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

Cielos Misteriosos

Recientemente ocurrio un evento peculiar en Tulancingo, se escucho una gran explosion en el cielo, era un dia nublado, y no se vio nada, hasta el dia de hoy no se ha encontrado ningun meteorito, el evento aun esta rodeado de un gran misterio.

Es uno mas de varios eventos misteriosos que se han presentado durante los ultimos tiempos, tales como:

• Evento de Tungushka, una misteriosa explosion en Siberia
• Relampagos de bola, Bolas de energia parecidas a relampagos
• Incidente Vela (doble flash), un evento sucedido en 1979, cuando un satelite observo un doble flash sobre el oceano Indico, muy similar a una detonacion nuclear, pero sin radiacion
• Ondas ionosfericas, un unico evento en la ionosfera terrestre, medido en el Radiotelescopio de Arecibo.
• Super relampagos, relampagos de tamaño planetario, con mayor duracion que el normal
• Booms Misteriosos, explosiones en la atmosfera aparentememnte sin razon alguna
• Pulsos Electromagneticos, parecidos a los booms misteriosos, pero se han reportado explosiones secundarias de aparatos electricos (como el incidente de Bell Island)

De todos estos eventos, hay muy pocos datos, algunos han sido observados una sola vez, en cambio otros se han presentado en lugares lejanos o son tan repentinos que no se ha tenido oportunidad de verlos, aunque han sucedido frecuentemente.

BOOMS MISTERIOSOS

Mi intencion es hablar sobre lo que conozco, los Booms misteriosos en la atmosfera

Los Sonic Booms se descubrieron desde que los aviones rompieron la barrera del sonido, en la decada de los sesentas se volvieron un arma psicologica, cuando los aviones israelies rompian la bartrera del sonido volando bajo sobre la capital de Egipto, la onda de choque creaba una destruccion masiva de cristales en la ciudad, ademas de otros daños en materiales fragiles.

La mecanica es sencilla, un avion al avanzar por el aire va generando ondas de presion, que se van agolpando en el frente del aparato, al llegar este a una velocidad dada (Mach 1 = 1225 km/h), la onda se rompre y se genera una sola onda de choque, si el avion esta volando bajo, la superficie en que el cono intersecta con la tierra, se crea una zona de daño, llamada alfombra mach, al ser producido por aire, no quedan residuos del impacto, solo los efectos son visibles, como se ve de la ecuacion:

sen A = Vs/Vo

A es el angulo del vertice del cono, Vs Velocidad del Sonido, Vo Velocidad del objeto; El angulo del cono de daño depende de la velocidad del objeto, notese que digo objeto, no solo avion, porque hay una fuerte sospecha de que muchos de los booms que han sido detectados, son debidos a Meteoroides (objetos espaciales de cierto tamaño, que cruzan la atmosfera, dependiendo de si llegan a la superficie se llaman meteoritos), al parecer algunos llegan a cruzar la atmosfera terrestre y salir de nuevo, o bien entran a la atmosfera y se desintegran en una gran explosion si son de materiales suaves, las explosiones son desproporcionadas a su masa, debido a su altisima velocidad.

Este tipo de fenomeno explicaria los booms sonicos, quiza Tunguska, solo que ahi la masa debio de ser muy grande, ahora bien, no he visto un estudio especial sobre la liberacion de energia en los superbooms, los aviones cuando llegan a Mach 3, generan tanto calor que las superficies de aluminio tendian a derretirse, asumo que un objeto moviendose a velocidades espaciales a traves de la atmosfera terrestre, debe de liberar tal cantidad de energia que es muy probable la liberacion de energia calorica, luminosa, muy semejante a un flash nuclear, eso podria explicar el fenomeno del incidente Vela.

Ahora bien, hay eventos explosivos, que generan una gran energia instantanea, tal como la nueé ardente de una erupcion volcanica, o la onda de calor de una arma nuclear, la energia de un meteoroide ¿podra generar una onda ionosferica?, desconozco totalmente la dinamica magnetica terrestre, asi que aqui no dire mas.

Con respecto a los EMP (Pulsos Electro Magneticos), estos son productos secundarios de la explosion de armas nucleares, o de la variacion repentina de Campos magneticos, (otra vez, la ionosfera afectada por una explosion de alta energia en la atmosfera), ¿podrian estos fenomenos señalar la existencia de un Boom Electromagnetico?, no lo se, pero parece factible.

Motores nucleares de aviacion

La decada de los cincuentas fue epoca de la fiebre nuclear, todo era "Atomico", la bomba habia cambiado al mundo y empezaba a cernirse la sombra de la guerra fria, las aplicaciones de la Energia Nuclear seguian siendo buscadas, pronto aparecerian las Plantas Nucleares, los poderosos Reactores Navales capaces de impulsar un portaaviones o los incansables reactores de submarinos que cambiarian la guerra en el mar.

