Me maravilla la riqueza que atesoramos y la experiencia que la Humanidad ha podido tener a lo largo y a lo ancho de sus milenarias vivencias sobre este planeta. Las distas civilizaciones que han pasado por este mundo en las diferentes regiones, y, cada una de ellas, dejó su huella.

Mi debilidad está en leer y enterarme de las cosas, sin límite de cuestiones a tratar, aunque sí con preferencias. Lo he tocado todo de manera más o menos profunda, y una vez pude leer (no recuerdo ahora dónde) que la mitología y los escritos antiguos nos hacen saber que el último día de la Atlántida se vio marcado por una inmensa catástrofe. Olas tan altas como montañas, huracanes, explosiones volcánicas… sacudieron el planeta entero. La civilización sufrió un retroceso y la Humanidad superviviente quedó reducida a un estado de barbarie.

Las tablas sumerias de Gilgamés hablan de Utnapichtiun, primer antepasado de la Humanidad actual, que fue, con su familia, el único superviviente de un inmenso diluvio. Encontró refugio en un arca para sus parientes, para animales y pájaros. El relato bíblico del Arca de Noé parece ser una versión tardía de esa misma historia.

El Zend-Avesta iranio nos proporciona otro relato de la misma leyenda del diluvio. El dios Ahuramazda ordenó a

Yima, patriarca persa, que se preparara para el diluvio. Yima abrió una cueva, donde durante la inundación, fueron encerrados los animales y las plantas necesarias para los hombres. Así fue como pudo renacer la civilización después de las destrucciones ocasionadas por el diluvio.

El Mahabharata de los hindúes cuenta cómo Brahma apareció bajo la forma de un pez ante Manú, padre de la raza humana, para prevenirle de la inminencia del diluvio. Le aconsejó construir una nave y embarcar en ella “a los siete Rishis” (sabios) y todas las distintas semillas enumeradas por los brahamanes más antiguos y conservarlas cuidadosamente.

Manú ejecutó las órdenes de Brahma y el buque, que le llevó con los siete sabios y con las semillas destinadas al avituallamiento de los supervivientes, navegó durante años sobre las agitadas aguas antes de atracar en el Himalaya.

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Al comparar los orígenes de la ciencia en la antigua Grecia y la antigua China, Geoffrey Lloyd y Nathan Sivin sostienen que los filósofos  y científicos griegos gozaron de menos patrocinio que sus contemporáneos chinos, a quienes el emperador empleaba.  Sin embargo, esto hizo que los científicos chinos fueran parcos en sus opiniones que se aferraban a lo ya conocido y eran menos dados, que sus colegas griegos a adoptar nuevos conceptos:

Tenían mucho más que perder, y rara vez discutían como hacían estos.  En lugar de ello, los pensadores chinos invariablemente incorporaban las nuevas ideas en teorías existentes, con lo que producían una “cascada” de significados; de esta manera las naciones nuevas tenían que enfrentarse abiertamente con las ya existentes.

En Grecia, lo que había en realidad era una “competición de sabiduría”, bastante similar a los que celebraban en el deporte mismo que por aquel entonces se consideraba como una forma de sabiduría del dominio del cuerpo.

Los jonios comprendieron que el mundo era algo que podía ser comprendido, si uno se tomaba la molestia de observarlo de forma adecuada.  No era un patio de recreo donde los dioses manejaban arbitrariamente el destino de los humanos según su estado de ánimo del momento, animados por las pasiones de amor, de ira o por un deseo de venganza, más humano que divino.  Este descubrimiento dejó asombrados a los jonios: se trataba, como subrayó Schrödinger, de algo “completamente nuevo” que dejaba inservibles creencias ancestrales.

Los babilonios y los egipcios sabían mucho sobre las órbitas de los cuerpos celestes, consideradas secretos religiosos.

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“Todo estado presente de una sustancia simple es naturalmente una consecuencia de su estado anterior, de modo que su presente está cargado de su futuro”.

Los finales del siglo XX quizá sean recordados en la historia de la Ciencia como la época en la que la Física de partículas, el estudio de las estructuras más pequeñas de la Naturaleza (al menos hasta donde sabemos), unió sus fuerzas a la cosmología, el estudio del Universo como un todo. Juntas estas dos disciplinas esbozarían el esquema de la historia cósmica, investigando el pasado de las estructuras naturales en un cambio de escala enorme, desde los núcleos de los átomos hasta los cúmulos de galaxias.

