Calentamiento global y cambio climático durante el siglo XX

Me ha resultado muy interesante la figura que abre esta entrada. No quiero enrollarme con la importancia del cambio climático. Sólo quiero una reflexión por vuestra parte al respecto. La figura de la izquierda muestra la serie temporal de la temperatura promedio del aire en la superficie de la Tierra desde 1900 en varios lugares. La línea azul en el Ártico por encima de 60° N en la estación fría (de noviembre a abril), la naranja en Norteamérica entre 20°–60° N en la estación caliente (de mayo a octubre), la verde la media anual en los trópicos entre 20° S–20° N, y finalmente la violeta la media anual en el Océano Atlántico Norte entre 20°–70° N. La figura de la derecha muestra la temperatura media del aire en la superficie continental de la Tierra en las latitudes 60° S–60° N, excluyendo Norteamérica. Todos los datos de ambas figuras son las diferencias (anomalías) respecto a la media de los años 1911–1940 (salvo las anomalías en el Ártico que están divididas por un factor de tres). Las figuras están extraídas del interesante artículo de Stefan Brönnimann, “Early twentieth-century warming,” Nature Geoscience 2: 735-736, 2009. También es recomendable la lectura de “Global Warming?, The Early Twentieth Century,” capítulo del libro de James R. Fleming, ”Historical Perspectives on Climate Change,” Oxford University Press, 1998.

El deshielo de los polos no sólo es una realidad, además se está acelerando según la misión GRACE

Explorar el deshielo de Groenlandia y la Antártida  no es fácil. Hay que promediar los datos en varios años para observar las tendencias, lo que lleva a muchas discusiones sobre la magnitud de dicho efecto, incluso si el efecto realmente existe. El último análisis presentado en Geophysical Research Letters muestra que no sólo el deshielo es real sino que se está acelerando durante los últimos 7 años. Los resultados se basan en las medidas del par de satélites GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). En lugar de medir el volumen de hielo directamente, GRACE “pesa” el hielo mes a mes utilizando un par de satélites lanzados en marzo de 2002 en una misión conjunta de la NASA y la Agencia Aeroespacial Germana. Los satélites, separados 220 km., pueden medir las distribucinoes de masa en la superficie de la tierra gracias a la variaciones de su campo gravitatorio. En el caso de los casquetes helados, las medidas nos permiten estimar el volumen de hielo y cómo este fluctúa conforme los meses transcurren.  Promediando las medidas se observa que en los últimos 7 años la masa de hielo ha decrecido. Más aún, este desceso parece que se está acelerando. En Groenlandia se pierden del orden de 30 kilómetros cúbicos de agua por año y en la Antártida prácticamente el doble. Para los interesados, la figura está extraída de Richard A. Kerr, “Climate Change: Both of the World’s Ice Sheets May Be Shrinking Faster and Faster,” News of the Week, Science 326: 217, 9 October 2009, y el artículo técnico es Isabella Velicogna, “Increasing rates of ice mass loss from the Greenland and Antarctic ice sheets revealed by GRACE,” Geophys. Res. Lett., in press, accepted 3 September 2009. Los que quieran conocer más detalles sobre la toma de datos de la misión GRACE pueden recurrir a John Wahr, Sean Swenson, Isabella Velicogna, “Accuracy of GRACE mass estimates,” Geophys. Res. Lett., 33, L06401, 2006.

La crisis afecta a las boyas oceanográficas que predicen El Niño en el Pacífico

La crisis afecta a todos, sobre todo a las empresas científicas a largo plazo que se realizan sin el amparo de los grandes medios. A quién le preocupa el estado de salud de las boyas oceanográficas que se encuentran desplegadas a lo largo del Ecuador en el oceáno Pacífico. Muchas han dejado de funcionar y de ofrecer los datos necesarios para predecir el fenómeno de El Niño de este año. Cuesta sólo 1 millón de dólares anuales mantener y reparar las boyas. Sin embargo, no se ha hecho este año pasado. La NOAA (US National Oceanic and Atmospheric Administration) ha planificado el flete de un barco para arreglarlas. Sin embargo, ya es tarde y las predicciones sobre la intensidad de El Niño de este año se van a resentir. La mitad de las 14 boyas entre las longitudes 95° oeste y 110° oeste han dejado de transmitir en los últimos 8 meses. Las boyas afectadas estudian la termoclina de 20º C que alrededor de los 140 m. de profundidad define la frontera entre el agua caliente de la superficie del mar y las aguas profundas más frías. Las oscilaciones periódicas de esta termoclina está directamente relacionadas con la magnitud de los fenómenos de El Niño y La Niña. En agosto, la NOAA predijo un El Niño suave para este año (según las lecturas de las boyas aún en funcionamiento). Sin embargo, los modelos teóricos predicen uno mucho más intenso. ¿Quién tendrá la razón? Nadie lo sabe. Nos lo cuenta Naomi Lubick, “Buoy damage blurs El Niño forecasts. Missing data from the eastern Pacific Ocean may hinder predictions of this year’s event,” Nature 461: 455 (24 September 2009).

Evidencias científicas y geológicas del diluvio bíblico de Noé

Nuevos datos apoyan a los sensacionalistas de National Geographic. Un análisis de las espeleotemas en una cueva kárstica búlgara cerca del Mar Negro muestra que 5500 años antes de Cristo las lluvias fueron 53 veces más intensas que la media de la época. ¿Durante cuánto tiempo? No se sabe bien, el registro geológico tiene una resolución de solo 120 años. Si dichas lluvias hubieran ocurrido en uno o dos años podrían ser el famoso diluvio de Noé: se estima que el nivel del agua del Mar Negro creció unos 150 metros. Estos resultados son similares a los ya observados por dos expediciones patrocinadas por National Geographic. ¿Qué pudo provocar este diluvio? Los autores del estudio proponen, sin pruebas científicas, que fue el resultado de la colisión de un gran asteroide o cometa contra el Sol, lo que provocó un rápido incremento de la radiación solar. Yo soy escéptico ante este tipo de artículos, pero seguro que a alguno de vosotros le resulta curioso. Para ellos, el artículo técnico es Y. Y. Shopov et al. “Noah’s Flood and the Associated Tremendous Rainfall as a Possible Result of Collision of a Big Asteroid with the Sun,” ArXiv, Submitted on 9 Sep 2009 (aunque el artículo original es de 1997).

Incrementar la entropía de la Tierra primitiva como posible origen de la vida

Si la vida tiene un origen termodinámico, la vida podrá ser explicada termodinámicamente. Así lo cree K. Michaelian en dos artículos en los que discute esta idea. La Tierra hace 4000 millones de años recibía una radiación solar veintitantos órdenes de magnitud superior a la actual con un pico alrededor de 260-280 nm. Las moléculas de ARN/ADN se encuentran entre las más eficientes absorbiendo esta radiación a presiones de una atmósfera. La enorme entropía sobre la Tierra en dicha época podía ser catalizada gracias a estas moléculas. En mi opinión, la idea es muy discutible, pero creo que muchos lectores de este blog estarán interesados en leer estos artículos de K. Michaelian, ”Thermodynamic Origin of Life,” ArXiv, Submitted on 1 Jul 2009, y ”Thermodynamic Function of Life,” ArXiv, Submitted on 30 Jun 2009. Permitidme traducir libremente los resúmenes de ambos artículos.

“Comprender la función termodinámica de la vida puede acercarnos a su origen. La producción de entropía en los sistemas alejados del equilibrio termodinámico es una medida natural de la tendencia de la Naturaleza para explorar todos los microestados alcanzables. El proceso que produce la mayor cantidad de entropía en la biosfera es la absorción y transformación de la luz del Sol. Según el autor, la vida se inició y existe hoy en día como catalizador dinámico de la absorción y transformación de la luz solar en calor, que puede ser redistribuido eficientemente por el ciclo del agua, los huracanes, las corrientes oceánicas y las corrientes de viento. Las moléculas de ARN y ADN se encuentran entre las moléculas más eficientes conocidas para absorber la luz ultravioleta que podría haber penetrado en la densa atmósfera primigenia, y además son muy rápidas a la hora de transformar esta luz en forma de calor que puede ser rápidamente absorbido por el agua líquida. Según el autor, el origen y la evolución de la vida estaría mediado por el imperativo termodinámico de incrementar la producción de entropía en la Tierra.”

“Aunque la teoría de la evolución de Darwin nos muestra la vida como un proceso de competencia por la supervivencia en un ambiente hostil, desde un punto de vista termodinámico, la vida es un proceso dinámico, fuera del equilibrio, que coevoluciona con su entorno abiótico. La componente viva de la biosfera con mayor masa son las plantas y las cianobacterias que se encargan de transpirar enormes cantidades de agua. Este proceso es clave en el ciclo del agua en la Tierra y la distingue de otros planetas vecinos, como Venus y Marte. El ciclo del agua, incluyendo la absorción de radiación solar en la biosfera, es con mucho el mayor proceso de producción de entropía en la Tierra. La función de la vida, desde esta perspectiva, es fundamentalmente termodinámica, actuando como un catalizador dinámico para la producción de energía. El papel de la vida animal, desde este punto de vista, es meramente servir a las plantas y a las cianobacterias para realizar su función termodinámica, ayudándolas a crecer y a dispersarse en áres inicialmente inhóspitas.”

