Thursday, 31 May 2012

Semana de las Ciencias de la Tierra 2012

Todos los años en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales se realizan las semanas de las ciencias. Está la Semana de la Matemática, de la Física, de la Química, etc… Del 15 al 17 de mayo nos tocó a nosotros en la Semana de las Ciencias de la Tierra.

Yo participé en un stand; obviamente el dedicado a Cambio Climático. Junto con una compañera tuvimos que armar un poster en un par de días con los parciales aproximándose a toda velocidad. El público eran chicos de primeria o primeros años de secundaria (si mal no recuerdo) y la idea era centrarse en los impactos del calentamiento global en Argentina. Aprendí bastante sobre ese tema, del cual nada había leído y quizás en un futuro escriba sobre él. Este es el poster que quedó:

Diapositiva 1(click para agrandar)

Hay varias cosas que se pueden mejorar, como la consistencia entre los gráficos o una mejor explicación del efecto invernadero. Para el año que viene procuraremos hacerlo más completo. De todas formas no creo que muchos hayan leído el poster; lo más importante era la presentación oral.

Como dije, el público eran chicos de primaria o secundaria. Venían con su escuela y hacían una visita guiada, veían un video y luego los soltaban en el patio central de la facultad donde podían pululear por los distintos stands. Había un esqueleto de dinosaurio, instrumentos de meteorología, demostraciones con un volcán y un pequeño tornado.

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Algunos chicos, pobres, venían con tarea. Iban de un stand al otro con una lista de preguntas que les habían dictado tratando de fijarse en cuál preguntarla. “¿Cuál es la relación de El Niño con el Cambio Climático?”, me preguntaron unas 15 veces, fruto de que nuestro poster estaba en en el mismo lugar que la de El Niño y la profesora pensó que hablábamos de la relación entre ellos. La verdad que era un poco molesto y triste; lo que debería ser una oportunidad para explorar las cosas que más les interesaban y, con suerte, despertar la curiosidad científica, se convertía en una tarea repetitiva de ir lugar a lugar llenado un checklist. Por suerte no todos eran así. Había algunos que nos escuchaban con algo de atención y, en vez de tomar apuntes, trataban de entender los conceptos que tratábamos de enseñar e incluso a hacían preguntas interesantes.

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El evento sobresaliente de todas la jornada para mí ocurrió el primer día. En uno de los grupos había una chica de 1º año de secundaria que tenía una mirada pensativa cuando le hablaba. Tomaba nota, hacía preguntas, se anticipaba a lo que iba a decir (aún cometiendo errores) y respondía a las preguntas que yo le hacía. En vez de una cara seria tenía una sonrisa de oreja a oreja y los ojos bien abiertos. Después de decir lo básico, les pregunté si tenían alguna duda. Todos dijeron que no (para zafar de otra explicación, seguramente) y comenzaron a amagar con irse, pero esta chica se quedó mirando al poster, pensando, como si quisiera aprender más pero no supiera qué más hay saber (o eso interpreté yo).

Le dije que, si quería, le podía comentar un poco sobre cómo sabíamos lo que sabíamos (¡la parte más interesante de la ciencia!) y me respondió que sí con una sonrisa. Le hablé sobre como la cantidad de CO2 emitido por los humanos era mayor del que efectivamente observamos, sobre los modelos climáticos e incluso sobre la huella isotópica del carbono proveniente de los combustibles fósiles. Le señalé que en el poster habían links a páginas de internet que podía visitar si quería aprender más y se las anotó en su cuaderno además de sacarles fotos con el celular.

No me acuerdo dónde lo leí o lo escuché, pero creo recordar a un maestro decir que para él esa mirada atenta y activa en los estudiantes es como una droga. Después de haberla experimentado, ¡no puedo estar en desacuerdo! Esa experiencia me alegró el resto del día y fue una lástima no encontrarme con más perlas como esa. Carl Sagan decía sobre la difusión de la ciencia que “cuando estás enamorado, quieres contarlo a todo el mundo”; y si encima podés contagiar ese amor, mucho mejor.

Saturday, 26 May 2012

Agua mineral: Dejá tu huella y no la compres.

No es novedad mi completo desdén por el mero concepto de agua embotellada. El litro de agua embotellada (mineral, mineralizada o como quieran) cuesta unas 2000 veces más que el litro de agua de la canilla y es muchísimo más costosa desde el punto de vista energético. En EE.UU. se gastan 1,5 millones de barriles de petróleo por año para producir las 2,7 millones de toneladas de plástico necesario para fabricar las botellas.

Por otro lado el agua de red es potable, segura y nos llega a nuestras casas mediante un tubo sin la necesidad de ir transportando botellas de acá para allá ni aumentando la cantidad de basura que tiramos. Desde mi punto de vista el agua embotellada es un gran fraude dañino para el bolsillo y el medio ambiente.

Pero en Argentina ahora nos quieren hacer creer que esto no es así. En una propaganda con música relajante y un niño rubio jugando y preocupado por el futuro, un guardaparque sin nombre nos trata de vender el cuento de que si tomás agua de cierta marca vas a salvar los bosques.

