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14 abril 2010

COSMOCLIMATOLOGÍA

Cosmoclimatología es el ambicioso nombre dado por su autores, los daneses Henrik Svensmarks y Eigil Friis-Christensen (1,2), a lo que se pretende sea un nuevo paradigma climático. Esta teoría sostiene la existencia de una regulación climática a través de cambios en la intensidad del flujo de rayos cósmicos que alcanzan la atmósfera terrestre. Los rayos cósmicos ionizarían la baja atmósfera favoreciendo la formación de aerosoles los cuales actuarían como las semillas de condensacion necesarias para la formación de nubes. Las nubes ejercen un importante efecto albedo desviando buena parte de la radiación solar que de otra manera alcanzaría la superficie terrestre calentándola. El efecto de variaciones en la cobertura nubosa global sobre el balance radiativo terrestre sería, cuanto menos, de igual magnitud al efecto invernadero por las emisiones antropogénicas de CO2.

Para los que no lo recuerden los rayos cósmicos son haces de partículas subatómicas de gran energía, principalmente protones y partículas alfa, que viajan a velocidades próximas a las de la luz. Para que nos hagamos una idea, una particula de éstas puede transportar una energía superior a los 10E20 eV, es decir, una energía cien millones de veces superior a la que se puede impartir a una partícula subatómica en los más potentes aceleradores construidos hasta hoy. No se sabe con certeza su origen, el Sol durante las erupciones solares parece emitir un tipo de rayos cósmicos de baja energía, pero esto es ocasional y el flujo que recibimos es casi constante. Se cree que las explosiones de supernovas pueden ser responsables al menos de la aceleración inicial de estos rayos, también los núcleos activos de galaxias cuyo agujeros negros supermasivos serían responsables de la emisión de esta radiación.

La capacidad de estos rayos de ionizar la atmósfera es bien conocida, de hecho fue esta circunstancia la que permitió en 1911 a Victor Franz Hess su descubrimiento. Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con los átomos que la forman liberando electrones. Los electrones actuarían como catalizadores promoviendo la formación de pequeños clústeres de moléculas de ácido sulfúrico, en torno a los cuales se condensaría el vapor de agua favoreciendo así la formación de nubes (2).



La teoría parece dar explicación al gran número de datos que indicaban la existencia de una fuerte relación entre el Sol y el clima. Anteriores intentos habían fracasado a la hora de explicar cómo variaciones de sólo el 0,1% de la intensidad luminíca a lo largo de un ciclo solar, podían explicar grandes cambios climáticos en la Tierra. Sin embargo el efecto albedo producido por la cubierta nubosa de la Tierra sí es lo suficientemente importante para que variaciones de sólo el 2% de la cobertura global de nubes suponga una variación en el balance radiativo de -1,2Wm-2. A efectos comparativos, el cambio inducido por el CO2 sería de 1,4Wm-2 (1), es decir se trata de dos efectos de magnitud muy similar.

El flujo de rayos cósmicos es consecuencia no sólo de la variación en la actividad del astro rey sino de una compleja interacción entre el medio interestelar, la actividad solar y los campos magnéticos. Las partículas solares irradiadas con el viento solar expanden su campo magnético el cual actúa como muro de contención frente al flujo de rayos cósmicos procedentes del espacio exterior. Un Sol especialmente potente expande la Heliosfera potencia su efecto como muro frente a los rayos cósmicos, por contra nuestro sistema Solar en el deambular por la galaxía atraviesa regiones más activas, con mayor probabilidad de alcance de remanentes de supernovas (ver Mi mapa del Universo). Cambios en el campo magnético terrestre (inversiones de polaridad, debilitamiento, etc.) también pueden suponer una variación en el escudo local .

Gracias al efecto favorable que tienen los rayos cósmicos sobre la formación de isótopos radiactivos de Berilio-10 existe un excelente registro geológico de dicho flujo en la superficie terrestre. Correlacionando este registro histórico con los datos del registro climático el autor propone la existencia de diversos ciclos climáticos (2):

  • Durante los últimos 550 m.a. la Tierra ha fluctuado más o menos cada 120 m.a. entre un clima glacial (con existencia de capas de hielo en los polos) y otro libre de hielo tal. Estas variaciones han tenido una estrecha coincidencia con el flujo de rayos cósmicos tal y como revela el Be10. Nir Shaviv de la Universidad Hebrea de Jerusalem, junto con Ján Veizer de la Universidad de Ottawa, vinculan esa variación al viaje del Sistema Solar a través de la Galaxia. Ellos proponen que las edades de hielo se corresponderían a encuentro con los brazos espirales, donde abundan las regiones de intensas formación estelar y supernovas, que ocasionarían intensos flujos de radiación cósmica.

En este gráfico la temperatura de la superficie del mar durante los últimos 500 m.a. aparece en trazo azul. El trazo rojo representa la radiación cósmica recibida tal y como se deduce del análisis isotópico y las bandas azules los encuentros con los diferentes brazos de nuestros galaxia.