Curiosas las ideas de Michaelian.

Por cierto, en Menéame podéis encontrar “Los rayos pudieron haber “cocinado la comida” para la vida primitiva (ING)” (traducido al español aquí) y entre los comentarios una recomendación de lectura “La cuestión del origen de la vida en la Tierra.”

Oficialmente “El Niño” ya ha llegado, ¿habrá este otoño “gota fría” en el costa mediterránea?

La correlación entre la llamada “gota fría” en la costa mediterránea española y el fenómeno climatológico llamado el “El Niño“ es baja (un 0.4) salvo cuando hay una Oscilación Decenal del Pacífico (PDO) caliente. El año pasado comenzó un periodo PDO frío. Así que este año no se prevee una “gota fría” fuerte, crucemos los dedos, ya que en estas cosas, ya se sabe, nunca se sabe. La estadística juega muchas veces malas pasadas. La correlación entre ENSO y PDO fue publicada en Davide Zanchettin, Stewart W. Franks, Pietro Traverso, Mario Tomasino, “On ENSO impacts on European wintertime rainfalls and their modulation by the NAO and the Pacific multi-decadal variability described through the PDO index,” International Journal of Climatology 28: 995 – 1006, 13 Aug 2007.

Oficialmente, el fenómeno climatológico de El Niño comenzó hace un par de semanas (tras tres meses mostrando una anomalía de +0.5 °C en el océano Pacífico ecuatorial) [ppt/pdf]. El fenómeno climatológico cuasi-periódico más energético del mundo, también llamado ENSO (Oscilación Austral El Niño), que alterna entre El Niño (periodos cálidos), periodos de calma, y La Niña (periodos fríos). El Niño es un fenómeno considerado caótico (determinista) y por tanto impredecible. ¿Por qué es (casi) imposible preveer el fenómeno de El Niño/La Niña? Técnicamente ENSO es un oscilador no lineal con dos estados estables (atractores), las fases fría y caliente, y una transición caótica. Algo parecido, que me perdonen los expertos, al efecto mariposa en el atractor de Lorenz. Que transita de una “ala” de la mariposa a otra de forma impredecible.

Las consecuencias de El Niño son tan impredecibles como el mismo fenómeno en sí. Por ejemplo, influye en el número de ciclones tropicales en el Atlántico. La semana pasada se publicó en Science un artículo que trataba de mejorar la predicción de estos ciclones dividiendo el periodo de ENSO como El Niño en dos fases: calentamiento del este del Pacífico (eastern Pacific warming, EPW) y calentamiento del centro del Pacífico (central Pacific warming, CPW). El primero (EPW) es prácticamente indistinguible de El Niño “clásico,” sin embargo, el segundo (CPW) no es igual que “EL Niño” aunque ha sido confundido con él en el pasado. Los autores, Kim et al., han encontrado que el número de ciclones crece en los periodos CPW (igual que ocurre cuando se produce La Niña), al contrario que cuando se produce El Niño. Además, CPW es mucho más fácil de predecir que El Niño. Por ello, este nuevo descubrimiento mejora la predictibilidad de ciclones asociados a la oscilación ENSO. Nos lo contó Greg J. Holland, “Predicting El Niño’s Impacts,” Science 325: 47, 3 July 2009, sobre el artículo técnico de Hye-Mi Kim, Peter J. Webster, Judith A. Curry, “Impact of Shifting Patterns of Pacific Ocean Warming on North Atlantic Tropical Cyclones,” Science 325: 77-80, 3 July 2009.

Otro mito que cae, el cambio climático y la estructura espiral de nuestra galaxia

El origen antropogénico del cambio climático ha originado casi tanto polémica como la evolución de las especies. ¿Las glaciaciones son debidas a los rayos cósmicos cuando el Sistema Solar atraviesa los brazos espirales de la Vía Láctea? Algunos lo han proclamado a voces. Un nuevo estudio demuestra que no tienen nada que ver. No se observa ninguna correlación entre los cambios en el clima terrestre y el tránsito del sistema solar a través de los brazos espirales de nuestra galaxia. La información experimental más reciente sobre la estructura de los brazos de la Vía Láctea no deja lugar a dudas. Nos lo cuentan los norteamericanos Adrian L. Melott, Andrew C. Overholt, Martin K. Pohl, “Testing the link between terrestrial climate change and Galactic spiral structure,” ArXiv, Submitted on 15 Jun 2009.

La figura que abre esta entrada muestra los resultados. La parte izquierda es el camino del Sistema Solar a lo largo de los brazos espirales de la Vía Láctea, según vienen determinados por los datos de nubes moleculares de alta densidad. Los círculos de color representan la posición actual (el más arriba) y lugares donde se han producido cruces con los brazos espirales. La parte derecha muestra la correlación entre estos datos y la posición de las últimas 7 eras glaciales (líneas rojas verticales). El cruz (X) roja marca la coincidencia observada en estudios anteriores. Los nuevos datos claramente muestran que no hay correlación entre eras glaciales y nuestro paso a través de los brazos espirales.

Otro mito en relación al cambio climático que cae bajo la evidencia de datos observacionales más precisos.

PS (27 junio): En ArXivBlog también se hacen eco de este artículo: ”Spiral Arms Did Not Cause Climate Change on Earth,” Friday, June 26, 2009.

Boyas oceanográficas, corrientes submarinas y cambio climático

En la película “Buscando a Nemo,” el papá de Nemo utiliza la Corriente del Sur de Australia, acompañado de un grupo de tortugas marinas, para alcanzar Sidney, donde Nemo se encuentra encerrado en una pecera. ¿Cómo se estudian las corrientes submarinas en los océanos? Una boya flotante no se puede colocar una cierta profundidad en el océano y pretender que siempre permanezca a dicha profundidad conforme se mueve en una gran corriente. Se utilizan boyas isobáricas que se mantienen a una presión constante. La profundidad está relacionada con la presión, aproximadamente en el oceáno cada metro de profundidad supone un incremento aproximado de presión de 1 decibar (dbar). En un estudio reciente sobre la Corriente Fía del Labrador (LSW), en el oeste del Atlántico Norte, se han utilizado boyas a 700 dbar (unos 700 m. de profundidad) y 1500 dbar (unos 1500 m.). Las boyas tienen medidores de velocidad, presión, temperatura, etc. Periódicamente ascienden a la superficie del mar y envían la información que han registrado hacia satélites, como el sistema Argos, para luego descender y continuar con su misión.

¿Cuántas boyas se suelen utilizar en un estudio de las corrientes? En reciente estudio de Amy S. Bower, M. Susan Lozier, Stefan F. Gary, Claus W. Böning, “Interior pathways of the North Atlantic meridional overturning circulation,” Nature 459: 243-248, 14 May 2009 , se usaron 76 boyas RAFOS (Range and Fixing of Sound), que fueron colocadas en ristras de 18 durante 4 años sucesivos (2003-2006). La siguiente figura muestra las trayectorias seguidas por 40 de estas boyas en un periodo de 2 años, indicando con colores la temperatura estimada del agua y con un círculo negro su posición final. La pequeña figura insertada indica la trayectoria en línea recta recorrida por cada boya.

Los resultados de las medidas se insertan en simuladores por ordenador que simulan el campo de velocidades tridimensional en las corrientes. Resultando en la figura siguiente, que muestra las trayectorias hacia adelante y hacia atrás de las corrientes marinas estudiadas en el océano atlántico. Comentar cómo se interpretan estas figuras (yo preparé simulaciones de figuras parecidas hace años aunque sólo para el Mar de Alborán, entre Andalucía y el Norte de África) nos llevaría lejos. Así que trataré de ir al grano.

¿Para qué sirven este tipo de estudios de las corrientes en el oceáno? Por ejemplo, para conocer la influencia antropogénica en el clima de la Tierra. El océano es una reserva enorme de energía, calor y dióxido carbónico (absorbe gran parte del dióxido de carbono de origen antropogénico). Su efecto sobre el cambio climático cada día se considera más importante. Recientemente se reunieron en Indonesia líderes políticos y científicos para estudiar en la Conferencia Mundial sobre Océanos. Ver por ejemplo ”El papel de océanos en el cambio climático,” AFP, 12 de mayo 2009, o ”Inicia Cumbre Mundial de los Océanos en Indonesia,” Emiliano Crespo, Ecosistemas, 11 Mayo 2009 . “Los océanos y el cambio climático.”

