Aunque la concentración de gases de efecto invernadero sea la principal causa del calentamiento global, éste no es el único factor que interviene en el cambio climático.
También hay aerosoles, como el carbón negro y el mineral en polvo con alto contenido en hierro, que se comportan de manera similar a los gases de efecto invernadero, pudiendo contribuir a aumentar la temperatura del planeta.
Además, existen aerosoles (como las cenizas derivadas de una erupción volcánica o deun fuego intenso) que reflejan y dispersan hacia el exterior la luz solar, provocando un enfriamiento planetario, un 'invierno nuclear', que tendría diversos efectos negativos para el medio ambiente y para la salud humana.
El catedrático de Física de la Universidad de Valladolid Ángel M. de Frutos Baraja, director del grupo de Óptica Atmosférica en esta misma universidad, explica a Tendencias 21 las claves para entender las labores de caracterización que se están llevando a cabo a escala global sobre aerosoles atmosféricos, y en qué consiste concretamente el modelo del invierno nuclear.
También hay aerosoles, como el carbón negro y el mineral en polvo con alto contenido en hierro, que se comportan de manera similar a los gases de efecto invernadero, pudiendo contribuir a aumentar la temperatura del planeta.
Además, existen aerosoles (como las cenizas derivadas de una erupción volcánica o deun fuego intenso) que reflejan y dispersan hacia el exterior la luz solar, provocando un enfriamiento planetario, un 'invierno nuclear', que tendría diversos efectos negativos para el medio ambiente y para la salud humana.
El catedrático de Física de la Universidad de Valladolid Ángel M. de Frutos Baraja, director del grupo de Óptica Atmosférica en esta misma universidad, explica a Tendencias 21 las claves para entender las labores de caracterización que se están llevando a cabo a escala global sobre aerosoles atmosféricos, y en qué consiste concretamente el modelo del invierno nuclear.
A la izquierda de la fotografía el Dr. Emilio Cuevas Agulló, director del Centro de Investigación Atmosférica de Izaña, en Tenerife. A la derecha el Dr. Ángel M. San Frutos Baraja, catedrático de Física de la Universidad de Valladolid y director del grupo de Óptica Atmosférica de esta misma universidad. Fuente: Grupo de Óptica Atmosférica de la Universidad de Valladolid.
¿Qué es AERONET y cómo llegó su grupo de investigación de Óptica Atmosférica a formar parte de esta iniciativa?
AERONET surge en los años 90 como una iniciativa entre la NASA, y el Laboratorio de Óptica atmosférica de la Universidad de Lille en Francia, para poner a punto un sistema global de determinación de aerosoles a escala planetaria.
La idea original de AERONET, y que se mantiene en la actualidad, es la de disponer de un número suficientemente grande de instrumentos, todos ellos con protocolos idénticos y calibrados del mismo modo, en diferentes partes del planeta para que los datos sean directamente intercomparables. Los protocolos se deciden mediante reuniones periódicas o entre los que estamos involucrados en las labores de calibración.
Mientras el número de instrumentos desplegados se mantenía en cotas razonables, la NASA y la Universidad de Lille se encargaron de los proyectos, pero llegó un momento en que ya no tenían capacidad suficiente, y es ahí cuando se regionalizó la actividad. Ya a finales de los 80, se creó en la Universidad de Valladolid el grupo de investigación de Óptica atmosférica, y desde el principio se mantuvieron buenas relaciones con la Universidad de Lille. En el momento en que se decidió regionalizar la actividad, nuestro grupo comenzó a formar parte de esta iniciativa de manera activa.
En el reparto regional que se hizo nos correspondió una parte; la parte fundamental que llevamos es la de la península ibérica, el norte de África, una parte de Alemania y Escandinavia, porque tenemos un instrumento nuestro desplegado en el ártico noruego. Además, también tenemos otro instrumento nuestro en Cuba, en concreto en Camagüey, y va camino de ser una estación puntera.
¿Cómo funcionan estos dispositivos desplegados a escala planetaria?
El proceso de calibración de estos instrumentos, a los que se les denomina fotómetros solares, tiene dos etapas. Están los llamados master, que se seleccionan por su estabilidad y se calibran por el método de Langley. Para ello se necesita mucha altura y de una atmósfera extraordinariamente limpia, en concreto nuestros masters se calibran en el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña, en Tenerife que pertenece a AEMET, y además de los master están los que se dedican a medida de campo.
