EL VELEIDOSO CLIMA

EL VELEIDOSO CLIMA
Autor: RENÉ GARDUÑO
1
COMITÉ DE SELECCIÓN
Dr. Antonio Alonso
Dr. Manuel Peimbert
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Juan José Rivaud
Dr. Jorge Flores
Dr. Emilio Rosenblueth †
Dr. Leopoldo García-Colín
Dr. José Sarukhán
Dr. Tomás Garza
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Gonzalo Halffter
Coordinadora Fundadora:
Dr. Guillermo Haro †
Física Alejandra Jaidar †
Dr. Jaime Martuscelli
Coordinadora:
Dr. Héctor Nava Jaimes
María del Carmen Farías †
2
Primera edición, 1994
La Ciencia desde México es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que
pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de
Educación e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología.
D. R. © 1994, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ISBN 968-16-4367-4
Impreso en México
DEDICATORIA
A la memoria de mi madre.
3
PRÓLOGO
nubosidad. Ahora tenemos en el modelo
termodinámico los tres principales
mecanismos retroalimentadores: el de
cubierta de hielo y nieve (ya incluido
desde antes), el de nubosidad y el de vapor
de agua.
En mi curso de ingreso a El Colegio
Nacional, en 1975, conocí a René
Garduño, y durante éste nació su interés
por la disciplina que cultivo: la física del
clima, en particular sobre el modelo
termodinámico que yo había creado.
Desde entonces mantenemos una relación
estrecha, no sólo académica sino
institucional y amistosa, y un trato
especialmente intenso de 1978 a 1980,
época en que estuve adscrito a la Facultad
de Ciencias de la UNAM.
Además del efecto climático del aumento
de C02, René participa en otros proyectos
de investigación, como el estudio de la
sensibilidad por el incremento de la
constante solar y la predicción climática a
corto plazo en la República Mexicana.
Producto de estas investigaciones han sido
artículos internacionales, ponencias en
reuniones científicas en el país y el
extranjero, etcétera.
Dirigí sus tesis de licenciatura (física) y de
maestría (geofísica), ambas en la Facultad
de Ciencias. La primera versó sobre las
anomalías de temperatura del océano y la
segunda sobre el efecto climático del
aumento de bióxido de carbono (C02) en la
atmósfera. Este último tema marcó su
carrera académica, ya que desde entonces
constituye su principal proyecto de
investigación.
Otro aspecto de su labor académica es la
docencia, ejercida principalmente en la
Facultad de Ciencias a lo largo de 17 años,
labor que incluye la coordinación de
laboratorios, la elaboración de material
didáctico, diversas asignaturas impartidas
en decenas de semestres y la dirección de
algunas tesis en proceso.
Anteriormente en la Facultad de Ciencias
y desde 1985 en el Centro de Ciencias de
la Atmósfera de la UNAM, René ha
colaborado conmigo en diversas mejoras y
aplicaciones de mi modelo del clima;
destaca un refinamiento progresivo que
llevó a la parametrización analítica del
espectro de absorción de la radiación
terrestre por el C02 y el vapor de agua de
la atmósfera. Por otro lado, retomó una
investigación mía de 1967 y con ella
calculó el perfil de humedad atmosférica
como una función analítica de variables
climáticas
comúnmente
medidas.
Incorporando esta segunda mejora a la
primera, pudimos modelar el efecto
climático de retroalimentación por vapor
de agua. Adicionalmente, introdujo una
parametrización
alternativa
de
la
También destaca su apoyo institucional
tanto a la Facultad de Ciencias y al Centro
de Ciencias de la Atmósfera, como a otras
actividades universitarias y profesionales.
Ejemplos de estas actividades son su
continua participación en comisiones
evaluadoras y académico-administrativas,
organismos colegiados, en el Congreso
Universitario de 1990 (como delegado) y
sus cargos actuales de subdirector en la
Dirección General de Asuntos de Personal
Académico de la UNAM y de secretario
general de la Unión Geofísica Mexicana.
René es, además, un divulgador activo de
la ciencia, especialmente la del clima, por
medio de sus numerosos artículos en
4
periódicos y revistas, conferencias,
programas televisivos, radiofónicos y
entrevistas. Culminación de su afán de
difusión científica es el presente libro que
me complace prologar, por afecto
personal, y porque a través de él comunica
a un público amplio mis investigaciones
sobre el clima desarrolladas a lo largo de
tres décadas y con su colaboración,
durante los últimos lustros.
numerosos discípulos que le reconocen
parte de su formación académica y
humana. Algunos de ellos son ahora sus
colaboradores y amigos.
Este libro seguramente llevará las
enseñanzas de René a un grupo amplio que
sabrá aprovecharlas, sobre todo jóvenes
preuniversitarios que espero capten en su
lectura la emoción intelectual por la
investigación y la ciencia, y que algunos
de ellos queden motivados por nuestra
disciplina, lleguen a formarse en ella y
sigan nuestro camino. Espero, finalmente,
que por este medio trsmita su vital y
acendrado espíritu universitario.
Además, este libro es diáfano, conciso y
ameno; refleja fielmente el conocimiento
que tenemos del clima, y desmiente
errores y aclara confusiones del saber
popular. Cabe mencionar que durante la
realización de esta obra René no descuidó
su deber académico primordial: la
investigación, que enriqueció su labor de
difusor de la ciencia.
JULIÁN ADEM
Quiero resaltar una de sus características
personales, que se manifiesta en esta obra:
su vocación de maestro, cuyo fruto son los
Agosto de1992
5
PRELUDIO
frecuentemente elimino adverbios como
"muy", "aproximadamente", etc., aun a
sabiendas de que incluirlos sería más
correcto. Pido al lector que no tome todas
las afirmaciones como verdades tajantes,
pues algunas son sólo aproximadamente
correctas. También hay imprecisiones
lingüísticas debidas a que prefiero usar el
lenguaje cotidiano.
Muchas cosas que debieran decirse en una
advertencia inicial aparecen a lo largo del
libro. De cualquier manera, quedan otras
también de índole general de las que ahora
me ocupo.
En primer lugar, confieso mis deficiencias
de principiante en la autoría de libros.
Escribir esta obra resultó mucho más
complicado de lo que calculé en mi bisoña
estimación inicial; pensé que tardaría en
escribirlo menos de un año y finalmente
fueron tres. Afortunadamente conté con la
paciencia del Comité de Selección de la
colección La Ciencia desde México.
De no especificarse otra cosa, las variables
climáticas se ejemplifican con valores
típicos, entendidos como su promedio
anual y global. Naturalmente varían
mucho en el espacio y en el tiempo; en
general, no se precisan los rangos en que
oscilan. Los factores secundarios que
intervienen en algún fenómeno no se
aluden cuando se habla de éste, tratamos
sólo los principales. Optar por este camino
obedece a razones de brevedad.
Análogamente, los datos se refieren a la
superficie del planeta, es decir la base de
la atmósfera; el hemisferio sobreentendido
es el norte y la región el altiplano
mexicano.
Este trabajo fue hecho básicamente en mi
casa provinciana durante la mayor parte de
los fines de semana y las vacaciones de ese
trienio. Si bien resultó complicado,
también fue placentero y formativo.
Me esforcé porque fuera lo menos técnico
posible, tratando de evitar los símbolos y
términos especializados, los mapas de
isolíneas o contornos, etc. En particular,
recojo la convicción de Stephen Hawking
de que cada ecuación aparecida en un libro
de divulgación científica abate a la mitad
su demanda.
La palabra estación tiene dos acepciones:
por un lado es una de las cuatro épocas
trimestrales del año y, por otro, la
instalación donde se miden las variables
meteorológicas. Para evitar confusiones, la
uso en su primer significado; cuando se
trata del segundo digo observatorio, que
tampoco es estrictamente correcto.
Excepto cuando se refiere a un periodo
geológico (capítulo II), época significa en
este libro sólo una temporada del año.
Tratándose de un sistema complejo, hacer
un discurso lineal sobre el clima es
igualmente complejo. Por esta razón,
varios de sus procesos aparecen
mencionados más de una vez en diversos
contextos; así, el libro advierte una cierta
estructura helicoidal recurrente. Espero
que ésta no sea reiterativa sino
enriquecedora.
Los epígrafes colocados al principio de
cada capítulo son de autores antiguos,
digamos de hace más de medio milenio.
Me impuse esta limitación a fin de no
A veces, sacrifico la exactitud y los
matices en aras de la agilidad;
6
abrumarme con infinidad de posibles citas
de la literatura de los últimos siglos.
significado coloquial, aclaro que mate es
lo opuesto a brillante y opaco lo opuesto a
trasparente.
Las abreviaturas, siglas y símbolos que se
usan en el libro se aclaran la primera vez
que aparecen. Para no revolverse con su
Ciudad Universitaria, agosto de 1992
7
AGRADECIMIENTOS
A mi amiga SILVIA BRAVO, valiosa investigadora y divulgadora de la geofísica, que me
impulsó a realizar esta obra y revisó críticamente el manuscrito.
Al doctor JULIÁN ADEM, que propició esta labor y también por su gentil prólogo.
El maestro PEDRO MOSIÑO me aclaró dudas y también enriqueció el texto.
Los jóvenes estudiantes y colaboradores PACO H. ACEVEDO y ALEJANDRO SCHMIDT
aportaron meritorios comentarios y sugerencias.
Las discusiones con los ya mencionados y con muchos otros colegas fueron estimulantes y
constructivas.
TETÉ GRIJALVA capturó en TEX el manuscrito y, además, contribuyó a la ortografía y a la
sintaxis.
ALEX AGUILAR, joven físico, participó con ideas y, sobre todo, con las figuras hechas en
el pro grama Metagrafic que él desarrolló.
En diversas tareas me ayudó CARLITOS CARREÓN.
Los aciertos del libro se deben, en buena medida, a todos ellos; los errores son sólo míos.
8
I.
Tabla de contenido
COMITÉ DE SELECCIÓN ......................................................................................................... 2
DEDICATORIA ................................................................................................................................. 3
PRÓLOGO .......................................................................................................................................... 4
PRELUDIO ......................................................................................................................................... 6
AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................... 8
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 12
I. ¿QUÉ HACE AL CLIMA? ............................................................................................................ 15
EL ESCENARIO .......................................................................................................................... 15
EN BLANCO Y NEGRO ............................................................................................................. 17
EL ARGUMENTO ....................................................................................................................... 18
EL ELENCO ................................................................................................................................. 19
LUNA CLARA, PRONTA HELADA .......................................................................................... 21
II. EL CLIMA TIENE SU HISTORIA ............................................................................................. 23
ÉRASE QUE SE ERA .................................................................................................................. 23
UN POCO DE TECNICISMOS ................................................................................................... 24
¿Y LOS DINOSAURIOS? ............................................................................................................ 25
EL ÚLTIMO MILLÓN DE AÑOS ............................................................................................... 28
III. EL CLIMA A LA LUZ DEL SOL .............................................................................................. 31
DE SOL A SOL ............................................................................................................................ 31
SOL Y SOMBRA ......................................................................................................................... 32
A PLENO SOL ............................................................................................................................. 33
LA CARRERA DEL SOL ............................................................................................................ 35
LO AZUL DEL CIELO ................................................................................................................ 37
INVIERNO QUEMANTE ............................................................................................................ 40
COMO BOCA DE LOBO............................................................................................................. 40
LO BLANCO Y LO NEGRO ....................................................................................................... 42
EL GRAN INVERNADERO ........................................................................................................ 44
UNA MALA INVERSIÓN ........................................................................................................... 45
IV. AMPLIFICADORES Y AMORTIGUADORES ........................................................................ 47
LA SERPIENTE QUE SE MUERDE LA COLA......................................................................... 47
LA PUNTA DEL ICEBERG ........................................................................................................ 48
ES INVISIBLE PERO OPACO .................................................................................................... 49
NO SE VA AL INFINITO ............................................................................................................ 52
CALOR Y FRIO ........................................................................................................................... 52
9
SÓLO SE QUE NO SÉ NADA..................................................................................................... 53
ETCÉTERA .................................................................................................................................. 56
V. ¿SE ESTÁ CALENTANDO LA TIERRA? ................................................................................. 57
MÁS VALE MALO POR CONOCIDO ....................................................................................... 57
BUSCANDO CULPABLES ......................................................................................................... 58
EL HOMBRE CÓMPLICE ........................................................................................................... 59
ENTRANDO EN AMBIENTE ..................................................................................................... 61
CALENTANDO EL AMBIENTE ................................................................................................ 61
REGRESANDO A CASA ............................................................................................................ 63
OTROS EXCESOS ....................................................................................................................... 64
LA SEÑAL Y EL RUIDO ............................................................................................................ 65
PARA QUE TANTO BRINCO .................................................................................................... 67
ESCALOFRÍOS ............................................................................................................................ 73
VI. MODELANDO RÍTMICAMENTE ........................................................................................... 75
EL QUE NO CALCULA, ESPECULA ........................................................................................ 75
NADIE SABE CÓMO ALIVIA, TODOS SABEN QUE SÍ ALIVIA .......................................... 76
NUBE EN EL CERRO, SEÑAL DE AGUACERO ..................................................................... 76
LA AFICIÓN AL MODELISMO ................................................................................................. 77
JUNTOS, PERO NO REVUELTOS ............................................................................................. 79
CAMBIANDO DE AIRES ........................................................................................................... 79
MONTADOS EN UN SUBIBAJA, CON MUCHOS DESVÍOS ................................................. 80
EL SUBIBAJA ESTA MONTADO EN OTRO MAYOR ........................................................... 82
TODO ES RELATIVO ................................................................................................................. 84
VII. LA APORTACIÓN MEXICANA ............................................................................................. 86
¿QUÉ PASA? ¿POR QUÉ PASA? ¿QUÉ VA A PASAR? .......................................................... 86
COMPRARLO HECHO O HACERLO UNO .............................................................................. 87
NO CONTROLES ........................................................................................................................ 89
¿Y QUE TAL SI... ? ...................................................................................................................... 91
NUESTRO MODELO .................................................................................................................. 91
OTRAS GENERACIONES Y PRESCRIPCIONES .................................................................... 93
VIII. EL CLIMA PALPITANTE ...................................................................................................... 95
NO HAY PLAZO QUE NO SE CUMPLA .................................................................................. 95
DESDE CHIQUITO...................................................................................................................... 96
DÓNDE, CÓMO Y CUÁNDO ..................................................................................................... 96
INGREDIENTES Y RESULTADOS ........................................................................................... 97
ALGUNOS EXITOS .................................................................................................................... 98
10
QUIEBRO Y TINO ....................................................................................................................... 99
VIDA Y DULZURA ................................................................................................................... 100
IX. EL CLIMA CAMBIANTE ....................................................................................................... 102
VOLCANES QUE ENFRÍAN .................................................................................................... 102
NIÑO CON CHICHÓN .............................................................................................................. 103
LA ISLA DE CALOR ................................................................................................................. 105
LAS APARIENCIAS ENGAÑAN ............................................................................................. 106
¿INVIERNO U OTOÑO NUCLEAR? ....................................................................................... 107
UNA CONSTANTE QUE CAMBIA ......................................................................................... 108
EN ÓRBITA................................................................................................................................ 108
COMO UN TROMPO ................................................................................................................ 109
HORÓSCOPOS DESPISTADOS ............................................................................................... 110
DESNORTEÁNDONOS ............................................................................................................ 111
CLIMA EN ÓRBITA .................................................................................................................. 111
EL MODERADOR Y ELDESMEMORIADO ........................................................................... 112
LA CAUSA DE LAS GLACIACIONES .................................................................................... 112
DE SALIDA ................................................................................................................................ 113
X. MODELOS FUTURISTAS ....................................................................................................... 115
AHÍ ESTÁ EL DETALLE .......................................................................................................... 115
LA UNIÓN HACE LA FUERZA ............................................................................................... 115
BICHOS, YERBAS Y RAYOS .................................................................................................. 116
EL BUEN HOMBRE .................................................................................................................. 117
ECHANDO A PERDER SE APRENDE .................................................................................... 118
MODELOS QUE APRENDEN .................................................................................................. 119
AL FIN EL CAOS ...................................................................................................................... 120
ATRACTORES Y FRACTALES ............................................................................................... 121
GLOSARIO..................................................................................................................................... 124
LECTURAS RECOMENDADAS .................................................................................................. 132
COLOFÓN ...................................................................................................................................... 134
CONTRAPORTADA ..................................................................................................................... 135
11
I. INTRODUCCIÓN
Tus rayos nutren todos los campos y
cuando brillas, viven y crecen para ti.
bajar y comenzaba a recuperarse; este
momento tenía que ser memorable y
ameritaba fiesta, tal vez la más importante
del año. Este día clave del ciclo anual es el
SI y corresponde al (re)nacimiento del
Sol; también tiene connotaciones de
(re)surgimiento de la luz, el fuego nuevo,
etcétera.
Tú creaste las estaciones para que
sustenten cuanto haz hecho,
el invierno para refrescarlo y el calor del
verano para saborearlo.
AKHENATON, Himno a Akon, siglo XIV
a.C.
Previamente, el hombre primitivo había
intuido, acertadamente, que el Sol era la
fuente primordial de la energía y la vida en
la Tierra, y no tardó en darle jerarquía
divina. Posteriormente, la imaginación
creó mitologías muy interesantes que
dieron nombre, vida, imagen y madre al
Sol; así surgieron los dioses de diversas
religiones, nacidos en el SI. Amón Ra en
Egipto, Mitra en Persia, Hércules en
Roma, Frey en Escandinavia, Inti en Perú
y Huitzilopochtli en México, son algunas
divinidades solares.
Pocos se dan cuenta de que nuestro brindis
de Nochebuena, en las fiestas de fin de
año, es en última instancia en honor al Sol,
celebrando el solsticio de invierno (SI).
Esta afirmación podría sorprender a
algunos,
pero
tiene
fundamentos
científicos e históricos.
¿Qué tan universal y antigua es esta
celebración? Pues... tan universal y
antigua que ya existía en la mayoría de los
pueblos desde antes del nacimiento de
Jesucristo, y no por premonición de lo que
iba a suceder en el pueblo de Belén,
Palestina; más bien al contrario, el
cristianismo
superpuso
esta
conmemoración sobre aquella fiesta
ancestral.
Por cierto que Huitzilopochtli (Sol, guerra
y muerte) y Tláloc (agua, paz y vida) eran
los principales dioses mexicas; en la
cúspide del Templo Mayor de
Tenochtitlan había sendas capillas
dedicadas a ellos y sus festividades
coincidían con los solsticios: Tláloc en el
de verano y Huitzilopochtli en el de
invierno.
Viéndolo bien, no es raro que religiones de
diferentes lugares y eras festejen casi los
mismos días del año. Imaginemos la
preocupación (incluso la angustia) que
sentirían los primeros hombres al notar
que en el transcurso de medio año el Sol
salía cada vez más tarde, se metía más
temprano y se levantaba menos sobre el
horizonte; o sea que su luz y calor
escaseaban gradualmente. Sin embargo,
este decaimiento del Sol no era
permanente; en algún momento dejaba de
Bueno, ¿y por qué nuestra celebración es
el 25 y no el 21 de diciembre? Pues,
porque en el Calendario Juliano (vigente
hasta el siglo XVI) el SI era el 25 de
diciembre. Aparte de ajustes calendáricos
y complicaciones históricas, las fiestas
relativas al SI están desperdigadas
alrededor de la fecha exacta, yo creo que
por falta de puntería. Así tenemos que en
12
La meteorología estudia el estado de la
atmósfera en un momento y lugar
determinados, su distribución espacial y su
evolución temporal en cosa de horas o
días; se expresa generalmente por medio
de mapas (también llamados cartas) que
despliegan geográficamente variables
como temperatura, humedad y presión, en
una hora y fecha dados. La información
meteorológica
es
geométricamente
tridimensional, pues las condiciones
atmosféricas
varían
también
verticalmente. Al conjunto de meteoros o
condiciones atmosféricas, materia de
estudio de la meteorología, se le llama
estado del tiempo, tiempo meteorológico o
(simplemente) tiempo. En inglés hay dos
palabras para diferenciar el tiempo
meteorológico del cronológico: weather y
time, respectivamente. Parecería que
estamos en desventaja con nuestro idioma;
pero no es así, el vocablo existe, lo malo es
que no lo usamos: temperie, que equivale
a weather. Empero, la meteorología no
constituye el tema de este libro, sino el
clima y su física, que ahora trataré de
definir.
Europa la Navidad comienza el 6 de
diciembre, día de San Nicolás, antecedente
de Santaclós; en países como Suecia se
tiene un festejo de la luz, asociada con
Santa Lucía, el 13 de diciembre; inclusive
hay un refrán que dice: "Para Santa Lucía
mengua la noche y crece el día." Entre las
fechas retrasadas están la Epifanía (6 de
enero), día en que se conmemoraba el
nacimiento de Jesús durante los primeros
siglos del cristianismo; finalmente, la
Candelaria (2 de febrero) que tiene que ver
con velas y fuego.
Lo anterior ilustra la relevancia del Sol,
que es el motor fundamental del clima en
el desarrollo de la civilización. Al hombre
siempre le ha interesado el clima para
adaptarse a él, aprovechar sus beneficios y
protegerse de sus perjuicios; inconsciente
y paulatinamente lo fue conociendo y
estimó cualitativamente las condiciones
medias que prevalecen en diferentes
lugares y épocas del año; con esta cultura
climática desarrolló la agricultura, su
morada, las ciudades y maneras de vivir,
comer, vestir, etc. Con el transcurso de los
siglos, la adquisición y distribución de
datos climáticos se sistematizaron y
generalizaron, por lo que actualmente se
dispone de información cuantitativa y
confiable.
Clima es el promedio de las condiciones
meteorológicas en periodos del orden de
un mes y mayores. Así, podemos hablar
del clima de diciembre de 1991 en un sitio
determinado, en una región amplia o
incluso el mundo entero, y se representa
con el mapa de la temperatura mensual, la
precipitación (lluvia, granizo, nieve, etc.)
acumulada en el mes, etcétera.
Ya sabiendo lo que pasaba, se quería saber
por qué pasa lo que pasa y, más aún, que
va a pasar. Estas dos últimas preguntas se
responden
convincentemente
sólo
mediante modelos fisicomatemáticos del
clima; actualmente se cuenta en el mundo
con varios de ellos, todavía imperfectos,
pero se trabaja intensamente para
mejorarlos.
Esta definición de clima es un tanto
moderna, pues anteriormente el concepto
se aplicaba solamente a lo que hoy
llamamos condiciones normales o media
climatológica, a saber, el promedio de
muchos años (ortodoxamente, 30) de la
temperie, por época del año. Por ejemplo,
si promediamos la temperatura de fines de
En este punto conviene diferenciar tres
materias: meteorología, climatología y
física del clima.
13
vez unas analogías lo aclaren: fácilmente
podemos calcular la edad promedio (con
años, meses y días) de un grupo escolar,
pero resulta que ninguno de los alumnos
tiene esa edad; algo parecido sucede con el
ingreso económico de una comunidad:
cada quien gana diferente; sin embargo,
puede determinarse el ingreso per cápita.
diciembre, registrada desde 1961 hasta
1990, tendremos la temperatura normal de
esa época.
El estudio del clima medio se llama
climatología y es una disciplina
básicamente descriptiva, que nos dice
cosas como la siguiente para México:
La climatología nos dice cómo es el clima,
pero no nos dice por qué es así y mucho
menos cómo será; para explicarlo y
predecirlo
es
necesario
entender
científicamente las relaciones de causaefecto entre sus variables. Por tratarse de
un sistema físico, esta comprensión sólo es
posible por medio de leyes físicas
expresadas matemáticamente; a esta
representación de la realidad por medio de
relaciones fisicomatemáticas se le llama
modelo y a esta forma de estudiar los
estados y procesos del clima se le
denomina a veces climatología física; yo
prefiero llamarla física del clima (o teoría
del clima).
Enero: la temperatura media mínima
llegará a 3°C. En Toluca, Tlaxcala y
Pachuca helará más de 15 días del mes.
Entre 6 y 8 días con lluvia en Veracruz y
estados del sureste; temperaturas máximas
superiores a 25°C. (...)
Julio: en el norte y en el noroeste seguirán
temperaturas máximas superiores a los
33ºC. En el centro del país las
temperaturas serán templadas, de 19 a
22ºC. Los máximos de lluvia ocurrirán en
Nayarit, Guerrero y Veracruz, con más de
150 mm y 20 días con lluvia en el mes.
(Citado del Calendario del más antiguo
Galván.)
La climatología también se ocupa de
caracterizar geográficamente el clima y lo
hace de acuerdo con su temperatura y su
precipitación; así, habla de una región
cálida subhúmeda, o de una templada seca,
etc. Decir que la climatología es
descriptiva no significa que sea puramente
cualitativa, pues también es cuantitativa:
maneja fórmulas, índices, estadísticas,
etcétera.
Así como la meteorología no va a ser el
tema de este libro, tampoco lo será la
climatología; el interés principal es la
física del clima. Mi propósito es tratar de
exponer, a la luz de los conocimientos
científicos actuales, cómo funciona el
sistema climático.
En el libro se hace hincapié en dos puntos:
por un lado, la aportación mexicana a la
física del clima, personificada por el
doctor Julián Adem y sus colaboradores,
entre los cuales me encuentro, y, por otro,
el efecto invernadero, asunto de gran
actualidad mundial, y que es el tema de mi
proyecto principal de investigación.
En tanto que es un promedio, la media
climatológica (por ejemplo, la fecha de la
primera helada del invierno) es una
abstracción, y prácticamente no se cumple
en ningún año en particular. Como dice el
doctor Rolando García: "Lo único
constante del clima es su variabilidad." Tal
14
II.
¿QUÉ HACE AL CLIMA?
Sale el Sol y el Sol se pone; corre hacia su lugar
y allí vuelve a salir. Sopla hacia el sur el viento
y gira hacia el norte; gira y gira sigue el viento y
torna sobre su ruta. Todos los ríos van al mar y
el mar nunca se llena; al lugar donde los ríos van,
allá vuelven a fluir.
Eclesiastés, 1, 5-7.
II.1.
EL ESCENARIO
AUNQUE el escenario principal del clima
es la atmósfera, éste también actúa en los
océanos y los continentes. De todas las
capas que tiene la atmósfera sólo en la más
baja, llamada troposfera, hay clima. Esta
capa tiene algunas peculiaridades; en ella
está contenida toda el agua atmosférica y,
como la mitad del clima está constituida
por la humedad (en forma de nubes,
precipitación, heladas, etc.), en las capas
superiores de la atmósfera no hay clima.
disminuye uniformemente a medida que se
asciende. El espesor de la troposfera no es
igual en todo lugar y época; en promedio
mide unos 11 km, pero va desde 6 u 8 km
en los polos hasta 15 o 17 km en el
ecuador.
El tope o límite superior de la troposfera se
llama tropopausa. Encima está la
estratosfera, famosa por alojar la capa de
ozono que nos protege de la radiación
solar ultravioleta. Por cierto, en la
estratosfera los vientos soplan de este a
oeste durante 12 meses, y al revés los 12
siguientes; la periodicidad de este
fenómeno no es exactamente de dos años,
pero casi; por eso se le llama oscilación
cuasibienal. Esto es un ejemplo de
diferencia drástica con el clima, cuya
periodicidad es anual. Más allá de la
estratosfera siguen otras capas: mesosfera,
termosfera, etcétera.
Además, la otra mitad del clima —la
temperatura— tiene, en las capas altas, un
significado diferente del climático. Arriba
de los 100 km de altura, la temperatura se
dispara hasta valores entre 200 y 1 500ºC,
y, sin embargo, hace mucho frío; esta
aparente contradicción no es tal: la
temperatura es enorme, pero la atmósfera
es muy tenue (de muy baja densidad) y a
esto se debe que no haga calor; esta alta
temperatura sólo se refiere a la gran
velocidad que tienen las escasas moléculas
de aire.
Ahora bien, el clima no sólo actúa en la
parte gaseosa del planeta. La componente
líquida de la Tierra también lo es del
sistema climático; atmósfera y océano
interactúan térmica, hidrológica y
La troposfera tiene otra característica
importante: en ella la temperatura
15
dinámicamente, o sea que intercambian
calor, agua e ímpetu. El océano es el
principal regulador del clima; éste no se
calienta (o enfría) si previamente no está
caliente (o frío). En el ciclo anual esto es
fácil de ver; el Sol es la fuente primordial
de calor y el día que menos radiación
recibe el hemisferio norte es el 21 de
diciembre; pero ése no es el día más frío
del año; las temperaturas más bajas se
registran hasta fines de enero. El océano es
la causa de este retraso de un mes en la
respuesta del clima al Sol, pues tiene que
perder el calor ganado en verano para que
el clima se enfríe y esto le lleva
aproximadamente un mes. Análogamente
sucede en la época de calor; el día que más
radiación recibe este hemisferio es el 21 de
junio y los días más calurosos del año se
presentan (normalmente) hasta que el
océano reacciona, un mes después. A esta
propiedad de resistirse al cambio de
temperatura se le llama inercia térmica o
capacidad calorífica.
está muy caliente comparado con el agua y
al amanecer aquél está más frío que ésta.
Por las consideraciones anteriores
podemos afirmar que el continente tiene
una
inercia
térmica
despreciable
comparada con la del océano, y esto por
dos razones: por un lado, el calor
específico del agua triplica el del suelo y,
por otro, la capa continental que interactúa
con el clima es diez veces más delgada que
la oceánica.
En el sótano del Observatorio de París, a
28 m de profundidad, funciona un
termómetro colocado allí por Antoine de
Lavoisier (1743-1794), el cual durante dos
siglos ha marcado siempre la misma
temperatura (11.7°C); de hecho, a 10 m de
profundidad, la variabilidad climática es
indetectable. Esto se debe a que el suelo es
muy mal conductor del calor (es decir, su
conductividad térmica es muy pequeña).
Sin embargo, el continente participa en el
clima por otros canales. Uno muy
importante es su color (propiamente,
albedo), pues de él depende la cantidad de
radiación solar absorbida por el suelo, que
lo calienta y luego también calienta al aire.
Otro proceso climático en que la tierra
desempeña un papel relevante es el
intercambio de humedad. El continente
(sobre todo su cubierta vegetal) suministra
vapor a la atmósfera; asimismo absorbe
agua (aportada por la precipitación),
fundamental para la vegetación (agrícola y
silvestre). Además, la humedad del suelo
influye en el albedo superficial de dos
maneras: una directa, que consiste en que
la tierra desnuda se oscurece cuando se
moja y una indirecta al propiciar que surja
vegetación, lo que también altera el
albedo.
El continente también tiene esta
propiedad,
pero
es
insignificante
comparada con el océano; por eso
responde mucho más rápidamente, aunque
no al instante, a los cambios de radiación
solar. Para visualizar esto, examinemos el
ciclo diario de temperatura. El momento
más frío del día normal es alrededor de
media hora después de que sale el Sol; o
sea, hasta que la tierra comienza a absorber
radiación, luego de enfriarse durante la
noche. Por otro lado, y de modo análogo,
la temperatura más alta del día se registra
normalmente unas dos horas (es decir,
como a las 2 p.m.) después de que el Sol
pasa por la cúspide de su trayectoria diurna
(como a las 12 del día); estas dos horas son
las que tarda en reaccionar el suelo, que a
su vez calienta el aire superyacente. Una
alberca ofrece una vivencia directa de lo
anterior: al medio día el piso que la rodea
16
Regresemos al mar para puntualizar
algunas otras cosas. La capa oceánica que
actúa en el clima es muy somera (unas
decenas de metros) comparada con la
profundidad media del océano (3.8 km) y
se le llama capa mezclada en virtud de que
está en constante agitación por las olas, las
corrientes, etc., y por lo mismo presenta
una temperatura verticalmente uniforme; o
sea que el agua tiene la misma temperatura
desde la superficie hasta los 50 o 100 m de
profundidad. Este espesor depende del
lugar y de la época. En el fondo de la capa
mezclada comienza la termoclina; en ella
la temperatura disminuye conforme
aumenta la profundidad. Las capas
oceánicas que subyacen a la mezclada
reaccionan a los cambios térmicos con
siglos o milenios de retraso.
(resultado del aumento del CO2
atmosférico) ya debería notarse como un
incremento de la temperatura; el hecho de
que esto no se registre aun claramente
significa —al parecer— que las capas
profundas del océano están respondiendo
muy lentamente (como debe ser) y, por lo
tanto, retrasando el calentamiento global.
Naturalmente, esta discrepancia entre lo
que calculan y lo observado indica que el
comportamiento del mar no está bien
representado en sus modelos del clima.
Volviendo a la capa mezclada, a pesar de
ser relativamente delgada representa un
gran reservorio térmico (enorme,
comparado con el del continente), que si
no existiera produciría veranos mucho más
ardientes e inviernos mucho más gélidos.
De acuerdo con estimaciones de algunos
investigadores, el efecto invernadero
II.2.
EN BLANCO Y NEGRO
Echemos un vistazo ahora a la formidable
complejidad del sistema climático,
constituido por gran cantidad de
parámetros, variables e interacciones;
ejemplificaré con algunos de ellos,
tratando de que sean los más
significativos.
su rango va desde el microclima (referido
a un valle, una ciudad, un glaciar, un islote,
etc.) hasta el macroclima (a la escala
hemisférica o la global). Entre las escalas
espaciales resaltaremos las intermedias y
mayores, de al menos cientos de
kilómetros, pues los modelos más usados
—incluyendo el nuestro— no tienen
mayor resolución o detalle que en este
orden de magnitud. Por esta razón, aunque
los huracanes abarcan extensiones
horizontales hasta de miles de kilómetros,
no figuran en el clima como sucesos
individuales, puesto que duran menos de
un mes; no obstante, su efecto medio tiene
importancia climática, pues transportan
calor del ecuador a los polos, y este
mecanismo generalmente se incorpora a
los modelos como turbulencia.
En la sección anterior se vio que el clima
tiene lugar en la atmósfera, el océano y el
continente (incluyendo su cubierta
vegetal); para completar el escenario falta
la criosfera, que es la capa de hielo y nieve
que cubre parcialmente océanos y
continentes.
En la introducción especificamos que la
escala temporal de los fenómenos
climáticos abarca un mes o más de tiempo.
En cuanto a la escala espacial diremos que
17
A causa de su tamaño relativamente
pequeño, los glaciares alpinos no tienen
importancia en nuestra escala climática; en
consecuencia, consideramos a la criosfera
como constituida sólo por los casquetes
polares y sus extensiones.
"blancura"), un cuerpo que recibe
radiación eleva más su temperatura. Por
eso, cuando traemos ropa oscura sentimos
más los rayos solares; y un coche negro (de
albedo casi 0) expuesto al Sol se calienta
más que uno blanco (de albedo cercano a
100%).
Antes
de
continuar,
definamos
formalmente el albedo: es la fracción de la
radiación incidente que refleja una
superficie; en cuerpos opacos se absorbe el
resto. Pero cuando se trata de un cuerpo
parcial o totalmente transparente, como la
atmósfera, a lo reflejado y lo absorbido
hay que agregar lo transmitido. Por
ejemplo, el parabrisas de un coche, rebota
hacia fuera parte de la radiación que
recibe, deja pasar al interior otra porción y
el resto se queda en el vidrio y lo calienta.
En el clima tenemos que el continente, el
océano, la criosfera y las nubes bajas son
opacos y no trasmiten la radiación; en
estos casos lo absorbido sí es la resta de lo
incidente menos lo reflejado.
La superficie de la Tierra presenta
diferentes albedos según su naturaleza; así,
el hielo tiene el mayor albedo (hasta 80%)
y el océano el menor (hasta 6%). Por esto,
al variar la extensión del casquete helado
se produce el mayor cambio de albedo de
la superficie. Esta es la principal función
de la criosfera en el clima, aunque también
influye en otros procesos; por ejemplo: el
intercambio de calor y humedad entre el
océano y la atmósfera es muy diferente
cuando está abierto que cuando lo cubre el
hielo; algo parecido pasa en el continente.
Para que la criosfera crezca, la temperatura
debe descender hasta el punto de
congelación; pero esto no basta; sobre el
continente se requiere también agua
(precipitación) para que se emplace hielo
y nieve.
Sólo la parte absorbida de la radiación
calienta a un cuerpo; ni lo reflejado ni lo
trasmitido lo hacen. Por lo tanto, entre
menor sea su albedo (etimológicamente
II.3.
EL ARGUMENTO
absorbido. De lo reflejado, una fracción se
encuentra con las nubes, las cuales
capturan una parte y rebotan el sobrante
hacia abajo... Y así sucesivamente.
El Sol es el motor del clima; su calor llega
al planeta en forma de radiación y su
llegada acciona a la gran máquina térmica
que es el sistema climático. La cantidad de
rayos solares que llega al tope de la
atmósfera depende de la latitud (distancia
angular al ecuador) y la época del año. De
esta radiación incidente, una porción es
reflejada hacia el espacio exterior por la
atmósfera y las nubes; otra es captada por
éstas y la restante alcanza la superficie. De
la radiación que llega a la superficie, una
parte rebota hacia arriba y el resto es
Cada vez que incide radiación en la faz de
un cuerpo, una parte (la reflejada) regresa
en la dirección de procedencia sin ser
aprovechada y el resto (la absorbida)
penetra al cuerpo y lo calienta; ya caliente,
éste emite también la radiación en todas
direcciones. Por ejemplo, una nube lo hace
para arriba (hacia el espacio exterior) y
18
Así, puede verse que los procesos
radiacionales
(llamados
también
radiativos —no radiactivos) son afectados
por la extensión de la criosfera y por la
nubosidad, que es la fracción horizontal
del cielo cubierto por nubes.
para abajo (hacia la superficie), pero esta
radiación emitida tiene características
diferentes a la incidente, de la cual se
originó. Se acostumbra llamar, entre otros
nombres, radiación solar a la proveniente
del Sol, aun luego de varios rebotes, y
radiación terrestre a la emitida por
cualquier elemento del sistema climático
(océano, nubes, etc.) —luego de haber
sido calentado por la radiación solar que
absorbió.
