miércoles, 18 de diciembre de 2019

El permafrost se está convertiendo en fuente de carbono en lugar de almacenamiento

Reporte de Samron Reiny del equipo de Nasa Earth Science News, y Miles Grant del Woods Hole Research Center.  Basado en artículo del Earth Observatory.


Permafrost Becoming a Carbon Source Instead of a Sink
Emisión de CO2 en el ártico durante el invierno, años 2003 - 2017. Imagen de Joshua Stevens del Nasa Earth Observatory, usando datos de Natali, S.M,e al. (2019).  
Las emisiones de carbono de las regiones árticas parecen estar agregando más carbono a la atmósfera de la Tierra cada año que lo las plantas del ártico están fijando.  Esto es un cambio drástico para una región que ha capturado y almacenado carbono por decenas de miles de años.

En un estudio publicado en Nature Climate Change, científicos estimaron que unas 1.7 mil millones de toneladas métricas de carbono se perdieron de la permafrost del ártico durante cada invierno desde el 2003 al 2017.  En el mismo tiempo, un promedio de mil millones de toneladas métricas de carbono fue fijado por la vegetación durante las estaciones de crecimiento de los veranos.  Esto cambia la región desde ser un almacenamiento  neto de dióxido de carbono – cuando se captura el mismo y se almacena – a ser una fuente neta de emisión.

Permafrost es la capa de suelo congelada rica en carbono que cubre una cuarta parte del área sólida del hemisferio norte; cubre amplias áreas de Alaska, Canadá, Siberia y Groenlandia.  Los científicos han estimado que el 
permafrost almacena más carbono que los que ha sido liberado por los humanos por la quema de combustibles fósiles.   Estos suelos congelados han mantenido este carbono trancado por miles de años pero el aumento de las temperaturas está haciendo que se descongelen y suelten esos gases de invernadero.

El mapa mostrado arriba muestra el estimado de emisiones de dióxido de carbono anual en invierno (octubre a abril) en la región de permafrost del ártico del 2003 al 2017.  Un equipo de más de 70 investigadores compilaron mediciones en el campo de emisiones de dióxido de carbono y las combinaron con datos de sensores remoto y modelos de ecosistemas para evaluar las pérdidas de carbono actuales y futuras.

“Estos hallazgos indican que la pérdida de dióxido de carbono en el invierno está compensando la fijación de carbono durante la temporada de crecimiento, y estas pérdidas aumentarán según el clima continúa calentándose.” Dijo la investigadora Sue Natali, autora principal del estudio y científica en el Centro de Investigación de Woods Hole (WRHC por sus siglas en inglés).  “Estudios dedicados a sitios individuales ya han visto esta transición, pero hasta ahora no habíamos tenido unas cuentas claras del balance de carbono invernal a través de toda la región ártica.



Capas de permafrost en el perfil del suelo. Fotografía de Jefferson Beck, NASA.

La Doctora Natali y sus colegas han advertido que las pérdidas de invierno de dióxido de carbono de las regiones de permafrost pudieran aumentar un 41% sobre el próximo siglo si las emisiones de gases de invernadero por los humanos continúan a la velocidad actual.  Si el uso de combustibles fósiles es reducido moderadamente, las emisiones de dióxido de carbono en el invierno aumentarían sólo un 17%, en comparación con las emisiones actuales.  El carbono emitido del permafrost no ha sido incluido en la mayoría de los modelos de climas futuros.
  
“Mientras más se calienta, más carbono de la región de permafrost será liberado a la atmósfera, lo cual ayuda a mayor calentamiento,” dice el co-autor y científico de WHRC  Brendan Rogers. “Es de importancia que nuestro estudio, el cual usó muchas más observaciones que antes, indica una fuente mucho más fuerte de carbono ártico en el invierno.  Podríamos estar observando una transición del almacenaje del carbono ártico a una fuente de producción de carbono, lo cual no es buena noticia.”

El estudio fue patrocinado por el Experimento de VulnerabilidadArtico-Boreal (ABoVE, por sus siglas en inglés) y conducido en coordinación con la Red de Carbono de Permafrost y más de 50 instituciones colaboradoras


NASA Earth Observatory image by Joshua Stevens, using data from Natali, S.M., et al. (2019). NASA photograph of permafrost by Jefferson Beck. Story by Samson Reiny, NASA Earth Science News Team, and Miles Grant, Woods Hole Research Center.


Referencias & Recursos


viernes, 6 de diciembre de 2019

Las galaxias más remotas están muriendo y los astrónomos quieren saber por qué

Toby Brown, McMaster University


Imagen tomada por el telescopio Hubble de NGC 4639, una galaxia espiral barrada en la constelación de Virgo. NASA




En las regiones más remotas del universo hay galaxias que están muriendo. Los astrónomos quieren saber por qué se están apagando sus formaciones estelares.

Esa es también la intención del primer gran proyecto llevado a cabo por Canadá con uno de los telescopios más grandes del mundo. Un nuevo programa científico, denominado Estudio del Entorno de Virgo Trazado en Monóxido de Carbono (VERTICO, por sus siglas en inglés) está investigando de manera minuciosa cómo el entorno acaba con las galaxias.

Como investigador principal de VERTICO, soy el encargado de dirigir al equipo de 30 expertos que estamos utilizando el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) para mapear en alta resolución el hidrógeno molecular (el combustible del que se alimentan las formaciones estelares), en 51 galaxias de la agrupación más cercana a nuestra situación, el Cúmulo de Virgo.

