La producción de aerosoles representa un importante forzamiento radiativo antropogénico del clima.
Colectivamente, los aerosoles bloquean, es decir, reflejan y absorben, una parte de la radiación solar entrante, y esto crea un forzamiento radiativo negativo.
Los aerosoles son superados solo por los gases de efecto invernadero en importancia relativa en su impacto en las temperaturas del aire cerca de la superficie.
A diferencia de los tiempos de residencia de una década de los gases de efecto invernadero «bien mezclados», como el CO2 y el CH4, los aerosoles se expulsan fácilmente de la atmósfera en cuestión de días, ya sea por lluvia o nieve (deposición húmeda) o por el aire. (deposición en seco).
Por lo tanto, deben generarse continuamente para producir un efecto constante sobre el forzamiento radiativo. Los aerosoles tienen la capacidad de influir en el clima directamente al absorber o reflejar la radiación solar entrante, pero también pueden producir efectos indirectos sobre el clima al modificar la formación de nubes o las propiedades de las nubes.
La mayoría de los aerosoles sirven como núcleos de condensación (superficies sobre las cuales el vapor de agua puede condensarse para formar nubes); sin embargo, los aerosoles de color más oscuro pueden dificultar la formación de nubes al absorber la luz solar y calentar el aire circundante.
Los aerosoles se pueden transportar a miles de kilómetros de sus fuentes de origen por los vientos y la circulación de nivel superior en la atmósfera.
Quizás el tipo más importante de aerosol antropogénico en el forzamiento radiativo es el aerosol de sulfato. Se produce a partir de las emisiones de dióxido de azufre (SO2) asociadas con la quema de carbón y petróleo.
Desde finales de la década de 1980, las emisiones globales de SO2 han disminuido de aproximadamente 151.5 millones de toneladas (167.0 millones de toneladas) a menos de 100 millones de toneladas (110.2 millones de toneladas) de azufre por año.
El aerosol de nitrato no es tan importante como el aerosol de sulfato, pero tiene el potencial de convertirse en una fuente importante de forzamiento negativo. Una fuente importante de aerosol de nitrato es el smog (la combinación de ozono con óxidos de nitrógeno en la atmósfera inferior) liberado por la combustión incompleta de combustible en los motores de combustión interna.
Otra fuente es el amoníaco (NH3), que a menudo se usa en fertilizantes o se libera al quemar plantas y otros materiales orgánicos. Si mayores cantidades de nitrógeno atmosférico se convierten en amoníaco y las emisiones agrícolas de amoníaco continúan aumentando según lo previsto, se espera que crezca la influencia de los aerosoles de nitrato en el forzamiento radiativo.
Tanto los aerosoles de sulfato como de nitrato actúan principalmente reflejando la radiación solar entrante, reduciendo así la cantidad de luz solar que llega a la superficie.
La mayoría de los aerosoles, a diferencia de los gases de efecto invernadero, imparten una influencia de enfriamiento en lugar de calentamiento en la superficie de la Tierra.
Una excepción importante son los aerosoles carbonosos, como el negro de carbón o el hollín, que se producen al quemar combustibles fósiles y biomasa. El negro de carbón tiende a absorber en lugar de reflejar la radiación solar incidente, por lo que tiene un impacto de calentamiento en la atmósfera inferior, donde reside.
Debido a sus propiedades de absorción, el negro de carbón también es capaz de tener un efecto indirecto adicional sobre el clima. A través de su deposición en nevadas, puede disminuir el albedo de la capa de nieve.
Esta reducción en la cantidad de radiación solar reflejada al espacio por las superficies de nieve crea un forzamiento radiativo positivo menor.
Las formas naturales de aerosol incluyen polvo mineral arrastrado por el viento generado en regiones áridas y semiáridas y sal marina producida por la acción de las olas rompiendo en el océano.
Los cambios en los patrones de viento como resultado de la modificación del clima podrían alterar las emisiones de estos aerosoles. La influencia del cambio climático en los patrones regionales de aridez podría cambiar tanto las fuentes como los destinos de las nubes de polvo.
Además, dado que la concentración de aerosol de sal marina, o aerosol marino, aumenta con la fuerza de los vientos cerca de la superficie del océano, los cambios en la velocidad del viento debido al calentamiento global y el cambio climático podrían influir en la concentración de aerosol de sal marina.
Por ejemplo, algunos estudios sugieren que el cambio climático podría provocar vientos más fuertes sobre partes del Océano Atlántico Norte. Las áreas con vientos más fuertes pueden experimentar un aumento en la concentración de aerosol de sal marina.
Otras fuentes naturales de aerosoles incluyen erupciones volcánicas, que producen aerosoles de sulfato, y fuentes biogénicas (por ejemplo, fitoplancton), que producen sulfuro de dimetilo (DMS).
Otros aerosoles biogénicos importantes, como los terpenos, son producidos naturalmente por ciertos tipos de árboles u otras plantas. Por ejemplo, los densos bosques de las montañas Blue Ridge de Virginia en los Estados Unidos emiten terpenos durante los meses de verano, que a su vez interactúan con la alta humedad y las temperaturas cálidas para producir un smog fotoquímico natural.
Los contaminantes antropogénicos como el nitrato y el ozono, los cuales sirven como moléculas precursoras para la generación de aerosoles biogénicos, parecen haber incrementado varias veces la tasa de producción de estos aerosoles. Este proceso parece ser responsable de parte del aumento de la contaminación por aerosoles en las regiones que experimentan una rápida urbanización.
La actividad humana ha aumentado considerablemente la cantidad de aerosol en la atmósfera en comparación con los niveles de fondo de los tiempos preindustriales.
A diferencia de los efectos globales de los gases de efecto invernadero, el impacto de los aerosoles antropogénicos se limita principalmente al hemisferio norte, donde se produce la mayor parte de la actividad industrial del mundo.
El patrón de aumentos en el aerosol antropogénico a lo largo del tiempo también es algo diferente del de los gases de efecto invernadero.
A mediados del siglo XX, hubo un aumento sustancial en las emisiones de aerosoles. Esto parece haber sido al menos parcialmente responsable del cese del calentamiento de la superficie que tuvo lugar en el hemisferio norte desde la década de 1940 hasta la década de 1970.
Desde entonces, las emisiones de aerosoles se han estabilizado debido a las medidas antipolución implementadas en los países industrializados desde la década de 1960.
Sin embargo, las emisiones de aerosoles pueden aumentar en el futuro, como resultado del rápido surgimiento de la generación de energía eléctrica a carbón en China e India.
El forzamiento radiativo total de todos los aerosoles antropogénicos es de aproximadamente –1,2 vatios por metro cuadrado. De este total, –0,5 vatios por metro cuadrado proviene de efectos directos (como el reflejo de la energía solar en el espacio), y –0,7 vatios por metro cuadrado proviene de efectos indirectos (como la influencia de los aerosoles en la formación de nubes).
Este forzamiento radiativo negativo representa una compensación de aproximadamente el 40 por ciento del forzamiento radiativo positivo causado por la actividad humana. Sin embargo, la incertidumbre relativa en el forzamiento radiativo de aerosoles (aproximadamente 90 por ciento) es mucho mayor que la de los gases de efecto invernadero.
Además, las emisiones futuras de aerosoles de actividades humanas y la influencia de estas emisiones en el cambio climático futuro no se conocen con certeza.
Sin embargo, se puede decir que, si las concentraciones de aerosoles antropogénicos continúan disminuyendo como lo han hecho desde la década de 1970, se reducirá una compensación significativa a los efectos de los gases de efecto invernadero, lo que abrirá el clima futuro a un mayor calentamiento.
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