Cambio climático: la investigación sobre el clima que fue premiada con el Nobel, 54 años después

Después de la Segunda Guerra Mundial, muchos de los mejores científicos de Japón encontraron trabajo en laboratorios de Estados Unidos. Syukuro (Suki) Manabe, un físico de 27 años, fue parte de esta fuga de cerebros. Trabajaba en el pronóstico del tiempo, pero dejó el país nipón en 1958 para unirse a un nuevo proyecto de investigación del Servicio Meteorológico estadounidense. El objetivo era desarrollar un modelo numérico que pudiera usarse para estudiar el clima.

Trabajando junto a Joseph Smagorinsky, el visionario primer director del Laboratorio Geofísico de Dinámica de Fluidos, Manabe dirigió un equipo de programadores informáticos para agregar la física faltante a los modelos meteorológicos del laboratorio. Incluso las mejores computadoras del mundo en ese momento eran mucho menos poderosas que los smartphones de hoy.

Para que el modelo funcionara, Manabe necesitaba hacer que la física fuera lo más simple posible. Esto significó realizar una serie de aproximaciones de codificación para cuantificar cómo el aire intercambiaba calor y vapor de agua con la tierra, el océano y el hielo.

Este desarrollo de modelo climático, el primero de su tipo, fue un ambicioso proyecto de 20 años que finalmente le valió a Manabe una parte del premio Nobel de física 2021. El artículo clave llegó a mitad de este período: Manabe y Wetherald (1967).

Modestia

Manabe es típicamente modesto sobre las intenciones detrás de su estudio. Y al leer el título, “Equilibrio térmico de la atmósfera con una distribución dada de humedad relativa”, muchos podrían pensar que es hasta un poco aburrido.

Sin embargo, el comité del Nobel, yo mismo y los cientos de colegas de todo el mundo que votaron este trabajo como el estudio ciencia climática más influyente de todos los tiempos, tenemos una opinión muy diferente.

Al tratar de simplificar el código, Manabe y su colega Richard Wetherald querían saber el número mínimo de niveles discretos para usar en su atmósfera modelo.

También querían saber qué gases de efecto invernadero era necesario incluir en el modelo para representar adecuadamente la forma en que las temperaturas varían con la altitud, ya que estos gases absorben el calor emitido desde la superficie de la Tierra, pero en diferentes niveles.

Su modelo climático tridimensional era demasiado complejo para las computadoras de esa época, por lo que fue necesario construir un modelo unidimensional más simple.

Manabe y Whetherald querían simular cómo interactúan la radiación y las nubes para redistribuir el calor y el vapor de agua a través de la atmósfera. La mayor parte del estudio se ocupa de construir el modelo simple y realizar estas pruebas. Pero también detallan otros dos experimentos para cuantificar cómo los gases de efecto invernadero podrían alterar el clima.

Y aquí es donde se produjo el gran avance: descubrieron que habían construido el modelo perfecto para estimar con precisión cómo las actividades humanas podrían alterar la temperatura de la superficie de la Tierra.

Estimaciones válidas

Su primer experimento de cambio climático de este tipo no se centró en analizar el papel del dióxido de carbono, sino en los efectos del vapor de agua inyectado en la estratosfera desde una posible flota de aviones supersónicos, ya que estos y un posible invierno nuclear eran las preocupaciones inmediatas de la época.

Sin embargo, la Tabla 5 del estudio pasó a la historia como la primera estimación sólida de cuánto se calentaría el planeta si las concentraciones de dióxido de carbono se duplicaran. Manabe y Wetherald estimaron 2,36°C de calentamiento, no muy lejos de la mejor estimación actual de 3°C.

Los intentos anteriores de estimar el calentamiento por el aumento de dióxido de carbono habían fracasado, ya que los científicos luchaban por comprender cómo respondería el vapor de agua, el gas de efecto invernadero más importante de la atmósfera, a medida que la Tierra se calentaba.

El modelo simple de Manabe y Wetherald podía redistribuir con precisión el vapor de agua como lo hacen las nubes reales, con un incremento amplio en la concentración de vapor de agua hasta cierto nivel de humedad.

Se encontró que este aumento amplificaba el calentamiento del dióxido de carbono en aproximadamente un 75%. Esta estimación de retroalimentación de vapor de agua también resistió la prueba del tiempo.

Manabe, en colaboración con varios colegas, pasó a escribir muchos más estudios fundamentales sobre modelos climáticos. Él sentó las bases para los esfuerzos actuales de modelar el clima global.

La física era fascinantemente simple, por lo que sus modelos podían ejecutarse en las primeras computadoras. Sin embargo, al tratarse de un modelo simple, los resultados podían ser comprendidos y verificados.

La forma en que Manabe aplicó estos modelos simples a los problemas urgentes fue reveladora.

Después de graduarme con un título en física hace más de 30 años, elegí una carrera en ciencias atmosféricas en lugar de física de partículas. Siempre me preocupaba cómo verían mi física aplicada los colegas de la física convencional.

Contar con un Premio Nobel de Física en nuestra disciplina, me da a mí y a mis colegas de modelos climáticos la credibilidad y el reconocimiento que hemos anhelado: la ciencia climática es ciencia real.

*Piers Forster es profesor de la física del cambio climático y director del Centro Internacional Priestley sobre el Clima de la Universidad de Leeds en Inglaterra.

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