El aumento de los gases de efecto invernadero antropogénicos en la atmósfera impide la emisión de calor al espacio. Como resultado, la Tierra absorbe constantemente más calor a través de la radiación solar del que puede devolver a través de la radiación térmica.
por la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes
Estudios previos muestran dónde se almacena esta energía adicional: principalmente en los océanos (89 por ciento), pero también en las masas terrestres de los continentes (5-6 por ciento), en hielo y glaciares (4 por ciento) y en la atmósfera (1-6 por ciento). 2 por ciento). Sin embargo, este conocimiento es incompleto: por ejemplo, anteriormente no estaba claro cómo se distribuía este calor adicional en las masas continentales.
El equipo de investigación, encabezado por la UFZ y con la participación de científicos del Instituto Alfred Wegener (Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI)), la Vrije Universiteit Brussel y otros centros de investigación, pudo cuantificar con mayor precisión cuánto calor ha almacenado en las masas de tierra continentales entre 1960 y 2020. El resultado: las masas de tierra continentales han absorbido un total de 23,8 x 10 21 julios de calor entre 1960 y 2020.
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A modo de comparación, esto corresponde a aproximadamente 1800 veces el consumo de energía eléctrica de Alemania durante el mismo período. La mayor parte de este calor, aproximadamente el 90 por ciento, se almacena hasta 300 metros de profundidad en la Tierra. El nueve por ciento de la energía se usa para descongelar el permafrost en el Ártico y el 0,7 por ciento se almacena en cuerpos de agua continentales, como lagos y embalses.
“Aunque los cuerpos de agua continentales y el permafrost almacenan menos calor que el suelo, tienen que ser monitoreados continuamente porque la energía adicional en estos subsistemas provoca cambios significativos en los ecosistemas”, dice el investigador de la UFZ y autor principal del estudio Francisco José Cuesta-Valero.
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Los científicos también demostraron que la cantidad de calor almacenado en el suelo, en el permafrost y en los lagos ha aumentado continuamente desde la década de 1960. Por ejemplo, una comparación de las dos décadas de 1960-1970 y de 2010-2020, esta cantidad aumentó casi 20 veces de 1,007 a 18,83 x 10 21 julios en el suelo, de 0,058 a 2,0 x 10 21 julios en regiones de permafrost y de -0,02 a 0,17 x 10 21 julios en cuerpos de agua continentales.
Los investigadores utilizaron más de 1000 perfiles de temperatura en todo el mundo para calcular las cantidades de calor almacenadas a profundidades de hasta 300 metros. Utilizaron modelos para estimar el almacenamiento térmico en permafrost y masas de agua continentales. Por ejemplo, combinaron modelos de lagos globales, modelos hidrológicos y modelos del sistema terrestre para modelar las aguas. Estimaron el almacenamiento térmico en el permafrost con un modelo de permafrost que da cuenta de varias distribuciones plausibles de hielo en el suelo en el Ártico.
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“El uso de modelos nos permitió compensar la falta de observaciones en muchos lagos y en el Ártico y estimar mejor las incertidumbres debidas al número limitado de observaciones”, explica Francisco José Cuesta-Valero.
La cuantificación de esta energía térmica es importante porque su aumento está asociado a procesos que pueden cambiar los ecosistemas y, por lo tanto, pueden tener consecuencias para la sociedad. Esto se aplica, por ejemplo, al suelo permanentemente congelado en el Ártico. “Aunque la cantidad de calor almacenado en el permafrost puede representar solo el nueve por ciento del almacenamiento de calor continental, el aumento en los últimos años promueve aún más la liberación de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano debido a la descongelación del permafrost ”, dice Francisco José Cuesta- Valero.
Si la energía térmica almacenada en el suelo aumenta, la superficie de la Tierra se calienta, poniendo en riesgo la estabilidad de la reserva de carbono en el suelo, por ejemplo. En las zonas agrícolas , el calentamiento de la superficie asociado podría suponer un riesgo para las cosechas y, por tanto, para la seguridad alimentaria de la población. En los cuerpos de agua continentales, el cambio de estado térmico podría afectar la dinámica de los ecosistemas: empeora la calidad del agua, se altera el ciclo del carbono ; la proliferación de algas aumenta y, a su vez, afecta la concentración de oxígeno y la productividad primaria, lo que afecta la producción pesquera.
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Por lo tanto, el coautor Prof. Dr. Jian Peng, jefe del Departamento de Detección Remota de UFZ, dice: “Es importante cuantificar y monitorear con mayor precisión cuánto calor adicional absorben las masas de tierra continental. Esta es una métrica clave para comprender cómo los cambios en los procesos naturales resultantes del almacenamiento de calor afectarán a los humanos y a la naturaleza en el futuro”.
El trabajo se publica en la revista Earth System Dynamics .
Más información: Francisco José Cuesta-Valero et al, Almacenamiento de calor continental: contribuciones del suelo, aguas continentales y descongelación del permafrost, Earth System Dynamics (2023). DOI: 10.5194/esd-14-609-2023
