INTRODUCCIÓN

1Dentro de las conclusiones divulgadas en el 5° Informe de evaluación del Panel Intergubernamental sobre el cambio climático -AR5 (IPCC) [1], se destaca aquella que manifiesta que los procesos que afectan el clima pueden presentar una variabilidad natural considerable, exhibiendo desde variaciones casi-periódicas hasta caóticas (que se dan de forma desordenada, sin seguir un patrón), en diferentes escalas tanto espaciales como temporales. Así, la variabilidad natural del clima ocurre dentro de un amplio espectro temporal, desde la escala de decenas/centenas de millares de años (Por ej.: a través de los periodos de ciclos glaciares e interglaciares) hasta la escala interanual (Por ej.: la variabilidad interna observadas en El Niño Oscilación Sur - ENSO) e intranual (Por ej.: el ciclo de los Monzones en las regiones tropicales y subtropicales), resultando en múltiples estados del clima. Los cambios entre los estados del clima resultan de la variabilidad interna del complejo sistema climático, el cual presenta relaciones no lineares intrínsecas a sus componentes (la atmósfera, los océanos, los continentes, la criósfera y la biosfera) y también por la interacción entre ellos.

2El sistema climático también es controlado por las respuestas del clima a procesos de retroalimentación (cuando un cambio inicial en el sistema del clima desencadena un proceso que, a su vez, influye en el cambio inicial, intensificándolo o disminuyéndolo) frente a agentes causantes de variaciones los cuales son denominados “forzantes” y que pueden ser de naturaleza externa al propio sistema (Por ej.: la variabilidad orbital y la actividad solar) como interna (Por ej: el vulcanismo, las tasas de CO₂, las circulaciones océano atmosféricas). La multiplicidad de estas interacciones revela la complejidad de la dinámica del sistema climático, cuyo entendimiento es crucial para la evaluación de los cambios en el clima relacionados a la acción del hombre o también llamados efectos antropogénicos (Por ej.: la emisión de los gases de efecto invernadero, cambios en las propiedades físicas de la superficie de la Tierra, aerosoles), y para generar herramientas que nos ayuden en la predicción del clima futuro. Finalmente el IPCC-AR5 confirma que probablemente la frecuencia e intensidad de los eventos extremos del clima se intensificara. Para establecer proyecciones de las frecuencias de ocurrencias de estos eventos extremos, se utilizan como herramienta a los modelos climáticos de alta resolución espacial y sobre un largo periodo temporal. Esto, debido a que los efectos de la variabilidad de una corta escala temporal (Por ej: estacional e interanual), influencian en la variabilidad de baja frecuencia (Por ej.: decenal).

3El IPCC-AR5 también indica la necesidad de ampliar el alcance de los estudios de observación del clima de la Tierra y que es necesario recuperar información paleo-climática (es decir sobre la variabilidad climática observada en el pasado), incluso en los periodos previos a las observaciones instrumentales. La reconstitución de la variabilidad del clima en el pasado se constituye como una poderosa herramienta para reducir la incertidumbre en los modelos climáticos actuales y para atribuir causas a los cambios observados en el período más reciente, ya que consideran mecanismos y variabilidades que se producen a grandes escalas temporales, los cuales que pueden servir de referencias para entender las tendencias actuales. En este contexto, se incluye la posibilidad de caracterizar la variabilidad inter-decadal (entre varias décadas), la cual es muy importante para la planificación de recursos hídricos en el mediano y largo plazo [2], siempre y cuando los registros paleoclimáticos sean validados por los datos instrumentales en periodos recientes. De esta manera se esperar mejorar el rendimiento de los modelos climáticos (IPCC-AR5, Capítulo I) [3]. Por todas estas razones, y en reconocimiento del papel clave que la agregación de los datos paleo-climáticos puede tener para mejorar el rendimiento de los modelos predictivos, el IPCC-AR5 ha incorporado definitivamente un capítulo enteramente dedicado a las reconstrucciones de los mecanismos y la variabilidad del clima pasado (IPCC-AR5, Capítulo V) [4].

4Informaciones paleo-climáticas muestran claramente que el clima de la Tierra varía en diferentes escalas temporales y espaciales, y fue modulado por diferentes forzantes climáticos externos, como variaciones en la órbita terrestre y la actividad solar relacionada, pero también por forzantes internas, como los procesos de vulcanismo, los cambios en la concentración de los gases de efecto invernadero (principalmente el CO₂), en la concentración y calidad del material particulado atmosférico (los productos de la quema, el polvo, etc.), los procesos biogeoquímicos y todas las retroalimentaciones asociadas (es decir los procesos internos que amplifican o disminuyen la respuesta climática a un forzamiento inicial como el incremento de vapor de agua y nubes posterior al incremento de la concentración de CO₂ por ejemplo).