Creada en 2013 gracias a una inversión de 1 400 millones de dólares, ALMA es una red de antenas de radio conectadas a una altitud de 5 000 metros en el desierto de Atacama, en el norte de Chile. El programa forma parte de un acuerdo internacional entre Europa, Estados Unidos, Canadá, Japón, Corea del Sur, Taiwán y Chile. ALMA, el proyecto astronómico terrestre más grande en funcionamiento, posee el telescopio de longitud de onda milimétrica más avanzado del mundo, idóneo para el estudio de densas nubes de gas frío a partir de las cuales nacen las estrellas y que no pueden ser percibidas mediante el uso de luz visible.

Los grandes programas de investigación de ALMA, como VERTICO, están diseñados para abordar ciertos desafíos científicos que puedan desencadenar avances importantes en este campo.

Cúmulos de galaxias


El lugar que las galaxias ocupan en el universo y la forma en que interactúan con lo que las rodea (el medio intergaláctico) y entre ellas son aspectos que tienen mucha influencia en su capacidad para crear estrellas. Sin embargo, aún es un misterio cómo este ambiente dicta la vida y la muerte de las galaxias.

Los cúmulos de galaxias son los entornos más extensos y extremos del universo y llegan a contener cientos e incluso miles de galaxias. Allí donde hay masa, hay gravedad, y la inmensa fuerza gravitacional presente en los cúmulos hace que las las galaxias se desplacen a velocidades vertiginosas, a menudo miles de kilómetros por segundo, y calienta el plasma que hay entre ellas hasta alcanzar temperaturas tan altas que arden con los rayos X.

En el inhóspito y denso interior de estos cúmulos, las galaxias interactúan intensamente con su entorno y entre ellas mismas. Son estas interacciones las que pueden aniquilar o extinguir su formación estelar.

El principal objetivo de la investigación colaborativa de VERTICO es, precisamente, entender qué mecanismos de enfriamiento detienen la formación de estrellas y cómo lo hacen.

El ciclo vital de las galaxias


Cuando las galaxias desfallecen en los cúmulos, el plasma intergaláctico elimina rápidamente el gas mediante un violento proceso denominado “despresurización por impacto” (ram pressure stripping en inglés). Al acabar con el elemento que sirve de combustible para formar nuevas estrellas, la galaxia termina por desaparecer y se convierte en un ente inerte en el que la creación de estrellas es imposible.

Asimismo, las altas temperaturas que se producen en los cúmulos pueden interrumpir el enfriamiento del gas caliente y condensarlo sobre las galaxias. En dicho caso, el gas no es eliminado por el propio entorno, pero se consume durante la fase de formación de estrellas. Este proceso conduce a la lenta pero inevitable suspensión de la creación estelar, interrupción que recibe la ciertamente morbosa denominación de inanición o estrangulación.




Imagen de la galaxia espiral NGC 4330, perteneciente al Cúmulo de Virgo. El gas caliente despresurizado se muestra en rojo, mientras que la capa azul representa el gas apto para la formación de nuevas estrellas. Fossatie et al. (2018). Imagen del autor.





Aunque estos procesos varían de forma considerable, cada uno deja una huella única e identificable en el gas que da lugar al nacimiento de las estrellas. El objetivo principal de VERTICO es unir todas esas huellas para conformar una imagen que explique de qué manera producen modificaciones los cúmulos sobre las galaxias.

Tras décadas de trabajo en las que se ha intentado comprender cómo el entorno hace posible la evolución de las galaxias, nuestro propósito es añadir una nueva e importante pieza al rompecabeza.

El estudio de un caso ideal


El Cúmulo de Virgo está en la ubicación perfecta para llevar a cabo un estudio detallado de su entorno. Se trata del cúmulo de galaxias masivo más cercano a nosotros y se encuentra en proceso de formación, lo que significa que podemos obtener instantáneas de las diferentes fases del ciclo de la vida de las galaxias. Esto nos permite ampliar el cuadro que explica cómo se apaga la formación estelar en los cúmulos de galaxias.

Las galaxias del Cúmulo de Virgo han sido observadas desde prácticamente todas las longitudes de onda del espectro electromagnético (por ejemplo, de radio, óptica y ultravioleta), pero aún no se ha estudiado el gas que forma las estrellas con la sensibilidad y resolución necesarias, ya que la longitud de onda es milimétrica.

VERTICO, una de las más importantes investigaciones sobre galaxias desarrolladas en ALMA hasta la fecha, podrá proporcionar mapas en alta resolución del hidrógeno molecular (el combustible para la formación estelar) de 51 galaxias.

Gracias a los datos recopilados por ALMA en esta notable muestra de galaxias, será posible averiguar exactamente qué elementos están acabando con las galaxias de ambientes extremos, ya sean los mecanismos represivos, la despresurización por impacto o la inanición, y cómo lo están haciendo.
Al identificar la situación del gas que forma las estrellas dentro de galaxias en las que el entorno impide su nacimiento, VERTICO podrá realizar avances en el entendimiento de la evolución de las galaxias en las regiones más densas del universo.The Conversation

Toby Brown, Postdoctoral Fellow in Astrophysics, McMaster University

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

martes, 19 de noviembre de 2019

Carcasa de un planeta orbitando una estrella muerta

Por Manuel Marcano

En unos 5 mil millones de años, nuestro Sol agotará su combustible nuclear, y pasará por un proceso de expansión masivo convirtiéndose en una "gigante roja", expandiéndose más allá de la órbita de mercurio y quizás la Tierra.

Imagen artística de nuestro Sol en 5 mil millones de años cuando nuestro Sol se convierta en una gigante roja. Crédito de imagen: NASA/Chandra Space Telescope
El Sol pasará millones de años en esta etapa de 'gigante roja', y a medida que se enfría quedarán los restos de una estrella 'muerta' donde ha cesado por completo la fusión nuclear y es la presión de degeneración electrónica la que contrarresta la fuerza de gravedad. El remanente estelar de lo que fue nuestro Sol, contendrá poco menos de la masa original del Sol, pero estar contenida en el radio de la tierra. Estos densos y compactos objeto,s que serán el producto de la evolución estelar de las mayoría de las estrellas del universo, se llaman enanas blancas.

