Factores que afectan la variabilidad climática: océanos, atmósfera y radiación solar

¿Qué es la variabilidad climática?

La variabilidad climática es la fluctuación natural de las condiciones del clima en períodos que van desde meses hasta décadas. No se refiere al cambio climático a largo plazo, sino a esas oscilaciones que hacen que un invierno sea más frío que el anterior, que una primavera llegue antes de lo habitual o que una región sufra una sequía inesperada después de años de lluvias abundantes. Estas variaciones son el resultado de la interacción constante entre tres grandes sistemas: los océanos, que almacenan y liberan calor; la atmósfera, que lo transporta por todo el planeta; y la radiación solar, que es la fuente última de toda la energía que mueve el clima.

Entender qué factores provocan estas fluctuaciones es fundamental para distinguir lo que es variabilidad natural de lo que es cambio climático inducido por la actividad humana. No todas las olas de calor son consecuencia del calentamiento global, del mismo modo que no todos los inviernos fríos son evidencia de que el planeta no se está calentando. La variabilidad climática se superpone a la tendencia de fondo del cambio climático, y separar ambas señales es uno de los grandes desafíos de la climatología moderna.

El planeta respira: por qué el clima nunca está quieto

Imaginemos una olla de agua puesta al fuego. El quemador proporciona un calor constante, pero el agua no se calienta de manera uniforme. Se forman burbujas en unos puntos y no en otros, aparecen corrientes de convección que mueven el agua caliente hacia la superficie y el agua fría hacia el fondo, y la temperatura medida en distintos lugares de la olla varía de un momento a otro. El clima de la Tierra funciona de manera parecida. El Sol es el quemador, los océanos y la atmósfera son el agua, y la variabilidad climática son las burbujas, las corrientes y las fluctuaciones de temperatura que observamos en la superficie.

Lo fascinante del sistema climático es que nunca se detiene. Está permanentemente ajustándose, redistribuyendo energía, compensando desequilibrios. Un exceso de calor en el ecuador pone en marcha corrientes oceánicas y vientos que lo transportan hacia los polos. Una erupción volcánica en el trópico puede enfriar el planeta entero durante un par de años. Una oscilación en la presión atmosférica sobre el Pacífico puede desencadenar sequías en Australia e inundaciones en Perú. El clima es el resultado de todas estas interacciones, y su variabilidad es la prueba de que el sistema está vivo, en un equilibrio dinámico que nunca es estático.

El motor solar: la energía que lo mueve todo

La radiación que llega y la que se va

El Sol es, sin discusión, el motor principal del clima terrestre. Cada segundo, nuestra estrella emite una cantidad de energía equivalente a miles de millones de bombas atómicas, y de toda esa energía, solo una fracción minúscula llega a la Tierra. Sin embargo, esa fracción basta para calentar la superficie, evaporar los océanos, impulsar los vientos y alimentar la fotosíntesis de la que depende toda la vida.

La cantidad de radiación solar que recibe el planeta no es constante. Varía por varias razones, y la más evidente es la latitud. Las regiones ecuatoriales reciben los rayos solares de forma casi perpendicular, concentrando mucha energía en poca superficie. Las regiones polares reciben los rayos de forma oblicua, repartiendo la misma energía sobre una superficie mucho mayor. Esa diferencia de calentamiento entre el ecuador y los polos es el gradiente que pone en marcha toda la circulación atmosférica y oceánica.

Pero la latitud no es la única fuente de variabilidad en la radiación recibida. La inclinación del eje terrestre, que es de unos 23,5 grados respecto al plano de la órbita, provoca las estaciones. Durante el verano del hemisferio norte, el Polo Norte se inclina hacia el Sol y recibe luz durante casi veinticuatro horas al día; seis meses después, se inclina en dirección contraria y queda sumergido en la oscuridad. Esta oscilación anual es la causa más obvia de variabilidad climática que experimentamos, y sin embargo es solo una pieza de un rompecabezas mucho mayor.

Los ciclos de Milankovitch: el Sol visto a escala geológica

A escalas de tiempo mucho más largas, de decenas o cientos de miles de años, la cantidad y la distribución de la radiación solar que recibe la Tierra cambian debido a variaciones en la propia órbita terrestre. Estos cambios, conocidos como ciclos de Milankovitch, son tres principalmente. El primero es la excentricidad orbital, que describe cuánto se desvía la órbita terrestre de un círculo perfecto. A lo largo de unos cien mil años, la órbita pasa de ser casi circular a ser ligeramente elíptica, lo que modifica la distancia de la Tierra al Sol en distintas épocas del año.