El año 2008 ha sido un año clave en nuestra comprensión del efecto del océano en el cambio climático y del efecto del cambio climático en el océano. Parece claro que la temperatura superficial del oceáno crecerá en el próximo siglo, aunque algunos investigadores creen que no se notará este efecto en la próxima década debido las oscilaciones naturales de su temperatura (como Noel Keenlyside, del Leibniz Institute of Marine Sciences, Alemania, publicado en Nature).

Como ocurre en toda la Ciencia en general, cada vez que sabemos más nos damos cuenta de lo poco que sabemos. Por cada pregunta contestada surgen varias nuevas preguntas por contestar. Lo ilustra muy bien esta caricatura de Marc Roberts publicada en “Nature Reports Climate Change,” 18 December 2008 .

Viñeta 1. “Hola, esta noche trataremos de los avances del Cambio Climático en 2008. Lo qeu sabemos, lo que sabemos que desconocemos y lo que desconocemos que desconocemos.”

Viñeta 2. “Así que, Doctor, centrémonos en lo que desconocemos que desconocemos. ¿Cuáles son y cuántos hay?”

Viñeta 3. “Er… ¡no lo sé!”

Viñeta 4. “¿Y usted se llama experto?”

El cambio climático como ejemplo ideal del socrático: “Sólo sé que no sé nada” (“y me queda mucho por saber,” de Enrique Vilchez).

Duro revés a la hipótesis de que los rayos cósmicos son responsables del cambio climático

“Hypotheses non fingo.” Ya lo decía Newton en vida contra sus detractores (Huygens, Hooke, etc.). El método científico debe estar detrás de cualquier hipótesis sobre la realidad. Una pena que Newton nunca escribiera un libro o artículo metafísico sobre el método científico.

El cambio climático es algo muy importante, no sólo científicamente, también políticamente. La teoría del origen antropológico de los cambios que está experimentando el clima de la Tierra parece claro e indiscutible según las ideas de la corriente estándar en climatología. Sin embargo, hay voces en contra. Una de las teorías más discutidas en la Red de redes es su origen en los rayos cósmiscos, es decir, en la actividad solar. Ya hablamos de dicha posibilidad en este blog “Posible correlación entre rayos cósmicos y cobertura nubosa, ficción o realidad,” Septiembre 5, 2008 .

La actividad solar podría ser responsable de alterar la cobertura nubosa de tal forma que se produjera un efecto invernadero. La actividad solar genera rayos cósmicos que inciden sobre nuestra atmósfera (que nos protege de ellos). A más rayos cósmicos, más nubes y más efecto invernadero (idea de 1997 de los físicos Henrik Svensmark y Eigil Friis-Christensen con origen en los 1950). Sin embargo, un estudio computacional ha demostrado que su efecto sobre la atmósfera es unos 2 órdenes de magnitud más pequeño del necesario para explicar el cambio climático. Nos lo cuenta Richard A. Kerr, “Study Challenges Cosmic Ray–Climate Link,” Science, 324: 576 – 577, 1 May 2009 .

Ya nos lo decían desde el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). No hay evidencia científica fiable para la correlación sugerida por Svensmark. Pero él y sus seguidores veían una conspiración de los “grandes” contra los ”pequeños,” de las “mayorías” contra las “minorías,” y ya se sabe que la mayoría no siempre tiene la razón.

Los especialistas en modelado computacional del cambio climático Jeffrey Pierce y Peter Adams, de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pennsylvania, han incorporado a un modelo de cambio climático global los procesos físicos (ionización debida a los rayos cósmicos con formación de cobertura nubosa) sugeridos por Svensmark. Han estudiado los efectos en el clima durante un ciclo solar (11 años) y han encontrado que los cambios introducidos en el clima por la actividad solar son 2 órdenes de magnitud más pequeños de los necesarios para formar nubes [frase repetido en honor al énfasis].  Pierce afirma que es posible que en mis modelos falte algo importante, pero no se le ocurre el qué. Ahora el guante está en la mano de Svensmark y sus seguidores que tendrán que encontrar el fallo en los modelos físicos de Pierce y Adams.

Por cierto, ¿eres seguidor de Svensmark? Pues adelante, a estudiarte el artículo técnico J.R. Pierce, P. J. Adams, “Can cosmic rays affect cloud condensation nuclei by altering new particle formation rates?,” Geophys. Res. Lett., In press, Accepted 13 April 2009 . Desgraciadamente no he podido leer el artículo técnico (mi Universidad no tiene subscripción a dicha revista, una pena). Por cierto, en la wiki ya han añadido una referencia a dicho artículo.

¿Qué dicen los especialistas? El método científico requiere la verificación independiente de cualquier resultado experimental, incluso is es obtenido computacionalmente. Habrá que esperar unos meses, quizás años, para tener claro si se verifica o desmiente el resultado. Por lo pronto, algunos especialistas en el modelado computacional del clima están de acuerdo con Pierce y Adams, como Jan Kazil, de la Universidad de Colorado, Boulder, EEUU, quien ha observado algo parecido en sus propios modelos (aún sin publicar). Otros por el contrario están en contra, como Fangqun Yu, de la Universidad de Albany, New York, EEUU, que “observa” problemas en el modelo usado por los científicos de Carnegie Mellon, que tendrá que ser mejorado.

La Ciencia es la Ciencia, y como nos recuerda Kerr en su última frase “Testing the hypothesis will take more modeling and observations.”

Salami, cambio climático y dos valen más que uno en Nature

Figura que seguro Al Gore incorporará a sus nuevas conferencias sobre cambio climático, Meinshausen et al. (C) Nature.

Nature es una revista a la que le encanta publicar artículos técnicos dirigidos a la prensa. El cambio climático, tema estrella en la divulgación científica en la prensa diaria, es el tema estrella del número de hoy de Nature. Dos artículos, prácticamente con los mismos autores, enviados el mismo día, aceptados el mismo día, casi, casi sobre el mismo tema. ¿Por qué el editor no ha sugerido que unieran ambos artículos en uno sólo? Se le llama “salami research” a partir una investigación en muchos trocitos y publicarla en muchos articulitos. “Publish or perish” suele traducirse por publicar por publicar. Si te puedes permitir el lujo de publicar por publicar en Nature, por qué no hacerlo. Es el problema del editor el aceptarlo. El editor sabe que para los periodistas de la prensa diaria dos artículos que dicen prácticamente lo mismo es un doble aval a lo afirmado. Además, ha dedicado el número al cambio climático. ¿Qué dicen ambos artículos? Que el problema del cambio climático es más complicado de lo que se pensaba. Cada año parece más grave… ¿por qué será?

“Salami research” en Nature. Con el consentimiento del editor. Curioso. La pareja alemana de los Meinshausen (Malte y Nicolai) son los primeros firmantes de un artículo cuyo últimos firmantes son los británicos Frame y Allen. En el otro artículo, Allen y Frame son los primeros firmantes siendo los últimos firmantes la pareja Meinshausen. Dos artículos muy parecidos. Técnicas de simulación “ensemble” (un tipo de Montecarlo) con dos software comerciales distintos MAGICC 6.0 y C4MIP. Para los interesados los artículos técnicos son Malte Meinshausen et al., “Greenhouse-gas emission targets for limiting global warming to 2 °C,” Nature 458: 1158-1162, 30 April 2009 (Received 25 September 2008 ; Accepted 25 March 2009) y Myles R. Allen et al., “Warming caused by cumulative carbon emissions towards the trillionth tonne,” Nature 458, 1163-1166, 30 April 2009 (Received 25 September 2008 ; Accepted 25 March 2009).

Posibles curvas de emisiones de CO2 consideradas por Allen et al. (C) Nature.

Para los interesados en el contenido de ambos artículos, en mi opinión (no mero aficionado) muy sensasionalistas, basta leer el título (la “ingeniería del título” es clave en revistas como Nature), recomiendo el resumen presentado por Gavin Schmidt, David Archer, “Climate change: Too much of a bad thing,” Nature 458: 1117-1118, 30 April 2009 .

La Comunidad Económica Europea se ha propuesto que las temperaturas globales se mantengan por debajo de 2 ºC por encima de los valores preindustriales para 2100. Meinshausen y sus colegas han estudiado si es posible lograrlo y han encontrado que es necesario que para 2050 la cantidad total de CO2 emitido sea inferior a 190 GtC (mucho menos del carbono acumulado en todas las reservas estimadas de combustibles fósiles, gas, petróleo y carbón). Si seguimos al ritmo actual de quema de combustibles sólidos alcanzaremos esa cifra en unos 20 años. Como no inventemos una manera de retirar CO2 de la atmósfera será imposible cumplir el objetivo europeo. Allen y sus colegas obtienen resultados similares (Schmidt y Archer, políticamente correctos, afirman que “consistentes”) con los del otro estudio.

