El Sistema Tierra mantuvo condiciones estables interglaciares por 10 mil años, lo cual permitió el florecimiento de las civilizaciones humanas y la agricultura. Este período se conoce en geología como Holoceno y ha sido perturbado por las emisiones de actividades industriales en las últimas décadas. La perturbación del Holoceno ha afectado diversos subsistemas del Sistema Tierra y amenaza la existencia de gran cantidad de especies, incluida la especie humana.
Para entender las perturbaciones de los subsistemas que conforman el complejo sistema Tierra, investigadores han propuesto un marco de trabajo con distintas variables que se pueden medir para determinar si el subsistema se encuentra dentro de los límites seguros (10.1038/461472a). Estos límites, al ser sobrepasados causarían cambios ambientales de alto riesgo para la especie humana.
Los 9 subsistemas o procesos y sus variables de control son los siguientes:
1. Cambio climático
Los cambios en la temperatura promedio global han sido significativamente perturbados por las emisiones de la sociedad industrializada. Se proponen dos variables de control:
- Concentración de CO₂ en la atmósfera: Límite seguro definido en 350 ppm.
- Forzamiento radiativo: Límite seguro en +1.0 W m⁻².
Ambas variables se encuentran por encima del límite seguro. Estas condiciones están conduciendo a un calentamiento global irreversible con consecuencias graves como el cambio de los ecosistemas, desaparición de glaciares e incremento del nivel del mar.
2. Integridad de la biosfera
La biosfera es todo el conjunto de seres vivos de nuestro planeta. Su evolución ha tenido efectos cruciales en el planeta y lo han ido moldeando. Diversos procesos del Sistema Tierra dependen de interacciones con la biosfera. La pérdida de biodiversidad amenaza estos procesos. Se proponen dos variables de control:
- Genética: El cambio en la diversidad genética se puede definir mediante la tasa de extinción máxima compatible con el mantenimiento de un mínimo de la base genética que permita que los ecosistemas no colapsen. Este límite se establece en menos de 10 E/MSY (extinciones por millón de especies por año).
- Funcional: La energía fotosintética y flujo de masa hacia la biosfera por la producción primaria terrestre es una característica funcional que se puede controlar midiendo qué tanto de esta producción primaria es apropiada por las civilizaciones humanas para su consumo. El límite definido para esta variable es de 10 % de apropiación humana del total de la producción primaria durante el Holoceno, considerándose zona de alto riesgo un 20 %.
3. Cambio de uso del suelo
Los cambios en el uso del suelo son debido a la eliminación del área de bosques para convertirlos en áreas de actividad humana o por fuegos forestales. Los límites de este proceso se miden como el área de bosque actual comparada con el potencial área de bosque en el Holoceno. Los límites seguros se han definido como 85 % para bosques tropicales, 50 % para templados y 85 % para boreales.
4. Cambios en los cuerpos de agua dulce
Los cuerpos de agua dulce se pueden dividir en dos tipos: Agua azul: Cuerpos de agua superficiales y subterráneos; y agua verde: la humedad disponible en el suelo. Para ambas, los límites seguros se sitúan en el percentil 95 de la variabilidad pre-industrial (1661 – 1860). Los límites son los siguientes:
- Agua azul: 10.2 % de desviaciones.
- Agua verde: 11.1 % de desviaciones.
5. Ciclos biogeoquímicos
Este subsistema refleja los cambios que las actividades industriales y agrícolas han ejercido sobre los ciclos de dos elementos primordiales para la vida: el fósforo (P) y el nitrógeno (N).
- Límite global de fósforo: 11 Tg P / año de descarga de ríos los océanos.
- Límite global de nitrógeno: 62 Tg N / año de aplicación de nitrógeno a los suelos agrícolas.
Es importante destacar que los límites varían regionalmente debido a las características de los ecosistemas.
6. Acidificación del océano
La variable de control para la acidificación del océano es la concentración de carbonato en aguas de mar superficiales. Más específicamente se usa el estado de saturación promedio global con respecto a la aragonita (Ωarag).
- Límite de Ωarag: > 80 % de los valores pre-industriales (3.44).
7. Aerosoles atmosféricos
Los aerosoles son pequeñas partículas suspendidas en la atmósfera, las cuales tienen diversos efectos climáticos y ecológicos. Cuantificar y modelar la concentración de aerosoles atmosféricos es complicado debido al corto tiempo de vida de estas partículas y a la diversidad en su composición química. Sin embargo, existen parámetros que son útiles para estudiar el efectos de los aerosoles sobre el clima. Uno de estos parámetros es la profundidad óptica de los aerosoles (AOD, por sus siglas en inglés). Adicionalmente, la diferencia de AOD entre los hemisferios norte y sur es importante debido a que afecta los patrones de precipitación, especialmente en las zonas tropicales.
Los límites de estas variables de control para aerosoles atmosféricos son los siguientes:
- AOD: 0.25 (promedio regional) (10.1126/science.1259855)
- Diferencia en AOD entre hemisferios norte y sur: 0.1 (promedio anual)
8. Reducción de la capa estratosférica de ozono
La capa de ozono (O3) ha permitido que la vida se desarrolle, ya que la radiación ultravioleta se convierte en calor mediante un proceso fotoquímico que ocurre en esta capa, y no alcanza la superficie terrestre. El estado de la capa de ozono se mide mediante unidades Dobson (UD). Una UD equivale a 2.69 × 1016 moléculas/cm². El límite planetario para la capa de ozono se ha establecido en 276 DU.
9. Entidades no naturales
Estas entidades incluyen todos los componentes introducidos en el Sistema Tierra por distintas actividades humanas y que originalmente no eran parte del mismo. Por ejemplo, entre ellos se encuentran los desechos nucleares, los microplásticos, los pesticidas como el DDT y los compuestos clorofluorocarbonados que destruyen la capa de ozono, entre otros. Algunos de estos componentes podrían usarse en el futuro como marcador geológico de las consecuencias de las actividades humanas. Debido a que estas sustancias no se encontraban en el sistema durante el Holoceno, su límite seguro se asume como cero, a menos que una evaluación demuestre que no ocasionan daños al resto de los procesos. En general, este subsistema se considera transgredido por defecto.
Los límites planetarios en su estado en 2023
Los límites establecidos por les investigadores han sido evaluados de acuerdo a las condiciones del Sistema Tierra en 2023 y se ha concluido que 6 de los 9 límites han sido sobrepasados (10.1126/sciadv.adh2458). En la figura se muestra una representación gráfica de los 9 límites planetarios y sus niveles en el estado actual.