El Hubble nos llevó hasta los confines del Universo profundo para ver viejas  galaxias de 13.000 millones de años de edad, y, cercanas al nacimiento del Universo primitivo, cuando aún no existían estrellas y, la materia, se estaba formando.

Como decimos, la física y la cosmología hicieron un matrimonio de conveniencia y apresurado, se juntaron dos disciplinas muy diferentes. Los cosmólogos son solitarios y mantienen sus miradas fijas en ese horizonte lejano y profundo de los cúmulos de galaxias situados en el espacio-tiempo profundo y, acumulan, amorosamente sus datos de hilillos de antigua luz estelar que le traen mensajes y les cuentan la historia del universo.

Los físicos de partículas, en contraste con ellos, son relativamente gregarios -tienen que serlo, pues ni siquiera un Einstein sabe suficientemente de física como para hacerlo todo el sólo- y físicos: son por tradición transmitida estudiosos del aquí y ahora, inclinados a curvar cosas, volar cosas y desmontar cosas. Los físicos trabajan dura y rápidamente, obsesionados por la leyenda de que es improbable que tengan muchas ideas nuevas útiles después de cumplir los cuarenta, mientras que los cosmólogos son más a menudo jugadores de finales, adeptos a las visiones de vasto alcance, de quienes cabe esperar que realicen investigaciones productivas cuando sus cabellos blanquean por la edad. Los físicos son los zorros de los que el sabio decía,  “que saben muchas cosas, los cosmólogos son más afines a los erizos, que saben una sola gran cosa.”

“Quien ha visto las cosas presentes ha visto todo, todo lo ocurrido desde la eternidad y todo lo que ocurrirá en el tiempo sin fin: pues todas las cosas son de la misma clase y la misma forma.”

Leyendo ese pensamiento, me digo yo: sólo el paso del tiempo las transforma para finalmente, hacerlas desaparecer para que, de inmediato, puedan surgir otras nuevas que, en realidad, serán las mismas cosas que ya fueron.

 

 

                            Lo que arriba vemos, un día fue como nuestro Sol

El Fermilab

A finales de los años setenta, los físicos de partículas se aventuraron a acudir a seminarios de cosmología a estudiar las galaxias y los cuásares, mientras que los cosmólogos alquilaron máquinas del CERN y el Fermilab para trabajar en física de altas energías en instalaciones subterráneas desde donde se veían las estrellas. Algún famoso físico de aquellos tiempos dijo: “La física de partículas elementales y el estudio del universo primitivo, las dos ramas fundamentales de la ciencia de la naturaleza, se han fundido esencialmente”.

Son muchas las disciplinas científicas que hoy día, se están uniendo en la búsqueda de objetivos comunes. Se investiga de manera conjunta y cada uno de esos apartados científicos, finalmente aunan los resultados para llegar a un todo que, nos mostrará la verdadera naturaleza del Universo, la materia que contiene y…¿por qué no? también de la vida misma.

El Terreno de encuentro entre físicos y cosmólogos fue el Big Bang. los físicos identificaron simetrías en la naturaleza que hoy están rotas pero que estuvieron intactas en un entorno de altas energías. Los cosmólogos informaron que el universo estuvo antaño en tal estado de alta energía, durante las etapas iniciales del big bang. Unidas ambas cosas, aparece el cuadro de un universo perfectamente simétrico cuyas simetrías se quebraron a medida que se expandió y se enfrió, creando las partículas de materia y energía que encontramos hoy a nuestro alrededor y estampándoles las pruebas de su genealogía.

Claro que, si no existieran simetrías, en la Tierra habría días de 24 horas y otros de cinco minutos; viviríamos en un planeta deforme en donde la gravedad proyectaría objetos en todas direcciones; habría explosiones inexplicables. Sería un mundo peligrosamente caprichoso.

 Por fortuna, hay simetrías, hay reglas que nos dicen que los planetas son esféricos, que los rostros son simétricos, que todos los días duran lo mismo, que hay frío y calor, día y noche, que hay positivo y negativo, que todo en el universo se rige por el equilibrio que se consigue en la igualdad de fuerzas contrapuestas, y, de esa manera, se llega a la simetría que nos rodea y podemos contemplar por todas partes. Sin embargo, nuestro Universo es el producto de simetrías rotas.

Tres Físicos recibieron el Nobel por las “simetrías rotas de la Naturaleza” Dos japoneses y un Yanqui (bueno, Estadounidense) ganaron el Premio Nobel de Física del 2008 por descubrir cosas que ayudan a explicar el comportamiento de las partículas más pequeñas de materia.