¿Cuál es la concentración máxima de dióxido de carbono que nos podemos permitir en la atmósfera sin riesgo? Esta pregunta se la hizo en 2007, Bill McKibben al climatólogo James Hansen. Su respuesta: no lo sé, pero lo averiguaré. Las concentraciones actuales de CO2 rondan las 382 partes por millión (p.p.m.), 100 partes más que el nivel preindustrial. Las ideas preconcebidas de Hansen apuntaban a que el límite máximo permisible rondaba los 450 p.p.m. McKibben pensó en formar la organización (ONG) llamada 450.org . Sin embargo, sus estudios le llevaron a bajar esa cifra a solamente 350 p.p.m. McKibben creó la organización (ONG) 350.org . Es decir, ya nos hemos pasado. Ya estamos en la región irreversible. Hay que bajar las concentraciones de CO2 atmosféricas. Estamos cerca del punto de no retorno. ¡Catastrofistas! Quizás. Pero Nature es así…

¿Tendrán razón Hansen, Meinshausen et al. y Allen et al.? Si es así, habrá que tomar medidas urgentes en diciembre en Copenage (Copenhague). Por ejemplo, invertir mucho dinero en la investigación de técnicas de limpiado del CO2 atmosférico. Hay muchas propuestas. Un par de artículos en Nature, hoy, nos comentan la más atrevidas (Climate crunch “Sucking it up,” and “Great white hope” ). En general, ponerlas en marcha requiere un costo muy elevado que tendrá que ser asumido por todos los países. Máxime en plena crsis. Caras de implementar, sólo la I+D+i bien enfocada podrá bajar estos costes y hacer de la necesidad maña.

PS: El catastrofismo característico de El Mundo en relación al Cambio Climático no se ha hecho esperar con un titular como “Quedan 20 años para detener el cambio climático.” Comentarios en Menéame.

Qué hace un matemático en la Antártida en un buque oceanográfico incendiado

Un mar de hielo rodea al buque oceanográfico Aurora Australis en las costas de la Antártida. (c) Gary Dowse.

Una amiga me dijo, tienes suerte de ser matemático. Podrás viajar en el Hespérides hasta la Antártida. Ella se dedica a la docencia y lo tiene más difícil. Yo tendría que cambiar de tema de investigación. Podría imitar a Ken Golden, matemático de Utah, EE.UU., que ya ha viajado, por su investigación, al Ártico y a la Antártida. Estudia la matemática del movimiento de grandes bloques de hielo. Con el cambio climático y el deshielo polar como temas estrella, su trabajo adquiere más relevancia cada día. Su artículo más citado lo publicó en Science. Nos cuenta su historia Dana Mackenzie, “Cold Equations,” Science 324: 32-33, 3 April 2009 .

La sirena de la alarma de incendios despertó Ken Golden a las 2:37 de la madrugada. ”Mi primer pensamiento fue, ¿por qué hacen un simulacro de incendio a estas horas?” Olía a humo mientras caminaba por la cubierta del rompehielos australiano Aurora Australis bajo la gélida noche antártica. Un espeso humo partía de las chimeneas del barco. “Al poco tiempo oí una terrible explosión,” dice Golden. “Uno de los tripulantes se nos acercó. Con acento escocés, con voz tranquila y confortable, anunció ‘Por favor, no se alarmen, tenemos un fuego sin controlar en la sala de máquinas’. Quince minutos más tarde, volvió y dijo, ‘Por favor, no se alarmen, vamos a botar los botes salvavidas.’ Pensé ¡Qué hago aquí, yo que demuestro teoremas para vivir!”

¿Qué hace un tipo como Golden en un lugar como éste? Matemático aplicado de la University of Utah, en Salt Lake City, EE.UU., que lleva más de 11 años acercando la matemática a lugares inhóspitos en los que nunca antes fue llevada. Golden está convencido de que la matemática es clave para resolver los problemas del cambio climático. “Ken es un entusiasta de su trabajo y su entusiasmo es contagioso,” dice Tony Worby de la Australian Antarctic Division, jefe de la expedición del Aurora Australis de 1998, la que sufrió el incendio, y de una posterior en 2007 en la que también participó Golden.

La pasión por el hielo de Golden comenzó en 1976, cuando en su último de escuela secundaria trabajó como estudiante con H. Jay Zwally, del NASA Goddard Space Flight Center, en Greenbelt, Maryland, EE.UU. Zwally le dió a Golden el mejor consejo de su vida: Estudia en Dartmouth, donde trabaja Stephen Ackley, y “aprende toda la matemática que puedas.” Siendo todavía estudiante universitario, Golden viajó a la Antártida por primera vez en 1980 como asistente de campo de Ackley, para estudiar el movimiento del hielo usando radares. Un estudiante sin título aún que logró publicar un artículo de investigación K.M. Golden, S.F. Ackley, “Modeling of anisotropic electromagnetic reflection from sea ice,” Journal of Geophysical Research-Oceans and Atmospheres 86: 8107-8116, 1981 (citado 10 veces en ISI WOS).

Golden estudió el doctorado en el Courant Institute of Mathematical Sciences, en New York City, como postdoc en Rutgers University, y como profesor en la Princeton University. Su investigación se centró en la matemática de los materiales compuestos. En 1994, Ackley invitó a Golden de nuevo a retornar a la Antártida, en la expedición llamada ANZFLUX. Cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación, el hielo se vuelve permeable, permitiendo que agua templada se infiltre en su interior por percolación. Golden observó que dicho cambio repentino entre impermeabilidad y permeabilidad (o viceversa) parecía una transición de fase. Golden la llamó “la regla del cinco” porque ocurre alrededor de -5 ºC en agua con una salinidad del 5%. Escribió un artículo matemático mientras el Aurora Australis, tras el fuego en la sala de máquinas, estuvo parado en el mar de hielo durante 2 días, hasta que la tripulación arregló los motores y pudieron emprender camino hacia el puerto de Hobart. Lo envió a Science y ahora es su artículo más citado, K.M. Golden, S.F. Ackley, V.I. Lytle, “The percolation phase transition in sea ice,” Science 282: 2238-2241, 1998 .

Los efectos impredecibles del cambio climático: El Niño y La Niña

Casi todo el mundo ha oído hablar del fenómeno climático de El Niño y de La Niña. Hace años llegaron a asociarlo a las gotas frías de la costa levantina española. No entraré en detalles. La cuestión que me interesa es ¿cómo afecta el Cambio Climático a este fenómeno? La respuesta puede parecer sorprendente, pero así es: nadie lo sabe. Nos lo cuentan los alemanes M. Latif, N. S. Keenlyside “El Niño/Southern Oscillation response to global warming,” PNAS, published online December 5, 2008 , quienes trabajan en el modelo climático global del Instituto de Meteorología del Max Planck (MPI).

La Oscilación del Sur El Niño (El Niño-Southern Oscillation, ENSO) es el fenómeno climático interanual más importante de todos con consecuencias el el clima global de toda la Tierra. Cualquier cambio en el fenómeno afectará al clima de toda la Tierra. Conocer cómo le afecta el Cambio Climático es de suma importancia. Desafortunadamente es un fenómeno fuertemente no lineal (algunos opinan que caótico determinista). Algunos de los modelos climáticos más avanzados indican que la amplitud de la ENSO crecerá, otros que disminuirá, e incluso algunos que no cambiará, debido al Cambio Climático. Combinando múltiples modelos la incertidumbre se nos muestra demasiado alta, sin ningún valor predictivo.

El artículo de Latif y Keenlyside revisa todo lo que conocemos de la evolución de ENSO durante el s. XX (hay poca evidencia de cambio) y lo que predicen los modelos más importantes al respecto. Además, destacan la necesidad del uso de simulaciones de tipo ensemble, que se basan en promediar estadísticamente los resultados para múltiples condiciones iniciales (“realizaciones”). Estas simulaciones parecen indicar para el próximo siglo que, si el cambio climático no es muy fuerte, el estado medio de la ENSO se verá poco afectado.

Los autores nos recuerdan que es necesario mejorar mucho los modelos climáticos actuales con objeto de reducir su incertidumbre a la hora de predecir fenómenos no lineales como ENSO. Según los autores, hay muchos procesos físicos que deben ser incorporados en los modelos climáticos globales si queremos predecir este tipo de fenómenos.  

Para mí lo más intersante del artículo es que si no somos capaces de predecir el efecto del Cambio Climático sobre el fenómeno de El Niño/La Niña mediante los mejores modelos climáticos, ¿cómo vamos a poder confiar en las predicciones de dichos modelos respecto a la evolución del clima en términos generales? 

Curiosidades en el número de Nature de hoy

Las curiosidades que uno encuentra en Nature, todas las semanas, dan para escribir una entrada por cada una. Pero esta semana me voy a limitar a mencionarlas brevemente. Nuevo estilo, nuevas maneras.

María Concepción Ramos Martín, catedrática de la Universidad de Lleida, y sus colaboradores, han estudiado el efecto del cambio climático en las precipitaciones (lluvia) en la región noreste de España y sus efectos sobre los vinos de la Denominación de Origen de Priorato. Una región que ha pasado de una producción paupérrima a un gran prestigio internacional. El análisis de los datos climáticos de 1952 a 2006 y su prognóstico no es nada halagüeño para los enólogos y vinateros de la región, según presenta nuestra catedrática en “Structure and trends in climate parameters affecting winegrape production in northeast Spain.” Una pena. La verdad sea dicha. Más información sobre la Denominación de Origen del Priorato. Algunos de los vinos del Priorato se encuentran entre los 6 mejores del mundo según el gurú de la enología Robert Parker en la revista “Wine Advocate.”