Los datos registrados están sometidos al protocolo de datos de la NASA, se obtienen en tiempo real y están a disposición de cualquier investigador en la web. Cabe destacar que cada estación tiene un responsable, y por cortesía se pide que se comuniquen los datos que se van a utilizar, sin embargo es sólo una norma de convivencia, pues los datos son de dominio público.
¿Qué aportan los satélites al estudio del clima?
Básicamente los satélites tienen ventajas y también inconvenientes. Un satélite lo que da es un mapa global, en resumidas cuentas una imagen, que te ofrece una cobertura espacial enorme, y en muy poco tiempo puedes tener incluso una cobertura planetaria.
Por ejemplo, los satélites meteorológicos, que son los de observación más cercana, no cuentan con una resolución temporal específica de cada zona, y también es importante la interpretación que se pueda hacer de los datos. Entonces, mientras al instrumento de tierra le podemos modificar sus características casi a tiempo real, en el caso de los satélites esto no ocurre.
Por este motivo, es importante que los satélites cuenten con medidas complementarias desde la tierra, ya que la resolución es tan alta como se quiera, y se puede estar revisando los resultados continuamente. Sin embargo, los instrumentos de tierra tienen el inconveniente de que la medida es puntual sobre la vertical encima de lo que tiene y nada más. Por ello, la combinación entre ambos instrumentos es la aproximación correcta, para que podamos tener una visión más global y más correcta de lo que está pasando. Medidas de satélite y terrestres son necesarias.
¿Qué son los aerosoles?
Mientras que el comportamiento de los gases que hay en la atmósfera ya los conocemos muy bien, como pueden ser el caso del dióxido de carbono o el metano, con los aerosoles no pasa lo mismo. Los aerosoles se definen como las sustancias sólidas o líquidas no gaseosas que están en la atmósfera. Con una definición tan amplia es tremendamente complicado averiguar cuál es el papel que juegan dentro de la termodinámica de la atmósfera, y en particular en el cambio climático.
Ante esta definición tan amplia se puede hablar de diferentes tipos de aerosol, según su origen; y así tendríamos las partículas de las cenizas volcánicas, las tormentas de polvo, la pulverización de agua marina, y los incendios forestales, entre otros muchos. Por otro lado, el aerosol causado por causas antropogénicas hace referencia a la quema de combustibles.
Los aerosoles tienen propiedades ópticas muy diferentes y es muy importante este dato, porque en óptica la propiedad fundamental es lo que se denomina índice de refracción, que gobierna la capacidad para absorber la luz y estamos hablando de partículas con índices de refracción y de propiedades particularmente distintas y también de tamaños también muy diferentes. Así, no es lo mismo una ceniza delgada que las partículas de polvo. Caracterizar por lo tanto los aerosoles atmosféricos es complejo.
De hecho, según el último Panel Intergubernamental Sobre Cambio Climático, los aerosoles tienden a enfriar, sin embargo esta situación está bajo revisión, ya que se habla de un hecho global pero hay que determinar muy bien cómo funciona en casos concretos. Dada la complejidad para efectuar una caracterización rigurosa de los aerosoles, surge la necesidad de hacer estudios más a fondo y para ello se necesita bastante tiempo.
El modelo del invierno nuclear serviría para explicar como grandes concentraciones de aerosol podrían impedir el paso de la luz y generar una serie de consecuencias catastróficas a nivel global. ¿Podría explicar más en qué consiste este modelo?
El estudio sobre el Invierno Nuclear surge en los años 60 coincidiendo con la guerra fría, motivado por el temor a un intercambio nuclear entre las grandes potencias. A la estrategia se la denominó MAD o lo que es lo mismo, "destrucción mutua asegurada". Así, cada uno de los bandos sabía que de producirse una agresión con arma nuclear la respuesta del otro sería de una intensidad suficiente, para que ambos bandos resultasen aniquilados. Esto es lo que mantuvo la estabilidad hasta el final de la guerra fría.
Lo que se preguntaron en ese tiempo los científicos era que de haber una "guerra nuclear" a gran escala entre las dos superpotencias de aquella época, que eran la Unión Soviética y Estados Unidos, cuál sería el escenario que quedaría a los supervivientes descontando las víctimas a causa de las explosiones, y de los efectos de la radioactividad en el corto plazo. Se pensó entonces que el panorama a largo plazo sería el siguiente: las explosiones nucleares habrían inyectado en la atmósfera una gran cantidad de aerosoles en forma de cenizas y polvo, pero sobre todo cenizas de las combustiones.