El tamaño de nuestro una enana blanca comparada con el tamaño actual del Sol. Crédito de imagen: NASA/Chandra Space Telescope


Los modelos actuales predicen que miles de sistemas planetarios como nuestro sistema solar, pasaron por este atropellado proceso evolutivo dejando escombros rocosos de varios tamaños, que van desde partículas de polvo del tamaño de un micrómetro hasta cuerpos del tamaño de un kilómetro. En algunos casos, debido a la alta temperatura y la fuerte irradiación presente en las proximidades de una enana blanca, estas rocas liberan gas rico en metales, dando lugar a un disco de gas y escombros que rodean a la enana blanca. La presencia de gas circumestelar está indicada por líneas de emisión metálicas en el espectro estelar.


Recientemente, astrónomos de la Universidad de Warwick, en Reino Unido, y de otras instituciones colaboradoras, han descubierto un fragmento de un planeta que sobrevivió a la muerte de su estrella en un disco de escombros formado a partir de planetas destruidos, que la estrella finalmente consume. El hallazgo fue publicado en la revista Science este año. Los restos de lo que era un planeta rocoso como la tierra orbitan una enana blanca con el 70% de la masa de nuestro Sol en un sorprendente período de tan sólo 2 horas. 





Imagen artística de un planeta desintegrado orbitando a una enana blanca. Crédito de imagen: University of Warwick/Mark Garlick

El vestigio de planeta que orbita el denso remanente estelar fue encontrado usando datos del Gran telescopio de las Canarias y un novedoso método espectroscópico. Este nuevo método usa las lineas espectrales de metales detectando pequeños cambios a medida que el planetesimal orbita la enana blanca. Este método podría probar ser útil para descubrir más de estos elusivos e interesantes sistemas planetarios otorgándonos un vistazo al posible futuro de nuestro propio sistema solar.



Más información en inglés:

1- Publicación Original en Science
2- Comunicado de prensa de la Universidad de Warwick

martes, 5 de noviembre de 2019

Cinco mitos falsos sobre el cambio climático

Por Mark Maslin, UCL


Lightspring / Shutterstock
La ciencia del cambio climático tiene más de 150 años y es, probablemente, el área más estudiada de todas cuantas conforman la ciencia moderna. Sin embargo, la industria energética y los grupos de presión políticos, entre otros, llevan 30 años sembrando la duda sobre el cambio climático donde no la hay. Las últimas investigaciones estiman que las cinco compañías petroleras y de gas más grandes del mundo dedican alrededor de 200 millones de dólares al año al mantenimiento de lobbies que controlan, retrasan o impiden el desarrollo de políticas climáticas de obligado cumplimiento.

La negación organizada del cambio climático ha contribuido al estancamiento en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) hasta desembocar en el estado de emergencia climática global en el que nos encontramos. Como consecuencia, que los negacionistas se sirvan de ciertos mitos (en el mejor de los casos, noticias falsas; en el peor, descaradas mentiras) para desautorizar a la ciencia del cambio climático puede hacer que las personas de a pie no sepan a qué atenerse. A continuación exponemos cinco de estos mitos y las pruebas científicas que los desacreditan.


1. El cambio climático no es más que una parte del ciclo natural


El clima de la Tierra nunca ha dejado de cambiar, pero el estudio de la paleoclimatología o, lo que es lo mismo, los “climas antiguos”, demuestra que los cambios acontecidos durante los últimos 150 años (desde el comienzo de la Revolución Industrial) no pueden ser naturales por su excepcionalidad. Los resultados de los modelos indican que el calentamiento previsto para el futuro podría no encontrar precedentes en los últimos cinco millones de años.


Las temperaturas globales de los últimos 65 millones de años y el posible calentamiento global del futuro, que depende de la cantidad de GEI que emitamos. Burke et al (2018)
El argumento de la “naturalidad de los cambios” esgrimido por los negacionistas se apoya en que el clima terrestre aún se está recuperando de las frías temperaturas de la Pequeña Edad de Hielo (1300 d.C-1850 d.C.), y que las que tenemos en la actualidad son las mismas que las del Período Cálido Medieval (900 d.C.-1300 d.C.). La laguna de dicha apreciación es que ambas etapas no supusieron cambios globales, sino regionales, que afectaron al noroeste de Europa, al este de América, Groenlandia e Islandia.

Un estudio con 700 registros climáticos ha demostrado que la única vez que el clima ha cambiado al mismo tiempo y en el mismo sentido en todo el mundo durante los últimos 2 000 años ha sido en los últimos 150, en los que más del 98% de la superficie del planeta ha experimentado un aumento de temperatura.



2. Los cambios se deben a las manchas solares o a los rayos cósmicos

Las manchas solares son regiones de la superficie del astro que albergan una intensa actividad magnética y pueden ir acompañadas de erupciones solares. Si bien estas manchas poseen la capacidad de modificar el clima de la Tierra, desde 1978 los científicos han empleado sensores en satélites para obtener un registro de la energía solar que llega al planeta y no han observado la existencia de una tendencia ascendente, por lo que no pueden ser la causa del calentamiento global reciente.


Comparativa de los cambios de temperatura globales en la superficie terrestre (línea roja) y la energía solar recibida por la Tierra (línea amarilla) en vatios (unidades de energía) por metro cuadrado desde 1880. NASA, CC BY
Los rayos cósmicos son radiación de alta energía originada fuera del sistema solar, surgida, quizá, en galaxias lejanas. En alguna ocasión se ha señalado que estos rayos podrían ser uno de los motivos por los que se “fabrican” las nubes, por lo que si se redujera la cantidad de rayos que alcanzan la Tierra disminuiría el número de nubes, lo cual haría que se reflejase menos luz solar en el espacio y, como consecuencia, que el planeta se calentase.

