El descobriment de l'era glacial i l'efecte hivernacle

La lectura detallada del tortuós camí que va recorre la ciència del canvi climàtic des del segle XIX podria convèncer que el nostre coneixement actual sobre el canvi climàtic antropogènic no ha estat més que el resultat de l'intent -habitual en qualsevol disciplina científica- de formular millors hipòtesis i de més abast. Sol ser una molt mala idea ignorar la història. I la història del descobriment del paper del CO2 en el clima del nostre planeta reuneix a algunes de les ments més brillants de la ciència dels darrers dos segles, que es van embarcar apassionadament en la noble recerca de la causa de les eres glacials que havien dominat de manera cíclica, el passat geològic de la Terra.

A l'hora d'explicar l'essencial d'una amalgama d'idees que abasta diverses disciplines, es pot assegurar que es tracta d'un viatge que pot dotar, no només d'una nova perspectiva sobre la ciència del canvi climàtic, sinó de les eines per lluitar contra la desinformació a la qual ens te acostumada la xarxa sobre aquest assumpte d'especial rellevància.

Una breu història del descobriment de les eres glacials
Durant llargues vetllades hivernals des del 1836 fins al 1837, el zoòleg i geòleg suís Jean Louis Rodolphe Agassiz (1807-1873) va discutir amb el seu ex-company de pupitre, el botànic i poeta alemany Karl Friedrich Schimper (1803-1867), la idea de la existència de les eres glacials i les evidències disponibles en el seu favor. Reunits a la casa d'Agassiz -situada a la localitat suïssa de Neuchâtel, a 38 km de Berna- la trobada va ser tan productiva per a la ciència com la de Lennon i McCartney per a la música pop. En ajuntar personalitats i maneres de veure les coses tan diferents que, fet i fet, van significar el complement decisiu que necessitaven l'un de l'altre per crear alguna cosa gran. Mentre Agassiz raonava a partir de fets concrets, Schimper era molt més teòric i generalista.
A l'estiu de 1837, Agassiz presentava la seva síntesi de la teoria de les eres glacials davant la Societat Suïssa de Ciències Naturals, acollida amb molt d'escepticisme per una comunitat que veia la història geològica del nostre planeta com un refredament progressiu des d'un estat inicial de material fos.

Agassiz (esquerra) i Schimper (dreta) font: Wikipedia

El desplaçament i l'erosió de les roques, la formació d'estries i les pedres amuntegades observades en els paisatges alpins, van portar a la conclusió que aquella zona del planeta havia estat enterrada en algun moment sota quilòmetres de gel. Cap a finals del segle XIX es va començar a assentar la idea en la comunitat geològica de l'existència no d'una, sinó de diverses eres glacials en els últims milions d'anys, una edat geològica coneguda com Plistocè.

Representació artística del gruix de gel (1-3km) cobrint l'estatus de Londres fa 20.000 anys, al final de la darrera edat glacial. Font: Armaghplanet.com

No va ser fins a la dècada del 1870 quan l'escocès James Croll (1821-1890) va proporcionar un possible mecanisme de detonació d'una era glacial: les variacions orbitals de la Terra. Croll era un personatge curiós. Sense educació formal, insaciable lector -probablement per fer més suportables els seus problemes de salut- i autodidacta en diverses disciplines, va intercanviar correspondència amb Darwin i amb Lyell, deixant a aquest últim tan impressionat amb les seves idees, que li va aconseguir un treball d'oficina al Servei Geològic d'Escòcia al 1867.
Croll va establir la precessió dels equinoccis i l'excentricitat de l'òrbita terrestre com les variables orbitals clau que proporcionaven la disminució de la insolació necessària a l'hemisferi nord. Va considerar així la condició per a l'inici d'una edat.

James Croll (esquerra). Distància de variacions de la terra-sol en el solstici d'hivern publicat per Croll al 1875 (dreta) Font: Clima i temps en les seves relacions geològiques

Els càlculs de Crol el van portar a datar, erròniament, el començament de l'última era glacial fa uns 250.000 anys i de la seva finalització fa uns 80.000. Però el mecanisme detonador va quedar orfe d'un mecanisme amplificador per explicar la magnitud del canvi climàtic d'uns 5-10ºC produït durant els cicles glacials i interglacials.
Croll va ser precisament pioner en proposar el mecanisme de retroalimentació (feedback) de l'albedo provocat per l'augment de gel superficial que augmenta la reflexió de la superfície terrestre contribuint, al seu torn, a un major refredament i formació de gel. També va proposar una altra amplificació climàtica deguda a la distribució de la calor provocada per canvis en els patrons de vents i corrents oceàniques.
Croll va refinar els seus còmputs i va incloure posteriorment l'obliqüitat de l'eclíptica. Però la correspondència entre els seus resultats i l'escala temporal de les glaciacions proporcionada per l'evidència geològica, no va convèncer a la comunitat de geòlegs. I com tantes altres vegades ha succeït en ciència, el mèrit de la proposta de les variacions orbitals com a mecanisme detonador de les glaciacions se'l va adjudicar finalment el científic serbi Milutin Milanković, que ressuscitaria la hipòtesi i milloraria els càlculs durant la dècada dels vint i els trenta del segle XX, aconseguint una correspondència prou convincent entre les variacions orbitals i els cicles glacials.