Cuando un aerosol entra en la atmósfera no es fácil que caiga. Mientras se mantiene en la troposfera, tiene métodos de limpieza y drenaje, como puede ser la lluvia. Sin embargo, una vez alcanzada la estratosfera, la permanencia de un aerosol es más elevada porque allí no hay clima. Además, las llamadas corrientes en chorro son capaces de diseminar las partículas por todo el planeta. Esta circunstancia puede causar lo que se conoce como 'invierno nuclear'.
En el caso de que se diese esta situación hipotética de una cantidad de aerosol alta en la estratosfera, la atmósfera se volvería opaca a la luz del sol, de ahí el nombre de 'invierno nuclear'.
Sin embargo, no hace falta que haya una explosión nuclear para que ocurra este fenómeno, pues un volcán de intensidad suficiente o también un incendio notable podría llegar a inyectar una cantidad notable de aerosol en la estratosfera y aunque el origen sería diferente estaríamos hablando del mismo proceso.
¿Se han dado a lo largo de la historia ejemplos de inviernos nucleares?
En la historia sí que ha habido casos de "invierno nucleares" pero afortunadamente no de origen nuclear, sino de explosiones de algunos volcanes, que conocemos por los relatos de los presentes con más o menos fiabilidad en relación a la cercanía o lejanía del evento.
En el año 1883 tuvo lugar la explosión del Krakatoa e incluso algunas anteriores, pero por falta de documentación no se puede saber las consecuencias que tuvieron. Hasta el momento, la explosión más reciente y más documentada tuvo lugar en el año 1991 y fue la del Pinatubo (Filipinas).
¿Puede hablarse actualmente de un posible escenario de invierno nuclear provocado por armamento nuclear?
En estos momentos no parece que sea el caso, sin embargo, cada vez hay un mayor número de potencias que disponen de armamento nuclear. Los expertos, quienes actualmente descartan un intercambio masivo de armas nucleares, se preguntan qué pasaría si dos potencias menores que disponen de armamento nuclear hiciesen un intercambio de unas pocas armas. En concreto, los estudios del profesor Alan Robock señalan una media docena o una docena de explosiones.
Por un lado, entre las consecuencias de esas explosiones estarían que acabarían con la vida de unos cuantos millones de personas. A nivel global, estos estudios muestran que el invierno nuclear provocado por esta situación tendría consecuencias como el desajuste en la intensidad de la radiación a nivel global, una acumulación de aerosoles en la estratosfera, que se repartirían por todo el planeta y formarían una especie de cortina que impediría por un tiempo determinado que pasase la luz del sol.
Por otro lado, estos modelos muestran cómo estos pequeños intercambios provocarían un desastre en la economía global a escalas muy grandes. No significaría la destrucción de las cosechas de todo el planeta, pero sí un desajuste en la oferta y en la demanda, lo que tendría como consecuencia directa el hambre para mucha gente porque no podría pagar.
AERONET surge en los años 90 como una iniciativa entre la NASA, y el Laboratorio de Óptica atmosférica de la Universidad de Lille en Francia, para poner a punto un sistema global de determinación de aerosoles a escala planetaria.
La idea original de AERONET, y que se mantiene en la actualidad, es la de disponer de un número suficientemente grande de instrumentos, todos ellos con protocolos idénticos y calibrados del mismo modo, en diferentes partes del planeta para que los datos sean directamente intercomparables. Los protocolos se deciden mediante reuniones periódicas o entre los que estamos involucrados en las labores de calibración.
Mientras el número de instrumentos desplegados se mantenía en cotas razonables, la NASA y la Universidad de Lille se encargaron de los proyectos, pero llegó un momento en que ya no tenían capacidad suficiente, y es ahí cuando se regionalizó la actividad. Ya a finales de los 80, se creó en la Universidad de Valladolid el grupo de investigación de Óptica atmosférica, y desde el principio se mantuvieron buenas relaciones con la Universidad de Lille. En el momento en que se decidió regionalizar la actividad, nuestro grupo comenzó a formar parte de esta iniciativa de manera activa.
En el reparto regional que se hizo nos correspondió una parte; la parte fundamental que llevamos es la de la península ibérica, el norte de África, una parte de Alemania y Escandinavia, porque tenemos un instrumento nuestro desplegado en el ártico noruego. Además, también tenemos otro instrumento nuestro en Cuba, en concreto en Camagüey, y va camino de ser una estación puntera.
¿Cómo funcionan estos dispositivos desplegados a escala planetaria?
El proceso de calibración de estos instrumentos, a los que se les denomina fotómetros solares, tiene dos etapas. Están los llamados master, que se seleccionan por su estabilidad y se calibran por el método de Langley. Para ello se necesita mucha altura y de una atmósfera extraordinariamente limpia, en concreto nuestros masters se calibran en el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña, en Tenerife que pertenece a AEMET, y además de los master están los que se dedican a medida de campo.