Adicionalmente, el albedo de la atmósfera
aumenta con la cantidad de polvo, cenizas
y aerosoles suspendidos en ella. Esto es
notable en erupciones volcánicas, como la
del Chichón en 1982, que inyectan
materiales hasta la estratosfera, donde
permanecen por años.
Por lo tanto, debemos añadir a la maraña
de intercambios radiacionales descrita
antes, la correspondiente a la radiación
terrestre. V. gr. (verbi gratia ‘verbigracia’,
‘por ejemplo’), de la emitida hacia abajo por
las nubes (calentadas desde arriba por el
Sol), una fracción es absorbida por la parte
de la atmósfera que está entre ellas y la
superficie, y el resto pasa a través de ella y
llega a la superficie, que a su vez... En fin.
Resulta entonces que el albedo planetario
está determinado por lo que hay en la
atmósfera (nubes, aerosoles, etc.) y por las
características de la superficie. Por otro
lado, la transparencia de la atmósfera a la
radiación terrestre depende del vapor de
agua y del C02, y el aumento de éste es la
principal causa del efecto invernadero.
Para complicar más lo anterior debemos
mencionar que una misma faz (por
ejemplo, la superficie del océano) se
comporta de un modo con la radiación
solar y de otro con la terrestre; esto es,
tiene diferente albedo para cada una.
II.4.
Creo que los párrafos anteriores ilustran
grosso modo las interacciones radiativas
básicas del clima y también sugieren su
multiplicidad.
Veamos
ahora
las
principales variables que lo caracterizan.
EL ELENCO
Sin lugar a dudas la temperatura es la
variable fundamental del clima; es la que
más sentimos, la que más cambia y la que
más
lo
caracteriza.
Depende
principalmente del balance de radiación:
contabilidad de la radiación que entra y la
que sale.
asimismo, la temperatura influye en el
movimiento del aire; por ejemplo, cuando
el suelo se calienta, el aire superficial
también lo hace; como consecuencia, su
densidad disminuye y se eleva; el hueco
dejado se llena entonces con el aire más
frío circundante, y esto produce viento;
este mecanismo se manifiesta en los
litorales, con la brisa marina de día y la
terrestre de noche. Algo parecido sucede
con las corrientes marinas y la temperatura
de la capa mezclada del océano.
El viento contribuye a determinar el
campo (o distribución espacial) de
temperatura en la troposfera, pues al llegar
aire frío la temperatura baja. Pero,
19
Adicionalmente, el viento influye en las
corrientes, pues arrastra agua al soplar
sobre ella. Por otro lado, las temperaturas
de la troposfera y la capa mezclada son
interdependientes, pues cada una afecta a
la otra. A escala global, la circulación
general de la atmósfera y las corrientes
oceánicas están determinadas tanto por el
campo térmico latitudinal (la temperatura
disminuye del ecuador a los polos), como
por las fuerzas debidas a la rotación de la
Tierra.
gradiente de temperatura (como el
sensible), sino también de la humedad
relativa del aire; cuanto más seco esté, la
evaporación es mayor. Una vivencia de
este proceso tiene que ver con nuestra
temperatura corporal y la transpiración; al
usar un ventilador (o abanicamos con otra
cosa) nos refrescamos por evaporación: el
viento producido retira sudor de nuestro
cuerpo y con él el calor necesario para
evaporarlo (secar la piel); el calor perdido
por el cuerpo hace que se enfríe. La
ventilación también refresca porque
reemplaza el aire que se calentó al estar en
contacto con la piel, por aire más frío.
En la interfaz océano-atmósfera ocurren
más cosas, a saber: intercambio vertical de
calor sensible y latente. Por ejemplo, si el
agua tiene mayor temperatura que el aire,
aquélla calienta a éste; esto se llama
transporte de calor sensible del océano a la
atmósfera, y es mayor cuanto mayor sea la
diferencia de temperatura (esta diferencia
espacial se llama gradiente); pero este
transporte (vertical) no sólo depende del
gradiente (vertical) de temperatura, sino
que también depende de la velocidad
(horizontal) del viento; el calor pasa del
océano a la atmósfera según esta
velocidad. Este proceso es turbulento y,
por lo tanto, difícil de evaluar.
Otro ejemplo es la razón por la cual un
recipiente de barro conserva más fresca el
agua que uno de plástico o vidrio. El barro
transpira (como nuestra piel); eso significa
que una minúscula cantidad de agua lo
atraviesa; la humedad exterior del jarro se
evapora, aunque no haya viento, sólo por
estar más mojado que el aire; de este modo
se pierde un poco de agua, pero la que
queda se enfría un poco.
Remontándonos a las alturas troposféricas,
encontramos que el vapor se condensa
cuando se enfría; esto puede ocurrir
porque se eleva (acarreado por corrientes
verticales, producidas por el calentamiento
del aire superficial, o al remontar
montañas) y entonces sufre expansión
adiabática, o porque el viento (horizontal)
lo lleva de un lugar cálido a uno fresco. Por
lo tanto, el viento influye también en la
condensación y ésta forma nubes (y
lluvia). Y ya vimos cómo la nubosidad
afecta a la radiación, y ésta a la
temperatura y ... ¡Qué lío!
El transporte de calor latente consiste en
que el agua del mar se evapora y humedece
al aire; se llama latente porque este calor
no se siente en la atmósfera, sino hasta
después, cuando el vapor se condensa,
forma nubes y libera ese calor a la
troposfera. Sin embargo, aunque la
evaporación no calienta inmediatamente al
aire que la recibe, sí enfría al agua que
pierde ese vapor; o sea que el mar pierde
calor al evaporar su agua. Empero, falta un
pedazo de la historia; el transporte de calor
latente no sólo depende del viento y del
20
II.5.
LUNA CLARA, PRONTA HELADA
Un ejemplo cotidiano de condensación se
da cuando el parabrisas del coche se
empaña; el vapor de los pasajeros
(principalmente por su espiración) se
condensa en el vidrio enfriado por la lluvia
exterior. Análogamente, sólo en días muy
fríos "vemos" el aire exhalado sobre todo
por la boca; de hecho, siempre sacamos
vapor al respirar, pero cuando la
temperatura ambiente es muy baja éste se
condensa inmediatamente y lo vemos salir
por la boca; de manera que no estamos
viendo aire ni vapor (pues ambos son
invisibles, además de inodoros e
insípidos), sino pequeñas gotas de agua
como las que forman las nubes.
terrestre se fugue durante la noche y la
temperatura baje.
Hemos explicado el transporte de calor
latente y sensible en la interfaz océanoatmósfera; análogamente sucede en otros
cuerpos de agua, como lagos, canales, etc.
Para el suelo continental el transporte de
calor sensible es semejante; en cambio, el
transporte de calor latente es más
complicado. Cuando la superficie es agua
hay disponibilidad ilimitada de ella para
ser evaporada; pero cuando es suelo (con
todo y su vegetación), el agua es limitada.
En este caso la evaporación depende del
gradiente de humedad entre el suelo y la
atmósfera, e incluso puede llegar a
invertirse el proceso, pues si la superficie
está más seca que el aire, éste cede
humedad a aquélla. Por otro lado, la
morfología del continente (rugosidad,
vegetación, orografía, etc.) difiere mucho
de la de un cuerpo de agua (muy lisa);
presenta un área mayor de la que la
atmósfera puede tomar calor y vapor, pero
también dificulta el flujo del viento y el
transporte de calor (sensible y latente) de
la superficie a la troposfera.
Siguiendo en esta línea, diremos que el
rocío no "cae"; lo que ocurre es que el
enfriamiento nocturno condensa el vapor
que ya estaba en el ambiente y forma
gotas. Este enfriamiento puede llegar hasta
el punto de congelación y entonces
tenemos una helada: no se forman gotas,
sino cristales de hielo, que dan aspecto
blanquecino al paisaje. Puede suceder que
haya tan poca humedad en el aire, que no
alcanza para formar escarcha, entonces lo
que se congela es el agua interior de las
hojas; esto da aspecto negruzco al paisaje;
la gente llama negra a este tipo de helada,
en contraste con la primera, que nombran
helada blanca. Los agricultores temen más
a la negra, ya que la escarcha protege
relativamente a la planta, pues el hielo es
buen aislante térmico, si no, pregúntele a
un esquimal metido en su iglú. Por tanto,
el refrán "Luna clara, pronta helada" tiene
cierta validez: el vapor es transparente,
pero al condensarse —sobre todo con el
frío nocturno— forma nubes, bruma o
calina; por eso la transparencia
atmosférica
generalmente
implica
sequedad, la cual facilita que la radiación
De lo anterior puede vislumbrarse un ciclo
hidrológico en el clima, dado que varios de
los procesos descritos (evaporación,
condensación, etc.) implican intercambio
de agua (materia), además de calor
(energía).
El agua está presente en todo el escenario
climático (océano, continente, atmósfera,
criosfera y nubes); en realidad el agua está
en la troposfera en una cantidad ínfima,
comparada con la del océano o el
continente. Si toda la humedad
atmosférica se condensara y cayera,
quedándose el aire completamente seco, el
21
suelo se cubriría de una capa de agua de
2.5 cm de espesor y el mar se elevaría en
igual cantidad; esto técnicamente se dice
así: el agua precipitable de la atmósfera es
de 2.5 cm en promedio. Naturalmente, ésta
no es nada comparada con el océano, y
también es despreciable con relación al
agua contenida en los casquetes polares;
algunos investigadores calculan que el
aumento de C02 atmosférico en los
próximos 50 años fundirá parcialmente los
glaciares, contribuyendo a elevar el nivel
del mar hasta medio metro.
recurrente del Pacífico ecuatorial) afecta
las lluvias del centro de México.
Bien... Entonces la atmósfera contiene
relativamente muy poca agua; sin
embargo, ésta entra y sale en grandes
cantidades; considere simplemente que la
precipitación global promedio asciende a
50 cm por año, veinte veces el agua
precipitable.
Hasta aquí hemos hablado poco de la
intervención humana en el clima, por
ejemplo en el ciclo hidrológico. Esto
obedece a dos razones: en primer lugar
porque generalmente es más agradable
hablar de la naturaleza cuando no está
alterada por el hombre y, en segundo,
porque (afortunadamente) los efectos
antropógenos sobre el clima son locales
(v. gr., grandes ciudades, presas, etc.) y
pasan inadvertidos en la escala espacial
(hemisferio) y en la resolución (cientos de
kilómetros) consideradas. En posteriores
capítulos aludiremos a la acción humana
en otros contextos climáticos.
En el continente el agua se evapora, se
precipita, humedece y reseca la tierra; es
asimilada y transpirada por las plantas;
incrementa y decrementa lagos, estanques,
etc., y se escurre por las cuencas hasta
formar ríos; otra porción penetra el suelo y
recarga los mantos freáticos, etc., de modo
que la parte continental del ciclo
hidrológico también es importante; y... ni
qué decir de la contribución oceánica.
Horizontalmente, el ciclo hidrológico es
muy dinámico en la atmósfera; en general,
lo que se evapora en un sitio no se precipita
ahí mismo. La humedad viaja lejos y se ve
afectada por agentes distantes; se han
encontrado relaciones como que la
presencia de El Niño (fenómeno térmico
22
III. EL CLIMA TIENE SU HISTORIA
Primavera nueva, en cantos, donde nace el mundo,
donde amores se conciertan, se maridan aves,
y su crin el bosque suelta entre fecundas lluvias.
Pervigilio de Venus. Anónimo. Roma, ca. siglo II
III.1.
ÉRASE QUE SE ERA
COMO la historia geológica se mide en
millones se años, usaremos la unidad
cronológica mega-años, abreviada Ma,
que significa 1 000 000 de años.
correspondiendo a la vida antigua, la
intermedia y la reciente, respectivamente.
A partir del Paleozoico se tienen pruebas
abundantes de la existencia de seres vivos
registradas en rocas, en esa era los
animales más abundantes eran los
invertebrados marinos; durante el
Mesozoico predominaron los dinosaurios
y otros reptiles; y en el Cenozoico
cobraron importancia mamíferos y
árboles. En lo que respecta a periodos
geológicos (en que se dividen las eras)
sólo nos fijaremos en los tres últimos:
Cretácico, Terciario y Cuaternario. El
Cretácico es el último periodo de la era
Mesozoica. La Cenozoica se divide en
Terciario y Cuaternario; este último se
inicia hace 3 Ma y se divide en dos épocas:
Pleistoceno y Holoceno; en este último
vivimos y comenzó hace 10 ka
(análogamente a Ma, ka es la abreviatura
de kiloaños; 1 ka = 1 000 años.)
En la evolución de nuestro planeta
primeramente identificamos dos eones: el
Precámbrico y el Fanerozoico. El
Precámbrico ocupa el 90% del tiempo
geológico, comienza con la formación de
la Tierra hace 4 600 Ma y termina hace 570
Ma; se caracteriza por la ausencia de vida.
Los eones se dividen en eras geológicas,
que a su vez incluyen diversos periodos,
divididos en épocas.
El Precámbrico incluye tres eras: la Azoica
(hace 4 600-2 000 Ma), la Arqueozoica (2
000-1 000 Ma) y la Proterozoica (1 000570 Ma). El Fanerozoico se divide
también en tres eras geológicas:
Paleozoica, Mesozoica (hace 225-65 Ma)
y Cenozoica (que es la actual);
23
Figura II.1. Historia del clima desde la formación del planeta, hace 4 600 millones de años (Ma),
hasta hace 1 Ma. El eje horizontal (tiempo) está en escala logarítmica. Sobre él se muestran las
divisiones geológicas (orden descendente) en eones, eras, periodos y épocas; identificando sólo
las más importantes. Para el eón Precámbrico hay escasa información climática; para el
Fanerozoico se tiene registro de temperatura, ilustrado en el recuadro: es la temperatura, en
grados centígrados, media del casquete polar limitado al S por el paralelo 40° N; se destaca
cuándo ésta fue inferior a la actual (línea gruesa) y cuando fue inferior al punto de congelación
(línea gruesa con fleco). En la parte inferior aparecen cuatro momentos importantes de la
deriva continental y de la desaparición de los dinosaurios.
La historia geológica descrita aparece
esquemáticamente en eones, eras y
periodos, hasta hace 1 Ma, en la figura II.1.
III.2.
UN POCO DE TECNICISMOS
La abscisa (o eje coordenado horizontal)
de la figura II.1 representa el tiempo en
millones de años (Ma). La escala (rayitas
y numeritos) de esta coordenada no es
como se acostumbra; está rara, no es
lineal, o sea, distancias iguales no
corresponden a tiempos iguales. Se trata
de una escala logarítmica (de base 10); en
ella la distancia entre 1 y 10 Ma es igual
que la distancia de 10 a 100 y de 100 a 1
000; esta distancia común se llama ciclo y
cada vez que multiplicamos el tiempo por
24
escala logarítmica, el Terciario abarca un
intervalo apreciable.
10 avanzamos un ciclo en el eje; es decir,
un intervalo del mismo tamaño
corresponde al incremento de una unidad
en las potencias de 10; por lo mismo, el 2
no equidista del 1 y el 3; en cambio el 10
sí está a la mitad del 1 y el 100.
La escala logarítmica tiene otras
peculiaridades; por ejemplo, nunca puede
llegar al origen del eje coordenado, o sea
al cero (en la figura II.1 sería el momento
presente). Veamos: esta figura abarca más
de 3 ciclos en la abscisa (a saber, del 1 al
10, del 10 al 100, del 100 al 1 000 Ma, que
son 3 ciclos; más el ciclo incompleto de 1
000 a 5 000); si extendiéramos la figura a
lo ancho otros 3 ciclos a la izquierda,
llegaríamos solamente a 1 ka, faltarían mil
años aún para la actualidad; con otro tanto
(3 ciclos más) a la izquierda arribaríamos
a un año antes del momento presente, y así
sucesivamente. Necesitaríamos un eje
infinitamente largo para llegar al instante
actual; claro que para fines geológicos
podemos quedarnos tranquilamente hace
mil, o diez años y ya. Eso de intentar
alcanzar el momento presente sólo fue
para ilustrar la imposibilidad de llegar
estrictamente al cero en un eje coordenado
logarítmico.
Bueno... ¿y por qué esta complicación?
Pues... no es gratuita, sino que es
realmente útil, casi indispensable para
representar el tiempo geológico; ya que
estamos interesados tanto en lo sucedido
hace 4 600 Ma (formación de la Tierra)
como en el periodo Terciario (que va de
hace 3 a 65 Ma). Pero el Terciario duró
1/80 de la vida del planeta, de modo que si
hiciéramos una figura que abarcara todo lo
ancho de la página de este libro (13.5 cm)
y en su abscisa pusiéramos el tiempo en
escala lineal en vez de logarítmica (como
está en la figura II.1), su extremo derecho
tendría la fecha de hace 4 600 Ma y el
izquierdo el momento presente (cero
años), el periodo Terciario abarcaría sólo
1.7 mm (casi inapreciable) y el
Cuaternario ocuparía 9 centésimas de
milímetro; en cambio, puesto el tiempo en
III.3.
¿Y LOS DINOSAURIOS?
C02 y poco oxígeno (02); en consecuencia
se tenía un fuerte efecto invernadero y
clima caluroso, semejante al de Venus
(actualmente). En la Arqueozoica, los
océanos dominaban el planeta y hace 1
000 Ma el clima era similar al de ahora; en
el
Proterozoico
se
consolidaron
continentes, aunque migratorios, y hubo
glaciaciones.
La figura II.1 abarca entonces desde la
formación de la Tierra (extremo derecho)
hasta hace 1 Ma (extremo izquierdo) y la
figura II.2 comprende el último millón de
años. En ambas figuras el tiempo avanza
de derecha a izquierda.
En la parte superior de la figura II.1
aparece información climática relevante,
la cual es escasa durante el Precámbrico;
para el Fanerozoico se cuenta con la
evolución de la temperatura terrestre,
encima de ésta se ilustra la disposición
geográfica de continentes y océanos. En la
era Azoica la atmósfera contenía mucho
Hacia el final del Paleozoico estaba la
Pangea,
como
continente
único
emergiendo del océano. En la interfaz de
las eras Paleozoica y Mesozoica había ya
continentes diferenciados, que ocupaban
25
una alta concentración de iridio (elemento
escaso en la corteza terrestre) en los
limites de la estratigrafía entre el Cretácico
y el Terciario. Algunos refutan la
procedencia
cósmica
del
iridio,
considerándolo más bien de origen
volcánico; sin embargo, en 1989 la teoría
cósmica se vio favorecida con el hallazgo
de aminoácidos de aparente origen
extraterrestre en ese lindero geológico. La
mayor debilidad de la teoría consistía en
que el cráter producto del impacto,
estimado en 200 km de diámetro, no
aparecía por ningún lado. Pero en 1990 se
descubrió por fotos de satélite —y
exploraciones posteriores in situ— una
estructura semicircular en la costa norte de
Yucatán, que parece ser la mitad de un
cráter de 180 km, cuya otra mitad estaría
en el mar. Vaya, parece que nuestro país es
la sede del gran golpe. Aún no se tiene la
certeza de que sea efectivamente un "cráter
de impacto", y las investigaciones
continúan.
una quinta parte del hemisferio norte
(HN); en ese momento Europa está unida
a Norteamérica, Asia está cerca, y todas
lejos del polo; África no surge aún. Pero
ya desde hace 12 Ma los continentes y
océanos están repartidos como ahora.
El paso del Mesozoico al Cenozoico
coincide con la desaparición súbita de los
dinosaurios, suceso enigmático que
recientemente parece estarse aclarando. La
teoría más aceptada supone que un
asteroide o un fragmento de cometa de
unos 10 km de diámetro chocó contra la
Tierra, enturbiando drásticamente la
atmósfera con polvo, ceniza y humo
levantados del suelo, lo cual bloqueó la
radiación solar, y la Tierra se enfrió a
temperaturas inferiores a la de
sobrevivencia; murieron las plantas,
escaseó el alimento y sólo subsistieron
pequeños animales que comían poco y
resistían el frío. Esta teoría se apoya
principalmente en el descubrimiento de
26
Figura II.2. Tendencias generales del clima global en el último millón de años. a: temperatura
superficial en la región 0-80º N. b: índice de severidad de invierno para Europa oriental. c:
tendencias generalizadas de la temperatura del aire en el hemisferio norte. d: tendencias
generalizadas de la temperatura de la superficie del mar en latitudes medias. e: fluctuaciones
del volumen global del hielo. En las cinco partes de la figura ordenada es temperatura,
aumentando hacia arriba; a la derecha se indica la variación máxima en el periodo. La abscisa
es el tiempo: en las partes (a) y (b) se fecha en años después de Cristo, en (c), (d) y (e) en miles
de años (ka) antes del presente. (Tomado de U.S. National Academy of Sciences, 1974.)
27
La gráfica que aparece en el eon
Fanerozoico de la figura II.1 muestra la
temperatura promedio, registrada en el
casquete centrado en el polo norte y
limitado al S (Sur) por el paralelo 40° N;
el eje vertical de la gráfica tiene su escala
en grados centígrados (°C); en ella se
marca la temperatura actual de esa parte de
la Tierra (6°C). Observamos que en
algunas épocas pasadas el clima fue más
caliente que ahora y en otras más frío; pero
no podemos afirmar que en las primeras
eras del Fanerozoico la temperatura
oscilara más frecuentemente que en la
III.4.
última (Cenozoica). Debido a la escala
logarítmica, la gráfica es engañosa en ese
aspecto, pues un tramo chico graficado del
pasado remoto equivale a la misma
cantidad de millones de años que un tramo
grande graficado del pasado cercano. En la
gráfica también notamos que antes del
Cuaternario la temperatura del casquete
40-90°N
era
mayor
de
0°C;
posteriormente bajó de 0°C y produjo
congelación en esa porción del planeta: la
Edad Glacial. En la siguiente sección
hablaremos del periodo Cuaternario, las
glaciaciones y la deglaciación actual.
EL ÚLTIMO MILLÓN DE AÑOS
El Pleistoceno es la primera época del
Cuaternario y se extiende desde hace 3 Ma
hasta 10 ka. Esta época se llama la Edad
Glacial; como se ve en la figura II.1, hace
3 Ma la temperatura en el casquete 4090°N era inferior a la de congelación. En
realidad, durante el Pleistoceno hubo
varias glaciaciones alternadas con fases
interglaciales, como puede verse en la
figura II.2(e), que ilustra la evolución del
clima (temperatura) en el último millón de
años. Cada glaciación trae aparejado un
descenso del nivel del mar y viceversa: los
interglaciales implican aumento del nivel
del mar y formación de lagos efímeros.
triplicarse, y en consecuencia el nivel del
mar llegó a estar 100 m debajo del actual.
Una hipotética deglaciación total del
continente elevaría el nivel del mar 40 m,
pero esto no ha sucedido en los últimos 10
Ma; en las fases interglaciales la criosfera
fue menor que la actual y elevó el nivel del
mar 20 m. Estos cambios son sólo
estimaciones,
pues
el
tectonismo
(desplazamientos del terreno) complica su
determinación.
El Holoceno es la última fase interglacial
del Cuaternario; la más reciente glaciación
tuvo su momento más frío hace 18 ka;
desde entonces, el clima presenta un
calentamiento general, como puede verse
en la figura II.2(c). Esta época geológica
se inicia cuando termina la Edad de Piedra
y el hombre se hace sedentario; el
Holoceno es, por lo tanto, el marco del
desarrollo de la civilización. Al principio
de esa época existieron enormes
mamíferos, extintos posiblemente por la
En la Tierra el agua total se distribuye así:
98% en el océano (conjunto de océanos y
mares),
2%
en
el
continente
(principalmente los glaciares) y una
cantidad ínfima en la atmósfera.
Actualmente, el 10% del continente está
cubierto de hielo y nieve (criosfera);
durante el Pleistoceno la criosfera llegó a
28
mano del hombre o por el desplazamiento
de los cinturones climáticos.
Maunder) y la actualidad. La parte (c)
registra las estimaciones de temperatura
atmosférica en el HN desde hace 23 ka,
basadas en las fluctuaciones marginales de
los glaciares polares y alpinos, cambios en
las líneas de árboles y vegetación
detectados por espectro de polen; en este
intervalo la mayor fluctuación térmica es
como de 10°C, entre 18 y 7 ka.
La figura II.2 muestra la evolución del
clima en el último millón de años,
amplificando en cinco pasos sucesivos (de
abajo hacia arriba) el tramo más reciente.
Cada recuadro es una ampliación (más
detallada) de la porción indicada (con la
diagonal) del cuadro inmediato inferior.
Todos los cuadros son gráficas de
temperatura contra tiempo; en cada uno la
temperatura crece arriba, de modo que
abajo es frío y arriba caliente; no todas las
gráficas representan la misma variable,
pero dan idea de lo glacial o cálido que fue
el clima en cada momento.
En la parte (d) se muestra de nuevo la
temperatura atmosférica en el HN durante
los últimos 150 ka, basada en temperatura
del mar en latitudes medias, registro de
polen y del nivel del mar global. La
máxima oscilación es nuevamente de
10°C, con la menor temperatura hace 140
(y también en 18 ka) y la mayor en 123 ka.
En la parte (e) aparece la temperatura
global basada en el volumen total de hielo,
desde hace 1 Ma, estimado por la
composición isotópica de plancton fósil en
muestras profundas del lecho marino. La
mayor oscilación es, otra vez, de 10°C
(equivalente a 50 millones de km³ de
hielo), con mínimo hace 590 ka y el mismo
máximo que en la parte (d) (123 ka).
En las cinco partes de la figura II.2 se
grafican temperaturas, determinadas en
distintos ámbitos y por distintos métodos.
La abscisa de las partes (a) y (b) muestra
la fecha en años después de Cristo; en las
partes (c), (d) y (e) la coordenada
horizontal está en miles de años; la escala
vertical, además de la horizontal, en cierta
forma también aumenta de los cuadros
inferiores a los superiores. A la derecha de
cada uno se indica la magnitud de la
máxima variación de temperatura, o sea la
distancia vertical entre los puntos más bajo
y más alto de la gráfica.
En las partes (c) y (d) se aprecia la etapa
glacial llamada wisconsiniana, que
comenzó hace 75 y terminó hace 18 ka. En
1991 se descubrió que la caldera Toba de
Indonesia protagonizó la mayor explosión
volcánica del Pleistoceno, hace justamente
75 ka. Este suceso telúrico lanzó al aire
miles de km³ de material y dejó un hoyo de
100 km de largo por 30 de ancho. Las
investigaciones sugieren que la glaciación
wisconsiniana fue causada por esa
explosión, al inyectar a la estratosfera
partículas y aerosoles que bloquearon los
rayos solares, principalmente en el HN.
En la parte (a) de la figura II.2 se muestra
la temperatura superficial promediada
cada 5 años sobre la región 0-80°N, desde
1880 hasta 1970. La máxima temperatura
se tiene alrededor de 1940 y desde
entonces disminuye 0.4°C, entre 1880 y
1940 la temperatura difiere 0.8°C. En la
parte (b) aparece el índice de severidad de
invierno para Europa oriental desde el año
800. De entonces a la fecha la mayor
fluctuación climática es de 1.5°C y
corresponde a la diferencia de temperatura
entre fines del siglo XVII (mínimo de
Esta explosión enturbió la atmósfera con
menor intensidad y duración que el cometa
que extinguió los dinosaurios, cuyo efecto
29
se nota en la figura II.1. La gráfica que ahí
aparece no da la temperatura de todo el
globo, sino de una porción de él (el
casquete 40-90°N), fuera de la cual estaría
el centro de la catástrofe (Yucatán, 21°N).
En este capítulo abordamos la
paleoclimatología, que estudia los climas
antiguos por medio de diversas técnicas
geológicas de observación. Disciplinas
como la sedimentología lacustre y marina,
la glaciología (análisis estratigráfico de
glaciares), la dendrología (anillos de
árboles) y la palinología (polen fósil),
proveen datos paleoclimáticos. Una fuente
de información es la composición
isotópica de la biota, los fósiles,
sedimentos, aire atrapado, etc. La del
carbono 14 (isótopo radiactivo del
elemento químico carbono) es una técnica
de fechamiento muy conocida; otra se basa
en que la proporción en que se presentan
los isótopos de un cierto componente del
aire depende de la temperatura ambiente.
Por otro lado, la explosión de Toba —y el
consecuente enfriamiento del planeta—
fue mucho mayor que la del volcán
Krakatoa en 1883; este suceso se alcanza a
apreciar en la figura II.2(a) y se verá mejor
en el capítulo IX.
La figura II.2 termina en 1970; la
información correspondiente a las dos
últimas décadas es parte de los registros
climáticos que van de la Revolución
Industrial a la fecha, y que serán
analizados en el capítulo V
30
IV. EL CLIMA A LA LUZ DEL SOL
¡Oh Shamash, único tú que disipas las tinieblas!
Haces arder el mediodía y haces granar los campos.
Fielmente sigues tu marcha a través de los
cielos y cada día vistes la extendida tierra.
Himno al Sol. Babilonia, siglo VII a.C.
IV.1.
DE SOL A SOL
SEGÚN las creencias antiguas, el Sol era
perfecto e inmutable; incluso las primeras
mediciones indicaban que emitía siempre
la misma cantidad de radiación
(compuesta por luz, calor y otras cosas), a
la cual se llamó constante solar (CS).
Sin
embargo,
esto
no
resultó
completamente cierto; por ejemplo,
sabemos que en lapsos que van de minutos
a horas varía 0.05%, y que de días a meses
la variación es diez veces mayor. Además,
entre 1967 y 1980 aumentó 0.03% cada
año y durante los ochenta disminuyó en
0.02% anual.
Se han encontrado ciertas relaciones, tanto
estadísticas como físicas, entre el clima
terrestre y la actividad solar, de la cual las
manchas son un indicador. Sin embargo,
algunos investigadores, sobre todo del
clima,
consideran
insuficiente
la
causalidad (no casualidad) física.
En promedio, el Sol presenta varias
decenas de manchas, pero entre los años
1645 y 1715 sólo se registraron unas
cuantas esporádicamente. Esta virtual
ausencia de manchas solares se conoce
como el mínimo de Maunder (en honor a
su descubridor, el inglés Walter Maunder).
Durante esos 70 años en que el Sol estuvo
excepcionalmente quieto, no se observó
ninguna aurora boreal y las primeras,
acaecidas después de 1715, alarmaron
enormemente a los nórdicos, pues nadie
había visto una en su vida. Junto con el
mínimo de Maunder se presentó una
alteración del clima, la llamada Pequeña
Era Glacial, documentada principalmente
en Europa. Durante esas siete décadas las
heladas y nevadas invernales se iniciaban
con varias semanas de anticipación y
persistían más de lo habitual, y en varios
inviernos se congelaron ríos como el
Támesis, lo que no se había registrado
antes (ni después).
En cuanto a su perfección, también fue
"decepcionante" encontrar que el Sol tiene
manchas, cuyo número aumenta y
disminuye siguiendo un ciclo que en
promedio dura aproximadamente 11 años,
acoplado con el de inversión de la
polaridad magnética del astro, el cual tiene
un periodo promedio de 22 años. La
polaridad
del
Sol
se
invierte
aproximadamente cada 11 años y este
cambio ocurre durante el máximo de
actividad solar. Por cierto, que las
variaciones de la luminosidad o CS parecen
estar asociadas con este ciclo, aunque
todavía no se dispone de suficientes datos
para demostrarlo.
31
por la atmósfera, el océano y los
continentes) ocasiona que éste responda
con retraso; sólo una alteración de la CS
que persistiera durante varios lustros
produciría un efecto palpable
Por otra parte, las variaciones de la CS
ciertamente afectan el clima, pero son tan
pequeñas que su efecto se pierde entre
muchos otros. Adicionalmente, la inercia
térmica del sistema climático (compuesto
.
IV.2.
SOL Y SOMBRA
Aparte de las condiciones intrínsecas del
Sol, la radiación recibida depende de otros
factores. Uno de ellos es la distancia; por
ejemplo, Venus —que está más cerca del
Sol— recibe mayor radiación y por tanto
es mucho más caliente que la Tierra; con
Marte pasa lo contrario.
consecuencia de la segunda ley de Kepler,
la Tierra se mueve en su órbita más rápido
cuando está cerca del Sol que cuando está
lejos. En realidad, la temperatura global
aumenta casi 1.5°C de enero a julio,
justamente la época en que el Sol se está
alejando. La causa principal de esto es que
el HN tiene más continente (de hecho, lo
doble) que el HS.
Puesto que la órbita de la Tierra es una
elipse, en uno de cuyos focos se ubica el
Sol (conforme a la primera ley de Kepler),
la distancia entre este y aquélla depende de
la época del año; el día que estamos más
cerca del Sol es el 3 de enero1*. De esto
podría deducirse que ese día debiera ser
uno de los más calurosos del año,
conclusión evidentemente falsa: es uno de
los más fríos. La explicación es que la
dirección con que llegan los rayos solares
varía a lo largo del año, por la inclinación
del eje de rotación de la Tierra respecto al
plano de su órbita (véase la figura III.1).
En invierno (enero en el HN, donde
vivimos), los rayos del Sol vienen muy
tendidos y calientan poco. Este efecto es
mucho más fuerte que el debido a la
relativa proximidad del Sol, lo que da
como resultado neto bajas temperaturas.
En general, en las latitudes bajas (cerca del
ecuador) se recibe más Sol que en las altas
(cerca de los polos). No obstante, en
verano el polo recibe más radiación que el
ecuador, principalmente porque no hay
noche y el Sol está todo el tiempo sobre el
horizonte.
De este hecho pudiera inferirse que en
verano el polo tiene mayor temperatura
que el ecuador, lo cual de nuevo es falso;
una vez más, otro efecto sobrepuesto actúa
al contrario y se impone: se trata del gran
albedo. El polo está cubierto de hielo y
nieve, que tienen albedo muy grande, lo
cual hace que la radiación sea reflejada en
su mayor parte y, por tanto, casi no
caliente, pues una superficie se calienta
por la radiación que absorbe. Además, en
las latitudes altas el océano sin hielo
también posee alto albedo, porque los
De lo anterior, parecería que el hemisferio
sur (HS) recibe en el año más radiación
que el HN, pero esto no es así. A
1
Todas las fechas mencionadas pueden diferir de
un año a otro por un día, debido a las correcciones
*por año bisiesto.
32
desierto, tundra, nieve y hielo) y también
de la inclinación con que los rayos inciden
sobre ella. Por ejemplo, el océano
observado desde un satélite es negro y
visto durante una puesta de Sol en la playa
es espectacularmente plateado.
rayos llegan muy tendidos y rebotan casi
en su totalidad.
Resulta entonces que el albedo depende de
la naturaleza de la superficie (v. gr., de
menos a más: océano, selva, estepa,
IV.3.
A PLENO SOL
Quizá los fenómenos climáticos más
evidentes y periódicos que percibimos son
los cambios de estación; éstos se deben a
la manera como se orienta la Tierra
respecto al Sol durante el año, lo cual se
muestra en la figura III.1.
denomina órbita y tiene forma de elipse; al
plano que la contiene se le designa como
eclíptica. El plano ecuatorial y la eclíptica
forman entre sí un ángulo de 23.5°, esta
inclinación se conoce como oblicuidad y
es la misma todo el tiempo y hacia el
mismo lado; o sea, respecto de las
estrellas, el eje de rotación de la Tierra
(que va de polo a polo, perpendicular al
ecuador) siempre está en la misma
dirección y su extremo norte apunta a la
Estrella Polar
Imagine el lector un plano que contenga el
ecuador terrestre, al cual llamamos
ecuatorial; por otro lado, la Tierra
describe un movimiento de traslación
alrededor del Sol en una trayectoria que se
.
Figura III.1. Posiciones de la tierra en su órbita y sus orientaciones respecto del Sol en
los solsticios y equinoccios.
33
libro esté horizontal será cuando más luz
reciba, al inclinarlo habrá menos luz sobre
él e irá disminuyendo conforme lo vaya
empinando;
si
coloca
el
libro
completamente vertical el foco no
alumbrará nada, pues la luz llega por uno
de sus bordes (véase la figura III.2).
Análogamente, el Sol alumbra (y calienta)
más a la Tierra cuanto más arriba aparezca
sobre el horizonte (por ejemplo a mediodía
o en verano).
La oblicuidad es la causa de las estaciones
y ahora veremos por qué. Durante la mitad
de su movimiento de traslación la Tierra
lleva su parte norte inclinada hacia adentro
de la órbita y su lado sur hacia afuera,
mientras que en la otra mitad del año el
norte está hacia afuera y el sur hacia
adentro como se ve en la figura III.1.
Ahora imagine usted que está leyendo
exactamente debajo de un foco; cuando el
Figura III.2. Rayos de luz inciden sobre una superficie que tiene diversas orientaciones:
en la posición a la superficie es perpendicular a los rayos y recibe la máxima
iluminación, la cual disminuye conforme se pasa a las orientaciones b, c y d; la superficie
está en e es paralela a los rayos y estos no la iluminan nada.
verticales al trópico de Capricornio y
horizontales al Círculo Artico; además,
todo el casquete polar limitado por el
Círculo Antártico da hacia el Sol las 24
horas del día y el casquete polar del norte
no lo ve en ningún momento (véanse las
figuras III.1 y III.3).
Aparte del ecuador (cuya latitud es cero)
hay otros cuatro círculos notables
paralelos a él, que son: el trópico de
Cáncer, cuya latitud es de 23.5°N,, el de
Capricornio a 23.5°S, y los dos círculos
polares, el Ártico, a 66.5°N (o sea, 90°23.5°) y el Antártico, a 66.5°S. Nótese que
23.5° es el valor de la oblicuidad, y 90° es
la latitud de los polos.