Makoto Kobayashi, Toshihide Masukaway el japonés nacido estadounidense, Yoichiro Nambu

En física, la idea de simetría refiere a un tipo de igualdad o equivalencia en una situación. En el nivel subatómico, por ejemplo, no deberías poder decir si estás viendo eventos desplegados directamente en un espejo, o si una película de esos eventos está corriendo adelante o atrás. Y las partículas deberían comportarse justo como sus alter egos, llamadas antipartículas.

Si cualquiera de estas reglas es violada, la simetría se rompe.

Una gran simetría rota surgió inmediatamente después del Big Bang,  cuando sólo una infinitesimal fracción más de materia que antimateria fué creada. Debido a que estos dos tipos de partículas se aniquilan entre sí al encontrarse, ese exceso de materia fue responsable de sembrar el Universo. En el suceso, sucedió la rotura de la simetría de la “fuerza única” que contenía todos los mecanismos y leyes de aquel primer universo.

   Nadie pudo estar allí para tomar una instantánea de aquel Universo primitivo

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.  Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

El Universo está lleno de información que debemos buscar para tratar de entender qué mensajes nos envía, lo que nos quiere decir. Sabemos que el Universo es todo lo que existe desde la materia, las fuerzas que con ella interaccionan y el Espacio y el Tiempo pero, seguimos preguntándonos ¿qué hacemos nosotros aquí?

La materia evolucionada llegó hasta nosotros valiéndose del Carbono, ese elemento esencial para la vida que conocemos

Las estrellas evolucionan desde que en su núcleo se comienza a fusionar hidrógeno en helio, de los elementos más ligeros a los más pesados.  Avanza creando en el horno termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados. Cuando llega al hierro y explosiona en la forma explosiva de  una supernova. Luego, cuando este material estelar es otra vez recogido en una nueva estrella rica en hidrógeno, al ser de segunda generación (como nuestro Sol), comienza de nuevo el proceso de fusión llevando consigo materiales complejos de aquella supernova.

Puesto que el peso promedio de los protones en los productos de fisión, como el cesio y el kriptón, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante E = mc². Esta es la fuente de energía que subyace en la bomba atómica.

    ¿Qué sabemos de la Energía Nuclear?  ¿La sabemos utilizar?

Así pues, la curva de energía de enlace no sólo explica el nacimiento y muerte de las estrellas y la creación de elementos complejos que también hicieron posible que nosotros estemos ahora aquí y, muy posiblemente, será también el factor determinante para que, lejos de aquí, en otros sistemas solares a muchos años luz de distancia, puedan florecer otras especies inteligentes que, al igual que la especie humana, se pregunten por su origen y estudien los fenómenos de las fuerzas fundamentales del universo, los componentes de la materia y, como nosotros, se interesen por el destino que nos espera en el futuro.

Cuando alguien oye por vez primera la historia de la vida de las estrellas, generalmente, no dice nada, pero su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo puede vivir una estrella 10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución.

     En cualquier Nebulosa podemos encontrar cúmulos de estrellas

Cuando mentalmente me sumerjo en las profundidades inmensas del universo que nos acoge, al ser consciente de su enormidad, veo con claridad meridiana lo insignificante que somos en realidad con relación al universo. Como una colonia de bacterias que habitan en una manzana, allí tienen su mundo, lo más importante para ellas, y no se paran a pensar que puede llegar un niño que, de un simple puntapié, las envíe al infierno. Y, sin embargo, por otra parte, al pensar en la Mente de la que somos poseedores, me paso a otro pensamiento que es, totalmente opuesto y me dice que, algo más que simples seres vivientes sí que somos. El simple hecho de ser conscientes del Universo que nos da cobijo, es ya un síntoma de una más elevada categoría.

Un pequeño mundo inmerso en la inmensidad

Igualmente, nosotros nos creemos importantes dentro de nuestro cerrado y limitado mundo en el que, de momento, estamos confinados. Podemos decir que hemos dado los primeros pasos para dar el salto hacia otros mundos, pero aún nos queda un largo recorrido por delante. Uno de los principales problemas con los que tenemos que luchar, es el hambre en el mundo, la igualdad de los pueblos, y, seguidamente, tendremos que pensar en nuevas fuentes de energías que cubran las exigencias de una población creciente y exigente.

En todo este galimatias de conocimientos restringidos por una enorme ignorancia, sería importantepoder saber lo que realmente son los fotones y los electrones, esas dos minúsculas partículas elementales de las que sospecho, que pueden encerrar las verdades del mundo, es decir, los secretos más profundos de la naturaleza. (137 que enlace con e, h, y c, donde pueden estar escondidas las respuestas a lo que no sabemos: ahí está la esencia de la relatividad, también nos habla de cuanto de acción de Planck y, por si fuera poco, el electromagnetismo está representado pro el electrón.