Los datos registrados están sometidos al protocolo de datos de la NASA, se obtienen en tiempo real y están a disposición de cualquier investigador en la web. Cabe destacar que cada estación tiene un responsable, y por cortesía se pide que se comuniquen los datos que se van a utilizar, sin embargo es sólo una norma de convivencia, pues los datos son de dominio público.
¿Qué aportan los satélites al estudio del clima?
Básicamente los satélites tienen ventajas y también inconvenientes. Un satélite lo que da es un mapa global, en resumidas cuentas una imagen, que te ofrece una cobertura espacial enorme, y en muy poco tiempo puedes tener incluso una cobertura planetaria.
Por ejemplo, los satélites meteorológicos, que son los de observación más cercana, no cuentan con una resolución temporal específica de cada zona, y también es importante la interpretación que se pueda hacer de los datos. Entonces, mientras al instrumento de tierra le podemos modificar sus características casi a tiempo real, en el caso de los satélites esto no ocurre.
Por este motivo, es importante que los satélites cuenten con medidas complementarias desde la tierra, ya que la resolución es tan alta como se quiera, y se puede estar revisando los resultados continuamente. Sin embargo, los instrumentos de tierra tienen el inconveniente de que la medida es puntual sobre la vertical encima de lo que tiene y nada más. Por ello, la combinación entre ambos instrumentos es la aproximación correcta, para que podamos tener una visión más global y más correcta de lo que está pasando. Medidas de satélite y terrestres son necesarias.
¿Qué son los aerosoles?
Mientras que el comportamiento de los gases que hay en la atmósfera ya los conocemos muy bien, como pueden ser el caso del dióxido de carbono o el metano, con los aerosoles no pasa lo mismo. Los aerosoles se definen como las sustancias sólidas o líquidas no gaseosas que están en la atmósfera. Con una definición tan amplia es tremendamente complicado averiguar cuál es el papel que juegan dentro de la termodinámica de la atmósfera, y en particular en el cambio climático.
Ante esta definición tan amplia se puede hablar de diferentes tipos de aerosol, según su origen; y así tendríamos las partículas de las cenizas volcánicas, las tormentas de polvo, la pulverización de agua marina, y los incendios forestales, entre otros muchos. Por otro lado, el aerosol causado por causas antropogénicas hace referencia a la quema de combustibles.
Los aerosoles tienen propiedades ópticas muy diferentes y es muy importante este dato, porque en óptica la propiedad fundamental es lo que se denomina índice de refracción, que gobierna la capacidad para absorber la luz y estamos hablando de partículas con índices de refracción y de propiedades particularmente distintas y también de tamaños también muy diferentes. Así, no es lo mismo una ceniza delgada que las partículas de polvo. Caracterizar por lo tanto los aerosoles atmosféricos es complejo.
De hecho, según el último Panel Intergubernamental Sobre Cambio Climático, los aerosoles tienden a enfriar, sin embargo esta situación está bajo revisión, ya que se habla de un hecho global pero hay que determinar muy bien cómo funciona en casos concretos. Dada la complejidad para efectuar una caracterización rigurosa de los aerosoles, surge la necesidad de hacer estudios más a fondo y para ello se necesita bastante tiempo.
El modelo del invierno nuclear serviría para explicar como grandes concentraciones de aerosol podrían impedir el paso de la luz y generar una serie de consecuencias catastróficas a nivel global. ¿Podría explicar más en qué consiste este modelo?
El estudio sobre el Invierno Nuclear surge en los años 60 coincidiendo con la guerra fría, motivado por el temor a un intercambio nuclear entre las grandes potencias. A la estrategia se la denominó MAD o lo que es lo mismo, "destrucción mutua asegurada". Así, cada uno de los bandos sabía que de producirse una agresión con arma nuclear la respuesta del otro sería de una intensidad suficiente, para que ambos bandos resultasen aniquilados. Esto es lo que mantuvo la estabilidad hasta el final de la guerra fría.
Lo que se preguntaron en ese tiempo los científicos era que de haber una "guerra nuclear" a gran escala entre las dos superpotencias de aquella época, que eran la Unión Soviética y Estados Unidos, cuál sería el escenario que quedaría a los supervivientes descontando las víctimas a causa de las explosiones, y de los efectos de la radioactividad en el corto plazo. Se pensó entonces que el panorama a largo plazo sería el siguiente: las explosiones nucleares habrían inyectado en la atmósfera una gran cantidad de aerosoles en forma de cenizas y polvo, pero sobre todo cenizas de las combustiones.
