la expansión y evolución de las distintas civilizaciones humanas, es decir, grosso modo los últimos 12 000 años, ha llegado a su fin. El trecho interglaciar que define el Holoceno, inusualmente estable en términos de temperatura global, ha terminado, y habríamos entrado en “un intervalo estratigráfico sin precedentes parecidos en los últimos millones de años”. Estaríamos por tanto en una nueva era histórica marcada por la incidencia de la “especie humana” en el planeta Tierra. La noción de que la acción colectiva de los humanos altera la Tierra no es nueva, ideas entorno a la dominación o transformación de la naturaleza por los seres humanos fueron desarrolladas por pensadores como el francés René Descartes (1596-1650) y el inglés Francis Bacon (1561-1626). El término Antropoceno (del griego anthropos, “ser humano”) se emplea hoy en centenares de libros y artículos científicos, se cita miles de veces y se usa cada vez más en los medios de comunicación. Creado en un principio por el biólogo estadunidense Eugene F. Stoermer (1934-2012), este vocablo lo popularizó a principios del decenio de 2000 el holandés Paul Crutzen (1933), premio Nobel de Química, para designar la época en la que las actividades del hombre empezaron a provocar cambios biológicos y geofísicos a escala mundial. Ambos científicos sugerían que esas mutaciones habían alterado el relativo equilibrio en que se mantenía el sistema terrestre desde los comienzos de la época holocena. A diferencia de todas las demás especies sobre el planeta, el Homo sapiens no sólo ha sido capaz de adaptarse al entorno, sino que igualmente lo ha modificado para su propia conveniencia, lo cual es un privilegio de la especie dominante. Stoermer y Crutzen propusieron que el punto de arranque de la nueva época fuera el año 1784, cuando el perfeccionamiento de la máquina de vapor por el británico James Watt (1736-1819) abrió paso a la revolución industrial y la utilización de energías fósiles. Un dato para tomar en cuenta es el “Sistema Tierra”, una ciencia que abarca la química, la física, la biología y las matemáticas. Fue creada para tratar de comprender nuestro planeta como un sistema integrado mediante las interacciones físicas, químicas, biológicas y humanas que determinan los estados pasados, presente y futuros de la Tierra. Agrupando todos los datos, el sueco Johan Rockström (1965) y el estadunidense Will Steffen (1945), junto con sus colegas del Centro de Resiliencia de Estocolmo, confeccionaron una lista con nueve límites del planeta que sería sumamente peligroso traspasar, cosa que ya se ha producido en el caso de cuatro de ellos, a saber: el clima, la alteración de la cobertura vegetal, la erosión de la biodiversidad o la desaparición de especies animales y la alteración de los flujos biogeoquímicos, en los que los ciclos del fósforo y el nitrógeno desempeñan un papel esencial. Las otras cinco fronteras de la Tierra corresponden al consumo de recursos primarios, utilización de energía, crecimiento demográfico, actividad económica y deterioro de la biosfera. Según el citado informe, desde la segunda Guerra Mundial estos límites se han disparado de tal modo que algunos la han denominado “época de la gran aceleración”. Todas esas tendencias se han calificado de “insostenibles”. Por eso llamaron a esta época “la gran aceleración”. Decía Rockström que “el cambio climático es un hecho científico, como el agujero en la capa de ozono o la órbita de la Tierra alrededor del Sol”. Otros observadores hablan incluso de un periodo de “híperaceleración” a partir del decenio de 1970. Parece haber un consenso sobre el hecho de que varios parámetros del sistema terrestre han empezado a evolucionar fuera del espectro de variabilidad natural de la época holocena, y también se admite cada vez más el uso de la expresión época antropocena para especificar que esa evolución es de origen humano, marcada fundamentalmente por una modificación del entorno, con consecuencias positivas y negativas (ver la Figura 1).

Un número creciente de científicos proponen que el Antropoceno figure oficialmente en la lista de épocas geológicas al igual que el Holoceno o el Pleistoceno, propuesta presentada ante la Unión Internacional de Ciencias Geológicas (iugs, por sus siglas en inglés). No obstante, para que los especialistas en estratigrafía la refrenden es necesario que se compruebe la existencia de una ruptura universal entre las capas sedimentarias de dos épocas geológicas. El grupo propone que el cambio de periodo se fije en 1950, año de arranque de “la gran aceleración” y de la aparición de diversos compuestos químicos y partículas de plástico de origen antrópico en los sedimentos. De todos modos, aunque no se llegue a reconocer todavía que el Antropoceno es una época geológica, eso no invalida el uso que los científicos están haciendo de este concepto. En su corta existencia, el concepto de Antropoceno ha suscitado ya varias controversias e inclusive se ha puesto en tela de juicio el propio vocablo. Historiadores y antropólogos se han interrogado sobre la referencia al anthropos, esto es, al ser humano genérico. Y se preguntan si no son el hombre occidental y un determinado sistema económico los responsables de haber traspasado los límites biogeofísicos del planeta. Por eso se han propuesto otras denominaciones como “Occidentaloceno” o “Capitaloceno”. Existen también especialistas en historia global o medioambiental que consideran que no se ha producido una ruptura real y que “la gran divergencia”, esto es, el carácter excepcional del crecimiento occidental se debe situar en una perspectiva a largo plazo.

La aparición de las primeras ciudades

Un ecosistema es un ambiente físicamente definido, formado de dos componentes inseparables. El primero es el biotipo, que se refiere a un ambiente físico particular con características físicas específicas como pueden ser el clima, la temperatura, la humedad, la cantidad de nutrientes, etc. El segundo componente lo constituyen los organismos vivientes tales como animales y plantas o microorganismos, que están en constante interacción y en una situación de independencia. Esta definición es relativamente moderna y no ha sido siempre como hoy en día la conocemos. A pesar de que desde el siglo xviii se ha perseguido una definición que agrupe el conjunto de organismos y hábitats de la Tierra, fue hasta 1930 cuando se acuñó este término. En 1935 el botánico y ecólogo Arthur Tansley dio una definición más aproximada a la actual; aceptó que un ecosistema también albergaba en su definición las interacciones entre individuos de una comunidad y su medio. Si usted le pregunta a un historiador por qué las civilizaciones decaen, seguramente responderá que una de las causas más frecuentes es la incapacidad de las personas para alimentarse. Si se sitúan en un mapa las grandes ciudades antiguas, se puede observar que muchas de ellas se encontraban situadas en áreas intertropicales. La distribución geográfica parece que no es al azar, igualmente revela una hipótesis: la distribución geográfica de las ciudades que emergieron en el pasado jugó un papel muy importante en su abundante producción agrícola para satisfacer las necesidades de sus habitantes. La agricultura que se repite frecuentemente o que está muy localizada en un lugar ha sido la base de cada una de estas civilizaciones: el maíz para las civilizaciones precolombinas, el arroz en los pueblos asiáticos, trigo y cebada para las primeras ciudades del este y oeste. Este tipo de agricultura requiere una gran cantidad de agua, pero también de periodos secos, razón por la cual los climas tropicales y subtropicales ofrecen las mejores condiciones para su desarrollo, grandes lluvias en el verano y una temporada seca en el invierno. La máxima precipitación corresponde al pasaje de la Zona de Convergencia Intertropical (zci), como se observa en la Figura 2, la cual es una banda climática estrecha que se extiende de este a oeste y migra en latitud durante el año, migración que ocurre entre los trópicos. El físico Vincent Boqueho, de la Universidad Paul Sabatier, en Francia, nos dice que las bajas temperaturas limitan el desarrollo de varios tipos de enfermedades de origen microbiano que transmiten los parásitos y, por el contrario, las altas temperaturas favorecen su desarrollo.

El clima más caluroso del siglo xxi crea un estrés mayor en los ecosistemas que además sufren de sobrepesca, insecticidas, agricultura intensiva, contaminación industrial y crecimiento de la población humana. Inevitablemente, las especies decaerán o desaparecerán, la biodiversidad continuará en caída libre y las interacciones delicadas que mantienen a los ecosistemas funcionando se romperán. La agricultura, por tanto, es una víctima y una causa del cambio climático. Veamos brevemente la historia de la civilización maya a manera de ejemplo de lo que hemos expuesto. La civilización maya se dividió en dos grandes porciones debido a que fueron estableciéndose según encontraban lugares adecuados para la agricultura. La primera parte de la población se fue ubicando en la Región Huasteca. El resto avanzó más y se ubicó en una zona que abarcaba en su totalidad los estados mexicanos de Tabasco, Campeche, Yucatán y Quintana Roo, así como parcialmente el estado de Chiapas. Asimismo, también ocupaba parcialmente los países de Guatemala, Honduras, Belice y El Salvador. Los historiadores identifican tres fases de su evolución: un periodo preclásico que se extiende desde el 2000 a. C. hasta el 250 d. C., un periodo clásico, en el cual la civilización alcanza su mayor esplendor entre el 250 y el 900 d. C.; y finalmente el periodo posclásico en el cual las grandes ciudades declinaron y fueron abandonadas, reagrupándose en pequeñas comunidades diseminadas por la zona. Durante el preclásico, los mayas se asentaron en pequeños villorrios y comenzaron a modificar el medio ambiente, limpiando la selva para poder sembrar maíz, que con el aumento de la densidad urbana se incrementó, con lo cual se aceleró la deforestación en el periodo clásico. Para los mayas la agricultura era exitosa cuando regresaba cada año el periodo de lluvias que, con la presencia de suficiente tierra, garantizaba una reserva de agua indispensable para la máxima explotación de la tierra cultivable. Existen evidencias de varios periodos de sequías que duraron desde varios años hasta décadas entre el 800 y el 900 d. C. Estos eventos climáticos se explican por una migración hacia el sur de la zci, que impidió el retorno de las lluvias veraneras al norte y a las zonas de irrigación de las tierras que cultivaban los mayas. Sin embargo, los mayas no fueron los únicos que sufrieron la desaparición de su civilización. La gran civilización del valle del Indo, localizada en lo que hoy es India y Paquistán, empezó a declinar alrededor del 1800 a. C. Las prácticas religiosas datan aproximadamente del 5500 a. C. y el esplendor de esta civilización se centra entre el 2500 y 2000 a. C., que tenía condiciones sociales comparables a los sumerios y a los egipcios. Los estudiosos ofrecen dos teorías que explican la desaparición, una de ellas debido a la invasión de una tribu indoeuropea (los arios), entre 1800 y 1500 a. C. La otra teoría sugiere que la desaparición fue el resultado de un cambio climático. Algunos expertos creen que se debió a la pérdida de agua del río Zarasai, mientras otros concluyen que fue una enorme inundación la que destruyó el área. Si volvemos al presente, se espera que la población mundial aumente en 2 000 millones de personas en los próximos 30 años, pasando de los 7 700 millones actuales a los 9 700 millones en 2050, pudiendo llegar a un pico de cerca de 11 000 millones para 2100 (ver la Figura 3), lo que provocará que los sistemas que soportan la vida se degraden desproporcionadamente porque casi en todos lados la gente se enfrenta a sistemas que no tienen una respuesta lineal, ya que el daño ambiental se incrementa a una tasa que se hace mayor con cada persona que se adiciona.