Sin embargo, esta teoría tiene dos escollos. En primer lugar, la ciencia demuestra que los rayos cósmicos no son demasiado eficaces a la hora de crear nubes, y en segundo, a lo largo de los últimos 50 años la cantidad de radiación cósmica que alcanza la Tierra ha aumentado hasta establecer nuevos récords durante los últimos años. Si la hipótesis fuese correcta, los rayos cósmicos deberían enfriar el planeta, pero lo cierto es que está ocurriendo todo lo contrario.


3. El CO₂ solo es una pequeña parte de la atmósfera, así que no puede calentar demasiado



El artículo de Eunice Newton Foote, Circunstancias que afectan a los rayos del sol,
publicado en 1857 por el 
American Journal of Science.
Se trata de un intento de jugar una carta de sentido común, pero yerra el tiro. En 1856, la científica estadounidense Eunice Newton Foote realizó un experimento con una bomba de aire, dos cilindros de vidrio y cuatro termómetros con el cual demostró que un cilindro expuesto a la luz solar que contiene dióxido de carbono atrapa más calor y durante más tiempo que un cilindro que alberga aire normal. Desde entonces, la ciencia ha repetido este experimento tanto en laboratorios como en la atmósfera llegando a la misma conclusión una y otra vez: el dióxido de carbono emite más gases de efecto invernadero.

En cuanto al argumento atribuido a la escala del “sentido común” de que una parte diminuta de algo no puede generar un efecto significativo, basta con recordar que solo se necesitan 0,1 gramos de cianuro para matar a una persona adulta, es decir, el 0,0001% de su peso corporal. Estos datos se pueden comparar con la presencia del dióxido de carbono en la atmósfera (0,04%), a lo que se suma el hecho de que es un potente gas de efecto invernadero. Por su parte, el nitrógeno conforma el 78% de la atmósfera y apenas es reactivo.


4. Los científicos manipulan los datos para mostrar la tendencia ascendente de la temperatura

No solo no es cierto, sino que es una maniobra simplista utilizada para atacar la credibilidad de los científicos que estudian el clima. Para que una conspiración de estas dimensiones fuera posible, sería necesario que miles de científicos de más de 100 países se pusieran de acuerdo a la hora de mentir sobre los datos obtenidos.

Los científicos corrigen y validan continuamente la información recabada. Por ejemplo, entre nuestras labores está la corrección de registros históricos de temperatura, ya que los sistemas de medición han variado a lo largo del tiempo.

Entre 1856 y 1941, la mayoría de mediciones de la superficie marina se llevaban a cabo izando el agua con un cubo desde la cubierta del barco. Este método no ofrecía garantías, ya que al principio se utilizaban cubos de madera y después se emplearon de lona. Asimismo, el cambio de embarcaciones de vela a barcos de vapor alteraba de igual manera la temperatura del agua, ya que la diferencia de altura entre las naves hacía que la evaporación fuera mayor o menor en cada caso cuando el agua llegaba a cubierta. Desde 1941, la mayoría de mediciones se han realizado a través del sistema de toma agua de los barcos, por lo que no hay que preocuparse por la refrigeración producida por la evaporación.

Por otra parte, debemos tener en cuenta que muchas ciudades han crecido en tamaño, por lo que las estaciones meteorológicas que antaño se encontraban en zonas rurales ahora están integradas dentro de áreas urbanas que presentan habitualmente temperaturas más altas que el campo por el que están rodeadas.

Si los científicos no hubiéramos modificado las mediciones originales, las cifras del calentamiento de la Tierra durante los últimos 150 años habrían sido incluso mayores de lo que son realmente. Actualmente, el aumento de temperatura se sitúa en 1˚C.


Reconstrucción de las temperaturas a nivel global desde 1880 hasta 2018
realizada por cinco grupos internacionales de científicos independientes.
 NASA, CC BY









5. Los modelos climáticos no son fiables y son demasiado sensibles al dióxido de carbono

Esta afirmación es incorrecta y demuestra un pobre entendimiento acerca del funcionamiento de los modelos, a la par que menosprecia el alcance del cambio climático. Existe una amplia gama de modelos climáticos, desde aquellos que se ocupan de mecanismos específicos, como puede ser los ciclos de las nubes, hasta los modelos de circulación general (MCG), los cuales se utilizan para predecir el clima futuro de nuestro planeta.

Hay más de 20 centros en todo el mundo en los que algunas de las personas más inteligentes del planeta han dado forma y dirigen modelos de circulación general que contienen millones de líneas de código que representan la vanguardia de lo se conoce sobre el sistema climático. Estos modelos se someten continuamente a pruebas con datos históricos y paleoclimáticos, así como con acontecimientos climáticos independientes, como grandes erupciones volcánicas, para confirmar que reconstruyen el clima de manera correcta (como, de hecho, así es).


Reconstrucción a partir de un modelo de la temperatura global desde 1970. Las distintas series y la media de los modelos están representadas en gris y negro, respectivamente, para compararlas con los registros de temperaturas observados por la NASA, la NOAA, HadCRUT, Cowtan and Way y Berkeley Earth. Carbon BriefCC BY





Un modelo, por sí mismo, no se debería considerar correcto, ya que representa un sistema climático global sumamente complejo. Sin embargo, al tener tantos modelos diferentes construidos y calibrados de manera independiente podemos confiar en su fiabilidad cuando coinciden en sus resultados.
Al estudiar los resultados de todos los modelos, observamos que duplicar de las emisiones de dióxido de carbono podría aumentar la temperatura entre 2˚C y 4,5˚C, con una media de 3,1˚C. Todos los modelos muestran un calentamiento significativo cuando se añade dióxido de carbono extra a la atmósfera. A pesar de que la complejidad de los modelos ha aumentado, la escala de calentamiento previsto ha permanecido en baremos similares durante los últimos 30 años, lo que demuestra su efectividad.




