RAYOS CÓSMICOS Y CLIMA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Por una circunstancia fortuita, esta semana he recordado a un profesor que tuve en los años mozos, que me transmitió la inquietud por el clima y sus circunstancias: D. Fermín Gallego Jiménez. En la década de los ochenta, concretamente el 11 de febrero de 1985 era nombrado Jefe del Observatorio Especial de Murcia. Mucho antes, en los años sesenta, impartió Física en la Facultad de Ciencias. Por razones varias tuve relación con él y el Servicio Meteorológico que, presto a las novedades tecnológicas, figuró entre los primeros centros de España que se lanzó a modelar la predicción meteorológica haciendo uso de ordenadores, en aquellos momentos dotados de lectores de tarjetas perforadas que, ahora se recuerdan como antediluvianas, cuando las perforaciones se practicaban con un punzón, haciendo uso de las propias manos.  Bien, como decía, hablamos sobre el tiempo, como modelar haciendo uso de la radiación del cuerpo negro de Planck. Funcionó, razonablemente. Sus colaboradores, fenomenales y entregados a la tarea encomendada, se afanaban por mejorar el tratamiento de los datos y lograban una predicción muy ajustada y por encima de otros profesionales mejor dotados tecnológicamente, en otras latitudes. La predicción de las heladas era vital aquí. Fue un éxito. Ahí se inició mi inquietud por la atmósfera y después por el espacio interestelar. Mi respeto y mi recuerdo.

 

Lo que viene al caso, es la reflexión que me ha inducido el recuerdo que acabo de relatar, en relación con la incidencia relativa de los elementos antropogénicos en la alteración del clima.  Es cierto que, no todo el mundo es sensible a la cuestión que nos ocupa. En muchos casos, por pura ignorancia, muchas veces deliberada. En todo caso, los calificables de sensatos ambientales, si están preocupados por la evolución y la deriva que van tomando los acontecimientos. Quizás, las preguntas más profundas, con respuestas más sorprendentes son, realmente, las más simples de formular. Por ejemplo ¿por qué cambia el clima?, ¿por qué ha cambiado desde siempre? Si lo pensamos bien, calentamientos y enfriamientos globales han existido siempre y, desde luego, con anterioridad a la época industrial. Si es así, hay que aceptar que, además de la componente antropogénica, debe haber otra suerte de explicaciones naturales. Una cosa, no quita la otra. Es bueno tener conciencia ajustada de ambas incidencias, desde luego.

 

Lo sorprendente de este matiz es que los rayos cósmicos galácticos, formados principalmente por protones con energías entre 10^(6) y 10^(18) electrón-voltio, son partículas que provienen de los restos que abandonan las supernovas, debido a la explosión de las estrellas y parece que juegan un papel importante. La razón es que son partículas que tienen una energía suficiente para ionizar el aire, con lo cual, ayudan a la formación de aerosoles, que son partículas cuyo diámetro se encuentra entre 0.001 y 1 micra, tanto líquidos como sólidos suspendidos en el aire, en una concentración típica de entre 100  y 1000 por centímetro cúbico  en un aire sin contaminación. Los aerosoles, cuando son de tamaño, en torno a, 0.005 micras (núcleos de Aitken), ya pueden actuar como núcleos de condensación. Así es que, los aerosoles, a su vez, engrosan los núcleos de condensación de las nubes, requeridos para la formación de las gotas de agua y su condensación genera nubes a baja altura. Como estas nubes tienen como efecto un enfriamiento, el aumento o la disminución de las rayos cósmicos puede significar un decremento o incremento de la temperatura media del globo terráqueo.

 

En 1996, se anunció un descubrimiento espectacular, consistente en que están correlacionados la intensidad de los rayos cósmicos galácticos que inciden sobre la atmósfera de la Tierra con las variaciones de la cubierta de nubes global. Aquí puede estar la clave, que esta conexión,  pueda ser responsable de las correlaciones encontradas entre la actividad solar y el clima. Parece ser que hay evidencia empírica de que sea así. Uno de los referentes es la correlación multimilenial entre la temperatura del Océano Índico reflejada en la relación entre diferentes isótopos de oxígeno encontrados en las estalagmitas en una cueva de Omán y la actividad solar, reflejada en el isótopo del Carbono 14 cosmogénico. En 2008 Shaviv cuantificó esta relación interpretando los océanos como calorímetros que recogen la radiación solar durante un ciclo solar (aproximadamente 11 años) y lo estimó en un intervalo 1 – 1.5 W por metro cuadrado. Resulta ser unas 5 – 7 veces superior que la irradiancia solar  y apunta a un mecanismo de amplificación que puede implicar a las nubes.