Los ciclos del carbono

El carbono es omnipresente en el planeta, ya que constituye la materia fundamental de la vida a cualquier escala que se mire. Además, es polimorfo, como se constata analizando la estructura del grafito, los diamantes, diversos plásticos y combustibles, entre otros. También forma enlaces de formas esféricas y circulares, uniéndose con él mismo cuando la acción lo requiere. Sin él, no hay vida y tampoco energía disponible, puesto que cada uno de sus enlaces guarda la energía del Sol. Cada ser viviente, desde los microbios hasta las ballenas, algas y árboles, están compuestos de moléculas de carbono unidas entre sí y con otros elementos, formando los componentes fundamentales de la mayoría de las sustancias que se encuentran en los seres vivos. Por tanto, sin carbono no existiríamos, y la reacción química más importante que fundamenta las bases de la vida misma requiere sólo de tres elementos: carbono, en forma de CO₂, hidrógeno y oxígeno.

La ecuación presentada en la Figura 4 simplemente indica que seis moléculas de dióxido de carbono más 12 moléculas de agua en presencia de una fuente de energía como la luz solar (que a fin de cuentas es de donde tarde o temprano toda la energía proviene) se transforman en una molécula de glucosa, seis de oxígeno e igual cantidad de agua. Lo que escapa de este proceso es el oxígeno y el agua. ¿Dónde se va la energía?, pues bien, a la molécula de glucosa. Éste es el proceso que siguen las plantas de las cuales nos alimentamos, por lo cual lo convierte en el proceso químico más importante del planeta, tanto por ser la fuente primaria de energía para todos los organismos como por el hecho de haber dado origen al petróleo, carbón y gas natural. Recuérdese que los alimentos contienen, en mayor o menor cantidad, proteínas, grasas, vitaminas, minerales y carbohidratos que son los compuestos que con mayor facilidad se convierten en glucosa dentro del cuerpo. La glucosa es una de las formas más simples de carbohidratos, también se le conoce como un azúcar simple, que no es igual al que se agrega a los alimentos. La vida continúa gracias a que las moléculas de carbono son constantemente empleadas y reutilizadas en dos ciclos biogeoquímicos separados, aunque relacionados entre sí: uno rápido, controlado por procesos biológicos, y el otro lento, determinado por las fuerzas tectónicas que dan forma a todo el planeta. De manera similar, así como los carbohidratos aportan energía a los seres vivos a partir de su oxidación controlada, los procesos de combustión aportan energía a través de la oxidación, produciéndose en ambos casos principalmente CO₂. Las moléculas son recicladas una y otra vez en diferentes partes del planeta, por ello este tipo de ciclos se conocen como biogeoquímicos en los cuales todas las moléculas que forman parte de los seres vivos son una parte del ciclo. Por otra parte, el carbono es el elemento dominante como energético formando la base de la hulla, el petróleo y el gas natural, todos ellos hidrocarburos que derivaron de las plantas que removieron el dióxido de carbono de la atmósfera cientos de millones de años atrás (ver la Figura 5). El desequilibrio de CO₂ en el planeta es un asunto de escala temporal, en el que cuenta cómo se libera al aire el almacenado en organismos y minerales, y cómo se integra nuevamente mediante su disolución, principalmente en el océano. Hoy día se sabe que el uso de la tierra en actividades agrícolas, en los bosques y en la urbanización de los terrenos ha traído como consecuencia la liberación exagerada de CO₂ proveniente de suelo y plantas. La comprensión de lo que representa el ciclo de carbono es a la vez un reto intelectual y una urgencia para la sociedad, ya que los impactos de las actividades humanas que causan cambios al ciclo serán padecidos durante miles de años. Las observaciones directas y procesos que conduzcan al entendimiento del ciclo y de cómo es modificado, son necesarias para determinar las acciones que debemos tomar para responder a dichos cambios, así como las mejores estrategias para adaptar planes de mitigación y de adaptación relacionadas con la emisión del CO₂.

Se considera que las predicciones que realizan los investigadores para proyectar las concentraciones futuras de dióxido de carbono difieren mucho debido a las incertidumbres de lo que sucede en la atmósfera superficial y de los fenómenos de transporte en las interfaces aire-tierra-océano. ¿Cómo se pueden percibir esos cambios? ¿Qué les sucederá a las plantas una vez que se incremente la temperatura? ¿Serán menos productivas o bien removerán más carbono de la atmósfera del que liberan? ¿Cuánto carbono extra se incorporará a la atmósfera con la fusión de la capa de hielo permanentemente congelado en los niveles superficiales del suelo de las regiones muy frías como es la tundra? ¿La circulación de las corrientes en los océanos al aumentar la temperatura cambiará la velocidad a la cual absorben el carbono? Como se observa existe mucha incertidumbre y no sabemos tampoco si la vida en los océanos será menos productiva y cuáles efectos se producirán por la acidificación de los mares.

El ciclo lento de carbono

Al ciclo lento le toma de cientos a miles de millones de años mover el carbono entre la corteza terrestre, la atmósfera y los océanos. La litosfera está conformada por una corteza que puede alcanzar desde un metro hasta 100 kilómetros de profundidad. En esta capa los elementos que la conforman son básicamente piedra o rocas basálticas de gran espesor y muy rígidas. Las placas realizan movimientos laterales entre sí, colisionando y produciendo rugosidades en la corteza, dando origen a las cadenas de montañas. En las placas oceánicas ocurre lo mismo, pues la placa que está sumergida en el manto se disuelve, produciendo erupciones volcánicas. En el ciclo lento el dióxido de carbono se incorpora a la atmósfera por las erupciones volcánicas cuya cantidad anual no es muy grande, pero ha emergido de las profundidades del planeta por miles de millones de años, con lo cual la suma total es inmensa. Afortunadamente para la vida en el planeta existe el proceso natural de desgaste que remueve el dióxido de carbono más o menos con la misma rapidez que los volcanes lo producen. El desgaste es la descomposición de rocas, suelos y minerales a través del contacto con la atmósfera, la biota y las aguas de la Tierra. No debe confundirse con la erosión, que implica la alteración que se produce en la superficie de un cuerpo por la acción de agentes externos.

El ciclo rápido de carbono

Este ciclo describe el movimiento del carbono a través de las formas vivientes del planeta que se ubican en la biósfera. Al ciclo rápido le toma desde segundos hasta siglos reciclar el carbono a través de los seres vivos, el suelo, los océanos y la atmósfera. El ciclo opera diariamente conforme los seres respiran y digieren los alimentos, con lo cual influencian cambios en donde se acumula el carbono. Los procesos claves del ciclo rápido son los siguientes:

• Fotosíntesis: consiste en la absorción del dióxido de carbono de la atmósfera por las plantas terrestres y marinas para producir estructuras orgánicas.
• Respiración: es la liberación del dióxido de carbono a la atmósfera, suelos y océanos por la exhalación del gas, llevado a cabo por los animales.
• Digestión: se refiere a la eliminación de compuestos de carbono por los animales terrestres y marinos una vez que se han alimentado de materiales ricos en carbono.
• Descomposición: es la desintegración de las estructuras de las plantas y animales por bacterias y la liberación de compuestos de carbono a la atmósfera, suelo y océanos. Cuando hay presencia de oxígeno en el proceso se libera dióxido de carbono, si está ausente, entonces se emite metano.
• Combustión: los incendios, alimentados por la vegetación, generan compuestos de carbono que son emitidos a la atmósfera.

Distribución del CO₂ en la atmósfera

La estrecha conexión entre el clima y el carbono ha orillado a darle seguimiento en la atmósfera mediante mediciones satelitales. La utilización de satélites ubicados en la tropósfera media para observar la Tierra es uno de los puntos clave de la lucha contra el cambio climático, ya que permite obtener información real para comprender mejor el funcionamiento de la atmósfera y su relación con otros elementos del medio natural como pueden ser los océanos y la vegetación. El satélite tiene el objetivo de medir el dióxido de carbono proporcionando las imágenes más detalladas de las fuentes naturales y humanas del mismo. La expectativa es determinar la ubicación e identificar los sumideros naturales, para lo que se ha dotado al satélite de equipos que permiten detectar los procesos naturales del océano y de la tierra por los que el gas sale de la atmósfera y queda almacenado. Empleando esos datos, los investigadores integran un mapa de las concentraciones del CO₂ presentes en el planeta y observan cómo el gas se absorbe y emite y cómo se dispersa en la atmósfera. Los resultados obtenidos han refutado una creencia muy antigua de que el dióxido estaba homogéneamente distribuido y se dispersaba rápidamente en la atmósfera una vez que se elevaba desde la tierra a nivel de la tropósfera, incluso requiere de dos a tres años para homogenizarse. Qué tan bien y qué tan rápido se mezcla es importante para entender cuánto tiempo permanece en la atmósfera y cómo afecta al clima antes de que los sistemas naturales, como el océano, lo absorban. Los análisis confirman que el dióxido no está bien mezclado. Por extensión, ese conocimiento es crucial para determinar qué debemos hacer para minimizar sus emisiones o emplear tecnologías que lo capturen y secuestren antes de que escape a la atmósfera. Las mediciones han aportado un dato muy importante: el hemisferio sur contiene mayores concentraciones de dióxido de carbono. La mayor parte de las emisiones generadas por el hombre proceden del hemisferio norte, donde están localizados los principales contaminadores del planeta como son los Estados Unidos, China y la India. De hecho, el hemisferio norte produce de tres a cuatro veces más dióxido de carbono del que se genera en el sur.