Tras combinar el conocimiento científico sobre el calentamiento y enfriamiento del clima a partir de factores naturales (energía solar, volcánica, aerosoles y ozono) y factores propiciados por el hombre (gases de efecto invernadero y cambios en el uso de la tierra), podemos asegurar que el 100% del calentamiento observado a lo largo de los últimos 150 años se debe a los humanos.


Influencias naturales y de la mano del hombre en las temperaturas globales desde 1850.Carbon BriefCC BY




No existe un solo argumento científico sobre el que apoyarse para negar sistemáticamente el cambio climático. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), creado por las Naciones Unidas para acercar la ciencia climática a la ciudadanía, ofrece seis pruebas irrefutables sobre el cambio climático. A medida que las alteraciones extremas del tiempo se vuelven cada vez más habituales, la gente se está dando cuenta de que no necesitan que los científicos les digan que el clima está cambiando, ya que lo están experimentando en primera persona.The Conversation

Mark Maslin, Professor of Earth System Science, UCL
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

miércoles, 23 de octubre de 2019

¿Quién produce el oxígeno que respiramos? La respuesta flota en los océanos

Por Manuel Peinado Lorca, Universidad de Alcalá

Shutterstock/elovich

La abundancia de vida animal en el océano ha proporcionado desde tiempos inmemoriales una enorme variedad de servicios, desde el alimento a la aventura y el ocio. Pero nada de esto sería posible sin los organismos unicelulares del fitoplancton, que flotan por miles en cada gota de agua en las capas superiores del mar.

El fitoplancton comprende dos grupos principales: las cianobacterias fotosintéticas y las algas unicelulares que se desplazan cerca de la superficie iluminadas por el sol de los océanos. La hacen en la denominada zona eufótica, que puede alcanzar una profundidad de hasta 200 metros en las zonas tropicales.

Como escribí en un artículo anterior, las plantas con estructuras mayores y más complejas son las que tienen un balance de producción de oxígeno menor. O lo que es lo mismo, aquellas con una estructura sencilla (mucho “verde” y poco “tronco”, dicho sea por simplificar) son las que presentan una mayor producción de oxígeno neta.

Siguiendo ese razonamiento, parece lógico pensar que las grandes productoras de oxígeno son las praderas, los bosques jóvenes, los cultivos y casi todas las plantas en crecimiento que nos rodean, que desprenden más oxígeno del que consumen. No es así.

¿Dónde se encuentran las poblaciones vegetales que se multiplican continuamente y no cesan de crecer?

Los organismos responsables de que podamos respirar se encuentran en los océanos; los cuales, no lo olvidemos, cubren el 71 % de la superficie de la Tierra. El fitoplancton está en la base de la cadena trófica de los ecosistemas oceánicos. Sin los microorganismos autótrofos que lo componen, mares y océanos serían desiertos sin vida. Gracias a su trabajo fotosintético, estas microscópicas criaturas producen entre el 50 y el 85 % del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera.



Volvox, uno de los géneros de algas que componen el fitoplancton. Shutterstock/Choksawatdikorn






Desde hace un par décadas, las imágenes de los satélites Nimbus de la Nasa y de la Agencia Meteorológica estadounidense mostraban que la productividad oceánica, evaluada en función de la clorofila concentrada en la superficie marina, podía ser superior a la productividad de los ecosistemas terrestres. Esto hizo suponer que el fitoplancton era el gran oxigenador del planeta.

La hipótesis fue confirmada en 2015 por el proyecto internacional Tara Oceans, cuyos resultados concluyeron que el fitoplancton genera al menos la mitad del oxígeno que respiramos (unos 270 000 millones de toneladas al año) y transfiere unas 10 gigatoneladas de carbono de la atmósfera a las profundidades del océano cada año.

Esto resulta esencial para mantener la vida sobre la Tierra y mitigar los efectos del cambio climático. El fitoplancton posee clorofila, el pigmento que hace posible la fotosíntesis. Además de esto, sirve como alimento al zooplancton, que a su vez alimenta a otros animales marinos. Miles de millones de plantas microscópicas que habitan el seno de los océanos realizan su ciclo de renovación y muerte en apenas unos días.

Ese infinito universo que nace y muere continuamente, el fitoplancton, es la bomba que produce la mayor parte del O₂ que respiramos. Pero, además de absorber la luz y de liberar O₂, la clorofila permite a estas minúsculas plantas retirar el CO₂ disuelto para fijarlo, en forma de carbohidratos, a sus estructuras biológicas.

Ahí reside el papel crucial del fitoplancton en el ciclo del carbono y, como consecuencia, en su colosal capacidad para purificar el aire. Gracias a la fotosíntesis, el fitoplancton consume CO₂ a una escala equivalente a los ecosistemas terrestres. Se calcula que cada año incorpora entre 45 y 50 millones de toneladas de carbono inorgánico. Las plantas terrestres incorporan unos 52 millones de toneladas de carbono al año, pero este regresa a la atmósfera a corto o medio plazo. Cuando el fitoplancton muere, parte del carbono captado cae a las profundidades del océano.

Todos los organismos vivos de la zona fótica se hunden cuando mueren, por lo que existe una constante lluvia de materia orgánica hacia aguas más profundas. Los nutrientes son devueltos a las capas superiores del agua, sobre todo en lugares donde hay fuertes corrientes ascendentes debido a la topografía del fondo y a los patrones de las corrientes oceánicas.

