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Rayos cósmicos y nubes

Área: Meteorología — Domingo, 22 de Septiembre de 2013

Un experimento avala que los rayos cósmicos ayuden a la formación de nubes en la atmósfera terrestre.

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Vivimos en el único lugar del sistema solar en donde llueve agua. De hecho es el único sitio conocido en donde hay agua líquida o hay nubes de agua.
El mecanismo por el que forman las nubes es complejo, pero primero recordemos que las nubes no están compuestas por vapor de agua, pues este es invisible, sino que están formadas por un aerosol de agua. Ese aerosol refleja la luz y por eso las nubes parecen blancas.
No es sencillo tomar moléculas de agua en estado gaseoso y formar gotitas o cristalitos de hielo. Se suele necesitar un agente que permita la nucleación de esas gotitas. En estas mismas páginas hemos visto algunos estudios que apuntaban a las bacterias como agentes de nucleación, de tal modo que la evolución las ha seleccionado para ese cometido con el propósito de que se dispersen mejor. El polvo y otras partículas y sustancias también hacen de agentes de nucleación.
Pero las moléculas de agua per se tienen dificultades a la hora de juntarse y formar agregados lo suficientemente grandes como para que actúen como núcleos de condensación, al menos según la teoría. En su día se propuso, además de los mecanismos habituales ya mencionados, que los rayos cósmicos podrían ayudar en tarea, pero no había muchas pruebas que avalaran esta hipótesis. Además, el problema principal era que las simulaciones numéricas que empleaban la químico-física tradicional no predecían esta nucleación.
El experimento CLOUD del CERN demostró en su día que un haz de piones conseguía multiplicar por 10 la nucleación en una cámara de 27 metros cúbicos, pero se cuestionó que el tamaño de núcleos de condensación generados fuera lo suficiente grande.
Se sugirió que, como la actividad solar puede alterar la llegada de rayos cósmicos a la Tierra, entonces esto puede provocar que el patrón de formación de nubes siga un ciclo temporal que refleje el ciclo solar, ya que el Sol puede ayudar a desviar algunos de estos rayos cósmicos gracias a los fenómenos magnéticos. Esto es algo que algunos sostenían que ocurría. Como consecuencia de esto la Tierra sería más cálida cuando la actividad solar es mayor y viceversa.
Ahora un grupo danés de investigadores ha conseguido mejores pruebas al respecto de la nucleación por rayos cósmicos gracias al experimento SKY2. Según este experimento la radiación (gamma en este caso o rayos cósmicos en la atmósfera) ioniza las moléculas a su paso por el medio y las cargas electrostáticas generadas facilitan la nucleación.
Los rayos cósmicos están generados en su mayoría en el espacio exterior, principalmente en explosiones de supernova, y consisten en protones moviéndose a gran velocidad. Cuando estos protones inciden en las capas altas de atmósfera chocan contra los átomos allí presentes y se producen sucesivas cascadas de partículas subatómicas. A la superficie llegan principalmente muones que terminan desintegrándose en electrones (o positrones) y neutrinos. Es relativamente fácil observar indirectamente estas partículas con una cámara de niebla. Dispositivo que fue inventado hace unos cien años y cuyo funcionamiento inspira fácilmente la idea de nucleación en las nubes. Incluso se pueden construir cámaras de niebla caseras con una pecera.
El experimento SKY2 consiste en una cámara que contiene 8 metros cúbicos gases que simulan la atmósfera. Lo más difícil es mantener la pureza de esta mezcla de gases en el proceso, pues cualquier mota de polvo puede interferir al hacer de agente de nucleación.
En una serie de experimentos se comprobó la imposibilidad de nucleación en el sistema. Pero en otros, cuando se irradiaba con rayos gamma generados por un isótopo radiactivo, sí se comprobó que se producía nucleación. Además, los rayos gamma conseguían núcleos de condensación de 50 nm de tamaño, tamaño suficiente como para demostrar que el efecto tiene significación meteorológica.
Los críticos argumentaban que los agregados producidos por los rayos cósmicos no podían crecer lo suficiente como para formar nubes, pero este experimento ha demostrado que sí es posible.
En la atmósfera los rayos ultravioletas del Sol provocan durante el día que el dióxido de azufre, el ozono y al vapor de agua formen ácido sulfúrico. Este ácido sulfúrico diluido puede formar gotitas que hagan de núcleos de condensación. Pero se suponía que este proceso era el único relevante desde el punto de vista meteorológico y que durante la noche este proceso se paraba. En el experimento se pudo comprobar que el papel desempeñado por los rayos ultravioletas puede ser desempeñado por los rayos gamma. Así que el experimento SKY2 demostraría, según los investigadores implicados, que los rayos cósmicos pueden producir una nucleación extra, incluso durante la noche.
Pese a todo, algunos expertos del campo se muestran escépticos respecto a este resultado. Si se confirmara podría tener implicaciones en los modelos de cambio climático, pero, de todos modos, el cambio de flujo de los rayos cósmicos debido a la actividad solar sólo es del 10%, por lo que el efecto sobre el calentamiento global no puede ser pronunciado.
Lo bonito de todo esto es que los rayos cósmicos generados en los confines de la galaxia están involucrados directamente en el clima terrestre, independientemente de que sea una gran o pequeña contribución. Así que si llueve es en parte porque alguna supernova lejana explotó hace mucho tiempo.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Foto:NeoFronteras.