5En la medida en que los modelos climáticos pueden simular los cambios climáticos del pasado, así como su variabilidad intrínseca, es posible suponer que estos modelos tienen la capacidad de predecir el clima futuro de la Tierra. Esfuerzos internacionales de inter-calibración de modelos acoplados océano-atmósfera (modelos que tienen la capacidad de integrar y simular variaciones tanto en regiones atmosféricas como oceánicas) se han realizado con el fin de reducir las incertidumbres en la representación del clima pasado y actual. Programas como CMIP (del Inglés Coupled Model Intercomparison Project: CMIP5) y PMIP (del inglés Paleoclimate Model intercomparison Project: PMIP 3) están diseñados para enfrentar estos problemas, a pesar de que todavía se consideran abiertos para insertar funciones y representaciones físicas que ayuden a la descripción de las diferentes variabilidades. Los estudios basados en modelos climáticos simplificados y en modelos climáticos regionales deben contribuir a la comprensión de los resultados obtenidos con los complejos modelos de CMIP5 utilizados en el IPCC-AR5.

6El análisis de las simulaciones del clima global nos permite entender los mecanismos clave que actúan sobre el clima de América del Sur, tales como la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT, cinturón de baja presión que ciñe el globo terrestre en la región ecuatorial), la convergencia de larga escala en la Amazonia, la corriente de chorro de bajo nivel al este de los Andes (del inglés Low level Jet) y la Zona de convergencia del Atlántico Sur (ZCAS) que en conjunto forman el Sistema de Monzón Sudamericano (SMSA). Este sistema modula tanto el clima medio, como la frecuencia de ocurrencia de eventos extremos en la mayoría del continente. Otros tipos de sistemas, como los complejos convectivos de meso-escala y los friajes juegan también un papel importante en la modulación de la ocurrencia de fenómenos extremos. Las simulaciones ayudarían por otro lado a comprender las retroalimentaciones y los impactos de la variabilidad de estos sistemas en los ecosistemas continentales y marinos y las adaptaciones asociadas. Además, los sistemas climáticos están conectados con los sistemas de circulación oceánica, donde los fenómenos de meso-escala y de variabilidad interanual, como la migración del sistema de Alta Presión de la Atlántico Sur (APAS), juegan un papel fundamental en la oscilación del clima de América del Sur y pueden afectar significativamente a las zonas con Alto índice de vulnerabilidad Socio-climática-IVSC [5].

Cambios durante el Holoceno

7En la escala de tiempo geológica, El Holoceno corresponde a la época del período Cuaternario de la era Cenozoica que se inicia hace más o menos 11,5 mil años e incluye la época presente.

8En América del Sur, el Holoceno Inferior y Medio se caracterizaron por un cambio natural del clima debido a las variaciones en los parámetros orbitales (la excentricidad de la órbita terrestre, la inclinación de la Tierra, o el movimiento del su eje de rotación). La variación de estos parámetros orbitales modifica constantemente la posición y la exposición de la Tierra al Sol, generando una fuerte variabilidad climática. De esta manera, durante el Holoceno Inferior y Medio había un clima más seco que el promedio actual en las latitudes tropicales. Esta condición parece estar al menos en parte asociada con una disminución de insolación de verano en el hemisferio sur durante el período (entre 12000 y 5000 años antes del presente). Este hallazgo se basa principalmente en la evidencia de niveles muy bajos del Lago Titicaca (Bolivia) [7,8], así como en los registros de un gran contenido de polvo en testigo del glaciar Sajama, lo que indica un clima más árido de los Andes tropicales [9]. Para este mismo período los estudios paleo-climáticos mostraron bajos niveles de los lagos en Brasil [10], una alta frecuencia de incendios en la Amazonia [11,12], una apertura de la vegetación en el sureste de Brasil, con un impacto directo en el Bosque Atlántico [13], que mostró un clima significativamente seco de la parte central y oriental del continente sudamericano. Sin embargo, el estudio de testigos lacustres (muestras de los sedimentos depositados en el fondo del lago) de Carajás-PA (Brasil) indica también sobre paleo-incendios en la Amazonia, los cuales serían el reflejo de varios episodios secos intercalados por fases húmedas, lo que sugiere una mayor variabilidad en las escalas interanuales e interdecenal de las precipitaciones en la Amazonia [12,14]. Las reconstrucciones paleo-hidrológicas de lagunas de inundación del Amazonas, realizada por Moreira et al. [15] también mostraron una fuerte correlación con la determinación de los periodos húmedos y secos en los últimos 10 000 años para la Cuenca del Amazonas.

9El Holoceno Medio se encuentra caracterizado por condiciones climáticas marcadas de máxima insolación en el hemisferio norte, es decir que la principal forzante está relacionada a los parámetros orbitales. El estudio de este periodo de tiempo se considera por lo tanto interesante y necesario para avanzar en la comprensión de cómo los modelos climáticos responden a los cambios en la insolación, con diferentes condiciones de contorno (aquellas que definen el comportamiento del modelo en sus límites) mantenidas aproximadamente de manera constante (Por ej: el tamaño de los glaciares, el nivel del mar, la concentración de gases de efecto invernadero). Así, un estudio del comportamiento y de la capacidad del modelo para simular las características de gran escala en el Holoceno Medio, permitirá la comprensión de los mecanismos responsables del cambio climático del pasado, lo que sin duda contribuirá en gran medida a la comprensión de las posibles predicciones del clima futuro.