¿Sabremos alguna vez? Hilbert, en su tumba, tiene grabado que sí, en su epitafio nos dice: Tenemos que saber, ¡sabremos!

Me gustaría que tal predicción fuera cierta.

En lo que al universo y a nsootros se refiere: Como dijo aquel pensador: “Nos ha creado para poderse comntemplar así mismo.”

Emilio Silvera V.

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Las poderosas fuerzas geomorfológicas pueden actuar suavemente. La acción de la gravedad puede mover, en cuestión de segundos, enormes volúmenes de tierra y piedras en devastadores deslizamientos y desprendimientos. Con lluvias intensas, la erosión en barrancos y cauces puede transformar los campos y las riberas, e inundar las llanuras durante horas o incluso días. Los vientos huracanados pueden, igualmente, modificar la fisonomía de las costas, y algunas superficies pueden ser remodeladas casi instantáneamente por erupciones volcánicas y terremotos. Pero la denudación de los continentes – el proceso debido a la acción de las inclemencias del tiempo, erosión meteórica y el posterior arrastre de los materiales erosionados – es un cambio gradual con tasas habitualmente bajas, que las alteraciones no se perciben durante el transcurso de una vida.

El Bubnoff (B) – la denudación de 1 mm en mil años (o 1 μm/año) – es una unidad conveniente para medir este cambio. Las precipitaciones, por disolución, reducen las duras rocas ígneas o metamórficas con una tasa comprendida entre 0’5 y 5 B, y las calizas hasta 100 B. La denudación en terrenos generalmente secos se produce a ritmos no mayores de 10 – 15 B, y en los trópicos húmedos llega a los 20 – 30 B. Los cambios en terrenos montañosos pueden ser mucho más importantes, llegando hasta 800 B en zonas de glaciares rápidos (sudeste de Alaska) y hasta los casi 10 KB en las zonas más recientes en continua elevación (la región de Nanga Parbat en el Himalaya). Pero incluso estas altas tasas de denudación son resultado de fuerzas modestas.

Un equilibrio natural delicado donde la erosión, a un ritmo lento y moderado, actúa como un mecanismo de renovación de la fertilidad del suelo. Este proceso, de baja potencia o baja intensidad, es fundamental para la agricultura y el medio ambiente. 

Un ejemplo de importancia medioambiental y económica ilustra este lento proceso geomorfológico de baja potencia. Si no hubiera erosión, la profundidad del suelo en los campos de cultivo sería mayor, pero su capa superior se empobrecería en nutrientes, ya que la erosión meteórica, si no es demasiado intensa, es la que repone los minerales en esta capa en la que crecen las raíces, ayudando a mantener la fertilidad del terreno.

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La BIOSFERA en realidad no es una capa de la Tierra; es el conjunto de todos los ecosistemas existentes en la Tierra, es decir, de todos los seres vivos junto con el medio en el que viven. Por eso, la biosfera es parte de la corteza terrestre, pero también es parte de la hidrosfera y de la atmósfera.

En este dibujo puedes observar lo que supone el agua respecto al conjunto de nuestro Planeta. Recuerda que el 97% del agua de la Tierra es salada y solo un 3% es agua dulce.

La biosfera y la hidrosfera están estrechamente relacionadas: el agua es el elemento esencial de todas las formas de vida, y la distribución del agua en el planeta (es decir, los límites de la hidrosfera) condiciona directamente la distribución de los organismos (los límites de la biosfera). El término biosfera, de reciente creación, indica el conjunto de zonas de la Tierra donde hay vida, y se circunscribe a una estrecha región de unos 20 Km de altura comprendida entre las cimas montañosas más elevadas y los fondos oceánicos más profundos. Sólo pueden hallarse formas de vida en la biosfera, donde las condiciones de temperatura, presión y humedad son adecuadas para las más diversas formas orgánicas de la Tierra.

                                                                               Ciclo del agua

Obviamente, las fronteras de dicha “esfera” son elásticas y su extensión coincide con la de la hidrosfera; se superpone a las capas más bajas de la atmósfera y a las superficiales de la litosfera, donde se sumerge, como máximo, unos 2 Km. Sin embargo, si por biosfera se entiende la zona en la que hay vida así como la parte inorgánica indispensable para la vida, deberíamos incluir en este concepto toda la atmósfera, sin cuyo “escudo” contra las radiaciones más fuertes no existiría ningún tipo de vida; o la corteza terrestre entera y las zonas superiores del manto, sin las cuales no existiría la actividad volcánica, que resulta necesaria para enriquecer el suelo con nuevas sustancias minerales.