Thomas  Maillart, del ETH de Zurich, Suiza, y sus colaboradores, han estudiado la ley de Zipf aplicada a las distribuciones de software libre bajo Linux, verificando la explicación de Herbert Simon de por qué funciona dicha ley, propuesta en 1955. El artículo “Empirical Tests of Zipf’s Law Mechanism in Open Source Linux Distribution,” se ha publicado en la prestigiosa Physical Review Letters. La ley de Zipf se cumple en una gramática si el tamaño de sus palabras varía de forma aleatoria, pero con una desviación estándar proporcional a dicho tamaño. El estudio de Maillart se ha basado en los paquetes software que se incluyen en la distribución Debian del sistema operativo Linux, que cumplen la ley de Zipf y la explicación de Simon para la misma.

Debian no es la distribución de Linux que más me gusta, prefiero Suse, la versión más “windowsera” de todas, lo confieso. La evolución de Debian ha sido espectacular, con sólo 474 paquetes en 1996, ha alcanzado más de 18000 en 2007, con una compleja red de dependencias entre ellos. El número de dependencias sigue la ley de Zipf claramente, como muestra la figura. ¿Por qué? Los autores ofrecen como respuesta el modelo de Simon. Obviamente, la respuesta puede ser otra, pero el artículo parece razonable. Artículo ideal para linuxeros aficionados a la física y para físicos aficionados al “open software.” Que haberlos, haylos.

Philine Feulner, de la Universidad de Sheffield, Reino Unido, y sus colegas, han estudiado el comportamiento sexual “chispeante” de los peces del género Campylomormyrus (como el de la foto). Utilizan descargas eléctricas para capturar a sus presas, pero también, para que las hembras elijan a sus machos preferidos, como muestran en “Electrifying love: electric fish use species-specific discharge for mate recognition.” Lo sorprendente no es que las hembras prefieran a los machos (de su especie) más “electrificantes” sino que, si se encuentran con un macho de otra especie, aún más “electrificante,” ante la duda, la más … Las hembras de C. compressirostris cuando pueden elegir entre machos de su especie y de la especie, próxima pero más ”eléctrica,” C. rhynchophorus, prefieren a estos últimos, pero es que si además se le ofrece la posibilidad de un macho “supereléctrico” de la especie C. tamandua, se quedan con éste último. (Para los andaluces) ¡Qué “sevillanas” son estas hembras! Lo dicho, si hay “chispa,” las hembras prefieren la “chispa más grande.” ¡Cómo que el tamaño no importa! En serio, el estudio es importante porque muestra cómo especies cercanas, pero diferentes, se hibridan por que el “destino” (la evolución) “las ha hecho así.”

Los políticos españoles, a veces, no son de primera división, especialmente cuando hablamos de Ciencia (con mayúsculas). El gran sincrotrón europeo, que muchos, ilusos de nosotros, pobrecitos españoles de a pie, veíamos en España, se lo quedaron los franceses. La Instalación de Radiación Sincrotrón Europea (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) se encuentra en Grenoble, Francia. Chovinistas, los franceses lo serán, pero tienen políticos con las ideas más claras que los nuestros. Se acaba de aprobar una inyección de 177 millones de euros (que no es poco) para renovar dicha instalación científica (pagada por 19 países europeos). Se gastarán en dotar a la instalación de 8 nuevos haces de rayos X que alcanzarán un diámetro de unas decenas de nanómetros, que se utilizarán para seguir, a esta escala, ciertas reacciones químicas. Tendrá gran repercusión tanto científica como tecnológica. Se espera que para 2013 empiecen a funcionar los primeros nuevos haces y que para 2015 esté finalizada la reforma. Me apena que la “prensa diaria” nos engañara y nos hiciera creer, hace ya unos años, que España tenía una oportunidad para lograr esta instalación. Peleábamos con los franceses. Ganaron ellos. La “prensa diaria” decía que teníamos muchas “papeletas en el bingo.” Verlo en la foto cual plaza de toros en Grenoble me apena. No sé a tí, pero a mí me apena.

Stephen Hawking se jubila. Ya le tocaba. Abandona su puesto como Profesor Lucasiano de Matemáticas en la Universidad de Cambridge (hasta el 15 de diciembre aceptan candidatos para sustituirle, anímate, si eres un genio, claro). El año que viene veremos a su sucesor. Ya jubilado se convertirá en profesor emérito. La Universidad de Cambridge le permite ocupar otro puesto, si así le apatece. Y apetecerle, le apetece. Ha aceptado (en octubre) una plaza en el canadiense Instituto Colateral de Física Teórica (Perimeter Institute for Theoretical Physics) en Waterloo, Ontario. El puesto requiere poco. Tendrá que viajar varias veces al año a Canadá, “hacerse la foto,” y poco más. Neil Turok, director del instituto canadiense, fue colega de Hawking en Cambridge. ¡Qué le tirará más! La fama, el honor, el marketing, … El más famoso investigador del Instituto era Lee Smolin (miembro fundador de dicho Instituto), ahora lo será Stephen Hawking.

Martin A. Nowak, profesor de matemáticas y biología de la Universidad de Harvard nos cuenta en “Generosity: A winner’s advice,” cómo los modelos matemáticos están revelando cómo ha evolucionado la generosidad (comportamiento prosocial), la inteligencia y el lenguaje. La generosidad es una parte fundamental de todas las estrategias ganadoras en las teorías de juegos que exploran los comportamientos humanos. La cooperación, ¿recuerdas los equilibrios de Nash, el de la película?, es tan importante en la evolución como la mutación y la selección.

¿Cómo funciona la cooperación? Un mecanismo es la reciprocidad directa, lo que haré depende de lo que me hayas hecho. Otro mecanismo es la reciprocidad indirecta: lo que haré depende también de lo que hayas hecho a los demás. Los modelos matemáticos de teoría de juegos indican que el comportamiento más generoso, de quien sabe perdonar, de quien tiene esperanza, es el óptimo en la mayoría de los casos. Los experimentos psicológicos y sociológicos han confirmado estos resultados matemáticos. Hoy en día, estos análisis tienen importantes aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, en comercio electrónico. Tener en cuenta cómo “funcionamos” es importante como medida de marketing en internet, donde la confianza es más importante que en el comercio convencional. Conceptos como la reputación del vendedor, en el comercio electrónico son muy importantes. Los modelos de teoría de juegos del comportamiento social serán ampliamente usados en este contexto. La matemática eleva a genios como Nash a la categoría de “revolucionarios” conforme las nuevas tecnologías la demandan. “Una mente maravillosa,” sin lugar a dudas.

Ra, Dios Sol y el declive de las grandes civilizaciones

¿Por qué desapareció la civilización Maya en el s. IX d.C? ¿Por qué se vino abajo en la misma época la dinastía china de los Tang? El artículo Pingzhong Zhang et al. “A Test of Climate, Sun, and Culture Relationships from an 1810-Year Chinese Cave Record,” Science, 322: 940-942, 7 November 2008 , comentado por Richard A. Kerr, “Chinese Cave Speaks of a Fickle Sun Bringing Down Ancient Dynasties,” Science, 322:837-838, 7 November 2008 , ofrece una respuesta: la actividad solar. Los registros en estalagmitas en la cueva china de Wanxiang muestran un debilitamiento en la actividad solar en dicha época.

Ra haciendo de las suyas. Por supuesto, en un campo tan controvertido como la influencia del Sol en el declive de las grandes civilizaciones, esta no puede ser la última palabra. Para la estalagmita estudiada muestra un registro tan claro que ha causado una gran conmoción en el campo de la paleoclimatología.

Iba a escribir una entrada más extensa, pero he descubierto que no lo puedo hacer mucho mejor que Pedro Cáceres, “Una estalagmita desvela la relación entre el monzón y el destino de las dinastías chinas,” El Mundo, 7 nov. 2008 , que incluye una foto hipnótica de la cueva.

Para qué sirven las políticas de reducción de emisiones de dióxido de carbono (o alguien me puede explicar qué es el cambio climático)

A la pregunta del título de esta entrada (retórica) sobre las políticas de reducción de las emisiones he de contestar ¿las hay? El último estudio del Global Carbon Project estima que las emisiones de carbono han crecido un 3.5% anual entre los años 2000 y 2007, dato a comparar con el crecimiento estimado por el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) de sólo un 2.7% y con las emisiones durante los 1990s, de sólo un 0.9% de crecimiento anual. Actualmente, China ha pasado a ser el mayor emisor del mundo de CO2, contribuyendo con un 21% a las emisiones totales, relegando a EEUU a un “honroso” segundo puesto con sólo el 19% del total. Rusia es el tercero, pero seguido de cerca por India. Datos publicados en “Carbon dioxide emissions rise to record levels,” Nature 455, 581, 1 October 2008 .