Un fabricante de oxígeno muy lento


El 85 % de la materia orgánica creada cada año por el fitoplancton se recicla entre los organismos que viven en las aguas iluminadas, mientras que 15 % restante se pierde en las profundidades del océano. Allí, donde los microorganismos han eliminado el oxígeno del agua, los restos de materia orgánica permanecen enterrados en condiciones anaeróbicas. Esta materia vegetal sepultada en el fondo del océano es la fuente del petróleo y el gas.

Solo una pequeña fracción, alrededor de la milésima parte de la fotosíntesis a nivel mundial, escapa a los procesos descritos y se agrega al oxígeno atmosférico. Pero desde la aparición de las cianobacterias, los primeros organismos fotosintéticos, hace entre 3 500 y 3 800 millones de años, el oxígeno residual dejado por el pequeño desequilibrio entre crecimiento y descomposición se ha acumulado para formar el depósito de oxígeno respirable del que depende toda la vida y cuyo volumen representa un 21 % del total de la atmósfera.

Por eso, aunque la fotosíntesis sea, en última instancia, responsable del oxígeno respirable, solo una pequeña fracción del crecimiento vegetal se añade cada año al almacenamiento de oxígeno atmosférico. Incluso si toda la materia orgánica terrestre se quemara a la vez, se consumiría menos del 1 % del oxígeno disponible en el mundo.

¿Cómo es posible que la masa de fitoplancton no se agote si la biomasa de organismos que lo depredan es bastante superior?

El balance se compensa con una elevada tasa de renovación. La alta tasa de reproducción del fitoplancton hace que sus poblaciones se renueven más rápidamente de lo que son consumidas. Un tiburón ballena que se alimenta de millones de estas pequeñas células fotosintéticas solo es capaz de parir una cría al año. En cambio, una diatomea es capaz de generar cada día un millón de descendientes.

De esta forma, las cuentas del equilibrio de la vida sí cuadran.The Conversation

Manuel Peinado Lorca, Catedrático de Universidad. Departamento de Ciencias de la Vida e Investigador del Instituto Franklin de Estudios Norteamericanos, Universidad de Alcalá

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

domingo, 13 de octubre de 2019

Saturno es ahora el planeta con más lunas en el sistema solar

El gigante gaseoso tiene 20 nuevas lunas, para un total de 82 lunas, pasándole, en número, a las 79 lunas conocidas de Júpiter.

Un grupo de astrónomos, encabezados por Scott S. Sheppard de la Carnegie Institution for Science , en Washington, D.C. ha encontrado, recientemente, 20 nuevas lunas orbitando a Saturno . Este descubrimiento fue anunciado a principios de octubre en el Centro de Planetas Menores de la Unión Astronómica Internacional.

Las 20 nuevas lunas, recién descubiertas, son de tamaños parecidos, alrededor de 5 km de diámetro, y 17 de ellas orbitan Saturno de forma retrógrada, o sea, en contra de la dirección de rotación del planeta sobre su eje.

Imagen artística de las 20 nuevas lunas de Saturno.
Fuente: 
Carnegie Science.


Las lunas más externas de Saturno parecen están agrupadas en 3 grupos diferentes en relación a los ángulos a que orbitan el planeta. Dos de las nuevas lunas con órbita progradas (en la dirección de la rotación del planeta) están en el grupo de lunas exteriores con inclinaciones de 46 grados. Es posible que éstas hayan sido una luna de mayor tamaño que se haya destruido en el pasado distante. La otra luna de órbita prograda tiene una inclinación alrededor de 36 grados, similar a otras lunas internas de órbitas progradas.

Las Lunas retrógradas tienen unas inclinaciones de órbitas similar a otras lunas retrógradas de Saturno. Lo que indican que también pudieran ser fragmentos de una luna madre mayor que se rompió en el pasado.

Estas dos imágenes del telescopio Subaru fueron tomadas a intervalo de una hora.
Las estrellas y galaxias no se mueven, pero la nueva luna,  indicada por las
barras amarillas, muestra un movimiento entre las dos imágenes.
Fuente: 
Carnegie Science.
Las lunas fueron descubiertas al analizar series de imágenes en secuencias, de varios años, obtenidas por el telescopio Subaru en la montaña Mauna Kea en Hawaii. Usando algoritmos especializados, imágenes de los alrededores de Saturno fueron evaluadas. En estas imágenes se observa que las estrellas y galaxias no se mueven, mientras que las nuevas lunas muestran movimiento entre una imagen y otra.


Cuando el sistema solar era joven el Sol estaba rodeado de un disco de gas y polvo, rotando alrededor del Sol, del cual nacieron los planetas. Se cree que un disco similar, de gas y polvo, rodeaba a Saturno durante su formación, hace ya mas de cuatro mil millones de años. El investigador principal del equipo que descubrió las lunas, Scott Sheppard, nos dice que “el hecho de que estas nuevas lunas pudieron continuar orbitando a Saturno después de que sus lunas madres se rompiera, indican que estas colisiones (las que rompieron las lunas madres) ocurrieron después que el proceso de formación del planeta estaba casi completo”.

