Historia Climática de la Tierra

La magnitud del efecto invernadero depende de la cantidad de gases de efecto invernadero que tiene la atmósfera. De esta forma, cuando cambia la cantidad de gases de efecto invernadero en el aire, se modifica la magnitud del efecto invernadero. La cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera depende de la cantidad de gases que ingresan y la cantidad de gases que salen del atmósfera en un determinado periodo. Decimos por tanto que los flujos de entrada y flujos de salida controlan la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera. A lo largo de la historia climática de nuestro planeta, diversos fenómenos naturales van controlando cuantos gases de efecto invernadero ingresan a la atmósfera y cuantos gases salen. El volcanismo, la liberación de gases desde depósitos de carbono y la descomposición de materia orgánica son procesos que inyectan gases de efecto invernadero a la atmósfera. Por su parte, la depositación de carbono en el suelo o el fondo del océano, la fotosí

Un gas de efecto invernadero es un gas que absorbe y emite radiación dentro del rango infrarrojo. Este proceso de absorción y emisión produce el efecto invernadero en el planeta. Los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre son el vapor de agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O), el ozono (O3) y los Clorofluorocarburos (CFC). El vapor de agua es el mayor contribuyente al efecto invernadero, estimándose su contribución entre el 36 % y el 66 % para condiciones de cielo despejado y entre el 66 % y el 85 % si se incluyen las nubes. Si bien el vapor de agua es el principal contribuyente al efecto invernadero, su corto tiempo de residencia (permanece poco tiempo en la atmósfera) hace que la cantidad de este en la atmósfera responda a otro forzamiento (el Sol, el CO2). Después del vapor el segundo mayor contribuyente es el CO2. En la imagen inferior se observan como ha cambiado la concentración de algunos gases de efecto invern

El efecto invernadero es un proceso mediante el cual el calor queda atrapado cerca de la superficie de la Tierra como consecuencia de la interacción de la radiación saliente desde la Tierra con gases que están en la atmósfera. La atmósfera es una capa gaseosa que envuelve a un planeta, y en el caso de la Tierra, está constituida por algunos gases que absorben la radiación térmica que es emitida desde la superficie hacia las capas altas de la atmósfera en dirección del espacio. Posterior a este absorción, los gases emiten la radiación absorbida en diferentes direcciones, lo que implica que parte de esta radiación es devuelta a la superficie o a la atmósfera inferior. En otras palabras, el efecto invernadero provoca que no toda la energía que emite la superficie de la Tierra logre escapar al espacio, lo cual tiene como consecuencia que la Tierra presente una temperatura bastante superior a la que tendría si el efecto invernadero no ocurriese.

El albedo es el porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre ella. Las superficies claras tienen valores de albedo superiores a las oscuras, y las brillantes más que las mates. El albedo medio de la Tierra es aproximadamente 0.3. Básicamente, el albedo es una medida de la tendencia de una superficie a reflejar radiación incidente, por tanto, un planeta Tierra con mayor albedo significa una superficie con menos energía. Por lo tanto, un planeta es mas cálido en la medida que su albedo es menor. El albedo del planeta ha cambiado a lo largo de la historia de nuestro planeta debido a los cambios de la cobertura vegetacional, cobertura de hielo, extensión de la superficie rocosas y extensión de la superficies de agua. La nubes también tienen albedo por lo que también contribuyen a reflejar radiación.

No toda la energía que llega desde el Sol hasta el tope de la atmósfera consigue alcanzar la superficie terrestre. Cuando la energía en forma de radiación ingresa a la atmósfera, los gases y partículas comienzan a interactuar con la radiación. Esta interacción puede implicar la absorción de la radiación o el cambio de dirección de esta. Así, la energía que llega a la superficie es menor que la energía que llega desde el Sol hasta el tope de la atmósfera. Esta disminución de la densidad del flujo de un haz de radiación cuando transita a través de la atmósfera se denomina atenuación atmosférica. 

La constante solar, o irradiancia solar total, es la cantidad de energía recibida en forma de radiación solar por unidad de tiempo y unidad de superficie, medida en la parte externa de la atmósfera terrestre en un plano perpendicular a los rayos del Sol. El valor obtenido de las mediciones de satélites y aceptado actualmente es de 1361 W/m². La radiación emitida por el Sol no es exactamente constante, sino que sufre de fluctuaciones caóticas de muy pequeña amplitud y de oscilaciones periódicas descritas como ciclos de actividad. Además, la constante solar experimenta un incremento tendencial muy lento, es decir, hace cientos o miles de millones de años atrás la constante solar tenía un valor significativamente menor.