Los modelos de cambio climático predicen que las concentraciones atmosféricas de CO2 alcanzarán niveles no “vistos” en los últimos 25 millones de años (Ma.); de hecho, los datos paleoclimatológicos indican que la concentración de CO2 empezó a descender hace 45 Ma. y estuvo descendiendo hasta hace 25 Ma., momento en que se ha mantenido, más o menos constantes, hasta la actualidad (salvo el último siglo). Como nos recuerda Stephen F. Pekar, “Climate change: When did the icehouse cometh?,” Nature 455, 602-603, 2 October 2008 . Los modelos climáticos (que pueden estar equivocados) predicen que la concentración de CO2 se encontrará a finales del s. XXI entre 500 y 900 partes por millión (p.p.m.), niveles similares a los que hubo hace 45 Ma. En esta época la Tierra dejó de ser un mundo “verde” libre de hielo para convertirse en un mundo “helado” que sufre periodos glaciares.

¿Alguien sabe cuál es el impacto “real” de la concentración de CO2 en el clima terrestre o en el hielo de los polos? Pekar nos recuerda que los geólogos normalmente usan los datos de hoy para predecir el pasado, pero el pasado es la clave para predecir el futuro. ¿No es un círculo vicioso? Dado el enorme interés en los efectos del CO2 en el clima tando de los científicos como de la opinión pública, sorprende la gran incertidumbre actual sobre los efectos reales del CO2 en los casquete polares. El último estudio sobre el tema, Robert M. DeConto et al. , “Thresholds for Cenozoic bipolar glaciation,” Nature, 455: 652-656, 2 October 2008, trata de aclarar el tema utilizando modelos por ordenador, pero sus conclusiones son, para un lego como yo, cuando menos, discutibles. Su conclusión es que la Antártida se heló hace unos 33.6 Ma. mientras que el polo norte lo hizo más tarde, cuando los niveles de CO2 hace 25 Ma. alcanzaron los niveles de hace un siglo. Quizás porque se dieron circunstancias favorables de la órbita terrestre. Sin embargo, se necesitan nuevos datos experimentales para contrastar o refutar las tesis de DeConto et al.

Las predicciones hacia el pasado de los modelos de DeConto et al. dependen de las reconstrucciones de los niveles atmosféricos de CO2. Los datos más fiables se tienen en el hemisferio sur, en la Antártida, por ejemplo, los recientemente obtenidos por Jinho Ahn y Edward J. Brook, “Atmospheric CO2 and Climate on Millennial Time Scales During the Last Glacial Period,” Science, 322: 83-85, 3 October 2008 , quienes han reconstruido estos datos en el periodo que hace de 90 a 20 mil años. También se requieren datos fiables del nivel mar en el pasado, como los obtenidos por Bilal U. Haq y Stephen R. Schutter, “A Chronology of Paleozoic Sea-Level Changes,” Science, 322: 64-68, 3 October 2008 , para la era paleozoica desde hace 542 a 251 Ma. Han encontrado 172 eventos en los que el nivel del mar ha cambiado significativamente (evento eustático) con variaciones entre unas decenas de metros y hasta 125 metros (de altura respecto al nivel del mar actual, tanto hacia arriba como hacia abajo).

Pero, ¿cuál es la causa real del deshielo de glaciares en Groenlandia y en el casquete antártico oeste? ¿Realmente es el cambio climático? ¿Tiene algo que ver el régimen de viento? Parece ser que sí, como nos comenta Richard A. Kerr, “Winds, Not Just Global Warming, Eating Away at the Ice Sheets,” Science, 322: 33, 3 october 2008 . Cambios aleatorios en la circulación de los vientos que producen cambios en la circulación del agua en los océanos pueden ser los causantes del deshielo, en lugar del cambio climático. En Groenlandia parece que es así.

Lo dicho antes, el tema está que “arde” pero todavía queda muchísimo por conocer y científicamente, de forma fiable, es imposible predecir en la actualidad que va a pasar y se tienen muchas dudas sobre qué ha pasado. Lo que está claro es que todo está conectado, son muchísimos los factores que hay que tener en cuenta. El cambio climático es un hecho pero sus causas una gran incógnita. ¿Cómo se pueden hacer políticas efectivas para evitarlo si no se pueden evitar estas (ya que no se conocen)? Afortunadamente, “la ciencia avanza que es una barbaridad.”

¿Se está reduciendo la actividad solar?

La calma que precede a la tormenta o la actividad solar debería ser más alta de lo que es. Deberíamos haber superado el mínimo del ciclo solar número 23 y estar iniciando el máximo del ciclo 24. ¿Dónde están las manchas solares? Las primeras manchas del ciclo 24 fueron observadas en agosto, pero la actividad actual es sorprendentemente baja, especialmente ya que la NASA anunció en 2006 que el próximo ciclo (el actual) sería muy fuerte. ¿Qué es lo que pasa?

Hay muchos análisis de la actividad solar. He seleccionado HAO Li-sheng, BI Bao-gui, and YAO Xue-xiang, “An Analysis of the Variation of Solar Activity,” Chinese Astronomy and Astrophysics 32: 47-55  ( 2008 ), que utilizan técnicas de ondículas (wavelets) para volver a comprobar que la actividad solar tiene periodicidad cada 10.7 años (el famoso periodo de casi 11 años) pero con el añadido de un periodo de 101 años, no tan conocido. Los autores del estudio han utilizado los datos del número de manchas solares en un periodo de 257 años (promediado por trimestres), desde 1749-1950 del U.S. Geophysical Data Center y desde 1951-2005 del Laboratory of Systematic Diagnosis and Prediction of China Meteorological Administration. Como desde 1950 la actividad solar ha sido cada vez más intensa, los autores predicen que próximamente la actividad solar empezará a decrecer. 

Estas son buenas noticias para los que asocian el cambio climático a la actividad solar, como en el artículo de Ilya G. Usoskin et al. “A Millennium Scale Sunspot Number Reconstruction: Evidence For an Unusually Active Sun Since the 1940′s,” Phys. Rev. Lett. 91, 211101 ( 2003 ), versión gratuita, quienes reconstruyeron la actividad de las manchas solares desde el año 850 utilizando registros de la concentración de un isótopo de berilio en el hielo polar. Los autores observaban que la actividad solar en los últimos 60 años era la más intensa de los últimos 1150 años, sugiriendo una conexión entre clima y actividad solar (por ejemplo, observan máximos en la actividad solar entre 1100 y 1300 correspondientes al periodo cálido medieval).

Posible correlación entre rayos cósmicos y cobertura nubosa, ficción o realidad

Nuestro amigo Kondor me/nos recomendó el documental “La Gran Estafa Del Calentamiento Global” de la BBC, que yo no conocía, pero gracias a dicho enlace pude “disfrutar”. El documental nos indica que el problema del cambio climático tiene un origen no antropogénico: no son las emisiones de CO2 las responsables, sino los rayos cósmicos y la dinámica solar que afectan a la inosfera, y a través de la tropopausa, a la generación de nubes en la troposfera. Hemos sido “engañados” por el “establishment”. La radiación interestelar tanto de origen solar como extrasolar son los responsables del calentamiento de la Tierra. Según nuestro amigo Kondor, y quizás con razón, “Aquí hay gato encerrado, y personalmente huele mal.” De hecho en el documental de la BBC aparecen personajes tan importantes como el antiguo director del IPCC, quien, obviamente, es un fisico de importancia notable.

Me ha picado la curiosidad. Y eso me gusta.

Lo primero, no soy experto en cambio climático y temas relacionados (física de la atmósfera, climatología, etc.). Si a veces hablo “como si supiera” os quisiera recordar que el autor principal de este blog es “aprendiz de todo y maestro de nada”. En este blog sólo ofrezco mis “opiniones sesgadas” (recuerda que toda opinión es sesgada). Más aún, “muy sesgadas”. De hecho, no suelo hablar de los temas de investigación a los que me dedico. Estos temas me obsesionan ya lo suficiente como para tratar de evitarlos en este blog. Lo siento. De lo que más podéis aprender de mí, menos os voy a contar (lo cuento en otros foros, revistas internacionales, en inglés y para los “pocos” técnicos a los que les interesa).