El segundo es la oblicuidad, es decir, la variación en la inclinación del eje terrestre, que oscila entre 22,1 y 24,5 grados en un ciclo de aproximadamente cuarenta y un mil años. Cuanto más inclinado está el eje, más extremas son las estaciones: veranos más cálidos e inviernos más fríos. El tercero es la precesión, un movimiento de bamboleo del eje terrestre, como el de una peonza a punto de caer, que completa un ciclo cada veintiséis mil años aproximadamente y que determina en qué punto de la órbita ocurre cada estación.

Estos tres ciclos, combinados, modulan la cantidad de insolación que reciben las distintas latitudes y se consideran el principal desencadenante de las eras glaciales y de los períodos interglaciares. Las glaciaciones del último millón de años han seguido un patrón que coincide notablemente con los ciclos de Milankovitch, aunque estos por sí solos no explican la magnitud de los cambios de temperatura. Lo que ocurre es que pequeñas variaciones en la insolación disparan mecanismos de retroalimentación, como la reducción del dióxido de carbono atmosférico o la expansión de las capas de hielo, que amplifican el efecto inicial.

Las manchas solares y la variabilidad a corto plazo

A escalas más breves, de décadas o siglos, la propia actividad del Sol no es constante. El número de manchas solares, regiones oscuras en la superficie solar que indican una actividad magnética intensa, varía siguiendo un ciclo de aproximadamente once años. Durante los máximos solares, cuando las manchas abundan, el Sol emite ligeramente más energía que durante los mínimos. La diferencia es pequeña, de apenas un 0,1 por ciento, pero suficiente para dejar una huella detectable en el clima terrestre.

Los períodos de mínima actividad solar prolongada, como el Mínimo de Maunder que ocurrió entre 1645 y 1715, han coincidido con fases de enfriamiento climático en el hemisferio norte. Durante aquellos años, el río Támesis en Londres se helaba con frecuencia en invierno y las cosechas en Europa se perdían por el frío. No se sabe con certeza cuánto contribuyó la baja actividad solar a ese enfriamiento, porque también hubo erupciones volcánicas en ese período, pero la coincidencia temporal sugiere que el Sol jugó un papel relevante.

Los océanos: el gran almacén de calor del planeta

Las corrientes oceánicas como cintas transportadoras

Si el Sol es el motor del clima, los océanos son su volante de inercia. El agua tiene una capacidad calorífica enorme: se necesita mucha más energía para calentar un litro de agua que para calentar la misma cantidad de aire o de tierra. Como consecuencia, los océanos se calientan lentamente y se enfrían lentamente, y actúan como un gigantesco amortiguador térmico que suaviza los contrastes de temperatura.

Pero los océanos no solo almacenan calor; también lo transportan. Las corrientes oceánicas superficiales, impulsadas por los vientos, mueven agua cálida desde el ecuador hacia los polos y agua fría desde los polos hacia el ecuador. La corriente del Golfo, por ejemplo, transporta una cantidad de calor equivalente a un millón de centrales nucleares desde el Golfo de México hasta el Atlántico Norte, y es la responsable de que Europa occidental tenga un clima mucho más templado de lo que le correspondería por su latitud. Sin la corriente del Golfo, Londres tendría un clima similar al de Terranova, que está a la misma latitud pero recibe corrientes frías.

Existe también una circulación oceánica profunda, mucho más lenta pero de una importancia capital para el clima global. Es la llamada circulación termohalina, impulsada no por el viento sino por las diferencias de densidad del agua. El agua fría y salada es más densa que el agua caliente y dulce, por lo que tiende a hundirse. En el Atlántico Norte, el agua superficial que ha viajado desde el ecuador se enfría, se vuelve más densa y se hunde, formando una corriente profunda que recorre el fondo oceánico y que emerge de nuevo en el Pacífico y el Índico siglos después. Es una cinta transportadora planetaria que conecta todos los océanos y que regula el clima a una escala temporal muy larga.

El Niño y La Niña: cuando el Pacífico se sale de su cauce

Si hay un fenómeno de variabilidad climática que ha acaparado titulares y despertado el interés del gran público, ese es El Niño, y su contrapartida fría, La Niña. Ambos forman parte de una oscilación natural del sistema océano-atmósfera en el Pacífico tropical conocida como ENOS (El Niño-Oscilación del Sur).

En condiciones normales, los vientos alisios soplan de este a oeste a lo largo del Pacífico ecuatorial, empujando el agua superficial cálida hacia Indonesia y Australia. Allí, el agua caliente evapora grandes cantidades de humedad, que asciende, se condensa y genera lluvias abundantes. En el otro extremo, frente a las costas de Perú y Ecuador, el agua fría y rica en nutrientes asciende desde las profundidades en un proceso llamado afloramiento, alimentando una de las pesquerías más productivas del mundo.

