Climate Emergency: Why? - Emergencia climática: ¿Por qué?

Seventy thousand years ago Homo sapiens was still an insignificant animal minding its own business in a corner of Africa. In the following millennia it transformed itself into the master of the entire planet and the terror of the ecosystem.

—Yuval N. Harari (1)

We are not predestined to reach any goal, nor are we answerable to any power but our own. Only wisdom based on self-understanding, not piety, will save us. There will be no redemption or second chance vouchsafed to us from above. We have only this one planet to inhabit and this one meaning to unfold. To take this step in our journey, to get hold of the human condition, we need next a much broader definition of history than is conventionally used.

—Edward O. Wilson (2)

Humans have generated a blanket of pollution whose consequences and danger are of a caliber impossible to exaggerate. We overheat and denature our planet irreversibly. We adversely affect animals, plants, atmosphere, land, oceans, and since the last century, the nearest space. We harm each of us and our children. We need to act urgently to change our personal habits and work to immediately replace fossil fuel-derived energies with renewable and cheap energy. We caused this situation, but we can solve it.

Two hundred is one tenth of two thousand. Sorry, this is obvious, but let's move on. If we imagine my favorite, spectacular New York-style cheesecake weighing 2,000 grams—two kilograms—we can see in our mind’s eye the piece of cake that would equal two hundred grams. We can also imagine the cheesecake that weighs 20,000 thousand grams (only ten times larger than the smaller 2000-gram cake), but now for the same 200-gram piece we hardly see a line that goes from the cake’s circumference toward its center.

Industrialization began about two hundred years ago. Since 1800, humans have burned and dumped into the atmosphere, as carbon dioxide (CO2), a large amount, perhaps the majority, of organic material generated between 360 and 250 million years ago. This represents a period of two hundred years in contrast to the 110 million years during which this organic material remained undegraded, buried, and fossilized, owing to the delayed evolutionary emergence of microbes capable of decomposing wood.

Considering only the Carboniferous Period, which lasted sixty million years, its duration represents about 300,000 times the extent of the Industrial Age (3,4). In two hundred years, barely ten generations, humanity has burned tens of millions of years’ worth of organic material. At the level of consumption of 2020, the currently known exploitable coal and oil reserves would only last for about 120 and 50 more years, respectively (5).

Other gases with greenhouse effect that are a product of our civilization are methane (CH4), that is the main component of natural gas, and nitrous oxide (N2O), mostly from nitrogenous fertilizers linked to agriculture. Methane has about thirty times the greenhouse effect of CO2, while the multiplier for N2O is about 280 times. The concentration of methane has increased from eight hundred parts per billion (ppb) before industrialization to 1,900 ppb in 2020, while N2O rose from 270 ppb to over 300 ppb. Today, CO2 accounts for about 75% of the anthropogenic warming effect, methane for about 15% and the rest is mostly N2O (5).

Some definitions: We can measure atmospheric carbon dioxide (CO2) concentrations in micromoles. A micromole is a 1 millionth part of one mole, and one mole is the unit of amount for substances in the International System of Units. When we express the atmospheric concentration of CO2 as micromoles of CO2 per mole of dried air, we typically call it a part-per-million, abbreviated as ppm. In the case of methane and N2O we measure their atmospheric concentration in parts per billion (ppb), instead of parts per million.

The first to sound the alarm was Eunice Newton Foote, an American scientist, inventor, and women's rights campaigner, in 1856, and forty years later, Svante Arrhenius, a Swedish Nobel laureate followed on her steps (6). They recognized CO2 as a greenhouse gas generated in quantities that could affect the climate. Yet the increase in atmospheric CO2 accelerated quickly. The fossil fuel consumption of the world increased about 60-fold during the nineteenth century, and 16-fold during the twentieth century, for a total of increase of 1,500-fold over the past two-hundred and twenty years. Considering the increase in efficiency of the systems using those fuels between 1800 and now, the gain in useful energy is in the order of 3,500-fold. Each person now uses, on average, about seven hundred times more energy than a person living in 1800 and consumes the equivalent to 800 kg of crude oil per year (4). In the Middle East alone, oil extraction increased from 28 to 367 billion barrels between 1948 and 1972, and global coal mining doubled between 1950 and 2000 (3).

In 1969, the year Neil Armstrong and Buzz Aldrin reached the lunar surface, the conference of the Ad Hoc Group on Carbon Dioxide and Climate took place at Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts. The scientists concluded that once CO2 reached 560 parts per million (ppm), doubling the atmospheric concentration from the preindustrial time, the planet would warm, on average, between 1.5ºC and 4.5ºC. This range predicts catastrophe if the planet reaches the upper limit (5). These forecasts were close to the initial estimations by Svante Arrhenius, who anticipated an increase of 4ºC (6).

