Los volcanes y los incendios forestales pueden inyectar millones de toneladas de gases y partículas de aerosol en el aire, afectando las temperaturas a escala global. Pero detectar el impacto específico de eventos individuales en un contexto de múltiples factores contribuyentes es como escuchar la voz de una persona a lo lejos en una concurrida estación.

Ahora, los científicos del MIT tienen una forma de reducir el ruido y identificar la señal específica de incendios forestales y erupciones volcánicas, incluyendo sus efectos en las temperaturas atmosféricas globales de la Tierra.

En un estudio publicado esta semana en las Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores informan que detectaron cambios estadísticamente significativos en las temperaturas atmosféricas globales en respuesta a tres grandes eventos naturales: la erupción del Monte Pinatubo en 1991, los incendios forestales australianos en 2019-2020 y la erupción del volcán submarino Hunga Tonga en el Pacífico Sur en 2022.

Aunque los detalles de cada evento difirieron, los tres parecieron afectar significativamente las temperaturas en la estratosfera. La estratosfera se encuentra por encima de la troposfera, que es la capa más baja de la atmósfera, la más cercana a la superficie, donde el calentamiento global se ha acelerado en los últimos años. En el nuevo estudio, Pinatubo mostró el patrón clásico de calentamiento estratosférico junto con enfriamiento troposférico. Los incendios australianos y la erupción de Hunga Tonga también exhibieron calentamiento o enfriamiento significativo en la estratosfera, respectivamente, pero no produjeron una señal robusta y detectable globalmente en la troposfera durante los dos primeros años tras cada evento. Esta nueva comprensión ayudará a los científicos a precisar aún más el efecto de las emisiones relacionadas con la actividad humana en el cambio de temperatura global.

“Entender las respuestas climáticas a forzamientos naturales es esencial para interpretar el cambio climático antropogénico”, dice el autor del estudio Yaowei Li, expostdoctorado y actualmente científico visitante en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. “A diferencia del enfriamiento global troposférico y superficial causado por Pinatubo, nuestros resultados también indican que los incendios australianos y la erupción de Hunga Tonga pueden no haber tenido un papel en la aceleración del calentamiento superficial global en años recientes. Por lo tanto, deben existir otros factores.”

Los coautores del estudio incluyen a Susan Solomon, profesora Lee y Geraldine Martin de Estudios Ambientales y Química en el MIT, junto con Benjamin Santer de la Universidad de East Anglia, David Thompson de la Universidad de East Anglia y la Universidad Estatal de Colorado, y Qiang Fu de la Universidad de Washington.

Eventos extraordinarios

Los últimos años han establecido récords consecutivos para las temperaturas promedio superficiales globales. La Organización Meteorológica Mundial confirmó recientemente que los años 2023 a 2025 fueron los tres años más cálidos registrados, mientras que los últimos 11 años han sido los 11 más cálidos jamás registrados. El planeta se está calentando, principalmente debido a actividades humanas que han emitido grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera durante siglos.

Además de los gases de efecto invernadero, la atmósfera ha recibido otras emisiones a gran escala, incluyendo gases de azufre y vapor de agua de erupciones volcánicas y partículas de humo de incendios forestales. Li y sus colegas se preguntaron si tales eventos naturales podrían tener algún impacto global en las temperaturas y si dicho efecto sería detectable.

“Estos eventos son extraordinarios y muy únicos en términos de los diferentes materiales que inyectan a distintas altitudes”, dice Li. “Así que nos planteamos la pregunta: ¿Estos eventos realmente perturban la temperatura global en un grado que pueda ser identificable frente al ruido meteorológico natural, y podrían contribuir a parte del excepcional calentamiento superficial global que hemos vivido en los últimos años?”

En particular, el equipo buscó señales de cambio de temperatura global en respuesta a tres eventos naturales a gran escala. La erupción de Pinatubo produjo alrededor de 20 millones de toneladas de aerosoles volcánicos en la estratosfera, el mayor volumen registrado por instrumentos satelitales modernos. Los incendios australianos inyectaron cerca de 1 millón de toneladas de partículas de humo en la parte superior de la troposfera y la estratosfera. Y la erupción de Hunga Tonga produjo la mayor explosión atmosférica registrada por satélites, lanzando casi 150 millones de toneladas de vapor de agua a la estratosfera.