El 21 de junio sucede lo contrario: es
cuando el polo norte (N) está más ladeado
hacia el Sol; a mediodía sus rayos caen
verticales sobre el trópico de Cáncer y
horizontales sobre el Círculo Antártico; el
El 21 de diciembre es el día en que el polo
sur (S) está más inclinado hacia el Sol; a
mediodía los rayos solares llegan,
34
casquete polar del norte recibe luz del Sol
las 24 horas, mientras que el del sur se
mantiene de noche.
en los hemisferios, de modo que el 21 de
diciembre es el solsticio de invierno en el
HN y el de verano en el HS; el 21 de junio
comienza el verano en el HN y el invierno
en el HS. El equinoccio de primavera en el
HN es el de otoño en el HS y viceversa.
Los días 21 de marzo y 22 de septiembre
ninguno de los hemisferios tiene
preferencia hacia el Sol; a mediodía los
rayos llegan verticales sobre el ecuador y
se van inclinando conforme la latitud
aumenta, hasta ser horizontales en los
polos. En estos dos momentos, llamados
equinoccios, la radiación se reparte
simétricamente en ambos hemisferios.
De aquí resulta también que en el mero
polo cada año hay una sola noche de seis
meses y un solo día la otra mitad del año,
alternándose entre ambos polos; los
equinoccios marcan el amanecer y el
anochecer de estas largas jornadas polares.
De esto se desprende que las estaciones
están invertidas (o recorridas seis meses)
IV.4.
LA CARRERA DEL SOL
menor que 23.5° tiene el Sol exactamente
vertical dos veces al año, momentos en los
que no hacemos sombra al mediodía; más
allá de los trópicos (o sea, al N del de
Cáncer y al S del de Capricornio) el Sol
nunca se halla verticalmente (véase la
figura III.3).
Viendo las cosas desde la Tierra, los rayos
del Sol llegan verticales a mediodía en
distintos lugares según la época del año, o
sea que el Sol "viaja" de N a S entre junio
y diciembre, y de regreso durante la otra
mitad del año; los puntos extremos de este
viaje son los trópicos. Por consiguiente,
cualquier lugar del planeta cuya latitud sea
35
Figura III.3. Incidencia de los rayos del sol (que estaría a la derecha) sobre la Tierra.
Se muestran las direcciones sobre el ecuador, trópicos, círculos polares y polos, en los
solsticios y equinoccios. Las direcciones ilustradas son perpendiculares y tangetes al
horizonte .
en verano hacia el N. Simultáneamente,
entre más al S está el Sol, su trayecto es
más corto, en total asciende poco y
recibimos sus rayos menos horas;
conforme nos acercamos al verano el Sol
se levanta cada vez más (y aumentan las
horas de luz) hasta alcanzar a mediodía el
cenit o cúspide de la bóveda celeste el 16
Para un lugar determinado de la Tierra
(por ejemplo, la ciudad de México)
podemos analizar la carrera del Sol en la
bóveda celeste (véase la figura III.4);
todos los días sale por el este y se mete por
el oeste, y los puntos extremos de su viaje
diurno se desplazan en el horizonte según
transcurre el año: en invierno hacia el S y
36
de mayo; continúa su trayecto y llega a su
extremo N el 21 de junio; de ahí emprende
el regreso, pasando de nuevo por la
vertical el 26 de julio. De hecho esto se
aplica igualmente para cualquier otro sitio
de la Tierra ubicado en la misma latitud de
nuestra ciudad, por ejemplo Bombay
(India) e Hilo (Hawai).
Figura III.4. Trayectoria diurna o carrera del sol sobre la ciudad de México, para los
solsticios, equinoccios y días en que pasa por el cenit.
IV.5.
LO AZUL DEL CIELO
Usted lector, habrá visto fotografías
tomadas por los astronautas en la Luna y
habrá notado que de día el cielo es negro
(excepto las porciones ocupadas por el
Sol, la Tierra, etc.); además, el paisaje
lunar presenta otro contraste: donde da el
Sol es muy brillante (amarillo claro) y en
la sombra es completamente oscuro
(negro). También se dan enormes
diferencias de temperatura entre sol y
sombra, entre día y noche.
Ciertamente, eso se debe a que en la Luna
no hay atmósfera como la que posee la
Tierra, donde hace disminuir los contrates;
pero ¿por qué la atmósfera atenúa la
oscuridad de la sombra? Pues porque los
gases que forman el aire y las partículas
suspendidas en él, principalmente bruma
(también llamada calina) y polvo, reflejan
en todas direcciones la luz solar que incide
en ellas; esta reflexión desorganizada se
llama dispersión, y es distinta de la
37
producida por un espejo, denominada
reflexión especular, en la cual los rayos
rebotados van en direcciones ordenadas
(figura III.5). Esta característica de la
atmósfera (llamada también difusión o
esparcimiento) permite a la luz "doblar
esquinas" y también nos permite ver un
haz de luz cuando la fuente que lo origina
está oculta; así, en el cine vemos sobre
nuestras cabezas los rayos que van de la
cabina de proyección a la pantalla. El
mismo efecto es el que nos permite ver los
haces del Sol que se filtran por los huecos
de una nube que lo cubre; por cierto que
esos rayos parecen abrirse hacia nosotros,
pero realmente son paralelos; los vemos
así por la misma razón que cuando
caminamos por una vía de tren recta
parece que los rieles se juntan a lo lejos,
ésta es la ilusión óptica de perspectiva
(figura III.6).
Figura III.5. Una superficie plana y pulida (izquierda) refleja ordenadamente la luz,
una superficie rugosa (derecha) lo hace desordenadamente y las moléculas de un gas
(abajo) dispersan la luz.
38
Figura III.6. Por efecto de perspectiva, rectas paralelas, como los rieles de una vía,
parecen abrirse hacia nosotros cuando las vemos de frente.
Sin embargo, la dispersión atmosférica no
es pareja para los diferentes colores de luz;
los rayos azules (con menor longitud de
onda) sufren más dispersión que los
demás, por eso el cielo es azul.
según la humedad del aire; cuando hay
bruma, además de la luz azul se dispersa la
de otros colores, dando un cielo
blanquecino; por la misma razón, el Sol,
que en realidad es blanco, lo vemos
amarillento o rojizo, pues el componente
azul de su luz se desperdigó por la
atmósfera y la directa nos llega sin ese
color. Este efecto se acrecienta en la aurora
y al ocaso, cuando los rayos atraviesan
más atmósfera para llegar a nosotros
(figura III.7); asimismo, la contaminación
del
aire
produce
crepúsculos
espectaculares, una gracia entre tantas
adversidades del smog. Durante los años
siguientes a la erupción del Krakatoa en
1883
se
observaron
magníficos
amaneceres y atardeceres en gran parte del
mundo; ¿la causa?, las cenizas volcánicas
suspendidas en la estratosfera.
Por lo tanto, a la superficie nos llega la
radiación solar de dos maneras: directa y
difusa; la primera proviene (con cielo raso)
del pedacito de la bóveda celeste ocupado
por el disco solar, y la segunda de las
demás direcciones. La radiación difusa
proviene del Sol en última instancia, pero
nos llega luego de múltiples rebotes en el
aire, y en otras partículas y objetos; cuando
está nublado (aunque sea parcialmente,
pero con una nube que tapa al Sol) sólo
recibimos la difusa, nada de directa. La
dispersión de los rayos solares aumenta
39
Figura III.7. Tanto en la aurora como al ocaso, los rayos del Sol atraviesan más
atmósfera que al mediodía.
IV.6.
INVIERNO QUEMANTE
En la mayor parte de nuestro país (el
extremo noroeste no, porque tiene clima
mediterráneo) el invierno es seco; en
consecuencia, el cielo es muy azul y la
atmósfera transparente; por eso en
invierno el contraste térmico entre Sol y
sombra es fuerte, la gente dice "No halla
uno para dónde hacerse, el Sol quema y en
la sombra hace frío". La situación se
acerca a la que priva en la Luna: sombra
muy oscura y Sol hiriente; esto se debe a
que la atmósfera deja pasar casi intactos
IV.7.
los rayos solares directos, sin que alcancen
a calentarla y la ínfima dispersión impide
que los rayos lleguen a la sombra; por
ambas razones en ésta hace frío. Además,
a eso de que el Sol "queme" contribuye el
que en invierno está muy tendido y sus
rayos, en vez de caernos verticalmente,
nos llegan de frente a la cara y al cuerpo, y
una mayor cantidad de ellos incide sobre
nuestra piel y ropa que en las demás
épocas.
COMO BOCA DE LOBO
Cualquier objeto, por el solo hecho de
tener una temperatura mayor al cero
absoluto, emite radiación; pero la tercera
ley de la termodinámica establece que el
cero absoluto es inalcanzable, entonces
todo cuerpo radia, cualesquiera que sean
su fase (sólido, líquido, gas o plasma), su
composición química y su temperatura. La
temperatura absoluta se mide en grados
Kelvin (°K) y se obtiene sumando 273° a
la temperatura Celsius, que se mide en
grados centígrados (°C); por lo tanto, el
cero absoluto equivale a -273°C.
A la radiación que emite un cuerpo por
estar caliente se le llama térmica y
depende de la temperatura en dos formas:
por un lado, la cantidad de radiación
aumenta enormemente al calentar el
cuerpo y, por otro, la longitud de onda
40
predominante de esa radiación disminuye
conforme la temperatura aumenta.
fotón es proporcional a su frecuencia, lo
cual va contra la sensación psicológica que
asocia el rojo al calor y el azul al frío, pues
un fotón azul es más energético que uno
rojo; de hecho, una flama azul es
realmente más caliente que una roja.
La radiación térmica está hecha de ondas
electromagnéticas (identificadas también
como fotones), que cuando son visibles las
denominamos luz, que está a su vez
constituida por diferentes colores,
formados del rojo al violeta, según su
longitud de onda, de mayor a menor.
Cuando todos los colores se presentan
juntos la luz es blanca, y su ausencia total
da negro. La radiación con longitud de
onda mayor que el rojo es invisible (para
el ojo humano) y se llama infrarroja;
conforme la longitud de onda sigue
creciendo aparecen las microondas y las de
T.V. y radio. Si la longitud de onda es
menor que la del violeta tampoco es
visible y se llama ultravioleta; más allá
quedan los rayos X y los . Toda esta
radiación
constituye
el
espectro
electromagnético.
Llamamos región visible del espectro
electromagnético a la que capta el ojo
humano; algunos animales ven en otros
intervalos de frecuencias, que pueden
incluir el infrarrojo, y esto contribuye a
que puedan ver en la oscuridad.
Análogamente, una película fotográfica no
tiene por qué tener la misma sensibilidad
espectral
que
nuestros
ojos;
artificiosamente se elabora una que trata
de captar todos los colores de la manera
más parecida a como los ve el hombre;
para ciertos fines científicos y técnicos se
usa película infrarroja, sensible a esa
región espectral.
Hemos llamado radiación térmica a la
emitida por los cuerpos por el solo hecho
de estar a más de 0°K; pero este concepto
tiene además otra connotación un poco
diferente: es uno de los tres mecanismos
físicos de transmisión del calor. Los otros
dos son la conducción y la convección, por
las cuales el calor se transporta a través de
un medio material; además, en la
convección el material se desplaza, pero
eso sólo se da en los fluidos (líquidos y
gases).
Al emitir radiación, los cuerpos lo hacen
en varias localidades del espectro; los
gases emiten fotones cuyas longitudes de
onda están salteadas en el espectro
electromagnético (propiamente llamadas
líneas), los líquidos lo hacen por zonas
espectrales (bandas) y los sólidos en todas
las longitudes de onda (continuo), o sea en
el espectro completo; en la emisión de los
sólidos hay una longitud de onda
predominante, en cuya vecindad se emite
la mayor parte de su radiación total.
Sin embargo, en meteorología la
convección (transporte de calor acarreado
por el aire) se separa en dos partes:
advección, referida al movimiento
horizontal, y convección, que es la
transferencia vertical de calor por
movimientos ascendentes y descendentes
del aire. De modo que la convección
atmosférica es sólo el componente vertical
de la convección física. También en
Otra variable que caracteriza a la radiación
electromagnética (como a cualquier otra
onda) es su frecuencia, que es
inversamente proporcional a la longitud de
onda; así, una longitud doble significa la
mitad de la frecuencia. En consecuencia, la
radiación ultravioleta tiene mayor
frecuencia que la visible y la infrarroja,
menor. Por cierto que la energía de un
41
oceanografía se habla de advección: el
transporte de calor por corrientes marinas.
confundirse este concepto con el de hoyo
negro, introducido por la teoría de la
relatividad general. Estrictamente, el CN es
una abstracción teórica, pero hay objetos
cotidianos que se le aproximan,
principalmente una cavidad oscura, una
"boca de lobo" según el dicho popular. Se
puede confeccionar fácilmente un CN con
una caja cerrada hecha de material (por
ejemplo cartón) de color negro, a la cual se
le perfora un agujerito en una de sus caras;
ese hoyo es realmente un CN y al
compararlo con la pared circundante (de
color negro) se puede comprender la
negrura a que se refiere el concepto físico.
Un agujero así se traga cualquier radiación
que le llegue; claro que de él también sale
radiación (en esto difiere del hoyo negro
cosmológico), pero ésta de ninguna
manera es reflejo de la que entró, sino que
es (luego de muchos rebotes) la emitida
por sus paredes interiores; o sea que los
fotones que salen son distintos de los que
entraron, los cuales fueron absorbidos
(también al cabo de algunos rebotes) por
las paredes y las calentaron.
Efectivamente, el calor del Sol llega a la
Tierra por el mecanismo de transferencia
llamado radiación, pues el espacio
intermedio está casi vacío, ocupado sólo
por un plasma de muy baja densidad. Aun
en casos en que hay materia de por medio,
la transmisión radiactiva del calor puede
prevalecer; así sucede con las fogatas y las
chimeneas. Dése cuenta, lector, que, si
estamos de frente a ellas, en la cara se
siente mucho más calor que en la nuca, y
que incluso llega a sentirse frío por atrás;
este ardor facial se bloquea fácilmente con
cualquier barrera opaca —hasta un
papel—. Por la misma razón los pollos
deben estar girando para un buen
rostizado.
Aunque la radiación térmica abarca todas
las longitudes de onda, sólo un intervalo de
espectro
electromagnético
produce
sensación de calor y, a veces, se reserva
para ese intervalo la denominación
radiación térmica; ésta va del infrarrojo al
ultravioleta, pasando por el visible. Por eso
un foco (bombilla de filamento) calienta,
además de alumbrar; uno de 100 watts
produce tanto calor como el cuerpo de una
persona adulta.
Por carecer de humedad en el suelo y en el
aire, un desierto se parece a la Luna en
tanto que hay poca dispersión de la luz por
la atmósfera y escasa inercia térmica; por
esto último, un desierto es extremoso:
ardiente al mediodía y gélido en la noche.
Por otro lado, y asemejando al CN, un
objeto de color oscuro absorbe y emite
radiación más eficientemente que uno
claro. Juntos, ambos mecanismos dan
lugar al siguiente récord: algunas rocas
oscuras del Sahara experimentan cambios
de temperatura, entre el día y la noche, de
hasta 80°C.
Ahora bien, la habilidad de una
determinada superficie para absorber
radiación es igual que su capacidad para
emitirla; ambas dependen del color
(albedo), rugosidad y otras características
de dicha superficie, y de la longitud de
onda de la radiación. Se le dice cuerpo
negro (CN) al que absorbe (y emite) toda
la radiación que incide en él, pero no debe
IV.8.
LO BLANCO Y LO NEGRO
42
En el capítulo I dijimos que en el clima hay
dos tipos de radiación: solar y terrestre; la
primera es primordialmente de onda corta
o alta frecuencia y la segunda de onda
larga o baja frecuencia. En el espectro
electromagnético
son
prácticamente
ajenas; la solar se ubica principalmente en
la parte visible del espectro, con algo de
ultravioleta y menos de infrarrojo;
mientras que la terrestre es exclusivamente
infrarroja. La superficie del Sol (llamada
fotosfera) emite como un CN a unos 6000
K, por lo que su pico de emisión está en el
color amarillo. En cambio, la temperatura
en que se emite la radiación terrestre es
como veinte veces menor y, por lo tanto,
la longitud de onda de su pico es veinte
veces más larga.
onda larga, por cierto centrado en la
longitud de onda correspondiente al pico
de emisión de un CN a temperaturas
terrestres. Esta selectividad espectral de la
atmósfera es, por un lado, la causa del
efecto invernadero y, por otro,
determinante
de
la
observación
astronómica, la cual dispone sólo de dos
ventanas atmosféricas, para las que fueron
diseñados los telescopios ópticos y los
radiotelescopios,
mientras
que
la
astronomía de rayos X, por ejemplo,
depende de detectores montados en
cohetes y satélites que funcionan fuera de
la atmósfera.
Definamos formalmente el espectro: es la
distribución de la intensidad de radiación
en función de la longitud de onda; es decir,
un espectro describe cuánta energía se
emite (o absorbe) en cada longitud de
onda. La radiación terrestre tiene la
configuración característica del espectro
de un CN a temperaturas propias de la
Tierra, del orden de cientos de grados
Kelvin. Esta radiación es infrarroja, por
ende, invisible, de modo que un CN a
temperatura ambiente es realmente de
color negro. Pero no es así a temperaturas
mayores. La radiación del CN (tanto en
cantidad emitida como en longitud de onda
predominante) depende de la temperatura,
y sólo de ella. Para temperaturas de hasta
algunos cientos de grados Kelvin la
radiación del CN es invisible; al calentarlo
más, comienza a notarse a la vista en un
tono rojizo oscuro; a temperaturas
mayores va tomándose rojo, amarillo...
blanco. Al mismo tiempo que disminuye
su longitud de onda, la cantidad de
radiación emitida crece enormemente
conforme la temperatura del cuerpo
aumenta; esto se ilustra comúnmente con
el hierro candente.
Varios elementos del sistema climático se
comportan aproximadamente como CN
para la radiación de onda larga; tal sucede
con el océano, las nubes y el continente;
sin embargo, su albedo, que generalmente
se refiere a la radiación de onda corta, no
es cero. Por su parte, la atmósfera tiene un
comportamiento espectral diferente:
selectivo, según la longitud de onda.
Comencemos por la radiación solar: la
atmósfera es transparente a la luz visible y
deja pasar bien las microondas y las ondas
cortas de radio, pero el vapor de agua
absorbe el infrarrojo y la ionosfera refleja
(hacia el espacio exterior) las ondas de
radio mayores; el ozono estratosférico
absorbe casi todo el ultravioleta, el cual
ioniza los átomos; los componentes
espectrales de menor longitud de onda
(rayos X y ) son también absorbidos por
moléculas y átomos atmosféricos. Sin
embargo, los rayos, de origen cósmico y
muy alta energía, sí penetran hasta la
superficie. En cuanto a la radiación
terrestre, la atmósfera es muy opaca
(funciona casi como CN); pero tiene una
"ventana" o intervalo de transparencia en
43
onda larga, no actúan como tales para la de
onda corta; tienen albedo mayor que cero;
por ejemplo, las nubes son muy blancas y
reflejan buena parte de la radiación solar.
Pero no hay que confundir: tanto el Sol
como las nubes tienen apariencia blanca,
pero de naturaleza muy distinta; el Sol
emite radiación blanca, las nubes reflejan
la radiación blanca que viene del Sol y
ellas mismas están a unos 260°K; a esta
temperatura emiten radiación, pero ésta de
ningún modo es blanca, sino infrarroja
(invisible).
Un CN a 6 000°K tiene un espectro de
emisión casi centrado en el visible; en
consecuencia, la luz resultante es blanca.
La superficie del Sol está a esa
temperatura y se comporta como CN;
entonces, la luz que emite es blanca. Por lo
tanto, a temperaturas de miles de grados
Kelvin un CN no es de color negro, sino
blanco.
Las nubes y la superficie de la Tierra, que
se portan como CN para la radiación de
IV.9.
EL GRAN INVERNADERO
Hemos dicho que la atmósfera (sin nubes)
es casi transparente a la radiación de onda
corta y muy opaca a la de onda larga; en
consecuencia, la radiación que proviene
del Sol llega casi intacta a la superficie de
la Tierra (océano y continente), pero gran
parte de la emitida por la superficie queda
atrapada
en
la
atmósfera.
Los
componentes del aire responsables de esta
opacidad atmosférica son principalmente
el vapor de agua y el bióxido de carbono o
anhídrido carbónico (C02). El primero
forma parte del aire en una fracción que
disminuye rápidamente con la altura (de
hecho, fuera de la troposfera está ausente)
y el segundo constituye una fracción
constante en todos los niveles; pero como
el aire mismo se atenúa conforme uno sube
en la vertical, entonces el C02 también
decrece con la altura (aunque más
despacio que el vapor de agua).
diferencial: las capas inferiores se
calientan más, por estar más cerca de la
superficie emisora y por tener mayor
concentración de los gases que atrapan
esta radiación; las superiores se calientan
menos por estar más lejos de la superficie
radiante, por recibir atenuada la radiación
—absorbida en la capa intermedia— y por
tener menor concentración de gases
absorbedores.
Una burda analogía de esto es la siguiente.
Alguien está durmiendo con cinco cobijas
encima; si llamamos primera a la que toca
la sábana y quinta a la colcha, tenemos que
al meter la mano entre la primera y la
segunda sentimos más calor que entre la
cuarta y la quinta; es decir, las cobijas se
calientan por abajo, el calor cedido por el
durmiente va de la primera a la quinta y la
temperatura disminuye en ese mismo
orden. Este efecto se acentúa si (como pasa
en la troposfera), la primera cobija es más
gruesa que la segunda, ésta más que la
tercera, etc.; de manera que la atmósfera es
la cobija de la Tierra y la mantiene en una
temperatura confortable, propicia para la
vida.
Lo anterior implica que la radiación de
onda larga, que sale de la superficie y se
eleva a través de la atmósfera, se va
quedando en ella, más en los niveles bajos
y menos en los altos. O sea que la
atmósfera no se calienta de arriba (por el
Sol), sino de abajo (por la radiación
terrestre); además, este calentamiento es
44
Sin embargo, la atmósfera no está quieta ni
estratificada en capas fijas; por
convección, el aire superficial asciende;
simultáneamente, el hueco dejado se llena
con aire que desciende. Este proceso es
continuo y suave, pero a veces es violento;
ejemplo visible se da en época de aguas,
cuando luego del mediodía se forman
cúmulo-nimbus (nubes de desarrollo
vertical), presagio de aguacero; por eso es
más común que llueva de tarde que de
mañana, ya que la elevación del aire hasta
alturas donde se condensa y precipita es
consecuencia del calentamiento del suelo.
Claro que muchos otros mecanismos
producen lluvia; incluso puede suceder lo
opuesto, que llueva en la madrugada,
momento de mayor frío, y no hay
contradicción, pues en ambos casos se
debe a la convección; en el primero (lluvia
vespertina), se calienta la atmósfera por
abajo, y en el segundo se enfría por arriba
—mecanismos equivalentes.
disminuyendo uniformemente: por cada
kilómetro que uno sube la temperatura
baja 6.5°C. A esta tasa de decremento
(6.5°/km) se le llama gradiente térmico, y
es casi igual en todos lados y en todo
momento.
No estamos diciendo que la temperatura
sea igual siempre y dondequiera, sino que,
independientemente de la temperatura
registrada en un punto e instante, 1 km
encima el aire está 6.5°C más frío, a los 2
km es 13°C más frío, etc.; o sea que la
temperatura de toda la troposfera cambia
junto con la del aire superficial, según pase
el tiempo o nos movamos de un lugar a
otro. Esta simplificación es muy
aproximada a la realidad, y suponerlo en
los modelos atmosféricos da buenos
resultados.
El hecho de que la atmósfera deje pasar la
radiación solar y bloquee parcialmente la
terrestre da lugar al llamado efecto
invernadero
(normal);
pero
esta
denominación es inexacta, pues el calor
atrapado por un invernadero es más bien
consecuencia de que el techo impide la
circulación vertical del aire entre el
interior y el exterior, inhibiendo la
convección.
Pensaría uno que esta amalgama de
procesos radiacionales y convectivos,
además de la advección atmosférica y
otros fenómenos, daría por resultado un
perfil térmico vertical muy complicado y
cambiante, pero no es así; en la troposfera
resulta que la temperatura varía con la
altura de un modo muy simple,
IV.10.
UNA MALA INVERSIÓN
El gradiente térmico se observa
claramente cuando uno viaja de la ciudad
de México (D.F.) a Cuernavaca: mientras
uno sube, hace más frío, hasta llegar a Tres
Marías, luego va haciendo más calor
conforme uno baja. Esto ilustra que la
temperatura disminuye al aumentar la
altura, y aunque esto es lo normal, a veces
pasa lo contrario; en lugares muy fríos,
como por ejemplo en los polos todo el
tiempo y en el D.F. durante las mañanas de
invierno, la temperatura del suelo baja
tanto que a su vez enfría al aire superficial
al grado que éste está más frío que el aire
superior; entonces la temperatura aumenta
con la altura; es decir, el gradiente térmico
se voltea, a esto se le llama inversión
térmica (IT).
45
Bueno, ¿y por qué se enfría el suelo?
Porque la superficie siempre está
emitiendo radiación, aunque no la reciba
del Sol; y lo hace porque tiene calor
guardado, pero al irradiar pierde esta
reserva y se enfría; además, va a enfriarse
más entre menor sea su reserva de calor o
entre mayor sea el tiempo que ha estado
sin recibir Sol. Esta reserva se abate en las
largas noches de invierno y en la enorme
noche polar; adicionalmente, en los valles
(como el de México), el aire frío de las
montañas que los rodean se escurre por las
laderas en la noche y refuerza la IT.
enfermedades, y puede ser fatal si dura
varios días; normalmente en el D.F. dura
unas cuantas horas, porque al levantarse el
Sol y calentar la superficie, se rompe la IT.
Tenemos la ventaja de estar en una latitud
baja, lo que significa que —aún en
invierno—
el
Sol
se
eleva
considerablemente y está presente durante
varias horas al día; además el cielo
invernal es normalmente raso; en ciudades
en las que la IT ha sido fatal, el Sol se
eleva poco y durante pocas horas del día,
o está nublado. Tenemos, sin embargo,
una fuerte desventaja: la altitud del D.F.
(mucho mayor que la de aquellas
ciudades), que hace que nuestra atmósfera
sea tenue de por sí, escasa de oxígeno; de
manera que el aire puede llegar a ser letal
con menos contaminantes que en las otras
urbes, lo cual implica que una IT en el
D.F. puede causar muertes, aunque dure
menos. Los episodios trágicos más
sonados son los siguientes: uno en el valle
de Meusa, Bélgica (1930), y otro en
Danora, Pennsylvania (EUA, 1948), con
decenas de muertos en cada uno; en
Londres, Inglaterra, uno en 1952 y otro en
1956, con miles de decesos. Nuestro país
no se salva: en 1950 la toxicidad
atmosférica causó más de 20 muertos en
Poza Rica, Veracruz.
Esto último se debe a otro fenómeno
físico, que es el causante del peligro
contaminante de una IT; como ya se dijo,
el aire caliente inferior sube y el frío
superior baja; esto es lo normal, pero
cuando hay IT el aire frío (pesado) está
abajo y allí se queda, y el que está encima
es más caliente (ligero) y se bloquea la
convección vertical de la atmósfera. En
condiciones normales, la convección
dispersa (hacia las alturas) el esmog que se
acumula en lugares como el D.F.; sin
embargo, en una mañana de IT los
contaminantes producidos la víspera no se
van, quedan atrapados abajo y a ellos se
añaden los que se producen en el nuevo
día. De modo que la IT sólo es peligrosa
cuando hay contaminación; en los valles
rurales también se presenta, pero allí les
tiene sin cuidado.
No hay que confundir la IT con el efecto
invernadero (posiblemente la confusión
viene de tener ambas expresiones la raíz
"inver-"), pues en algunos aspectos son
exactamente lo contrario.
Ahora bien, ¿qué tan peligrosa es la IT en
el D.F.? Bueno, pues causa molestias y
46
V. IV. AMPLIFICADORES Y
AMORTIGUADORES
El oscuro nubarrón parece un corcel negro,
al que el relámpago alborota las crines cenicientas.
Los vellones que el viento arranca de él,
son bandadas de picazas que levantan su trote.
El sol lo arrea para alejarlo, y pone un cojín de luz sobre su silla.
Qasida en qaf, MARWAN IBN ABD AL-RAHMAN, ca. 963-1009
V.1.
LA SERPIENTE QUE SE MUERDE LA
COLA
EL SISTEMA climático incluye varios
procesos que refuerzan o amortiguan las
fluctuaciones y los cambios del clima. Se
llaman mecanismos retroalimentadores o
forzamientos internos; cuando su efecto es
amplificar se llama retroalimentación
positiva, cuando es atenuar se denomina
negativa.
escasamente la radiación incidente y casi
no se calienta. Además, el frío produce
hielo y nieve, entonces la criosfera crece;
en consecuencia, el albedo superficial
aumenta, pues el continente y sobre todo
el océano, desprovistos de hielo y nieve,
tienen un albedo pequeño. De manera que
donde antes se absorbía mucha radiación
del Sol, ahora ya no, y se presenta una
merma de calor; tenemos entonces que una
disminución de temperatura ocasiona un
enfriamiento adicional por expansión de la
criosfera. O sea que frío genera frío.
Los principales de estos mecanismos se
deben a la criosfera, a las nubes y al vapor
de agua; el signo del segundo es incierto y
los otros dos son positivos. Como puede
verse, los tres resultan del agua en sus
diversas fases: sólida, líquida y gaseosa.
Recíprocamente, si se da un aumento de
temperatura, la criosfera se funde, el
continente y el océano quedan
desprovistos de ella, el albedo disminuye,
se absorbe más radiación y la superficie
registra un calentamiento extra. El calor
provoca calor.
Como ya se dijo, se llama criosfera a la
cubierta conjunta de hielo y nieve que
ocupa parcialmente continentes y océanos;
se refiere primordialmente a los casquetes
polares, pero comprende también los
glaciares alpinos.
En conclusión, un calentamiento o
enfriamiento originales se refuerzan,
respectivamente, por contracción o
expansión de casquetes y glaciares; por lo
La criosfera es blanca y brillosa, sobre
todo cuando la nieve y el hielo están
nuevos; o sea que su albedo es alto
(cercano a 100%). Por lo tanto, absorbe
47
tanto, el efecto de retroalimentación de la
criosfera es positivo.
temporales de hielo y nieve en invierno;
esto no ha sucedido en los casquetes
polares, pero sí en los glaciares situados en
las montañas. Cuentan que hace unas
décadas a los técnicos de una fábrica de
papel asentada en las estribaciones del
Iztaccíhuatl se les ocurrió dinamitar un
glaciar
para
suministrarse
agua;
efectivamente, ésta se dejó venir
torrencialmente
pero
el
glaciar
desapareció para siempre.
De hecho, los glaciares crean su propio
clima; es decir, hay hielo porque hace frío,
pero lo inverso es igualmente cierto: hace
frío porque hay hielo. Es más exacto decir:
"en los polos hace frío porque hay
casquetes", que "hay casquetes porque
hace frío". En efecto, los casquetes polares
son un remanente de las glaciaciones
ocurridas en el Pleistoceno (la última hace
18 ka); si alguien descongelara los polos o
—más bien dicho— si por medios
artificiales los casquetes fueran derretidos,
éstos no se volverían a formar,
desaparecerían para siempre (hasta que
hubiera una nueva glaciación) La
destrucción de un glaciar es irreversible;
después sólo se formarían mantos
V.2.
Ecocidios como éste, junto con la
contaminación térmica del valle de
México, que produce una "isla de calor",
han hecho que año tras año las nieves
"eternas" de nuestros volcanes se
replieguen
hacia
arriba,
dejando
descubiertos extensos arenales.
LA PUNTA DEL ICEBERG
Se dice que la vida surgió en el mar y que
el agua es el principal constituyente de los
seres vivos. Una caricatura muestra a un
extraterrestre, caído en el desierto, que se
arrastra
clamando:
¡amoniaco...
amoniaco... ! Sería posible que existiera
una vida basada en cosas raras como el
amoniaco. Ciertamente, las características
químicas y físicas del agua la hacen
fundamento de la vida y considero que, de
ellas, las químicas son menos relevantes.
propagación y diversificación biológicas.
Sin embargo, pudiera existir una vida
distinta cuyos organismos tuvieran como
principal constituyente otra sustancia, que
a su vez formara océanos; esos seres
tendrían allí la misma movilidad.
El agua tiene propiedades físicas
importantes, como su gran capacidad
calorífica, su baja conductividad térmica,
y sobre todo el hecho de que su densidad
disminuye al congelarse. Por su alto calor
específico, el agua se enfría o calienta muy
lentamente, lo cual suaviza las variaciones
de temperatura (entre día y noche, y
verano e invierno); esto produce un medio
ambiente favorable para la vida, el cual
resulta aún más beneficiado por las otras
dos propiedades físicas del agua, que se
describen a continuación.
En cambio, las propiedades físicas del
agua son más interesantes; una de ellas, de
índole casi matemática, es la que permite
la ubicuidad tridimensional de los
organismos dentro del agua. Dado que la
densidad de ellos es parecida a la de ésta,
pueden estar suspendidos libremente
dentro del agua, lo que facilita su
movimiento (incluyendo el vertical) y con
ello las interacciones necesarias para la
48
A veces los ríos se congelan, pero su flujo
no cesa; la capa superficial es hielo y
naturalmente no fluye, pero debajo de ella
el río (líquido) sigue su camino. Es
espectacular el aspecto de las Cataratas del
Niágara
congeladas,
aparentemente
paralizadas, durante el invierno.
Escasas sustancias tienen la peculiaridad
de dilatarse cuando pasan de líquido a
sólido, y casi todas se contraen al
congelarse. El hielo es más ligero que el
agua y esto es propicio para la vida;
veamos: el mar es más frío en sus
profundidades que en la superficie; cuando
la temperatura baja lo suficiente, comienza
a congelarse el agua del fondo, pero
entonces los cristales flotan y forman en la
superficie una capa de hielo. Aquí
interviene la otra propiedad física del
agua, su baja conductividad térmica; la
capa superficial de hielo y nieve constituye
un aislante2*; de manera que aunque la
temperatura exterior sea gélida, dentro del
mar hay una mayor temperatura,
confortable para la vida. Y si el frío
atmosférico alcanzara a atravesar la capa
de hielo, congelaría más agua, pero ésta
ascendería y engrosaría esa capa y así
aislaría más al mar de la inclemencia
exterior. O sea que el mar se congela por
arriba, no por abajo.
Son realistas las historietas y caricaturas
en que algunos están patinando sobre un
lago congelado mientras otros perforan
con un serrucho un agujero en el hielo, a
través del cual meten un anzuelo y pescan.
Parecería aberrante que los esquimales
construyan sus casas con... ¡hielo! para
protegerse del frío, pero es sensato.
Aprovechan la pequeña conductividad
térmica de los bloques congelados para
aislarse del exterior; ciertamente, la
temperatura interior del iglú es como la del
hielo (0°C), pero afuera hay 10 o más
grados bajo cero; así, el ambiente del
interior del iglú está relativamente
caliente.
Sería una desgracia que el hielo pesara
más que el agua, pues los abismos
oceánicos estarían permanentemente
congelados y en las regiones polares o en
invierno el mar sería un glaciar desde el
fondo hasta la superficie. Por eso es muy
cierto que un submarino puede cruzar el
polo norte por debajo del casquete, habida
cuenta de que en el Ártico no hay
continente, sino un océano, congelado
encima, pero líquido (y menos frío)
debajo.
V.3.
Al congelarse el agua del mar, el hielo
resultante es insalobre, pues la
congelación expulsa la sal; esto disminuye
todavía más la densidad del hielo respecto
del agua, ya que la salada es más densa que
la dulce; es famoso el Mar Muerto por ser
muy salado y, por tanto, muy denso; es
más fácil flotar en él que en cualquier otro.
La densidad del hielo es 90% de la del mar,
por eso un témpano o iceberg flota y sólo
se asoma el 10% de su volumen, la mayor
parte permanece sumergida.
ES INVISIBLE PERO OPACO
2
El hielo, el agua y la nieve tienen muy
pequeña conductividad térmica, pero no igual.
La de la nieve es un tercio de la del agua y esta
un tercio de la del hielo.
49
Ya en el capítulo III dijimos que, de los
componentes del aire, el vapor de agua es
el principal responsable de su opacidad
para la radiación de onda larga. Por esta
propiedad, la atmósfera absorbe buena
parte del calor emitido por la superficie
(radiación terrestre), consecuentemente se
calientan ella y el clima.
En la troposfera, donde la temperatura
disminuye con la altura, hay un nivel a
partir del cual el vapor atmosférico se
condensa; este nivel señala la base de las
nubes, y cuando hace mucho frío puede
bajar hasta la superficie, entonces el aire
está saturado a nivel del suelo y tenemos
niebla. Claro que si esta misma
temperatura se presenta en un nivel
superior, no siempre se forman nubes allí,
pues la cantidad de agua contenida en la
atmósfera disminuye fuertemente con la
altura. O sea que el nivel de condensación
depende de los perfiles verticales de
humedad y de temperatura; sobre un
desierto, ese nivel simplemente no existe.
La gente del campo sabe que las heladas se
presentan con cielo raso, tal vez intuyen
que la ausencia de nubes significa
atmósfera seca, a través de la cual se fuga
el calor durante la noche; en realidad, se
trata de cosas un poco distintas, que más
adelante aclaramos.
Hay diversas variables que miden la
humedad del aire; la más significativa es la
humedad relativa (HR), que se define
como la cantidad de vapor de agua que
contiene realmente el aire, dividida entre
la cantidad de vapor que lo saturaría.