¿Qué huella vas a dejar?

La realidad es otra. Más allá de la buena voluntad (o intento de crear una imagen positiva) de las compañías de agua mineral, la mejor forma de que los hijos del niño rubio de la publicidad puedan disfrutar de nuestro planeta es tomando agua de red en vez de agua embotellada (de la marca que sea).

Según un estudio realizado en Italia y publicado en Nature Precedings, el agua embotellada tiene una huella de carbono 285 veces más alta que el agua de la canilla. Para producir, transportar y consumir 1,5 litros de agua en botella hay que emitir 0,26 Kg de CO2 equivalente, ¿parece poco? Para producir, transportar y consumir esa misma cantidad de agua pero de la canilla se usan 0,00091 Kg de CO2 eq. Por cada botella de agua que no comprás, estás evitando emitir 1/4 Kg de CO2. Pero la publicidad no habla de calentamiento global, habla de deforestación. Dejando de lado los efectos que el calentamiento global pudiera tener en los bosques, hay otro concepto que sirve para evaluar el impacto del agua embotellada en el suelo: la Huella Ecológica. Esto hace referencia al área de tierra necesaria para general los recursos y asimilar los residuos de una actividad. ¿Cuántos metros cuadrados se usan para producir 1,5 litros de agua embotellada?

Para producir agua embotellada se necesita un área 300 más grande que para el agua de red. Mientras que por cada 1,5 litros de agua del grifo se necesitan sólo 0,0024 m2, hacen falta más de 0,7 m2 para producir, transportar y disponer de la basura producida por la botella de litro y medio.

Obviamente estos números exactos son sólo válidos para la región de Italia estudiada pero es difícil pensar que en Argentina las cosas podrían ser tan distintas para invertir esos números.

Que los espejitos de colores de una publicidad no te laven la cabeza. Si te interesa cuidar los bosques y el medio ambiente o cuidar el bolsillo, cambiá el agua mineral por el agua de red.

Friday, 11 May 2012

Origen y evolución de la atmósfera.

Últimamente la facultad me tiene muy ocupado y no pude actualizar el blog. Pero para mostrar que no me olvidé de este lugar, decidí publicar una versión adaptada de un trabajo práctico que tuvimos que hacer sobre el origen de la atmósfera. Quizás en el futuro le sirva también como recurso a algún estudiante de Cs. de la Atmósfera.

Origen y evolución de la atmósfera.

Se cree que la primera atmósfera de la Tierra estaba compuesta por los mismos gases que conformaban la nébula de la cual se formó el sistema solar hace unos 4,6 mil millones de años (Ga) (1). Estos gases (principalmente Hidrógeno y Helio) escaparon rápidamente hacia el espacio debido al bombardeo de planetesimales y al escape térmico del hidrógeno producido por la aceleración de los átomos causada por la radiación UV (Escape Jeans). La tasa actual de escape de Hidrógeno es mucho menor debido a que en la atmósfera primitiva no existía O2 que "atrapara" al H en H2O, una molécula suficientemente pesada para no poder escapar la gravedad de la Tierra.

Composición isotópica de meteoritos (círculos negros), la Tierra y Marte. Las unidades representan desviación sobre los valores de nuestro planeta. Así la tierra es constantemente cero y valores positivos (negativos) significan mayor (menor) cantidad de ese istótopo (2)
Como la atmósfera se encuentra en un equilibrio dinámico y se "recicla" en períodos geológicamente cortos, no tiene "memoria" de estos tiempos tan antiguos. Los gases nobles, sin embargo, son particularmente inertes por lo que su análisis proporciona evidencias de esta pérdida de la atmósfera primigenia. Por ejemplo, la proporción de los distintos isótopos del Xenón muestran que nuestro planeta tiene una deficiencia de isótopos livianos en comparación con meteoritos, un proxy de la química de la nébula de la que se creó el sistema Solar (2). Esto se explica mediante la existencia del “viento planetario” generado por el escape de la primera atmósfera en el cual los átomos de Hidrógeno empujaron a los otros elementos hacia el espacio en un proceso llamado "escape hidrodinámico".

Evidentemente la Tierra obtuvo una nueva atmósfera luego de esta primera pérdida. El escape hidrodinámico se redujo debido a la reducción de la radiación solar en el UV Extremo y a la reducción de la cantidad de hidrógeno (3). Los impactos planetarios que previamente habían ayudado al escape de la atmósfera ahora sirvieron para devolver elementos volátiles que conformaron la nueva atmósfera junto con la degasificación desde debajo de la corteza. En esta segunda atmósfera los gases predominantes eran el CO2, CO y N2. Durante los primeros cientos de millones de años siguientes es posible que estos compuestos de Carbono representaran una presión parcial de hasta 10 bar produciendo un efecto invernadero con una temperatura de equilibrio de ~86 ºC a pesar de que la radiación solar era un 30% menor que la actual (3).