Por tanto, la biosfera es un ecosistema tan grande como el planeta Tierra y en continua modificación por causas naturales y (desgraciadamente) artificiales.

Es importante cuidar los ecosistemas de la Tierra, es mucho lo que nos jugamos en ello

Las modificaciones naturales se producen a escalas temporales muy variables: en tiempos larguísimos determinados por la evolución astronómica y geológica, que influyen decididamente en las características climáticas de los distintos ambientes (por ejemplo, durante las glaciaciones), o en tiempos más breves, relacionados con cambios climáticos desencadenados por sucesos geológicos-atmosféricos imprevistos (por ejemplo, la erupción de un volcán, que expulsa a la atmósfera grandes cantidades de cenizas capaces de modificar el clima de extensas áreas durante periodos considerables).

En cambio, las modificaciones artificiales debidas a la actividad humana tienen efectos rápidos: la deforestación producida en África por las campañas de conquista romanas contribuyó a acelerar la desertificación del Sahara, como tampoco hay duda de que la actividad industrial de los últimos siglos determina modificaciones dramáticas y repentinas en los equilibrios biológicos.

La biosfera es el punto de encuentro entre las diversas “esferas” en las que se subdivide la Tierra: está surcada por un flujo continuo de energía procedente tanto del interior del planeta como del exterior, y se caracteriza por el intercambio continuo de materia, en un ciclo incesante que une todos los entornos.

La biosfera es el ecosistema global. Comprende todos los ecosistemas y organismos vivos en la atmósfera, en la Tierra (biosfera terrestre), o en los océanos (biosfera marina), incluida materia orgánica muerta derivada (por ejemplo, basura, materia orgánica en suelos y desechos oceánicos).

Pero no por esta razón hay vida por todas partes, pues la vida requiere condiciones particulares e imprescindibles. Existen determinados elementos físicos y químicos que “limitan” el desarrollo de la vida. La presencia y disponibilidad de agua es el primero y el más importante. El agua es el disolvente universal para la química de la vida; es el componente primario de todos los organismos y sin agua la vida es inconcebible (Tales de Mileto fue el primero en darse cuenta de ello). Pero no sólo es eso: al pasar del estado sólido al líquido y al gaseoso y viceversa, el agua mantiene el “efecto invernadero natural”, capaz de conservar la temperatura del planeta dentro de los niveles compatibles con la vida (es decir, poco por debajo de los 0º C y poco por encima de los 40º C).

La presión, que no deberá superar mucho el kilogramo por centímetro cuadrado (como sucede alrededor de los 10 m de profundidad en el mar), así como una amplia disponibilidad de sales minerales y de luz solar (indispensable – como expliqué antes – para la vida de las plantas) son también factores que marcan las posibilidades de vida.

   Muchos son los misterios que se esconden en las profundidades marinas. ¿Cómo explicar la gorrilla moderna que lleva una de las estatuas de la antigüedad.

Está claro que se nos ha dado un lugar privilegiado, que reúne todas y cada una de las condiciones excepcionales para la vida, y somos tan ignorantes que aún siendo un bien escaso (en nuestro enorme Sistema Solar, parece que el único), nos lo queremos cargar. Pero sin querer, me marcho por las ramas y me desvío del tema principal, la evolución por la energía, y como está directamente implicada, hablemos un poco de nuestra casa.

El planeta Tierra

Cinturones de Van Allen: Fuerzas invisibles actúan para preservarnos de energías nosivas provenientes del espacio interestelar.

Las fuerzas que actúan sobre la Tierra, como planeta en el espacio, tiene profundas implicaciones energéticas. La gravitación ordena y orienta, y obstaculiza y facilita los flujos de energía cinética. La rotación genera la fuerza centrífuga y la de Coriolis: la primera achata el planeta por los polos ensanchándolo por el ecuador, y la segunda desvía los vientos y las corrientes de los océanos (a la derecha del hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur). La rotación es también la causa de los ritmos diarios de las plantas y animales, y de la desaceleración de la Tierra, que alarga el día un promedio de 1’5 ms cada siglo, lo que representa una pérdida de tres tera-vatios por fricción de mareas.

La tierra presenta varios movimientos en su viaje anual alrededor del Sol. Los más conocidos son el movimiento de Rotación y el movimiento de Traslación.