Ahora explicamos qué es eso de saturar; si
a una porción de aire le metemos más y
más vapor, por ejemplo hirviendo agua
dentro de un cuarto, llegará un momento
en que ya no lo admita; lo cual significa
que el agua suspendida en el aire deja de
ser vapor: que es un gas invisible, y toma
la forma de gotitas (líquidas), que sí son
visibles (como niebla). El inicio de la
formación de niebla marca el punto de
saturación del aire por vapor de agua; este
cambio de fase de gas a líquido se llama
condensación.
Hemos estado hablando de dos cosas: la
humedad relativa y la cantidad de vapor
contenida. No hay que confundirlas, la
segunda podría también llamarse humedad
absoluta (HA) y no depende de la
temperatura. La HR resulta de dividir la HA
presente en un determinado punto e
instante, entre la HA de saturación (la
máxima cantidad de vapor posible a la
temperatura de ese determinado punto e
instante); por lo tanto, la HR es una variable
que depende de la temperatura.
Ejemplifico con valores típicos: al nivel
del mar la atmósfera contiene 9.8 g de agua
(en forma de vapor) en cada m3 de aire
(HA), a 15°C, un m3 de aire se satura con
13 g de vapor (HA de saturación); por lo
tanto, la HR es 75%.
Ahora bien, la capacidad del aire para
contener vapor de agua depende de la
temperatura: cuanto más caliente esté, más
le cabe; es decir, a mayor temperatura, el
aire requiere más vapor para iniciar la
condensación. Por esta razón sólo en días
muy fríos vemos la humedad expelida por
la boca.
En caso de helada, la atmósfera es seca,
transparente a la radiación de onda larga; o
sea, la HA es pequeña sobre todo cerca del
suelo, el cual emite la radiación que se
fuga. En cambio, la ausencia de nubes (que
por cierto también atraparían la radiación
ascendente) significa una HR menor que
100%, sobre todo en las alturas, donde
suele presentarse el nivel de condensación.
Naturalmente
ambas
cosas
están
50
estrechamente relacionadas: atmósfera
húmeda significa valores grandes tanto de
HRarriba como de HA abajo, y viceversa.
es la HA integrada en todo el espesor
troposférico, desde la superficie hasta la
tropopausa. Tanto la HA como la HR son
variables que dependen de la posición, en
particular cambian de un nivel atmosférico
a otro. El AP es la cantidad total de agua
contenida en la troposfera (encima de ella
no hay humedad) y se obtiene
multiplicando el espesor de esa capa por la
HA promedio en ella.
Debido a la dependencia entre HR y
temperatura, podríamos generar niebla
dentro de un cuarto con sólo enfriarlo, sin
necesidad de meterle agua extra. Por otra
parte, el confort está determinado por la
temperatura y la HR, generalmente uno se
siente a gusto cuando ésta es de entre 50 y
60%.
Pero hay que precisar esto; en realidad, la
opacidad atmosférica de onda larga
depende sólo de la parte gaseosa del AP, o
sea del contenido de vapor, así que
deberíamos restar al AP la parte de ella
condensada en las nubes. Sin embargo,
resulta que en la atmósfera la cantidad de
agua líquida es despreciable, comparada
con la de vapor; ciertamente las nubes
tienen una gran HR (ahí el aire está
saturado), pero su HA es ínfima, pues ésta
decae fuertemente con la altura. De hecho,
típicamente, el 90% del AP está en los
primeros 4 330 m sobre el nivel del mar
(snm) y el nivel de 1435 m divide en dos
partes iguales el AP.
El aire tiende a conservar su HR, tomando
vapor o depositándolo en un reservorio de
agua, según el aire se caliente o enfríe,
respectivamente. Debido a esta propiedad,
al calentar un cuarto disminuye su HR,
dado que la cantidad de vapor dentro de él
no cambia; entonces el aire se reseca en
detrimento del confort, produciendo
incluso malestar respiratorio. Para evitar
esto se coloca una bandeja con agua junto
al calefactor, la cual provee el vapor que
tiende a mantener constante la HR; algunos
calefactores
traen
integrado
un
vaporizador y los sistemas de aire
acondicionado humedecen el aire al
mismo tiempo que lo calientan.
Los dos factores descritos —a saber, la
tendencia de la atmósfera a conservar su
HR, junto con la dependencia directa de la
opacidad de onda larga respecto al AP—
constituyen un mecanismo climático de
retroalimentación positiva, explicado a
continuación.
Supongamos
que
inicialmente se tiene un aumento de
temperatura; por la tendencia a conservar
la HR, se incrementa el AP; con ella crece
también la opacidad y esta absorción
adicional de radiación terrestre calienta
más el clima; consecuentemente, calor
provoca calor. Con un razonamiento
recíproco se demuestra que, por el mismo
mecanismo, frío produce frío.
El mismo mecanismo se da en la atmósfera
en cambios climáticos lentos: cuando el
clima se calienta, ella toma vapor de la
superficie (océano, suelo, vegetación, etc.)
tratando de mantener constante su HR;
análogamente, cuando la temperatura
disminuye, la HA en la atmósfera también
lo hace. Por lo tanto, y como ya se había
dicho
en
el
capítulo
I,
la
evapotranspiración depende de la
temperatura y la HR atmosféricas.
Ahora bien, la opacidad (capacidad de
absorber) atmosférica para la radiación
terrestre depende del agua precipitable
(AP), ya mencionada en el capítulo I, que
51
En los cálculos de efecto invernadero se ha
encontrado que esta retroalimentación
amplifica como en 50% el aumento de
V.4.
temperatura por duplicación del C02
atmosférico.
NO SE VA AL INFINITO
porque el efecto se satura; más allá de
cierta cantidad de vapor la opacidad
atmosférica de onda larga ya no aumenta.
Y
segunda,
porque
estas
retroalimentaciones no se presentan
aisladas del resto de las múltiples
interacciones climáticas (principalmente
el transporte horizontal de calor, o
advección),
habiendo,
de
hecho,
mecanismos que actúan al contrario, en
particular los de retroalimentación
negativa, como tal vez lo sea el de las
nubes.
Hemos explicado los dos principales
mecanismos de retroalimentación positiva
que tiene el sistema climático: criosfera y
vapor de agua. Podría pensarse que uno
solo de ellos (y con más ganas ambos
juntos) intensificaría (n) un calentamiento
o enfriamiento inicial, aumentando o
disminuyendo,
respectivamente,
la
temperatura de modo indefinido, dado que
los cambios o fluctuaciones climáticas se
reforzarían
reiterativamente.
Esto
evidentemente no pasa, y se debe, entre
otras, a las siguientes razones. Primera,
V.5.
CALOR Y FRIO
En este momento conviene puntualizar
algunas cosas. Primeramente, reitero que
el enfoque de este libro es más climático
que meteorológico. Esto quiere decir que
analizamos los meteoros (condiciones
atmosféricas) desde un punto de vista
amplio, en las escalas espacial y temporal
propias del clima. Es decir, atendemos más
el efecto medio de los procesos
meteorológicos, y menos los detalles
propios de su escala.
—por lo mismo— afecta a todas las partes
del sistema: se calientan la atmósfera, el
océano y el continente.
En este contexto, calentamiento equivale a
una elevación de la temperatura del
sistema climático, que se presenta en
plazos y regiones, del orden mínimo de
meses y cientos de kilómetros,
respectivamente. Por consiguiente, el
calentamiento significa un aumento de
temperatura leve, de unos cuantos grados
centígrados —como el esperado para la
duplicación del C02 y como el causado por
El Niño—, pero extenso y duradero, que
El vocablo calentamiento encierra una
ambigüedad conceptual. En el diccionario,
significa acción de calentar y esta última
palabra (calentar) significa hacer subir la
temperatura y también dar calor. En el
vocabulario común introducir calor a algo
equivale a elevar su temperatura, lo cual
no es, físicamente, correcto. Así sucede
cuando hay cambios de fase implicados,
pues en tal caso el calor introducido al
sistema termodinámico se gasta (total o
Por supuesto que estas perturbaciones
climáticas no son en realidad nítidas,
constantes ni uniformes, sino borrosas e
irregulares; además, pueden presentarse
entreveradas con otras de signo opuesto.
Unicamente
por
simplicidad,
las
consideraremos parejas y aisladas.
52
una manera más de cambiar la temperatura
de un sistema. Se trata de la compresión y
la expansión adiabáticas. Es decir, el
cambio de volumen de un sistema, llevado
a cabo sin intercambio de calor con sus
alrededores, hace variar la temperatura del
mismo, provocando incluso un cambio de
fase.
parcialmente) en fundir, evaporar o
sublimar (pasar de sólido a gas) materia,
en vez de transformarse en energía interna
y aumentar la temperatura del sistema.
Naturalmente, en los cambios de fase
inversos el sistema gana calor. Por
analogía, 'enfriamiento' —que es lo
contrario de calentamiento— no equivale
necesariamente a bajar la temperatura.
Un magnífico ejemplo es la condensación
atmosférica. Cuando ocurre la convección
o ascenso del aire, éste se expande por
estar sometido a presiones menores en las
alturas. La expansión es rápida y, por lo
tanto, adiabática; entonces disminuye la
temperatura del aire ascendente, y si esta
disminución es suficientemente intensa, el
vapor que contiene se condensa.
Adicionalmente a la expansión adiabática,
pero en menor medida, el aire se enfría al
entrar en contacto con las frías capas
superiores.
Se acostumbra llamar sensible al calor que
produce directamente una variación de la
temperatura y latente al que se relaciona
con un cambio de fase; este último puede
hacer indirectamente que varíe la
temperatura del entorno. Recurro a un
ejemplo dado en el capítulo I: en la interfaz
océano-atmósfera hay transporte de calor
sensible (el agua caliente eleva la
temperatura del aire en contacto con ella)
y de calor latente (el agua se evapora y baja
su temperatura, pero la temperatura del
aire no sube, sino hasta que ese vapor se
condensa en nubes y libera el calor
latente). Adicionalmente, las gotas de
lluvia se evaporan parcialmente en su
caída y con ello hacen bajar la temperatura
del aire inferior. Esto también incrementa
la humedad absoluta del aire.
Los procesos descritos se rigen por la
primera ley de la termodinámica, la cual
establece en general que el cambio de
energía interna de un sistema es igual a la
diferencia del calor introducido al sistema,
menos el trabajo hecho por él. Cuando el
sistema aumenta su volumen, presiona y
desplaza a lo que lo rodea, hace entonces
trabajo sobre su ambiente.
Aún falta una parte de la historia. Cuando
no hay intercambio de calor entre el
sistema y su medio, el proceso se llama
adiabático. En general, los procesos
rápidos son adiabáticos, porque la entrada
o la salida de calor de un sistema son
lentas. Pues bien, aparte de meterle o
sacarle calor y de los cambios de fase, hay
V.6.
Por considerarlo más claro, usaremos el
término calentamiento con su significado
ordinario de 'aumento de temperatura' y
trataremos los cambios de fase
explícitamente aparte.
SÓLO SE QUE NO SÉ NADA
Ya analizamos dos mecanismos de
retroalimentación positiva: criosfera y
vapor. Ambos son del agua, el primero en
su fase sólida, el segundo en su fase
gaseosa; el tercer retroalimentador
importante del clima tiene que ver con la
otra fase del agua (la líquida), y se describe
a continuación.
53
Se trata de las nubes, de su gestación y del
bloqueo que causan a la radiación solar;
según un proverbio, "Las nubes que el Sol
forma opacan su luz". Comencemos por lo
último, que es lo fácil; ciertamente, cuando
está nublado, el paso de la luz y el calor del
Sol a la superficie se reduce, y esto enfría
el clima. Por lo tanto, la nubosidad y la
temperatura
están
relacionadas
inversamente cuando la causa es la
primera y el efecto la segunda; o sea, la
disminución
de
nubes
implica
calentamiento del clima y también el
aumento de nubes implica enfriamiento
del clima; pero este mecanismo no es
recíproco: no sabemos si un enfriamiento
incrementa o decrementa la nubosidad.
Esta incertidumbre de causa-efecto,
cuando la causa es la temperatura y el
efecto la capa nubosa, es una de las
grandes deficiencias del conocimiento
físico del clima, y un problema pendiente
para la ciencia mundial.
necesario para la condensación proviene
del calentamiento de la superficie.
Por cierto que para hacer lluvia falta otro
ingrediente: los nucleantes, partículas
sólidas, como polvo o cristalitos de hielo,
en torno a las cuales se aglutinen las
gotitas hasta formar gotas suficientemente
pesadas que contrarresten las corrientes
ascendentes de la convección y caigan. El
dicho "Cielo rojo en la mañana, alerta a los
marinos" (o "a los pastores" en otra
versión) sugiere que el tono rojizo del
cielo puede indicar presencia de humedad
y polvo —los ingredientes de la
precipitación— y ser entonces preludio de
tempestad vespertina por convección.
Según otra interpretación —un tanto
contradictoria... ; así es esto— el refrán, de
origen aparentemente británico, se refiere
a que en esos rumbos normalmente
amanece una neblina que blanquea el cielo
y, cuando éste —o más bien el Sol— es
rojizo, significa que la atmósfera está
limpia, con gran dispersión de la luz azul
(capítulo III). Esta limpieza se debe a que
la convección removió la neblina, mismo
proceso que horas más tarde generará
tormenta.
Vamos... A estas alturas del desarrollo
científico, los investigadores aún no
entendemos bien cómo se forman las
nubes y cómo afecta la temperatura ese
proceso a gran escala; No sabemos si el
calor favorece que se nuble, o al contrario.
Veamos. ¿De qué se hacen las nubes?
Pues... de vapor y... frío. Como en una
receta de cocina, el "ingrediente" es la
humedad atmosférica, y la "manera de
hacerse" es bajar su temperatura, para que
se condense. La humedad es producto de
la
evapotranspiración
de
océano,
vegetación, suelo, etc., la cual se
incrementa con la temperatura. También el
calor favorece la convección, pues si las
capas atmosféricas inferiores se calientan,
entonces se aligeran y ascienden; esto
sucede generalmente en las lluvias
vespertinas, luego de un mediodía
caluroso. En este caso, el enfriamiento
Las nubes también se forman por
convección orográfica, la cual se produce
cuando el viento encuentra una montaña
en su camino, se eleva para remontarla y
en su ascenso se expande y enfría hasta la
condensación. Este fenómeno es muy
común y el refrán "A las regiones altas
nunca les faltan tormentas" lo sintetiza.
Es famosa la llovizna continua de la costa
británica occidental. La corriente del
Golfo, procedente del trópico, evapora
mucho por ser caliente; la humedad
atmosférica resultante encuentra aire
nórdico frío al arribar a esas regiones y se
condensa. Por cierto que esta corriente,
54
además de humedad, lleva calor a
Inglaterra, pues la costa atlántica
americana a la misma latitud es como unos
10°C más fría.
formación de nubes; ambas constituyen
actualmente los puntos más débiles de los
modelos climáticos y, por tanto, la mayor
fuente de incertidumbre en cálculos como
los de efecto invernadero. Las mayores
discrepancias provienen de ellas y el
efecto de las nubes resulta hasta contrario
entre un modelo y otro; en el mismo lugar
geográfico y época del año, un
investigador encuentra retroalimentación
positiva por nubes y otro la encuentra
negativa. Aun el efecto global o anual da
lugar a desacuerdos sustanciales.
De modo que el calor contribuye a formar
nubes aportando el vapor, ya que la
evaporación aumenta con la temperatura
superficial, pero el frío también pone su
parte para condensarlo en las alturas; por
lo tanto, el problema es complejo y no es
fácil concluir cuál de los dos efectos
opuestos predomina en cada situación
particular. Reflejo de esto es que en ciertos
lugares (de clima mediterráneo), a
diferencia de lo que sucede en la mayor
parte de México, el tiempo de lluvias se da
en invierno.
De hecho, nos fijamos principalmente en
la extensión horizontal de la nubosidad
(fracción nublada del cielo); pero también
hay que tener en cuenta la estructura
vertical de las nubes, sus diferentes tipos,
etc. Por otro lado, hemos estado
suponiendo que la condensación siempre
produce nubes; pero no es así, a veces sólo
da lugar a calina o bruma. Tampoco es
cierto que (aumento de) nubosidad
equivalga a (aumento de) precipitación, ya
que no toda el agua condensada se
precipita; de hecho, termina de llover y
sigue nublado. Por estas complicaciones, a
veces en los modelos y en la realidad los
resultados son (simultáneamente) un
aumento de nubosidad (extensión
horizontal) y una disminución de la
precipitación.
Ciertamente, a escala climática un cambio
de temperatura debe alterar la nubosidad y
ésta, a su vez, modificar el ingreso de
energía solar al sistema, lo cual hace que
la temperatura varíe; tenemos de nuevo
una serpiente que se muerde la cola: un
mecanismo de retroalimentación. Lo malo
es que no sabemos si la serpiente crece al
nutrirse de su propia cola o, por el
contrario, empequeñece; es decir, no
sabemos
si
se
trata
de
una
retroalimentación positiva o negativa. No
es claro si la dinámica nubosa amplifica o
amortigua el cambio inicial de
temperatura; se trata de un mecanismo
relevante (uno de los tres más importantes)
del clima, que desgraciadamente no
entendemos aún completamente.
El comportamiento físico del océano y de
las nubes son dos grandes retos para
entender
el
clima,
modelarlo,
pronosticarlo y evaluar su estado cuando
se presenten alteraciones que lo afecten,
sobre todo las antropógenas, como el
calentamiento
global
por
efecto
invernadero debido al aumento del C02
atmosférico.
En el capítulo I dijimos que la
comprensión científica del clima en cuanto
al comportamiento del océano es
insuficiente; realmente es una de las dos
grandes deficiencias de la física del clima;
la otra es el efecto de la temperatura en la
55
V.7.
ETCÉTERA
Los tres mecanismos de retroalimentación
descritos son los considerados principales,
pero no son los únicos; de hecho hay
muchos más, algunos de los cuales son
notables. Señalo unos cuantos sin discutir
su importancia relativa; todos ellos ya
habían sido mencionados en otros
contextos.
enfría.
Tenemos,
pues,
retroalimentación negativa.
otra
El calor de evaporación perdido por el
océano pasa a la atmósfera en forma
latente y se vuelve sensible cuando el
vapor se condensa en las nubes. Esto
calienta la troposfera superior; pero,
debido a la ambigüedad explicada en la
sección anterior, no podemos decir si se
trata de retroalimentación positiva o
negativa.
La
criosfera
tiene
otro
efecto
retroalimentador,
pero
negativo;
consistente en que al cubrir el océano con
una capa de hielo, la baja conductividad
térmica de éste bloquea la pérdida de calor
del océano hacia la atmósfera. El frío
genera la cubierta y ésta evita que el
océano se enfríe.
Por último, la condensación da lugar a
precipitación bajo condiciones adecuadas.
La lluvia moja y enfría el suelo, primero
porque el agua tiene menor temperatura y
luego porque el suelo pierde calor latente
al secarse. Adicionalmente, su albedo
disminuye, porque la tierra húmeda es más
oscura que la seca; entonces la superficie
elevaría su temperatura al absorber más
radiación... En fin.
Otro mecanismo, que tiene que ver con el
océano, se refiere a la evaporación; ésta se
incrementa con la temperatura, pero
consume calor del océano; entonces éste se
56
VI. V. ¿SE ESTÁ CALENTANDO LA
TIERRA?
Se cimentó luego el tercer Sol.
Su signo era 4-Lluvia.
Se decía Sol de Lluvia (de Fuego).
Sucedió que durante él llovió fuego, los que en él vivían se quemaron.
"Leyenda náhuatl de los soles", Anales de Cuautitlán, fol. 2.
VI.1.
MÁS VALE MALO POR CONOCIDO
EN AÑOS recientes el efecto invernadero
(EI) se ha popularizado como el villano,
causante de calamidades planetarias. En su
descargo y en justicia, hay que reconocer
que el EI ha sido benefactor antes que
malhechor, pues entre otras gracias tiene la
de haber propiciado que la vida surgiera y
evolucionara en la Tierra, y —a la larga—
que podamos pensar en él como ahorita lo
hacemos.
cambiante; sus variaciones modularon la
evolución biológica, las especies se fueron
ajustando a él (y a otros factores), a veces
dramáticamente: desaparecieron unas y
aparecieron nuevas. Haciendo a un lado
las catástrofes, los cambios pasados fueron
lentos, tuvieron lugar en miles y millones
de años; en vez de eso, el cambio actual
(no natural, sino antropógeno) es rápido,
se manifestará en menos de un siglo. En
este caso tomamos como referencia para
determinar la anomalía (o sea, la
diferencia entre lo anormal y lo normal)
del EI, las condiciones prevalecientes en
—digamos— el último milenio; respecto a
este El normal, tendremos un El anormal
en las décadas cercanas.
Aclaremos. El EI
ha existido
normalmente desde siempre; pero en las
últimas décadas se ha intensificado
anormalmente por acción del hombre. El
EI normal ha condicionado la vida y la
civilización, y éstas se han adaptado a él.
En cambio, el EI anormal va a alterar las
condiciones climáticas y fisiográficas; en
consecuencia, la naturaleza y la
humanidad deberán adecuarse a la nueva
situación. Aunque algunos de estos
cambios son benéficos en principio, su
ocurrencia misma constituye un riesgo,
"más vale malo por conocido que bueno
por conocer". En pocas palabras: el EI
normal es bueno; el EI anormal es malo.
A continuación explicamos el EI normal.
Por tener cierto color y estar a cierta
distancia del Sol, la Tierra se caracterizaría
por cierta temperatura. Esta temperatura
de equilibrio, llamada formalmente
temperatura efectiva, resulta del equilibrio
entre la radiación solar absorbida y la
radiación propia emitida por el planeta. Un
cuerpo
que
recibe
radiación
continuamente no puede aumentar su
temperatura indefinidamente, sino que él
mismo emite radiación en todas
direcciones todo el tiempo, y esta emisión
es mayor cuanto más caliente esté, como
Pero en realidad el párrafo anterior peca de
maniqueo; vamos a matizarlo. Normal no
significa 'constante' el EI siempre ha
estado presente, pero siempre ha sido
57
se explicó en el capítulo III; así, lo perdido
compensa lo ganado. La Tierra sería más
caliente si fuera más negra (o mate) y sería
más fría si fuera más blanca (o brillosa);
también sería más caliente si estuviera más
cerca del Sol, y sería más fría si estuviera
más lejos.
la superficie continental-oceánica y
además la frontera exterior de la
atmósfera; pero ¿hasta qué altura llega la
atmósfera? ¿Dónde está su tope?
Entonces, ¿para cuál superficie estamos
calculando la temperatura efectiva?
Bueno, como explicamos en el capítulo III,
la atmósfera es casi transparente a la
radiación que viene del Sol, pero es muy
opaca a la radiación emitida por la
superficie (continente y océano). Esta
radiación atrapada calienta el aire,
principalmente sus capas inferiores, y da
lugar a una temperatura ambiente mucho
más alta que si no hubiera atmósfera. Esto
es el famoso EI.
Vamos a precisar un poco lo anterior. El
color o blancura caracteriza la capacidad
de un cuerpo para absorber y reflejar la luz
visible; sin embargo, aquí se trata de algo
más general: la absorción y reflexión de la
radiación electromagnética en todas sus
longitudes de onda. A eso se refiere el
albedo.
El albedo típico de la Tierra es 30%, y su
distancia al Sol es 150 millones de km.
Con estos valores y unos cuantos datos
más, es fácil calcular la temperatura
efectiva del planeta, que resulta ser de 18°C. Un valor muy extraño.
Muy en caricaturas, podemos imaginar a la
atmósfera como un cedazo, a la radiación
de onda corta como viboritas delgadas que
caben por los agujeros del cedazo y llegan
a la superficie, allí engordan algunas de
ellas y emprenden hacia arriba el viaje de
regreso; pero ahora unas de las gruesas (de
onda larga) ya no caben por los agujeros
del cedazo y quedan atrapadas en el
planeta. Naturalmente, debe haber
mecanismos que limiten la población de
víboras; los hay, por ejemplo durante la
noche las víboras flacas dejan de llegar y
las gordas continúan fugándose. Y a fin de
cuentas se establece un equilibrio entre las
que entran y las que salen.
¿Qué pasa entonces? ¿Por qué la
temperatura terrestre dista tanto de ese
valor? En realidad la temperatura típica en
superficie es 15°C; ¡33°C más que la
efectiva! La clave está —nada menos—
que en... ¡el efecto invernadero!
Veamos. La temperatura efectiva se
calcula como si la Tierra tuviera una sola
superficie envolvente, teniendo en verdad
VI.2.
BUSCANDO CULPABLES
Ahora
cabe
preguntarse:
¿cuáles
componentes de la atmósfera son los que
producen el EI? La respuesta es muy
interesante. Los ingredientes primordiales
del aire son el nitrógeno (N2) y el oxígeno
(02), juntos forman el 99%; si sólo tuviera
estos dos gases sería tan respirable como
ahora... pero la temperatura de la Tierra
sería -18°C. La misma que habría sin
atmósfera; es decir, con sólo N2 y 02 no
habría surgido la vida. ¿Qué bicho
conocido puede desarrollarse a 18°C bajo
cero?
O sea que el N2 y el 02 no producen
invernadero; por lo tanto, los gases de
invernadero están dentro del 1% restante
del aire. Los principales son el C02 y el
58
vapor de agua (H20); al añadirlos a la
hipotética atmósfera de N2 y 02 la
temperatura aumenta a 15°C. Menos del
1% de los ingredientes atmosféricos son
los responsables de una diferencia de
33°C.
Según se expresó en el capítulo IV, la
cantidad de H20 presente en el aire es
interdependiente con la temperatura; pues
cuanto más caliente esté la atmósfera,
absorbe más H20, que se evapora del
océano, las plantas y el suelo; a su vez, el
calentamiento original se acrecienta por la
presencia de H20 adicional, ya que éste
aumenta la opacidad infrarroja de la
atmósfera. Análogamente, el H20
atmosférico disminuye cuando baja la
temperatura y refuerza el enfriamiento.
Los demás gases de invernadero están
presentes en cantidades ínfimas y por eso
se llaman gases traza; todos ellos tienen en
común ser poliatómicos (moléculas
constituidas por más de dos átomos). El
C02 y el H20 son triatómicos; en cambio,
el N2 y el 02 son diatómicos. En
conclusión, los gases de invernadero son
poliatómicos; los diatómicos (y con más
razón
los
monoatómicos)
son
transparentes a la radiación de onda larga.
VI.3.
Como el H20 es un retroalimentador
positivo interno del sistema climático,
resulta entonces que el C02 es el forzador
externo fundamental del EI y, por lo tanto,
el principal causante del incremento global
de éste actualmente.
EL HOMBRE CÓMPLICE
El hombre ha modificado la composición
de la atmósfera a escala global; sobre todo
aumentando su contenido de C02. Esto se
debe a dos causas fundamentales: en
primer lugar, la quema de combustibles
fósiles y, en menor medida, la degradación
de la biota.
absorbe C02 de la atmósfera por medio de
un mecanismo y a una tasa no bien
conocidos; pero afortunadamente parece
que falta mucho para que el océano se
sature de C02.
El C02 se incrementó a raíz de la
Revolución Industrial. En 1850 formaba
parte de la atmósfera en una proporción de
270 partes por millón en volumen (ppmv);
hacia 1985 había ascendido a 340 ppmv.
Otras cifras elocuentes: el C02 ha
aumentado 25% durante el siglo XX; y
entre 1958 y 1986 lo ha hecho en 10%. El
incremento es exponencial, como se
manifiesta en las medidas directas
registradas continuamente desde 1958,
sobre todo en el Observatorio de Mauna
Loa, Hawai (figura V.1). Éste es el
monitoreo más largo; en años posteriores
se instalaron otros observatorios, siempre
"lejos del mundanal ruido", o sea en islas
remotas, regiones polares, etc., pues se
trata de detectar la señal de fondo, limpia
Al consumir por combustión petróleo, gas
y carbón (en la industria, los transportes,
etc.) se inyecta C02 a la atmósfera. Lo
mismo pasa con la deforestación (con fines
agropecuarios, urbanísticos, etc.); en este
caso hay un doble efecto: por un lado, la
vegetación destruida libera C02 al
quemarse o pudrirse y, por otro, el proceso
de fijación del C02 de la atmósfera en las
plantas (principalmente árboles) se abate.
No obstante, sólo la mitad del C02
antropógeno está presente en la atmósfera.
¿Dónde quedó la otra mitad? Bueno, pues
resulta que... básicamente se queda en el
océano, dado que este gran reservorio
59
variación estacional debida a la
vegetación, que crecida en verano fija C02
de la atmósfera y, degradada en invierno lo
libera.
de las perturbaciones locales como
conglomerados urbanos e industriales. En
la curva de la figura V.1 se nota una
oscilación intraanual regular: es la
Figura V.1. Concentración del CO2 en la atmósfera registrada desde 1958 en Mauna
Loa, Hawai. Los puntos son valores mensuales expresados en parte por millón en
volumen (Tomado de Salem, 1990.)
Hay una estrecha relación entre el aumento
de C02 y el consumo de combustibles
fósiles, aunque la tasa de crecimiento de
éste no ha sido constante: de 1860 a 1949
esta tasa fue de 4.2% anual, entre 1949 y
1973 se elevó a 4.5, y desde entonces bajó
a 1.8% anual.
actual. Estos estudios de sensibilidad de la
nueva situación se hacen usando diversos
métodos alternativos: extrapolaciones
estadísticas, analogías históricas y
modelos teóricos, siempre bajo ciertos
escenarios planteados desde fuera.
Naturalmente, los métodos seguidos por
diversos autores difieren notablemente en
su diseño, hipótesis, etc., y en
consecuencia, sus resultados discrepan
mucho.
Con vistas al futuro, se ha tomado como
incremento de referencia el 100%; es
decir, se ha fijado la atención en la
situación correspondiente a un contenido
de C02 en la atmósfera que sea lo doble del
60
Por lo anterior, el año calculado para que
el C02 atmosférico se duplique respecto a
su contenido presente va, dependiendo del
VI.4.
autor, desde al año 2025 hasta el 2100,
ubicándose el promedio en el año 2050.
ENTRANDO EN AMBIENTE
Es un hecho que el C02 de la atmósfera está
aumentando desde hace más de un siglo, lo
cual significa una anomalía positiva del
EI y, en consecuencia, producirá una
anomalía del clima. Multitud de
investigadores, usando gran variedad de
modelos, han calculado el efecto climático
del aumento del C02; la mayoría de estos
cálculos corresponden a la duplicación de
este gas.
para entonces no sólo el C02 atmosférico,
sino muchas otras cosas habrán cambiado
en la atmósfera, el océano y el continente,
y por lo tanto contribuirán a modificar el
clima.
No se trata, pues, de predecir, sino de
responder a preguntas, como: ¿Qué tal si
el C02 se duplica (quedando intacto lo
demás)? ¿Cómo sería el nuevo clima? ¿De
cuánto serán las anomalías: aumento de
temperatura, cambios de humedad, etc.?
Se trata de evaluar la sensibilidad del
clima frente a un forzamiento externo, que
consiste en alterar arbitrariamente alguno
(sólo uno) de los múltiples factores que lo
determinan. Por ser más significativa, se
fija uno en la anomalía de las variables
climáticas, más que en el valor anormal
mismo, o sea, en su diferencia: clima
nuevo o anormal, menos clima actual o
normal. Por ejemplo, si la temperatura
superficial típica (que ahora es 15°C) sube
a 18°, hablamos de una anomalía positiva
de 3°C.
Las principales variables climáticas
calculadas son la temperatura (sobre todo
en superficie), la nubosidad, la
precipitación y la humedad del suelo. En
este contexto, anomalías significa el
incremento (positivo o negativo) que estas
variables tendrán entre el caso presente y
aquél cuando el C02 sea el doble del actual.
Estos cálculos no son estrictamente
predictivos, sino más bien de sensibilidad;
pues aunque estuviéramos seguros de que
para el año 2050 el C02 esté duplicado,
estas anomalías no describen el clima que
habrá a mediados del siglo XXI, ya que
VI.5.
CALENTANDO EL AMBIENTE
Por brevedad, identifiquemos con T a la
anomalía de temperatura superficial
inducida por la duplicación de C02. Al
revisar los resultados de T emanados de
los diversos modelos, encontramos que
discrepan en su valor típico, su
distribución geográfica y cronológica, etc.
A continuación los analizamos.
límites. La figura V.2 muestra varias
decenas de resultados obtenidos por
diversos autores, con distintos modelos.
En la figura observamos que... bueno, al
menos estamos de acuerdo en el signo de
T; o sea, que al aumentar (al doble) el
C02, seguramente se va a calentar la
Tierra. Pero ¿cuánto? Pues, unos cuantos
grados centígrados.
El valor típico de T se encuentra entre 1
y 4°C, aunque hay algunos fuera de estos
61
Figura V.2. Incremento de temperatura superficial (en grados centígrados) calculado
para la duplicación del CO2 atmosférico usando modelos de balance de energía (EBM),
modelos radiactivo-convectivos (RCM) y modelos de circulación general (GCM). Los
resultados están numerados en orden cronológico: (1) Manabe y Wetherald (1967), (2)
Manabe (1971), (3) Rassol Schneider (1971), (4) Weare y Snell (1974), (5) Manabe y
Wetherald (1975), (6) Temkin y Snell (1976), (7) Augustson y Ramanathan (1977), (8)
Rountree y Walker (1978), (9) Ohring y Adler (1978), (10) Ramanathan et al. (1979),
(11) Hunt y Wells (1979), (12) Ackerman (1979), (13) Potter (1980), (14) Wang y stone
(1980), (15) Manabe y Wetherald (1980), (16) Ramanathan (1981), (17) Charlock
(1981), (18) Hansen et al. (1981), (19) Hummel y Kuhn (1981a), (20) Hummel y Kuhn
(1981b), (21) Hummel y Reck (1981), (22) Hunt (1981), (23)Wang et al. (1981), (24) Chou
et al. (1982), (25) Hummel (1982a), (26) Hummel (1982b), (27) Lindzen et al. (1982), (28)
Schlesinger (1983), (29) Washington Meehl (1983), (30) Adem y Garduño (1984), (31)
Wang et al. (1984), (32) Somerville y Ramer (1984), (33) Lal y Ramamathan (1984), (34)
Washington y Meehl (1984), (35) Hansen et al. (1984), (36) Ou y Lion (1985),
(37)Gutowski et al. (1985) y (38) Wetherland y Manabe (1986). ( Tomado de Tricot y
Berger, 1987, donde aparecen todas esas referencias.)
Ahora preguntaríamos: ¿Este aumento de
temperatura se presentará parejo en todos
lados y todo el año? Resulta que no. Claro
que algunos autores o modelos sólo
calculan el valor típico. Analizando los
resultados de los que sí dan la distribución
espacio temporal, encontramos cosas
interesantes. Comencemos por lo que nos
une; luego hablaremos de lo que nos
divide. La gran mayoría coincidimos (¡oh
desgracia!) en que T se agranda, por un
factor como de 3, del ecuador a los polos;
esta amplificación del efecto se debe sobre
todo a la retroalimentación por la
62
criosfera. O sea que el calentamiento
mayor se dará en las latitudes altas,
ocasionando
un
derretimiento
significativo de los casquetes polares y su
consecuente elevación del nivel del mar.
los arrozales; el N20 por bacterias y
fertilizantes. Los CFCS son famosos
porque destruyen la capa de ozono (03)
estratosférica, que protege a la Tierra de la
radiación ultravioleta; pero también tienen
culpa en el EI.
Entrando en más detalles de la distribución
geográfica de T, el consenso desaparece,
aunque aparentemente el calentamiento es
más
fuerte
en
los
continentes
(principalmente tierra adentro) que en el
océano. En cuanto al ciclo anual del
calentamiento, la mayoría de autores ubica
al máximo T en invierno, sin faltar
quienes lo tienen en otras estaciones.
Los GT son esencialmente antropógenos
—por ejemplo, en 1950 no había CFCS—
y, en conjunto, están presentes en la
atmósfera en una proporción cien veces
menor que el C02. Sin embargo, la rapidez
con que están aumentando y su eficiencia
radiacional son tales que producirán un
calentamiento similar al causado por C02.
Es decir, si la duplicación del C02 causará
por sí sola un aumento de temperatura de
2°C, para entonces los GT se habrán
incrementado también, reforzando el
calentamiento con dos grados adicionales;
resultando finalmente un T de 4°C.
Los gases traza (GT) de la atmósfera son
numerosos, sobresaliendo el metano
(CH4), el óxido nitroso (N20) y los
clorofluorocarbonos (CFCS). El CH4 es
producido principalmente por el ganado y
VI.6.
REGRESANDO A CASA
En la figura V.2 aparece un resultado
nuestro de 1984; está etiquetado con el
número
30,
y nuestro
Modelo
Termodinámico del Clima
(MTC),
catalogado como de balance de energía,
pero nosotros preferimos considerarlo
termodinámico. Ahí se ve que, para la
duplicación del C02 atmosférico, el MTC
calcula un aumento de temperatura típico
de entre 0.9 y 1.4°C; el intervalo de valores
proviene de la gama de opciones de
modelación.
temperatura superficial resulta de 1.5-2°C.
Hay más mejoras al MTC en marcha,
continuamos calculando el calentamiento
global y creemos que el incremento de
temperatura permanecerá dentro de este
intervalo.
Nuestros resultados para otras variables
son preliminares, como inciertos lo son
entre los distintos modelos que se usan en
el mundo; habremos de refinar el MTC en
esos aspectos para calcular precipitación,
humedad del suelo, etcétera.