  • Por debajo de estos ciclos cada 100 m.a. parece existir otros ciclos menores aproximadamente 34 m.a. y que corresponderían con las oscilaciones del Sistema Solar en torno al plano ecuatorial de la galaxia. Las fases fría coinciden con el paso a través del plano galáctico donde la concentración de estrellas es mayor. Estas mismas oscilaciones se han propuesto como causa de las extinciones masivas que con similar regularidad parece sufrir la Tierra.
  • También se ha propuesto que la influencia de regiones de formación estelar especialmente intensas, pudieron ser la causa de los episodios de Tierra Bola de Nieve que hace unos 700 y 2300 m.a. extendieron los glaciares hasta latitudes ecuatoriales. Nir Shaviv ya señaló la coincidencia de estos episodios de Tierra Bola de Nieve de Neoproterozoico con la mayor tasa de formación estelar de la Vía Láctea desde que la Tierra fue formada (14,15,16).

Esta capacidad de retrodicción es uno de los argumentos más poderosos de la teoría y se empieza a aceptar su influencia en el clima pasado. La interpretación de su influencia en el clima reciente es, por contra, mucho más conflictiva.


Según Svenmarks(1) los registros de la cobertura nubosa obtenida por satélite se ajustan perfectamente con la radiación cósmica registrada (esta vez no inferida del registro fósil). Durante los últimos 100 años este registro muestra una importante reducción en el flujo de radiación cósmica. Además la teoría es capaz de explicar las anomalías en el enfriamiento diferencial entre el hemisferio norte y la Antártida, puesto que en esta última las nubes tendrían un inusual efecto de calentamiento. Svensmarks se basó en estos datos para proclamar que buena parte del calentamiento desde 1900 se debió a una reducción en los rayos cósmicos y consiguientemente en la cobertura nubosa asociada.

La figura muestra la variación de temperatura en el Hermisferio norte y en la Antártida, cuando uno se calienta el otro se enfria. La cosmoclimatología propone un mecanismo para tal correlación

La respuesta dentro del actual paradigma de calentamiento antropogénico por emisiones de gases invernadero, no se hizo esperar y Svensmarks fue duramente criticado, tachado de portavoz de las multinacionales y cosas de esas . Especialmente después de que publicara su libro The Chilling Stars: A New Theory of Climate Change (2007) en el que literalmente manifestaba que la radiación cósmica "tenía más efecto en el clima que las emisiones antropogénicas de CO2".

Estas correlaciones han sido puestas en entredicho en diversos artículos científicos (7,8,9,10,11). Lockwood y Claus Froehlich (7) concluían que el incremento de la temperatura media global se correlaciona tan poco con la variabilidad solar que no puede ser adscrito a ningún mecanismo causal entre ambos, aunque sí acepta una importante evidencia la influencia solar en el clima de la era "preindustrial" y en algún grado para la primera mitad del siglo XX. El propio Svensmarks respondió en 2007 indicando que el mencionado artículo erró al correlacionar radiación cósmica con temperaturas superficiales, pues la relación se debía verificarse en la troposfera, asímismo indicó la necesidad de reelaborar esos análisis sin promediar la temperatura entre décadas pues de esta manera se eliminaba la influencia real. Desgraciadamente esta respuesta no ha sido publicado por ninguna publicación científica (17). Más recientemente otro articulo (9) titulado "Testing the proposed causal link between cosmic rays and cloud cover", en el que el autor no encuentra relación estadísticamente significativa entre cobertura nubosa y radiación cósmica durante los últimos 20 años. Por contra H. Brown (12) sí encontró una relación significativa.

Como ven la polémica está servida, réplicas y contraréplicas se suceden, y a buen seguro seguirá así hasta que se obtengan más datos. Quizás parte del problema sea el presentar ambas teorías como contrarias, cuando podrían ser perfectamente complementarias. Una de las grandes lagunas de los modelos actaules usados para las predicciones climáticas, es precisamente la forma de modelar adecuadamente el efecto de las nubes. Perfectamente ambas teorías podrían coexistir, resta saber exactamente cual es el grado de influencia exacta de cada uno de estos efectos en el balance radiativo terrestre.

Obviamente, una de las debilidades de la teoria es la necesidad de comprobación experimental de la capacidad de los rayos cósmicos de acelerar la formación de aerosoles que actúen como nucleadores de las nubes. Hasta ahora la única comprobación procede del experimento SKY (13) llevado a cabo por el propio Svensmarks. En éste, en los sótanos del Danish National Space Center. En una atmósfera controlada y utilizando los muones naturales que atravesaban las paredes del edificio, así como lámparas UV para emular la radiación solar a gran altura, pudo verificar la formación de núcleos de condensación. Dado el carácter básico de muchos de los componentes de este experimento (ej. no se trata de la composición gaseosa de la troposfera, el flujo de muones no pudo ser regulado, etc.) este experimento precisa de una reconstrucción más fideligna. Y eso es lo que desde hace más de diez años lleva intentando realizar su autor, aunque parece que finalmente el CERN la agencia europea de la energía atómica, una de las instituciones científicas más prestigiosas a nivel mundial, ha otorgado las suficiente credibilidad a esta teoría y la ha dotado de los fondos necesarios para acometer un nuevo experimento denominado CLOUD, donde usando un ciclotrón irradiarán una atmósfera mucho más controlada. Se espera que para este 2010 se obtengan los primeros resultados. Habrá que estar atento a ver qué pasa, (digo yo...)