Durante un episodio de El Niño, los vientos alisios se debilitan o incluso invierten su dirección. El agua cálida que normalmente se acumula en el oeste del Pacífico se desplaza hacia el este, hacia Sudamérica. Las lluvias torrenciales, que deberían caer sobre Indonesia, caen sobre Perú y Ecuador, provocando inundaciones catastróficas. Mientras tanto, en el oeste del Pacífico, Australia e Indonesia sufren sequías e incendios forestales. La Niña es el fenómeno opuesto: los alisios se intensifican, empujando aún más agua cálida hacia el oeste y enfriando el Pacífico oriental más de lo habitual.

Lo extraordinario de El Niño y La Niña es que sus efectos no se limitan al Pacífico tropical. A través de lo que los meteorólogos llaman teleconexiones, estos fenómenos alteran los patrones de circulación atmosférica en todo el planeta. Un El Niño intenso puede provocar sequías en el sur de África y en la India, inviernos lluviosos en California y huracanes más frecuentes en el Pacífico oriental. La variabilidad climática que generan estos episodios es tan grande que, en los años de El Niño, la temperatura media global puede ser varias décimas de grado superior a la del año anterior.

Otras oscilaciones oceánicas importantes

El Pacífico no es el único océano que experimenta oscilaciones periódicas. En el Atlántico Norte, la Oscilación del Atlántico Norte afecta a la diferencia de presión entre las Azores e Islandia, y determina la trayectoria de las borrascas que llegan a Europa. En su fase positiva, los vientos del oeste son fuertes y llevan lluvias abundantes al norte de Europa, mientras que el Mediterráneo se seca. En su fase negativa, las borrascas se desvían hacia el sur y el Mediterráneo recibe las precipitaciones que el norte de Europa echa de menos.

En el Índico, el Dipolo del Océano Índico funciona de manera similar a un El Niño a pequeña escala, alternando entre fases positivas que llevan lluvias al este de África y fases negativas que las llevan a Indonesia y Australia. Cada una de estas oscilaciones introduce una cuota de variabilidad en el clima de las regiones que afecta, y todas ellas interactúan entre sí de formas que la ciencia todavía está desentrañando.

La atmósfera: el mensajero del caos climático

Las corrientes en chorro y las ondas de Rossby

Si los océanos son el almacén de calor del planeta, la atmósfera es su sistema de mensajería urgente. Responde a los cambios en cuestión de días o semanas, y lo hace a través de enormes ríos de aire que recorren el planeta. Los más importantes son las corrientes en chorro, bandas de vientos muy intensos que soplan a unos diez kilómetros de altura, en el límite entre la troposfera y la estratosfera, y que separan las masas de aire frío polar de las masas de aire cálido tropical.

La corriente en chorro del hemisferio norte no fluye en línea recta de oeste a este, sino que serpentea formando meandros llamados ondas de Rossby. Cuando estos meandros son poco pronunciados, la corriente en chorro circula rápida y ordenadamente, y el contraste entre el aire frío del norte y el cálido del sur se mantiene estable. Pero cuando los meandros se amplifican, la corriente en chorro se frena, se ondula como una serpentina y pueden formarse configuraciones de bloqueo. Una dorsal, una ondulación hacia el norte, introduce una lengua de aire cálido en latitudes polares y provoca una ola de calor en el norte de Europa. Una vaguada, la ondulación hacia el sur, introduce una lengua de aire frío en latitudes templadas y provoca un episodio de frío extremo en el Mediterráneo.

Estas oscilaciones de la corriente en chorro son una fuente importante de variabilidad climática a escala estacional. Un invierno puede ser excepcionalmente frío en Europa no porque el clima global se esté enfriando, sino porque la corriente en chorro se ha ondulado de tal manera que ha permitido que el aire polar baje de latitud.

Las erupciones volcánicas y el velo de ceniza

La atmósfera no solo transporta calor; también puede bloquear la radiación solar cuando se carga de partículas. Las erupciones volcánicas de gran magnitud son el factor de variabilidad climática más repentino y dramático que existe. Cuando un volcán como el Pinatubo, en Filipinas, o el Tambora, en Indonesia, entra en erupción, inyecta en la estratosfera millones de toneladas de dióxido de azufre. Ese gas se transforma en diminutas gotas de ácido sulfúrico, los aerosoles de sulfato, que reflejan una parte de la luz solar de vuelta al espacio.

El efecto es un enfriamiento global que puede durar uno, dos o tres años, hasta que los aerosoles se depositan en el suelo. La erupción del Tambora en 1815 fue tan colosal que 1816 pasó a la historia como el año sin verano. En Europa y Norteamérica, las cosechas se perdieron por las heladas estivales, el ganado murió de hambre y se produjeron hambrunas generalizadas. La erupción del Pinatubo en 1991, mucho más modesta, bastó para enfriar el planeta medio grado centígrado durante un par de años, contrarrestando temporalmente la tendencia de calentamiento global.