Hemos seguido corriendo experimentos
numéricos, y desde 1984 el MTC ha sido
enriquecido y refinado en varios aspectos,
destacando la incorporación de un
mecanismo de retroalimentación que no
tenía (el de opacidad a onda larga por el
vapor de agua atmosférico) y la
modificación del de nubosidad. Con esta
nueva versión, el incremento de
Para todas las variables, el MTC despliega
campos mensuales del HN; nuestros
avances próximos, esperados en general
para todos los modelos, incidirán en
mejorar la resolución espacio temporal de
los resultados. Es imperativo lograr
consenso en las estimaciones de los
diversos componentes del cambio
63
climático esperado a escala regional y
estacional.
históricos son consecuencia de las
deficiencias científicas y tecnológicas de
la modelación del clima en general y del
MTC en particular. Esas deficiencias están
señaladas en diversos contextos a lo largo
de este libro, y no las repetiremos aquí.
La falta de consenso entre los diferentes
autores al calcular el calentamiento global
y su desacuerdo con los registros
VI.7.
OTROS EXCESOS
Además del calentamiento climático, e
inducidas por él, la duplicación del C02
atmosférico va a causar otras alteraciones.
Tal vez la más llamativa es la elevación del
nivel del mar, calculada entre 30 cm y 1 m,
debida a tres causas: la fusión parcial de
los casquetes polares, la expansión térmica
del océano (porque las cosas se dilatan al
calentarse) y la explotación masiva de los
mantos
freáticos
(insuficientemente
recargados), cuyas aguas finalmente van a
dar al mar, por lo cual éste cubriría algunas
regiones costeras bajas, provocando
pérdida de terreno cultivado o habitado;
también
demandaría
ajustes
en
instalaciones portuarias, etcétera.
que otros investigadores
resultados distintos.
reportan
En realidad, la precipitación es uno de los
componentes más problemáticos en la
modelación del clima; esta complejidad se
debe básicamente al hecho de que la
condensación es un fenómeno microfísico
fuertemente influido por la dinámica
meteorológica y, en cambio, los modelos
climáticos manejan variables promediadas
en periodos del orden de un mes
(resolución temporal) con puntos de malla
que distan entre sí cientos de kilómetros
(resolución espacial). Por lo tanto, en esta
escala no es posible establecer una
relación causal simple entre temperatura y
precipitación; Como se dijo en el capítulo
IV, un calentamiento del clima puede
provocar un aumento de lluvia, o... una
disminución.
Naturalmente, todos estos cambios no se
presentarán de la noche a la mañana, sino
a lo largo de décadas.
Otras consecuencias climáticas, de gran
impacto socioeconómico, son las relativas
a la humedad. Numerosos autores han
calculado la anomalía de precipitación;
pero los resultados discrepan más que los
correspondientes a la temperatura. La
anomalía calculada por un autor dado varía
de signo geográfica y estacionalmente;
tampoco concuerdan en signo las
anomalías típicas calculadas por distintos
autores. Es decir, el aumento de C02
producirá, según algunos investigadores,
más precipitación en ciertos lugares y
épocas del año, y menos en otros; mientras
Curiosamente, en varios resultados sobre
anomalía de precipitación, por aumento de
C02, el territorio mexicano aparece partido
por la isolínea cero; pero el signo de la
anomalía difiere de un modelo a otro. De
manera que unos autores prevén más lluvia
en la parte norte del país y menos en la sur;
mientras que otros calculan lo contrario.
Otra variable, de gran importancia
agrícola, evaluada por los modelos es la
humedad del suelo, que tiene que ver con
la resta de precipitación menos
64
evaporación. Naturalmente, los resultados
de esta anomalía presentan discrepancias
semejantes o peores que las de la lluvia.
intensos, y alcanzarán latitudes mayores
que las actuales, ya que las altas
temperaturas del mar requeridas para
mantenerlos,
se
extenderán
geográficamente.
Otros efectos del aumento del C02 son de
tipo dinámico; parece que un clima más
caliente
producirá
meteoros
más
vigorosos. En particular se espera que las
zonas ciclogénicas (donde nacen los
huracanes) se ampliarán algo hacia los
polos, pues el océano será más cálido y la
temperatura mínima necesaria para que se
formen los ciclones se presentará en zonas
que ahora no la tienen. Por la misma razón,
los huracanes podrán ser más numerosos e
VI.8.
Según algunos investigadores, una posible
consecuencia del calentamiento global
sería un clima más irregular e incluso
extremoso, montado en una línea base de
temperatura un poco mayor que la actual;
habría episodios más cálidos y gélidos que
ahora, más sequías e inundaciones,
etcétera.
LA SEÑAL Y EL RUIDO
Se ocurre preguntar: ¿Ya se nota el
calentamiento global? Es decir, dado que
el C02 está aumentando claramente desde
hace siglo y medio, y que este aumento
debe calentar el clima, ¿se ha detectado ya
este incremento de temperatura? Pues... sí
y no, lo más seguro es que quién sabe.
convenza de que no hay nada claro y de
que en el "mejor" de los casos, el aumento
general de temperatura es ínfimo.
Por orden de aparición van primero
algunas
gráficas
que
sugieren
calentamiento. En la figura V.3 aparece un
registro global que combina la temperatura
del aire continental y de la superficie del
mar, abarcando de 1860 a 1989; se trata de
la anomalía respecto del promedio de
1951-1980, que viene siendo la normal de
referencia. ¿Qué apreciamos? Hay cierta
tendencia hacia arriba en el periodo
completo. Pero esa tendencia no es
monótona: a veces sube y a veces baja;
mientras que el aumento de CO2 sí es
monótono, en particular el de 1958 en
adelante (figura V.1), periodo en el cual la
temperatura primero decrece (hasta 1975 )
y luego crece.
Concretando, una parte de quienes
investigan esto está convencida de que la
temperatura global va creciendo desde la
Revolución Industrial, otra parte cree que
no, y el resto prefiere no comprometerse.
El hecho es que no hay consenso. Ciertos
registros históricos insinúan temperatura
ascendente, otros lo contrario, y la mayoría
muestra irregularidad: decenios calientes y
fríos en sucesión.
En seguida presento ejemplos de estos
anales, para que el lector mismo se
65
Figura V.3. Desviación de la temperatura global, en grados centígrados respecto del
promedio para 1951-1981, durante el periodo 1961-1989. Las barras muestran los
valores anuales y la curva es el resultado de aislarlos. (Tomado de World
Meteorological Organization/United Environment Programme, 1990.)
Incluso, si aproximáramos una curva
monótona a la figura V.3 el aumento de
temperatura en esos 130 años es apenas
como de 0.5°C. Tan pequeño e irregular
calentamiento es indetectable por
sensación personal; imposible justificar
expresiones como: "Recuerdo que cuando
era joven hacía más frío."
concluye de nuevo que "lo único constante
del clima es su variabilidad". En años
consecutivos la temperatura puede dar un
brinco, luego puede permanecer abajo... o
arriba en varios sucesivos; también puede
registrarse una sucesión de años en que la
temperatura va para arriba y otra al revés,
etc. En otras palabras, la señal que uno
busca (en este caso el calentamiento global
monótono) se oscurece por el ruido
estadístico (la variabilidad natural del
sistema).
Bien, ¿y qué dicen los modelos cuando los
corre uno "hacia atrás"? O sea, dado el
aumento de C02 desde la Revolución
Industrial hasta el presente, ¿cuánto se
calcula que debió haber aumentado la
temperatura? Respuesta: entre 0.5 y 2.5°C.
Por lo tanto, en el mejor de los casos, la
realidad anda apenas rascando por abajo el
valor calculado.
Éste es el gran problema cuando uno trata
de detectar el calentamiento por
invernadero.
Adicionalmente,
hay
problemas de medición; en un siglo y
medio los instrumentos, las técnicas y los
observatorios para medir las variables
climáticas han cambiado tremendamente,
sobre todo han aumentado en cantidad y
calidad. A lo mejor a veces "detectamos"
un cambio climático que es más bien un
cambio de aparatos de medición, o
"descubrimos" cosas que ya existían pero
antes no se registraban; en particular,
algunos escépticos creen que el
"Claro —dirían ustedes—, es que en 13
décadas no sólo ha cambiado el contenido
de C02 en la atmósfera, también lo han
hecho otros componentes de ella; además,
el sistema climático tiene oscilaciones
naturales y perturbaciones externas como
las erupciones volcánicas." Y tendrían
razón. Al examinar la figura V.3 uno
66
lados: del N y del S, de océano y
continente, de áreas pobladas y
despobladas, etc. Vulgarmente diríamos:
"Lo que es parejo no es chipotudo."
"calentamiento
global
registrado"
proviene de los nuevos observatorios,
generalmente ubicados en ciudades, o del
crecimiento de éstas, que han convertido
en urbanos a algunos observatorios
anteriormente rurales. En ambos casos lo
que estamos viendo es el calentamiento
local —no el global— claro que lo global
es la suma de lo local, ... pero que estos
sumandos provengan parejo de todos
VI.9.
Este aumento de la temperatura local,
consecuencia de la urbanización, es la
famosa "isla de calor", de la que
hablaremos en el capítulo IX.
PARA QUE TANTO BRINCO
Análogamente a la figura V.3, las figuras
subsecuentes muestran la anomalía de
temperatura (eje vertical) en algún periodo
histórico (horizontal); naturalmente la
anomalía se calcula respecto de una
normal, que es el promedio en un cierto
intervalo de tiempo dentro del periodo
graficado; por ejemplo, en la figura V.3
ese intervalo es 1951-1980. Por
simplicidad, en las figuras V.4-V.7 no
especificamos el intervalo (a veces menor
de 30 años) en que se calculó la normal de
referencia; después de todo, lo que nos
interesa es el cambio de temperatura, más
que la temperatura en sí.
La figura V.4. tiene dos partes: la superior
es una gráfica de la temperatura del aire
superficial continental en el HN y la inferior
una de la superficie del océano global;
ambas van a lo largo del siglo XX. Aunque
el periodo abarcado es menor que el de la
figura V.3, estas curvas muestran un
comportamiento semejante a aquélla y
confirman lo dicho para ella.
67
Figura V.4. Registros de temperaturas a lo largo de este siglo; ambos son desviaciones,
en grados centígrados, respecto de un promedio. La parte superior es la temperatura
del aire superficial en los continentes del hemisferio norte y la inferior es la temperatura
de la superficie del océano global. (Tomado de World Meteorological Organization,
1985.)
Para entender las figuras siguientes hace
falta una explicación previa. Como
dijimos en la sección anterior, los datos
son más confiables en cuanto son más
nuevos; por eso los que mostramos en
seguida abarcan periodos más cortos.
Por otro lado, al mismo tiempo que los
gases de invernadero calientan la
superficie y la troposfera, enfrían las capas
superiores (estratosfera). Esto es así
porque al atrapar en los niveles bajos a la
radiación de onda larga (ascendente), ésta
deja de llegar a los niveles altos. Por lo
tanto, es de esperarse que el aumento del
C02 caliente la troposfera y enfríe la
estratosfera; esto se detectaría en los
registros de radiosondeo, como los de las
figuras V.5 y V.6.
Un gran avance en la observación del
clima fue la radiosonda, inventada hace
medio siglo. Este instrumento permite
medir las variables meteorológicas en las
capas superiores del aire, aportando la
tercera dimensión (vertical) para describir
la atmósfera, que hasta entonces sólo
contaba con información bidimensional
(horizontal).
La figura V.5 abarca de 1958 a 1982, y
tiene tres partes: en la inferior va la
temperatura del aire a 20.6 km snm y al
centro la correspondiente al nivel de 9.2
68
km. ¿Y qué observamos? Pues... en la
estratosfera (20.6 km) se cumplen las
expectativas: la temperatura tiene un
descenso general en este cuarto de siglo.
Pero en la troposfera (9.2 km) la
temperatura no presenta ninguna tendencia
clara; el ascenso esperado es inapreciable.
Claro que si nos fijarnos en la diferencia
entre ambas temperaturas, la señal debe
reforzarse; es decir, si la temperatura
estratosférica disminuye y la troposférica
aumenta, entonces la resta de la primera
menos la segunda debe bajar más
intensamente. Esta diferencia está
graficada en la parte superior de a figura
V.5 y efectivamente muestra un descenso
un poco más pronunciado.
Figura V.5. Desviación de la temperatura del aire, valores anuales en grados
centígrados, de 1958 a 1982. Corresponden a verano. Con datos de sondas de tipo USWB
y en diversos niveles: de abajo hacia arriba, la estratosfera (20.6km snm), troposfera
(9.2 km) y la diferencia entre ambas. Tomado de Parker, 1985.)
69
Figura V.6. Desviación, en grados centígrados, de la diferencia de temperaturas
estratosférica menos troposférica, con datos de observatorios del hemisferio norte que
usan sondas distintas a las USWB. El periódo registrado es 1957-1982; la parte superior
es para verano y la inferior para invierno. (Tomado de Parker, 1985.)
En la figura V.5 se da la información de
verano, promedio de catorce observatorios
repartidos en el mundo, que usan sondas
del tipo USWB (Servicio Meteorológico de
EUA). Esta discriminación de instrumentos
resulta interesante, pues permite ver el
efecto del tipo de sensor usado. La figura
V.6 muestra el registro promedio de ocho
observatorios del HN que no usan sondas
USWB sino de otro tipo. En ambas partes de
esta figura se grafica la misma variable
que en la parte superior de la figura V.5, o
sea la diferencia de temperaturas
estratosférica menos troposférica. Según
la expectativa (cumplida en la figura V.5),
las curvas de la figura V.6 debieran
descender, pero no es así; en verano (parte
superior) no hay ninguna tendencia
significativa, y en invierno (inferior) el
descenso es muy leve. Parece que la
"concordancia"
con
lo
esperado,
manifestada por las sondas USWB (figura
V.5), se debe más a modificaciones de
diseño instrumental (que efectivamente
70
tuvieron esas sondas en los años sesenta)
que a un cambio climático real.
norte de México. Los puntos gruesos
marcan el valor estacional, pero como esta
variable brincotea mucho, se alisa con
cierta promediación y resulta la línea
gruesa. La temperatura global y la de
Europa no muestra tendencia alguna, y la
de Norteamérica insinúa incluso un
descenso, contrario a la expectativa del
efecto invernadero.
Por último, la figura V.7 muestra la
temperatura del aire superficial entre 1950
y 1986. Su ámbito geográfico es, de arriba
a abajo: el globo, Europa y la región que
comprende el centro oeste de EUA y el
71
Figura V.7. Desviación en grados centígrados, de la temperatura del aire superficial, en
1950-1986, El valor global está en la parte superior, el correspondiente a Europa en la
central y el de la región que abarca el norte de México y el centro y oeste de EUA aparece
en la parte inferior, Los puntos gruesos son los valores estacionales y la línea continua
resulta de promediarlos. (Tomado de Hansen y Lebedeff, 1987.)
72
VI.10.
ESCALOFRÍOS
Los registros históricos discrepan entre sí
en muchos e importantes aspectos, pero
concuerdan
en
un
calentamiento
sistemático de 1970 a la fecha. Sin
embargo, las causas de este aumento de
temperatura, y en general del observado
tenuemente desde hace siglo y medio,
permanecen oscuras. El de estas dos
décadas bien pudiera ser una oscilación
natural del clima, como el calentamiento
registrado entre 1910 y 1940, al cual
seguiría un periodo de enfriamiento. O a lo
mejor sí es el calentamiento global, ... con
"resfríos" entrometidos.
mismo sentido: reflejan los rayos solares
y, por lo tanto, también enfrían levemente
el clima.
El Programa de las Naciones Unidas para
el Medio Ambiente (UNEP) ha tratado de
concientizar al mundo sobre el aumento
del EI, sus consecuencias climáticas y sus
repercusiones socioeconómicas. Para el
día mundial del medio ambiente (5 de
junio) difundió, en 1989, la consigna
"Alerta mundial: la Tierra se calienta".
Adicionalmente, produjo un estudio en
que advierte una elevación del nivel del
mar de 1.5 m para el año 2090. De un
análisis posterior de la Organización
Meteorológica Mundial y de la UNEP
parece que se exagera en estas previsiones
y es más realista que el mar subirá unos 30
cm para mediados del siglo XXI.
El más desconcertante de estos resfríos es
el siguiente. Contra la tendencia global, el
Ártico (no ilustrado aquí) registra desde
hace varios lustros una disminución
regular de temperatura, sobre todo en
invierno. Esto es una "cubetada de agua
helada" sobre las expectativas del
calentamiento global; doblemente adverso
(para los modelos, afortunado para la
naturaleza), porque es consenso teórico
que el calentamiento global debe
amplificarse hacia los polos y en invierno
(¡?).
Aparte de tener una gran variabilidad
natural, el clima posee enorme inercia
térmica. Ambas propiedades nos impiden
detectar fehaciente y oportunamente el
calentamiento global que tal vez ya esté en
marcha. Quizá cuando se note
convincentemente ya sea tarde para
evitarlo; ojalá no lo sea para adaptarnos a
él.
Mucha gente cree que el adelgazamiento
de la capa estratosférica de ozono es la
causa del calentamiento global, por dejar
entrar más Sol a la Tierra. Esta creencia es
errónea; la obstrucción de los rayos solares
térmicos por el 03 es insignificante; su
opacidad a la radiación terrestre es mayor,
aunque pequeña; en todo caso el "hoyo" de
03 enfriaría levemente el clima. En efecto,
algunos investigadores afirman que éste es
uno de los factores que nos impiden
distinguir la señal del
EI —lo
contrarresta—. Los aerosoles (partículas
sólidas y líquidas suspendidas en la
atmósfera) de origen artificial actúan en el
El incremento del EI tiene muchos críticos
y escépticos; la moda del calentamiento
global no está exenta de implicaciones
políticas
convenencieras.
Algunos
investigadores acusan a otros de pretender
hacer del EI "petate del muerto" para
alarmar a la opinión pública y conseguir
financiamiento. Además, ciertos países
desarrollados tratan de culpar a los
subdesarrollados por la deforestación y la
sobrepoblación; la verdad es que EUA (con
el 5% de la población mundial) produce el
25% del C02, pues —por ejemplo— un
73
estadounidense consume 33 veces más
energía que un hindú; en cambio, toda la
deforestación del mundo aporta sólo el
10% del C02.
dos estipula detener la deforestación del
mundo y emprender su reforestación.
El problema es real: estamos alterando la
composición de la atmósfera; no hay que
crear alarma pero sí conciencia. Es
probable un cambio antropógeno del clima
y va a costar caro evitarlo o adaptarse a él;
es más barato estudiarlo para estar (más)
seguros de lo que va a ocurrir. En las
próximas décadas puede haber un cambio
climático tan fuerte como los que en el
pasado geológico tenían lugar en miles de
años. Es necesario reforzar las
investigaciones del clima: monitorearlo
para detectar con certeza sus cambios
antropógenos y llegar pronto a un
consenso sobre el calentamiento futuro y
sus consecuencias.
Para poner remedio a problemas como
éstos, la ONU convocó a la Conferencia
Internacional sobre Medio Ambiente y
Desarrollo (llamada también Cumbre de la
Tierra y Eco 92), realizada en Río de
Janeiro, Brasil, en junio de 1992. De esta
conferencia resultaron dos documentos: la
Convención sobre Cambios Climáticos y
la Convención de Biodiversidad. La
primera pretendía estabilizar para el año
2000 la emisión de gases de invernadero,
pero quedó tan vaga que parece más bien
una declaración de buenas intenciones.
EUA no firmó la Convención sobre
Biodiversidad. Además, ninguna de las
74
VII. VI. MODELANDO RÍTMICAMENTE
¿Hablan los cielos en alguna ocasión?
Las cuatro estaciones llegan y pasan
y todas las criaturas medran y crecen.
¡Hablan los cielos en toda ocasión!
Chung Yung, HSÜN-TZU, siglo III a.C.
VII.1.
EL QUE NO CALCULA, ESPECULA
EN CAPÍTULOS anteriores hemos dado
ejemplos de especulaciones absurdas o
contradictorias. Especular significa sacar
conclusiones por medio de razonamientos
simples, reduccionistas, generalmente
cualitativos y frecuentemente infundados.
Tratar de explicar y predecir el clima de
esta manera es casi perder el tiempo.
el calor evapora agua de la superficie y
este vapor luego se condensa y precipita;
... pero el vapor de la atmósfera sólo se
condensa cuando se enfría (por expansión
adiabática y otros mecanismos); entonces
el frío puede propiciar la precipitación.
Las deducciones simplistas también
confunden causa y efecto: es común que
donde llueve mucho haya vegetación
exuberante; pero no es claro si en un sitio
particular hay árboles porque llueve o
llueve porque hay árboles. Es bien
conocido el hecho de que en el Sahel
(margen meridional del Sahara) hay sequía
desde hace varios años, y junto con ella
hay deforestación, causada principalmente
por pueblos nómadas que se desplazan
hacia el sur con sus rebaños en busca de
pastura. Comúnmente se achaca a los
pastores la culpa de la sequía .... a más de
corneados, apaleados); se supone que
acabar con las plantas da al traste con la
lluvia. Sin embargo, y yo le voy más a esta
versión de los hechos, recientes
investigaciones apuntan en sentido
contrario: la sequía (una fluctuación
persistente del clima a gran escala) obliga
a los sahelianos a emigrar al sur tras la
vegetación, la cual es arrasada por sus
ganados y por lo tanto el desierto crece.
Como reza un antiguo aforismo: "Sequía
genera sequía."
Creo que de los capítulos precedentes
queda claro que el sistema climático es
muy complejo, pues en él participa gran
cantidad de parámetros, variables e
interacciones. Es decir, el clima es la
combinación de muchos procesos
acoplados, los cuales son principalmente
físicos, pero también los hay químicos,
biológicos, sociales, etcétera.
Recordemos
dos
ejemplos
de
especulaciones absurdas: primero, dado
que el 3 de enero es cuando el Sol está más
cerca de la Tierra, ese día ha de ser uno de
los más calurosos del año; y segundo,
como al ascender a una alta montaña nos
acercamos al Sol, allá debe hacer más
calor.
Recordemos un ejemplo de especulación
contradictoria: a más calor, más lluvia (en
casi todo México el tiempo de aguas es en
verano), pero un californiano o un
mediterráneo dicen lo contrario; ... es que
75
VII.2.
NADIE SABE CÓMO ALIVIA, TODOS
SABEN QUE SÍ ALIVIA
o quizá no hay tal causalidad y es sólo
casualidad; o tal vez esas correlaciones no
son significativas. Algunos piensan que
con artificios estadísticos se pueden
encontrar cosas raras como, por ejemplo,
una correspondencia entre el color de la
camisa que trae hoy (usted lector, aquí en
México) y la lluvia que caerá mañana en
los Montes Urales.
Con esta frase se anunciaba un popular
medicamento; queriendo decir que si lo
ingiere se compone, aunque se ignore la
relación causa-efecto o el principio
biomédico que sustenta la curación.
También a veces se procede así en la
ciencia. Alguien descubre que cuando pasa
cierta cosa allá, pasa otra acá; sin relación
de causalidad explícita. Veamos un
ejemplo: se habla mucho de que las
alteraciones (en cosa de años) de la
actividad solar afectan al clima; esa
actividad incluye las manchas solares, las
ráfagas, etc. En realidad, esas variaciones
del Sol producen cambios en la radiación
recibida por la Tierra; pero son tan
pequeños en intensidad y duración que no
es obvio cómo pueden afectar al clima. Tal
vez sí haya una conexión física de causaefecto; pero hasta ahora no es clara,
posiblemente por falta de conocimientos;
VII.3.
Sin embargo, aunque la magnitud de la
causa parezca insignificante comparada
con la del supuesto efecto, es posible un
vínculo físico real entre ellos, un gatillo, o
sea, un mecanismo de disparo que
desencadena un proceso que estaba a
punto de ocurrir y sólo le faltaba un
empujoncito. Por ejemplo, la gota que
derramó el vaso, la chispa que inició el
incendio, o también la mecha de un
explosivo y el soplo que derrumba un
castillo de naipes.
NUBE EN EL CERRO, SEÑAL DE
AGUACERO
qué rumbo vienen las nubes que traen
lluvia a su pueblo o colonia; pero esa regla
falla cuando trata de aplicarse al país
completo.
Las escalas de espacio y tiempo en los
diferentes fenómenos meteorológicos y
climáticos deben diferenciarse claramente
y no revolverse. Como muestra tenemos
los siguientes casos: los cambios de
temperatura a lo largo de un día tienen que
ver con la inercia térmica del suelo y del
aire, los cuales reaccionan rápidamente al
frío y al calor; en cambio, la variación de
temperatura a lo largo del año tiene que ver
con la inercia térmica del océano, el cual
reacciona lentamente. La gente sabe de
Otros ejemplos: uno, para explicar la
diferencia entre el clima actual y el de la
segunda mitad del siglo XVII no hay que
fijarse en la deriva continental, que sólo
tiene importancia en una escala de cientos
de millones de años; otro, hasta hoy la
contaminación
no
afecta
76
significativamente el clima global, pero sí
el de una ciudad.
inversión térmica somera originada, según
se vio en el capítulo III, por irradiación
nocturna debida al cielo raso, que —de
día— ocasionará calor.
Incluso los refranes, cuando tratan asuntos
del clima, pierden universalidad. V. gr., el
que dice: "Nube en el cerro señal de
aguacero, nube en el llano señal de
verano." Este proverbio es tal vez de
origen español, y por lo tanto sólo se aplica
a climas de régimen mediterráneo (cuyo
tiempo de aguas se da en invierno), pues
en climas monzónicos (como el que rige en
la mayor parte de México) los aguaceros
son en verano, por lo que no se cumple la
segunda parte del refrán, que quiere decir
que las nubes en el llano son señal de que
no va a llover. De cualquier modo, su
primera parte es válida allá y acá. La nube
(niebla) en el llano es producto de una
VII.4.
Retomando la relación entre vegetación y
clima, a escala espacio-temporal amplia sí
existe; evidentemente, deforestación y
sequía van juntos. Pero ¿cuáles son las
escalas
mínimas
para
esta
correspondencia? ¿A poco si voy y arraso
1 km² de selva en el Amazonas, a partir del
día siguiente aparece en el cielo un hueco
de 1 km² siempre raso, y entonces deja de
llover en ese claro? O lo opuesto, si voy y
planto con riego artificial 1 km² de selva
en el Sahara, ¿aparece encima una nube
del mismo tamaño que va a traer lluvia
regular sobre el predio forestado?
LA AFICIÓN AL MODELISMO
previo a su construcción; éste incluye
simulación computacional, planos e
incluso una maqueta con fuselaje de
tamaño natural; pero de ninguna manera el
proyecto es el autentico avión.
Debido a la complejidad del sistema
climático, su estudio científico (racional,
objetivo y cuantitativo) sólo es posible por
medio de modelos fisicomatemáticos.
En el aeromodelismo, un avión a escala de
ningún modo tiene, en chiquito, todas las
características del avión verdadero; de
hecho, sólo se reproducen algunos
componentes y funciones, según el fin
buscado. Un avioncito con fines
decorativos únicamente copia del original
su aspecto (el fuselaje, a lo mejor también
el interior, incluso con puertitas que se
abran, etc.); en cambio, un avioncito
destinado para volar, imita del avión real
algunas
funciones
(principalmente
elevarse con motor propio), además de la
apariencia; pero aun el más refinado
modelo carece de un piloto inteligente
dentro del avioncito. Otro tipo de modelo
de un avión es el proyecto del mismo,
Análogamente, un modelo del clima no
incluye todos los parámetros, variables e
interacciones del sistema climático. Se
trata de una representación, resultado de
un trabajo de abstracción, de algunos de
los componentes y funciones del sistema.
Consiste en un conjunto de leyes y
relaciones físicas, expresadas por medio
de ecuaciones matemáticas, las cuales
configuran los mecanismos más relevantes
del clima.
Por lo tanto, la aptitud del modelador
(creador del modelo) debe incluir una
visión amplia del clima, conocimiento de
las leyes físicas pertinentes, intuición para
77
Richardson, físico británico, desarrolló en
los años veinte un modelo meteorológico;
pero falló al aplicarlo, pues se tardaba tres
meses en realizar las operaciones
aritméticas para pronosticar el tiempo del
día siguiente. Imagínese, lector, el enorme
riesgo de cometer un error en esos cálculos
titánicos, hechos con artefactos manuales.
En consecuencia, no es de extrañar que la
primera aplicación de la primera
computadora, creada en 1950 por John von
Neumann en la Universidad de Princeton,
EUA,
haya
sido
un
pronóstico
meteorológico por medio de un modelo
fisicomatemático; dado que para entonces
algunos modelos estaban suficientemente
desarrollados, listos para ser corridos en
un poderoso dispositivo computacional.
escoger unos cuantos procesos para ser
incluidos y habilidad matemática para
manejar y resolver las ecuaciones.
Aun
un
modelo
simple
es
matemáticamente
complejo.
Las
ecuaciones
deben
resolverse
numéricamente, alimentadas con gran
cantidad de cifras, resultantes de
observaciones climáticas; esto constituye
un problema formidable de procesamiento
de datos.
Los primeros modelos del clima surgieron
apenas en décadas recientes; esta tardanza
se debió a limitaciones en la tecnología (no
en la ciencia) de la modelación. Las
deficiencias tecnológicas que habían
obstaculizado
la
modelación
fisicomatemátíca del clima se refieren a la
disponibilidad y el procesamiento de
datos. La aparición en los años cincuenta y
sesenta de dos instrumentos —el satélite y
la computadora— vino a resolver esas
deficiencias.
El siglo pasado registra un antecedente
más trágico y heroico que el de
Richardson: el suicidio del capitán Robert
Fitz Roy, que había conducido el barco
Beagle en su famosa travesía con Charles
Darwin a bordo, ya retirado de la
navegación y estando a cargo de la oficina
meteorológica de la Marina Real
Británica, "La ruina económica, seguida
de una incomprensión total por parte del
almirantazgo de sus ideas de que el clima
era susceptible de predicción, lo llevaron a
un estado de depresión tal que acabó
cortándose las yugulares" (J. Sarukhán,
Las musas de Darwin, La Ciencia desde
México, núm. 70, México, FCE, p. 236).
Los datos necesarios para correr (resolver
computacionalmente) un modelo son
mediciones sistemáticas de numerosas
variables físicas y deben cubrir todo el
globo (o buena porción de él) y varios años
(a veces décadas) de registro. Los satélites
satisficieron esta necesidad en dos
aspectos: primero, con los meteorológicos,
que toman datos desde su órbita,
abarcando gran parte del planeta y,
segundo,
con
los
satélites
de
comunicación,
que
concentran
y
distribuyen este acervo informático.
Es bien conocida la obsesión británica por
el tiempo en sus dos acepciones. Si mal no
recuerdo, fue Jorge Ibargüengoitia el que
dijo: "La gran aportación de los ingleses a
la convivencia humana fue haber
descubierto el clima como tema de
conversación.
Esta multitud de datos ha de ser
manipulada con intrincadas fórmulas, para
lo
cual
son
indispensables
las
computadoras de gran capacidad. Lewis F.
78
VII.5.
JUNTOS, PERO NO REVUELTOS
En la sección anterior revolvimos clima y
tiempo meteorológico, conceptos que
habían sido deslindados desde la
introducción. Ahora desenredamos este
embrollo.
matemática y los problemas tecnológicos
(disponibilidad y procesamiento de datos)
son análogos en ambos.
Históricamente, la preocupación por
modelar el tiempo de modo científico
antecedió a la del clima. De este modo, y
como lo dijimos arriba, en 1950 se resolvió
el primer modelo meteorológico; en
cambio, hasta los primeros años de la
década de 1960 surgieron los primeros de
tipo climático. De hecho el Modelo
Termodinámico del Clima (MTC), creado
por el científico mexicano Julián Adem,
fue pionero mundial y apareció en 1962.
Efectivamente, tiempo meteorológico y
clima son cosas diferentes; sin embargo,
coinciden en algunos aspectos. Ambos se
aplican a la atmósfera, aunque la física del
clima incorpora el océano como el gran
regulador. Un pronóstico meteorológico
alude sólo a las condiciones atmosféricas
(generalmente del día siguiente); en
cambio, uno climático debe incluir en su
predicción (a plazo de un mes o más)
variables como la temperatura del océano,
la extensión de los casquetes helados, etc.
Para ambos pronósticos se usan modelos
fisicomatemáticos.
Para referirme genéricamente a ambos
tipos de modelos, uso el apelativo
climático; no encuentro otro mejor, ya que
modelo atmosférico dice muy poco
cuando se trata del clima. Sin embargo,
reconozco mi deformación profesional al
imponer yo, físico del clima, que éste
incluye al tiempo meteorológico, lo cual
tampoco es cierto. En fin, sólo es cuestión
de nombres.
La ciencia y la tecnología comprometidas
son
semejantes
en
modelos
meteorológicos y climáticos. La física
concerniente es conocida desde hace
muchas décadas. La complejidad
VII.6.
CAMBIANDO DE AIRES
En la atmósfera —o más propiamente, en
el sistema climático— ocurre un cúmulo
de fenómenos de naturaleza física,
química, biológica, etc. El tiempo y el
clima están determinados principalmente
por los de tipo físico, entre los cuales hay
mecánicos, térmicos, eléctricos, ópticos,
etc. De éstos, los dos primeros son los
fundamentales; incluso va cada quien con
su cada cual: la meteorología es
esencialmente mecánica (llamada también
dinámica) y la física del clima es
termodinámica.
Efectivamente, el tiempo meteorológico, o
sea los cambios atmosféricos en horas,
están gobernados por la circulación
troposférica y los movimientos de masas
de aire; es decir, procesos dinámicos. En
estos lapsos no hay tiempo para que el
calor entre o salga del aire; o sea que estos
procesos son adiabáticos: no implican
intercambio de energía térmica. Sin
embargo, la temperatura puede variar en
un determinado lugar geográfico por
desplazamiento del aire. Por ejemplo,
cuando un buen día baja la temperatura es
porque una masa de aire más frío desplazó
a la que estaba ahí la víspera. Esto sucede
79
con los nortes, como los de Veracruz: una
masa de aire polar continental viaja desde
Canadá hasta las costas jarochas, y a veces
sus efectos llegan al altiplano. Algo
parecido pasa con la humedad: luego de
unos días secos se presenta uno llovedor;
esto puede deberse a la entrada de aire
marítimo tropical, proveniente del Caribe
o del Pacífico.
VII.7.
Por lo tanto, generalmente el tiempo
cambia porque cambiamos de aire y sin
necesidad de movernos estamos dentro de
distintas masas de aire. Otras alteraciones
drásticas del tiempo son producidas por un
huracán, meteoro básicamente dinámico
que se presenta en un lugar durante uno o
dos días.
MONTADOS EN UN SUBIBAJA, CON
MUCHOS DESVÍOS
En la sección anterior se afirmó que en
cosa de horas o un día el (mismo) aire
ambiente no se calienta ni enfría. Usted,
lector, ya se habrá dado cuenta de que esto
no es verdad, pero en cierto sentido sí lo
es. Veamos.
tercera manera de transferir calor: la
convección. Ésta se manifiesta cuando el
aire se mueve y se lleva calor de nuestro
cuerpo, por eso el viento (natural, por un
ventilador, etc.) nos refresca. Claro que,
como explicamos en el capítulo I, este
descenso de nuestra temperatura se debe
más a la evaporación del sudor (aumentada
por el viento) que al calor sensible que se
lleva el aire.
En efecto, como ya se dijo en el capítulo I,
al mediodía la temperatura ambiente (la
que mide un termómetro a la sombra) es
notablemente mayor que en la madrugada;
o sea que el aire tiene más energía interna;
es decir, se introdujo calor en él durante la
mañana. Naturalmente, también acontece
el proceso inverso: durante la tarde y
noche el aire pierde calor y se enfría.
Siguiendo la digresión, viene al caso algo
sobre la ropa. El propósito primordial de
vestirnos es interponer un aislante entre
nuestro cuerpo y el ambiente. (Claro que
la indumentaria responde también a otros
propósitos: vanidad, adorno, jerarquía,
pudor, etc.) En el nuestro, como en la
mayoría de los climas, la ropa evita que el
cuerpo pierda calor, pues el ambiente está
más frío. Para refrescarnos, aligeramos
nuestra vestimenta y así el cuerpo lo pierde
en mayor cantidad. Pero ¿qué pasa cuando
la temperatura ambiente es mayor que la
de nuestro cuerpo (37°C)? En este caso
quitarse ropa no refresca, ahora hay que
aislarse con la finalidad opuesta; o sea,
ponerse ropa gruesa para que el calor
exterior no se introduzca al cuerpo y éste
mantenga su frescura (de 37°C)? aislado
de la temperatura ambiente de 40°C o más.
Por otro lado, hay que aclarar que la
temperatura ambiente es sólo uno de tantos
factores que determinan la temperatura
corporal y nuestra sensación de frío o
calor. Algunos de esos otros factores son
físicos y externos a nuestro cuerpo; v. gr.,
al Sol o en la sombra la temperatura del
aire es casi igual, pero expuesto a los rayos
directos nuestro cuerpo recibe calor por
radiación, adicional a la conducción de
calor entre nuestro cuerpo y el aire que lo
rodea (ropa de por medio). No obstante, y
como se expuso en el capítulo III, además
de la radiación y la conducción, hay una
80
Eso hacen justamente los beduinos y
demás pobladores del desierto; su ropaje
es, además, holgado y de color claro; lo
primero porque el aire entre el cuerpo y la
túnica refuerza el aislamiento y lo segundo
para aminorar la absorción del Sol. Sin
embargo, algunos beduinos usan túnica
¡negra! y no por necedad, se sienten a
gusto; hay una explicación física: esta
vestidura se calienta mucho con el Sol y
produce un fuerte gradiente de
temperatura entre ella y el cuerpo, lo cual
al parecer da lugar a movimientos
convectivos del aire que refrescan la piel.
¡Vaya! Sacan frío del calor.
se llama coloquialmente resolana; incluso
puede sentirse que va de abajo hacia
arriba; cuando el Sol se cubre
momentáneamente con una nube se sigue
sintiendo, pero si el nublado perdura, el
suelo se enfría y la resolana se abate.
