Hay solo una cosa mejor en la ciencia que una medición empírica del mundo real: contar con múltiples mediciones independientes que apunten al mismo resultado. Hay muchas líneas de evidencia empírica, y todas ellas detectan las huellas humanas en el calentamiento global.

Las huellas humanas en el dióxido de carbono atmosférico

Debería ser obvio que el aumento de dióxido de carbono es causado por las emisiones humanas de CO2, si comparamos los niveles de CO2 con las emisiones:

Figura 1: niveles  de CO2 (verde - Law Dome, East Antarctica y azul  - Mauna Loa, Hawaii) y emisiones acumuladas de CO2 en Gigatoneladas de CO2  (rojo - CDIAC).

La confirmación de que los niveles crecientes de dióxido de carbono se deben a la actividad humana proviene del análisis del carbono que se encuentra en el aire. El átomo de carbono tiene diferentes isótopos (o sea, diferente número de neutrones). El carbono 12 tiene 6 neutrones, mientras que el carbono 13 tiene 7. La relación C13/C12 es menor en las plantas que en la atmósfera. Si el aumento de CO2 atmosférico proviene de los combustibles fósiles, la relación C13/C12 debería estar disminuyendo. Y esto es lo que en verdad está ocurriendo  (Ghosh 2003) y la tendencia se correlaciona con la tendencia en las emisiones globales.

Figura 2: Emisiones anuales globales de CO2 por quema de combustibles fósiles y fabricación de cemento en Gigatoneladas de carbono/año (negro), promedio anual de la relación C13/C12 medida en el CO2 atmosférico en mauna Loa desde 1981 a 2002 (rojo)(IPCC AR4). Nota del traductor: notar que la escala en rojo es negativa.

 Esto se puede confirmar aún más midiendo los niveles de oxígeno en la atmósfera. Cuando se queman combustibles fósiles, el carbono del combustible se une al oxígeno, creando dióxido de carbono. Cuando el CO2 aumenta en la atmósfera, el oxígeno disminuye. Las observaciones muestran que los niveles de oxígeno están disminuyendo a una velocidad consistente con la quema de combustibles fósiles.

 Figura 3: concentraciones de CO2 en mauna Loa, Hawai (negro) y en baring Head, Nueva Zelanda (azul). Abajo a la derecha, mediciones de oxígeno atmosférico (O2) en Alert, Canadá (rosa) y cape Grim, Australia (celeste) (IPCC AR4 2.3.1 adaptado de  Manning 2006).

La huella humana en el efecto invernadero magnificado

 Los satélites miden la radiación infrarroja que escapa al espacio. La comparación entre datos satelitales de 1970 y de 1996 encontró queestá escapando al espacio menos energía en las longitudes de onda en que los gases de efecto invernadero absorben energía  (Harries 2001). Por lo que la investigación encontró “evidencia experimental directa de un significativo incremento en el efecto invernadero de la Tierra”. Este resultado ha sido confirmado por datos más recientes de varios satélites diferentes  (Griggs 2004, Chen 2007).

 
Figura 4: Cambios en el espectro entre 1970 y 1996 debido a los gases traza. 'Brightness temperature'  indica la temperatura de cuerpo negro equivalente (Harries 2001).

Se confirma el menor calor que escapa al espacio con mediciones de superficie que encuentran más radiación que retorna a la superficie. Varios estudios encontraron que esto se debe al efecto invernadero incrementado (Philipona 2004, Wang 2009).  Un análisis de datos de alta resolución espectral permite  a los científicos atribuir cuantitativamente el incremento en la radiación descendente a cada uno de los gases de efecto invernadero (Evans 2006). Los resultados llevaron a los autores a concluir que “ estos datos experimentales deberían cerrar efectivamente el argumento de los escépticos de que no existe evidencia experimental para la conexión entre el incremento de gases invernadero en la atmósfera y el calentamiento global”.

 
Figura 5: Espectro de la radiación invernadero  medida en superficie. El efecto invernadero del vapor de agua está filtrado, mostrando la contribución de otros gases invernadero (Evans 2006).

 La huella humana en las tendencias de la temperatura

 Otra huella humana se puede encontrar mirando las tendencias de temperaturas en diferentes capas de la atmósfera. Los modelos climáticos predicen que más dióxido de carbono debería causar calentamiento en la troposfera pero enfriamiento en la estratosfera. esto se debe a que el aumento de “aislación”  en la troposfera retiene más calor, permitiendo que menos calor alcance la estratosfera. Esto contrasta con el efecto esperado si el calentamiento global fuera causado por el sol, lo que haría que se calentaran tanto troposfera como estratosfera. Lo que observamos  tanto desde satelites como de sondas es un enfriamiento de la estratosfera y un calentamiento de la troposfera, consistente con el calentamiento del dióxido de carbono  (Karl, 2006; Santer et al., 2013)

 
Figura 6: (A) Cambio en la temperatura de la baja estratosfera, observada por satélites (UAH, RSS) y sondas de medición del tiempo (HadAT2 y RATPAC), relativo al período 1979 a 1997, suavizado con promedios móviles de siete meses. las principales erupciones volcánicas se indican con las líneas azules punteadas (Karl 2006).

 Si el efecto invernadero incrementado está causando el calentamiento, esperaríamos que las noches se calienten más rápido que los días. Esto se debe a que el efecto invernadero opera día y noche. Contrariamente, si el calentamiento global fuera causado por el sol, esperaríamos que la tendencia de calentamiento fuera mayor en la temperaturas diurnas. Lo que observamos es una disminución en la cantidad de noches frías, mayor que la disminución de días fríos y un incremento en la cantidad de noches cálidas mayor que el incremento de días cálidos (Alexander 2006, Fan 2010). Esto es consistente con el calentamiento por efecto invernadero.

Figura 7: Tendencias observadas (días por década)en el número de días y noches por año con frío extremo desde  1951 a 2003. Se define como frío al 10% más frío y como cálido al 10% más cálido. la línea naranja muestra la tendencia decádica (IPCC AR4 FAQ 3.3 adaptado de Alexander 2006).