La cubierta de nieve y el hielo marino como espejos de la Tierra

La superficie terrestre no es un receptor pasivo de la radiación solar. La nieve y el hielo tienen un albedo muy alto, lo que significa que reflejan la mayor parte de la luz que reciben. Una superficie nevada puede reflejar hasta el noventa por ciento de la radiación solar incidente, mientras que el suelo desnudo o el océano absorben la mayor parte.

Esta propiedad introduce un potente mecanismo de retroalimentación en el sistema climático. Si por cualquier razón la Tierra se enfría un poco, la cubierta de nieve y hielo se expande, refleja más radiación solar, y el enfriamiento se amplifica. Si la Tierra se calienta, la nieve y el hielo se retiran, la superficie oscura que queda al descubierto absorbe más radiación, y el calentamiento se acelera. Es la llamada retroalimentación del albedo del hielo, y es una de las razones por las que las variaciones climáticas pueden ser mucho mayores de lo que cabría esperar a partir del factor que las desencadenó inicialmente.

Tabla de los principales factores de variabilidad climática

La interacción de todos los factores: un ejemplo concreto

Para entender cómo todos estos factores se combinan en la práctica, imaginemos el invierno de un año cualquiera en el hemisferio norte. La insolación es baja porque el Polo Norte está inclinado lejos del Sol. La corriente en chorro serpentea sobre el Atlántico, formando una vaguada que permite que el aire polar descienda sobre Europa. En el Pacífico tropical, se está desarrollando un episodio de La Niña, que altera la circulación atmosférica global y refuerza indirectamente la vaguada atlántica. Hace dos años, un volcán en el trópico inyectó aerosoles en la estratosfera que todavía no se han disipado del todo y que reducen ligeramente la insolación. El resultado es un invierno excepcionalmente frío y nevado en Europa, que los medios de comunicación presentan como una refutación del cambio climático, cuando en realidad es la manifestación perfecta de la variabilidad climática natural superpuesta a la tendencia de calentamiento global de fondo.

Glosario de términos complicados

• Aerosoles de sulfato: Pequeñas partículas de ácido sulfúrico que se forman en la estratosfera a partir del dióxido de azufre emitido por los volcanes y que reflejan la luz solar, enfriando la superficie terrestre.
• Albedo: Fracción de la radiación solar que una superficie refleja de vuelta al espacio. La nieve fresca tiene un albedo muy alto; el océano, muy bajo.
• Circulación termohalina: Sistema de corrientes oceánicas profundas impulsado por las diferencias de densidad del agua, que dependen de su temperatura y salinidad. Conecta todos los océanos en un ciclo que dura siglos.
• ENOS (El Niño-Oscilación del Sur): Fenómeno climático que implica una oscilación acoplada de la temperatura del océano y la presión atmosférica en el Pacífico tropical, con dos fases extremas: El Niño (cálida) y La Niña (fría).
• Ondas de Rossby: Grandes ondulaciones de la corriente en chorro que separan las masas de aire polar de las tropicales y que determinan el tiempo atmosférico en las latitudes medias.
• Precesión: Movimiento de bamboleo del eje de rotación terrestre, similar al de una peonza, que completa un ciclo cada 26.000 años y afecta a la distribución estacional de la radiación solar.
• Retroalimentación del albedo del hielo: Mecanismo por el cual el derretimiento del hielo reduce el albedo terrestre, lo que provoca una mayor absorción de radiación solar y, por tanto, más calentamiento, en un ciclo que se autoamplifica.
• Teleconexiones: Patrones de correlación entre fenómenos climáticos que ocurren en regiones muy alejadas entre sí, como la influencia de El Niño en las lluvias del sur de África o en los inviernos europeos.

Resultados de aprendizaje

Al finalizar esta lectura, habrás construido un conocimiento sólido sobre los siguientes aspectos:

• La distinción entre variabilidad climática y cambio climático, y la comprensión de que las fluctuaciones del clima año a año son parte del funcionamiento normal del sistema terrestre.
• El papel del Sol como motor del clima, incluyendo las variaciones en la insolación debidas a la latitud, las estaciones, los ciclos orbitales de Milankovitch y los cambios en la actividad solar.
• La función de los océanos como almacén y transportador de calor, y el funcionamiento de fenómenos como El Niño, La Niña y la circulación termohalina.
• La influencia de la atmósfera a través de las corrientes en chorro, las ondas de Rossby y las erupciones volcánicas, así como los mecanismos de retroalimentación como el albedo del hielo.
• La interacción de todos estos factores en la producción de eventos climáticos concretos y la razón por la que la predictibilidad del tiempo atmosférico tiene límites temporales muy estrictos.

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