El concepto de puntos de inflexión climáticos (CTPs, por su sigla en inglés) ha surgido a raíz de la creciente preocupación pública por el cambio climático; en este sentido, los CTPs se definen como un “umbral crítico en el cual una pequeña perturbación puede alterar cualitativamente el estado o desarrollo de un sistema”. Con base en la evidencia que respalda la determinación de los CTPs es que se definieron diversos tipping elements (componentes del sistema terrestre a gran escala). La lista inicial de tipping elements comprende: el hielo marino del Ártico durante el verano, la capa de hielo de Groenlandia (GrIS, por su sigla en inglés), la capa de hielo de la Antártida Occidental (WAIS, por su sigla en inglés), la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico (AMOC, por su sigla en inglés), El Niño- Oscilación del Sur, el monzón de verano en la India, el monzón de África Occidental y del Sahara, la selva del Amazonas (AMAZ, por su sigla en inglés) y los bosques boreales.

Una revisión exhaustiva de la literatura condujo a la conclusión de que tomar en cuenta los CTPs en las proyecciones afecta considerablemente el análisis de riesgos y aporta evidencia para tomar medidas respecto al calentamiento global en el marco del Acuerdo de París. Con base en métodos estadísticos, evidencia paleoclimática y modelos del sistema terrestre actualizados (ESMs, por su sigla en inglés) se ha determinado el comportamiento no lineal de los CTPs. No obstante, dichos modelos aún carecen de los procesos necesarios para trazar su comportamiento potencial. Sin embargo, bien se sabe que rebasar un CTP puede conducir a alcanzar otros CTPs generando un efecto dominó en cascada conocido como tipping cascade.

La lista de tipping elements se ha ido enriqueciendo con los años, en este sentido, diversos estudios sugieren agregar los arrecifes de coral, la capa de hielo de la Antártida Oriental (EAIS, por su sigla en inglés), la capa de hielo del Ártico en invierno (AWSI, por su sigla en inglés), los glaciares alpinos, la corriente de chorro del Polo Norte, el permafrost Yedoma, etc. Por su parte, el sexto reporte del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, por su sigla en inglés) señala 15 posibles tipping elements.

Con base en lo anterior, en este artículo se reevalúan los tipping elements enfocándose en aquellos que se pueden disparar por el calentamiento global. Se esclarecen los conceptos de tipping elements y CTPs, y se proponen dos nuevas categorizaciones: globales y regionales. De igual forma, se establece la temperatura media global en superficie (GMST, por su sigla en inglés) y las escalas de tiempo para determinar la probabilidad de que se disparen determinados CTPs bajo ciertos rangos de incrementos en la temperatura.

Definiendo tipping points y tipping elements

“Un tipping point es un umbral en un parámetro de control en el cual un pequeña perturbación genera un cambio cualitativo en el estado futuro del sistema” (p. 1). En este sentido, un tipping point se presenta cuando algún cambio en el sistema climático comienza a autoperpetuarse una vez que rebasó un umbral de calentamiento, como resultado de una asimetría en los efectos de retroalimentación, que conducen a impactos sustanciales y dispersos en el sistema-Tierra.

Cambio autoperpetuado

Los mecanismos de autoperpetuación se refieren a que el cambio en el sistema continúa a pesar de que el forzamiento cese, asimismo, este tipo de mecanismos comúnmente se deben a mecanismos de retroalimentación positiva que amplifican el detonante original.

Irrevesibilidad

Se refiere a que un sistema no regresa a su estado inicial incluso si el detonante del cambio es eliminado. Cabe destacar que el sexto informe del IPCC no considera la irreversibilidad como elemento descriptor de los tipping point debido a las limitantes en los modelos respecto a las escalas de tiempo.

Escala de tiempo y brusquedad

Los cambios en determinado sistema climático ocasionados por los CTPs pueden ser más lentos que las causas antropogénicas que los generan, éstos pueden ocurrir a lo largo de siglos o milenios. No obstante, pueden potenciar los impactos a corto plazo, tales como el aumento en el nivel del mar. Por otro lado, en el sexto reporte del IPCC se define que un cambio abrupto puede ocurrir y mantenerse en pocas décadas o menos, reduciendo así sustancialmente la escala de tiempo.

