Enfriamiento estratosférico

El enfriamiento de la estratosfera está favorecido por la reducción del ozono. Pero la causa principal del enfriamiento estratosférico es la liberación de dióxido de carbono por parte de los humanos. Por ello, el calentamiento global (= calentamiento troposférico) y el enfriamiento estratosférico son efectos paralelos. Un mayor enfriamiento de la estratosfera puede tener un impacto también en el desarrollo futuro de la capa de ozono, porque una estratosfera fría favorece la destrucción de ozono.
Debemos también tener en cuenta que la liberación de CO2 puede favorecer la formación del agujero de la capa de ozono. No obstante, entender todos los fatores que contribuyen al enfriamiento estratosférico es difícil, trataremos de dar una visión global

¿ Se está enfriando la estratosfera?

Medir la temperatura en la baja estratosfera no es tan sencillo como en el suelo. De hecho, no hay una red de trabajos suficientemente densa de las estaciones de medida para el rango de 15-30 km de altitud.
Los globos, unidades microondas de sonido (MSU desde 1979), sondas espaciales, LIDAR y satélites han estado midiendo las temperaturas en la estratosfera, pero por lo general durante menos de dos o tres décadas. Se han hecho correcciones a los datos que existían, pero la incertidumbre de los datos sigue siendo bastante elevada.

stratospheric cooling

1. Anomalías estacionales de las temperaturas medias globales (°C), 1958 a 200, relativas a 1979-1990 para la temperatura de la baja atmósfera, como se observa desde los satélites ( MSU 4 y SSU !%X) y globos (UKM 4).
Se señalan las épocas de mayores erupciones volcánicas del Agung, El Chichon y MT. Pinatubo. imagen adatada de. 2.12

La baja estratosfera parece estar calentándose aproximadamente 0.5°C  cada década. Esta tendencia general es interrumpida por erupciones volcánicas fuertes, que llevan a un calentamiento temporal de la estratosfera durante 1-2 años. Después, las temperaturas vuelven a estar dentro de la tendencia.
Cálculos llevados a cabo por varios institutos de investigación  encontraron una mayor tendencia de enfriamiento en las últimas dos décadas ( 1979-2000), comparada con una menor tendencia al enfriamiento durante el periodo precedente 1958-1978. Mira la figura de la izquierda.

stratospheric cooling values

2. Cálculos de enfriamiento estratosférico
Valores de IPCC TAR Tab. 2.3

¿Por qué se enfría la estratosfera?

Existen varias causas por las que la estratosfera podría estar enfriándose. Las dos razones más comprensibles son:

1) La destrucción del ozono estratosférico.
2) El aumento de dióxido de carbono atmosférico.

Enfriamiento debido a la destrucción de ozono

El primer efecto es fácil de entender. Menos ozono significa menor absorción de la radiación UV solar. Menos energía solar es transformada en calor dentro de la estratosfera. El enfriamiento por el ozono es simplemente menos calor porque se produce una menor absorción de radiación UV solar. Además, no debemos olvidar que el ozono actúa en  la baja estratosfera como gas de efecto invernadero. En aproximadamente 20 km de altitud  el efecto de la radiación UV y la infrarroja son casi iguales. Pero no sólo debemos tener en cuenta el efecto invernadero del ozono, que se va haciendo menor a medida que vamos hacia arriba.