La combustión completa vs. la incompleta

Todos los procesos químicos están acompañados por cambios en la energía. Cuando una reacción se lleva a cabo libera o absorbe energía, estos dos tipos de reacciones se denominan exotérmicas y endotérmicas, respectivamente. Un ejemplo simple de una reacción exotérmica es la combustión de la madera (ver la Figura 6). Para que la reacción se lleve a cabo debe aportarse energía, por ejemplo, al encender un cerillo, con lo cual el material reacciona con el oxígeno del aire y produce calor, humo, cenizas, CO₂, agua y otros gases. Cuando un combustible completa totalmente la combustión libera la máxima cantidad de energía que contiene. Un ejemplo de combustión completa se lleva a cabo al consumirse una vela, la cual vaporiza la cera (un hidrocarburo) que a su vez reacciona con el oxígeno del aire para producir dióxido de carbono y agua. La fotosíntesis, por su parte, es un ejemplo de una reacción endotérmica, ya que en este proceso las plantas absorben la energía proveniente del Sol y convierten el dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno. En general, las combustiones incompletas se llevan a cabo cuando no hay suficiente aporte de oxígeno o bien la disponibilidad del oxígeno no es homogénea en torno al combustible. En este caso, adicional al bióxido de carbono y agua, se forman productos como el monóxido de carbono (CO) y compuestos base carbón no quemado o parcialmente quemado. El CO es un compuesto industrial muy importante empleado como un agente reductor efectivo. Por ejemplo, cuando el CO se hace pasar sobre óxidos de hierro calientes éstos se reducen a hierro metálico, mientras que el CO se convierte en CO₂.

¿Qué evidencias existen del calentamiento?

Los 20 años más calurosos que se han medido ocurrieron todos en los últimos 22 años. El promedio del nivel del mar se ha incrementado en 3.6 milímetros por año entre 2005 y 2015. La mayoría de estos incrementos se debe a que el agua caliente incrementa el volumen, aunque ahora el deshielo de los glaciares parece ser la principal razón para la elevación del nivel del mar. El efecto del calentamiento también se nota en la floración prematura de las plantas y los cambios de territorio de los animales. Los datos cien­tíficos sugieren que, de continuar el curso actual de explotación de los recursos, la civilización humana puede empezar, o ya empezó, a experimentar un colapso que se avecina en las siguientes décadas. Antes de adentrarnos en el tema del posible colapso de la civilización es pertinente definir algunos conceptos que se manejan cotidianamente:

1. Cambio climático: la Convención del Cambio Climático de las Naciones Unidas lo define como “un cambio en el clima que se atribuye directa o indirectamente a las actividades humanas y que altera la composición global de la atmósfera y que es adicional a la variabilidad natural del clima observada al compararse en periodos de tiempo parecidos”.
2. Peligro: se refiere a la aparición potencial de eventos físicos naturales o inducidos por el hombre o impactos físicos que causan la pérdida de la vida, lesiones u otros impactos en la salud, así como daños y pérdida de las propiedades, infraestructura, ecosistemas, recursos ambientales.
3. Vulnerabilidad: la propensión o predisposición de ser afectado negativamente. La vulnerabilidad incluye una variedad de conceptos y elementos entre los que están la sensibilidad o susceptibilidad al daño, la falta de capacidad de superarlo o de adaptarse a él.
4. Colapso: se puede definir como una rápida y prolongada pérdida de la población, identidad y compleja situación socioeconómica. Los servicios públicos se derrumban, seguido de un desorden conforme el gobierno pierde el control y sobre el control de la violencia. Virtualmente, todas las civilizaciones han seguido este destino. En algunos casos se recuperan o transforman como, por ejemplo, los chinos o los egipcios, pero en otros casos el colapso es permanente. Hoy en día y por primera vez, la civilización en su totalidad, con una sociedad altamente tecnológica, que se encuentra cada vez más interconectada, es amenazada por un colapso debido a una serie de circunstancias de tipo ambiental. De los problemas más serios, que muestran una escalada rápida en su severidad, el cambio climático es sin duda uno de los más preocupantes. Pero existen otros elementos que pueden potencialmente contribuir al colapso: la extinción acelerada de especies animales y de plantas, que conducen a la pérdida de los servicios que proveen los ecosistemas, esenciales para la sobrevivencia humana, la degradación de la tierra y los cambios en el uso del suelo, la acidificación de los océanos, la presencia de compuestos tóxicos en diferentes ecosistemas; todo ello empeora algunos aspectos del medio ambiente en lo referente a la aparición de enfermedades infecciosas, sin olvidar la sobreexplotación de los mantos acuíferos. Los problemas mencionados no están separados, más bien interaccionan en dos gigantescos sistemas, el de la biósfera y el del sistema socioeconómico humano, y determinar cómo prevenir que generen un colapso global es tal vez el reto más importante al que se enfrenta la humanidad. Según Martin Palmer, un teólogo inglés en la historia se han sucedido —en el norte de Europa— cuatro grandes colapsos.
   1. El primero alrededor del 3000 a. C., causado parcialmente por el cambio climático que provocó un gran aumento de temperatura al tiempo que se deforestaron las tierras de las planicies altas. Es decir que en el 3000 a. C. se había cambiado completamente el bosque y la naturaleza maderera que caracterizaba a Inglaterra, con lo cual un tercio de la población murió de hambre por el colapso de la agricultura.
   2. El segundo gran colapso sucedió inicialmente por un desastre natural que fue la erupción del volcán Hekla en Islandia, alrededor de 1160 a. C., el cual arrojó dos kilómetros cúbicos de roca volcánica a la atmósfera que bloqueó la entrada de los rayos solares, desencadenando un periodo de congelación en el norte de Europa que duró muy probablemente una década, y simplemente toda la vegetación murió y con ella animales y humanos.
   3. El tercer colapso fue la caída del Imperio romano porque no pudo alimentar más a sus tropas y por tanto no puedo proteger sus ciudades debido a una mala política agrícola, industrialización, destrucción de los bosques y erosión de los suelos.
   4. El cuarto colapso fue desencadenado por la Peste Negra a mediados del siglo xiv, y acabó con la vida de probablemente un tercio a la mitad de la población mundial.

Hoy en día no todo mundo entiende que el progreso se ha desarrollado a expensas de comprometer el futuro, cree que el colapso será abrupto y amargo, pero otros afirman que los colapsos abruptos son un fenómeno históricamente raro. Cuando se comparan los colapsos de las civilizaciones pasadas con lo que nos puede suceder hoy en día, se anota que la civilización industrial de hoy en día difiere mucho de las pasadas y hay cuatro ejemplos de dichas diferencias. Primera: la civilización actual depende de una fuente de energía excepcionalmente rica, no renovable e irremplazable: los combustibles fósiles. Las grandes metrópolis, la producción globalizada, la agricultura industrial y una población mundial de 8 000 millones la hace excepcional, pero no sustentable sin los combustibles fósiles. No existe un reemplazo realista de la energía que proveen los fósiles. Segunda: la enorme cantidad de energía que suplen los combustibles fósiles ha generado un crecimiento de los países enorme y con grandes ganancias en los últimos dos siglos. Pero en las décadas siguientes esa energía abundante que permite un crecimiento constante desaparecerá. Tercera: tener un sistema que deliberadamente promueve la aceleración del consumo por el bien del supuesto “crecimiento económico” es un verdadero genocidio. Las civilizaciones preindustriales empobrecieron los suelos, derribaron los bosques y contaminaron los ríos. Pero el daño causado fue temporal y geográficamente limitado. Una vez que los incentivos del mercado fueron impulsados por los combustibles fósiles para explotar la naturaleza, los resultados han sido terribles y abarcan todo el planeta. Cuarta: los humanos somos la especie más invasiva que se conoce. Aunque representamos 0.01% de la biomasa del planeta, 96% de los mamíferos son ganado y sólo 4% son mamíferos no domesticados. La capacidad colectiva de la civilización de enfrentar sus crisis crecientes se enfrenta a un sistema político antagónico y fragmentado entre las naciones en donde se desea más el poder económico que la gente y el planeta.

Sensibilidad y cambio climático

Los humanos emiten dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera que generan el calentamiento extra que da origen a un clima más caluroso. Pero ¿cuánto aumenta el calor? Sabemos por los estudios geológicos que existe una estrecha relación entre el aumento de dióxido y el de la temperatura del planeta. Conforme la comprensión del efecto invernadero y la influencia en el clima ha crecido, se ha convertido en un imperativo científico conocer la relación existente entre los gases de efecto invernadero y el calentamiento. ¿Cuánto más calienta la atmósfera una unidad de CO₂? La relación entre el dióxido de carbono y el calentamiento se conoce como la “sensibilidad” del clima al CO₂. Determinar la sensibilidad climática nos ayuda a entender los riesgos futuros y a planear para adaptarnos a dichos cambios. El sistema climático se vuelve sumamente complicado conforme los humanos lo afectan. Para entender los procesos básicos es necesario simplificar el sistema y considerar dos diferentes medidas de sensibilidad. Estas medidas se llaman “respuesta climática transitoria” y “sensibilidad climática de equilibrio”. La primera es una medida de cuánto se calienta el clima cuando es producto de la actividad humana. La segunda medida muestra cuál será el resultado final al pasar cientos de años. En general, la respuesta climática transitoria se define por cuánto la temperatura promedio global se elevará si se aumenta el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera 1% cada año, el valor final se mide tomando como base el nivel preindustrial de 280 ppm y finaliza cuando éste se duplique. Debe tomarse en consideración que, al doblar la sensibilidad, no es en sí una proyección absoluta, los científicos no están diciendo que el aumento se dará de esa manera; más bien es una técnica simplificada por los científicos para entender cómo la temperatura pudiese responder a un aumento en los niveles de CO₂. El símil a esta medida es, por ejemplo, cuando sabemos cómo reacciona una persona a una dosis de medicamento podemos inferir qué puede pasar si le damos una dosis mayor. La “respuesta climática transitoria” sólo nos indica parte de la película, la cantidad de calentamiento esencialmente al instante en que la concentración de CO₂ se ha duplicado. Sin embargo, diferentes partes del sistema climático se calientan a diferentes velocidades, por ejemplo, la atmósfera se calienta más rápidamente que los océanos. Note que los océanos cubren casi cuatro kilómetros de profundidad y más de tres cuartas partes de la superficie terrestre, por tanto, tomará largo tiempo en calentarse. Tómese en consideración que los océanos no están en equilibrio con la atmósfera y los modelos nos informan que las partes más profundas de los océanos incrementarán su temperatura por miles de años. Regresando a nuestra analogía médica, la respuesta a cuando se alcanza el equilibrio es equivalente a como se siente uno después de terminar completamente. En el sistema climático esto puede tomar cientos, si no miles de años. La mejor guía para proyectar el calentamiento futuro es empleando la generación actual de modelos climáticos. Estos modelos indican que el calentamiento depende fuertemente de los niveles futuros de emisiones. Para un escenario de altas emisiones, el dióxido de carbono se incrementará más de 900 ppm para el año 2100, y los modelos proyectan para el final del siglo aumentos de temperatura entre 3.2 °C y 5.4 °C. Para un escenario de bajas emisiones en los que los niveles de dióxido de carbono ronden por las 420 ppm en la atmósfera, los modelos proyectan un calentamiento entre 0.9 °C y 2.3 °C para el 2100.