Cambios climáticos de los 2 últimos Milenios

10Durante los últimos 2000 años, América del Sur ha pasado por cambios en los patrones de distribución de las precipitaciones durante la Anomalía Climática Medieval (~900-l 200 años d.C.), conforme a los registros paleo-climáticos obtenidos en regiones tropicales y subtropicales del continente. Esta deducción se realiza a partir del estudio de las variaciones en los valores de isótopos estables de oxigeno (δ¹⁸O) en las estalagmitas (formaciones calcáreas depositadas a partir del agua de infiltración en cavernas), en carbonatos de sedimentos lacustres, y de testigos de Hielo. El análisis de estas formaciones geológicas muestra que, durante el periodo referente a la Anomalía Climática Medieval, la variabilidad del clima se caracterizó por una disminución de las precipitaciones en la Amazonia occidental, incluyendo los Andes [17,18,19,20] y acompañada de cambios en los patrones de circulación en el Pacífico Sudeste y el Indo-Pacífico [21,22]. Estos resultados indican que estos cambios condujeron a la reorganización de la circulación de los océanos y de la atmósfera favoreciendo la aparición de modos de variabilidad decenal y multidecenal del Atlántico Norte, que debería haber producido efectos en el sistema climático de América del Sur como es sugerido por estudios del clima en periodos más recientes [23].

11El período de la Anomalía Climática Medieval fue seguido por la época fría del Hemisferio Norte, conocida como la Pequeña edad de Hielo (~1350-1850 años d.C.). Los pocos estudios realizados abarcando este período en la región de América del Sur mostraron una distribución coherente de precipitación. En la parte norte de América del Sur, los registros de concentración de titanio (Ti) en la cuenca de Cariaco (Venezuela) sugieren un aumento de la aridez [24], mientras que los registros del Sistema de Mozón Sudamericano (SMSA) indican un escenario opuesto. Registros lacustres [18,25], de testigos de hielo [26] y estalagmitas [17,20] indican mayor precipitación e incremento de la cobertura glaciar durante la Pequeña edad de Hielo (Fig. 4). Estos cambios registrados durante la Pequeña edad de Hielo pueden haber sido causados por el desplazamiento de la Zona de Convergencia Intertropical, producido por mecanismos globales relacionados con la reducción de la temperatura de la superficie del Atlántico Norte en respuesta a la reducción de la oscilación de temperaturas del Atlántico Sur AMO- [27,28]. Los cambios a largo plazo en las precipitaciones en el noreste de Brasil, que indican un clima más seco durante la Pequeña edad de Hielo, pueden haber sido influenciados por fuertes cambios en la circulación zonal en niveles altos de la atmosfera [29], como aquellos descritos para el Holoceno por Cruz et al. [30], Tales patrones de variación regional en la circulación atmosférica y distribución de las precipitaciones han sido bien reproducidos por experimentos numéricos basados en modelos de circulación general, y en simulaciones que integran variaciones en la composición isotópica de la lluvia. Estudios recientes llevados a cabo en la Amazonia Occidental [17] demostraron que durante la Pequeña edad de Hielo, hubo un aumento de alrededor del 30% de la precipitación en relación al periodo actual, esto debido a la intensificación del Sistema de Mozón Sudamericano. Estos resultados proporcionan evidencia de que el escenario publicado por Cruz et al. [30] parece ser similar a las situaciones encontradas durante la Pequeña edad de Hielo, que podrían conducir a una intensificación de los monzones y anomalías positivas de las lluvias en la parte occidental de la región Amazónica (es decir más lluvias) y negativas en el Nordeste de Brasil (es decir menos lluvias) [31]. Estos patrones de circulación atmosférica regional y de precipitación deben originar, según el escenario actual, una variedad de efectos en los ecosistemas continentales, costeros y marinos.

CONCLUSIONES

12Al estudiar los dos últimos milenios, marcados por pequeñas variabilidades en términos de forzantes externos (erupciones volcánicas, actividad solar, gases de efecto invernadero, etc.) y en términos de variabilidad climática, intentamos entender cual es la sensibilidad climática actual y futura en función de estos forzantes (a través de los modelos CMIP5) y estudiar los mecanismos fundamentales que controlan la variabilidad climática (a través de los modelos simplificados del sistema climático terrestre). Este conocimiento, principalmente basado en las reconstrucciones paleo-climáticas, ayudara a una mejor comprensión del sistema y nos otorgara mejores evidencias de las variaciones naturales del ambiente. Porotro lado, es pertinente mencionar que las reconstrucciones paleo-climáticas en Sudamérica tropical son bastante limitadas y en algunos casos representan condiciones locales específicas. Es necesario empujar y motivar este tipo de estudios para poder generar un panorama amplio de las respuestas de los ambientes a las variaciones climáticas de distintas escalas temporales. Este conocimiento puede ser de mucha utilidad en la reconstrucción de la historia humana con el ambiente y aplicar estas experiencias en la planificación de los recursos.