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15 Comentarios

  1. r:

    ¡Sorprendente como todo tiene relación en menor o mayor grado!

  2. r:

    El profesor Harald Lesch explica qué son los rayos cósmicos.

    http://www.youtube.com/watch?v=2HL1m7eQ908

  3. Juan Luis:

    “Pese a todo, algunos expertos del campo se muestran escépticos respecto a este resultado. Si se confirmara podría tener implicaciones en los modelos de cambio climático” El escepticismo de la primea frase tiene mucho que ver con el cambio al que alude la segunda. Los intereses en torno a la hipótesis del cambio antropogénico son muy grandes. Hay un dato no mencionado, los pasos del Sistema Solar por áreas de la Galaxia más o menos densas parecen correlacionar con las glaciaciones. Hay argumentos de sobra para lanzarse a estudiar esta vía, incluso más que la hipótesis de la autoría humana.

  4. NeoFronteras:

    El efecto para el cambio climático, en caso de confirmarse, sería de sólo un 10% como máximo. Pero, de todos modos, si es así habría que incluirlo en los modelos. Además el ciclo solar dura 11 años, por lo que es fácil saber si existe o no esa modulación y el fondo climatológico sobre la que se produce. No parece que se haya visto aún.
    En cuanto a los intereses, en realidad hay muchos más en los negacionistas del clima y en las compañías petroleras que los sustentan.

    Las glaciaciones del Cuaternario hace tiempo que se explicaron si se tenían en cuenta los parámetros orbitales de la Tierra.

    Por último, y antes de enredarse en ese tipo de conversación, pues hay maneras mejores de perder el tiempo, sólo recordar que las reglas de participación prohíben la apología del negacionismo climático en este sitio web.

  5. Dr. Thriller:

    Juan Luis, todos los negacionistas del cambio climático lo hacen por cuestiones ideológicas, desde comunistas de la vieja escuela (emperrados en modelos de desarrollo imagino que estalinistas), hasta neocons por motivos bien fáciles de intuir. Es claro que está todo abierto, desde la magnitud hasta los plazos, pero pensar que podemos liberar a la atmósfera la burrada de CO2 (entre otras cosas) que hemos largado y que eso no tenga la menor consecuencia es una animalada como un brazo galáctico.

