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Cambio climático y ecología

30 años de R+D CSIC

En 1990 se presentó el primer informe de IPCC sobre cambio climático. ¿Qué ha cambiado en estos años? Entre otras cosas, se ha estudiado los límites de la vegetación para secuestrar CO2, cómo influye el equilibrio nitrogeno/fósforo y otros elementos del suelo. Y un trabajo reciente ha revelado que las temperaturas en el Ártico están alcanzando un umbral crítico. 

Con los modelos integrados, se estudia el cambio climático en los ecosistemas como un todo, con variables físicas, biológicas, químicas, económicas y sociológicas. Imagen: cabras y ovejas pastan, el pasado verano, en plena sequía. Imagen: M.Fernández/CSIC Cataluña

Uno de los cambios es la gran cantidad de datos disponibles y la capacidad para analizarlos. También la aparición de modelos integrados, que van más allá del clima y estudian el cambio climático en los ecosistemas como un todo, con variables físicas, biológicas, químicas, económicas y sociológicas.

“Tenemos herramientas más potentes que hace unos años, tenemos datos de satélite, de mayor resolución de banda espacial, temporal y espectral. Tenemos una gran cantidad de bases de datos y herramientas de machine learning para trabajar con ellas”, explica el ecólogo Josep Peñuelas, investigador del CSIC en el CREAF. Peñuelas es uno de los ecólogos con mayor reconocimiento internacional, galardonado con los premios Rey Jaime I de Protección del Medio Ambiente (2015) y Premio Ramón Margalef de Ecología (2016).

Se hacen realidad los escenarios más pesimistas

Sin embargo, y en referencia al primer informe del IPCC, "la ciencia que teníamos entonces ya era buena", explica Josep Peñuelas. "En el informe definimos posibles escenarios diferentes, de los que desgraciadamente se están haciendo realidad los más pesimistas." Peñuelas, que actualmente dirige la Unidad de Ecología Global CREAF-CSIC-UAB, participó en el primer informe del IPCC.

Entonces, en el momento de realizar el primer informe del IPCCC, ya se veía no sólo el incremento de temperaturas a escala global, sino también las alteraciones en el uso del suelo, de la cubierta vegetal y del equilibrio nitrógeno/fósforo del suelo, que afecta a la productividad de las plantas.

Límite en la capacidad de los sumideros de secuestrar CO2

También se veía en ese momento que había que actuar lo antes posible, aunque había cierto miedo a ser catastrofistas y “fuimos demasiado optimistas, confiando en la capacidad de las plantas de secuestrar carbono”. Al cabo de los años, los investigadores han podido constatar que esta capacidad es limitada.

Es lo que se mostró en un trabajo en Nature Ecology en 2017, liderado por Josep Peñuelas. Los efectos positivos de la fertilización por el CO2 y nitrógeno que los humanos emitimos al ambiente, decía en el trabajo, que llevan a un crecimiento de la vegetación y a su vez al aumento de la capacidad de absorber carbono, tienen un límite. La capacidad de los sumideros se reduce debido a nuevas limitaciones de nutrientes, el cambio climático, los cambios en los usos del suelo, las altas temperaturas y la sequía sin precedentes.

Averiguar las grandes leyes de la ecología

Peñuelas señala que "todavía tenemos mucho que mejorar en el desarrollo de la ciencia de la ecología". Y es que existen muchas variables que interaccionan y pueden llevar a resultados inesperados. Debemos averiguar, dice, las grandes leyes científicas de la ecología, de forma similar a las matemáticas o la física.

En este sentido, en 2019, presentaba una propuesta de cinco leyes para los procesos vitales de la Tierra, procesos que no pueden sobrepasar los límites naturales de los recursos disponibles de espacio, materia y energía. "La biología se basa en lo posible dentro de estos límites físico-químicos", decía en el trabajo.

Las plantas también necesitan fósforo, y si éste es insuficiente, no hay crecimiento de la cubierta vegetal, lo que de rebote acaba menguando la captura de dióxido de carbono atmosférico y por tanto retroalimentando el calentamiento climático y menguando la capacidad de producir alimentos. Imagen: M.Fernández/CSIC Cataluña

Economía y sociología en los modelos integrados ambientales

La investigación en cambio climático aborda actualmente no sólo las variables climáticas. Se trabaja en modelos integrados que incluyen también variables físicas, biológicas, químicas, económicas y sociológicas. Y es que el objetivo es contemplar el impacto del cambio climático en la sociedad y la eficacia de las posibles soluciones.

Por ejemplo, en un trabajo reciente los científicos estimaban los efectos perjudiciales en el rendimiento de los cultivos de alimentos y biomasa. Alertaban de que era urgente tomar medidas de mitigación, entre ellas la captura y almacenamiento de CO2, antes de 2040 preferiblemente, para evitar un cambio climático irreversible y graves crisis alimentarias.

