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Si las plantas y el océano absorben CO₂, ¿por qué se acumula en el aire? Antes de la Revolución Industrial, lo que la naturaleza retiraba del aire se devolvía en la misma medida. Las emisiones humanas son un flujo adicional, sin contrapartida. Las plantas y el océano reaccionan al exceso y pasan a absorber más, pero solo una parte. En el simulador, de los cerca de 750 GtC emitidos de 1850 a 2025, cerca del 42% quedó en el aire, el 26% fue al océano y el resto, cerca de un tercio, a las plantas y los suelos (casi lo mismo que la deforestación les quitó). Míralo en el gráfico Destino.
Si el océano es tan grande, ¿por qué no absorbe todo el CO₂ adicional? Por tres motivos. Solo la capa superior (unos 100 m) intercambia CO₂ con el aire, y el agua tarda décadas en llegar a la capa intermedia y cerca de mil años en llegar al fondo. Además, el CO₂ que se disuelve reacciona con el agua y con el carbonato disuelto en ella; cuanto más carbono ha absorbido ya el océano, menos carbonato queda para esa reacción, y cada GtC adicional es más difícil de absorber (factor de Revelle, de 9,5 a cerca de 11 hoy; es la misma química de la acidificación de los océanos). Por último, el agua más cálida disuelve menos gas. En el escenario Emisiones constantes, el océano absorbe más carbono por año en 2100 que hoy (4,2 frente a 3,5 GtC/año), pero, por cada ppm de CO₂ adicional en el aire, absorbe solo la mitad de lo que absorbe hoy.
¿Qué muestra el gráfico ΔT × GtC? El calentamiento crece casi en proporción directa al total de carbono ya emitido, y no al ritmo de las emisiones. En el simulador, son cerca de 1,6 °C por cada 1000 GtC (el IPCC estima 1,65 °C, con un rango probable de 1,0 a 2,3 °C). De ahí viene la idea de presupuesto de carbono: para quedar por debajo de cierto calentamiento, solo se puede emitir una cantidad total limitada, y el calentamiento solo deja de subir cuando las emisiones se acercan a cero.
¿Qué pasa cuando las emisiones llegan a cero? En el escenario Cero en 25 años, el calentamiento llega a cerca de 1,4 °C hacia 2050 y después baja despacio (1,3 °C en 2100). Dos efectos casi se cancelan: el CO₂ del aire disminuye, porque las plantas y el océano siguen absorbiendo, pero el océano profundo, todavía más frío que la superficie, va absorbiendo cada vez menos calor. El CO₂ no vuelve a 280 ppm: en el escenario Pulso, cerca del 43% del carbono liberado todavía está en el aire después de 100 años, y el 21% después de 1000 años.
¿Por qué el simulador considera solo el CO₂? El CO₂ es el gas que más contribuye al calentamiento y el que permanece más tiempo en el aire, y es el único que circula entre los reservorios mostrados aquí. Otros gases, como el metano y el óxido nitroso, también calientan el planeta, y los aerosoles de la contaminación lo enfrían. Por eso, el ΔT del simulador es el calentamiento causado por el CO₂, y no debe compararse directamente con el calentamiento total observado. Las líneas de 1,5 °C y 2 °C en los gráficos Temperatura y ΔT × GtC marcan las metas del Acuerdo de París, que valen para el calentamiento total (con todos esos efectos): sirven de referencia, no de comparación exacta.
Modelo de cajas con cinco reservorios de carbono (reservas en GtC; 1 ppm de CO₂ ≈ 2,124 GtC) y dos capas de temperatura, integrado con Runge-Kutta de 4.º orden (paso de 0,25 año).
Carbono. Atmósfera $C_A$, vegetación $C_V$, suelos $C_S$, océano superficial $C_M$ (hasta 100 m) y océano profundo, dividido en capa intermedia $C_I$ (100 a 1000 m) y fondo $C_P$ (el simulador muestra la suma $C_I + C_P$):
$$\begin{aligned} \dot C_A &= R_V + R_S + F_{\text{out}} - P\\ &\quad - F_{\text{in}} + E_{\text{fos}} + E_{\text{def}}\\ \dot C_V &= P - R_V - L - E_{\text{def}}\\ \dot C_S &= L - R_S\\ \dot C_M &= F_{\text{in}} - F_{\text{out}} + F_{\text{up}} - F_{\text{down}}\\ \dot C_I &= F_{\text{down}} - F_{\text{up}} + G_{\text{up}} - G_{\text{down}}\\ \dot C_P &= G_{\text{down}} - G_{\text{up}} \end{aligned}$$Al sumar las seis ecuaciones solo queda $E_{\text{fos}}$: el carbono total solo aumenta por la quema de combustibles fósiles; la deforestación ($E_{\text{def}}$) transfiere carbono de la vegetación a la atmósfera.
Flujos terrestres. Fotosíntesis $P$, respiración de las plantas $R_V$, caída de hojas y ramas $L$ y respiración del suelo $R_S$:
$$\begin{aligned} P &= P_0\,[1 + \beta \ln(C_A/C_{A0})]\\ R_V &= P/2\\ L &= \tfrac{P_0}{2}\,C_V/C_{V0}\\ R_S &= \tfrac{P_0}{2}\,(C_S/C_{S0})\,Q_{10}^{\,T/10} \end{aligned}$$con $P_0 = 120$ GtC/año; el factor $Q_{10}^{\,T/10}$ solo entra con la retroalimentación del suelo activada.