ADENDA Agosto de 2011

Transcurrido un tiempo suficiente para que se hayan obtenido resultados del experimento CLOUD he buscado publicaciones pero me he encontrado con la sorpresa de que el director General del CERN Rolf-Dieter Heuer en un acto sin parangón ha prohibido a los autores interpretar los resultados instándoles a publicarlos meramente sin conclusiones. Algo que va en contra del mismo método científico, un artículo sin discusión es como una novela sin final, ni siquiera será aceptado para publicar. En fin algo polémico debe haberse desprendido......


Bibliografía
  1. Svensmark, Henrik y Friis-Christensen, 1997. " Variations of cosmic ray flux and global cloud cover- a missing link in solar-climate relationships. 59(119: 1225.1232.
  2. Svensmark, Henrik (2007). "Cosmoclimatology: a new theory emerges". Astronomy & Geophysics (Blackwell Publishing) 48 (1). ISSN 1366-8781.
  3. Herschel, W (1801) Phil. Trans. Roy. Soc. 91: 265-318
  4. Friis-Christensen y Lassen 1991)
  5. Freddy Christiansen, Joanna D. Haigh, & Henrik Lundstedt (04 September 2007). "Influence of Solar Cycles on Earth's Climate". Danish National Space Center.
  6. Svensmark, Henrik, "The Chilling Stars: A New Theory of Climate Change", Totem Books, 2007 (ISBN 1-840-46815-7)
  7. Mike Lockwood & Claus Fröhlich (2007). "Recent oppositely directed trends in solar climate forcings and the global mean surface air temperature". Proceedings of the Royal Society A 463: 2447.
  8. Peter Laut, "Solar activity and terrestrial climate: an analysis of some purported correlations", Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 65 (2003) 801– 812
  9. Sloan, Terry; Wolfendale, A.W. (2008-04-03). "Testing the proposed causal link between cosmic rays and cloud cover". Environmental Research Letters 3 (April-June 2008).
  10. Black, Richard (2008-04-03). "'No Sun link' to climate change". BBC News.
  11. Harrison, Giles; Stephenson, David. "Empirical evidence for a nonlinear effect of galactic cosmic rays on clouds". Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 462 (2068).
  12. Brown, B.H. (2008). "Short-term changes in global cloud cover and in cosmic radiation". Journal of Atmopsheric and Solar-Terrestrial Physics 70 ((7)): 1122–1131.
  13. Henrik Svensmark, Jens Olaf P. Pedersen, Nigel D. Marsh, Martin B. Enghoff & Ulrik I. Uggerhøj (2007). "Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions". Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 463 (2078): 385–396.
  14. N.J. Shaviv, 'Cosmic Ray Diffusion from the Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites and a possible Climatic Connection', Physical Review Letters, Vol. 89, p. 051102, 2002.
  15. N.J. Shaviv, 'The Spiral Structure of the Milky Way, Cosmic-Rays and Ice-Age Epochs on Earth', New Astronomy, Vol. 8, pp. 39-77, 2002.
  16. N.J. Shaviv and J. Veizer, 'Celestial Driver of Phanerozoic climate?' GSA Today, 13/7, pp. 4-10, 2003.
  17. Henrik Svensmark and Eigil Friis-Christensen, ‘Reply to Lockwood and Fröhlich – The Persistent Role of the Sun in Climate Forcing’, Danish National Space Center Scientific Report, 3/2007, September 2007
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5 comentarios:

  1. Muy interesante. Deberías poner enlaces a fuentes de información adicionales sobre el tema (o simplemente las que has usado para elaborar el articulo)

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  2. Acabo de leerte el post. Me ha parecido interesantísimo. :)

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  3. Entrada muy clara y didáctica ( para un no científico) en este blog que acabo de descubrir y añado de inmediato con tu permiso a mis blogs favoritos. http://www.pensee-unique.fr/theses.html#cloud4 Me permito cortar y pegar alguna información reciente sobre el trabajo Svensmark y CLOUD ( rev. NATURE) que he encontrado en esta página en francés. (desgraciadamente no leo el inglés con tanta comodidad)
    Interesantísimo es el tema comentado en este link sobre la posibilidad de que Svensmark esté algo molesto ya que no firmó la carta a Nature.
    Un saludo. Josetxo. Http://josetxo1.blogspot.com

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  4. Muchas gracias Josetxo!!! Los halagos siempre renuevan el interés y alegran el espíritu.

    Tu blog también pinta excelente!!

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