En el movimiento de Rotación, la Tierra da una vuelta sobre si misma en 24 horas alrededor de un eje imaginario. Es decir en lo que denominamos un día. El de traslación se computa por un año.

Pero ni la gravitación ni la rotación (fricción) hacen de la Tierra un planeta único entre los cuerpos celestes de nuestro entorno. Su exclusividad procede de sus propiedades térmicas internas, que causan los ciclos geotectónicos que modifican la superficie, y de su atmósfera, océanos y plantas que transforman la radiación solar que reciben. Los orígenes de estos procesos no están claros.

Podemos fijar la edad de la Tierra en algo más de los 4.000 millones de años por la desintegración de los isótopos radiactivos, pero poco podemos asegurar sobre la formación del planeta o sobre la energética de la Tierra primitiva. Sobre el tema circulan varias teorías, y es muy plausible que el origen del Sistema Solar planetario fuera una nube interestelar densa en la que el Sol se formó por una inestabilidad gravitatoria y que la posterior aglomeración del resto de esta materia dispersa, que giraba a distintas distancias, a su alrededor, diera lugar a los planetas. No está claro si al principio la Tierra estaba extremadamente caliente o relativamente fría. Me inclino por lo primero y estimo que el enfriamiento fue gradual con los cambios de atmósferas y la creación de los océanos.

           Los océanos de la Tierra vistos desde el espacio

Las incertidumbres geológicas básicas se extienden hasta el presente. Diferentes respuestas a cuestiones como la cantidad de ⁴⁰K en el núcleo terrestre o sobre la convección del magma en el manto (hay una o dos celdas) dan lugar a diferentes explicaciones para el flujo de calor y la geotectónica de la Tierra. Lo que sí está claro es que el flujo interno de calor, menos de 100 mW/m², tiene un efecto pequeño comparado con la reflexión, absorción y emisión de la radiación solar.

El balance de la radiación terrestre (R_p) en la capa alta de la atmósfera es la suma de la radiancia extraterrestre (la constante sola Q₀) reducida por el albedo planetario y el flujo saliente de larga longitud de onda (Q_i): R_p = Q₀(1-a_p) + Q_i = 0. El flujo emitido es igual a la suma de la radiación atmosférica y la terrestre: Q_i = Q_ea + Q_es. Los balances de la radiación en la atmósfera (R_a) y en la superficie de la Tierra (R_s) son iguales, respectivamente, a la diferencia entre la correspondiente absorción y emisión: R_a = Q_aa + Q_ea y R_s = Q_as + Q_es, de manera que R_p = R_a + R_s = 0. Hay que continuar explicando la radiación saliente con los flujos irradiados y emitidos por la superficie terrestre, el flujo de radiación medio absorbida, etc., etc., etc., con una ingente reseña de símbolos y tedioso esquemas que, a mi parecer, no son legibles para el lector normal y no versado en estos conocimientos. Así que, aunque sea mutilar el trabajo, desisto de continuar por ese camino y prosigo por senderos más amenos y sugestivos para el lector.

La fuente más importante del calentamiento atmosférico proviene de la radiación terrestre de longitud de onda larga, porque el flujo de calor latente es una contribución secundaria y el flujo de calor sensible sólo es importante en las regiones áridas donde no hay suficiente agua para la evaporación. Los océanos y los continentes también reciben indirectamente, irradiadas por la atmósfera, la mayor parte de su calor en forma de emisiones de longitudes de onda larga (4 – 50 μm). En este flujo de radiación reenviado hacia la superficie terrestre por los gases invernadero, domina a la radiación del vapor de agua, que con una concentración variable, emite entre 150 y 300 W/m², y al que también contribuye el CO² con unos 75 W/m².

El intercambio de radiación de longitud de onda larga entre la superficie y la atmósfera sólo retrasa temporalmente las emisiones de calor terrestre, pero controla la temperatura de la biosfera. Su máximo es casi 400 W/m² en los trópicos nubosos, pero es importante en todas las estaciones y presenta significativas variaciones diarias. El simple paso de una nube puede aumentar el flujo en 25 W/m². Las mayores emisiones antropogénicas de gases invernadero han aumentado este flujo en cerca de un 2’5 W/m² desde finales del siglo XIX.

Como era de esperar, las observaciones de los satélites confirman que el balance de energía de la Tierra está en fase con la radiación solar incidente (Q₀), pero la radiación media saliente (Q_i) está desfasada con la irradiancia, alcanzando el máximo durante el verano en el hemisferio norte. La distribución asimétrica de los continentes y el mar explica este fenómeno. En el hemisferio norte, debido a la mayor proporción de masa terrestre, se experimentan mayores cambios estacionales que dominan el flujo global de la radiación saliente.