Recuperando el hilo del principio de esta
sección, resulta entonces que a lo largo del
día la temperatura ambiente oscila desde
un valor mínimo, que se presenta más o
menos media hora después de salir el Sol,
hasta un máximo, aproximadamente dos
horas después del mediodía. Esto es, el
aire se calienta durante el turno matutino y
se enfría en los otros dos: el vespertino y
el nocturno.
En conclusión, la temperatura corporal y la
sensación de frío o calor están
determinadas por la temperatura del aire y,
además, por la exposición al Sol, por el
viento y la ropa. Habría que agregar a esta
lista: la humedad ambiente, el estar quieto
o activo... hasta características personales:
afinidad al calor o al frío, estado de salud
y anímico, etcétera.
Como fue explicado en el capítulo III, el
aire es calentado por la radiación de onda
larga proveniente de la superficie (suelo y
mar), que previamente fue calentada por el
Sol, y se enfría emitiendo radiación del
mismo tipo, que en última instancia va a
dar al espacio exterior. Por lo tanto, en
cosa de horas, entra (y sale) energía
térmica al (del) aire y esto de ningún modo
es adiabático. Sin embargo, los procesos
meteorológicos sí lo son en cierto sentido;
es nomás cosa de discriminar entre las
variaciones propias del ciclo cotidiano y
las variaciones entre un ciclo y otro, o
entre los puntos correspondientes de dos
consecutivos. La oscilación misma no es
adiabática; pero el cambio de una
oscilación a la siguiente sí lo es.
De hecho, la temperatura de un cuerpo (el
humano, un termómetro, etc.) es a fin de
cuentas el grado de agitación de sus
moléculas y ésta proviene del intercambio
de calor con sus alrededores, por
conducción (las moléculas vecinas
trasmiten su agitación por contacto),
convección y radiación. Esta última es
muy compleja; como dijimos en el
capítulo III, todo cuerpo la emite; entonces
la temperatura está afectada por muy
variada radiación procedente de diversas
fuentes.
Veamos
sólo
algunas
contribuciones
secundarias
a
la
temperatura. Aunque el termómetro (o la
persona) este en la sombra, recibe
radiación difusa (no directa) del Sol,
proveniente de casi cualquier dirección, y
—además— radiación de onda larga
emitida por el suelo caliente. Esta última
Para el pronóstico meteorológico carece
de importancia que el mediodía sea más
caluroso que la madrugada y la
medianoche más fría que la tarde. Este
ciclo es la línea base, la plataforma de
referencia para montar la predicción. Es
algo sobreentendido, archiconocido, y a
nadie le preocupan esos cambios
repetitivos que ocurren a lo largo de un día.
81
Nuestra vida, hábitos y actividades están
adaptados a ellos; fisiológica y
psicológicamente estamos acostumbrados
a esa oscilación.
Naturalmente, el ciclo diario no es siempre
regular y suave, puede dar brincos a causa
de meteoros pequeños. Estos cambios son
efímeros pero frecuentes, y dan por
resultado perturbaciones alrededor de la
línea base del ciclo. Para ejemplificar esto,
retomemos algo ya dicho: en su ciclo
regular, la temperatura aumenta durante la
mañana; sin embargo, el paso de una nube
puede tapar momentáneamente el Sol, y
entonces la temperatura disminuye
brevemente, dentro de su aumento general,
que dura toda la mañana. análogamente,
puede presentarse un aguacero a las 3
p.m.; en consecuencia, baja la temperatura
y hasta nos abrigamos; a las 3:30 escampa
y a las 4 se despeja; es verano y el Sol
brilla tres horas más, en las cuales hasta
sentimos calor y nos quitamos el abrigo.
En este caso tenemos, después del
chaparrón, una inversión del ciclo diurno
regular, caracterizado por disminución de
la temperatura durante la tarde. Hay un
refrán alusivo: "Aguacero antes de las tres,
tarde hermosa es."
Cabalgamos en un subibaja (tal vez sea
mejor analogía un carrusel de caballitos)
que nunca para, y nadie llamaría
pronóstico a la afirmación de que luego de
estar abajo vamos a estar arriba, o
viceversa. Claro que este subibaja oscila
sin cesar, pero no oscila igual siempre; a
veces su vaivén completo está más abajo y
a veces más arriba, o es más amplio o
estrecho. En invierno, la madrugada y el
mediodía son más fríos que la madrugada
y el mediodía de verano. En un día nublado
la diferencia de temperatura entre el
amanecer y la tarde es menor que en un día
despejado.
No tiene chiste aseverar que el amanecer
de mañana va a ser más frío que este medio
día. El chiste está en anticipar si la tarde de
mañana va a ser más fría (que la tarde de
hoy, o si mañana va a llover más, o si las
tolvaneras van a presentarse más
temprano, etc. El pronóstico se completa si
además de determinar el signo del cambio
calculamos su magnitud; es decir, qué
tanto más frío, lluvioso, temprano o tarde,
etc., se van a dar las cosas al otro día.
Hemos descrito la variación de la
temperatura en el ciclo diurno; sin
embargo,
las
demás
variables
meteorológicas también cambian a lo
largo del día. Algunos ejemplos: la
humedad relativa del aire varía al revés de
la temperatura, o sea que el frío la hace
aumentar; las tolvaneras y la lluvia son
más frecuentes en la tarde; la presión
atmosférica también varía en un día, pero
con ritmo doble: es mínima a las 4 a.m. y
a las 4 p.m., y máxima a las 10 a.m. y 10
p.m.
Pueden llegarse a dar cambios tan
drásticos que causen una voltereta al ciclo
diurno. Por ejemplo, si un mediodía de
otoño llega un norte, es posible que en la
tarde haga más frío que en la noche
anterior. Los cambios drásticos son
frecuentes en latitudes templadas y raros
en las tropicales.
VII.8.
EL SUBIBAJA ESTÁ MONTADO EN OTRO
MAYOR
82
En la sección anterior comentamos el
vaivén diario de la temperatura y demás
variables; sin embargo, ahí no para la cosa.
Este subibaja está montado en otro mayor,
cuyo ritmo es cientos de veces más lento:
el ciclo anual del clima, es decir, su
variación estacional (a lo largo de las
estaciones del año).
Estas dos formas de concebir el pronóstico
mensual implican puntos de vista
disímiles. Unos modeladores pensamos
que los procesos físicos que determinan el
clima a esa escala, y de ella en adelante,
son básicamente termodinámicos; por eso
usamos como ecuación de pronóstico el
principio de conservación de energía o
primera ley de la termodinámica, y
suponemos que los procesos dinámicos
están subordinados. Un punto de vista
distinto da lugar a modelos fundamentados
en la dinámica, como los meteorológicos;
éstos se llaman modelos de circulación
general de la atmósfera, que incluyen
algunas interacciones termodinámicas.
La temperatura mínima del año se registra
normalmente a medio invierno y la
máxima en verano. De las lluvias ya
hablamos en capítulos anteriores;
generalmente puede distinguirse una
temporada de aguas, que en algunas partes
es en verano y en otras en invierno.
Respecto a tolvaneras y otras alteraciones
intradiurnas, hay algunos dichos como:
"Febrero loco, marzo otro poco", "En
marzo, la veleta ni dos horas está quieta",
"Febrero y las mujeres, por día diez
pareceres",
"Febrerillo
chiquitín,
mentiroso y bailarín", etc. Estos ejemplos
manifiestan las condiciones climáticas
repetitivas año con año.
Análogamente al ciclo meteorológico
diario, el ciclo climático anual está
determinado por el ingreso y egreso de
calor, los cuales ocurren con regularidad;
en el primer caso por la carrera diurna del
Sol y en el segundo por su viaje estacional
entre los trópicos (capítulo III). De manera
que ambos ciclos tienen origen térmico;
sin embargo, sus perturbaciones difieren
de uno a otro: las del ciclo diario son de
origen dinámico, y las del anual, térmico.
En este sentido, los procesos climáticos no
son adiabáticos. Un mes es un plazo
suficiente para que el sistema climático
reaccione térmicamente; en un periodo tal,
el océano modifica su balance de calor, la
extensión del casquete polar cambia y con
más razón lo hacen la temperatura y
humedad de atmósfera y continente. Las
condiciones medias de un mes, objeto del
pronóstico
climático,
están
más
determinadas por estas interacciones
termodinámicas que por los movimientos
individuales de masas de aire, huracanes,
etc. Claro que estos meteoros tienen una
contribución conjunta importante, y bajo
esta
hipótesis
los
modelos
termodinámicos, llamados a veces
modelos de balance de energía, incorporan
Es casi ocioso tratar de algo tan obvio
como la influencia de los cambios
estacionales en las actividades humanas.
La agricultura, la alimentación, la ropa, las
fiestas, las enfermedades... hasta el estado
de ánimo dependen de la época; ni qué
decir de las transformaciones del paisaje,
el ambiente, el bienestar, etcétera.
Así como la meteorología tiene implícita
la oscilación diaria del tiempo, la
climatología conlleva un ciclo anual. Por
otro lado, ya habíamos dicho que la escala
climática mínima es un mes; resulta
entonces que podemos llamar pronóstico
climático a corto plazo al que se hace de
un mes al siguiente, aunque algunos lo
llaman pronóstico meteorológico a largo
plazo, considerándolo una extensión del
que se hace de un día para otro.
83
Por supuesto, los modelos de circulación
general son más complejos, pero los
resultados obtenidos con los modelos
termodinámicos retribuyen ampliamente
su simplicidad y son competitivos.
su efecto de manera promediada, no como
entes individuales.
VII.9.
TODO ES RELATIVO
Australia, en enero es 30°C; si en un año
particular la temperatura media de ese mes
es de 35°, éste es el valor anormal, y
diremos entonces que hay una anomalía de
+5°C. En Manaos, Brasil, la precipitación
normal es de 3 000 mm anuales; en un año
anormalmente "seco" puede llover "nada
más" 2000 mm, entonces tenemos una
anomalía negativa de 33 por ciento.
El clima es entonces repetitivo con ritmo
anual; tiene un ciclo regular de
temperatura, humedad, etc., que constituye
la normal. Respecto a esta línea base debe
hacerse el pronóstico climático; en
consecuencia, una predicción no consiste
en decir que enero va a ser más frío que
diciembre, o que en verano va a llover más
que en primavera; sino en aseverar cosas
como: el próximo enero va a ser más frío
que los eneros normales, o el siguiente
verano va a llover menos de lo normal.
La importancia de las anomalías es relativa
a su normal; así, cuando en el Sahara
llueve 100 mm en un año, ello significa
una tremenda precipitación; pero si
durante agosto sólo lloviera en Chiapas
"escasos" 100 mm tendríamos una
catastrófica sequía. Es algo como aquello
que dice el refrán: "Tiene más el rico
cuando empobrece que el pobre cuando
enriquece."
El valor de alguna variable en un año
particular (por ejemplo 1991) es el valor
anormal, y su promedio de muchos años
(30, según indica la Organización
Meteorológica Mundial) es el valor
normal (por ejemplo el promedio de 1961
a 1990). Hay una tercia de valores
(normal, anormal y anomalía) para cada
una de las variables climáticas
(temperatura, precipitación, etc.), para
cada lugar o región (ciudad de México,
cúspide del Everest, isla de Malta, el punto
de coordenadas 25°N y 90°O, el Golfo de
México, el cinturón de latitud entre 10 y
30°N, el HN, etc.) y para cada instante o
periodo (las 12 del día 27 de octubre, la
segunda quincena de marzo, el otoño,
etc.); pero si no se especifica de qué año,
entonces sólo hay valor normal.
En estos términos, un pronóstico no
calcula las normales, sino las anomalías; y
aquí caben varias categorías, según la
resolución espacio-temporal de los
cálculos. Puede ser que la predicción sólo
determine el signo de la anomalía, pero es
mejor si aparte da su magnitud; es más útil
si despliega geográficamente la anomalía
(o sea que da un valor para cada lugar) que
si solamente calcula perfiles latitudinales
(es decir, su variación del ecuador al polo);
vale más si presenta anomalías mensuales,
que si únicamente lo hace por año,
etcétera.
Veamos algunos ejemplos de anomalías.
La temperatura normal de Darwin,
84
85
VIII. VII. LA APORTACIÓN MEXICANA
¡Al fin es el tiempo de su lloro!
Ay, yo fui creado
y de mi dios,
festivos manojos de ensangrentadas espigas,
ya llevo
al patio divino.
Tú eres el que produce nuestro sustento.
"Himno a Tláloc para implorar la lluvia", Himnos sacros de los nahuas
VIII.1.
¿QUÉ PASA? ¿POR QUÉ PASA? ¿QUÉ VA A
PASAR?
EL PROPÓSITO de la ciencia es
responder estas tres preguntas, referidas al
objeto de estudio; es decir, la ciencia tiene
por finalidad la observación, la
explicación y la predicción de ciertos
fenómenos; además, su evolución va en
este orden.
datos en amplias regiones de la Tierra
(sobre todo las despobladas, como los
océanos, polos y desiertos), tomar
registros ininterrumpidos de más variables
y tener información cada vez más
detallada, diversificada y confiable.
Es decir, se pugna por tener mayor
cantidad y calidad de datos, los cuales
deben ser sistematizados y expeditos para
los investigadores y demás usuarios. Los
problemas que implica esta etapa son
básicamente tecnológicos: medición
automatizada, sensores remotos, bases de
datos, telecomunicaciones, etc. De modo
que la observación progresa junto con la
tecnología.
Veamos el caso de la ciencia llamada
física del clima. Ciertamente, el estudio
del clima comenzó observándolo, primero
cualitativamente y luego midiendo sus
variables. Sin embargo, aunque la
observación es la etapa inicial en el estudio
de un sistema, ella no se agota al pasar a
las siguientes: explicación y predicción.
Continua y permanentemente se toman
datos del objeto de estudio, en este caso el
clima; y esto obedece a dos razones:
primera, porque el fenómeno se
transforma sin cesar y cotidianamente
ofrece información nueva que enriquece el
acervo; y segunda, porque siempre es
necesario aumentar y refinar la
información en el espacio y el tiempo. Es
decir, hay que solventar la carencia de
Concluyendo, la primera etapa de la
ciencia es la observación y responde a la
pregunta ¿qué pasa?, o sea describe por
fuera el fenómeno o sistema.
La segunda etapa es la explicación del
fenómeno; es decir, responde a la pregunta
¿por qué pasa lo que pasa?, y también se le
86
llama diagnóstico; estudia por dentro el
fenómeno, buscando sus causas y
relacionándolas con sus manifestaciones
externas.
Claro que las explicaciones no deben ser
ad hoc, sino casos particulares de una
general; en otras palabras, el modelo debe
servir para explicar una amplia gama de
situaciones, y cuanto más amplia sea,
mejor. No debe haber un modelo
específico para cada situación, un modelo
respetable es general y se espera que
también pueda usarse para calcular lo que
aún no sucede; es decir, uno que sirva para
diagnosticar,
puede
evolucionar
naturalmente para pronosticar; aunque este
paso no es inmediato.
Desde la introducción, y en varias
ocasiones, hemos dicho que la
complejidad del sistema climático impide
tanto
establecer
cualitativamente
relaciones de causa-efecto claras y
realistas, como sacar conclusiones
cuantitativas con base en consideraciones
simples. Para esto se requieren modelos
fisicomatemáticos;
es
decir,
para
diagnosticar el clima hay que entender
integradamente los mecanismos físicos
más sobresalientes del sistema climático.
Es fácil acopiar argumentos que expliquen
lo que ya pasó ("a toro pasado... "); lo
difícil es anticiparse a los acontecimientos.
Un vicio de algunos comentaristas de
fútbol
consiste
en
"predecir"
lapidariamente que (v. gr.) el "América"
va a ganar, y después ocupan media hora
justificando por qué perdió.
Si para explicar el clima se necesitan
modelos, con mayor razón para predecirlo;
por eso la predicción es la etapa más
avanzada de la ciencia clásica.
Evidentemente, la pregunta ¿qué va a
pasar? es más difícil de contestar que
aquella de ¿por qué pasa lo que pasa?
VIII.2.
COMPRARLO HECHO O HACERLO UNO
Vamos a hacer algunas precisiones
lingüísticas. Hemos llamado sistema
climático a la porción del planeta en que
tiene lugar el clima, acoplada al conjunto
de fenómenos físicos que lo producen.
Esta definición es usual en la ciencia: se
selecciona para su estudio un fragmento
del Universo o de la naturaleza. Para
reafirmar esto, diremos que éste es el
sistema natural; también podría decirse
real, verdadero, etc.; pero prefiero el
primer adjetivo. Por otro lado, un modelo
del clima es una representación
fisicomatemática del sistema (natural)
climático; de manera que el modelo es un
sistema teórico, que siempre es mucho
más simple que el natural.
Todo sistema tiene entradas (llamadas
también insumos), salidas (productos),
proceso (sistema, propiamente dicho),
retroalimentaciones
(forzamientos
internos), etcétera. El clima los tiene, y en
el sistema natural son innumerables, pero
el sistema teórico tiene unos cuantos de
ellos, que de todos modos son numerosos.
Un ejemplo cotidiano de sistema es una
receta de cocina: la entrada son los
ingredientes, el proceso es la "manera de
hacerse", la salida es el platillo resultante
y una retroalimentación sería una
fermentación que se desencadene al poner
en contacto ciertos ingredientes.
87
De un sistema importa más la función que
la estructura, el software que el hardware,
l lo que hace, más que con qué lo hace.
Además, un sistema es más valioso si hace
más cosas, o sea que con insumos
elementales elabore productos refinados.
Esto también aumenta la versatilidad, pues
los ingredientes básicos pueden usarse de
diversas maneras con resultados muy
diferentes.
el insumo y el producto no se pueden
distinguir.
Lo anterior ilustra, exageradamente, la
diferencia entre hacerlo uno y comprarlo
hecho. Sin llegar a los extremos, eso pasa
cotidianamente al hacer preparativos para
comer en casa. Comenzando por una
punta, recorremos el espectro de
posibilidades: primera, llamar al restorán
para que traigan viandas listas para ser
consumidas; segunda, ir al súper por
alimentos preparados que uno calienta e
ingiere; tercera, abrir latas o bolsas de
víveres precocinados, los cuales sólo hay
que poner en agua hirviendo o algo por el
estilo, etc... y así seguiríamos hasta...
¿hasta donde?; traer del mercado los
ingredientes al natural y con ellos
confeccionar el platillo; mejor, en vez de
comprar los huevos tener en casa la gallina
que los ponga; el café en grano tostado y
uno lo muele, mejor crudo y uno lo tuesta,
mejor tener el cafeto dentro de un
invernadero en la azotea... ¿dónde
paramos?
Llevando las cosas al extremo, diríamos
que el sistema cocina-cocinero ideal sería
aquel que a partir de cualquier material
(por ejemplo piedras) confeccionara los
platillos más refinados; ya que a fin de
cuentas todo, en particular la comida, está
hecho solamente de electrones, protones y
neutrones, los cuales abundan en cualquier
cosa, como las piedras; por lo tanto, sólo
hay que reacomodarlos y eso podría
hacerse con los dispositivos con que
estuviera equipada la tal cocina ideal;
incluso, la energía necesaria para el
proceso se obtendría también de las
piedras, bastaría con aniquilar un poquito
de su materia y, por la ley de Einstein,
obtendríamos la energía equivalente.
Físicamente, esto es posible en principio;
pero su realización sería extremadamente
costosa, absolutamente incosteable.
Algo análogo pasa con un modelo; al
diagnosticar, uno reproduce teóricamente
lo que sucede en la naturaleza; v. gr., se
calcula el perfil normal de temperatura en
enero desde el ecuador hasta el polo, o el
ciclo normal de lluvia a lo largo del año en
la ciudad de México, etc. Bien... esto se
hace con el modelo, pero éste requiere
cosas para ser corrido, se alimenta con
datos; y aquí aparece la misma gama de
posibilidades que en la cocina. El modelo
es más meritorio cuanto más elementales
sean los datos de entrada y desmerece
cuanto más cercanos al resultado sean los
ingredientes.
En el otro extremo, la "cocina" más simple
sería un mero trámite: consistiría sólo de
un teléfono, por el cual el "cocinero"
pidiera a un restorán el platillo deseado, y
del dinero para pagarlo.
El resultado de ambos procesos es
esencialmente igual: el mismo platillo. De
ambos sistemas cocina-cocinero sale el
mismo
producto,
con
entradas
absolutamente distintas: en el primer caso
piedras, y en el segundo ¡el propio platillo!
Vamos, en la cocina extremo de simpleza
Necesariamente, algo debe meterse al
sistema para obtener el producto deseado;
los modelos generan ciertas cosas y otras
88
las prescribe uno y las mete al modelo. El
arte culinario tiene su equivalente: por
ejemplo, se trata de hacer mole, uno puede
"prescribir" el guajolote, que se trae (ya
muerto, pelado, etc.) del mercado, o puede
uno "generarlo" criándolo desde chico y
engordándolo con alimentos especiales, en
este caso lo prescrito es el polluelo que uno
adquirió y trajo a casa. Más comúnmente
sucede con la salsa de mole: prescribe uno
los chiles secos (comprados en el
mercado) y uno genera la salsa, o se
prescribe pasta de mole y... En fin.
menos cosas ya elaboradas. Y es mejor
modelo el que requiere menos información
prescrita y genera más resultados. V. gr.,
un modelo climático que reproduce
acertadamente la temperatura mensual de
la atmósfera es más meritorio si genera
también la temperatura del océano y la
extensión del casquete polar cada mes, que
si éstas variables le fueran prescritas.
En síntesis, prescribir es proporcionarle
(desde afuera, valga la redundancia) al
modelo cierta información; generar es que
el modelo la calcule (por sí mismo,
internamente).
Evidentemente, es mejor cocinera la que
elabora más cosas por sí misma y compra
VIII.3.
NO CONTROLES
durante algunos días seguidos, etc. Por eso
es común que el pronóstico meteorológico
rece: "poco cambio en la temperatura", etc.
Es decir, las condiciones tienden a
persistir; cualquier anomalía, una vez
establecida, permanece algunos días. Este
es el fundamento de esta predicción
reduccionista, que constituye un control
llamado persistencia, cuya capacidad de
acierto es de unos dos tercios. O sea,
debido a que las anomalías tienden a
permanecer, la predicción "mañana va a
estar igual que hoy" se cumple en más del
60% de los días.
Pese a su complejidad, mencionada en la
primera sección de este capítulo, el
sistema climático tiene las regularidades
descritas en el capítulo VI, que se
manifiestan como ciclos diarios o anuales
de la normalidad.
Adicionalmente a estas regularidades
normales, las condiciones anormales
tienen sus propias regularidades, que se
presentan en las diversas escalas de tiempo
y permiten hacer ciertas conjeturas
simples, llamadas controles, que resultan
muy eficaces.
Otro ejemplo de control es el retorno a la
normal, que se aplica a escala climática
para la temperatura del océano. Esta
variable suele presentar anomalías muy
extensas y duraderas; en un área de cientos
de millares de kilómetros cuadrados y
durante meses se mantienen con el mismo
signo. Como varían tan lentamente, su
persistencia constituye un mal control de
la evolución mensual de estas anomalías;
mejor resulta el retorno a la normal, que
ahora explicamos.
Por ejemplo, en nuestras latitudes funciona
bien un "pronóstico" meteorológico que
no requiere datos, ni computadora, ni
modelo; vamos, ni siquiera hace falta
mirar al cielo o asomarse a la ventana y es
éste: "Mañana va a estar igual que hoy."
Efectivamente,
las
condiciones
atmosféricas (obviamente anormales) se
repiten durante varios días consecutivos: si
hoy estuvo raso, es muy probable que
mañana también, si un día llovió a las 5
p.m., al siguiente vuelve a llover casi a la
misma hora, los vientos soplan igual
89
Si un mes el océano está más caliente de lo
normal, al siguiente continuará con
anomalía positiva de temperatura, pero
menor; es decir, se acerca a la normal, la
anomalía tiende a cero. Cuando está más
frío de lo normal, al siguiente mes la
anomalía será también negativa, pero
menos intensa. O sea que de un mes a otro
las anomalías tienden a extinguirse; en
palabras más técnicas: el cambio mes a
mes de la anomalía es de signo contrario al
de la anomalía mensual. Obviamente esto
no pasa siempre, pero sí frecuentemente;
este control acierta también en más o
menos dos tercios de los casos.
que trabajaba en la casa paterna del
pueblo, normalmente no hacia mayores
comentarios meteorológicos, pero a veces
decía a mi madre al llegar en la mañana:
"Señora, hoy va a cambiar el tiempo
porque anoche cantó el coyote."
Efectivamente, la predictabilidad del
control es alta y no es raro que un modelo
refinado, que tardó meses en ser
formulado y horas al correr en
computadora, dé predicciones menos
acertadas que el control que ni siquiera
requiere saber cómo están las cosas, y que
simple y llanamente proclama: "mañana
va a estar igual que hoy", o "este mes la
anomalía de temperatura oceánica va a
disminuir."
Como puede verse, el control parte de una
anomalía ya establecida, y dice cómo
evoluciona ésta, incluyendo la evolución
nula indicada por la persistencia; pero no
puede adelantarse al surgimiento de
aquélla. Es decir, el control no genera
anomalías.
Análogamente, ocurre a veces que un
modelo sencillo es más realista que uno
complicado; también puede suceder qúe
cuando
uno
refina
su
modelo,
incorporándole
nuevos
mecanismos
físicos o afinando los ya incluidos, sus
resultados empeoren. No siempre los
modelos más elaborados dan mejores
resultados.
Además, las situaciones más interesantes
son aquéllas en que el control falla; o sea,
el paso de una anomalía a otra distinta. De
la misma manera que adelantarse a las
variaciones propias del ciclo normal no
constituye predicción, tampoco se
considera tal la evolución de las anomalías
adelantada por el control. Así como el
ciclo normal es una línea base para la
predicción, el control es una cota mínima
para ella; naturalmente, una predicción
menos hábil que el control es basura.
Para cada tipo de pronóstico hay un
control, y la calidad de un modelo suele
medirse como su excedente de
predictabilidad respecto al control. Claro
que un modelo no se evalúa con uno o unos
cuantos casos de predicción; se necesitan
muchos para que la evaluación sea
estadísticamente significativa. Es posible
que un modelo funcione a la primera y eso
no garantiza el éxito de las aplicaciones
subsecuentes: "una golondrina no hace
verano."
A la gente del campo le importa mucho
más el cambio de tiempo que la
permanencia de ciertas condiciones; más
aún, dan por supuesto que los meteoros se
repiten parecidos de un día para otro la
mayoría de las veces, y sólo les interesa el
cambio del estado atmosférico, el cual
tratan de vislumbrar a partir de signos
ocasionalmente curiosos. Un viejo mozo
Un modelo debe hacer mejores
predicciones que el control, aventajarlas
cuando se trata de un régimen ya
establecido, pero sobre todo debe hacer lo
90
que el control no puede: pronosticar los
cambios de régimen. Ganarle al control no
es tarea fácil, y superar su predictabilidad,
VIII.4.
aunque sea por unos cuantos puntos
porcentuales, es de gran mérito.
¿Y QUE TAL SI... ?
Ésta es una cuarta pregunta que una
ciencia debe responder; las otras tres
fueron relatadas en la primera sección de
este capítulo; sus respuestas conforman las
fases de la ciencia: descripción,
explicación y predicción; o sus sinónimos:
observación, diagnóstico y pronóstico,
respectivamente. En la segunda fase un
modelo se usa para reproducir
teóricamente lo observado; a esta
aplicación de un modelo también se le
llama simulación (de las condiciones
normales). La cuarta fase científica se
llama sensibilidad, ya mencionada en el
capítulo V, y satisface la pregunta que da
título a esta sección.
cambio, la anomalía de mediados del siglo
XXI es la diferencia entre el clima
(distinto) de entonces y el actual;
consecuentemente, un cambio es la
diferencia entre dos climas normales; claro
que también puede mantenerse la
definición original de anomalía si
consideramos al nuevo clima un caso
anormal del presente. O sea que la normal
no es absoluta; en sentido estricto, es
diferente para cada periodo de 30 años,
lapso
mínimo
convencional
para
promediar y obtener una normal. No hay
problema, la definición original de normal
sigue vigente; sólo debe quedar claro a qué
periodo se refiere.
Por un lado, la predicción se refiere a las
fluctuaciones del clima (mensual,
digamos) alrededor de la normal actual;
son
variaciones
fortuitas
que
aleatoriamente suben y bajan respecto del
promedio. Por otro lado, la sensibilidad es
el estudio de los cambios del clima,
variaciones sistemáticas que operan en la
misma
dirección
durante
años.
Propiamente, un cambio da lugar a un
clima (normal) nuevo y distinto. La
anomalía del clima del mes próximo es
una fluctuación del clima presente; en
El estudio más común de sensibilidad es el
de un supuesto incremento de la constante
solar (capítulo III), generalmente del 1%;
los modelos suelen calibrarse comparando
el cambio climático calculado por cada
uno.
VIII.5.
A diferencia de los retroalimentadores o
forzamientos internos (generados por el
modelo), los forzamientos externos son
prescritos; en los ejemplos anteriores estos
forzamientos son la duplicación del C02 y
el incremento de 1% en la constante solar.
NUESTRO MODELO
El contenido de este libro, excepto el
capítulo II y unas cuantas secciones de
otros, es fruto directo de nuestra
experiencia con el MTC. Este modelo fue
creado por el doctor Julián Adem,
trabajando básicamente en México, pero
también como investigador visitante en el
Centro Nacional de Meteorología de EUA
en Washington y colaborando con colegas
de otras instituciones y países. El MTC
constituye el proyecto de trabajo de
nuestro grupo de investigación en el
Centro de Ciencias de la Atmósfera de la
UNAM que dirige el doctor Adem.
91
frontera (el ecuador) es adiabática. Su
resolución temporal es un mes, y la
espacial, 400 km, que es la separación de
los puntos de malla reticular de
integración.
El MTC, en tanto representación teórica del
sistema climático natural, nos ha dado luz
para entender el clima y tratar de explicar
su funcionamiento en este libro, cuyo
contenido es implícitamente la exposición
del modelo.
La ecuación de pronóstico es la primera
ley de la termodinámica. Otras leyes
físicas se usan diagnósticamente: la
ecuación de gas perfecto para el aire, la
ecuación de continuidad de conservación
de masa y la ley de equilibrio hidrostático
en la atmósfera. Las variables de estas
ecuaciones son valores promediados
mensualmente.
Por lo tanto, en lo que resta del capítulo
sólo vamos a puntualizar los componentes
del MTC ya descritos en capítulos
anteriores como componentes del clima
natural y agregaremos unos datos de cómo
surgió y ha evolucionado. Los elementos
del clima que consideramos despreciables
se toman como nulos y, en general, las
aproximaciones se manejan como
igualdades; lo que no se menciona no está
incluido en el modelo.
También intervienen otras propiedades
específicas de los componentes geofísicos;
por ejemplo, la troposfera tiene un
gradiente térmico de 6.5°C/km; en la capa
mezclada del océano la temperatura es
verticalmente uniforme, etcétera.
El MTC es pionero mundial en el enfoque
termodinámico; es decir, considerar que
los procesos climáticos son básicamente
de transferencia de calor, a diferencia de
los meteorológicos, que son dinámicos.
Surgió en 1960; en su primera fase sólo
calculaba el clima normal mensual,
promediado zonalmente (o sea, en la
longitud geográfica); de modo que sus
datos y resultados estaban desplegados
sólo meridionalmente; es decir, eran
perfiles
latitudinales.
Los
únicos
calentamientos incluidos eran los flujos de
radiación, y el único transporte era el
turbulento, debido a ciclones3.*
Como todo problema matemático, el
sistema teórico llamado MTC ha de tener
tantas incógnitas como ecuaciones
independientes; las incógnitas son las
variables que el modelo genera. Para
cerrar el problema hacen falta ecuaciones
adicionales a las relatadas en los dos
párrafos anteriores y para esto se recurre a
parametrizaciones semiempíricas, las
cuales son relaciones basadas en
principios teóricos y en datos prácticos,
para calcular algunos transportes y
calentamientos en términos de variables
como la temperatura. Se requieren
parametrizaciones cuando el conocimiento
físico o los datos necesarios para evaluar
un proceso son insuficientes; deben ser
funciones lineales (capítulo X), y algunas
El MTC consta de una capa atmosférica (la
troposfera) de 11 km de espesor, con una
capa de nubes, una oceánica (la capa
mezclada) de 50 m, una capa continental
de profundidad despreciable y una capa de
hielo y nieve (criosfera). Su área de
aplicación es el H N, con distribución
realista de continentes y océanos; la
El termino ciclón engloba también a los
anticiclones, vórtices atmosféricos con giro
contrario a los ciclones.
3
92
de la radiación solar que llega al sistema,
la cual se calcula analíticamente para cada
mes y se despliega latitudinalmente.
fueron deducidas sobre pedido para el
MTC.
Una parametrización notable es la de
turbulencia, fenómeno físico inmanejable
teóricamente de modo exacto. En el MTC el
transporte horizontal de calor por
remolinos oceánicos y por ciclones
atmosféricos, que para la escala del
modelo es turbulencia, se introduce con
coeficientes de intercambio que permiten
tratarla como función de las variables
promediadas. Esta turbulencia proviene
propiamente de los detalles cancelados por
la promediación mensual, y los
coeficientes de intercambio son constantes
y uniformes, pero con diferente valor para
la atmósfera y el océano.
El viento se calcula geostróficamente; es
decir, sólo el originado en la fuerza de
Coriolis por rotación de la Tierra; este
viento se da efectivamente en la atmósfera
libre, o sea en la altura, donde la fricción
con la superficie no se siente. Mediante
prescripciones adicionales, se usa para
determinar el viento superficial y
consecuentemente, la componente de la
corriente oceánica (llamada deriva),
debida al arrastre friccional del viento.
Las nubes se modelan como una sola capa,
cuya extensión horizontal fraccional se
llama nubosidad, y se genera, al igual que
la
precipitación,
como
una
proporcionalidad
directa
de
la
condensación. La criosfera se modela
sobre continentes y océanos acoplando su
frontera a la isoterma superficial de 0°C,
de manera que los puntos con temperatura
menor o igual que cero grados están
cubiertos de hielo y nieve.
La primera ley de la termodinámica se
aplica separadamente a las capas
atmosférica (incluyendo nubes), oceánica
y continental (con criosfera). Cuando en
esta ley hablamos de lo que entra y sale,
esto abarca también la energía que fluye en
la porción estudiada sin llevar consigo
materia que entre o salga. Cuando la
energía ingresa o egresa junto con materia
el proceso se llama transporte y, en caso
contrario, calentamiento.
Una vez cerrado el problema, es decir,
teniendo
tantas
incógnitas
como
ecuaciones, éstas se reducen a una sola en
la variable fundamental, que es la
temperatura de la troposfera media.
Resuelta esta ecuación, la temperatura
calculada se usa para determinar
escalonadamente las demás incógnitas,
empezando por las temperaturas de océano
y continente.
El MTC tiene estos transportes: los
turbulentos ya dichos, la evaporación en la
superficie y la advección por viento y
corrientes; y estos calentamientos: el flujo
de calor sensible entre superficie y
atmósfera, la condensación de vapor de
agua en las nubes y los intercambios de
radiación de ondas corta y larga entre
superficie, atmósfera y nubes, derivados
VIII.6.
OTRAS GENERACIONES Y
PRESCRIPCIONES
93
atmósfera algunas variables que la primera
genera. Actualmente trabajamos en
acoplar ambas versiones, enriqueciéndolas
mutuamente e incorporando una nueva
dinámica explícita en la atmósfera y el
océano.
Cada capa del sistema tiene su propio
campo de albedo para la radiación de onda
corta; para la de onda larga, el continente,
el océano, las nubes y la criosfera se
comportan como cuerpos negros; la
atmósfera,
en
cambio,
absorbe
selectivamente según la longitud de onda
y esta absortividad depende del contenido
de gases de invernadero, principalmente el
vapor de agua y el C02; la humedad
atmosférica está determinada por las
condiciones climáticas y es generada por
el modelo; el C02 se prescribe.
La segunda versión sirve principalmente
para calcular la temperatura superficial del
océano y en atacar este problema el MTC
fue históricamente el primero en el mundo.
Para concluir esta reseña del MTC, diremos
que el archivo del programa tiene varias
decenas
de
campos
climáticos,
coeficientes de correlación que dependen
del lugar y la época, etc., en valores
normales, algunos estacionales y los más
mensuales; la ecuación por resolver en la
variable temperatura troposférica es una
ecuación diferencial elíptica de segundo
orden, que se integra mediante el método
numérico
llamado
relajación
de
Liebmann, en equipo grande de cómputo.
Cuando se trata de predicción o
sensibilidad, el programa se corre dos
veces: una para las condiciones normales
y otra para las anormales; la diferencia
entre ambos resultados da la fluctuación o
cambio, respectivamente.
Por lo tanto, el MTC contiene los tres
principales
mecanismos
de
retroalimentación (capítulo IV). Y si
consideramos
que
un
proceso
retroalimentador es cualquier secuencia de
interacciones que llegan al punto de
partida, entonces el modelo tiene muchas
otras más.
La memoria térmica del sistema es el
almacenamiento de energía en el océano;
en la atmósfera esta inercia es mucho
menor y en el continente es nula.
En realidad, el MTC tiene dos versiones
básicas: una destinada principalmente a
calcular la temperatura de la atmósfera y
otra para el océano. En la primera el
océano no tiene transportes horizontales y
en la segunda se prescriben para la
Las aplicaciones que ha tenido el MTC se
tratan en los dos capítulos siguientes.
94
IX. VIII. EL CLIMA PALPITANTE
Entonces fue oficio de Ehécatl poner de pie al viento,
con él empujar mucho, hacer andar al viento.