Escala espacial

Los tipping elements se definen como componentes del sistema terrestre que ocurren por lo menos a una escala subcontinental y corren el riesgo de superar un CTP en el presente siglo. En este sentido, se considera que un tipping element es global si se da un cambio autoperpetuado y la escala es subcontinental. Por otro lado, si un CTP se transgrede en menor escala pero en muchas localizaciones de forma casi simultánea, se le considera un tipping element de escala regional.

Impactos

Los tipping elements contribuyen en la operación integral del sistema terrestre, así como en el bienestar de la humanidad (dato crucial 1). Sin importar si la escala es global o regional, superar un CTP no tiene porqué involucrar mecanismos de retroalimentación de la composición atmosférica o la temperatura, no obstante, suele haber acoplamiento entre tipping elements.

Los tipping elements climáticos

Basados en observaciones, paleoregistros y modelos, los autores de este artículo proponen una lista de tipping elements climáticos, en este sentido, para cada uno se determina la evidencia y los niveles de confianza en cuanto a autoperpetuación, umbrales de temperatura, histéresis o irreversibilidad, transiciones en escalas de tiempo y los impactos regionales o globales (dato crucial 2).

Criósfera

Hielo del océano Ártico (AWSI/BARI)

Los modelos de la fase 5 del Proyecto de inter-comparación de modelos de clima acoplados (CMIP5 por su sigla en inglés) que rebasan 4.5°C de aumento en la temperatura, muestran un colapso abrupto en el AWSI (hielo marino del invierno ártico), por lo tanto, se le ha clasificado como un tipping element global. En cuanto al umbral de temperatura, se estima de 6.3 °C, una escala de tiempo de 20 años y un mecanismo de retroalimentación de 0.6°C en cuanto a la temperatura media global en superficie (GMST, por su sigla en inglés). Un caso asociado al AWSI es la pérdida de hielo invernal del mar de Barents, el cual se considera un impacto regional.

Capa de hielo de Groenlandia (GrIS)

Esta capa de hielo está desapareciendo rápidamente debido al derretimiento superficial y al desprendimiento de grandes fragmentos. Los modelos arrojan un umbral crítico de 1.5°C, una escala de tiempo de 10 mil años y un mecanismo de retroalimentación de 0.13°C en cuanto a GMST. En este sentido, el colapso de GrIS produciría un sistema terrestre unipolar que afectaría otros tipping elements como AMOC (la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico).

Capa de hielo de la Antártida occidental (WAIS)

Debido a que gran parte del WAIS se encuentra bajo en nivel del mar, si la capa de hielo alcanza pendientes retrógradas se puede detonar su inestabilidad (MISI: marine ice sheet instability) y transgredir un CTP. Los modelos arrojan que un calentamiento de 1 °C desencadenará un colapso parcial, mientras de 2°C implicará pérdida masiva. Asimismo, debido a que WAIS es considerado un tipping element de escala global, su umbral crítico es de 1.5°C, la escala de tiempo es de 2 mil años y el GMST de 0.05°C.

Cuencas subglaciales de la Antártida Oriental (EASB)

Las cuencas Wilkes, Aurora y Recovery también pueden verse afectadas por MISI. Se le ha catalogado como un tipping element global, con un umbral crítico de 3°C, una escala de tiempo de 2 mil años y un GMST provisional parecido a WAIS de 0.05°C.

Capa de hielo de la Antártida oriental (EAIS)

EIAS es la capa de hielo terrestre más grande del mundo con el potencial de aumentar el nivel del mar hasta 50 metros, no obstante, se estima que permanecerá estable incluso a niveles superiores de 650 partes por millón de dióxido de carbono atmosférico. Por otro lado, con un calentamiento de entre 8-10°C se espera pérdida total, en este sentido, una vez rebasado este umbral, los mecanismos de retroalimentación autoperpetuarán y amplificarán su desintegración. De igual forma, este tipping element es catalogado de escala global debido a los efectos mundiales que tendrá. Finalmente, se estima un umbral crítico de 7.5°C, una escala de tiempo de 10 mil años y un GMST de 0.6°C.