Quizás el resultado más sorprendente que se deriva de las observaciones por satélite sea que, estacionalmente, se observan cierto déficit y superávit de radiación y el balance de la radiación en el planeta no es igual a cero, pero sin embargo, en cada hemisferio la radiación anual está en equilibrio con el espacio exterior. Además, la contribución atmosférica por transporte de energía hacia los polos es asimétrica respecto al ecuador con valores extremos de unos 3 PW cerca de los 45º N, y -3 PW cerca de 40º S.

Podría continuar hablando sobre los vientos, los terremotos, las lluvias y otros fenómenos atmosféricos, sin embargo, no creo que, por ser estos fenómenos naturales muy conocidos de todos, pudieran tener gran interés. Pasemos pues a comentar sobre los océanos.

                                                    Las lluvias tan necesarias para todos y para todo

Agua, mejor que Tierra, habría sido el nombre adecuado para el tercer planeta, puesto que los océanos cubren más del 70 por ciento de la superficie terrestre, con una profundidad media de 3’8 Km. Debido a las especiales propiedades térmicas del agua, éstas constituyen un extraordinario regulador del balance energético del planeta.

Este líquido tiene cinco ventajas termodinámicas importantes: un punto de ebullición inusualmente alto, debido a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno intermoleculares; un calor específico de 2’5 a 3’3 veces más elevado que el del suelo; una capacidad calorífica (calor específico por unidad de volumen) aproximadamente seis veces mayor que la tierra seca; un altísimo calor de vaporización que le permite transportar una gran cantidad de calor latente; y su relativamente baja viscosidad, que le convierte en un eficiente transportador de calor en los océanos mediante miríadas de remolinos y caudalosas corrientes.

No es sorprendente, pues, que los océanos, que tienen cerca del 94 por ciento de toda el agua, sean determinantes en el balance energético del planeta. Cuatro quintas partes de la radiación solar que llega a la Tierra entra en la atmósfera que cubre los océanos, los cuales con un albedo superior al 6% absorben la energía con una tasa cercana a 65 PW, casi el doble de la absorción atmosférica total y cuatro veces mayor que la continental. Inevitablemente, los océanos también absorben la mayor parte, casi dos tercios, del calor re-radio-radiado hacia abajo por la atmósfera elevando su ritmo de calentamiento a los 175 PW.

                                                     Arrecife poco profundos y ecosistemas

Salvo en los océanos menos profundos, la interacción aire-mar no afecta directamente a las aguas profundas. Las oscuras y frías aguas de las profundidades marinas están aisladas de la atmósfera por la capa mixta, una capa de poca profundidad que va de pocos metros a pocos cientos de metros y que está afectada por los vientos y el oleaje.

A pesar de que el alto calor específico del agua limita el rango de variación, las temperaturas de esta capa sufren importantes fluctuaciones diarias y estacionales. Sin embargo, variaciones relativamente pequeñas de la temperatura de la superficie de los océanos tienen importantes consecuencias climáticas: quizás el mejor ejemplo de esta tele-conexión climática sea el fenómeno del Niño, que consiste en una extensión en forma de lengua de las aguas superficiales calientes hacia el este, cuyos efectos se extienden desde Canadá hasta África del sur.

Debido a que la conductividad térmica del agua es muy baja, la transferencia de energía de la capa mixta hacia las profundidades se realiza fundamentalmente mediante corrientes convectivas. Estas corrientes compensan la extremadamente baja fuerza ascensional de las aguas profundas, más calientes, que son desplazadas por el movimiento hacia el ecuador de las corrientes frías provenientes de los polos. En contraste con el gradual ascenso general de las aguas oceánicas, la convección hacia abajo se produce en corrientes bien delimitadas que forman gigantescas cataratas oceánicas. Seguramente la mayor es la que fluye hacia el sur bajo el estrecho de Dinamarca, entre Islandia y Groenlandia, y se sumerge unos 3’5 Km transportando 5 millones de m³/s, un caudal veinte veces mayor que el del Amazonas.