Así él pudo mover al Sol, luego éste siguió su camino.
Sale una vez el Sol y cumple su oficio durante el día.
Y la Luna hace su oficio nocturno.
"Origen del nuevo Sol en Teotihuacan",
Códice Matritense del Real Palacio
IX.1.
NO HAY PLAZO QUE NO SE CUMPLA
Reiteramos: lo único constante del clima
es su variabilidad, a corto, mediano y largo
plazo.
YA HEMOS hablado de los plazos de
tiempo: el propio de la meteorología es del
orden de horas y días, el plazo del clima es
desde un mes en adelante (hasta cientos de
millones de años). También hemos dicho
que el pronóstico mensual se refiere a las
condiciones medias de todo un mes,
predichas el mes anterior. Este plazo de
antelación es la escala de tiempo más corta
en la física del clima y la más larga (o
extendida) en la meteorología. Entonces el
mensual puede llamarse pronóstico
meteorológico a largo plazo o climático a
corto plazo; siendo el clima el tema de este
libro, preferimos el segundo nombre.
En un año particular algunos meses son
más fríos y otros más calientes de lo
normal, análogamente sucede con lo seco
y lo húmedo; esto significa que a lo largo
del año las anomalías de temperatura y
precipitación fluctúan en magnitud y
signo. P.ej., en una cierta región, marzo
tuvo mucho más lluvia y un poco menos
de calor que lo normal de marzo; en
septiembre se registró —respecto de la
normal de ese mes— 20% menos de
precipitación y 3 ºC más de temperatura;
en diciembre el frío y la lluvia fueron
mayores, etc. Por otro lado, y como se vio
en el capítulo V, la década de los ochenta
tuvo un aumento mundial sistemático de
temperatura; sin embargo, lo más probable
es que esa tendencia no continúe
indefirndamente y en el futuro tengamos
decenios más fríos; por lo tanto, visto en el
contexto de varias décadas, el calor de los
ochenta es también fortuito, como las
fluctuaciones, pero a otra escala.
Las variaciones interanuales del clima se
llaman fluctuaciones y las que ocurren en
plazos de décadas o mayores se
denominan cambios; éstos son más
sistemáticos (o sea, menos fortuitos) que
las fluctuaciones, en tanto que permanecen
más tiempo; pero comparados con
periodos grandes también son fortuitos, ya
que el clima varía en todas las escalas de
tiempo; como se ve en la figura II.2, la
temperatura sube y baja continuamente.
95
IX.2.
DESDE CHIQUITO
El propósito con que nació el Modelo
Termodinámico del Clima (MTC) a
principios de los sesenta fue calcular
(anticipadamente)
las
fluctuaciones
climáticas mensuales, o sea pronosticar el
clima a corto plazo; éste sigue siendo su
uso más común, que se explica a
continuación.
temperatura en algún nivel, albedo,
evaporación, radiación, etc. Estos puntos
¿son muchos o pocos? Pues, depende de
para qué; para estudios globales son
suficientes, cubren el HN con buena
resolución; pero para estudios regionales
son insuficientes. En México caen sólo
unas cuantas decenas de puntos y, aunque
uno de ellos se ubique en —digamos—
Toluca, el dato que aparezca allí no será el
de esa ciudad, sino el promedio de toda
una región de 160 000 km² (o sea un
cuadro de 400 x 400 km) centrada en
Toluca.
Para un pronóstico, el MTC se alimenta con
varios campos climáticos normales y con
unos cuantos anormales del mes anterior;
es decir, si voy a predecir junio de 1992,
meto la información de cómo es
normalmente el clima de mayo, de junio,
la primavera y el verano; además, los datos
de cómo estuvieron las cosas en mayo de
1992. La información del clima normal de
mayo es el promedio de las condiciones
observadas durante 30 mayos, de 1961 a
1990.
De lo anterior se ve hasta dónde llega la
precisión del MTC, que —además— es
semejante a la de otros modelos climáticos
del mundo. Incluso, en sus primeros 20
años de existencia el MTC tenía la cuarta
parte de estos puntos, es decir 500,
separados por una distancia doble; todavía,
en estudios de paleoclima o cambios
antropógenos seguimos usando la rejilla
burda, suficiente para esos fines, dado que
esas situaciones (glaciaciones, duplicación
de C02, etc.) se conocen con poco detalle y
no tiene caso manejarlas con mayor
resolución.
El MTC se aplica al HN, de modo que cada
campo despliega la información climática
de la mitad del mundo; la malla o rejilla de
integración consta de 2 000 puntos en
retícula, separados por 400 km; en cada
punto aparece el valor de la variable
desplegada, que puede ser precipitación,
IX.3.
DÓNDE, CÓMO Y CUÁNDO
Se puede obtener cierta información local
interpolando de alguna manera la de los
puntos de rejilla más próximos al lugar de
interés. De hecho, la interpolación aparece
en todas las etapas del manejo de datos y
resultados; lo más probable es que el punto
de malla caiga en un lugar donde no hay
estación u observatorio meteorológico;
entonces se asigna al punto el valor
interpolado de los datos tomados en las
estaciones vecinas. Un ejemplo muy
simple: si el punto está a la mitad de la
línea recta que une a Ciudad Victoria con
San Luis Potosí, le toca el promedio de los
datos tomados en ambas capitales; de
hecho, en ese promedio hay que incluir
también la información circundante
(ponderada según su cercanía) que haya en
otras direcciones, en este caso la de Ciudad
Mante y Matehuala, si existe.
Para correr un modelo (hacer un
pronóstico) los datos son el ingrediente
fundamental y en esto debe haber
96
adecuado —aunque no suele ocurrir—
usar un modelo tosco con datos refinados.
congruencia espacial: la densidad de
puntos debe ser similar a la de datos. Los
puntos están repartidos homogéneamente;
en cambio, la densidad de datos es muy
variable: en el continente es mayor que en
el océano; en zonas deshabitadas, como
desiertos, polos, etc., es muy pequeña; los
países
desarrollados
tienen
más
observatorios que los subdesarrollados, ...
En fin. Sin embargo, la falta de
homogeneidad de las observaciones no
impide construir los campos, simplemente
ocasiona que éstos —tanto los de entrada
como los de salida— sean menos creíbles
donde escasean los datos; pero esto debe
tomarse con reservas, pues el clima de un
lugar no sólo depende de lo que pase ahí o
en el entorno, también hay teleconexiones:
relaciones
de
causa-efecto
entre
fenómenos lejanos.
Los datos son resultado de la observación
sistemática, requieren de la cooperación
internacional para integrar la base
informática. Como lo dijimos en el
capítulo VII, dependen fuertemente de los
dispositivos
tecnológicos;
grandes
problemas vienen de la (falta de)
continuidad y calibración de instrumentos.
Al introducir una nueva tecnología, como
el globo sonda, el satélite, etc., las
observaciones frutos de ella son
mediciones más indirectas que las
obtenidas con la tecnología desplazada;
además, un campo climático se integra con
observaciones de diversas procedencias;
por ejemplo, la temperatura del océano se
mide con boyas, por barcos, desde satélite,
etc.; el campo se construye después de
homogeneizar las observaciones; en
particular, una medida indirecta debe dar
el mismo valor que una directa.
Es esencial mejorar continuamente la
cantidad, calidad y disponibilidad de la
información; el mejor modelo es inútil sin
los datos necesarios. Tampoco sería
IX.4.
INGREDIENTES Y RESULTADOS
Para una predicción se necesitan tres
campos anormales del mes previo: la
temperatura del océano, la del nivel medio
troposférico (5.5 km de altura snm) y la
extensión del casquete polar. Estos
campos son de entrada, o sea ingredientes;
pero ¿cuáles son los de salida?; en otras
palabras ¿qué se pronostica? Bueno, el
resultado de un proceso de predicción es
un conjunto de campos, naturalmente
anormales, como: temperatura en
superficie y altura, precipitación, balances
de radiación, advección, evaporación, etc.
De estas variables, las más importantes
son la temperatura y la precipitación;
adicionalmente, el análisis se facilita si en
vez del anormal nos fijamos en la
De todos los datos existentes, un modelo
sólo usa algunos; esta selección puede
obedecer a consideraciones de completez,
confiabilidad, física modelada, capacidad
computacional, etc. Por otro lado, un
modelo se adapta, desde su formulación, a
la disponibilidad de datos.
Como dijimos en una sección anterior, el
MTC se alimenta con varios campos
normales y unos cuantos anormales. Los
primeros son parte del archivo, o sea el
acervo necesario para cualquier aplicación
del modelo, incluso las que no son
predicción; estrictamente, las normales
deben actualizarse (sólo) cada 10 años.
97
anomalía, para lo cual el anormal
(calculado) se resta de la normal calculada.
Esto significa que en la corrida debe
calcularse también la situación normal;
ciertamente
la
normal
observada
(incorporada en el archivo) es más realista
que la calculada, pero para determinar la
anomalía se prefiere usar la normal
calculada, porque en la resta se eliminan
errores sistemáticos (de origen físico,
matemático o computacional) que
pudieran estar presentes (en la normal y el
anormal); o sea, por congruencia, la
anomalía calculada debe ser la diferencia
entre dos valores calculados con las
mismas hipótesis, aproximaciones y
algoritmos.
oceánica— y la temperatura de la
troposfera —que ahora incluye la del aire
superficial aparte de la del nivel de 5.5
km—. Todos estos campos son anormales,
o sea del año particular, por ejemplo mayo
y junio de 1992, respectivamente. Hay un
campo más de entrada —la cubierta
congelada— y varios otros de salida, sin
contar los muchos normales ingredientes y
resultantes. En realidad sólo entran tres
campos (anormales) y salen varios
(anormales).
Múltiples análisis y pruebas han
demostrado que sólo tres campos
anormales del mes previo influyen
significativamente; a su vez, estas tres
variables no son igualmente importantes;
su contribución relativa varía por región y
época. Por ejemplo, la extensión del
casquete polar es una variable que afecta
más a los países septentrionales y en
invierno; en cambio, la temperatura del
océano afecta más a las zonas costeras y a
territorios (continentales) estrechos o
insulares. A Canadá y EUA les atañe más el
casquete y menos el océano, y a México al
revés.
Especifiquemos un poco las temperaturas
de entrada y salida. El MTC necesita como
ingredientes dos temperaturas (del mes
previo): la del agua superficial (capa
mezclada) del océano y la del aire a la
mitad de la troposfera. Del modelo
resultan las siguientes temperaturas (del
mes por predecir): la de la superficie —
que ahora incluye la temperatura del suelo
continental, aparte de la del agua
IX.5.
ALGUNOS EXITOS
Desde hace 30 años se hacen pronósticos
climáticos a corto plazo con el MTC; en sus
primeros años sólo manejaba promedios
zonales y, cuando ya tuvo los campos
desplegados geográficamente (en latitud y
longitud), se hizo el primer pronóstico
mensual, que fue de diciembre de 1962 a
enero de 1963, cuando Julián Adem
trabajaba en el Centro Nacional de
Meteorología, en Washington, D.C. Aquel
enero fue especialmente frío, por ejemplo,
en el norte de EUA hubo temperaturas 6°C
más bajas de lo normal para el mes, y esa
anomalía fue bien predicha en magnitud y
ubicación por el MTC.
Sin embargo, lo sucedido en enero de 1963
no era fácil de vislumbrar a partir de las
condiciones prevalecientes en diciembre
de 1962, cuando el océano estaba más
caliente (o menos frío) del normal
decembrino; una especulación fácil
llevaría a concluir que esta anomalía
positiva de temperatura produciría un
invierno moderado en enero, pero no fue
así; ¿qué ocurrió? Simplemente que el
98
océano (su temperatura) es sólo uno de los
factores que determinan el clima del mes
siguiente, y falta considerar los demás;
sucede que en diciembre del 1962 la
cubierta ártica era un manto de hielo y
nieve que se extendía desde el polo norte
hasta el Tibet en Asia, hasta Suiza en
Europa y el Río Colorado en Norteamérica
—mucho más de lo normal— y el
enfriamiento anormal debido a ella superó
al posible calentamiento debido al océano.
humedad que acarrean. Estas habladurías
falseaban en dos aspectos: en primer lugar,
no hay poder humano capaz de alterar el
curso natural de un huracán, y, en segundo,
la sequía perjudicó más a EUA que a
México.
La energía que interviene en un huracán
equivale a miles de bombas nucleares; de
modo que sólo echando mano de una
fracción apreciable del arsenal mundial se
lograría desviar o destruir el meteoro, con
las evidentes consecuencias colaterales e
indeseables, resultando peor el remedio
que la enfermedad.
Otro logro del MTC consistió en la
predicción de una situación que tuvo
grandes anomalías contrarias a la
tendencia; se trata de la famosa sequía de
junio de 1980 y meses subsecuentes que
afectó a Norteamérica (incluyendo
México). Quizá algunos lectores la
recuerden; a tal grado escasearon las
lluvias que el nivel de las presas bajó
alarmantemente y la Comisión Federal del
Electricidad recortó el suministro de
energía con apagones programados.
Corrió el rumor de que la sequía se debía a
que "los gringos estaban desviando los
huracanes" y dejábamos de recibir la
IX.6.
La sequía del verano de 1980 causó
estragos en EUA; se le bautizó como "the 20
billion Dlls. drought", lo pongo en inglés
porque la traducción no es literal, "one
billion" no es igual a un billón, aquél
equivale a mil millones y éste, a un millón
de millones, 109 y 1012, respectivamente.
De cualquier modo, quiere decir que la
sequía y el calor causaron pérdidas por 20
000 millones de dólares.
QUIEBRO Y TINO
La sequía de 1980 tuvo otras
peculiaridades más; mayo fue más
húmedo y fresco de lo normal, le siguió un
junio mucho más seco y cálido de lo
normal; y en los meses siguientes la sequía
persistió.
régimen climático de mayo a junio;
calculó bien el tamaño y ubicación de las
anomalías de temperatura y precipitación,
sobre todo en EUA.
Por lo dicho —y lo no dicho—, en las
últimas secciones el lector puede
vislumbrar que, de los tres campos con que
se inicializa el MTC, el menos importante
es el de la temperatura troposférica.
Efectivamente, el hecho de que en cierto
mes la atmósfera esté más caliente o fría
de lo normal, poco influye en que el mes
siguiente sea más cálido o fresco, lluvioso
o seco. Estas condiciones están más
determinadas por el casquete polar,
anormalmente extendido o retraído, y
Por un afán de colaboración con
investigadores
del
Observatorio
Geológico Lamont-Doherty de la
Universidad de Columbia, N.Y., el MTC
les había sido transferido y hacían con él
predicciones; la de junio de 1980 formó
parte de una larga serie que llevaron a
cabo. Este pronóstico —hecho con fines
académicos, ajeno a los servicios
meteorológicos— acertó en el cambio de
99
porque el océano tenga temperatura mayor
o menor a la normal. El océano es la
memoria energética del sistema climático;
en este sentido, la atmósfera es
(térmicamente) desmemoriada; vamos, la
temperatura (ambiente) que tenemos
encima influye menos en el clima del mes
siguiente que la criosfera y el océano, que
nos quedan más lejos. La temperatura
troposférica no tiene importancia crucial,
pero tampoco es despreciable, por eso la
incluimos en las condiciones iniciales; en
otras palabras, no determina el campo
calculado, pero sí lo refuerza.
IX.7.
Frecuentemente, la gente cree que las
fluctuaciones
consecutivas
son
contrastadas; es decir, que las anomalías se
dan en sucesión de signos alternados: a
una positiva le sigue una negativa, y
viceversa. Esto se señala en algunos
refranes como: "Cuando el invierno
primaveréa, la primavera invernéa", pero
realmente los contrastes son raros; la
mayoría son engañosos; por ejemplo, el
invierno que sigue a un verano cálido
parece —por ilusión sensorial— muy frío.
VIDA Y DULZURA
Hemos platicado de los pronósticos más
exitosos del MTC, pero por supuesto no son
así en todos los casos; no todo es vida y
dulzura. Los casos aislados dicen poco, la
evaluación de un modelo debe ser
objetiva; para eso se requiere acumular
una serie larga de experimentos
numéricos, estadísticamente significativa
y por diversos métodos comparar su
habilidad de acierto, su predictabilidad,
con la de los controles (persistencia,
retorno a la normal, etcétera.)
Nosotros, y también algunos colegas de
instituciones extranjeras, hemos hecho
esta evaluación estadística del MTC, y el
resultado ha sido que posee una
predictabilidad superior a los controles.
Estos andan en algo así como 60% de tino,
y el MTC los supera sistemáticamente,
aunque sólo por unos cuantos puntos
porcentuales; pero —como se dijo en el
capítulo VII— este pequeño excedente es
muy meritorio y semejante al de otros
modelos de países extranjeros. Aún
estamos lejos, en todo el mundo, de contar
con el modelo que acierte en el 90% de los
casos, y llegar al 100% de predictabilidad
es ilusión.
100
La discusión precedente puede dejar la
falsa impresión de que predecir el clima se
reduce a meter a la computadora unos
cuantos campos anormales y esperar la
salida de resultados. Efectivamente, al
echar a andar el programa computacional
del MTC entra en acción un complejo
sistema de algoritmos numéricos,
ecuaciones matemáticas, leyes físicas,
parametrizaciones semiempíricas, etc. que
procesan numerosos campos climáticos
normales y anormales de todo el
hemisferio, simulando los fenómenos e
interacciones naturales y dando por
resultado las condiciones climáticas del
mes
deseado.
Sin
embargo,
programáticamente no existe una cosa tal
como El modelo; el MTC es un programa
con muchas opciones, según se desee o no
incluir diversos mecanismos climáticos, o
para
seleccionar
parametrizaciones
alternativas de cierto mecanismo, etc.;
también tiene los comandos de la corrida
para fijar el mes y año que se desea, el
archivo de datos que debe usar, los campos
que debe exhibir, imprimir, etc. Todo esto
sin contar la magna empresa inicial de
construir el modelo y mejorarlo
continuamente.
Una última aclaración. Todos los campos
(normales y anormales, de entrada y
salida) son variables promediadas
mensualmente, excepto el campo de
criosfera anormal de entrada, dado que es
más significativo el estado de la cubierta
congelada en los días finales del mes
previo que el promedio de todo ese mes;
por lo tanto, se usa el campo medio de la
última semana. Podría pensarse en hacer lo
mismo con las temperaturas anormales de
entrada; realmente tiene sentido tal
inquietud, y los colegas de Lamont,
Columbia, han probado que da buenos
resultados. Tenemos en mente llevar a
cabo
esta
mejora,
evaluarla
estadísticamente y, en su caso, adoptarla.
Hemos insistido en la importancia que las
condiciones anómalas de la superficie
(temperatura del océano y extensión del
hielo y la nieve) tienen sobre el clima
(manifestado principalmente en las
anomalías de la atmósfera, en constante
circulación) del mes siguiente. Sin
embargo, es claro que estas condiciones
anormales en la superficie subyacente
pueden a su vez deberse a las condiciones
de la circulación troposférica; lo que
queremos subrayar es que una vez que
aparecen, influyen en la circulación de
modo determinante para mantener un
estado anómalo que puede persistir
durante algunos meses.
101
X. IX. EL CLIMA CAMBIANTE
Lo que de ti yo extraiga,
que de inmediato vuelva a renacer;
¡que no atraviese yo parte vital tuya,
que no te hiera el corazón, oh pura!
El verano, los meses frescos, los lluviosos,
el otoño y los meses de las nieves
y la primavera, oh Tierra,
son tus ordenadas estaciones,
son tu año.
¡Que día y noche
nos produzcan fruto!
"Himno a la Tierra", Atharva Veda, India, siglo v a.C.
X.1.
VOLCANES QUE ENFRÍAN
EN EL capítulo anterior hablamos de las
alteraciones del clima a corto plazo; en
éste trataremos de las de largo plazo; éstas
se llaman cambios, y abarcan desde
alrededor de una década hasta cientos de
millones de años. Por supuesto que esta
división de las alteraciones climáticas es
arbitraria, como cualquier otra y, por lo
tanto, no es nítida ni excluyente. Dentro de
los cambios climáticos vamos a empezar
con aquéllos de más corto plazo de
recurrencia y permanencia.
Las grandes erupciones modifican el clima
a escala planetaria; en otros capítulos ya
hemos mencionado varias veces la del
Krakatoa, ocurrida el siglo pasado, y
también aludimos a la de la caldera Toba
de hace 75 000 años. El comportamiento
de los volcanes es muy irregular y —hasta
ahora— impredecible; se dan en la corteza
terrestre (continental y oceánica) y afectan
al clima, pero éste no los afecta; esto da pie
a precisar lo que entendemos por factores
externos e internos del sistema climático.
Desde el primer capítulo dijimos que el
sistema está compuesto por la atmósfera,
el océano y el continente; ahora lo
reiteramos, precisándolo un poco.
Ciertamente, estas tres capas del planeta
interactúan con el clima, pero no todas sus
partes o aspectos lo hacen. Se consideran
componentes del sistema climático sólo
aquellos
elementos
atmosféricos,
oceánicos y continentales que interactúan
bidireccionalmente con el clima; es decir,
que lo afectan y —a su vez— son
afectados por él; estos componentes se
llaman factores internos del sistema
climático.
Por otro lado, los factores planetarios que
afectan el clima pero no son afectados por
él se llaman externos. En esta
identificación,
interno-externo
no
102
significa cercanía-lejanía, o dentro-fuera
en el sentido geométrico, sino su grado de
participación funcional en el clima.
también emite el volcán, pueden hacer el
efecto contrario: transparentes a la
radiación solar y opacas a la terrestre (de
onda larga); producen entonces el efecto
invernadero, calentando el clima. Sin
embargo, el primer efecto es mucho mayor
que el segundo y el resultado neto es
enfriamiento.
Naturalmente, también hay elementos
geofísicos que no son ni internos ni
externos
al
sistema
climático,
simplemente no participan, ni siquiera en
una dirección; por ejemplo, los temblores,
los maremotos, tal vez las auroras polares,
etc., ni afectan al clima ni son afectados
por él.
La nueva nomenclatura nos permite
distinguir mejor entre fluctuaciones y
cambios: en la primera sólo intervienen los
factores internos del sistema climático, y
en el segundo actúan principalmente los
externos, sin excluir a los factores
internos.
Las erupciones volcánicas son de ínfima
duración (del orden de horas), pero su
efecto puede durar años. No todas las
erupciones tienen importancia climática;
sólo las explosivas, que lanzan
violentamente gran cantidad de material
hasta la estratosfera, donde no hay lluvia
que lo lave. Estos aerosoles, cenizas y
polvo producto del volcán tardan años en
caer por gravedad; mientras tanto forman
un velo que atenúa la radiación solar y el
clima se enfría unas décimas de grado.
Algunas de estas sustancias y los gases que
X.2.
Hay otra razón para considerar como tales
a los cambios climáticos por vulcanismo;
las erupciones ocurren irregular e
imprevisiblemente; la mayoría lo hace sin
la violencia suficiente para repercutir en el
clima, aunque arrojen mucho material y
produzcan otras calamidades; por ejemplo
el Santa Helena (EUA, 1980) y las del
volcán de Colima en los últimos años. Las
erupciones que sí afectan al clima ocurren
con separación de varios años; pueden
pasar décadas enteras sin registrarse
ninguna y haber más de una en el mismo
decenio; de 1915 a 1945 no hubo nada; en
cambio entre 1900 y 1915 hubo cuatro; la
del Soufrière (Isla Guadeloupe), Santa
María (Guatemala), Shtyublya Sopka
(Rusia) y la del Katmai (Alaska). Por lo
tanto, el periodo de recurrencia de las
erupciones que afectan el clima, en una
buena porción del planeta y a lo largo de
años, es del orden de décadas, mismo que
hemos identificado como plazo mínimo de
los cambios climáticos.
NIÑO CON CHICHÓN
Sin duda, el volcán más célebre del
decenio es el Chichón, no sólo entre sus
paisanos mexicanos, sino en el mundo.
Ubicado en Chiapas, este volcán tuvo
repetidas erupciones violentas en la
primavera de 1982; aquí relatamos
algunos de sus efectos climáticos y
atmosféricos.
103
El Chichón inyectó a la atmósfera una
enorme cantidad de material; partículas
líquidas y sólidas formaron una densa
nube a 27 km de altura snm. La erupción
coincidió con la época en que el viento de
este a oeste era máximo, dentro de la
oscilación cuasibienal de la estratosfera.
Por esta razón, la nube de aerosol, ceniza
y polvo se extendió rápidamente hacia el
oeste y en tres semanas ya formaba un
cinturón alrededor del mundo, entre los
paralelos 5 y 30°N. La presencia de estas
partículas fue claramente detectada, pero
no así su efecto térmico; tan denso y
amplio velo debió atenuar la radiación
solar y bajar la temperatura en esa ancha
zona del globo. La merma de radiación
entrante al planeta fue efectivamente
registrada, pero no el enfriamiento del
clima. ¿Qué pasó? Resulta que por esos
mismos meses hubo Niño, que además fue
grande. El Niño calienta el clima; por lo
tanto, se contrapuso y ocultó el impacto
térmico del Chichón.
Bueno, y ¿qué Niño es ése?, o mejor ¿qué
es eso de El Niño? Tan tierno nombre no
se refiere a ninguna suerte de inocente
criatura, sino a un fenómeno oceánico más
bien monstruoso, que altera el clima y
tiene repercusiones negativas en la
economía, al abatirse la pesca de
anchoveta, la producción de harina de
pescado y la recolección de guano en Perú.
Se trata de una anomalía positiva de
temperatura del Pacífico ecuatorial de
unos 4°C, cuyas consecuencias mayores se
dan en el litoral sudamericano. La
contracorriente ecuatorial del N, que fluye
hacia el E, se desplaza hacia el S, llevando
agua cálida muy salobre hacia las costas de
Ecuador, luego se mezcla con la corriente
fría de Humboldt, que procede del S,
resultando un flujo tibio hacia Perú. Esta
anormalidad es lo que propiamente
constituye la "corriente de El Niño", la
cual bloquea la surgencia (emersión de
agua profunda del océano hacia. la
superficie), que normalmente opera ahí
acarreando plancton, nutriente básico de
los peces chicos (principalmente la
anchoveta), que a su vez lo son de peces
mayores (como el atún) y de las aves
104
guaneras, cuyos desechos digestivos son el
famoso fertilizante. Es posible que —
durante meses— la anchoveta se sumerja
o retire mar adentro en busca del plancton;
consecuentemente, el atún y las aves
también emigran. Sin embargo, la
catástrofe más notable es la mortandad de
esta fauna.
El Niño es un fenómeno recurrente, pero
no periódico; aparece en promedio cada
cuatro años, no obstante puede haber uno
dos años después de otro y no haber
ninguno en cinco años. Su pintoresco
nombre proviene de que —cuando se
presenta— comienza a manifestarse hacia
fines de diciembre o principios de enero, y
el espíritu navideño de los pescadores
peruanos lo asocia con el niño Dios. Esta
denominación se usa en todos los idiomas
y con mayúscula, a veces se traslada con
todo y artículo también con mayúscula: El
Niño.
Así, como no se sabe en qué año va a haber
Niño y en cuál no, tampoco se puede
prever de qué tamaño va a ser, pues los hay
grandes y chicos. Además, a veces son
gemelos: nacen dos casi juntos. También
hay abortos: se advierten indicios de
gestación y... nada. En fin, hay toda una
obstetricia oceanográfica, de la que no soy
experto.
Aunque su impacto térmico es mayor
cerca del ecuador, El Niño puede sentirse
oceanográficamente hasta el litoral
pacífico mexicano. Sus secuelas en la
atmósfera trascienden más allá que las
marinas; la circulación atmosférica se
debilita y la temperatura ambiente se
eleva. Su efecto climático de peores
consecuencias son lluvias torrenciales en
la árida costa de Sudamérica (Desierto de
Atacama), que producen gran erosión. A
mayores distancias, no es claro si El Niño
induce humedad o sequedad, ni tampoco si
los retozos del párvulo acrecientan o
aminoran los huracanes.
En esta sección hemos considerado a El
Niño como causa, y a los cambios
climáticos como efecto; en verdad esto no
es unidireccional ni así de fácil. Tal vez
otras alteraciones atmosféricas conciben al
X.3.
crío, o contribuyen a su gestación,
particularmente dos: una es la llamada
"oscilación austral", consistente en que —
en el Pacífico sur— la presión atmosférica
aumenta en su margen oeste (Australia e
Indonesia) y disminuye en el este
(Sudamérica); la otra posibilidad son los
vientos cálidos procedentes del desierto de
Atacama (Perú y Chile). De nuevo el
problema del huevo y la gallina.
LA ISLA DE CALOR
del esmog. Ciertamente, el polvo —por sí
solo— enfriaría el clima citadino; revuelto
con los gases, su bloqueo de la radiación
solar es superado por el efecto invernadero
de éstos, con el resultado neto de la
conocida "isla de calor". Adicionalmente,
otras actividades y características
metropolitanas
(combustión,
transformación, iluminación... hasta el
hacinamiento humano) producen calor.
Ya explicamos que el polvo originado en
erupciones volcánicas enfría el clima. Lo
mismo debe suceder con el polvo de otras
fuentes,
naturales
y
artificiales;
efectivamente, así es, con la única
diferencia de la escala espacio-temporal.
La supremacía del polvo volcánico radica
en su enorme monto, su permanencia de
años en la estratosfera y su propagación
alrededor del globo. Ninguna otra fuente
de polvo tiene esos alcances.
Tal vez el polvo de origen natural que
sigue en importancia es el levantado del
desierto por tormentas. Puede llegar a
miles de kilómetros en la horizontal, pero
se queda en niveles bajos y en unos días es
devuelto a la superficie por la gravedad o
por la lluvia.
Deduciendo, el polvo atmosférico aminora
el calor inducido por los gases; en ese
sentido,
ambos
contaminantes
se
contraponen benéficamente; empero, el
daño orgánico que ocasionan de ningún
modo se atenúa sino que, al contrario, se
intensifica.
El polvo artificial tiene impacto
únicamente local; puede ser de origen
bélico, industrial, etc.
En el resultado neto está incluido el
aumento de albedo: el asfalto de calles y el
concreto y la lámina de techos hacen que
la ciudad sea más brillosa, rechace los
rayos del Sol y la temperatura baje.
Afortunadamente
—y
ojalá
se
extinguieran—
las
guerras
son
circunscritas y de corta duración; la
industria —en cambio— puede tener
efecto permanente; en una urbe con alta
concentración de ella, como la ciudad de
México, el polvo es constituyente normal
En fin, el ambiente urbano es resultado de
procesos complejos sobrepuestos y
ciertamente constituye un cambio
climático local porque es permanente
(desde hace décadas), comparado con su
105
con su secuela de petróleo derramado y
pozos
incendiados,
posiblemente
provoque cambios climáticos regionales
que duren años, aunque todavía no es claro
en qué sentido actúen. El derrame de un
millón de toneladas de crudo y el incendio
de casi mil fugas constituyen la marea
negra
y el
siniestro
industrial,
respectivamente, más grandes de todos los
tiempos; sin embargo, en 1991, las
emisiones de hollín de estos desastres son,
a escala global, menos preocupantes que
las del volcán Pinatubo en Filipinas o la
quema de bosques en África y
Sudamérica.
entorno rural y con las condiciones
prevalecientes antes de la urbanización.
Otras manifestaciones del cambio
climático por urbanización es que las
ciudades son más resecas, pero en ellas los
aguaceros y granizadas son más intensas.
Lo primero (humedad) por la escasez de
vegetación y cuerpos de agua, además del
aumento de temperatura (que disminuye la
humedad relativa); y lo segundo
(precipitación) por la gran concentración
de nucleantes y la convección inducida por
la isla de calor.
También las guerras enturbian la
atmósfera; la reciente del golfo Pérsico,
X.4.
LAS APARIENCIAS ENGAÑAN
En las secciones anteriores explicamos
que volcanes, guerras e industria generan
polvo y ceniza; pero no son las únicas
fuentes de partículas suspendidas, ni
tampoco son éstas las únicas impurezas
que inyectan a la atmósfera. Volcanes,
guerras e industria también emiten gases y
líquidos contaminantes.
(troposfera), y lo destruye —con CFCS,
óxidos de nitrógeno, etc.— en la
estratosfera, donde sirve para bloquear los
dañinos rayos ultravioletas del Sol; de
modo que el hombre incrementa el 03
donde perjudica (a las vías respiratorias,
ojos, etc.) y lo decrementa donde
beneficia.
Los principales gases lanzados por los
volcanes son bióxido de azufre, C02 y
vapor de agua, que luego de reaccionar
forman en la estratosfera ácido sulfúrico,
sulfato de amonio, etcétera.
Desde hace algunos años, cuando hubo
cambio de gasolinas, el plomo se volvió
marginal y el 03 pasó a ser el protagonista
de la contaminación en la ciudad de
México. Tanto el C02 (el mayor causante
de la isla de calor) como el 03 y en general
los gases inyectados artificialmente a la
atmósfera son transparentes. Por lo tanto,
cuando el esmog es más notorio a simple
vista no necesariamente es mayor la
concentración de los contaminantes que
más afectan a la temperatura y a la salud,
pues son invisibles; lo que se ve del esmog
son sus componentes sólidos y líquidos; de
hecho, el vocablo se formó con las
palabras inglesas smoke (humo) y fog
(niebla); ciertamente el humo lleva CO,
Sobre el C02 y otros gases contaminantes
ya hablamos en el capítulo V. Sólo
reiteramos que la mayoría de los gases
artificiales son de invernadero, es decir
opacos a la radiación terrestre y
transparentes a la solar; por lo tanto,
calientan. El 03 es uno de ellos, con dos
modalidades: la acción humana lo origina
—básicamente por combustión motriz—
en las ciudades, constituyendo un
contaminante en los niveles bajos
106
C02 y otros gases, pero lo verdaderamente
opaco es el hollín, la ceniza, etcétera;
además, la niebla son gotitas de agua. Hay
días en que el cielo se ve diáfano y, sin
X.5.
embargo, el reporte de la infición indica
niveles nocivos de 03. Las apariencias
engañan.
¿INVIERNO U OTOÑO NUCLEAR?
Las explosiones nucleares producen gran
cantidad de dióxido de nitrógeno (N02);
por eso algunos investigadores rusos creen
que el enfriamiento registrado entre 1940
y 1965 (apreciable en las figuras II.2 y
V.4) se debe más a las pruebas nucleares
realizadas en la atmósfera en esas décadas,
que al vulcanismo registrado entonces,
luego del periodo de quietud volcánica
(1915-1945), mencionado en la primera
sección de este capítulo. El mecanismo
consiste en que el N02 reacciona con el
agua, produciendo ácidos que van a dar a
la estratosfera; ahí absorben radiación
solar y calientan esos niveles, pero enfrían
los inferiores.
De esto último se vislumbra un
comportamiento dual; efectivamente, los
contaminantes enfrían o calientan según la
altura donde se ubiquen y según su
tamaño.
Las
partículas
mayores
(principalmente sólidos) absorben la
radiación solar (o de onda corta) y, por lo
tanto, obstruyen la entrada de calor a
niveles inferiores. Las partículas menores
(principalmente
gases
artificiales)
absorben la radiación terrestre (onda larga)
y entonces obstruyen la salida de calor. O
sea que las pequeñas calientan y las
grandes enfrían, pero ¿en dónde calientan
o enfrían? pues... las chicas calientan la
capa misma donde se ubican, pero las
grandes enfrían a la capa que está debajo
de ellas; además, en la otra capa
(considerando
sólo
troposfera
y
estratosfera) ocurre lo contrario, en cada
caso. Este contraste por niveles se da
107
porque el balance planetario de radiación
debe mantenerse, suponiendo que el
albedo global no cambia ni tampoco la
radiación incidente en el planeta;
consecuentemente, debe salir lo mismo
que antes, pues la radiación entrante es
igual.
Naturalmente, estas suposiciones no se
cumplen del todo. El polvo dispersa los
rayos del Sol y entonces aumenta el albedo
planetario; por lo tanto, en vez de absorber
radiación, la rechaza; los niveles debajo
del polvo se enfrían (como antes), pero
ahora la capa que lo contiene no se
calienta. La realidad es intermedia a
ambos extremos: las partículas hacen
ambas cosas, absorben y dispersan. Ahí no
para el lío; como vimos en el capítulo III,
cualquier elemento del sistema que
absorbe radiación también emite (siempre
en onda larga), y lo hace para abajo y para
arriba; esta radiación, a su vez, puede ser
absorbida por otras capas, etcétera.
Anteriormente dijimos que la turbiedad
antropógena de la atmósfera es
insignificante comparada con la natural,
bajo el supuesto de guerras de —a lo
mucho— alcance regional. Sin embargo,
una guerra nuclear global sí oscurecería la
atmósfera en grado similar a las catástrofes
geológicas, como la caldera de Toba (hace
75 000 años) y el cometa de los
dinosaurios (hace 65 millones de años),
reseñadas en el capítulo II. Esta calamidad
antropógena, considerada singularidad
impredecible, indeseable y aparentemente
bautizó como "otoño nuclear". Las
investigaciones no son concluyentes, se
han abandonado un tanto, y es dudoso si la
detonación generalizada del arsenal
nuclear mundial extinguiría la vida y sus
posibilidades de recuperación.
descartada, estuvo en boga hace algunos
años y se le llamó inicialmente "invierno
nuclear"; pero en años subsecuentes se
recalculó el efecto climático de la
conflagración,
resultando
menos
dramático que la estimación previa, y se
X.6.
UNA CONSTANTE QUE CAMBIA
Como se explicó en el capítulo III, la
energía emitida por el Sol casi no varía,
por eso se denomina constante solar.
Siendo tan pequeñas estas variaciones, los
instrumentos antiguos eran incapaces de
detectarías; pero las medidas modernas
han demostrado que tal "constante" en
realidad cambia.
pueden ser sólo coincidencias, pues su
base física es precaria.