El año pasado, el mismo equipo de Sheppard descubrió 12 nuevas lunas orbitando a Júpiter . Es muy probable que nuevos cuerpos celestes serán detectados en un futuro cercano, gracias a nuevas generaciones de astrónomos amateurs e investigadores y estudiantes. Los telescopios actuales sólo pueden encontrar lunas más grandes de unos 5 kilómetros alrededor de Saturno, y más grandes de 2 kilómetros alrededor de Júpiter. Nuevos telescopios que próximamente estarán disponibles en la década de los 2020’s permitirán detectar lunas menores que éstas.

viernes, 4 de octubre de 2019

El huracán Lorenzo nos recuerda los riesgos del cambio climático

Por Antonio Ruiz de Elvira SerraUniversidad de Alcalá
Vista del Atlántico europeo este jueves según el sistema 
EOSDIS de la NASA. Nasa Worldview


A finales de verano, y hasta el principio del invierno, los océanos boreales, Atlántico, Pacífico e Índico están muy calientes. Se calientan todavía más conforme el Sol baja de las altas latitudes hacia el ecuador.

El mar caliente produce mucho vapor de agua, que se eleva en torbellinos sobre su superficie. Estos torbellinos se van uniendo y formando uno más grande que succiona a todos los que tiene cerca de él. Así nace un huracán.

El aire asciende y por el giro de la Tierra, que produce una aceleración denominada de Coriolis, empieza a girar en el sentido contrario a las agujas de un reloj.

En esas fechas, el chorro polar, el “jet”, ha comenzado a inyectar aire frío en las latitudes medias. Como vimos en un artículo sobre las inundaciones del Levante español, con cierta frecuencia alcanza latitudes bajas.

Aire caliente abajo, y frío arriba, producen una fuerza vertical intensa. Además, y ésta es la característica de los huracanes, el vapor de agua, al ascender, se condensa en agua líquida y desprende una energía de 2,270 julios por gramo. O, lo que es lo mismo, 0.63 kilovatios hora por kilogramo de vapor convertido en agua.

Es una cantidad muy grande de energía si tenemos en cuenta que son millones de kilogramos de agua los que ascienden. De hecho, un huracán intercambia cada día unos 14 billones de kilovatios hora. Durante su tiempo de vida, el equivalente de 10,000 bombas nucleares. ¡Hay mucha energía en el océano y en la atmósfera!

El huracán Lorenzo es el huracán más fuerte que se ha producido en el Atlántico oriental. Se detectó en forma de tormenta tropical el lunes día 23 de Septiembre, al oeste de Senegal. Creció y el miércoles 25 era ya un huracán cuyos vientos alcanzaron los 250 km/h el sábado 29 por la noche.


Recorrido previsto del huracán-tormenta Lorenzo, entre el miércoles 2 de octubre y el viernes 4 de octubre de 2019. NOAA - NHC
Ya ha decrecido en intensidad, pero sigue siendo un huracán de fuerza 2, y se va convirtiendo en una tormenta muy fuerte en su avance desde las Azores hacia el norte de Irlanda.

Un extraño recorrido

El camino de este huracán-tormenta tropical está siendo muy extraño. Lo normal es que estos fenómenos oceánicos y meteorológicos se desplacen con los vientos alisios hacia el oeste, hacia el Caribe.

Lorenzo, tras formarse al oeste de África, empezó a avanzar hacia el oeste siguiendo su trayectoria normal. Pero entre su posición y el Caribe había otra tormenta tropical, no tan intensa, que actuaba de tapón. Los vientos en altura, al sur del chorro polar, comenzaron el día 27 a empujar la parte alta del huracán hacia el este. La combinación de su giro y esos vientos en altura (cizalla) lo han ido llevando primero hacia el norte y desde Azores hacia Irlanda.

Al ir ascendiendo en latitud, la temperatura del mar bajo del huracán ya no es tan alta, y el huracán ya no tiene tanto calor para mantener su energía, y se debilita. Sin embargo, en su trayectoria hacia el noreste conducida por el chorro polar, Lorenzo pasa por encima de la Corriente del Golfo, que le proporciona algo más de combustible, lo que lo mantiene como tormenta intensa hasta alcanzar la latitud de Irlanda.


Vorticidad atmosférica a 5 000 metros de altura. Lorenzo es el punto rojo oscuro del centro y bajo de la figura. GRADS/COLAprovista por el autor.

No tocará España


Lorenzo es un caso raro. No es una consecuencia directa del cambio climático. Pero cambio climático significa un cambio en la trayectoria de los vientos, en los meandros del chorro polar, en la temperatura de la superficie del océano.

En los años pasados hemos tenido minihuracanes en el Mediterráneo: no llegan a huracanes, pues este mar es muy pequeño, y en su movimiento al huracán no le da tiempo a cargar el vapor de agua necesario. Además, enseguida llegan a tierra, en donde ya no reciben más vapor de agua.

Pero en los próximos años veremos más tormentas tropicales convertidas en huracanes de fuerza 2 a fuerza 5 acercándose a las costas españolas. Lo veremos porque lo que no estamos viendo es una disminución de las emisiones de CO₂.

Un mar cada vez más caliente, y un chorro polar con meandros cada vez más fuertes representan una combinación peligrosa.The Conversation

Antonio Ruiz de Elvira Serra, Catedrático de Física Aplicada, Universidad de Alcalá
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

miércoles, 25 de septiembre de 2019

Saturno está perdiendo sus anillos a alta velocidad

Basado en artículo de NASA

Nueva investigación de la NASA confirma que Saturno está perdiendo sus distinguidos anillos a la máxima velocidad estimada desde hace unas décadas por las observaciones de las naves Voyager 1 y 2. Los anillos están siendo halados hacia el planeta por la gravedad como una lluvia de partículas de hielo bajo la influencia del campo magnético de Saturno.

Los anillos de Saturno son principalmente pedazos de agua congelada (hielo) con ligera contaminación de hidrocarburos que varían en tamaño desde granitos tamaño arena fina hasta rocas de varios metros de ancho. Las partículas del anillo están atrapadas en equilibrio entre las dos fuerzas de atracción de la gravedad de Saturno, que quiere traerlas de vuelta al planeta, y la velocidad orbital, que quiere arrojarlos hacia el espacio.