Efecto invernadero y su relación con el CO₂

Existe una clara evidencia de que los cambios climáticos son causados por el incremento en la atmósfera de las concentraciones de gases de efecto invernadero, particularmente el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso aunados a los gases-F (ver la Figura 7). Si se comparan con el dióxido de carbono, la emisión a la atmósfera del metano y del óxido nitroso es notablemente menor, a pesar de ello tienen mayor impacto en términos de calentamiento global. Los gases fluorados (F-gases) son una familia de compuestos sintéticos que se emplean en diversas aplicaciones industriales. Se han empleado para sustituir compuestos que degradan la capa de ozono, pues no reaccionan con él, pero son poderosos gases de efecto invernadero, 23 000 veces mayor que el del dióxido de carbono. Ahora bien, el gas de efecto invernadero más importante es el vapor de agua que representa 95% del total presente en la atmósfera y probablemente contribuye con 60% del calentamiento. El vapor de agua no controla la temperatura terrestre, más bien él es controlado por la temperatura. Esto se debe a que la temperatura de la atmósfera limita la cantidad de vapor que puede contener. Si hay una emisión extra de CO₂ proveniente de la quema de los combustibles, esto incrementará la temperatura y agua adicional se evaporará de la tierra y los océanos, con lo cual la temperatura aumentará aún más ¿Cuánto amplifica el vapor de agua el calentamiento producido por el dióxido de carbono? Los estudios han mostrado que se puede amplificar el efecto del calentamiento al doble, de hecho, un cambio de 1 °C generado por el CO₂ genera un aumento de otro grado centígrado. Si bien el vapor de agua es el gas de mayor efecto invernadero, su permanencia en la atmósfera es corta, mientras que el CO₂ es removido del aire por los procesos geológicos naturales, con lo cual permanece en la atmósfera por años y hasta siglos.

Las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera mayoritariamente son producidas por los combustibles empleados en los sectores de abastecimiento de energía (ver la Figura 8).

Veamos entonces algunas características de la contribución a la emisión de gases de efecto invernadero para los principales sectores de la producción.

Contribución del transporte

El sector transporte es uno de los principales generadores de dióxido de carbono y las previsiones apuntan a que en breve será el sector que más contribuya al cambio climático. Como cabría esperarse, la intensidad del transporte de personas y mercancías es muy diferente según en qué parte del mundo nos fijemos. Así, sólo hay que recordar que en la Tierra hay unos 900 millones de automóviles y la mayor responsabilidad en las emisiones corresponde a los países desarrollados. En cuanto a los usuarios, en la medida que se dispone de más ingresos, se dedica un mayor presupuesto a viajes en medios más rápidos (y normalmente más emisores), y la distancia media de viaje aumenta progresivamente. Cerca de 90% del combustible empleado en la transportación está basado en el petróleo de donde provienen la gasolina y el diésel. La combustión de un litro de gasolina genera aproximadamente 2.3 kg de CO₂ y un vehículo promedio emite 404 gramos del CO₂ por km recorrido. En el ciclo de un automóvil de combustión interna la máquina convierte en trabajo efectivo de 15 a 30% de la energía contenida en el combustible (ver la Figura 9). El resto se pierde como calor y fricción, por lo que existe un interés de la industria automotriz en recuperar la energía perdida y emplearse en otras aplicaciones.

• Incrementar la eficiencia del sistema de transporte haciendo uso de tecnologías digitales, disminuir costos del transporte público y alentar el cambio a modos de transporte de bajas emisiones.
• Acelerar la disponibilidad de alternativas energéticas de bajas emisiones para el transporte, tales como biocombustibles avanzados, electricidad, empleo de hidrógeno y de combustibles sintéticos y promover la electrificación del transporte.
• Dirigir la investigación y desarrollo para producir vehículos de cero emisiones.

Contribución por la producción de electricidad

Los generadores eléctricos que operan hoy en día convirtiendo la energía cinética (mecánica) en eléctrica producen casi toda la electricidad que emplea un consumidor. Encender una lámpara, conectar el cargador del teléfono móvil e incluso abrir la llave del agua caliente son actos que realizamos de manera tan frecuente que apenas recapacitamos en ellos ni en el consumo eléctrico que implican y mucho menos en su repercusión medioambiental. Dependiendo del tipo de energía primaria utilizada para producir energía eléctrica, podemos clasificar las centrales generadoras de electricidad en:

• Termoeléctricas: utilizan el calor que se desprende de la quema de combustibles fósiles, por ejemplo, petróleo, carbón y gas natural.
• Hidroeléctricas: para generar la electricidad emplean la energía potencial del agua almacenada en los embalses.
• Eólicas: la energía eólica aprovecha el viento para obtener energía mecánica mediante el movimiento de las aspas de los molinos eólicos.
• Fotovoltaicas: utiliza la radiación solar captada a través de placas solares.
• Mareomotriz: la electricidad se genera aprovechando el movimiento de las mareas.

Aproximadamente 63% de la electricidad generada en los países desarrollados proviene de la quema de combustibles fósiles, principalmente carbón, coque y gas natural, pero que trabajan con eficiencias entre 30 y 50%. El carbón es el centro del debate dentro de las políticas energéticas en los países.

Contribución de la industria

Por regla general, hasta ahora, la política seguida contra la contaminación industrial ha sido la de los métodos correctivos con la aplicación de tecnologías como el filtrado de humos y gases, la depuración de vertidos o el confinamiento en depósitos de seguridad de los residuos tóxicos. Este tipo de métodos no eliminan la contaminación, la trasladan de un medio a otro: los lodos y residuos de la depuración o filtrados han de depositarse en algún lugar. La industria en total genera el consumo de 25% de la energía disponible y produce 20% de las emisiones globales de dióxido de carbono. Los sectores industriales importantes en la contribución de CO₂ son el de fabricación de cemento, acero y la industria química. Si la industria del cemento fuera un país, sería el tercer emisor más grande del mundo. Esta industria emite a la atmósfera más CO₂ que el combustible de aviación (2.5%) y no está muy lejos de la que emite la industria agrícola (12%). Las construcciones urbanas utilizan el cemento a gran escala, por lo que su producción contribuye en un 8% de las emisiones mundiales de CO₂ debido a las grandes cantidades de combustibles fósiles que se emplean durante los procesos de manufactura.

Contribución del sector comercial y residencial

En el siglo xx la población urbana mundial pasó de unos 250 millones de personas en áreas urbanas en 1900, con unas 10 metrópolis millonarias, a unos 3 000 millones de personas en núcleos urbano-metropolitanos a finales de siglo, en donde la primacía de las metrópolis millonarias, bastante más de 400, era incontestable. Hoy día se calcula que 52% de la población vive en zonas urbanas y se prevé que aumente hasta 68% en el año 2050. Mundialmente los edificios representan alrededor de 10% de las emisiones directas de CO₂, aunque al incluir las emisiones del uso de electricidad se incrementa esta proporción hasta 30%. Las ciudades en desarrollo generan problemas ambientales relacionados con la energía, debido a la concentración de población y a las actividades económicas. La mayoría de las economías urbanas son usuarias intensivas de energía (ver la Figura 10). En el nivel doméstico, en algunos casos, el consumo de energía es más alto que en las áreas rurales principalmente por mayor incorporación de electrodomésticos y un uso más intensivo de los mismos.

Contribución del sector agrícola

Los sistemas ecológicos de la Tierra, por medio de los cuales el carbono queda retenido en la biomasa viva, en la materia orgánica en descomposición y en el suelo, desempeñan un papel importante en el ciclo del carbono mundial. El carbono es intercambiado de manera natural entre estos sistemas y la atmósfera mediante los procesos de fotosíntesis, respiración y descomposición. En el suelo el CO₂ se produce fundamentalmente a través del metabolismo de los microorganismos y de las raíces de las plantas, siendo la descomposición microbiana de compuestos orgánicos el proceso más importante que lo genera. Durante la descomposición una parte del carbono es devuelto a la atmósfera en forma de CO₂, mientras que otro se transforma en compuestos más sencillos o se almacena en las propias estructuras microbianas. Se considera que la agricultura contribuye con 56% de los gases de efecto invernadero diferentes del dióxido de carbono. El empleo de combustibles fósiles en las actividades agrícolas tales como el uso de tractores, bombas de irrigación, etc., añaden anualmente de 0.4 a 0.6 Gt CO₂. La principal fuente agrícola de gases de efecto invernadero se debe a la fermentación entérica de los animales rumiantes, la cual genera gran cantidad de las emisiones totales, seguida del cultivo del arroz, del estiércol depositado en el pasto y del empleo de fertilizantes sintéticos (ver la Figura 11).

La contribución de los humanos

En un día una persona respira en promedio unos 500 litros de CO₂, que en masa equivale aproximadamente a un kilogramo. Diríamos que esa cantidad no representa mucho hasta que nos damos cuenta de que la población mundial se aproxima a los 7 000 millones de seres, y para el año 2025 será de 8 500 millones, los cuales colectivamente producen 26.4 Gt de CO₂ por año, que representa alrededor de 7% de las toneladas emitidas por la quema de combustibles fósiles en el mundo. Lo anterior conduce a afirmar que los humanos son contribuyentes significativos del calentamiento global, pero algunos piensan que el dióxido de carbono que se exhala es parte de un ciclo natural por el cual el cuerpo convierte los carbohidratos de las plantas que absorben dióxido y nos proveen de energía, más agua y CO₂. Por lo tanto, desde esa perspectiva no estamos añadiendo más CO₂. A diferencia de los procesos de combustión, el cuerpo humano utiliza carbohidratos, por lo que en el proceso respiratorio la exhalación (con contenidos del orden de 4% de CO₂) no libera el carbono almacenado durante millones de años en el petróleo, sino el carbono procedente del CO₂, recientemente acumulado por el crecimiento de tallos, frutos y legumbres. Desafortunadamente hay que considerar que se emite más CO₂ fuera del ciclo natural del carbono y que la tierra y los océanos son incapaces de absorber todo el dióxido extra que se emite (ver la Figura 12).