Si algún evento natural podía desplazar mensuradamente las temperaturas globales, razonó el equipo, serían cualquiera de estos tres.

Señales naturales

Para su nuevo estudio, el equipo aplicó un enfoque de relación señal-ruido. Buscaron minimizar el “ruido” de otras influencias conocidas en las temperaturas globales para aislar la “señal”, como un cambio de temperatura asociado específicamente con uno de los tres eventos naturales.

Para ello, examinaron primero las mediciones satelitales tomadas por la Unidad de Sondeo Estratosférico (SSU) y las Unidades de Sondeo por Microondas y Microondas Avanzadas (MSU), que han medido temperaturas globales en distintas altitudes atmosféricas desde 1979. El equipo compiló datos SSU y MSU desde 1986 hasta la actualidad. A partir de estas mediciones, pudieron observar tendencias a largo plazo de calentamiento constante de la troposfera y enfriamiento de la estratosfera. Estas tendencias a largo plazo están mayormente asociadas con gases de efecto invernadero antropogénicos, que el equipo descontó del conjunto de datos.

Lo que quedó fue una línea base más nivelada, que aún contenía cierto ruido confuso en forma de variabilidad natural. Los cambios globales de temperatura también pueden verse afectados por fenómenos como El Niño y La Niña, que calientan y enfrían naturalmente la Tierra cada pocos años. El Sol también genera oscilaciones en las temperaturas globales con un ciclo aproximado de 11 años. El equipo consideró esta variabilidad natural y sustrajo los efectos de estas influencias.

Luego de minimizar tal ruido en el conjunto de datos, el equipo razonó que cualquier cambio de temperatura restante podría asociarse más fácilmente a los tres eventos naturales a gran escala y cuantificarse. Y efectivamente, al relacionar los eventos con las mediciones de temperatura en sus momentos de ocurrencia, pudieron ver claramente cómo cada evento influyó en las temperaturas mundialmente.

El equipo encontró que Pinatubo disminuyó las temperaturas globales de la troposfera hasta alrededor de 0.7 grados Celsius, por más de dos años tras la erupción. Los aerosoles volcánicos de sulfato actuaron esencialmente como pequeños reflectores, enfriando la troposfera y la superficie al dispersar la luz solar de regreso al espacio. Al mismo tiempo, los aerosoles, que permanecieron en la estratosfera, también absorbieron el calor emitido desde la superficie, calentando posteriormente la estratosfera.

Este hallazgo coincidió con muchos otros estudios del evento, confirmando que el enfoque del equipo es preciso. Aplicaron el mismo método a los incendios australianos de 2019-2020 y a la erupción submarina de 2022, eventos donde la influencia en las temperaturas globales es menos clara.

Para los incendios australianos, encontraron que las partículas de humo causaron un calentamiento de la estratosfera global de hasta aproximadamente 0.77 grados Celsius, que persistió durante unos cinco meses, pero no produjo una señal clara en la troposfera global.

“Al final, encontramos que el humo de los incendios produjo un calentamiento muy fuerte en la estratosfera, porque estos materiales son químicamente muy diferentes del sulfato,” explica Li. “Son partículas de color oscuro, lo que significa que son eficientes en absorber la radiación solar. Así, una cantidad relativamente pequeña de partículas de humo puede causar un calentamiento dramático.”

En el caso de Hunga Tonga, la erupción submarina desencadenó un efecto global de enfriamiento en la estratosfera media y superior, de hasta aproximadamente medio grado Celsius, que duró varios años.

“Los incendios australianos y Hunga Tonga realmente tuvieron un impacto fuerte a altitudes estratosféricas, y este estudio muestra por primera vez cómo cuantificar la fuerza de ese impacto,” dice Solomon. “Encuentro su influencia en esas alturas bastante notable, pero el problema continuo es por qué los últimos años han sido tan cálidos más abajo, en la troposfera — al descartar esos eventos naturales, apunta aún más fuertemente a las influencias humanas.”

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