¿Cómo puede afectar la tasa de aumento de las concentraciones de CO₂ a la corriente oceánica de la AMOC?

A medida que quemamos combustibles fósiles, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra aumenta gradualmente y, con ella, la temperatura media del planeta. La velocidad con la que aumenta el nivel de dióxido de carbono atmosférico (y, con él, la temperatura) es importante para la capacidad de adaptación de los seres humanos y los ecosistemas. Un aumento más lento da tiempo a los seres humanos para alejarse de las zonas bajas y a los animales para trasladarse a nuevos hábitats.

Resulta que la tasa de ese aumento también es importante para los sistemas no vivos. Un estudio de la Universidad de Washington, UW, analizó cómo responderá una corriente importante del océano Atlántico, que incluye la corriente del Golfo, a una duplicación del dióxido de carbono con respecto a los niveles preindustriales.

El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, encontró que cuando los niveles de dióxido de carbono aumentan más gradualmente, tienen menos impacto en la circulación oceánica.

Preguntas y respuestas sobre el aumento del CO₂ y las corrientes oceánicas

UW News se reunió con la autora Camille Hankel, investigadora postdoctoral de la UW en el Instituto Cooperativo de Estudios sobre el Clima, los Océanos y los Ecosistemas, para conocer más sobre su estudio.

Camille Hankel: En mi doctorado, parte de mi trabajo se centró en los "puntos de inflexión climáticos", que surgen de la hipótesis de que podría haber algún tipo de umbrales críticos de calentamiento o cambio de CO₂ que pueden conducir a cambios muy abruptos e irreversibles en algunas partes del sistema climático.

A través de ese trabajo, me familiaricé con cierta literatura sobre "puntos de inflexión inducidos por la tasa", que es la idea de que, en lugar de cruzar un nivel crítico, podría haber algunas tasas críticas de cambio de CO₂ que son importantes para el sistema climático.

En concreto, leí un estudio que analizaba esta idea en el contexto de la Circulación de Retorno Meridional Atlántica (AMOC) , que es la circulación oceánica a gran escala. Ese estudio utilizaba lo que llamamos un modelo de caja, una representación matemática simplificada de la circulación oceánica. Y pensé: "Oye, puedo ejecutar estos modelos globales, que son representaciones mucho más realistas del clima de la Tierra, incluidos el océano, la atmósfera, la tierra y el hielo marino, y comprobar si la tasa de cambio del CO₂ es realmente tan importante".

CH: Es una de las características clave a gran escala del sistema climático. En particular, transporta mucho calor desde las latitudes bajas del Atlántico Sur a las latitudes más altas, más cercanas al Polo Norte. Por lo tanto, envía mucho calor, principalmente al norte de Europa.

También distribuye nutrientes a través de este tipo de movimiento de hundimiento que caracteriza la circulación: arrastra las aguas superficiales hacia las profundidades del océano y hace recircular las aguas profundas hasta la superficie. Es una característica importante del sistema climático, en particular en el Atlántico Norte, pero también a nivel mundial.

CH: Tenemos un registro de observaciones bastante breve de la corriente AMOC, y es escaso. Hay que imaginarse que se trata de una circulación en 3D en toda la cuenca atlántica, y tenemos un par de pequeñas porciones de datos en partes específicas del Atlántico. Estamos viendo una desaceleración modesta hasta ahora, pero es un registro de observaciones bastante ruidoso e incierto, por lo que es difícil decirlo.

Sin embargo, yo diría que la desaceleración observada en las observaciones actuales coincidiría con las predicciones de desaceleraciones futuras de los modelos. Y también vemos un patrón en los cambios de temperatura donde, mientras el resto del planeta se está calentando ahora mismo a medida que aumenta el CO₂ , hay lo que la gente llama un "agujero de calentamiento" sobre el Atlántico Norte.

En comparación con el resto del planeta, no estamos viendo tanto calentamiento en esa región del Atlántico Norte. Y es difícil atribuir de manera concluyente la causa al clima de la Tierra, pero la idea es que la modesta desaceleración de la AMOC que hemos visto hasta ahora podría ser un factor que contribuya a la falta de calentamiento que estamos viendo en el Atlántico Norte.

Así que las observaciones sugieren una cierta desaceleración, aunque mucho menos dramática que la que se muestra en esa película.

CH: Una forma de pensar en lo que impulsa esta importante corriente oceánica son las diferencias en la densidad del océano. En el Atlántico Norte existe una zona muy importante en la que las aguas se hunden porque las aguas superficiales son más pesadas que las aguas de abajo. Cuando se modifican los niveles de CO₂ , se producen dos cosas.

La superficie del océano se empieza a calentar y, al derretirse los glaciares y modificarse el hielo marino, se añade agua dulce a la superficie de un océano que, de otro modo, sería salado. Tanto el calentamiento como el enfriamiento reducen la densidad de esa agua oceánica superior y pueden inhibir o interrumpir ese movimiento crítico de hundimiento.

Hay otras formas de verlo, pero la que yo busco en el estudio es entender cómo esas perturbaciones de densidad ocurren en un clima con mayor contenido de CO₂ y cómo modulan la sensibilidad a la tasa de cambio de CO₂ que encuentro en la respuesta de la AMOC al CO₂.

CH: Sí, eso es parte de ello. Las diferentes partes del sistema climático (el océano, la atmósfera y el hielo) tienen diferentes escalas temporales de respuesta a los cambios de CO₂ , lo que significa que responden a las perturbaciones con diferentes tiempos de retardo. Por lo tanto, la forma en que estos componentes del clima interactúan entre sí ante cambios más o menos rápidos de CO₂ puede ser muy diferente y, en este caso, influir en la circulación oceánica.

En concreto, he descubierto lo que se conoce como retroalimentación positiva (una especie de ciclo de autoamplificación) que ayuda a explicar por qué el nivel de debilitamiento de la AMOC depende de la tasa de cambio del CO₂. En este ciclo de retroalimentación, la modesta cantidad inicial de desaceleración de la AMOC conduce a una reducción del transporte de calor hacia el Ártico, lo que a su vez enfría la región y conduce a un período temporal de expansión del hielo marino del Ártico.

Esta expansión del hielo marino hace que se exporte más hielo al Atlántico Norte, donde se derrite y añade agua dulce al océano, lo que hace que la AMOC se desacelere aún más: de ahí el ciclo de autoamplificación. Resulta que este ciclo de retroalimentación es más eficaz para amplificar el debilitamiento de la AMOC en caso de cambios más rápidos de CO₂ que en caso de cambios graduales de CO₂.

CH: Sabemos que la AMOC se desacelera, hay mucho trabajo sobre eso y los mecanismos que impulsan esa desaceleración. Pero lo nuevo es esta sensibilidad de los cambios de circulación a la tasa de aumento de CO₂ , independientemente del cambio total en la concentración de CO₂ .

Cuando pensamos en políticas y en ciencia básica, solemos centrarnos mucho en cómo el nivel de calentamiento global puede afectar al sistema climático. Intento aportar una nueva perspectiva al pensar en la tasa de aumento como factor impulsor, que podría tener muchos impactos.

Se puede imaginar que si son posibles múltiples climas diferentes para el mismo nivel de calentamiento, entonces limitarnos a 1,5 °C o 2 °C podría tener diferentes significados, ¿no es así? Creo que lo más importante para el sistema climático es siempre la cantidad de CO₂ que se ha emitido a la atmósfera, pero la rapidez con la que se ha llegado a ese punto también es claramente importante.

Referencia

Camille Hankel, The effect of CO₂ ramping rate on the transient weakening of the Atlantic Meridional Overturning Circulation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2411357121