La cantidad de energía que emite el Sol experimenta modificaciones con el paso del tiempo. Por ciertos periodos la cantidad de energía que emite el Sol puede reducirse y en otros periodos la cantidad de energía se incrementa. Algunas de estas modificaciones son pequeñas y ocurren en un corto periodo. Otras modificaciones son de mayor magnitud y pueden extenderse por varios años. Son estas últimas modificaciones las que potencialmente pueden desencadenar un cambio climático. En la figura inferior se muestra una reconstrucción de energía que recibe el planeta desde el sol desde el año 1600 hasta la actualidad. La energía que recibimos del sol se denomina constante solar. Curiosamente, la constante solar no es constante. La imagen fue obtenida de la web de la NOAA Climate.gov.

Cambios en la cantidad de energía que emite el Sol, modificaciones tectónicas en el planeta y cambios en la geometría de la órbita de nuestro planeta alrededor del Sol son los fenómenos naturales que pueden producir cambios climáticos. Estos fenómenos pueden alterar la cantidad de energía que recibe la Tierra o modificar como se distribuye la energía en nuestro planeta, lo cual desencadena cambios en la temperatura y otras variables meteorológicas. Sin embargo, no siempre una modificación la cantidad de energía que emite el Sol, modificaciones tectónicas en el planeta y cambios en la geometría de la órbita de nuestro planeta son tan significativos como para producir un cambio climático. Por ejemplo, la cantidad de energía que emite el Sol presenta variaciones día a día, no obstante, estas variaciones son demasiado pequeñas y de corta duración como para producir un cambio climático.

El agente o fuerza que produce un cambio climático recibe el nombre de forzante . Cuando es el ser humano el que está detrás de un cambio climático decimos que el agente causante es el forzante antropogénico . Cuando son fuerzas naturales las causantes de un cambio climático hablamos de forzante natural , reconociendo tres forzantes naturales: el forzante solar (el Sol), el forzante orbital (geometría de la órbita de nuestro planeta) y el forzante tectónico (procesos internos de la Tierra). Cada uno de los forzantes tiene sus propias dinámicas  por lo que los cambios climáticos que producen cada uno de ellos tienen diferencias. En otras palabras, no es lo mismo que un calentamiento sea producido como consecuencia del incremento de la emisión de energía del Sol a que sea producido por un cambio en la geometría de la orbita de nuestro planeta. En este sentido, las características  de cada forzante producen que cada cambio climático tenga una determinada magnitud y temporalidad.

Un cambio climático es un cambio a largo plazo en las temperaturas y los patrones climáticos de una región o de un planeta en su totalidad. El clima del planeta Tierra o de una región es el resultado de la interacción de los componentes del sistema climático; atmósfera, hidrósfera, biósfera, litósfera y criósfera. Por lo tanto, un cambio climático implica modificaciones en todos o algunos de estos componentes, pudiendo también detectar un cambio climático midiendo parámetros o variables físicas de los océanos, seres vivos, hielos y las rocas. Un cambio climático implica cambio en los promedios de las variables medidas. Como ejemplo, en la figura inferior se presenta la variación de la temperatura en más de 100 años. Si promediamos los datos de temperatura entre el año 0 y 60 tendremos el promedio 1. Luego vemos que la temperatura aumento y al promediar los datos de temperatura desde el año 80 en adelante, cambio el valor del promedio (promedio 2). Cuando ocurre un fenómeno como el desc

El tiempo atmosférico o meteorológico es el estado de la atmósfera en un momento y lugar determinado​. Se refiere a la condición que tiene la atmósfera durante un instante, unas horas, el día o un par de días. La condición de la atmósfera se describe a partir de mediciones de variables como la temperatura, la presión, el viento, la radiación solar, la humedad y la precipitación. El campo de la ciencia que estudia al tiempo atmosférico y los procesos físicos asociado a estos se denomina meteorología. A diferencia del tiempo, el clima es una condición promedio de la atmósfera, es decir, el estado general de la atmósfera en un periodo de tiempo extenso, como mínimo 30 años. Tiempo y clima están relacionados:  una sucesión de tiempos produce el clima y el clima a su vez es el escenario base en torno al cual el tiempo atmosférico fluctúa.

E l clima es el resultado de las interacciones que se establecen entre muchos elementos. Todos estos elementos y sus interacciones se agrupan en un concepto llamado sistema climático . Así, el clima es básicamente el resultado de las interacciones que se producen en el sistema climático. Pero ¿Qué es un sistema?  Un sistema es una entidad que está constituida por múltiples partes, elementos o componentes y que interactúan entre sí. En particular, el sistema climático es una entidad que agrupa varios componentes que interactúan entre sí y que al funcionar definen o determinan eso que llamamos clima. Como el sistema climático está ubicado en el espacio-tiempo, decimos que el sistema climático es un sistema físico .  El sistema climático está constituido por 5 componentes que interactúan de diversas formas entre sí. Estos componentes son la atmósfera, la hidrósfera, la criósfera, la litósfera y la biósfera.