Sin embargo, la existencia de tan altas concentraciones de CO2 se contradice con el registro geológico. Una presión parcial de CO2 de 3 bar (~70ºC) significaría una lluvia con un pH de 3,7, lo que debería evidenciarse en altísima erosión a nivel global; algo que no se observa en el registro geológico (4). Tan alta temperatura además es difícil de reconciliar con la existencia de glaciaciones.

Perfil vertical de la composición química de una atmósfera primitiva hipotética (3)
Depósitos de Fe evidencian que nuestra atmósfera permaneció anóxica hasta al menos ~2 Ga. Antes de esa época no se observan red beds (depósitos sedimentarios con óxidos de hierro) pero sí se observan depósitos de pirita (sulfuros de Hierro), mineral que se erosiona rápidamente con altas presiones parciales de O2 (3) (2). El paso de una atmósfera anóxica al estado actual muy probablemente haya comenzado cuando la producción de O2 durante la fotosíntesis excedió su desaparición por reacción con H2 de origen volcánico para formar agua (5). Esta teoría sin embargo se contradice con la historia isotópica del carbono. Si realmente hubiera habido un incremento en la producción fotosintética de O2, cabría esperar un aumento en la relación 13C/12C ya que los isótopos de carbono más livianos son favorecidos en la fotosíntesis. No está claro que haya evidencia de esto en el registro histórico (3). Otra fuente de O2 podría haber sido la disociación del H2O por la radiación solar (1), pero este incremento tendría que haber sido lento y es insuficiente para explicar por su cuenta las concentraciones actuales.

Un modelo propuesto por James Lovelock considera que la fotosíntesis apareció muy temprano pero que el O2 producido se utilizaba en la oxidación de los gases atmosféricos reducidos. Como éstos se reponían constantemente por la actividad geológica. la concentración de O2 atmosférica no comenzó a aumentar hasta que las fuentes de gases reducidos no comenzaron a agotarse. (6)

Si bien el CO2 es un componente menor en la atmósfera moderna, la existencia de grandes cantidades de depósitos de Carbono muestra que hay potencial para valores más altos en el pasado. Que la Tierra no experimentara temperaturas bajo cero a pesar de que el Sol antiguo era 30% menos brillante que el actual se puede explicar mediante un efecto invernadero más pronunciado a causa de mayores concentraciones de CO2. Este gas sirve como un “termostato” mediante un proceso autoregulador muy interesante. Un importante sumidero de carbono es la erosión de silicatos, pero esta disminuye con la temperatura, Así, a menores temperaturas se reduce la eliminación de CO2 de la atmósfera y su concentración aumenta, intensificando el efecto invernadero y calentando el planeta. Este nuevo aumento de la temperatura comienza a incrementar la erosión, reduciendo la cantidad de CO2 en la atmósfera. (3). Este proceso sirve para estabilizar la temperatura global durante los cambios en la radiación solar del pasado. La actividad orgánica amplifica la erosión e intensifica el proceso haciendo que responda más rápidamente (6)

Aunque otra explicación de la estabilidad en la temperatura puede ser el metano. En la atmósfera moderna el CH4 tiene un tiempo de residencia en la atmósfera de unos 10 años, pero en una atmósfera anóxica éste sería más bien de 10.000 años. La misma producción de CH4 que actualmente mantiene los niveles a unos 1,6 ppm significaría 1000 ppm en el pasado, causando un fuerte efecto invernadero que podría mantener caliente a nuestro planeta. (5).

Estos mecanismos resaltan la importancia de la biosfera en la evolución de la atmósfera. La historia de la atmósfera parece sugerir que la actividad biológica puede autorregular las condiciones en las que se desarrolla y mantener un equilibrio mediante procesos de retroalimentación negativa. Este fenómeno se denomina Hipótesis de Gaia y agrupa una gran cantidad de elegantes mecanismos de regulación. (6)

En resumen, la composición de nuestra atmósfera ha sufrido enormes modificaciones a lo largo de la historia de la Tierra. Esto se debió tanto a procesos geológicos como biológicos aunque es difícil explicarlos con certeza. La historia del aire es la historia de la vida.


Referencias (link)
  1. Ahrens, Donald. Meteorology Today. 2009.
  2. Gaidos, E. J. and Yung, Y.L. Evolution of Earth's Atmosphere. [book auth.] James R. Holton, Judith A. Curry and John A Pyle. Encyclopedia of Atmospheric Sciences. s.l. : Elsevier, 2003, pp. 762 - 767.
  3. Earth's Early Atmosphere. Kasting, James. 5097, 1993, Science, Vol. 259, pp. 920 - 926.
  4. Atmospheric composition and climate on the early Earth. Kasting, James F. and Howard, M. Tazewell. 361, 2006, Phil. Trans. R. Soc. B, pp. 1733-1742. doi: 10.1098/rstb.2006.1902.
  5. Life and the Evolution of Earth's Atmosphere. Kasting, James F and Siefert, Janet L. 2002, Science.
  6. Lenton, T. Gaia Hypothesis. [book auth.] James R. Holton, Judith A. Curry and John A Pyle. Encyclopedia of Atmospheric Sciences. s.l. : Elsevier, 2003, pp. 815-820.
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