Els químics entren en escena
Seria el físic i químic britànic d'origen irlandès John Tyndall (1820-1893) el que introduiria un nou mecanisme amplificador mitjançant l'observació de les propietat de transmissió de la calor dels gasos de l'atmosfera. Per això va dissenyar i construir un espectrofotòmetre en què va col·locar els gasos constituents de l'aire a fi de determinar la seva habilitat d'absorbir la calor.

Muntatge experimental John Tyndall per mesurar l'absorció d'infraroig de diferents gasos atmosfèrics. Font: Tyndall, John, 1861

I, d'aquesta manera constata al 1859 que l'oxigen i el nitrogen transmetien perfectament l'infraroig (conegut en l'època com raigs calorífics, foscos o no lluminosos) emesos per la superfície terrestre. Per contra, el CO2 i el vapor d'aigua sí que atrapaven aquesta radiació, de manera que va comparar aquest últim amb una presa que emmagatzema calor a l'atmosfera. Va considerar, a més, la possibilitat de l'existència d'algun mecanisme d'assecat que disminuiria l'absorció dels rajos foscos i acabaria per provocar una era glacial.
La hipòtesi de les eres glacials aviat va arribar a Escandinàvia per quedar-se. Segurament, els científics nòrdics no van tenir cap problema en globalitzar el rastre deixat pel que fins llavors assumien com una glaciació local modeladora de la geomorfologia de la regió. L'assumpte es convertiria en tema estrella en els debats de les Societats de Física i Química a Estocolm.
A la fi de 1894 el geòleg Arvid Gustaf Högbom (1857-1940) impartia una conferència a la Societat Sueca de química sobre els mecanismes geoquímics que podrien canviar la concentració de CO2 a l'atmosfera -el què avui anomenem el cicle del carboni-. En l'audiència es trobava un ex-alumne de Högbom que arribaria a ser Premi Nobel de química: Svante August Arrhenius (1859-1927). Arrhenius, inspirat per la xerrada del seu ex-professor, va començar a mateixa nit de Nadal de 1894 a elaborar un model que demostrés que una disminució de CO2 a l'atmosfera provocaria un refredament planetari que induiria una era glacial.

Amèrica del Nord descobreix els seus edats de gel
La hipòtesi d'Arrhenius seria traslladada a la comunitat geològica nord-americana per Thomas Chrowder Chamberlin (1843-1928), el geòleg més influent en els Estats Units anterior a la Segona Guerra Mundial.
Chamberlin al 1896 va classificar els períodes glacials i interglacials a Amèrica del Nord. Va atribuir la disminució atmosfèrica de CO2 a l'erosió de les roques provocada per llargs períodes de deformació de l'escorça terrestre que es transferiria als oceans en forma de bicarbonats, disparant una nova glaciació. A diferència d'Arrhenius i Högbom, Chamberlin va atribuir l'augment de CO2 que posaria fi a una era glacial, no només al vulcanisme, sinó a l'oxidació de matèria orgànica que augmentaria la temperatura obligant als oceans a desprendre més CO2, promovent la formació de sulfats a costa dels carbonats. La retroalimentació del vapor d'aigua -produït amb l'augment de temperatura- s'encarregaria de posar fi al domini del gel.

A la dreta de la pàgina on Chamberlin detalla els períodes glacials dels nordamericans en el llibre de text de geologia més influent en la primera meitat del segle XX

Chamberlin el 1899 havia implementat, qüestionat també el càlcul de Lord Kelvin de l'edat de la terra (d'uns 20-40 milions d'anys) i la hipòtesi de la refrigeració contínua d'un estat inicial de material fos. La taxa d'acumulació de sal en els oceans per processos d'erosió calculada apuntava perquè en el moment d'un mínim d'uns 100 milions d'anys, però sembla que els geòlegs mai tenien gaire consideració en els comptes d'una física en les seves pròpies especulacions de disciplina interna.

Un error de conseqüències històriques
Arrhenius semblava no tenir cap notícia dels experiments de John Tyndall i l'especulació sobre el paper del vapor d'aigua en el desenvolupament d'èpoques glacials quan considera els canvis de CO2 a l'atmosfera com el mecanisme desencadenant de glaciació. A més, fent cas omís de la hipòtesi de James Croll. No obstant això, cal prestar atenció a l'obra de Joseph Fourier sobre l'efecte de l'atmosfera de la terra en les temperatures de la superfície.
En la introducció al ja mític article del 1896, Arrhenius atribueix precisament a l'analogia de Fourier de l'efecte hivernacle que explica el paper de CO2 a l'atmosfera:
Fourier manté que l'atmosfera actua com el vidre d'un hivernacle, ja que permet passar els raigs del sol però evita el pas dels raigs foscos de la terra. Esdevenint en el creador involuntari d’una confusió continua fins els nostres dies i serà el punt de partida d'una pròxima entrada.

Font: ECOS del Futuro