Los impactos en los océanos

Algo de historia sobre el nivel del mar nos dice que hace unos 26 500 años fue el pico glacial más reciente, tiempo en el cual unos 26 millones de kilómetros cuadrados de hielo cubrían la Tierra. Globalmente el clima era más frío y seco, la lluvia escasa, aunque cúmulos de bosques lluviosos sobrevivían en los trópicos. Con tanta agua del planeta incorporada en los hielos, el nivel del mar era unos 120 metros más bajo de lo que es hoy en día. En los últimos 20000 años, el nivel del mar ha aumentado unos 120 metros. Conforme el clima ha sido más caluroso como parte del ciclo natural, parte del hielo se descongeló y los glaciares retrocedieron al punto en el cual sólo en los polos y en los picos de las montañas se encuentra hielo. Después de esa época el nivel del mar se elevó a velocidades mayores a tres metros por siglo y continuó haciéndolo hasta hace unos 7000 años, tiempo en el cual el clima se estabilizó y el nivel del mar disminuyó su velocidad de crecimiento manteniéndose estable por unos 2000 años. Hoy en día el nivel del mar ha empezado a elevarse más rápido que en los últimos 6000 años, los datos que se poseen concuerdan en que la elevación se inició alrededor de 1850 cuando se empezó a emplear el carbón para mover los trenes de vapor, y no ha parado de hacerlo. Las emisiones han provocado que la temperatura de la superficie haya aumentado y que los océanos absorbieran 80% de este calor adicional. En 2016 se estimaba que la elevación era de unos 3.4 mm por año, y se espera que crecerá mucho más al final del siglo, para entonces se estima que se elevará entre 0.3 y 1 metro para el año 2100. Eventualmente, la elevación será de 2.3 metros por cada grado centígrado de aumento de la temperatura. Conforme el planeta se calienta, el nivel del mar se eleva por dos razones. La primera es debido al deshielo de los glaciares y de los casquetes polares. Las altas y persistentes temperaturas registradas recientemente a causa del calentamiento global son las responsables de que la cantidad de hielo que se derrite en verano haya aumentado y de que las nevadas hayan disminuido debido a que los inviernos se retrasan y las primaveras se adelantan. Este desequilibrio genera un aumento neto significativo de la escorrentía frente a la evaporación de los océanos, provocando que el nivel del mar se eleve. La segunda, es debido a la dilatación térmica, ya que el agua al calentarse ocupa más espacio que cuando está fría. Por tanto, los océanos al calentarse por el cambio climático se expanden para llenar un volumen mayor; este fenómeno es el responsable de un tercio de la elevación del nivel del mar. Cuando el nivel del mar se eleva con rapidez, tal y como ha estado haciéndolo en los últimos tiempos, incluso un pequeño aumento puede tener consecuencias devastadoras en los hábitats costeros. Las capas de hielo y los glaciares en Groenlandia y la Antártica se funden de tres maneras: por la parte superior debido al aire caliente, por los lados debido al romperse y caer al mar, y por abajo debido al calentamiento del agua del océano donde el hielo se extiende sobre el mar. A causa de lo anterior, la velocidad a la que el hielo se funde varía de lugar a lugar, conforme las condiciones cambian. Este proceso se ve negativamente influido por la filtración de agua dulce de la superficie, que actúa como lubricante para las corrientes de hielo y ayuda a que éstas se deslicen con mayor rapidez. Es decir, el agua dulce filtrada hasta la base de las placas de hielo las derrite, debilita y desliza hacia al mar. El nivel de altura de los océanos es la del promedio de su superficie de todo el mundo y es esta medida la que se discute en las noticias. Históricamente ha sido muy retador medir dicha altura, puesto que la superficie del océano no es plana, cambia diariamente y hasta en el curso de unas cuantas horas, debido a los vientos, mareas y corrientes. Hasta 1993 se estimaba con medidores que registraban la altura del nivel del agua, comparada con un punto estable de referencia colocado en tierra. Hoy en día la medición se realiza con satélites que usan radares precisos que recogen señales continuamente de la altura de los océanos. El agua de mar penetra en zonas cada vez más alejadas de la costa, lo cual puede generar consecuencias catastróficas como la erosión, la inundación de humedales, la contaminación de acuíferos y de suelo agrícola, y la pérdida del hábitat de peces, pájaros y plantas. Además, entre 470 y 760 millones de personas viven en zonas que cada vez serán más vulnerables al riesgo de inundaciones. La elevación del nivel del mar les obligará a abandonar sus hogares y a mudarse a otra zona. Las islas de poca altitud quedarían completamente sumergidas. La elevación del nivel del mar no es sólo un problema de agua, también lo es de sal. Imagine lo que sucedería si el agua salada inunda un campo de cultivo o un bosque costero. El área tendrá que sobrevivir no sólo a la inundación, también a la saturación de agua salada que puede matar a las plantas y alterar irreversiblemente la química del suelo. Un estudio del kril antártico realizado en el océano del sur indica que las especies presentes colapsarán si el dióxido de carbono sigue aumentando. Kril es un término empleado para describir alrededor de 85 especies de crustáceos que son el recurso pesquero más abundante y también la fuente primaria de alimentación de los principales depredadores como las ballenas, focas y pingüinos. Se estima que hoy en día hay unos 500 millones de toneladas del kril en los océanos del Sur y la biomasa de estas especies puede ser mayor que cualquier otra especie animal multicelular existente en el planeta, lo que le confiere al kril un papel fundamental en el secuestro de carbono de la atmósfera hacia el fondo marino.

¿Cómo adaptarse a los impactos de los océanos?

En Nueva York se están planeando muros de protección con un costo elevadísimo. Cómo y dónde deberían levantarse ya es motivo de acaloradas discusiones. Según las estimaciones del Grupo de Expertos por el Cambio Climático en 2050, 1 000 millones de personas vivirán en litorales llanos. Al final, la protección costera o la protección contra inundaciones responderá a un cálculo de costo/beneficio. Si los costos continúan aumentando con la subida del nivel del mar habrá que preguntarse si todavía tiene sentido proteger ciertas zonas o si es mejor renunciar a ellas. Como consecuencia de todo esto, una nueva rama de la ciencia ha hecho aparición: adaptación de la sociedad al aumento del nivel del mar. Gran Bretaña, su país de origen, ya ha decidido que algunas regiones no invertirán más en proteger sus costas. El plan de gestión costera contempla abandonar todas las medidas de protección de más de 500 km de costa en los próximos 50 a 100 años. Como resultado, unos municipios deberán ser reubicados en el interior. Cuantos más recursos tenga una sociedad más fácil le resultará protegerse y en caso extremo financiar su reubicación. Las sociedades más pobres se verán mucho más afectadas por el aumento del nivel del mar. En Alemania, tres millones de personas que viven en el norte del país se verían afectadas por el aumento de los mares. Los ingenieros de costas en Alemania han desarrollado un dique de contención que puede hacer frente a los pronósticos más pesimistas y que además se puede elevar. El dique ahora es capaz de soportar un aumento de 50 cm del nivel del mar durante los próximos 100 años. Si el nivel sube más de estos 50 cm habrá que sumar más capas de tierra. El dique podría hacer frente a una subida adicional de hasta 1.5 m del nivel del mar. Pero ¿bastará con añadir nuevas capas de sedimentos? ¿Cuánto tiempo servirán estas medidas de protección? ¿No estamos con ello retrasando simplemente lo inevitable? Las medidas de protección permiten sobre todo ganar tiempo. No hay protección que dure para siempre. Si se construye un dique, por ejemplo, la próxima generación tendrá que decidir, en unos 50 años, si reforzarlo o abandonar esa tierra finalmente al mar. El horizonte temporal de pronóstico para las medidas de protección resultantes generalmente tiene al año 2100 en mente. Pero los océanos no entienden de horizontes temporales. Continuarán subiendo después y cambiarán el mapa mundial. No teniendo medidas de protección, tendremos que renunciar a ciudades enteras. Necesitaremos de nuevos conceptos para la vida en las costas. Del mismo modo que recordamos a los griegos como civilización, como cultura que nos legó la democracia. En 2000 años nosotros seremos recordados como los responsables del aumento del nivel del mar. Depende de nosotros si la capa de hielo en Groenlandia y en la Antártida colapsan finalmente con el progresivo calentamiento de nuestro planeta, pues ya se ha emprendido irremediablemente ese rumbo. Lo que realmente está ahora en nuestras manos es cuán rápido será el proceso y hasta donde llegará. Porque si no hacemos nada para proteger el clima y seguimos por este camino, a finales de siglo podríamos alcanzar un calentamiento de 5 °C y esto se traducirá en un aumento del nivel del mar de más de 10 metros.

Impacto por cambios en el uso del suelo

Se definen los cambios del uso del suelo como las emisiones de gases de efecto invernadero producidas por las actividades humanas que modifican la manera en que el suelo es usado (por ejemplo, deforestando o modificando el sistema agrícola), o bien tienen un efecto en la cantidad de biomasa existente. El cambio en el uso del suelo constituye uno de los factores primordiales en el cambio climático global, ya que altera ciclos biogeoquímicos como el del agua o el del carbono. No se debe olvidar que a través de los cambios en el uso del suelo se materializa nuestra relación con el medio ambiente. La deforestación y la degradación de los bosques son causa y resultado del cambio climático. Los bosques absorben CO₂ actuando como un sumidero, pero cuando se deterioran o destruyen se convierten en una fuente liberando CO₂ a la atmósfera. La mayoría (casi 70%) de las emisiones de CO₂ en las selvas tropicales de América, Asia y África están vinculadas a la degradación de estas últimas. “Este descubrimiento es un llamado de atención al mundo para que cuide sus selvas tropicales”, dicen los investigadores del Woods Hole Research Center. “Si queremos evitar que las temperaturas globales alcancen niveles peligrosos debemos reducir de manera drástica las emisiones e incrementar la capacidad de las selvas de absorber y almacenar dióxido de carbono”, agregaron. La mayoría de la deforestación —alrededor de 60%— tuvo lugar en América Latina (donde está la región amazónica), 24% en África y 16% en Asia.