 

La cuestión estriba en cual puede ser el mecanismo responsable de la correlación entre los rayos cósmicos y las nubes. Se sugirió que los aerosoles jugaban un papel importante. Hacer crecer los núcleos de condensación podría ser una explicación. En 2006 se publicaron los primeros resultados y ponían en evidencia que cuando aumenta la ionización, aumenta el número de aerosoles pequeños (de tamaño, en torno a, 3 nanometros). Las reacciones no se hicieron esperar apuntando a que si bien se forman partículas de aerosoles en torno a 3 nanometros en el laboratorio, podrían no ser importantes en la atmósfera real, dado que hay suficiente número de núcleos de condensación en las nubes. Esos iones no serían importantes en la formación de los núcleos de condensación como parecía desprenderse de las simulaciones numéricas. Esto daba al traste con la idea de la correlación entre los rayos cósmicos y la formación de nubes. Pero la teoría paso a ser comprobada experimentalmente en una cámara en la que se encerraban 8 metros cúbicos de aire y trazas de otros gases. Una serie de experimentos, confirmaron que los nuevos clusters disminuían suficientemente el crecimiento como para influir en la formación de nubes. Pero otros experimentos, que emplearon rayos gamma ionizantes, dieron como resultado la formación de pequeños aerosoles cuyo tamaño se situaba en torno a unos 3 nanometros, que hicieron crecer los núcleos de condensación de las nubes, contradiciendo las simulaciones numéricas.

 

No contentos con el experimento de laboratorio, que no necesariamente se puede transplantar a la atmósfera real, se intentó comprobar qué ocurría con ejecciones de plasma súbitas, como las que se dan en la corona solar, tratando de dilucidar el papel de los aerosoles y su efecto sobre las nubes a escala global.  Si el plasma eyectado viaja hacia la Tierra, deberían encontrarse decrecimientos súbitos en la medida del valor del flujo de los rayos cósmicos que llegan a la Tierra.  Se miden por horas, acumulando de una a dos semanas.  Se detectaron decrecimientos en el periodo 1987 – 2006 , como una clara respuesta a los aerosoles y a la formación de nubes. La densidad de aerosoles, el contenido de agua de las nubes sobre los océanos, la fracción de agua líquida de las nubes y las nubes bajas detectadas mediante infrarrojo, todas ellas muestran un decrecimiento a los 5-8 días (lo que requiere la formación de las nubes) en paralelo a la disminución del flujo de rayos cósmicos solares.

 

Los rayos cósmicos solares están modulados por la actividad solar. Han podido haber desde hace millones de años variaciones grandes en el flujo de rayos cósmicos. Estas variaciones están relacionadas con los cambios en las supernovas situadas  en las vecindades del Sol y proporcionarían un test independiente de la relación entre los rayos cósmicos y las nubes.

 

Hace más de 90 años que el astrofísico Shapley sugirió que las edades de hielo en la Tierra podrían deberse a encuentros del sistema solar con nubes, en la Vía Láctea. Shaviv  concretó que en el Eón Phanerozoico (últimos 524 millones de años) los encuentros del sistema solar que han tenido lugar, han sido con los brazos de la espiral de la Vía Láctea, ya que orbita en torno al centro de la Galaxia. Pero, como los brazos de la Galaxia son regiones donde tiene lugar la formación de estrellas y, por tanto, las estrellas masivas que llegan a supernovas, son regiones de elevada producción de rayos cósmicos galácticos. Puede parecer improbable, a primera vista, una gran influencia sobre la Tierra de procesos que tienen lugar en el espacio remoto, pero se viene acumulando evidencias y un ejemplo reciente proviene de un cluster de estrellas abierto en las vecindades del sistema solar, a partir del cual se han generado las supernovas de los últimos 500 millones de años. De aquí provienen los rayos cósmicos galácticos energéticos que llegan a nuestro planeta. En los momento en que esto ha ocurrido, es cuando han tenido lugar las glaciaciones, y una explicación plausible es que los rayos cósmicos promovieron la formación de nubes que redujo la insolación en la superficie de la Tierra. En las regiones oscuras de la Vía Láctea, situadas entre las regiones de formación de estrellas,  la Tierra tuvo periodos de calentamiento, muy lejos del actual. Las variaciones en la proporción de supernovas en los últimos 500 millones de años, se correlacionan bien con las variaciones del clima. Esto no invalida, para nada la necesidad de controlar los elementos antropogénicos en la alteración del clima. Describe acciones concomitantes que pueden algún día llegar a dar una explicación cabal de cuanto observamos. La Naturaleza es amplia y larga, nuestra capacidad sigue siendo pequeña y estrecha. Seguimos precisando de la imaginación… y del trabajo. Muchos la emplean para justificarse. ¡Qué pena!