Imagen de Saturno del 20 de Junio, 2019 por
el telescopio espacial Hubble. Fuente: NASA
James O’Donoghue del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de NASA e investigador principal de un artículo nuevo publicado en la revista Icarus (Abril 2019, v.322: 251-260) estima “ … que esta lluvia de los anillos drena una cantidad de productos acuosos que llenarían una piscina olímpica en media hora”. Esta velocidad de pérdida de material sugiere que los anillos pudieran dejar de existir en menos de 100 millones de años. Lo cual es un tiempo relativamente corto, comparado a la edad de Saturno de más de 4 mil millones de años.

Las partículas más pequeñas de los anillos pueden cargarse eléctricamente por la luz ultravioleta del Sol o por nubes de plasma que resultan del bombardeo a los anillos por micro-meteoroides. Cuando esto sucede, las partículas cargadas sienten la atracción del campo magnético de Saturno, que se curva hacia el interior del planeta en los anillos de Saturno atravesando a estos. En algunas partes de los anillos, una vez cargados, el equilibrio de fuerzas en estas pequeñas partículas cambia drásticamente, y la gravedad de Saturno los atrae a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera superior.

Observaciones de los diferentes instrumentos
 de la nave espacial Cassini.  En la imagen
se muestran unas líneas curvas alrededor
del planeta que representan el campo magnético. Observar que estas
líneas atraviesan los anillos. Fuente: NASA.

Una vez en la atmósfera superior, las partículas heladas de los anillos se evaporan y el agua puede reaccionar químicamente con la ionosfera de Saturno. Un resultado de estas reacciones es un aumento en la vida de partículas efímeras cargadas llamadas “Hidrógeno molecular protonado” o H3+, compuestas de tres protones y dos electrones. Cuando absorben energía del sol, los iones H3+ brillan en luz infrarroja, y esto ha sido observado por el equipo de O’Donoghue usando instrumentos especiales con el telescopio Keck en Mauna Kea, Hawaii. Sus observaciones revelaron bandas brillantes de este ion en los hemisferios norte y sur de Saturno, done las líneas del campo magnético que atraviesan los anillos entran en el planeta.

Por mucho tiempo los científicos se han preguntado si Saturno fue formado con los anillos, o si éstos fueron adquiridos por el planeta luego en su vida. Estas nuevas observaciones indican que el último escenario es más posible, pues es poco probable que los anillos sean más viejos de 100 millones de años. O’Donoghue agrega que “en cierta forma somos afortunados en poder ver esos anillos espectaculares en Saturno. Y además nos perdimos de ver anillos gigantes en los sistemas de Júpiter, Urano y Neptuno, los cuales tiene, actualmente unos anillos muy pequeños”.

Actualmente, el equipo de NASA está interesado en examinar como la lluvia de los anillos cambia en las diferentes estaciones de Saturno. Según el planeta progresa en su órbita de 20.4 años, los anillos están expuestos al Sol en diferentes posiciones e intensidades. Como la luz ultravioleta del Sol es la que carga los granitos de hielo y los hace responder al campo magnético de Saturno, la variación en la exposición a la luz del Sol debe cambiar la magnitud de la lluvia.

Artículos relacionados:

The Limited Reign of Saturn's Rings.

Chemical interactions between Saturn’s atmosphere and its rings

jueves, 12 de septiembre de 2019

Extremo sistema binario de enanas blancas

Por Manuel Pichardo Marcano

En un período de tan sólo 7 minutos, menos de lo que tarda la luz en viajar desde el Sol hasta la tierra, dos estrellas enanas blancas (estrellas con masa comparable a la del Sol pero contenida en aproximadamente el radio de la tierra) se orbitan una alrededor de la otra. Este extremo sistema binario es tan compacto que todo el sistema cabe dentro del diámetro de Saturno.

Imagen artística del sistema binario de estrellas enanas blancas.
Crédito de imagen: Caltech/IPAC/R. Hurt
El sistema, denominado ZTF J1539 + 5027, fue reportado este año por un grupo de científicos liderados por Kevin B. Burdge del Instituto de Tecnología de California publicado en la revista científica Nature. ZTF J1539 + 5027 fue detectado por el sondeo astronómico Zwicky Transient Facility (ZTF), realizado en el observatorio Palomar en el estado de California de los Estados Unidos. Cada noche el observatorio sondea el cielo nocturno con alta cadencia en búsqueda de objetos variables y transitorios. Entre la clase de objetos variables que detecta el sondeo ZFT cada noche se incluyen las supernovas y las estrellas binarias eclipsantes, como ZTFJ1539 + 5027. Este sistema es un caso extremo de binarias eclipsantes que espera ser detectado no sólo en el espectro de luz visible, pero también a través de sus emisiones de ondas gravitacionales por la futura misión espacial LISA. LISA es un proyecto conjunto de la NASA y la agencia espacial europea con fecha de lanzamiento previsto para el 2034.

A medida que el sistema emite ondas gravitacionales, su órbita decae y disminuye su periodo orbital. Este decaimiento pudo ser medido por los científicos involucrados en la investigación, confirmando así, una vez más, las predicciones de la teoría general de la relatividad de Einstein. Las enanas blancas se seguirán orbitando y acercando la una a la otra por unos 130,000 años más hasta llegar a un periodo de tan solo 5 minutos. A este corto período las estrellas estarán tan cerca que es posible que una comience a tomar materia de la estrella compañera, un proceso llamado "acreción".
Representación artística del par de estrellas enanas
blancas  ZTF J1530+5027. Fuente foto:  ZTF website.


El sondeo ZFT sigue observando el cielo en busca de sistema binarios extremos como este que servirán como fuentes de verificación para la futura misión LISA.