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Boletín de Dinámica de Sistemas

Un modelo de simulación del CO2 en la atmósfera

Basado en un modelo de simulación con Vensim

Maria Abellas
maria_abellas@yahoo.co.uk

Existen una serie de intercambios entre los océanos, la atmósfera y la vegetación. El C, en su unión molecular con el oxigeno, constituye el bióxido de carbono (CO2), gas resultante de procesos tanto geoquímicos como biológicos, y cuya presencia en la atmósfera es fundamental en la regulación de la temperatura del planeta debido a sus propiedades como gas de invernadero.

Un modelo de simulación del CO2 en la atmósfera

La concentración de CO2 en la atmósfera ha sufrido un considerable aumento en el siglo XX. Antes del comienzo de la revolución industrial la concentración de CO2 en la Atmósfera era de unas 280 partes por millón de la mezcla de gases del aire (el 0,028%) y a principios del siglo XXI alcanza casi las 370 ppmv (el 0,037). La atmósfera actual contiene unas 750 petagramos de carbono en forma de CO2 (un petagramo (Pg) equivale a una gigatonelada (Gt), es decir, a mil millones de toneladas).

El incremento del CO2 en la atmósfera no es constante, de tal manera que durante la estación de primavera y verano, que es cuando existe un crecimiento vegetativo importante, especialmente en las latitudes medias y altas del hemisferio norte, la vegetación absorbe CO2 de el aire y la concentración atmosférica baja. Por el contrario, en la época de hibernación, la biomasa terrestre pierde carbono y la concentración de CO2 en el aire aumenta.

En las últimas décadas, sin tener en cuenta las variaciones estaciónales, el incremento anual de la concentración de CO2 en el aire ha sido por término medio de 1,5 ppm (partes por millón), es decir, un 0,5 % por año, lo que supone en cantidades absolutas unos 3 Pg de carbono por año.

Como resultado de la quema de combustibles fósiles, la media global de las emisiones de carbono a la atmósfera en forma de CO2 es de 1 tonelada por año (tC/año) y por persona.

La biomasa terrestre y el humus del suelo contienen tres veces más carbono que el aire. En los bosques se haya la mitad de todo el carbono orgánico terrestre (más carbono que en la atmósfera). Por eso, son tan importantes las modificaciones en los ecosistemas de selvas y sabanas y, en especial, la deforestación de los bosques tropicales. Las practicas de deforestación, unidas a la erosión de los suelos, suelen suponer perdida de biomasa y la devolución a la atmósfera, en forma de CO2 , del carbono que previamente ha sido captado en la fotosintesis. El que haya extensas zonas tropicales en donde tras la tala no se regenera la cubierta vegetal —que de hacerlo, recuperaría el carbono contenido en el CO2— aumenta la concentración atmosférica de este gas. Los procesos de perdida de vegetación y de suelos son variados, aunque no fáciles de cuantificar. La razón mas importante de la deforestación tropical son los incendios provocados, bien para aumentar las tierras de cultivo agrícola y ganadero en el interior de la selva, o bien para fertilizar los suelos con las cenizas, generalmente de las hierbas de sabana. Por otro lado, deberíamos tener en cuenta la tala para la obtención de maderas preciosas, que desde la colonización europea han ido soportando los bosques de Centroamerica, Caribe, Amazonia, Africa y las regiones ecuatoriales del Sudeste Asiatico. Finalmente, no hay que olvidar que en muchos países pobres, la madera sigue siendo el principal combustible de uso domestico, lo que ha provocado la desaparición de los árboles en extensas zonas del mundo subdesarrollado.

Ni la mitad del carbono emitido es retenido en la atmósfera. El porcentaje que se queda en la atmósfera va siendo cada vez menor. Por ejemplo, en la década de los 70, el porcentaje de CO2 retenido en la atmósfera era el 70 % del emitido, pero en la década de los 90 fue inferior al 50 %.

La diferencia creciente entre las emisiones antropicas y el incremento atmosférico es debida al aumento de la cantidad de CO2 absorbido por los océanos y por la vegetación y los suelos. En los últimos 30 años la amplitud del ciclo anual de la concentración de CO2 atmosférico ha aumentado, aunque de forma irregular. Probablemente es consecuencia de una mayor actividad vegetativa, que implica una mayor absorción terrestre en primavera-verano (por incremento de la fotosíntesis global) y una mayor emisión de CO2 en otoño-invierno (por incremento de la materia orgánica oxidada).

Hoy en día, existen todavía muchas dudas sobre que proporción se produce el reparto entre los océanos y la vegetación de esos 3 Pg de carbono anuales que no se quedan en la atmósfera. Probablemente los océanos acumulan unas tres veces mas CO2 que los continentes. Respecto a los ecosistemas terrestres, se sabe que los del hemisferio norte absorben de forma neta mas CO2 atmosférico que los del hemisferio sur.

El incremento anual de CO2 es muy variable, duplicándose o reduciéndose a la mitad de una ano para otro. El intercambio entre la atmósfera y la vegetación terrestre sufre varias oscilaciones interanuales de varios petagramos de carbono. Estas variaciones dependen de una serie de factores, anomalías en la temperatura del suelo, en el espesor de la nieve invernal, en la mayor o menor sequia del verano,…que afectaran al desarrollo de la vegetación y a los procesos biológicos de los suelos.

Concentración CO2 750.000.000.000 toneladas
Absorción 150 toneladas/ano
Emision combustibles fosiles 41.6% (datos CDIAC)
Emision uso carbon 3509%
Emision uso gas 17.8%
Emision uso otras energias 4.7%
Masa forestal 3870 millones de hectareas (FAO,2001)
Deforestación 14.2 millones de Hectareas (FAO,2001), anuales
Reforestación 5.2 millones de Ha (FAO,2001), anuales

El modelo que tendríamos seria una combinación de dos simples, el primero basado en la concentración de CO2 y el Segundo basado en la masa forestal que juega un papel importante en la absorción del CO2 que es emitido a la atmósfera.

Un modelo de simulación del CO2 en la atmósfera

Mi modelo no es el modelo ideal, nos indica que se produciría un colapso del modelo en un periodo de tiempo muy corto. El resultado es que la concentración de CO2 termina decayendo, y la masa forestal, deforestación y crecimiento natural aumentan.

(*) Puede solicitar información más detallada de este trabajo al autor


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