Atmospheric scientists measure with accuracy the amount of CO2 present in bubbles present in ice hundreds of thousands of years old. For at least 800,000 years, the CO2 concentration has been very stable in the atmosphere, between 190 ppm and 300 ppm (see next figure). In the last 10,000 years the range was even tighter, between 260 ppm and 280 ppm, until the beginning of the nineteenth century. Between approximately 1800 and 2020, CO2 has increased from 280 ppm to 419 ppm—that is an increase of 139 ppm, which is equal to half the CO2 levels of only two centuries ago. Since 1958, scientists have taken measurements of atmospheric CO2 at observatories in the Pacific Ocean (such as Mauna Loa Observatory on the island of Hawaii) that are far from the continents (7,8).

No one should doubt that the use of fossil fuels causes the increase in atmospheric CO2. We emit at least thirty-five billion tons each year, and 57% of those emissions remain in the air (9). The ocean absorbs the rest (not without consequences, that I will discuss in future posts), or it is used in plant photosynthesis. This highlights the importance of preserving forests and jungles instead of destroying them. We must stop using fossil fuels because the CO2 we are emitting will remain in the atmosphere for hundreds of years.

Long ago the planet reached CO2 concentrations up to 10,000 times higher than now. However, those levels are incompatible with the survival of today’s complex living beings (10). Never, for at least 800,000 years, was the pace of CO2 concentration increase comparable to its current rate. We can see that very clearly in the vertically ascending line at the far right of the figure below, which reaches the value of 419 ppm CO2 detected in 2020 (11).

Change of atmospheric concentration of CO2 (ppm, vertical axis) in the last 800,000 years (Horizontal axis in thousands of years: zero representing 2020; reference 11)

Change of atmospheric concentration of CO2 (ppm, vertical axis) since the year 0 of the current era (CE)

It is worth noting the parallelism among the graphs of CO2 increase and human population growth, as shown in the previous post and in the graph below.

Estimates of the global human population at different times (since 5,000 years ago until year 2100)

As Jorge Ruiz de Santayana (George Santayana), a U.S. citizen born in Madrid, Spain, said in his book The Life of Reason: Reason in Common Sense, "Those who cannot remember the past are condemned to repeat it.” The rapid increase in CO2 is the common feature of more than ten mass extinctions of species that have occurred on our planet. In previous extinctions, volcanic eruptions caused the rapid increase in greenhouse gases (10), but the current increase is the responsibility of our species (11).

Many experts highlight the irresponsibility of leaders who disregard scientific facts and fail to implement adequate political measures and allocate financial resources necessary for transforming societal and growth models.

Versión en español

Hace setenta mil años, Homo sapiens todavía era un animal insignificante ocupándose de sus propios asuntos en un rincón de África. En los milenios siguientes se transformó en el amo de todo el planeta y del terror del ecosistema.

—Yuval N. Harari (1)

No estamos predestinados a alcanzar ninguna meta, ni somos responsables ante ningún poder que no sea el nuestro. Sólo la sabiduría basada en la autocomprensión, no en la piedad, nos salvará. No habrá redención ni segunda oportunidad que se nos conceda desde arriba. Sólo tenemos este planeta para habitar y este significado que revelar. Para dar este paso en nuestro viaje, para dominar la condición humana, necesitamos una definición mucho más amplia de la historia que la que se usa convencionalmente.

—Edward O. Wilson (2)

Los humanos hemos generado un manto de contaminación cuyas consecuencias y peligro son de un calibre imposible de exagerar. Sobrecalentamos y desnaturalizamos nuestro planeta irreversiblemente. Afectamos negativamente a los animales, las plantas, la atmósfera, la tierra, los océanos y, desde el siglo pasado, el espacio más cercano. Nos hacemos daño a cada uno de nosotros y a nuestros hijos. Necesitamos actuar con urgencia para cambiar nuestros hábitos personales y trabajar para reemplazar inmediatamente las energías derivadas de combustibles fósiles con energía renovable y barata. Nosotros causamos esta situación, pero nosotros podemos resolverla.

Doscientos es una décima parte de dos mil. Lo siento, esto es obvio, pero sigamos adelante. Si imaginamos mi espectacular y favorito pastel de queso al estilo de Nueva York pesando 2,000 gramos, es decir, dos kilogramos, podemos imaginar la porción que equivaldría a 200 gramos.

También podemos imaginar un pastel que pesaría 20,000 mil gramos (solo diez veces más grande que el pastel de 2000 gramos), pero ahora para la misma porción de 200 gramos apenas vemos una línea que va desde el exterior del pastel hacia su centro.