Aún así, hablando de la tropopausa, me gustaría confesar, a mi pesar, que estudié algo NWP (predicción numérica del tiempo meteorológico) cuando visité el Department of the Geophysical Sciences de la University of Chicago, junto a los famosos The Hospitals. Como anécdota os contaré que fui el primer ocupante del despacho de Mr. Tornado (Tetsuya “Ted” Fujita), denominado así en un artículo de National Geographic en 1972. Hacía poco más de un año que había fallecido y su despacho estaba repleto de sus papeles personales. Al menos así lo observé mi primer día de trabajo en Chicago, debido a mi “curiosidad” natural (lo confieso soy un poco “cotilla”). Para mi sorpresa, el día siguiente, el despacho estaba limpio. Se habían llevado todo lo que recordara al Dr. Fujita. Me dieron la llave del despacho, del laboratorio, y del edificio. A partir de las 5:00 pm el edificio se quedaba vacío, sin embargo, yo seguía allí. Para mi sorpresa, el vigilante se pasaba por allí cada “par de horas”, yo acostumbraba a tener la puerta abierta. La primera vez me pidió la identificación (una tarjeta electrónica con foto incluida que me hicieron el primer día en menos de media hora). Las siguientes veces, el vigilante ya me conocía y comprobaba “que era yo” sutilmente “tratando de no molestar”. ¡Qué diferencia con la universidad española!

Lo dicho, de cambio climático mi conocimiento es el propio de un aficionado a la divulgación.

Lo siento, retomo el “hilo perdido”.

La posible conexión entre rayos cósmicos y cobertura nubosa fue sugerida por E.R. Ney, “Cosmic radiation and the weather,” Nature 183, pp. 451-452, 14 February 1959 , quien sugirió que la modulación debida al ciclo solar en los rayos cósmicos recibidos en Tierra estaba correlacionada con el tiempo meteorológico, aunque no detallaba la física detrás del efecto, sugería que era debido a la ionización en la ionosfera que se transmitía “de alguna manera” a la troposfera (la parte de la atmósfera en la que vivimos nosotros). Aunque dicha hipótesis nunca ha estado en el mainstream de la climatología, desde entonces se han publicado muchos artículos al respecto, especialmente en la última década (en la que la inversión en cambio climático ha crecido significativamente y, llamadme abogado del diablo, quizás muchos se han ”subido al carro” en aras a recabar fondos de investigación).

¿Qué es lo que se sabe sobre dicha hipótesis actualmente? Obviamente, tiene sus defensores y sus opositores. Para estos últimos es un solamente un “mito”. Mi opinión, obviamente sesgada por lo que he leído al respecto, va en esta línea, salvo que los “hechos” demuestren lo contrario. La ciencia es así. Las opiniones no tienen valor. Por supuesto, aceptaré que “la verdad me de una bofetada” si mi opinión de inexperto es errónea.

Mi selección de lecturas. Me ha gustado el artículo de Brian H. Brown, “Short-term changes in global cloud cover and in cosmic radiation,” Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 70, Issue 7, Pages 1122-1131, May 2008 (que tiene la ventaja de que su preprint es gratuito aquí). Por cierto, yo he leído el artículo en la revista, supongo que el preprint dirá lo mismo, no me he molestado en comprobarlo).

En el artículo se estudia la posible contribución de los rayos cósmicos galácticos (RCG) en los mecanismos de formación de nubes. Estudian la correlación estadística entre la cobertura nubosa a baja altura y el promedio de rayos cósmicos recibidos durante 22 años en intervalos cada 3 horas (sólo en ciertas regiones de los hemisferios norte y sur de la Tierra). Su resultado es negativo: la influencia de los RCG en la nubosidad es ridícula, sólo puede explicar aproximadamente el 3% de las variaciones de la misma.

Los europeos H. Svensmark and E. Friis-Christensen, “Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage-a missing link in solar-climate relationships,” Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 59, pp. 1225-1232, 1997 , usando datos satelitales del ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) durante 1983-1990 y otros datos durante el periodo 1980-1995, que compararon con datos del flujo de rayos cósmicos en dichos años, concluyeron que hay una clara correlación positiva entre la cobertura nubosa baja (por debajo de 3 km) sobre los océanos y los cambios en lso RCG. Su artículo fue muy criticado (por ejemplo, por que sólo presentaba datos sobre los océanos y no sobre tierra firme) o porque correlacionar dos series temporales no implica relación causa-efecto alguna). Por supuesto, los autores se defendieron: han propuesto una hipótesis y mientras no se demuestre lo contrario…

Los europeos extendieron su estudio hasta el año 2001 en N.D. Marsh and H. Svensmark, “Galactic cosmic ray and El Niño-Southern Oscillation trends in ISCCP-D2 low cloud properties,” Journal of Geophysical Research 108, p. 4195, 2006 . Encontraron cierta divergencia en la correlación entre RCG y cobertura nubosa, pero la atribuyeron a problemas de calibración del satélite durante los años 1994-95. Su conclusión, globalmente no hay correlación, pero la correlación local (regional) a corto plazo es “obvia”. Por supuesto, dicho artículo fue también muy criticado. Por destacar un artículo, mencionemos I.G. Usoskin et al., “Correlations between clouds at different altitudes and solar activity: fact or artifact?,” Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 68, pp. 2164-2172  ( 2006 ), que muestra la aparición de correlaciones espurias entre los datos de RCG y la cobertura nubosa que varían geográficamente. Estas correlaciones dificultan terriblemente la interpretación de cualquier correlación observada previamente.

Es por todo ello que la mayoría de los investigadores, como Brian H. Brown, “Short-term changes in global cloud cover and in cosmic radiation,” Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 70, Issue 7, Pages 1122-1131, May 2008 , tratan de buscar correlaciones locales (regionales) entre los RCG y la cobertura nubosa troposférica. Sus resultados muestran que hay una correlación positiva “pequeña” del orden del 4% en las variaciones de la nubosidad troposférica a corto plazo y del 3% en las variaciones de la nubosidad total como resultado de efectos extraterrestres (rayos cósmicos). Un análisis de correlación cruzada entre los cambios del RCG a corto plazo y los cambios en cobertura nubosa muestra una correlación positiva (p<0.05) con un retraso de unos 2 días, pero que sólo explica un 3% de dichos cambios.

Por supuesto, la interpretación de estas correlaciones no es nada fácil (como ocurre con cualquier correlación entre series temporales, ya que no es fácil deducir relaciones de causalidad entre ellas). Además, el filtrado de los datos, muy importante cuando las series temporales son “muy ruidosas” tiene una gran influencia en los resultados. El hecho de que la correlación encontrada es significativa sólo para cambios a corto plazo (entre 6 horas y 3 meses) entre la nubosidad y los RCG (pero no parece que la haya a largo plazo) nos indica que su efecto, existir existe, pero que su influencia climática, de existir, no es uno de los factores determinantes responsables de las variaciones de la cobertura nubosa (como mucho permiten explicar un 5% de dicha variación con un intervalo estadístico de confianza de p=0.06).

En resumen, en mi opinión, la opinión estándar de que el efecto de los rayos cósmicos en el cambio climático es de segundo orden (no es determinante) está bien fundamentada. Pero sólo el tiempo dirá si un inexperto como yo “acierta por casualidad” o “falla estrepitósamente”.

Ver la televisión es malo para los niños, fabricar televisores es malo para el clima

La fabricación de televisores de pantalla plana requiere el uso del gas trifluoruro de nitrógeno (NF₃), que es un potente gas de efecto invernadero. Desafortunadamente, en el Protocolo de Kyoto de 1997 no se incluyó la regulación de sus emisiones ya que entonces sus emisiones eran extremadamente pequeñas. Ahora, que casi todo el mundo quiere un pantalla de TV plana tipo LCD y otros dispositivos portátiles, el problema del NF₃ empieza a preocupar a los científicos (LCD making worse for environment than coal? ; Climate risk from flat-screen TVs ; Here’s a New Climate Change Culprit: Flat-Screen TVs ; y muchas otras).

¿Quién quiere “atacar” a los fabricantes de TV de LCD? ¿Los fabricantes de TV de plasma?

El estudio de Michael J. Prather and Juno Hsu, “NF₃, the greenhouse gas missing from Kyoto,” GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 35, L12810, 2008 , nos recuerda que la vida media del NF₃ en la atmósfera es de 550 años y que el número de toneladas emitidas en 2008 (valor estimado) es de 4000 (toneladas métricas), lo que, por sus efectos, equivale a una emisión de 67 millones de toneladas de CO₂. El potencial como gas de invernadero del CO₂ es igual a 1, el potencial del metano es de 25 y el potencial del NF₃ es de 17.200 (increíble). Al menos así lo justifican ciertos estudios científicos, como J. I. Robson et al., “Revised IR spectrum, radiative efficiency and global warming potential of nitrogen trifluoride,” Geophys. Res. Lett., 33, L10817, 2006 .

¿Quién quiere “atacar” a los fabricantes de TV de LCD? ¿Los fabricantes de TV de plasma?

¿Para qué se usa el  NF₃ en la industria? Como nos indica en su post “Nitrogen trifluoride as an anthropogenic-greenhouse-forcing gas,” Luke Weston, July 3, 2008 , el NF₃ es utilizada en la técnica de deposición química por vapor (chemical vapor deposition, CVD) en la industria de semiconductores. Es utilizado en otros procesos industriales (como ciertos tratamientos del silicio policristalino) ya que permite reemplazar a ciertos perfluorocarbonos que son gases de invernadores aún más potentes (es decir, se usa para reducir las emisiones). No hay nada específico en las pantallas planas de LCD que haga que su fabricación sea más productora de este gas que la fabricación de cualquiera otros componentes en la industria de semiconductores.  

