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martes, 23 de noviembre de 2010

Fisica del Cambio Climatico


¿Que esta pasando en la atmosfera?, hemos visto en los ultimos tiempos cambios drasticos, se ha incrementado la lluvia, el frio, las inundaciones, las sequias y un largo etcetera, todos hemos sentido los cambios, ciudades que hasta hace poco eran calurosas, ahora son templadas, las lluvias ahora son mas intensas y abarcan mas tiempo, poco a poco van desapareciendo el otoño y la primavera, hace dos años practicamente solo hubo sol durante tres semanas, es obvio que algo esta pasando.

Pero estos son resultados de algo mas, efectos visibles de acciones invisibles, nuestra comprension de la atmosfera es parcial, hay muy buenas teorias y muchos descubrimientos, pero estamos lejos de entender cabalmente su mecanica, ahora bien ¿como vamos a ver los cambios en algo que no entendemos?, nadie podria responderlo, pero es necesario intentarlo, ya que en eso va nuestra supervivencia como especie, solo basta dar un vistazo a la historia para enterarnos que si las cosechas fallan por tres años, la hambruna hace desaparecer el orden y la civilizacion, regresamos a la ley del mas fuerte y a la violencia como forma de subsistencia, Los reinos mayas cayeron por no poder preveer una simple sequia local, ¿que nos pasara si el clima se vuelve loco en todo el mundo?.

En el siglo pasado, el Dr. Adem del Centro de Ciencias Atmosfericas de la UNAM, desarrollo un modelo climatico, basicamente considera al planeta un sistema termodinamico, en equilibrio, tomandolo como base veremos que esta pasando, primero veamos nuestro planeta:

LA TIERRA

Nuestro planeta tenia el clima en equilibrio termodinamico, esto es el calor del tropicos se mueve (por las celdas Hadley y las corrientes maritimas), hacia los polos, llevando lluvia y calor a regiones que no reciben suficiente calor solar, distribuyendo la energia necesaria por todo el planeta, esto significa calentar las partes frias, y haciendo llover en las partes continentales, con esa agua, las plantas (y por forma indirecta nosotros), se alimentan.

Para realizar esto, en la atmosfera adquiere una cierta cantidad de calor que llamaremos Q, tomado directamente de la radiacion solar que llamaremos S, esta es mas o menos constante, durante los ultimos 100 años no ha experimentado variaciones notables, la radiacion solar debido a la inclinacion del eje terrestre, se concentra en el ecuador y sus alrededores (los tropicos), donde calienta la tierra, el agua y la atmosfera, el calor que recibe el agua es lo mas importante, ya que esta sirve como deposito termico, una muy buena parte se evapora, formando las nubes, tormenta, huracanes y toda la pandilla de fenomenos atmosfericos.

El calor fluye, las corrientes marinas, y nubes se mueven, usualmente en direccion a los frios polos, segun se van enfriando, el vapor regresa a su condicion de agua y va cayendo en el camino, rara vez una tormenta llega a latitudes elevadas, New York y Buenos Aires rara vez ven los vientos de un huracan, mientras que las corrientes maritimas, mas lentas, logran transportar mas calor en sus ciclos termicos, el agua del golfo de Mexico llega a las costas inglesas, dispersando el agradable clima ingles.

RELACION SOL TIERRA

Ahora bien, vemos que hace que S sea constante, ya habiamos dicho que la fuente, el Sol no varia mucho, pero la relacion Sol-Tierra si puede hacerlo, hay cierta cantidad de radiacion recibida, pero tambien hay cierta cantidad de radiacion reflejada, que regresa al espacio, la razon de la reflexion es el comportamiento de la luz, que sobre cierto tipo de superficies se refleja (y ademas al efecto Brewster), por ejemplo, las nubes, el hielo y el mar reflejan una muy buena cantidad de energia solar, a la suma de todos estos fenomenos se les llama Albedo (A), asi que la cantidad de energia E que recibe la tierra es de la forma:

E= S-A

Por lo menos a lo largo casi todo el siglo XX, A se mantuvo constante, pero las cosas empezaron a cambiar desde los ochentas, A ha ido variando drasticamente, si llamamos Ah al derretimiento de los polos, y At a la variacion en el tamaño de las nubes (debido a la proliferacion de tormentas), ahora creemos que:

A = dAt - dAh

dAh se va incrementando a una velocidad cada vez mayor

dAt en cambio ha oscilado bruscamente, haciendose mayor en algunos casos y menor en otros, sabemos bien que para que la atmosfera se mantuviese estable deberia de pasar que:

dAt = dAh

Y es lo que habiamos observado, por lo menos desde que se hacen mediciones a finales del siglo XIX, sin embargo, dAt parece que ya no compensa el derretimiento de los polos, asi que el Albedo esta disminuyendo, eso significa mayor energia solar en el sistema.

Por lo que los datos apuntan a que a esta aumentando, asi que:

E = S - dA/dt

Con el Albedo disminuyendo, la Energia aumentando, como existe una relacion:

Q = kE

Esto significa un aumento de la cantidad de calor disponible en el sistema, k es desconocida, pero E tiene pendiente positiva.

¿A que se debe esto? los dedos acusadores apuntan a la contaminacion ambiental, y a un complejo proceso quimico atmosferico, lo cual parece muy factible, los que adoran el dinero serian capaces de matarse (y de paso a todos nosotros) por tener un dolar mas en el banco, pero en la realidad es intrascendente el comportamiento de Wall Street en la ecuacion del clima, el Sol no entiende de alzas o bajas en la bolsa, en cambio la economia occidental se derrumbara cuando al sol le plazca darnos mas o menos radiacion de la usual.

Lo que mas nos conviene como humanidad, es regresar las condiciones a su estado, por lo menos de 1900, aumentar el Albedo y eliminar las acciones que hacen que este disminuya:
  1. Eliminar los Hot Spots de la superficie terrestre, (esto es aumentar la reflectividad y disminuir la absorcion de radiacion de las ciudades y carreteras), para hacer esto simplemente es necesario cambiar lo materiales de pavimentacion, en vez del negro asbesto, el gris claro del cemento (o incluso pigmentarlo para hacerlo blanco), cultivar plantas en todo lugar disponible, en particular azoteas, asi aprovechariamos el exceso de calor en algo util.
  2. Disminuir la contaminacion, pasar de vehiculos de motor que usen combustibles fosiles a otros que empleen radiacion solar, o fuentes alternas, que no tengan como desecho esos gases tan complejos quimicamente y tan buienos devoradores y conservadores de energia.
  3. Aumentar sistematicamente el Albedo, ya sea con nubes artificiales, o aumentando artificialmente la reflectividad terrestre.
Cualquiera de estas acciones es perfectamente posible, tenemos la tecnologia necesaria para hacerlas funcionar de inmediato, la unica oposicion visible es sin embargo increible, los que hacen dinero, prefieren arriesgar la vida de todos que arriesgar su dinero, las grandes compañias petroleras que piensan equivocadamente que su negocio se acabaria, lo unico que deben de hacer es comprar las patentes de los nuevos motores y reservar su produccion petrolera para la fabricacion de plasticos, el petroleo esta muy cerca de acabarse y usarlo como combustible, es una estupidez, en vez de reservarlo para materiales mas necesarios, despues de todo, el plastico es mas caro y util que la gasolina y hay una cantidad limitada de el en la Tierra.

En esta breve platica he simplificado algunos conceptos, en realidad la relacion de la energia debe de ser una Ecuacion Lagrangiana, no una suma aritmetica, la simplifique para mayor claridad, ademas de que en estos momentos la humanidad no cuenta con los recursos cientificos necesarios para hacer una medicion completa de algunos de los factores que intervendrian en el calculo de energia. Ademas el albedo se ve modificado por otros factores como la superficie desertificada, la cubierta verde, los incendios forestales y mil y un factores extras, que si bien pueden ser pequeños, sumados producen un efecto notable, ademas no inclui los factores apenas descubiertos como el gradiente de absorcion de los oceanos, la variacion de parametros termodinamicos del agua dulce combinada con la salada, (la famosa ecuacion que detendria las corrientes del mar), y la energia creada por el propio planeta