Pero tambien habia muy malas ideas, como la de el mortero o la granada de mano nuclear, como una idea tan descabellada pudiera llegar a la etapa de diseño, es un misterio, sin embargo hubo otras ideas.

El avion de propulsion nuclear fue uno de ellos, la idea sonaba bien, un motor que permitiera a un avion volar por siempre, en teoria la autonomia seria infinita, los cazas podrian penetrar hasta el rincon mas profundo del territorio enemigo, en busca de los aviones contrarios o escoltando los bombarderos propios, ademas los reactores pueden funcionar a maxima potencia todo el tiempo que uno quiera, podrian superar en velocidad a cualquier avion contrario que osara despegar.

Pero la teoria dice una cosa y la realidad otra, los reactores de los cincuentas eran pesados, ineficaces y muy sucios, en su momento fue imposible miniaturizarlos, solo el peso del agua para refrigerar era mayor que el peso completo de cualquier caza en fabricacion o diseño en el momento, asi que los diseñadores se concentraron en los grandes bombarderos, los motores funcionaban bajo la teoria del calentamiento indirecto, el material radioactivo calentaria algo, (usalmente agua), cuyo vapor se usaria para propulsar otra cosa, en los papeles se intento todo, helices, turbohelices, helices entubadas, jets, y finalmente como cohetes, pero la maxima potencia de un minireactor no era suficiente como para impulsar su propio peso, no dijeramos ya el resto del aeronave.

A esto habia que añadir que un reactor libera una gran cantidad de radiacion gama, que solo puede ser detenida usando materiales densos y pesados, un reactor a plena potencia no podia tener un envoltorio ligero y delgado, hay una muy buena razon para que los reactores deban de estar en lugares amplios y grandes, para frenar la radiacion hace falta una gruesa, muy gruesa y pesada barrera, exactamente lo contrario a lo que marca el diseño de un avion.

De todas formas se siguio adelante y se crearon un par de prototipos, no eran eficientes y basicamente se usaron como Technolgy testers, (termino empleado para demostrar que una tecnologia es viable y continuar su desarrollo), se iniciaron los preparativos para montarlos en un B-36, el famoso Peacemaker, especialmente modificado, llamado NB-36H, pero los calculos no cuadraban, cuando se vio la esfera de radiacion gamma que se generaria, era obvio que los tripulantes estarian perfectamente metidos en el flujo de radiacion, era necesario protegerlos o no llegarian vivos ni a la frontera, se alejaron los motores del centro de gravedad, pero ni aun poniendolos en las puntas de las alas se generaria suficiente distancia, la siguiente idea fue colocar toda la tripulacion en una esfera blindada y manipular el avion y su armamento a distancia, nuevos problemas, mas peso y la imposibilidad de manejar el avion a control remoto.

El bombardero aun estaba en la fase de diseño, cuando llego el momento de probarlo teoricamente en combate, un grupo de pilotos veteranos lo vio, y de plano lo rechazo, un avion de combate debe de penetrar en espacio aereo enemigo, usualmente enfrentando las defensas que le haran daños, un solo proyectil perfortante en los reactores o en la cabina blindada y el avion estaria perdido, y si era derribado aun en nuestro territorio crearia una zona de destruccion tan grande como el reactor y su contenido, las perdidas operativas serian mas graves para nosotros que un ataque enemigo, un avion estrellandose por accidente al final de la pista destruiria efectivamente un aeropuerto, por donde se le viera, la idea cada dia era menos sensata, finalmente despues de 7 billones de dolares, se llego a la conclusion de que el proyecto era inviable, se cancelo el desarrollo, el bombardero fue revertido a su configuracion original, los reactores fueron enviados al museo y cada quien se fue a su casa.

Pero los proyectos se niegan a morir, cada cierto tiempo se vuelve a presentar la misma idea, cuando se empezo a hablar del proyecto Aurora se menciono la idea de usar reactores nucleares, aislados con superficies de ceramica, parecia que nadie se acordaba de los inconvenientes de los cincuentas; cuando se volvio a considerar los propulsores para las naves espaciales, otra vez aparecio el fantasma, bueno, hay que aceptar que las condiciones son diferentes, mas que aviones, los proyectos de naves espaciales se ven mas como submarinos o portaaviones, claro que si logran encontrar la forma de encontrar agua en abundancia en el sistema solar y de poder construir una nave espacial con el tamaño de un portaaviones y lanzarla al espacio, entonces seria mas factible.