El trifluoruro de nitrógeno se utiliza para la fabricación de todos los dispositivos que contengan semiconductores (esencialmente, toda la tecnología electrónica moderna), desde el ordenador con el que lees esto, hasta tu televisor de LCD, paneles solares, o teléfonos móviles (celulares).

El trifluoruro de nitrógeno se utiliza como gas de efecto invernadero menos peligroso que otros gases de efecto invernadero, como los compuestos perfluorocarbonados. ¿Quién quiere “atacar” a los fabricantes de TV de LCD? ¿Los fabricantes de TV de plasma?

Los últimos 10 años son los más cálidos desde hace 1700 años (en el hemisferio norte)

Michael E. Mann et al. “Proxy-based reconstructions of hemispheric and global surface temperature variations over the past two millennia,” open access article, PNAS, published online september 2, 2008 . El artículo es de acceso gratuito y ánimo a todos los interesados en más detalles a leerlo con atención.Brevemente. Una reconstrucción de la temperatura superficial en el hemisferio norte durante los últimos 2000 años muestra una evidencia clara del calentamiento del clima en dicho hemisferio mostrando que los últimos 10 años han sido los más cálidos desde hace 1300 años, y quizás también desde hace 1700 años, con un intervalo estadístico de confianza superior al 95%. Los datos de temperatura se han promedidado en periodos de 40 años. Respecto al hemisferio sur, los datos no permiten extraer conclusiones. Por ello, del presente estudio no se puede extraer directamente que la Tierra en su conjunto sea más cálida.

Noticia aparecida al respecto en El Mundo, Ciencia: “La última década ha sido la más calurosa de los últimos 1.300 años“.

En un hemisferio norte más cálido, ¿habrá más huracanes (ciclones tropicales), serán más intensos y durará más la temporada? Un modelo de física elemental nos indica que las tormentas tropicales serán más intensas porque al estar más calientes los océanos transfieren más energía a las tormentas y en éstas aparecen vientos más fuertes. Sin embargo, modelos más avanzados parecían sugerir lo contrario (al menos el número de huracanes no parecía crecer). Quirin Schiermeier, “Hurricanes are getting fiercer. Global warming blamed for growth in storm intensity.” Nature, Published online 3 September 2008 , nos indica que la evidencia de que el cambio climático incrementará la intensidad de las tormentas más intensas en todo el mundo parece cada día más clara, aunque el número de tormentas no se ha incrementado. Así lo concluye un estudio que se publica hoy en Nature (James B. Elsner, James P. Kossin, and Thomas H. Jagger, “The increasing intensity of the strongest tropical cyclones,” Nature 455, 92-95, 4 September 2008 ) que confirma que desde 1981, la velocidad del viento máxima en los huracanes más intensos ha crecido. Para ello han recopilado datos de las velocidad del viento obtenidos mediante satélites.

Hay más huracanes de categorías (Saffir-Simpson) 4 y 5, con velocidades de viento máximas por encima de los 210 km/hora. Si se confirma este estudio, un incremento de 1ºC en la temperatura superficial del océano resulta en un incremento del 31% en la frecuencia anual de huracanes de categorías 4 y 5. 

La noticia “Huracanes, cada vez más frecuentes e intensos debido al calentamiento global,” traducción de un artículo de Steve Connor, The Independent, puede ser de vuestro interés al respecto.

La noticia en inglés por Richard A. Kerr, “Stronger Winds A’ Blowin’,” ScienceNOW Daily News, 3 September 2008 , también es resultará interesante. Recordad que fue en Science en 2005 cuando se publicó un estudio que no encontraba relación entre el incremento de los huracanes y el cambio climático. Rectificar es de sabios.

 

La última edad de hielo hace 11700 años finalizó bruscamente en sólo 1 año

Siempre se dijo que el desierto del Sahara se “desertizó” bruscamente, sin embargo, recientemente se ha descubierto que no fue así (ya tratamos esto hace poco aquí) y que el proceso duró más de 2000 años. Ahora vuelve a caer otro gran “mito” del cambio climático. Siempre se dijo que la transición entre glaciaciones fue suave y se acaba de descubrir que fue extremadamente brusca. Copio de emulenews en Menéame, “El último estudio científico (revista Science, aceptado pero aún sin publicar) sobre el cambio de la última glaciación en Groenlandia indica que la película “El día de mañana” puede que tenga razón y un cambio de era glaciar se puede producir en tan sólo un año. Sorprendente, ya que nadie podía pensar hace poco que se dieran transiciones tan súbitas. La realidad vuelve a ser más sorprendente que la ficción.” <artículo citado> <más información>

El artículo de J. P. Steffensen et al. (20 autores) “High-Resolution Greenland Ice Core Data Show Abrupt Climate Change Happens in Few Years,” Science, published Online June 19, 2008 , ha estudiado las dos últimas glaciaciones, previas al periodo interglaciar actual, utilizando testigos de hielo de Groenlandia. Sorprendentemente, el contenido de deuterio (hidrógeno pesado) en el agua de las muestras de hielo presenta una transición brusca en un intervalo entre 1 y 3 años, marcando el inicio de una transición algo más gradual (sólo 50 años) en el cambio de las temperaturas del aire ártico. Según los investigadores la transición de temperaturas medias del aire húmedo encima de Groenlandia cambió entre 2 y 4 grados kelvin al año durante esta transición marcando el final de los dos últimos periodos glaciares. ¡Increíble!

Como nos relata Ashley Yeager, “Now that’s abrupt,” Science News, June 19th, 2008 , este estudio demuestra que la transición entre frío y calor en el Atlántico Norte se produjo en sólo 3 años, es decir, el cambio entre el clima típico de Sierra Nevada, Granada, España, y el de la costa malacitana, Málaga, España, se produjo en sólo 4 o 5 años. Los investigadores en cambio climático nunca pensaron que la paleoclimatología hiciera un descubrimiento como éste. En nuestra sociedad moderna los cambios climáticos nos parecen muy suaves y nunca hemos experimentado un cambio tan brusco. Los humanos que vivieron esa época observaron como el viento, la lluvia y las temperaturas durante cada estación cambiaron de un año al siguiente de forma “mágica”. Tuvo que ser un cambio con terribles consecuencias para ellos. Afortunadamente, el humano se adapta fácilmente a los cambios bruscos.

Los investigadores no conocen exactamente la causa de estas transiciones bruscas entre un clima frío y un clima caliente producidas hace 14700 y 11700 años. Sin embargo, los testigos de hielo indican que ambas siguieron un patrón similar (según los isótopos de oxígeno-18 e hidrógeno pesado, deuterio, encontrados en el hielo). Los investigadores sospechan que las latitudes altas del hemisferio sur y los océanos tropicales se calentaron porque decreció la circulación de aire y agua en el Atlántico Norte. Este calentamiento tropical del Hemisferio Sur pudo inducir un desplazamiento hacia el norte del punto en el que se unen las grandes corrientes de viento del Noreste y Sureste. Esto conllevó monsones más intensos en el Pacífico y un clima más húmedo en Asia. De esta forma, menos polvo es levantado hacia la atmósfera y más partículas de polvo son extraídas de ella gracias a la lluvia y depositadas en tierra. De hecho, los testigos de hielo muestran que los niveles de polvo cambiaron bruscamente sobre Groenlandia. Los datos experimentales sugieron que el aire se hizo más caliente y más húmedo, luego más cantidad de nieve cayó sobre Groenlandia, alterando el grosor de su capa de hielo. Por supuesto, por ahora, este escenario es mera especulación y tendrá que ser confirmado por estudios posteriores.

Como se indica en “Ice Cores show abrupt climate changes,” del Niels Borh Institute, de la University of Copenhagen, a la que pertenece el equipo investigador, la capa de hielo en Groenlandia se forma a partir de la nieve que año tras año es retenida y compactada. La capa que se forma cada año nos habla del clima en los años en que cayó dicha nieve. Por ello, el hielo ártico es un testigo fiel del clima del pasado. Los paleoclimatólogos pueden estudiar en él el clima de los últimos 125000 años.

Los investigadores han encontrado que la última era de hielo en el hemisferio norte acabá violentamente con fluctuaciones que consistieron en dos periódos cálidos interrumpidos por sendos periódos fríos. El primer cambio abrupto hacia un clima más cálido se produce hace 14700 años, provocando que la temperatura sobre Groenlandia subiera más de 10 grados. Los humanos de la Edad de Piedra lograron en dicha época “conquistar” Europa del Norte y Escandinavia. Pero no por “mucho” tiempo, ya que la edad de hielo retornó hace unos 12900 años con un nuevo periodo de frío severo que duró hasta hace 11700 años, cuando finalizó de forma increíblemente rápida.