Permafrost boreal (PFTP/PFAT)

Los suelos y sedimentos permanentemente congelados de la región boreal contienen aproximadamente 1 035 gigatoneladas de carbono que pueden ser liberadas con el descongelamiento. Los autores separaron este tipping element en tres: derretimiento gradual (PFGT), derretimiento abrupto (PFAT) y colapso (PFTP). Los primeros dos se consideran de escala subcontinental y para PFAT se estima un umbral crítico de 1.5°C, una escala de tiempo de 200 años y 50% de emisiones adicionales. Por su parte, los estimados para PFTP incluyen un umbral crítico de 4°C, una escala temporal de 50 años y emisiones de entre 125-250 gigatoneladas de carbono.

Glaciares de montaña

El derretimiento de los glaciares europeos se espera a partir de 1°C de calentamiento y una pérdida total a los 2°C. En este sentido, se reconoce que un calentamiento de entre 1.5-2°C es suficiente para la eventual pérdida de todos los glaciares extrapolares. Debido a los impactos significativos que implica el derretimiento de los glaciares, se ha categorizado como un tipping element regional con un umbral crítico de 2°C, una escala temporal de 200 años y un GMST de 0.08°C.

Circulación océano-atmósfera

Giro subpolar del Atlántico Norte / Convección del mar Labrador-Irminger

La convección de los mares Labrador y Irminger, que forman parte del giro subpolar (SPG, por sus siglas en inglés), colapsan bajo ciertos modelos por estratificación inducida por calentamiento, condición que se autoperpetúa por mecanismos de retroalimentación. En algunos modelos, el colapso de SPG afecta a AMOC, asimismo, causa un enfriamiento regional de entre 2-3°C en el Atlántico Norte, corrientes de chorro, climas extremos en Europa y desplazamiento hacia el sur de la zona de convergencia intertropical. Por tales motivos, a este tipping element se le categoriza con una escala global, con un umbral crítico de 1.8°C, una escala temporal de 10 años y un GMST de 0.5°C.

Circulación de vuelo meridional del Atlántico (AMOC)

AMOC es autosostenible debido al mecanismo de retroalimentación por advección de salinidad [capacidad de transporte por salinidad]. Las aguas cálidas que se dirigen al norte aumentan su densidad debido al enfriamiento y la evaporación, lo cual sustenta la convección profunda que impulsa la circulación. Por su parte, el calentamiento global incrementa la precipitación en el Ártico, la escorrentía de la capa de hielo de Groenlandia y la temperatura superficial del mar. Todo lo anterior debilita a AMOC al disminuir la convección profunda, de hecho, en tres modelos de CMIP5 este tipping element colapsa en un rango de aumento de la temperatura de 1.4-1.9 °C. Por otro lado, el colapso de AMOC supone impactos globales en la temperatura y los patrones de precipitación, por lo que se le cataloga de escala global, con un umbral crítico de 4°C, una escala de tiempo de 50 años y un GMST de 0.5°C.

Biósfera

Selva del Amazonas

La biomasa del Amazonas almacena entre 150 y 200 gigatoneladas de carbono, lo cual la convierte en un sumidero de gran importancia para las emisiones de dióxido de carbono antropogénicas (dato crucial 3). La pérdida de selva podría iniciar sequías que se autoperpetúen, lo cual generaría una transición del ecosistema hacia un estado degradado o tipo sabana. Dos de los modelos de CMIP5 pronostican muerte de la selva en un rango de aumento de temperatura de entre 2.5-6.2°C. Debido a la dimensión espacial de la región afectada, se categoriza a este tipping element con la escala global, con un umbral crítico de 3.5°C, una escala temporal de 100 años, muerte de 40% de la selva que generará 30 gigotoneladas de emisiones de dióxido de carbono y un GMST de 0.1°C.

Bosque boreal

A este tipping element se le asignan dos CTPs en función de los mecanismos de retroalimentación, el primero se refiere a la muerte abrupta de la frontera sur (BORF, por sus siglas en inglés), mientras que el segundo indica la expansión abrupta de su frontera norte (TUND, por sus siglas en inglés). En la frontera sur, se espera pérdida de bosque boreal debido a cambios hidrológicos, aumento de incendios y proliferación de plagas de escarabajos. De acuerdo con los modelos, BORF tiene un umbral crítico de 4°C, una escala temporal de 100 años y un GMST de 0.18°C. De forma similar, TUND presenta un umbral crítico de 4°C, una escala temporal de 100 años y un GMST de 0.14°C.