Desequilibrio entre el nitrógeno, fósforo y otros elementos

Hace unos años se pensaba que el creciente uso de fertilizantes permitía aumentar la productividad de forma ilimitada o casi. Pero lo que se ha visto en los últimos años es que el exceso de nitrógeno ha roto el equilibrio nitrógeno/fósforo en los suelos. De hecho, el exceso de nitrógeno también puede suponer problemas de salud en las personas, según un estudio en 2021.

¿Qué tiene que ver con el cambio climático? Las plantas también necesitan fósforo, y si éste es insuficiente, no hay crecimiento de la cubierta vegetal, lo que de rebote acaba menguando la captura de dióxido de carbono atmosférico y por tanto retroalimentando el calentamiento climático y menguando la capacidad de producir alimentos.

El nicho ecológico ocupado por las diferentes especies de animales o plantas viene definido por su uso y contenido de los bioelementos carbono, nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, sodio, zinc, entre otros

Pero no es sólo el fósforo: existen toda una serie de elementos cuyo equilibrio es esencial para la supervivencia de las plantas y de los ecosistemas en general. Cada organismo necesita de estos elementos en unas cantidades determinadas. En 2019, Peñuelas proponía en un trabajo que el nicho ecológico ocupado por las diferentes especies de animales o plantas viene definido por su uso y contenido de los bioelementos carbono, nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, sodio, zinc, entre otros.

Por otro lado, un proyecto del CSIC y CREAF planteaba la necesidad de aprovechar las propiedades de las plantas silvestres, para mejorar el rendimiento agrícola y reducir los impactos de pesticidas y fertilizantes industriales.

Incendio en el Ártico con un frente de 30 kilómetros de ancho. El incendio se detectó el 6 de agosto de 2020 a una latitud de 69.31°N. Imagen Sentinel-2 en color de infrarrojos. Foto satélite procesada por Adrià Descals y adquirida por la Agencia Espacial Europea.

 

Los inesperados incendios del permafrost

Los datos de satélite y las herramientas informáticas actuales permiten analizar con alto nivel de precisión la evolución del cambio climático. En un reciente trabajo publicado en Science, analizaron cuatro décadas de observaciones de satélite en el Ártico.

"Los resultados nos cogieron desprevenidos", confiesa Peñuelas, "porque tenemos tendencia a pensar en progresiones lineales y hemos visto que no es así". El trabajo revelaba que las temperaturas están alcanzando un umbral crítico en el que “pequeños aumentos por encima de una media de verano de 10 °C pueden aumentar exponencialmente la superficie quemada y las emisiones asociadas”, explica Josep Peñuelas.

El trabajo, cuyo primer autor es Adrià Descals, del CSIC y CREAF, revela que el 2020 fue el verano más cálido en cuatro décadas. Que sólo en 2019 y 2020 ardió en el Ártico casi la misma superficie que en las cuatro décadas anteriores, que supuso unas emisiones totales de 412,7 millones de toneladas de CO2.

“Desgraciadamente no reaccionamos. No es sólo la indiferencia de los gobernantes, es también la de la sociedad. Sólo reaccionamos cuando nos duele algo, como con el Covid"

“Es importantísima esa zona porque hay cantidades enormes de carbono almacenado en el permafrost”, señala Peñuelas. Los incendios en el permafrost aceleran las emisiones de CO2 a la atmósfera, pero los incendios no han aumentado sólo en el Ártico, hay más incendios en todas partes; todo va ligado a las condiciones derivadas del calentamiento: hace más calor, antes se evapora el agua, hay más sequía... Hay que actuar con urgencia, concluye Peñuelas.

“Desgraciadamente no reaccionamos. No es sólo la indiferencia de los gobernantes, es también la de la sociedad. Sólo reaccionamos cuando nos duele algo, como con el Covid. La parte positiva es que a nivel científico somos una comunidad mayor trabajando en ello y hemos dado grandes pasos en el conocimiento”.

 

Referencias:

Penuelas, J., Ciais, P., Canadell, JG., Janssens, I., Fernandez-Martinez, M., Carnicer, J., Obersteiner, M., Piao S., Vautard, R., Sardans, J. (2017). Shifting from a fertilization-dominated to a warming-dominated period. Nature Ecology & Evolution 1, 1438–1445. doi:10.1038/s41559-017-0274-8.  https://www.nature.com/articles/s41559-017-0274-8

Penuelas, J., Baldocchi, D. 2019. Life and the five biological laws. Lessons for global change models and sustainability. Ecological Complexity 38 (2019), 11-14. doi: 10.1016/j.ecocom.2019.02.001. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1476945X18301971

Penuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M., Vicca, S., Janssens, I.A., Sardans, J. 2019. The bioelements, the elementome and the “biogeochemical niche”. Ecology 100(5), 2019, e02652. doi: 10.1002/ecy.2652  https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ecy.2652

Xu, S., Wang, R., Gasser, T. et al. Delayed use of bioenergy crops might threaten climate and food security. Nature 609, 299–306 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05055-8

Descals, A., Gaveau, D., Verger, A., Sheil, D., Naito, D., Peñuelas, J., 2022. Unprecedented fire activity above the Arctic Circle linked to rising temperatures, Science. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn9768