El clima en los exoplanetas: no hace falta mucho para pasar de lo habitable al infierno

efecto invernadero descontrolado
El efecto invernadero descontrolado puede transformar un planeta templado y habitable con un océano de agua líquida en la superficie en un planeta dominado por vapor caliente y hostil a cualquier vida. © Thibaut Roger / UNIGE

Un aumento de la temperatura global de la Tierra, de sólo unas pocas decenas de grados desencadenaría un desbocado e irreversible proceso de efecto invernadero

La Tierra es un maravilloso punto azul y verde cubierto de océanos y vida, mientras que Venus es una amarillenta esfera que no sólo es inhóspita sino también estéril. Sin embargo, la diferencia entre ambos planetas es de sólo unos pocos grados de temperatura.

Un equipo de astrónomos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), con el apoyo de los laboratorios CNRS PlanetS de París y Burdeos, ha logrado una primicia mundial al lograr simular la totalidad del desbocado proceso de invernadero que puede transformar el clima de un planeta de idílico y perfecto para la vida, a un lugar más que duro y hostil.

Los científicos también han demostrado que desde las fases iniciales del proceso, la estructura atmosférica y la cobertura de nubes sufren cambios significativos, dando lugar a un desbocado efecto invernadero casi imparable y muy complicado de revertir. En la Tierra, un aumento de la temperatura media global de unas pocas decenas de grados, seguido de un ligero aumento de la luminosidad del sol, sería suficiente para iniciar este fenómeno y hacer inhabitable nuestro planeta.

La idea de un aumento descontrolado del efecto invernadero no es nueva. En este escenario, un planeta puede evolucionar desde un estado templado como el de la Tierra hasta un verdadero infierno, con temperaturas superficiales superiores a los 1.000°C. ¿La causa? Vapor de agua, un gas natural de efecto invernadero.

El vapor de agua impide que la irradiación solar absorbida por la Tierra sea reemitida hacia el vacío del espacio, en forma de radiación térmica. Atrapa el calor un poco como una manta de rescate. Una pizca de efecto invernadero es útil: sin él, la Tierra tendría una temperatura promedio inferior al punto de congelación del agua, pareciendo una bola cubierta de hielo y hostil a la vida.

Por el contrario, un exceso de efecto invernadero aumenta la evaporación de los océanos y, por tanto, la cantidad de vapor de agua en la atmósfera.

"Existe un umbral crítico para esta cantidad de vapor de agua, más allá del cual el planeta ya no puede enfriarse. A partir de ahí, todo se va arrastrando hasta que los océanos acaban por evaporarse por completo y la temperatura alcanza varios cientos de grados", explica Guillaume Chaverot, ex becario postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y autor principal del estudio.

"Hasta ahora, otros estudios clave en climatología se han centrado únicamente en el estado templado antes de la fuga o en el estado habitable después de la fuga", afirma Martin Turbet, investigador de los laboratorios CNRS de París y Burdeos, y coautor del estudio. "Es la primera vez que un equipo estudia la propia transición con un modelo climático global en 3D y comprueba cómo evolucionan el clima y la atmósfera durante ese proceso".

Uno de los puntos clave del estudio describe la aparición de un patrón de nubes muy peculiar, que aumenta el efecto descontrolado y hace que el proceso sea irreversible.

"Desde el inicio de la transición, podemos observar el desarrollo de algunas nubes muy densas en la alta atmósfera. En realidad, esta última ya no presenta la inversión de temperatura característica de la atmósfera terrestre y que separa sus dos capas principales: la troposfera y la estratosfera. La estructura de la atmósfera está profundamente alterada", afirma Chaverot.

Graves consecuencias para la búsqueda de vida en otros lugares

Este descubrimiento es una característica clave para el estudio del clima en otros planetas y, en particular, en exoplanetas (planetas que orbitan otras estrellas además del Sol). "Al estudiar el clima de otros planetas, una de nuestras motivaciones más fuertes es determinar su potencial para albergar vida", indica Émeline Bolmont, profesora asistente y directora del Centro de Vida en el Universo (LUC) de UNIGE, y coautora del estudio.

El LUC lidera proyectos de investigación interdisciplinarios de última generación sobre los orígenes de la vida en la Tierra y la búsqueda de vida en otras partes de nuestro sistema solar y más allá, en sistemas exoplanetarios. "Después de estudios anteriores, ya sospechábamos la existencia de un umbral de vapor de agua, pero la aparición de este patrón de nubes es una verdadera sorpresa", afirma Bolmont.

"También hemos estudiado en paralelo cómo este patrón de nubes podría crear una firma específica, o 'huella', detectable al observar atmósferas de exoplanetas. La próxima generación de instrumentos debería poder detectarlo", afirma Turbet. El equipo tampoco pretende quedarse ahí, ya que Chaverot recibió una beca de investigación para continuar este estudio en el "Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble" (IPAG). Esta nueva etapa del proyecto de investigación se centrará en el caso específico de la Tierra.

Un planeta Tierra en frágil equilibrio

Con sus nuevos modelos climáticos, los científicos han calculado que un aumento muy pequeño de la irradiación solar, que conduce a un aumento de la temperatura global de la Tierra, de sólo unas pocas decenas de grados, sería suficiente para desencadenar este desbocado e irreversible proceso en la Tierra y hacer que nuestro planeta sea tan inhóspito como Venus.

Uno de los objetivos climáticos actuales es limitar el calentamiento global de la Tierra, inducido por los gases de efecto invernadero, a sólo 1,5° para 2050. Una de las cuestiones de la subvención de investigación de Chaverot es determinar si los gases de efecto invernadero pueden desencadenar el desbocado proceso como podría hacerlo un ligero aumento de la luminosidad del sol. De ser así, la siguiente cuestión será determinar si las temperaturas umbral son las mismas para ambos procesos.

Por tanto, la Tierra no está tan lejos de este apocalíptico escenario.

"Suponiendo que este desenfrenado proceso se iniciara en la Tierra, una evaporación de sólo 10 metros de la superficie de los océanos provocaría un aumento de 1 bar en la presión atmosférica a nivel del suelo. En apenas unos cientos de años, alcanzaríamos una temperatura del suelo superior a los 500°C. Más tarde, llegaríamos incluso a 273 bares de presión superficial y a más de 1.500°C, cuando todos los océanos acabarían totalmente evaporados", concluye Chaverot.

Los resultados se publican en Astronomy & Astrophysics: First exploration of the runaway greenhouse transition with a 3D General Circulation Model

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