La vegetación de Sahel (SAHL) y el monzón de África Occidental (WAM)

La paleoevidencia muestra que el forzamiento orbital, el debilitamiento de AMOC y el calentamiento del Atlántico Ecuatorial ha ocasionado el colapso de WAM. Por su parte, ocurren incrementos abruptos de vegetación en el Sahel oriental en tres ESM con incrementos de temperatura de 2.1-3.5°C. No obstante, los umbrales a los que se transgrenden los CTPs de estos tipping elements siguen sin ser claros, por tal motivo, se les considera de escala regional, con un umbral crítico de aumento en la humedad y reverdecimiento de 2.8°C, una escala temporal de 50 años e impactos terrestres inciertos.

Arrecifes de coral de baja latitud

Las presiones antropogénicas que aquejan a los arrecifes de coral abarcan la sobrepesca, daño directo, la sedimentación, la acidificación del océano y el calentamiento global. Cuando el agua marina excede cierto umbral de temperatura los corales se blanquean, lo cual impacta directamente en la biodiversidad de los ecosistemas, en la red trófica marina, en el ciclo de nutrientes y en las formas de vida de millones de personas. Por su parte, el IPCC ha proyectado entre 70-90% de pérdida de arrecifes con un aumento de la temperatura de 1.5°C y pérdida casi total a 2°C. Este tipping element ha sido categorizado con una escala regional, con un umbral crítico de 1.5°C, una escala temporal de 10 años y un evidente mecanismo de retroalimentación GMST.

Implicaciones para la política climática y la prevención de niveles peligrosos de calentamiento global

En el dato crucial 4 se presenta un resumen de los umbrales de temperatura estimados para cada tipping element. En este sentido, se determinó que un CTP es transgredido cuando se rebasa su umbral mínimo de temperatura. La evaluación de los CTP tiene una gran implicación en la política climática pues, debido a que se determinan los niveles de aumento en la temperatura a los cuales se presentarían cambios fundamentales en los sistemas terrestres, tiene un enfoque de minimización de riesgos. Con base en la determinación de los umbrales críticos de temperatura, se concluye que 1°C de calentamiento es el nivel que minimiza el riesgo de transgredir los CTPs estudiados.

No obstante, las probabilidades de que se rebasen ciertos CTPs no son despreciables incluso bajo estrictas medidas de mitigación. Sin embargo, los esfuerzos en la marco del Acuerdo de París de limitar el calentamiento a 1.5°C es más seguro que mantenerlo en 2°C. Esta diferencia de medio grado aumenta significativamente el riesgo de colapso de WAIS, LABC, AMOC, el derretimiento del permafrost y la muerte masiva de los arrecifes de coral.

En el caso de que se implementen todas las medidas para lograr el cero neto en emisiones, se lograría limitar el calentamiento a 1.95°C, no obstante, con la trayectoria actual se estima un aumento en la temperatura de hasta 3°C para 2100. En este sentido, es alarmante considerar que “si no se mejora la ambición de las políticas actuales y la sensibilidad climática, o la retroalimentación del ciclo del carbono resulta ser mayor que la hipótesis actual, es posible un calentamiento de hasta 4°C para 2100” (p. 7).

Discusión

En este artículo se estudió a los tipping elements y sus CTPs de forma independiente, no obstante, se analizaron las interacciones entre ellos y las potenciales tipping cascades. En algunos escenarios los impactos y umbrales estimados son inciertos, así como las escalas temporales de la en la mayoría de los casos. De igual forma, se entiende que esta lista no es definitiva y evidentemente quedan otros tipping elements por ser descubiertos. En este sentido, se sugiere que un modelo con enfoque sistemático con especial énfasis en los horizontes y las interconexiones entre los CTPs ayudará a mejorar su evaluación.

Conclusión

En el marco de la actual trayectoria del aumento en la temperatura de entre 2 y 3°C, se estima que se rebasen múltiples CTPs, lo cual trae consigo implicaciones bastante peligrosas. Por tal motivo, las actuales políticas climáticas se consideran inseguras, pues no limitan el aumento de temperatura a los 1.5°C propuestos por el Acuerdo de París.