Impacto por la degradación del suelo

El suelo se degrada por el cambio de una o más de sus propiedades a condiciones inferiores a las originales, causadas por procesos físicos, químicos y/o biológicos. La degradación provoca alteraciones en el nivel de fertilidad y consecuentemente en su capacidad de sostener una agricultura productiva. Las razones por las cuales dichos fenómenos suceden son debidas al uso y manejo inadecuado del suelo y por la acción de la erosión acelerada. La erosión del suelo contribuye a incrementar los gases de efecto invernadero debido a la reducción en la fijación del carbono. Globalmente, cerca de 55% de la desertificación de la tierra es causada por la degradación del suelo a causa de las actividades humanas (ver la Figura 13). Los futuros cambios climáticos afectarán la extensión, frecuencia y magnitud de la erosión del suelo, principalmente por los cambios en el ciclo de lluvia y temperaturas que impactan a la biomasa. La Organización de las Naciones Unidas calcula que en los próximos 10 años 50 millones de personas que habitan en tierras áridas serán desplazadas a causa de la desertificación. La contaminación por nutrientes es otro de los problemas ambientales más extendidos, costosos y complejos, y es el resultado del exceso de nitrógeno y fósforo en el aire y en el agua. El nitrógeno y el fósforo ayudan al crecimiento de algas y plantas acuáticas que brindan comida y un hábitat a peces, moluscos y organismos más pequeños que viven en el agua. La presencia de fósforo en aguas continentales superficiales es el factor responsable de los procesos de eutrofización. La eutrofización es el enriquecimiento excesivo de nutrientes en las aguas superficiales que da lugar a una proliferación de algas y plantas acuáticas, que a su vez lleva consigo una pérdida de transparencia del agua y disminución de la luz que llega a las capas situadas bajo la superficie de ésta. La biodiversidad aumenta la capacidad de los ecosistemas para absorber CO₂ y es un factor importante para la regulación de la forma en la que los ecosistemas pueden responder a los niveles crecientes de dióxido de carbono en la atmósfera. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, “la biodiversidad sostiene la vida en la Tierra y se refiere a la variedad que contiene la biota, desde la constitución genética de vegetales y animales hasta la diversidad cultural”. Debe tomarse en cuenta que, a escala planetaria, la biodiversidad tiene un papel destacado al limitar los impactos cau­sados por cambios en otros sistemas de la Tierra. Al transformar selvas, bosques, matorrales, pastizales, manglares, lagunas y arrecifes en campos agrícolas, ganaderos, granjas camaroneras, presas, carreteras y zonas urbanas se destruye el hábitat de miles de especies.

Impacto por la pérdida de biodiversidad

Además de perder cantidad neta de hábitat natural, los procesos de cambio de uso de suelo forman fragmentos de hábitat de diferentes tamaños y distancia entre sí. Los más pequeños muchas veces no tienen la viabilidad para mantener poblaciones de especies o procesos ecológicos necesarios, por lo que se producen extinciones o pérdida de servicios ambientales locales. La extinción de especies se debe a múltiples factores, el principal, seguramente es la pérdida de hábitat, pero también se conjugan presiones directas como la sobreexplotación y el comercio legal e ilegal que tienen un impacto enorme en ciertos grupos de especies, especialmente carismáticas como cactos, orquídeas o aves vistosas y también aquéllas usadas para alimento. Los humanos se revelan como una especie simultáneamente insignificante y al mismo tiempo dominante en el gran esquema de la vida en la Tierra. Los humanos representan sólo 0.01% de todos los seres vivientes, aunque desde el inicio de la civilización han causado la pérdida de 83% de todos los mamíferos y la mitad de las plantas. Las bacterias, de hecho, representan la forma viviente mayoritaria, 13% del total, pero las plantas superan a todos, pues representan 82% de toda la materia viviente. Todas las otras creaturas, desde los insectos hasta los hongos, peces y animales, conforman sólo 5% de la biomasa del mundo. Se cree que aproximadamente la mitad de los animales de la Tierra se han perdido en los últimos 50 años.

Metano, otro importante gas de efecto invernadero

La molécula de metano consta de un átomo de carbono con cuatro átomos de hidrógeno unidos a él. Los estudios realizados retrospectivamente hasta hoy en día sugieren que en el año 2012 hubo una emisión de 172 Tg de metano por año proveniente de los humedales naturales, 30% del total global del gas, estimado en 568 Tg por año. Un teragramo (Tg) equivale a un millón de toneladas métricas. Se estima entre 25 y 100 Tg por año de metano proveniente de la biomasa boreal y de la tundra. Si bien el metano no permanece tanto tiempo en la atmósfera como el dióxido de carbono, inicialmente es más devastador para el clima debido a su eficiencia en absorber calor. Los científicos atribuyen un sexto del actual calentamiento global a las emisiones de metano, lo que le falta al metano de volumen, lo tiene de potencia. El permafrost es común en el hemisferio norte, prácticamente cubre un cuarto de la Tierra, es decir unos 37 millones de kilómetros cuadrados. Los científicos piensan que debe haber cinco veces más carbono que el emitido por el hombre desde 1850. Lo anterior es preocupante para quien estudia el calentamiento global, ya que conforme el mundo se calienta, el permafrost se fractura, con lo cual se incrementa la actividad microbiana. La ruptura también provee de vías para que el metano confinado por cientos de años migre a la atmósfera, aunque hasta este momento los científicos no han encontrado evidencias de que esté sucediendo. Existe otra vasta fuente de metano confinada en el planeta. En las profundidades frías del océano, el gas natural y el agua pueden mezclarse formando una estructura parecida al hielo que se conoce como clatratos o hidratos de gas. Estos depósitos se encuentran en todo el planeta, sobre todo en los límites de los continentes, ya que los depósitos solamente ocurren bajo ciertas condiciones de temperatura y presión. Las cantidades son enormes, algunos piensan inclusive que la energía acumulada en esos depósitos es mayor que todas las fuentes de combustibles fósiles conocidos. Estos hidratos se encuentran depositados en aguas profundas, enterrados por capas de sedimentos por lo que, si el calentamiento global continúa por siglos, es poco probable que tenga efecto en ellos.

Principales fuentes emisoras de gas metano

La mayor fuente de emisiones industriales del metano está vinculada con la industria del gas y del petróleo. Se emite durante operaciones normales de extracción de petróleo, gas natural o carbono. También durante la manipulación, procesamiento y transporte (ya sea en camiones o a través de tuberías) del combustible fósil. La combustión (incendios) de biomasa en bosques tropicales y sabanas también lo genera. Algunos animales de granja emiten metano de dos formas diferentes. Vacas, ovejas y cabras son ejemplos de animales rumiantes que durante su proceso natural de digestión crean grandes cantidades de metano. Lo que se conoce como fermentación en­térica ocurre en el estómago de estos animales y es la causa de emisiones. La segunda forma es a través de la descomposición del estiércol del ganado (ver la Figura 14).

Las previsiones indican que, entre el 2005 y el 2020, las emisiones de gases de efecto invernadero en el cultivo de arroz podrían aumentar 16%, por lo que es necesario poder encontrar sinergias entre las medidas de adaptación al cambio climático y su mitigación para reducirlas, pero sin afectar a la producción. Y esto es particularmente importante si tenemos en cuenta que el arroz es el alimento básico para más de la mitad de una población mundial en constante aumento. A grandes rasgos, la generación de metano por los campos de arroz se produce cuando se inundan de agua. Esta lámina de agua impide que el oxígeno llegue al suelo, un suelo que dispone de materia orgánica que queda a disposición de bacterias que son anaeróbicas y que, fruto de su metabolismo, al utilizar esta materia orgánica generan metano. Por tanto, el metano no lo genera la planta de arroz, sino las condiciones de inundación que se dan en el suelo. El único papel que tiene la planta en el ciclo del metano en los campos es la de conducir este gas desde el suelo donde se produce hasta la superficie y, por tanto, a la atmósfera. Un kilogramo de arroz corresponde a la emisión de 100 gramos de metano. Asimismo, tanto el estiércol como los vertederos y la basura al aire libre están llenos de materia orgánica (restos de comida, periódicos, pasto y hojas). La basura nueva se apila sobre la que ya estaba y la materia orgánica se descompone en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) y así se producen grandes cantidades de metano. Las investigaciones sobre el metano se han enfocado básicamente en los suelos, y resulta que los árboles son fuente importante en la emisión y confinamiento del metano. Los árboles vivos o muertos transportan y emiten metano producido en los suelos, así como emiten el gas producido dentro del árbol por los microorganismos.

El óxido nitroso, otro villano del efecto del calentamiento global

Los humanos continúan transformando el ciclo global del nitrógeno a un ritmo muy acelerado, lo que es una consecuencia de la combustión de fósiles, una creciente demanda de nitrógeno en la agricultura y la industria y un uso ineficiente en su uso. Gran parte del nitrógeno antropogénico se pierde en el aire, agua y tierra, causando una cascada de problemas ambientales y de salud. Al mismo tiempo, la producción de alimentos en algunas partes del mundo es deficiente en nitrógeno, lo que destaca las desigualdades y la distribución de los fertilizantes que contienen nitrógeno. Se requiere una estrategia interdisciplinaria para minimizar las consecuencias negativas que genera el aumento de deshechos que contienen nitrógeno. La mayoría del óxido nitroso proviene de la agricultura, incluyendo microbios en suelos fertilizados y estiércol animal. El óxido es un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono, y también destruye la capa de ozono que nos protege de las radiaciones provenientes del Sol. Por años los expertos han advertido de los riesgos del óxido nitroso, pero ha habido poca actividad para enfrentar el problema, pues está íntimamente ligado a los alimentos. Su tiempo de vida es relativamente corto, de ahí que el reducirlo podría tener un impacto significativo en el calentamiento global, pero, como hemos mencionado, la fuente principal del óxido nitroso es la agricultura, y uno podría pensar en limitar el dióxido de carbono o el metano, pero el óxido nitroso es un asunto de si comemos o no. La revolución verde es la denominación usada para describir el importante incremento de la productividad agrícola y, por tanto, de alimentos entre 1960 y 1980 en los Estados Unidos, la cual después se extendió a otros países. La revolución verde consistió en la siembra de variedades mejoradas de maíz, trigo y otros granos, cultivando una sola especie en un terreno durante todo el año, siembra de variedades mejoradas de maíz, trigo y otros granos aplicando grandes cantidades de agua, fertilizantes y plaguicidas. Con estas variedades y procedimientos se percibe que la producción es mayor a la obtenida con las técnicas y variedades tradicionales de cultivo. No obstante, ambas técnicas pueden ser igualmente eficientes con un buen manejo, y esta revolución trajo consigo el deterioro de la vida en el suelo de los campos. A pesar de los esfuerzos por desacelerar el crecimiento demográfico a nivel mundial, la población humana sigue aumentando, y crece también la presión sobre la tierra agrícola existente. La superficie disponible para una expansión agrícola idónea se reduce en todos los continentes. No obstante, en África y América Latina quedan todavía grandes superficies que podrían dedicarse a la agricultura. Los elevados costos que ello tendría para la población autóctona que vive en los bosques, así como para la diversidad biológica y la vegetación forestal y de la sabana han disuadido a muchos gobiernos de aplicar esa estrategia.

¿Quién es el óxido nitroso?