Flujos oceánicos. Intercambio con el aire ($F_{\text{in}}$, $F_{\text{out}}$), mezcla de la superficie con la capa intermedia ($F_{\text{down}}$, $F_{\text{up}}$) y de la capa intermedia con el fondo ($G_{\text{down}}$, $G_{\text{up}}$):
$$\begin{aligned} F_{\text{in}} &= k\,p_{\text{atm}}\\ F_{\text{out}} &= k\,p_{\text{oc}}\\ p_{\text{oc}} &= p_q(D)\,e^{0{,}0423\,T}\\ F_{\text{down}} &= \frac{C_{I0}}{\tau_{\text{mix}}}\,\frac{C_M}{C_{M0}}\\ F_{\text{up}} &= \frac{C_I}{\tau_{\text{mix}}}\\ G_{\text{down}} &= \frac{C_{P0}}{\tau_{\text{deep}}}\,\frac{C_I}{C_{I0}}\\ G_{\text{up}} &= \frac{C_P}{\tau_{\text{deep}}} \end{aligned}$$con $k = 80/280$ GtC/año por ppm, $p_{\text{atm}} = C_A/2{,}124$ y $p_{\text{oc}}$ en ppm, y $\tau_{\text{deep}} = 1000$ años (edad del agua profunda según el carbono-14). El factor $e^{0{,}0423\,T}$ (4,2% por °C) solo entra con la retroalimentación del océano activada.
Química del carbonato. El CO₂ disuelto reacciona con el agua ($\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- \rightleftharpoons 2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$), y solo la pequeña fracción que queda como CO₂ vuelve al aire. El carbono inorgánico disuelto de la superficie es $D = D_0\,C_M/C_{M0}$ ($D_0 \approx 1986$ µmol/kg). Con la alcalinidad fija ($A_T = 2300$ µmol/kg), se obtiene $[\text{H}^+]$ de
$$\begin{aligned} A_T &= D\,\frac{K_1[\text{H}^+] + 2K_1K_2}{[\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2}\\ &\quad + \frac{B_T K_B}{K_B + [\text{H}^+]} + \frac{K_w}{[\text{H}^+]} - [\text{H}^+] \end{aligned}$$y luego $p_q = D\,[\text{H}^+]^2 / \{K_0\,([\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2)\}$, con las constantes de equilibrio del agua de mar a 18 °C y salinidad 35. El factor de Revelle, $\xi = (\Delta p_q/p_q)/(\Delta D/D)$, sale del cálculo: ≈ 9,5 en la era preindustrial, y crece a medida que el océano absorbe carbono (≈ 11 hoy); cada GtC adicional es más difícil de absorber. Con el factor de Revelle desactivado, $p_q = 280\,C_M/C_{M0}$ (el CO₂ se disolvería como un gas cualquiera, $\xi = 1$).
Emisiones. $E_{\text{fos}}$ y $E_{\text{def}}$ siguen los datos históricos hasta el último año con datos; después, los valores del panel «Emisiones humanas», reducidos en los escenarios de recorte. En el escenario «Pulso», todo el carbono entra en el primer año.
Clima. Balance de energía de dos capas: superficie (atmósfera + capa de mezcla del océano, anomalía $T$) y océano profundo ($T_p$):
$$\begin{aligned} C_s\,\dot T &= \Delta F - \lambda T - \gamma\,(T - T_p)\\ C_p\,\dot T_p &= \gamma\,(T - T_p) \end{aligned}$$con forzamiento $\Delta F = 5{,}35\,\ln(C_A/C_{A0})$ W/m², $\lambda = F_{2\times}/S$ ($F_{2\times} = 5{,}35 \ln 2 \approx 3{,}7$ W/m² y $S$ la sensibilidad climática), $C_s = 0{,}094\,h$ ($h$ en metros), $C_p = 106$ W·año/(m²·°C) y $\gamma = 0{,}73$ W/(m²·°C).
Equilibrio preindustrial. $C_{A0} = 594{,}7$ (280 ppm), $C_{V0} = 450$, $C_{S0} = 1700$, $C_{M0} = 900$, $C_{I0} = 9000$ y $C_{P0} = 28\,000$ GtC, con $T = T_p = 0$: todas las derivadas se anulan (por ejemplo, la atmósfera recibe 60 + 60 + 80 y pierde 120 + 80 GtC/año).
El carbono de origen fósil se sigue como un trazador en todos los reservorios (cada flujo lleva la fracción fósil del reservorio del que sale). Las reservas fósiles parten de 5000 GtC, el orden de magnitud de los recursos estimados. El modelo es didáctico: considera solo el CO₂ (sin otros gases de efecto invernadero y sin aerosoles). Las emisiones históricas anuales (combustibles fósiles y cemento, descontada la carbonatación; cambio en el uso del suelo) son las del Global Carbon Budget 2025, de 1850 a 2024, más la proyección para 2025.
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