La industrialización comenzó hace unos 200 años. Desde 1800, los humanos han quemado y vertido a la atmósfera, como dióxido de carbono (CO2), quizás la mayor parte de material orgánico que se generó hace al menos entre 360 y 250 millones de años. Es decir, 200 años en comparación con los 110 millones de años en los que este material orgánico no se degradó y fue enterrado debido al retraso en la aparición evolutiva de microbios capaces de degradar la madera. Sólo el Período Carbonífero duró 60 millones de años, 300.000 veces la duración de la Era Industrial (3,4). Doscientos años representan una porción invisible de ese período, pero, en esos doscientos años, la humanidad quemó, en menos de diez generaciones de humanos, alrededor de decenas de millones de años de material orgánico generado naturalmente. A nivel de consumo 2020, las reservas explotables de carbón y petróleo actualmente conocidas solo durarían unos 120 y 50 años más, respectivamente (5).

Otros gases con efecto invernadero que son producto de nuestra civilización son el metano (CH4), que es el principal componente del gas natural, y el óxido nitroso (N2O), principalmente procedente de fertilizantes nitrogenados vinculados a la agricultura. El metano tiene aproximadamente 30 veces el efecto invernadero del CO2, mientras que el multiplicador para N2O es aproximadamente 280 veces. La concentración de metano ha aumentado de 800 partes por billón (ppb) antes de la industrialización a 1.900 ppb en 2020, mientras que el N2O aumentó de 270 ppb a más de 300 ppb. Hoy en día, el CO2 representa aproximadamente el 75% del efecto de calentamiento antropogénico, el metano alrededor del 15% y el resto es principalmente N2O (5).

Algunas definiciones: Las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono (CO2) se pueden medir en micromoles. Un micromol es 1 millonésima parte de 1 mol, y 1 mol es la unidad de cantidad para las sustancias en el Sistema Internacional de Unidades. Cuando la concentración atmosférica de CO2 se expresa como micromoles de CO2 por mol de aire seco, se denomina típicamente parte por millón, abreviado como ppm. En el caso del metano y el N20 (véase más adelante), su concentración atmosférica se mide en partes por billón (ppb), en lugar de partes por millón. En este caso el billón corresponde al billón anglosajón, es decir, a mil millones (un millardo según el diccionario de la Real academia española).

Entre los primeros en hacer sonar la alarma estuvieron Eunice Newton Foote, una científica, inventora y defensora de los derechos de las mujeres, en 1856, y Svante Arrhenius, premio Nobel sueco, en 1896 (6). Reconocieron el CO2 como un gas de efecto invernadero que se generaba en cantidades que podrían afectar el clima. Sin embargo, el aumento de CO2 atmosférico se aceleró rápidamente. El consumo de combustibles fósiles del mundo aumentó aproximadamente 60 veces durante el siglo XIX y 16 veces durante el siglo XX, para un aumento total de 1.500 veces en los últimos doscientos veinte años. Teniendo en cuenta el aumento de la eficiencia de los sistemas que utilizan esos combustibles entre 1800 y ahora, la ganancia en energía útil es del orden de 3.500 veces. Cada persona usa ahora, en promedio, aproximadamente 700 veces más energía que una persona que vivía en 1800, y consume el equivalente a 800 kg de petróleo crudo por año (4). Solo en el Cercano Oriente, la extracción de petróleo aumentó de 28 a 367 mil millones de barriles entre 1948 y 1972, y la minería mundial de carbón se duplicó entre 1950 y 2000 (3).

En 1969, el año en que Neil Armstrong y Buzz Aldrin llegaron a la superficie lunar, tuvo lugar la conferencia del Grupo Ad Hoc sobre Dióxido de Carbono y Clima en la Institución Oceanográfica Woods Hole de Massachusetts. Los científicos concluyeron que una vez que el CO2 alcanzara 560 partes por millón (ppm), 0.056 por ciento en volumen, duplicando la concentración atmosférica desde el tiempo preindustrial, el planeta se calentaría, en promedio, entre 1.5ºC y 4.5ºC. Este rango predecía una catástrofe, si se alcanzaba el límite superior (4). Estos pronósticos no eran muy diferentes de las estimaciones iniciales de Svante Arrhenius, quien anticipó un aumento de 4ºC (6).

La cantidad de CO2 en el aire se puede medir con precisión en burbujas presentes en hielo de cientos de miles de años de antigüedad. Durante al menos 800.000 años, la concentración de CO2 ha sido muy estable en la atmósfera, entre 190 ppm y 300 ppm (ver siguiente figura). En los últimos 10.000 años el rango fue aún más estrecho, entre 260 ppm y 280 ppm, hasta principios del siglo XIX. Entre aproximadamente 1800 y 2022, el CO2 ha aumentado de 280 ppm a 419 ppm, es decir, un aumento de 139 ppm, lo que equivale a la mitad de los niveles de CO2 de hace solo dos siglos. Desde 1958 se mide directamente el CO2 atmosférico en observatorios en el Océano Pacífico (como el Observatorio Mauna Loa en la isla de Hawai) que están lejos de los continentes (7,8).