Como cualquier otro gas de efecto invernadero absorbe radiación y atrapa calor en la atmósfera, donde puede permanecer en promedio unos 114 años. Comparado con el dióxido de carbono, el óxido nitroso tiene relativamente corta vida, pero puede permanecer más tiempo que otros contaminantes climáticos como el carbono negro (que existe en la atmósfera sólo unos días).Un segundo inconveniente en su contra es que cuando se encuentra es la estratósfera expuesto a la luz y al oxígeno se convierte en una variedad diferente de óxidos que dañan la capa de ozono de la que dependemos para impedir que la radiación ultravioleta llegue a la superficie terrestre. Para dar una idea de su peligrosidad, un kilo de óxido nitroso calienta la atmósfera unas 300 veces más que un kilo de dióxido de carbono durante una escala de tiempo de 100 años.

¿En dónde se produce el óxido nitroso?

Las bacterias producen este gas de forma natural. Cerca de 40% del óxido proviene de actividades humanas y la mayoría es resultado de la forma en que usamos el suelo, particularmente la agricultura. En las grandes parcelas de cultivo el estiércol del ganado presenta dos grandes problemas de emisiones: por una parte, emite grandes cantidades de metano, pero también genera óxido nitroso, y cuando el estiércol no tiene acceso al oxígeno, produce el óxido. Cuando los granjeros añaden fertilizantes nitrogenados para estimular el crecimiento, aproximadamente sólo la mitad es tomada por las plantas, el resto es lavada por el agua subterránea o gasificada a la atmósfera. La emisión de gases de combustión también genera la producción del óxido, así como la producción de ácido nítrico o adípico (para la producción del nylon y otros productos sintéticos). Por su inercia química y naturaleza no tóxica es usado en el envasado a presión de productos alimenticios y como propelente en aerosoles. Se usa también como agente de detección de fugas en recintos bajo vacío o presurizados, en laboratorios (espectrometría), como agente de reacción en la fabricación de varios compuestos orgánicos e inorgánicos y como refrigerante en forma gaseosa o líquida para congelación por inmersión de productos alimenticios.

¿Qué pasa si la temperatura aumenta 0.5 °C de más?

Hoy en día una preocupación es lo que sucederá si la temperatura alcanza 2 °C de más. Aparentemente 0.5 °C de más no suena muy alarmante, aunque los impactos proyectados por los científicos son bastante dramáticos dado que según sus cálculos miles de millones de personas en el mundo se verán afectados por grandes ondas de calor, escasez de agua, inundación de ciudades situadas en la costa, por mencionar algunos, de los cuales describiremos con un poco más de detalle. Debe tenerse en cuenta que el aumento de 1.5 °C enfrentará al planeta con impactos climáticos severos que serán significativamente peores si la temperatura aumenta a 2 °C. Veamos entonces algunas comparaciones entre las dos temperaturas:

1. Temperaturas extremas. El promedio y temperaturas extremas será mucho mayor en todas las áreas habitadas. Por ejemplo, 14% de la población mundial sufrirá severos calores por lo menos una vez cada cinco años, mientras que, si la temperatura sube 2 °C, será 37% de la población quien la padezca.
2. Sequías. La probabilidad de sequías y el riesgo de obtener agua puede reducirse sustancialmente si el calentamiento se mantiene en 1.5 °C, pero se prevé que el riesgo sería significativamente mayor en el Mediterráneo y el sur de África si se alcanzan los 2 °C.
3. Lluvias torrenciales e inundaciones. Las regiones de alta latitud y montañosas, así como el este asiático y la Norteamérica del norte, se proyecta que experimentarán lluvias más intensas si la temperatura sube 2 °C.
4. Deshielo del Ártico. Si la temperatura sube 2 °C la frecuencia de tener un mar libre de hielo se incrementará por lo menos cada 10 años, lo que conlleva a una mayor absorción de calor que impactará la circulación de los océanos y tendrá consecuencias en la temperatura de los inviernos en el hemisferio Norte.
5. Pérdida de especies. Con un aumento de 2 °C, 18% de los in­sectos, 16% de las plantas y 8% de los vertebrados se proyecta que se reducirán a la mitad de la cantidad que son actualmente, mientras con 1.5 °C se reducirían en dos tercios los insectos y en la mitad las plantas y vertebrados.
6. Seguridad alimenticia y salud. Los riesgos de falta de alimentos que se proyectan serán mayores en el Sahel, sur del África, Mediterráneo y Amazonas con un aumento de 2 °C en lugar de los 1.5 °C, lo mismo sucedería con la pesca, la acuacultura y los riesgos a la salud humana, incluyendo aquellos relacionados con el calor en las áreas urbanas.
7. Crecimiento económico. Las pérdidas económicas son mayores cuanto más se eleve la temperatura en lugares con recursos limitados, tales como África, sureste asiático, India, Brasil y México (ver la Tabla 1).

Características del colapso de los ecosistemas

El efecto sinérgico de las perturbaciones directas de los humanos, aunadas al cambio climático ha causado una extinción masiva de especies, de 100 a 1 000 veces más rápido que en el pasado. La disminución de las áreas de bosques ha reducido la biodiversidad entre 10 y 70%. Es esencial que los científicos exploren los fenómenos y procesos que suceden hoy en día para definir las causas de la extinción masiva de los ecosistemas vulnerables y predecir los puntos que causan el colapso. Los detonadores de las recientes extinciones masivas pueden clasificarse en dos grupos, efectos humanos directos e indirectos.

Efectos directos

Los efectos directos tales como la deforestación, la caza y la contaminación han alterado el medio ambiente por las actividades humanas que pueden trazarse en el Paleolítico, cuando los humanos se expandieron por Eurasia y empezaron a ejercer un gran impacto a mayor escala al convertirse en mejores cazadores. Podemos decir que los principales eventos que desencadenan el proceso fueron la aparición de la agricultura, la era de los descubrimientos (siglos xv al xviii) seguidos de la revolución industrial (1760-1840). Tómese en consideración que la población mundial crece a un ritmo de 80 millones de personas por año y esta enorme presión se manifiesta como un efecto directo del ser humano que dispara la extinción masiva como son la disminución de la biodiversidad y la biomasa.

Efectos indirectos

Los efectos indirectos se refieren generalmente al cambio climático generado por el hombre. Por ejemplo, el desarrollo de la agricultura y la revolución industrial aceleraron el cambio climático de manera dramática. La agricultura modifica el clima de varias maneras. Es una gran emisora de gases de efecto invernadero, altera la campiña y provoca desertificación. La industrialización cataliza el cambio climático con mayor velocidad, con las consecuencias que anteriormente hemos descrito: eventos extremos, sequías, inundaciones, ondas de calor, huracanes, etcétera.

¿Por qué suceden los colapsos?

Hoy en día muchas personas asocian los colapsos pasados con el medio ambiente. Particularmente los arqueólogos, historiadores y expertos en sustentabilidad se enfocan en los cambios climáticos, daños ambientales y colapsos, tratando de entender lo que le sucedió a las sociedades anteriores y los daños que enfrentan las sociedades contemporáneas. En 1917 Ellsworth Huntington propuso que el clima es el factor determinante en la distribución geográfica de la civilización; es el clima el que fija el patrón espacial de la civilización, y cada civilización en la historia ha tenido su óptimo climático. De modo que en cada etapa de la civilización la eficiencia del clima, gradada desde muy alta —la más favorable—, hasta muy baja —la más desfavorable—, varía espacialmente, controlando así la distribución geográfica del progreso. Para sustentar sus tesis sobre la relación entre clima y cultura Huntington analizó en detalle, para varias regiones de los países, por medio de cifras, tablas y gráficos, la relación entre la actividad humana y la temperatura variable estacionalmente y con la latitud; la influencia de las estaciones y del tiempo y las tormentas en la actividad mental y las reacciones psicológicas de los individuos, y sus influencias sobre las condiciones sociales y la religión en distintos lugares de la tierra. Sus conclusiones son del siguiente tenor:

Los cambios bruscos del tiempo ocurridos en las tormentas, retan al labrador, haciendo que éste se mantenga más alerta y activo que sus compañeros de aquellas regiones más extensas donde los cambios de tiempo son usualmente más lentos, siendo más frecuentes las sequías y los desastres relacionados con ellas. Fomentan también un sistema social que otorga gran importancia a las cualidades dinámicas que es necesario poseer para poder vencer tales dificultades. La influencia del clima sobre el hombre puede compararse a la que tiene el jinete sobre su caballo. Algunos jinetes dejan que su caballo camine como quiera. El caballo podrá correr de vez en cuando, si así lo desea, pero generalmente marchará a paso lento. Esa clase de jinetes se asemeja al clima poco estimulante. Otros jinetes, en cambio, fustigan constantemente al caballo, exigiéndole siempre un esfuerzo máximo.

La metáfora de los puntos cruciales

Los ecosistemas son capaces de exhibir múltiples estados que pueden detallarse como estables y persistentes en un futuro previsible. La habilidad para asimilar cambios y persistir con una mínima transformación se emplea a menudo como una medida de la estabilidad del estado de un ecosistema. El concepto de punto crítico tiene sus orígenes en artículos científicos de la química y la matemática (entre 1884 y 1885), y se refiere a un cambio cualitativo en un sistema descrito matemáticamente como una bifurcación. La teoría de la bifurcación todavía sigue siendo empleada en diversos campos de la ciencia. En lugar de emplear la manera formal de la teoría, los científicos sociales aplican diferentes modelos matemáticos o usan el concepto de manera metafórica. Un punto crítico se define como “un punto en el cual un sistema (ecológico) experimenta un cambio cualitativo, la mayoría de las veces abrupto y de manera discontinua”. Técnicamente un cambio abrupto del clima ocurre cuando el sistema climático es forzado a cruzar un punto crítico que desencadena eliminar una transición a un nuevo estado muy rápidamente. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (ipcc) aporta al mundo una opinión objetiva y científica sobre el cambio climático, sus impactos y riesgos naturales, políticos y económicos y las posibles opciones de respuesta, define el cambio abrupto del clima como un cambio a gran escala del sistema, que se lleva a cabo en unas cuantas décadas o menos, persistiendo por lo menos algunas décadas y que causa trastornos sustanciales a los humanos y a los sistemas naturales. Recuérdese que la metáfora es una figura retórica consistente en nombrar un término real con uno imaginario, entre los cuales existe una relación de semejanza. Un ejemplo de lo anterior podría ser el de un vaso de agua que al moverlo cae al suelo y por ende tiene un punto crucial, es decir, que el objeto es desplazado desde un estado de equilibrio a otro que es cualitativamente diferente (y en general peor) del primero. Los puntos críticos pueden extrapolarse al conocimiento de fenómenos complejos y abstractos como puede ser el sistema climático, que visto como un objeto tiene un punto crítico cuyo centro de gravedad es sobrepasado. Además, hay que añadir que los estados alternativos inducidos por el punto crítico son a menudo estables. Estos estados exhiben típicamente una población única y una dinámica del ecosistema que se compara con el que tenía antes, lo que hace que el regreso a su estado original sea un gran reto.