Enfriamiento debido al efecto invernadero

Los gases de efecto invernadero ( CO2, O3, CFC) absorben y emiten generalmente en la región infrarroja radiación calorífica a una longitud de onda determinada. Si esta absorción es tan  fuerte como la banda de absorción de dióxido de carbono (CO2), de 15µm (= 667 cm-1), el gas invernadero puede bloquear la mayor parte de la radiación infrarroja cercana a la Tierra. Por ello, casi ninguna radiación de la superficie puede llegar al dióxido de carbono que reside en la alta troposfera o en la baja estratosfera. Por otro lado, el dióxido de carbono emite una radiación calorífica al espacio. En la estratosfera esta emisión  se hace mayor que la energía recibida desde más abajo por absorción. Al final, el dióxido de carbono de la baja estratosfera y alta troposfera pierden energía en el espacio: estas regiones de la atmósfera se enfrían. Otros gases de efecto invernadero, como el ozono ( tal y como vimos) y los clorofluorocarbonos (CFC), tienen un impacto más débil, ya que su absorción en la troposfera es menor. No bloquean por completo la radiación del suelo a sus rangos de longitud de onda, y pueden así absorber algo de energía de la estratosfera y calentar esta región de la atmósfera.

stratospheric cooling rates

3. Tasas de enfriamineto estratosférico
Figura de: Clough and Iacono, JGR, 1995; tomado de SPARC Website

La figura muestra cómo el agua, el dióxido de carbono y el ozono contribuyen al enfriamiento de la longitud de onda larga en la estratosfera. Los colores desde azul hasta rojo, y amarillo a verde representan un enfriamiento progresivo, y las zonas grises un calentamiento de las estratosfera. La tropopausa se representa como una línea de puntos con la troposfera por  debajo y la estratosfera por  encima. Para el CO2 está especialmente claro que no se produce un  enfriamiento de la  troposfera, sino un fuerte efecto de enfriamiento en la estratosfera. Por otro lado, el ozono enfría la parte superior de de la estratosfera, pero calienta la baja estratosfera.

¿Dónde tiene lugar el enfriamiento?

El impacto de la disminución del ozono es más importante en la baja estratosfera, en la región de 20 km de altitud. Como se ve en la Fig. 3 el impacto del enfriamiento debido al aumento del dióxido de carbono es alto en la alta estratosfera entre los 40 y 50 km. Como puedes imaginar dados estos efectos tan distintos, el enfriamiento no es homogéneo por toda la estratosfera. Por lo tanto, los procesos no deben observarse sólo en la baja estratosfera como se muestra en la Fig.1, sino que también debe medirse a otras altitudes. Las figuras que aparecen debajo te dan una idea.

trends of stratospheric cooling

4. Tendencias del enfriamiento de la estratosfera para los próximos años a distintas altitudes
fuente: Ramaswamy et al., Reviews of Geophysics, Feb. 2001

Otra influencia

La superficie que se calienta debido al efecto invernadero puede también cambiar el calentamiento de la estratosfera de la Antártida cambiando las ondas planetarias y su propagación. Estas ondas son provocadas por la estructura del hemisferio norte (cadenas montañosas como el Hilmalaya, alternancia de tierra y mar).
Estudios recientes también demuestran que el aumento de la concentración de vapor de agua estratosférico puede tener un fuerte efecto de enfriamiento, comparable en su magnitud al efecto de la pérdida de ozono.

Conclusión

El enfriamiento estratosférico y el calentamiento troposférico están íntimamente ligados, no sólo a través de procesos de radiación, sino también por medio de procesos dinámicos, como la formación, propagación y absorción de ondas planetarias. Actualmente no todas las causas del enfriamiento estratosférico observado son  totalmente conocidas y entendidas. Hace falta más investigación.
Sin embargo, el aumento del dióxido de carbono y la dismunución del del ozono, hace que se observe y espere un enfriamiento. Un enfriamiento estratosférico mayor haría más probable  la formación del agujero de la capa de ozono. Debemos tener en cuenta que las emisiones de CO2 no sólo conducen a un calentamiento troposférico, sino  también a un enfriamiento estratosférico.

Sobre esta página:
autor: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
1. supervisor científico: Dr. Wolfgang Steinbrecht - Servicio Meteorológico Alemán
2. supervisor científico: Dr. Christoph Brühl - MPI for Chemistry, Mainz 11-05-2004
última modificación: 11-05-2004-05

Modifié le: mercredi 24 juin 2020, 14:29