Nadie debe dudar que el aumento de la concentración atmosférica de CO2 es causado por el uso de combustibles fósiles. Cada año se emiten al menos 35 mil millones de toneladas, y el 57% de esas emisiones permanecen en el aire (9). El resto es absorbido por el océano (no sin consecuencias, que se discutirán en próximas publicaciones), y se consume mediante la fotosíntesis, lo que subraya la importancia de preservar los bosques y las selvas en lugar de talarlos o quemarlos. Debemos dejar de usar combustibles fósiles porque el CO2 que estamos emitiendo permanecerá en la atmósfera durante cientos de años.

Hace mucho tiempo, el planeta alcanzó concentraciones de CO2 hasta 10.000 veces más altas que ahora. Sin embargo, esos niveles son incompatibles con la supervivencia de los complejos seres vivos actuales (10). Nunca antes, durante al menos 800.000 años, el ritmo de aumento de la concentración de CO2 fue comparable a su tasa actual. Podemos verlo muy claramente en la línea ascendente vertical en el extremo derecho de la figura a continuación, que alcanza el valor actual de 419 ppm de CO2.

Cambio de la concentración atmosférica de CO2 (ppm, eje vertical)

en los últimos 800.000 años

(Eje horizontal en miles de años: cero representa el presente, referencia 11)

Cambio de la concentración atmosférica de CO2 (ppm, eje vertical)

desde el año 0 de la era actual (CE)

It is worth noting the parallelism among the graphs of CO2 increase and human population growth, as shown in the previous post and in the graph below.

Estimaciones de la población humana mundial en diferentes momentos

(desde hace 5.000 años, hasta el año 2100)

Como dijo Jorge Ruiz de Santayana (George Santayana), ciudadano estadounidense nacido en Madrid, en su libro La vida de la razón: la razón en el sentido común, "Aquellos que no pueden recordar el pasado están condenados a repetirlo". El rápido aumento del CO2 es la característica común de más de diez extinciones masivas de especies que se han producido en nuestro planeta. En extinciones anteriores, el rápido aumento de los gases de efecto invernadero fue causado por erupciones volcánicas (10), pero el aumento actual es responsabilidad de nuestra especie.

Los gobernantes que niegan la realidad y los hechos científicos, y no destinan suficientes medidas políticas y recursos financieros para cambiar los modelos de sociedad y crecimiento, son especialmente señalados como irresponsables por muchos expertos.

References / Referencias

1. Yuval N. Harari. Sapiens. A Brief History of Humankind. Random House UK. London, 2015.

2. Edward O. Wilson. The Meaning of Human Existence. Liveright Publishing Corporation, New York, 2014.” Chapter 1 “The meaning of meaning”. 2014.

3. David Christian. Origin Story: A Big History of Everything. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2018.

4. Paul Krugman. Arguing with Zombies: Economics, Politics, and the Fight for a Better Future. W.W. Norton & Company, New York, 2020.

5. Vaclav Smil. How the World Really Works. A Scientist’s Guide to Our Past, Present and Future. Penguin Random House UK. London, 2022.

6. E. Foote. Circumstances affecting the heat of the sun’s rays. American Journal of Science and Arts 31: 382-383, 1856; S. Arrhenius. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. Philosophical Magazine and Journal of Science 5/41: 237-276, 1896.

7. Robert Monroe, 2021. Coronavirus response barely slows rising carbon dioxide. https://scripps.ucsd.edu/news/coronavirus-response-barely-slows-rising-carbon-dioxide. Accessed on October, 10 2021.

8. WHO. Biodiversity & Infectious diseases. Questions and Answers. https://www.who.int/docs/default-source/climate-change/qa-infectiousdiseases-who.pdf. Accessed on March 31, 2022. U.S. Department of Commerce, 2021. Global Monitoring Laboratory - Carbon Cycle Greenhouse Gases. https://gml.noaa.gov/ccgg/trends. Accessed on October, 10 2021.

9. Hannah Ritchie and Max Roser, 2020. CO₂ and Greenhouse Gas Emissions. Published online at OurWorldInData.org. https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions. Accessed on October, 10 2021.

10. Peter Ward and Joseph Kirschvink. A New History of Life: The Radical New Discoveries About the Origins and Evolution of Life on Earth. Bloomsbury Publishing, London, 2015.

11. Scripps Institution of Oceanography, 2023. The keeling curve. Scripps CO2 Program, 2023. https://keelingcurve.ucsd.edu/pdf-downloads/. Accessed Feb 11, 2023.