¿Cuáles puntos críticos se han rebasado?

Apremiantes son las preguntas que circulan con respecto a las fuerzas que operan en este momento que empujan al sistema climático más allá de su punto crítico, cuánto tiempo tenemos para que no suceda y cómo podemos controlar y contener esas fuerzas a fin de detener su influencia negativa en el sistema climático. Los puntos críticos potenciales se presentan en tres formas: la pérdida constante de las capas de hielo con lo cual se acelera el aumento del nivel del mar, los bosques y otras fuentes naturales que almacenan el carbono tales como el permafrost y que actualmente lo liberan a la atmósfera como dióxido de carbono, acelerando el calentamiento y provocando cambios negativos en el sistema de circulación del océano que moviliza el calor alrededor del mundo y puede dictar el futuro del clima, específicamente colapsando los bosques del Amazonas, creando una sequía prácticamente permanente en la región del Sahel africano, disturbando los monzones en Asia y calentando el Océano del Sur, que puede provocar una elevación del nivel del mar en la Antártida del oeste.

Un grupo de investigadores encabezados por Tin Lenton, de la Universidad de Exeter, en Inglaterra, temen que nueve de los 15 elementos críticos del planeta (ver la Figura 15) han sido rebasados, por lo que hay soporte científico para declarar un estado de emergencia planetario. Los resultados indican que estos cambios en el ecosistema terrestre ocurren en una escala de tiempo de años o décadas por lo que el colapso de los grandes ecosistemas más vulnerables como el bosque lluvioso del Amazonas y la zona caribeña de corales se colapsarán en unas cuantas décadas una vez que hayan pasado el punto crítico. Tómese en consideración para el caso de los corales que éstos proveen alimento y protección costera a unas 1 000 millones de personas en el mundo. El mecanismo básico de cómo actúan estos puntos críticos ha sido bien comprendido por años, aunque la predicción del tiempo antes de que se activen no es tan preciso.

La verdadera inquietud se enfoca en identificar el potencial que tienen los puntos críticos para crear una “cascada” en la que la ruptura de uno de ellos desencadena la aparición de otros creando de esta manera una rápida escala del daño. Una de las grandes preocupaciones de que se presente una “cascada” la representa el sistema de circulación oceánica, centrada en el Atlántico del Norte. La circulación se inicia con la evaporación de las aguas cálidas que se mueven hacia el norte, que dejan atrás aguas más saladas y densas que se hunden. Este proceso es el responsable de manejar la circulación del océano, distribuir calor alrededor del globo, y es el más importante regulador del clima del planeta y la principal razón de porqué el hemisferio del Norte es más caliente que el del Sur. El proceso anterior ha sido disturbado enormemente, pues el calentamiento en el Ártico y el derretimiento de los hielos de Groenlandia generan agua que es menos densa y se hunde menos, por lo que los científicos calculan que el movimiento de las aguas se ha debilitado en 15%. El cambio climático no es la única preocupación más importante en lo que concierne a la atmósfera del planeta. El cáncer, la diabetes, las enfermedades del corazón y otras enfermedades no transmisibles, muchas de las cuales se relacionan con la contaminación del aire y del agua, están al alza en todo el mundo. En la mayoría de los países lo que gasta una persona en asuntos de la salud se eleva más rápido que lo que el individuo gana por su trabajo.

Crecimiento económico vs. cambio ambiental

Considerado hasta hace poco como algo que no nos afectaba, la salud del medio ambiente ha tomado gran relevancia en los modelos que emplean los economistas. Hace ya algunos años el gobierno británico le comisionó a un economista, Nicholas Stern, un estudio sobre el clima, resultando en un documento de 700 páginas que ha sido hasta hoy en día consulta indispensable para evaluar los cambios climáticos y su impacto sobre la economía global si seguimos emitiendo contaminación por carbono sin poner un freno. Se encontró que reduciendo la emisión de dióxido de carbono para mantener una concentración atmosférica entre 450 y 500 ppm, costaría 1% del producto interno bruto (pib), pero si se ignora el cambio climático el daño económico sería del orden de 20% del pib. Recuérdese que el pib es el total monetario en el mercado de todos los bienes y servicios de un país, expresado generalmente de manera anual. El resultado de Stern es contundente, aunque en la realidad no ha inspirado muchas acciones para combatir el cambio que ha sido apreciado, así como debatido en los años siguientes. Entretanto, al economista americano William D. Nordhaus y a su colega Paul Romer les otorgaron el Premio Nobel de Economía por haber desarrollado un modelo que integra el cambio climático respecto al análisis económico a largo plazo. Los modelos muestran que si fuésemos a reducir rápidamente las emisiones de carbono, como dicen los científicos que es necesario para no colapsar, por ejemplo, poniendo altos impuestos a los productos que contienen carbono, se disminuiría el crecimiento económico. Para los científicos lo anterior no representa un problema, debemos hacer lo que sea para evitar una catástrofe climática. Pero para los economistas como Nordhaus esto no es aceptable, según él hay que hacer todo lo necesario para crecer económicamente. Los científicos dicen que hubiésemos podido no subir más de 1.5 °C algunas décadas atrás, pero ahora es muy tarde. El ipcc claramente afirma que es necesario descarbonizar completamente la economía mundial para mediados de este siglo. Si continuamos creciendo, la economía se triplicará en el mismo periodo, por lo que será muy difícil descarbonizar tan rápidamente en esa época futura.

Sostenibilidad y resiliencia

La sostenibilidad es el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones, garantizando el equilibrio entre el crecimiento económico, el cuidado del medio ambiente y el bienestar social. Alcanzar la sostenibilidad es hoy en día una meta para muchas sociedades humanas y en diferentes escalas. Las naciones buscan promover y alcanzar la sostenibilidad en la agricultura y producción de alimentos, crecimiento económico, generación de energía, al tiempo que tratan, por lo menos en el papel, de crear comunidades en donde los ciudadanos puedan vivir. Una sociedad sostenible es aquella que no colapsa y se mantiene indefinidamente, siendo capaz de adaptarse a los cambios.

La teoría de la resiliencia ha sido aplicada a la ecología, las ciencias sociales, incluyendo la arqueología, para tratar de entender cómo funciona un amplio grupo de sistemas. La resiliencia se define como la capacidad de un sistema de absorber una perturbación y reorganizarse al tiempo que hace los cambios necesarios para retener esencialmente las mismas funciones, estructura e identidad iniciales. Muchos piensan que un colapso permite la innovación y el cambio, se usa ahora el término destrucción creativa para describir las perturbaciones que periódicamente interrumpen el ciclo adaptativo.

La Figura 16 esquematiza el proceso del que hablamos, en donde un sistema llega a un punto crítico al no poder la resiliencia detener el disturbio, y después del colapso hay todavía gente y memorias sociales que les permite recordar el pasado y recrearlo. Después del colapso emerge una sociedad compleja con una escala diferente, creándose un sistema diferente al que le dio inicialmente origen. La teoría de la resiliencia no necesariamente significa que los colapsos u otros tipos de cambios son inusuales o poco comunes, más bien incluye al colapso como una parte normal de un ciclo que puede identificarse en sistemas de varios tipos en los que existen constantes cambios a diferentes niveles. Algunos piensan que el colapso puede conducir a la innovación y al cambio.

¿Se puede evitar el colapso?

El famoso informe Los límites del crecimiento, elaborado en la década de 1970 para el Club de Roma, indicaba que la Tierra colapsaría en el siglo xxi si se mantenía el crecimiento demográfico de la población, la industrialización, la producción de alimentos, la contaminación y la explotación de los recursos naturales, muchos políticos, economistas e investigadores lo niegan por ser fatalista.

Ugo Bardi es un profesor de química que de tiempo atrás estudia la ciencia del colapso, qué es, qué tienen en común los colapsos a diferentes escalas y cómo podemos reconocer que el colapso de un sistema es inminente y qué hacer para que la caída no se produzca. Como observa, los colapsos son eventos rápidos que se extienden por periodos muy prolongados, refiere este fenómeno como el Efecto Séneca, el filósofo romano Lucius Annaeus Séneca quien observó este efecto cuando escribió: “la fortuna es de crecimiento lento, pero la ruina es rápida”. Según Bardi, es posible que un colapso dé pie para un nuevo tipo de civilización que elimine las estructuras pasadas de moda y emerja una nueva sociedad que crezca más rápido que la anterior, independientemente qué países y regiones experimenten el colapso, las crisis, sequías, hambrunas, violencia y guerra como resultado del caos climático que padecemos. Las causas subyacentes de pasar el punto crítico son siempre las mismas. En primer lugar, hay movimiento rápido, acción o cambio. En segundo lugar, existe algún tipo de barrera o límite más allá del cual el movimiento, la acción o el cambio no deben ir. En tercer lugar, hay dificultades de control por distracción, datos falaces, una retroalimentación retardada, mala información, respuesta lenta o simple inercia. Si lo vemos a la escala en la que la población humana y la economía extraen recursos de la tierra y emiten desperdicios contaminantes hacia el medio ambiente, muchas de estas tasas de extracción y emisión han crecido hasta magnitudes insoportables. La sociedad humana ha sobrepasado sus límites, los cambios son demasiado rápidos. Las señales aparecen tarde, son incompletas, están distorsionadas, son ignoradas o negadas. La inercia es grande. Las respuestas son lentas. Tras el colapso, puede desencadenarse una cierta serie de consecuencias posibles. Una de ellas, desde luego, es algún tipo de choque. Otra es una rectificación deliberada, una corrección, una cuidadosa reducción de intensidad. Creemos que es posible una corrección y que puede desembocar en un deseable, suficiente, equitativo y sostenible futuro. También creemos que si no se hace una corrección un colapso de algún tipo es no sólo posible, sino igualmente seguro, y podría ocurrir dentro de las expectativas de vida de muchos de los que hoy en día asisten al espectáculo. Pero la ciencia no acepta lo anterior como posibilidad, por tanto, ignorando el riesgo de algún tipo de colapso, ya sea al final del siglo, a mitad del siglo o en los próximos 10 años, contraviene las implicaciones de los modelos científicos más robustos que tenemos.