    La hipótesis de nubes de polvo para las glaciaciones es viejísima. Las teorías (no excluyentes) que más peso empírico tienen son los parámetros orbitales, como dice Neo, e incluso ni siquiera son necesarios, porque pueden ser cambios retroalimentados por determinados cortocircuitos climáticos. Por ejemplo, si te cargas la corriente del Golfo, algo que tal vez sea posible si se deshiela el Ártico y se libera una cantidad bastante enorme de agua fría en el Atlántico Norte, las temperaturas en Europa Occidental caerían bruscamente, unos 10º C tranquilamente (te basta ver en las pelis que en New York nieva sistemáticamente en invierno, ciudad que tiene la misma latitud que A Coruña, Gijón, Santander o Bilbao). Esto provocaría mayores nevadas y heladas y un enfriamiento retroalimentado de Europa, que a su vez repercutiría en Siberia y podría disparar una nueva glaciación *a pesar* del deshielo del Ártico.

    El tiempo depende de muchísmos factores y es básicamente caótico. Precisamente porque es así, decir que le puedes dar 20.000 billones de pedradas y que eso no tenga consecuencias hay que ser un insensato o tener una fe de fanático o un rostro de blindaje de búnker nuclear.

  6. Juan Luis:

    “sólo recordar que las reglas de participación prohíben la apología del negacionismo climático en este sitio web.”

    No es negacionismo del cambio sino escepticismo (no negacionismo) sobre el origen industrial del mismo. Solo pido que se pongan todas las hipótesis sobre la mesa sin favorecer ninguna por política sino con valores científicos.

    Sobre la influencia del CO2 arrojado a la atmósfera, no sabemos cual es su dinámica completa, si ya se le pueden atribuir cambios, si hay actualmente más que en otros momentos preindustriales, etc. No digo que se ignore, solo que se ponga en su sitio lo que se sabe distinguiéndolo con claridad de lo que se sospecha y siempre al lado de las alternativas o al menos cofactores causales.

  7. NeoFronteras:

    Los creacionistas dicen que en las escuelas hay que enseñar todas las “hipótesis” y que si se enseña darwinismo también hay que enseñar creacionismo en las clases de Biología.
    Casualmente los creacionistas también suelen ser negacionistas (no a la inversa) y el pseudo-silogismo es muy similar.
    En cuanto a las hipótesis científicas alternativas al origen antropogénico del cambio climático no hay ninguna. Cuando las haya se publicarán por aquí.
    Hay otras hipótesis alternativas al origen antropogénico del cambio climático y seguro que puede encontrar sitios en Internet al respecto. También encontrará teorías alternativas a la llegada del hombre a la Luna o sobre la construcción de las pirámides (generalmente a cargo de extraterrestres).

    Esta es una vieja discusión que se ha mantenido por aquí muchas veces y que casi siempre termina siendo agria. Generalmente acaba cuando se veta al negacionistas. No es por nada, es solamente porque este tipo de discusiones consumen mucho tiempo. Es de esperar que en este caso no sea así.

  8. Dr. Thriller:

    Juan Luis, este artículo que me tomo la libertad de copypastear es paradigmático de una determinada forma de entender las cosas:

    https://gustavoduch.wordpress.com/2013/09/24/la-burbuja-del-salmon/

    En general, es fácil desvestir los hechos que denuncia (que son todos correctos) de la propaganda anexa, lo cual siempre está bien porque mezclar este tipo de cosas suele ligar mal, el problema es que no acaba de centrar correctamente los errores que se cometen, dado que se dispersa en ideologías. Lo que quiere decir es que con los métodos tradicionales, menos agresivos a la hora de romper los equilibrios del ecosistema, esto no pasa, pero tampoco conviene dejar pasar por alto que con los métodos tradicionales no podemos alimentar a 7 millardos de seres humanos, en realidad si la población se ha disparado no es sólo porque nuestra tecnología es más avanzada, existe una fracción en ese crecimiento que sólo es atribuible al saqueo (es decir, que nos hemos pasado de rosca, porque ninguna tecnología permite aprovechamientos antitermodinámicos, si me permite el palabro), como no sabemos esa fracción, no le podría contestar a la pregunta de si podremos evitar una brusca y más que tráumatica reducción de la población mundial o por el contrario nos las arreglaremos para hacerlo ordenadamente, “dentro de lo que cabe”. Los humanos del mañana serán más conscientes que los de hoy, y si bien hoy nos gusta ser indulgentes con nuestros antepasados y disculpar las barbaridades que hacían por la ignorancia que tenían, lo cierto es que hoy no tenemos esa excusa, y dejar para la historia una catástrofe planetaria sin precedentes es un mal baldón sobre las capacidades humanas para las generaciones futuras.