Cuando un aerosol entra en la atmósfera no es fácil que caiga. Mientras se mantiene en la troposfera, tiene métodos de limpieza y drenaje, como puede ser la lluvia. Sin embargo, una vez alcanzada la estratosfera, la permanencia de un aerosol es más elevada porque allí no hay clima. Además, las llamadas corrientes en chorro son capaces de diseminar las partículas por todo el planeta. Esta circunstancia puede causar lo que se conoce como 'invierno nuclear'.
En el caso de que se diese esta situación hipotética de una cantidad de aerosol alta en la estratosfera, la atmósfera se volvería opaca a la luz del sol, de ahí el nombre de 'invierno nuclear'.
Sin embargo, no hace falta que haya una explosión nuclear para que ocurra este fenómeno, pues un volcán de intensidad suficiente o también un incendio notable podría llegar a inyectar una cantidad notable de aerosol en la estratosfera y aunque el origen sería diferente estaríamos hablando del mismo proceso.
¿Se han dado a lo largo de la historia ejemplos de inviernos nucleares?
En la historia sí que ha habido casos de "invierno nucleares" pero afortunadamente no de origen nuclear, sino de explosiones de algunos volcanes, que conocemos por los relatos de los presentes con más o menos fiabilidad en relación a la cercanía o lejanía del evento.
En el año 1883 tuvo lugar la explosión del Krakatoa e incluso algunas anteriores, pero por falta de documentación no se puede saber las consecuencias que tuvieron. Hasta el momento, la explosión más reciente y más documentada tuvo lugar en el año 1991 y fue la del Pinatubo (Filipinas).
¿Puede hablarse actualmente de un posible escenario de invierno nuclear provocado por armamento nuclear?
En estos momentos no parece que sea el caso, sin embargo, cada vez hay un mayor número de potencias que disponen de armamento nuclear. Los expertos, quienes actualmente descartan un intercambio masivo de armas nucleares, se preguntan qué pasaría si dos potencias menores que disponen de armamento nuclear hiciesen un intercambio de unas pocas armas. En concreto, los estudios del profesor Alan Robock señalan una media docena o una docena de explosiones.
Por un lado, entre las consecuencias de esas explosiones estarían que acabarían con la vida de unos cuantos millones de personas. A nivel global, estos estudios muestran que el invierno nuclear provocado por esta situación tendría consecuencias como el desajuste en la intensidad de la radiación a nivel global, una acumulación de aerosoles en la estratosfera, que se repartirían por todo el planeta y formarían una especie de cortina que impediría por un tiempo determinado que pasase la luz del sol.
Por otro lado, estos modelos muestran cómo estos pequeños intercambios provocarían un desastre en la economía global a escalas muy grandes. No significaría la destrucción de las cosechas de todo el planeta, pero sí un desajuste en la oferta y en la demanda, lo que tendría como consecuencia directa el hambre para mucha gente porque no podría pagar.
Aerosoles y salud pública
Los aerosoles en cantidades elevadas se convierten en uno de los contaminantes más dañinos para la calidad del aire que se respira. A altas concentraciones durante periodos no muy largos de tiempo no causan efectos graves en los seres humanos pero, a largo plazo, está comprobado que impactan sobre la salud cardiopulmonar, aumentan la mortalidad y reducen la esperanza de vida.
Una partícula muy pequeña es capaz de penetrar muy adentro en el organismo, mientras que una partícula gruesa se quedará antes en el sistema respiratorio humano, por tanto, su influencia sobre la salud va a ser distinta.
Una persona sana, sin una patología grave no tiene por qué notarlo, sin embargo, para una persona que tenga un asma previa o enfermedades de otro tipo, el efecto puede llegar a ser notable.
Los aerosoles en cantidades elevadas se convierten en uno de los contaminantes más dañinos para la calidad del aire que se respira. A altas concentraciones durante periodos no muy largos de tiempo no causan efectos graves en los seres humanos pero, a largo plazo, está comprobado que impactan sobre la salud cardiopulmonar, aumentan la mortalidad y reducen la esperanza de vida.
Una partícula muy pequeña es capaz de penetrar muy adentro en el organismo, mientras que una partícula gruesa se quedará antes en el sistema respiratorio humano, por tanto, su influencia sobre la salud va a ser distinta.
Una persona sana, sin una patología grave no tiene por qué notarlo, sin embargo, para una persona que tenga un asma previa o enfermedades de otro tipo, el efecto puede llegar a ser notable.