                                                El agua de la vida

Miríadas de corrientes oceánicas, que a menudo viajan cientos de kilómetros a diferentes profundidades, transportan considerables cantidades de energía y sal. Quizás el ejemplo más importante de estas combinaciones de transportes sea la corriente de agua caliente y salada que sale del Mediterráneo a través del estrecho de Gibraltar. Este flujo caliente pero denso desciende sobre la pendiente de la plataforma continental hasta alcanzar el equilibrio entre el peso y el empuje ascensional a unos mil metros de profundidad. Aquí se separa en dos celdas lenticulares que se mueven durante siete años hacia el este y hacia el sur, respectivamente, hasta que decaen o chocan contra alguna elevación marina.

Un mapa global de los flujos de calor desde la superficie oceánica hasta las capas profundas muestra claramente máximos longitudinales a lo largo del ecuador y a lo largo de aproximadamente 45º S en los océanos Atlántico e Índico. Esta transferencia es también importante en algunas áreas costeras donde se producen intensos flujos convectivos ascendentes que intercambian calor entre las aguas superficiales y las profundas, como ocurre en la costa de California y al oeste de África. Un flujo en dirección contraria, que calienta la atmósfera, se produce en las dos mayores corrientes oceánicas calientes, la corriente del Golfo en el Atlántico y la de Kuroshio en el Pacífico oriental.

                                                      Aguas termales y sulfurosas

Todas la regiones donde se produce este ascenso de aguas calientes (a lo largo de las costas del continente americano, África, India y la zona ecuatorial del Pacífico occidental) se distinguen fácilmente por los elevados niveles de producción de fitoplancton, causados por un importante enriquecimiento de nutrientes, comparados con los que, de otra manera, corresponderían normalmente a las aguas superficiales oligotrópicas.

La radiación transporta la mayor parte (casi 4/5) de la energía que fluye desde la capa mixta hasta la atmósfera, y el resto del flujo calorífico se produce por calor latente en forma de vapor de agua y lluvias.

Aún no se ha realizado una valoración cuantitativa del transporte total para cada latitud, pero en el océano Atlántico hay transferencia de calor hacia el norte a lo largo de toda su extensión, alcanzando en el trópico un valor aproximado de 1 PW, flujo equivalente al que se produce en el Pacífico norte. En el Pacífico sur, el flujo de calor hacia el polo a través del trópico es de 0’2 PW. La parte occidental del Pacífico sur puede constituir la mayor reserva de calor del Atlántico sur, de igual modo que es probable que el océano Índico sur constituya una reserva del Pacífico.

Ahora tocaría comentar algo sobre los ríos del planeta, sin embargo, lo obvio y me dirijo directamente a comentar sobre el calor de la Tierra.

Aunque la Tierra se formara inicialmente a partir de materia fría (material cósmico) que se contrajo por acción de la gravedad, durante la formación posterior del núcleo líquido y en los periodos de intensa actividad volcánica se ha liberado una enorme cantidad de calor. Los frecuentes impactos de objetos pesados también han contribuido al calentamiento de la superficie. Hay mucha incertidumbre sobre la historia térmica de la Tierra de los últimos 3.000 millones de años, durante los cuales el planeta se ha ido enfriando y una gran parte de este flujo de calor ha alimentado los movimientos geotectónicos globales, creando nueva corteza en las dorsales oceánicas; un proceso que ha ido acompañado de terremotos recurrentes y erupciones volcánicas de lava, cenizas y agua caliente.

Solamente hay dos posibles fuentes de calor terrestre, pero la importancia relativa de las respectivas contribuciones no está aún muy clara. El calor basal, liberado por un lento enfriamiento del núcleo terrestre debe representar una gran parte del flujo total, si bien cálculos basados en la desintegración radiactiva del U²³⁵, U²³⁸, Th²³² y K⁴⁰ sugieren que éste representa al menos la mitad y quizás hasta nueve décimos del flujo total de calor del planeta. Esta disparidad obedece a la incertidumbre en la concentración de K⁴⁰ en la corteza terrestre. Pero sea cual sea la proporción, el flujo total, basado en miles de medidas realizadas desde los años cincuenta, está próximo a los 40 TW.

Aunque inicialmente se pensó que los flujos continentales y oceánicos eran aproximadamente iguales, en realidad difieren de forma sustancial. Las regiones del fondo oceánico más recientes contribuyen con más de 250 mW/m², cantidad que supera hasta tres veces las zonas continentales más recientes. El flujo medio para todo el fondo marino es aproximadamente igual a 95 mW/m², lo que representa un 70% más que el correspondiente a la corteza continental. El flujo  medio global es de 80 mW/m², unos tres órdenes de magnitud inferior al valor medio del flujo de calor de la radiación solar global.

Llegados a este punto, tengo que respirar. ¡Qué maravilla! ¡La Tierra!

Emilio Silvera V.

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