    Lo que me interesa del artículo es que usted puede ver, desde una perspectiva ideológica muy concreta, como una determinada forma de hacer las cosas supone un desastre total para un país con miles de km de costa. Si usted piensa que haciendo como hacemos estas verdaderas salvajadas con empresas que a fin de cuentas, son de medio pelo, porque son irrelevantes para el núcleo del sistema, piense ahora cómo debe ser el impacto *combinado* de *todas* las acciones humanas de nuestra civilización.

    Para quedarse frío un momento, ¿verdad?

  9. NeoFronteras:

    Es que no podemos superar los límites termodinámicos. Gran parte de las piscifactorías se asientan sobre el uso de harina de pescado, lo que además de antiecológico es absurdo, pues los humanos podemos comer directamente los peces con los que se hace esa harina (salvo desperdicios). Y la Termodinámica nos dice que como el pez no es una máquina perfecta (no hay ninguna) y además gasta energía para vivir, entonces se necesitan varios kilos de harina de pescado por cada kilo de pescado producido.
    Es equivalente a criar leones alimentándolos con corderos para al final comer carne de león. Es absurdo.

    Lo curioso es que cuando, por ejemplo, se diseña el motor de un automóvil o el de un avión se hacen cálculos termodinámicos muy cuidadoso. Pero esta rama de la ciencia se ignora completamente en otros ámbitos.

  10. lluís:

    Las nubes pueden parecer blancas por la dispersión Rayleigh, pero tambien se las ve negras (los nubarrones de tormenta)muy a menudo o incluso con una panza plomiza y un “catillo” blanco (los cumulonimbos),porque si una nube está muy cargada de humedad,la atraviesa poca luz, tambien puede suceder que sea negruzca porque la oculte de la luz otra nube.
    En cuanto a ese mecanismo de creación de núcleos de condensación, vía rayos ultravioleta,mecanismo que se detiene por la noche,parecería que por las noches tuviera que llover menos que durante el día, y con mucha frecuencia y en cualquier parte del mundo (en el que llueve con más o menos frecuencia), de hecho por las noches suelen caer trombas de agua o llover insistentemente durante toda la noche.Quizás esto apoyaría esa nucleación extra debida a los rayos cósmicos,como sugiere este estudio.

  11. lluís:

    Está muy bien ese video de la cámara casera de niebla, es muy ilustrativo y didáctico. Gracias por el link, Neo.

  12. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Quizás la razón sea que por la noche la temperatura baja y es más fácil la precipitación, aunque la nucleación se haya detenido en parte (habrá algo de inercia de todos modos).

  13. js:

    Este tema ha sido analizado estadísticamente en base a datos observados de la atmósfera real y da para lo que da. Los curiosos pueden mirar la gráfica 2 de este artículo:

    http://empslocal.ex.ac.uk/people/staff/dbs202/publications/2006/harrison2006.pdf

    Artículo del cual copio las conclusiones.

    “In summary, our data analysis confirms the existence of a small, yet statistically robust, cosmic ray effect on clouds, that will emerge on long time scales with less variability than the considerable variability of daily cloudiness”

    Saludos

  14. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Respecto a su comentario 10 sobre el color de las nubes hay una escena (más poética) en la película “La joven de la perla”:

    http://youtu.be/5cMzj0mxKsU

  15. lluís:

    No he visto esa película, ” la joven de la perla”, pero esa escena está muy bien.El color de las nubes está pues más en función de lo que cada uno pueda apreciar con sus ojos que de un color definido. Incluso el primer comentario que hay en ese video,que parece ser de alguien que pinta, va en este sentido.Un buen comentario,por cierto.De todos modos lo de la dispersión Rayleigh continua siendo no menos cierto.

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