De cualquier modo, el Sol tiene una
variabilidad pequeña; su luminosidad
cambia dentro del 1%, y estos cambios no
perduran lo suficiente como para que el
clima reaccione a ellos. Tal vez la única
ocasión registrada históricamente en que
una variación solar persistió por décadas
fue en los siglos XVII y XVIII, con el
mínimo de Maunder o Pequeña Era
Glacial, pero naturalmente de esa época no
hay medidas de la constante solar. Más
información de esto aparece en la primera
sección del capítulo III.
La variación de la luminosidad parece
tener cierta correspondencia con los ciclos
de manchas solares, pero no es seguro.
Junto con estos vaivenes, la polaridad del
Sol da brincos: sus polos N y S magnéticos
se intercambian. En fin, coexisten varios
ciclos sobrepuestos de características
físicas que juntas constituyen la actividad
solar; entre estas propiedades del Sol hay
algunos vínculos claros y otros inciertos.
Además, la actividad solar y el clima
terrestre insinúan correlaciones que
X.7.
Evidentemente,
un
aumento
(o
disminución) de la luminosidad del Sol
debe calentar (o enfriar) el clima y esto se
registrará más claramente cuanto más
fuerte o duradero sea aquél (o aquélla).
EN ÓRBITA
En la sección anterior platicamos de la
energía emitida o luminosidad del Sol,
causa primigenia de la radiación recibida
en la Tierra; pero, evidentemente, esta
última depende además de otros factores
llamados orbitales. Por "radiación solar
recibida por la Tierra" (llamada también
insolación) entendemos la que llega al
planeta desde el espacio exterior, o sea la
incidente en el tope de la atmósfera, antes
de ser absorbida, reflejada o dispersada
por el aire, las nubes, el suelo, el agua o el
hielo. Naturalmente, el "tope de la
atmósfera" es un nivel imposible de
precisar, dado que la capa gaseosa del
planeta
se
atenúa
gradual
e
indefinidamente; pero pensar en unas
decenas de kilómetros de altura es una
buena aproximación. Por otro lado,
identificar la insolación con la radiación
procedente del espacio exterior es
correcto, pues la radiación que proviene de
otras fuentes es insignificante, comparada
con la solar.
108
Por lo tanto, la insolación depende
(solamente) de la constante solar y de los
parámetros orbitales, que son: oblicuidad,
exentricidad, y longitud y posición del
perihelio (la distancia más corta de la
Tierra al Sol). La longitud del perihelio y
la excentricidad determinan la órbita; y la
posición del perihelio y la oblicuidad
determinan la orientación de la Tierra
respecto de esa órbita.
De acuerdo con la primera ley de Kepler,
la órbita de la Tierra es una elipse;
consecuentemente, para describirla se
requieren sólo dos parámetros, que pueden
ser la longitud del perihelio y la
excentricidad. La primera especifica el
tamaño de la elipse y la segunda indica qué
tan redondeada o alargada es.
X.8.
Adicionalmente, la segunda ley de Kepler
establece que en su movimiento de
traslación la Tierra no lleva velocidad
uniforme; en el perihelio la rapidez es
máxima y en el afelio (el punto opuesto,
esto es, el punto más distante entre la
Tierra y el Sol) es mínima.
Analicemos ahora los otros dos
parámetros orbitales. De la oblicuidad ya
hablamos en el capítulo III; en esa
oportunidad la definimos como el ángulo
que hay entre el (plano del) ecuador y (el
plano de) la órbita terrestre o eclíptica.
Este ángulo mide 23.5°... actualmente,
porque resulta que cambia leve y
lentamente.
COMO UN TROMPO
Cuando ponemos a girar un trompo, si lo
dejamos vertical se queda "dormido", o sea
que su eje permanece en esa posición; pero
un momento después de "dormir", o si lo
soltamos inclinado, el trompo —además
de girar— se bambolea; este movimiento
se llama precesión y consiste en que el eje
del trompo describe un cono alrededor de
la vertical; conforme el cuerpo pierde
vértigo, este cono se amplía y termina
cayendo.
Por lo tanto, la Tierra tiene tres
movimientos: rotación, cuyo periodo es de
24 horas; traslación, de 365 1/4 días; y
precesión, de 25 900 años. Este último
movimiento, mucho más tenue que los
otros dos, es la causa de que la oblicuidad
varíe; el valor de este ángulo oscila entre
un mínimo de 22.5° y un máximo de 24.5°,
en ciclos que duran decenas de milenios.
Análogamente al trompo, la Tierra se
bambolea; es decir, el extremo N de su eje
de rotación (que la atraviesa de polo a
polo) no apunta siempre hacia la misma
estrella (actualmente a la Polar), sino que
traza en la bóveda celeste un círculo que se
completa en un periodo de casi 26 000
años.
109
La precesión se debe a la influencia
gravitacional del Sol y la Luna, y actúa
sobre el abultamiento ecuatorial de la
Tierra; en mucho menor grado, los demás
planetas también ejercen influencia.
La precesión produce algo más que la
variación de la oblicuidad. Dado que el
vaivén del eje no es en un plano sino en un
cono, el ecuador cambia su orientación
respecto
de
la
eclíptica
y
consecuentemente cambian los puntos de
la órbita (o momentos del año) donde la
carrera del Sol cruza el ecuador celeste
(proyección del ecuador terrestre en la
bóveda celeste), es decir, los equinoccios.
Esto ocasiona un corrimiento sistemático
de las estaciones sobre la órbita terrestre;
X.9.
ésta es una elipse que mantiene fija su
orientación en la bóveda, o sea que sus ejes
apuntan siempre a las mismas estrellas.
Dicho corrimiento se llama precesión de
los equinoccos.
HORÓSCOPOS DESPISTADOS
Hace dos milenios y medio los babilonios
de Caldea descubrieron y bautizaron el
Zodiaco, que es un cinturón de
constelaciones de la bóveda celeste en el
plano de la eclíptica; es decir, las estrellas
que sirven de fondo al Sol, visto desde la
Tierra. Naturalmente no las vemos porque
el resplandor solar las opaca; pero son las
mismas que seis meses después (o antes)
destacan en la noche.
Los caldeos definieron 12 constelaciones y
las asociaron a periodos mensuales, en
fase con las estaciones; de modo que Aries
va del 21 de marzo al 20 de abril; Tauro,
del 21 de abril al 21 de mayo, etc. Esto
significa que el primer mes de primavera
el Sol estaba en la constelación de Aries,
el segundo mes tenía por fondo a Tauro,
etcétera.
De paso, los babilonios inventaron la
astrología, basada en la creencia errónea
de que el destino de cada persona estaba
determinado por la ubicación del Sol, en la
bóveda, el día de su nacimiento.
Y ahora viene lo bueno. Eso de que el Sol
está (ba) en Aries entre el 21 de marzo y el
20 de abril era cierto hace 2 500 años,
ahora ya no; el Zodiaco se ha corrido como
consecuencia directa de la precesión de los
equinoccios. El desplazamiento de las
estaciones sobre la órbita terrestre afecta
también al cinturón de constelaciones; y
como 2.5 milenios es casi la décima parte
110
del periodo de precesión de la Tierra,
entonces el Zodiaco se ha desplazado casi
el 10% de una revolución. Esto significa
un corrimiento equivalente a poco más de
una constelación.
En ocasión del eclipse de Sol del 11 de
julio de 1991, algunos astrónomos
hicieron campaña para que la gente
observara que ese día el Sol estaba en la
constelación de Géminis, no en la de
Cáncer, como lo indica la astrología
tradicional. Naturalmente, un eclipse total
es una oportunidad magnífica para ver
directamente la posición del Sol respecto
de las estrellas; dado que estando cubierto
el Sol, éstas son observables a pleno día.
La
superstición
astrológica
sigue
basándose en el calendario zodiacal de los
babilonios; pero los signos del Zodiaco
están corridos por más de un mes y quienes
hacen los horóscopos no se han tomado la
molestia de, al menos, corregir las fechas
en que "rigen". A lo mejor por eso fallan.
Si usted cree en la ficción astrológica, en
todo caso debería fijarse en el horóscopo
anterior al suyo", pues esto es más cercano
a la realidad astronómica; por ejemplo, si
usted "es" Virgo tendría que hacer caso a
lo dicho en el de Leo.
La precesión de los equinoccios fue
descubierta por el griego Hiparco hacia el
año 130 a.C.; al darse cuenta de que la
posición de las estrellas no coincidía con
la reportada por los babilonios, concluyó
—correctamente— que lo que se
X.10.
desplazaba no eran ellas, sino la
"plataforma de observación" —la Tierra.
DESNORTEÁNDONOS
Unas secciones antes dijimos que la
posición del perihelio y la oblicuidad
determinan la orientación de la Tierra
respecto de su órbita. La oblicuidad define
la inclinación del planeta con la eclíptica;
y la posición del perihelio, ¿qué tiene que
ver? Para allá vamos.
En la sección anterior explicamos que los
equinoccios
se
desplazan
sistemáticamente sobre la órbita, o sea que
el ciclo de las estaciones va teniendo
diferentes posiciones con relación al
X.11.
perihelio (y al afelio). Por lo tanto, la
ubicación
de
los
equinoccios,
conjuntamente con la oblicuidad,
determina la orientación del planeta en la
eclíptica.
Posiblemente es impreciso decir que la
posición del perihelio determina la
orientación, pues él —y la órbita
completa— están fijos. Lo apropiado es: la
precesión de los equinoccios con respecto
al perihelio determina la orientación... En
fin.
CLIMA EN ÓRBITA
Ya describimos los parámetros orbitales,
pero aún no explicamos cómo afectan al
clima; ahora lo haremos. Naturalmente, si
la órbita fuera más grande (como la de
Marte), estaríamos más lejos del Sol y
tendríamos un clima más frío; en cambio
si fuera más chica (como en Venus) haría
más calor.
En cuanto a la excentricidad, es claro que
una órbita más alargada produciría un
notable efecto intraanual adicional a las
estaciones. Actualmente, la distancia
Tierra-Sol varía 3.5% a lo largo del año; o
sea que la excentricidad es pequeña y su
efecto en el clima es poco apreciable.
Como se dijo en el capítulo III, el día que
estamos en perihelio es el 3 de enero; lo
cual atenúa el frío invernal en el HN. Se
ocurriría pensar, en consecuencia, que el
HS tiene estaciones más extremosas que el
HN, pues en invierno el Sol está tendido y
lejos, y en verano está elevado y cerca;
pero en realidad aquello no sucede, porque
111
en el HS hay mucho más océano que
continente y la inercia térmica de aquél
amortigua los cambios.
La precesión de los equinoccios afecta al
clima, al combinar el efecto estacional con
el de distancia Tierra-Sol. Veamos. Las
fechas de los equinoccios (y también de
los solsticios) no varían (excepto, hasta
por un día, debido a las correcciones por
año bisiesto, como se anotó en el capítulo
III); el calendario está atado a las
estaciones, como referencia astronómica.
Lo que sí cambia es la relación
equinoccios-perihelio y eso es lo que
incide en el clima, a consecuencia de la
segunda ley de Kepler. La estación que
toca en perihelio es más corta (y
moderada) que la de afelio, pues por aquel
punto la Tierra pasa rápido y por éste
lentamente.
Ahora hablemos del último parámetro
orbital: la oblicuidad. Es obvio que si las
estaciones se deben a la oblicuidad, al
cambiar ésta las estaciones deben alterar
su intensidad. Un ángulo mayor entre
ecuador y eclíptica produciría inviernos
más gélidos, por tener al Sol más tendido;
un ángulo menor daría escasa variación
estacional: el invierno y el verano serían
más parecidos entre sí, pues en invierno
los rayos del Sol se inclinarían menos que
ahora. Además, al variar la oblicuidad, los
trópicos y los círculos polares cambian de
latitud de la siguiente manera: la latitud de
los trópicos se incrementa, y la de los
X.12.
círculos polares se decrementa, lo mismo
que se incrementa la oblicuidad.
Para concluir con los efectos orbitales
sobre el clima, diremos que éstos
efectivamente existen, pero su escala
temporal es enorme. Estos cambios
climáticos tienen lugar en tiempos del
orden de decenas de milenios y mayores.
EL MODERADOR Y ELDESMEMORIADO
Desde el capítulo I hemos dicho que el
continente posee características físicas
muy distintas al océano, y que éstas
afectan mucho al clima: el océano tiene
una enorme memoria o inercia térmica y
un albedo muy pequeño; el continente, al
revés. Es decir, el mar absorbe y guarda
una gran cantidad de calor, y el suelo hace
ambas cosas pero en mucho menor
medida. Esta aseveración se aplica a la
superficie desprovista de hielo y nieve; el
casquete polar se comporta distinto: su
albedo es lo doble que el del suelo y su
capacidad calorífica es intermedia a la del
océano y el continente. El comportamiento
radiacional y térmico de la criosfera es
independiente de si está cubriendo mar o
suelo.
X.13.
En el capítulo II mencionamos la deriva
continental, o sea el desplazamiento del
terreno a escala de tiempos geológicos. El
clima resulta afectado por la distribución
geográfica de océano y continente, pues el
primero es su gran moderador y el segundo
es un desmemoriado.
Los cambios climáticos por deriva
continental efectivamente existen, pero
son mucho más lentos que los orbitales
(sección anterior). Como puede verse en la
figura II.1, movimientos apreciables de los
continentes sólo se dan en tiempos del
orden de decenas de Ma o mayores.
LA CAUSA DE LAS GLACIACIONES
Aunque a la fecha no se han identificado
completamente
los
factores
que
produjeron las glaciaciones, lo más
probable es que éstas se deban justamente
a la deriva continental como principal
causa, mas no la única; ciertamente, las
fluctuaciones orbitales retraen y extienden
el casquete polar, pero en menor grado y
112
en tiempos mucho menores: decenas de
milenios.
Como puede verse en la figura II.1, hace
200 Ma el océano ocupaba cuatro quintas
partes del HN, Europa estaba unida a
Norteamérica, Asia separada de ellas, y
todas lejos del polo; África no aparece aún
en ese hemisferio. La composición actual
es 3/5 de océano y 2/5 de continente. Esta
evolución fue más notable en latitudes
altas; por ejemplo, en el cinturón 60-70°N
la continentalidad (fracción de la
superficie ocupada por continente) paso de
0 a casi 100%.
ha cambiado mucho. Hay una clara
relación entre el enfriamiento del Ártico y
el aumento de la continentalidad allí. La
temperatura invernal bajó del punto de
congelación hace 75 Ma y continuó
descendiendo hasta el presente. La
disminución más intensa se dio hace unos
30 Ma, estableciéndose entonces las
condiciones para el inicio de las
glaciaciones.
Por otro lado, se sabe que la temperatura
tropical ha sido prácticamente la misma
durante cientos de Ma; en cambio, la ártica
X.14.
DE SALIDA
Para completar este capítulo de cambios
climáticos falta algo sobre la composición
de la atmósfera. En secciones anteriores
vimos el efecto del polvo, ceniza y 03 en el
clima; pero el C02 y otros gases de
invernadero se trataron en el capítulo V.
Ciertamente, el diagnóstico y el pronóstico
de los cambios climáticos son un campo de
acción primordial de los modelos
fisicomatemáticos del clima. Dada la
complejidad del sistema climático y la
amplia gama de factores externos que
pueden afectarlo, la modelación de los
cambios aísla esos factores y simplifica la
cosa, considerando sólo una que otra
causa.
Diversas
disciplinas,
como
la
sedimentología, la glaciología, la
dendrología y la palinología, proveen
datos paleoclimáticos. La simulación por
modelos consiste en calcular algún campo
(por ejemplo la temperatura ambiente), a
partir de otros "observados" (como la
extensión de la criosfera, la temperatura
del océano, etc.) o suministrados por otras
ciencias (el cálculo astronómico de la
insolación, basado en las condiciones
orbitales de entonces). El diagnóstico se
verifica y el modelo se califica mediante el
113
cotejo del campo calculado con el
correspondiente observado. Desde el
capítulo VII se dijo que en cualquier
aplicación de un modelo, algunas cosas se
prescriben y otras se generan. Un modelo
más completo calcula más cosas con
menos datos; lo que un modelo prescribe
otro lo genera, etcétera.
Por supuesto que los modelos tienen
diversos grados de habilidad y a veces
arrojan resultados encontrados. Esto
último ocurre más cuando calculan
cambios climáticos futuros, en que —
evidentemente—
no
existen
las
observaciones para comprobar los
resultados, según se mostró en el capítulo
V.
El MTC ha sido usado para simular
paleoclimas, principalmente la evolución
de la temperatura en los últimos 200 Ma
por variación de la continentalidad
(trabajo realizado en colaboración con
investigadores del Observatorio Lamont,
Universidad de Columbia, N.Y.) y durante
la última deglaciación, de hace 18 000
años al presente (con la Universidad
Católica de Lovaina la Nueva, Bélgica).
Con el MTC se han calculado también
cambios climáticos por perturbaciones
supuestas de la luminosidad del Sol y bajo
las condiciones orbitales reales de
milenios pasados y futuros. Otra
aplicación importante del MTC es la
evaluación
del
cambio
climático
antropógeno esperado para el siglo XXI
por el aumento de los gases de invernadero
(capítulo V).
Los cambios climáticos que realmente
ocurren en la naturaleza son el resultado de
varios
factores
sobrepuestos
y
simultáneos, nunca aislados. Unos de estos
factores se conocen con certeza y exactitud
(por ejemplo los parámetros orbitales);
114
otros son estables y predecibles dentro de
cierta escala de tiempo (la actividad solar,
la deriva continental, etc.), y algunos más
son inciertos e imprevisibles (erupciones
volcánicas, impacto de meteoritos o
cometas, guerra nuclear, etc.). Sin
embargo, aunque supiéramos exactamente
la ocurrencia de todos los factores externos
que lo afectan, el diagnóstico y el
pronóstico cabales de los cambios del
clima son imposibles ahora y en los
próximos lustros. La razón de esto es que
los modelos fisicomatemáticos, la
disponibilidad de datos para alimentarlos y
las computadoras para correrlos están
subdesarrollados para cumplir tan colosal
empresa.
XI. X. MODELOS FUTURISTAS
Junto con él se precipitan
las lluvias, que son suyas.
Es el amigo de las Aguas,
el que nació antes que nadie,
cumplidor del orden.
Es el aliento de los dioses,
la progenie del Universo.
Al dios Viento rindamos homenaje.
Rig Veda, X, 168. India, siglo XII a.C.
XI.1.
AHÍ ESTÁ EL DETALLE
EN GENERAL, los modelos del clima se
resuelven por computadora en puntos
uniformemente distribuidos; sin embargo,
este tipo de retícula no es la idónea en
aplicaciones reales. Se antoja que haya
mayor densidad de puntos en las regiones
más pobladas, que es donde más
observaciones se hacen y también donde
más interesa explicar y predecir el clima.
Las mallas no homogéneas tratan de
satisfacer esta necesidad, pero su uso
complica el método numérico.
Una
alternativa,
también
computacionalmente compleja, consiste
en resolver el modelo primero en una
rejilla gruesa sobre un ámbito amplio; con
el resultado se calcula el clima en una
región interior más restringida, cubierta
por una rejilla más fina, y así
XI.2.
sucesivamente, hasta alcanzar el detalle
requerido en el contorno deseado. Esta
técnica se llama de mallas anidadas. Tanto
las mallas no homogéneas como las
anidadas ya empiezan a usarse, y se espera
un futuro desarrollo generalizado.
Recordando algo dicho en el capítulo VII,
el problema de diagnosticar y pronosticar
el clima abarca tres fases: entrada, proceso
y salida; o disponibilidad de datos,
formulación del modelo y solución
numérica del mismo, respectivamente.
En estos términos, las mallas no
homogéneas y anidadas apuntan al futuro
de la tercera fase, en la cual también incide
el desarrollo de computadoras poderosas
para correr ágilmente los modelos cada
vez más complejos.
LA UNIÓN HACE LA FUERZA
Otra línea en la que habrá de progresar el
pronóstico del clima es la automatización
de sus tres fases. Esto significa que la
supercomputadora en la cual corre el
modelo esté conectada a las redes
mundiales que suministran los datos
necesarios; alimentando así el programa
resuelve el modelo y sus resultados se
trasmiten a las terminales o estaciones de
trabajo de usuario diversos, los cuales
115
despliegan los campos climáticos que
necesiten, en el formato y dispositivo
deseados.
Aunque la cooperación internacional para
concentrar y distribuir datos está muy
avanzada, su disponibilidad, con la
generalidad, completez y oportunidad
requeridas, todavía es deficiente. Esto se
debe a que en amplias áreas del globo los
datos escasean o se interrumpen, el
instrumental de medición no es
homogéneo, etc.; por todo ello los datos
provenientes de los observatorios deben
ser tratados con diversas técnicas para
conformar campos climáticos manejables.
Cuando
estas
deficiencias
sean
solventadas, y contando con el equipo
adecuado de comunicación y cómputo, los
modelos serán operativos; es decir, con
mínima
intervención
humana
se
alimentarán, pondrán en marcha y
enviarán resultados a los usuarios.
Naturalmente, el dispositivo científico y
tecnológico descrito no es estático,
evoluciona; conforme pasa el tiempo, la
formulación fisicomatemática del modelo
mejora, los datos aumentan en cantidad y
XI.3.
calidad, surgen nuevas generaciones de
computadoras, etc.; por estas razones, el
modelo
operativo
se
actualizará
periódicamente, digamos cada año.
Hemos hablado de redes como
interconexión mundial de bases de datos,
pero hay otro tipo de redes, cuyo uso se
generalizará en los próximos lustros. Se
trata de las redes de cómputo y proceso
distribuido, que consisten en interconectar
computadoras lejanas, para correr
programas de una institución en la
máquina de otra (incluso extranjera),
correr simultáneamente partes de un
programa en computadoras distintas,
acoplar modelos diferentes corriendo cada
uno en su propia institución, etc. Estas
redes permitirán usar modelos del clima a
investigadores que no tienen uno o no
disponen
de
supercomputadora,
suplementar deficiencias de un modelo
con otro, etc. Habrá, en fin, una
colaboración
más
efectiva
entre
investigadores alrededor del mundo,
facilidades para entender por dentro los
modelos ajenos, y seguramente también
surgirán modelos más hábiles para
explicar el clima pasado y predecir el
futuro.
BICHOS, YERBAS Y RAYOS
Hasta aquí hemos entendido el clima como
un conjunto de propiedades físicas
(principalmente térmicas y dinámicas) de
atmósfera, océano y continente. Por lo
mismo, los modelos sólo incorporan
procesos físicos como factores internos (o
retroalimentadores) del sistema. Sin
embargo, el clima tiene mecanismos no
físicos que interactúan con él; a saber,
fenómenos químicos y biológicos. Unos
modelos incluyen a algunos de éstos, pero
como factores externos al sistema, es decir
prescritos, no generados.
Ejemplo
de
proceso
biológico
interactuante con el clima es la relación
humedad-vegetación-albedo: el suelo
húmedo favorece el crecimiento de
plantas, la cubierta vegetal reduce el
albedo de la superficie, esto calienta el
clima, etcétera.
Para
ejemplificar
mecanismos
bioquímicos internos al clima diremos que
las plantas fijan C02 de la atmósfera y
liberan oxígeno (02), los animales aspiran
02 y espiran C02, este gas —de
116
invernadero— es absorbido por el océano
y reacciona con sustancias disueltas en él.
Además, plantas y animales transpiran,
aparte de respirar. La evapotranspiración
inyecta vapor de agua —otro gas de
invernadero— a la atmósfera. Y todos
estos procesos dependen de la
temperatura, principal variable del clima.
Dejemos la biosfera y ascendamos a la
estratosfera. En esta capa atmosférica los
procesos más relevantes son los
fotoquímicos: allí abundan los rayos
cósmicos, que son partículas muy
energéticas, algunas procedentes del Sol,
pero mayormente de fuentes más lejanas.
Estos rayos rompen moléculas, átomos y
núcleos, dando lugar a numerosas
reacciones químicas y nucleares. O sea
que en esos niveles los componentes del
aire están en continua transformación
química. La reacción fotoquímica más
conocida es la disociación del oxígeno
molecular (O2) en dos átomos (2O),
causada por un rayo ultravioleta y el
posterior enlace de un O con un O2, dando
lugar al ozono (O3); esta molécula es
disociada a su vez por otro rayo
ultravioleta; el resultado de ambos
mecanismos es un equilibrio que da lugar
a una capa estable de O3 en la estratosfera
e impide que esa radiación llegue a la
biosfera, donde dañaría a los seres vivos.
Aunque la estratosfera queda fuera del
escenario del clima, ella interactúa con la
capa inferior —la troposfera.
El párrafo anterior describe una parte del
ciclo del carbono (C) en la naturaleza. Este
elemento es la base química de la vida y da
lugar al gas de invernadero más
importante. Otros elementos con similares
funciones son el nitrógeno y el azufre; los
tres fluyen entre suelo (u océano), plantas
y animales, y atmósfera. Por lo tanto, hace
falta entender científicamente los ciclos
biogeoquímicos de carbono, nitrógeno y
azufre, y en el futuro modelarlos como
parte del clima.
Cuando la biota (conjunto de seres vivos)
se integre orgánicamente en los modelos
climáticos, entenderemos, entre otras
cosas, si la deforestación causa sequía o al
revés.
XI.4.
EL BUEN HOMBRE
En la sección anterior hablamos de la
interacción
entre
los
organismos
biológicos y el clima, sin mencionar al
hombre. Naturalmente, el ser humano es la
especie viva más importante y también lo
es para el clima.
Pese a todo —y como fue dicho desde el
capítulo I y analizado en el V— la acción
antropógena sobre el clima sólo es notable
a escala local; su influencia global aún no
es significativa, pero se espera que lo sea
en el siglo XXI.
En sentido inverso, la relación de
causalidad es mucho más fuerte:
117
evidentemente, el clima afecta al hombre,
modela a la sociedad y determina sus
actividades. Al contrario de la influencia
humana sobre el clima, la de éste sobre el
hombre ha sido mayor en el pasado;
actualmente —y lo será más en el futuro—
su hábitat se adapta artificialmente según
las
necesidades,
con
dispositivos
tecnológicos el hombre climatiza hogar,
vehículos, centros de trabajo, estudio,
compras, diversión, etcétera.
Al cubrirse con ropa y moradas el hombre
se protege de las inclemencias de la
intemperie, tanto en el frío como en el
calor, la sequía y la lluvia. Motivado
inicialmente por sobrevivencia y salud,
con dispositivos pasivos (sombra, abrigo,
etc.), buscó luego el confort y lo ha
exagerado con dispositivos activos
(calefacción,
aire
acondicionado,
humidificación, etc.). Esta exageración
produce aberraciones: al entrar a algunas
oficinas o tiendas en tiempo de calor hay
que cuidarse de un resfriado, porque
refrigeran el edificio a una temperatura
más baja de la que uno está acostumbrado
en tiempo de frío.
La climatización antropógena se concentra
en ámbitos minúsculos, de modo que está
lejos de ser considerada como
modificación artificial del clima, aunque el
abuso concomitante del consumo de
combustible es causa importante del
calentamiento global por el efecto
invernadero.
Por lo tanto, a escala global el hombre aún
no modifica apreciablemente el clima,
pero la influencia del clima en el hombre
sigue siendo fundamental. Los factores
naturales afectan al clima mucho más que
los artificiales, con una sola excepción la
guerra nuclear generalizada.
Es deseable incluir al hombre como
retroalimentador del clima, modelar su
comportamiento con ecuaciones, sobre
todo en ciertas regiones y actividades; pero
esto es casi imposible. La modelación
matemática ha dado pobres resultados en
las ciencias sociales, ejemplos son el
fracaso de los modelos econométricos, la
imprevisión de cambios políticos, de crisis
sociales, económicas, etc. Tal vez esto
pasa porque los especialistas de estas
disciplinas han estado tradicionalmente
lejos de las matemáticas, o porque éstas
son —actualmente— insuficientes para
modelar a la humanidad. La teoría de
catástrofes es ejemplo de disciplina que
apunta a cubrir estas deficiencias.
Consecuentemente, antes de incorporar en
los modelos a las actividades humanas
interactuantes con el clima, debe cerrarse
la brecha que separa a las matemáticas de
las ciencias sociales. Tal vez la deficiencia
se remonta más lejos: hay que medir
primero ciertas variables sociales,
psicológicas, etc., para luego cuantificar el
comportamiento colectivo de la sociedad,
el individual de los dirigentes, etc. Quién
sabe si esto sea técnicamente posible y si
los derechos humanos lo permitan; de
cualquier modo, van a pasar décadas antes
de tener resultados concretos en esta línea.
Sin embargo, a escala local (urbanización,
deforestación, cultivos, embalses, etc.) la
acción antropógena sobre el clima sí es
apreciable; por eso, y porque se espera una
expansión de este alcance, la humanidad
es, estrictamente, un componente del
sistema climático: se afectan mutuamente.
Reitero como ejemplo el caso de los
XI.5.
pastores nómadas y la sequía del Sahel
(capítulo VI): ¿Ellos —con sus rebaños—
deforestan y ahuyentan la lluvia o la falta
de ésta los obliga a emigrar al sur en busca
de pastos?
ECHANDO A PERDER SE APRENDE
La gente —sobre todo la del campo—
puede desarrollar habilidades para
predecir la temperie, incluso algunas de
estas habilidades se sintetizan en refranes;
sin embargo, estas técnicas de predicción
meteorológica tienen, por lo general,
solamente validez local.
De paso diremos que los refranes que
anticipan la temperie según el
118
comportamiento de algunos animales
tienen poco valor; las condiciones
atmosféricas
determinan
algunas
conductas animales, pero éstas no las
anticipan o predicen.
Esta destreza tiene mucho de arte y no es
del todo científica, dado que no es
completamente objetiva, cuantitativa, ni
comunicable. Es decir, se muere el experto
y junto con él su saber; éste no puede
trasmitirse por escrito, sino que se
adquiere sólo por contacto directo con el
maestro.
Por otro lado, los proverbios que
subordinan la temperie a la Luna y los
planetas son inútiles; la apariencia de la
Luna depende del estado de la atmósfera,
pero las fases de la Luna no influyen en él.
Por último, el folklore relativo a la
predicción climática es infundado; o sea,
el saber popular fracasa cuando trata de
prever el clima de un mes o una estación,
sobre todo cuando ve en las condiciones de
un día particular los indicios de una
temporada futura; el ejemplo más
pertinente son las cabañuelas.
Si bien los pronósticos vulgares son de
escaso valor, otra cosa son los hechos por
expertos. Vamos. Anteriores, simultáneos
y complementarios a la predicción por
modelos existen las estimaciones de
meteorólogos y climatólogos prácticos. Su
pericia se basa en estadística tácita,
apreciación subjetiva e intuición inducida.
Tras décadas de observar y revisar
sistemáticamente el estado y evolución de
la naturaleza, guiado por un preceptor que
XI.6.
le trasmite sus conocimientos por ensayo y
error, repetición y contagio, el aprendiz se
convierte en experto de respetable
habilidad.
Las predicciones del empírico no emanan
de correlaciones de causa-efecto, no se
fundamentan en leyes físicas; en todo caso
el empírico transcurre por la vertiente de la
estadística como alternativa al modelo
fisicomatemático: aprende que ciertas
condiciones
meteorológicas
son
preámbulo de tal o cual temperie o clima;
así, es capaz de extrapolar hacia delante en
el tiempo, por tendencia estadística
intuitiva. Puede ser que recurra a
explicaciones físicas para cimentar su
predicción; pero ya hemos visto que
platicando (argumentos cualitativos), por
cada aseveración se pueden encontrar
otras que también vienen al caso y la
contradicen.
MODELOS QUE APRENDEN
Aparentemente, la sección anterior
desentona en este capítulo; pero realmente
sirve para introducir lo siguiente.
solo pronóstico con el resultado del
modelo y la estimación del experto, o
retroalimentando el modelo para que
"aprenda" de sus propios errores como lo
hace el experto, para que "no tropiece dos
veces con la misma piedra".
La disyuntiva entre modelación y
experiencia limita la predicción de la
temperie y el clima. Los mejores
resultados se obtienen cuando ambas
vertientes se complementan y esto puede
hacerse de dos maneras: integrando un
En la alternativa entre modelo y experto
hay una fase intermedia: la estadística, que
trata de formalizar lo que el experto hace
119
subjetivamente. Este método hace a un
lado las leyes físicas que regulan el
proceso y, con estadística recursiva y autoregresión de un promedio móvil, incorpora
continuamente por retroalimentación los
datos disponibles, autocorrigiendo el
predictor. En palabras llanas: la situación
futura se predice según la tendencia que
muestre el registro previo, siempre
actualizado por los nuevos datos, que a su
vez sirven para verificar las predicciones
anteriores y corregir continuamente la
técnica estadística que se usa para
predecir.
El método estadístico del párrafo anterior
da la pauta para incorporar al modelo el
entrenamiento del experto. Es decir, el
párrafo anterior describe el "modelo
experto o que aprende" si le cambiamos
unas cuantas frases: al principio
sustituimos "método hace a un lado las
leyes físicas" por "modelo basado en las
XI.7.
leyes físicas", luego según la tendencia
que muestra" por "según el modelo que
regula" y al final "técnica estadística" por
"modelo fisicomatemático".
Esta metodología constituye un área
madura de la teoría de sistemas, cercana a
la teoría del control, con diversas
aplicaciones científicas e ingenieriles; en
meteorología y teoría del clima es
incipiente. A continuación va una lista de
expresiones que la caracterizan e incluso la
identifican alternativamente: El modelo de
evolución determinista deviene proceso
estocástico que calcula la densidad de
probabilidad de que algo ocurra.
Estimadores estocásticos recursivos y
adaptativos. Estimación secuencial con
asimilación de datos. Esta asimilación
absorbe errores de modelación e
integración manteniendo la precisión.
Inicialización o covariancia dinámica.
AL FIN EL CAOS
Para terminar el capítulo... y el libro,
mencionaremos un tema fascinante
(¿alucinante?), el último grito (¿alarido?)
de la ciencia; toda una revolución
científica y tal vez el surgimiento de una
nueva ciencia... la teoría del caos, el
descubrimiento más importante del siglo
XX luego de la relatividad y la mecánica
cuántica.
Esto no significa —para nada— que la
ciencia, el mundo o la naturaleza vayan a
terminar en un caos; aunque eso fuera
cierto, no tiene nada de fascinante. No. Me
refiero a otra cosa: el descubrimiento de un
orden insospechado en entes azarosos y la
producción del caos a partir de reglas
deterministas simples.
120
En años recientes ha aparecido abundante
bibliografía sobre el tema, a nivel de
investigación, docencia y divulgación; en
este último nivel destaca el libro Caos de
James Gleick, que reúne características
comúnmente incompatibles: clásico y
bestseller.
La teoría del caos sería tema para un libro
completo, por lo tanto es casi herejía tratar
de reseñarlo en una sección de un capítulo.
Espero que este reduccionismo no vaya a
confundir al lector en vez de aclararle el
panorama; me restringiré a ideas generales
y la relación del caos con la atmósfera y el
clima. Ojalá que no resulte caótico.
La ciencia del caos fue iniciada por
Edward Lorenz, meteorólogo del Instituto
Tecnológico de Massachusetts (MIT), a
principios de los sesenta, cuando trabajaba
con un modelo (sistema de ecuaciones).
En seguida transcribo (casi textual-mente)
un párrafo de Edmundo Flores
(suplemento "El Búho", Excelsior, 15 de
julio de 1990):
La idea básica de la ciencia occidental es
que los errores mínimos pueden ignorarse
y que éstos no estallan ni producen
grandes efectos arbitrarios. En el sistema
de ecuaciones de Lorenz, sin embargo, los
errores
insignificantes
resultan
catastróficos; y de ahí dedujo y demostró
que jamás seremos capaces de predecir el
tiempo más de 2 o 3 días; después de ese
plazo las mejores predicciones del mundo
son especulativas y después de 6 o 7 días
no valen nada. Esto se debe a que es
XI.8.
imposible conocer y anticipar todas las
fuerzas y circunstancias que afectan su
curso, por ser demasiado numerosas para
contarlas, analizarías o descifrarlas. Por
ejemplo, afirma Lorenz, el aleteo de una
mariposa hoy en Hawai puede provocar
una tormenta el mes próximo en los Alpes.
Esta desquiciante afirmación es conocida
como el efecto mariposa; su nombre
técnico es: dependencia critica de las
condiciones iniciales. Además, y aquí
radica su genio, Lorenz percibió en el
conjunto de resultados de su modelo del
tiempo la presencia de una fina estructura
geométrica oculta a simple vista; es decir,
la existencia de un insospechado orden
disfrazado de una distribución al azar que
hasta entonces nos había pasado
inadvertida; igual que el fabuloso mundo
de los microbios antes de la invención del
microscopio.
ATRACTORES Y FRACTALES
Lorenz dejó la meteorología y buscó
maneras más sencillas de producir un
comportamiento complejo; así inició la
teoría de sistemas dinámicos o dinámica
no lineal (nombres alternativos del caos).
Encontró que el diagrama de soluciones de
tal sistema, las cuales también se conocen
como atractores extraños, permanece
acotado, no se sale del papel pero no se
repite nunca. Es desorden en tanto que
ningún punto o trayectoria se reproduce, es
impredecible localmente, pero estable
globalmente. Se trata de un orden
aperiódico o con periodo infinito.
más común en la naturaleza; no es
determinista, sino estocástico, fortuito,
azaroso.
Ahora copio unos párrafos de A. A. Tsonis
y J. B. Elsner (Bulletin of the American
Meteorological Society, enero de 1989, l
traducción es mía):
Simplicidad y regularidad se asocian con
predictabilidad. Por ejemplo, debido a que
la órbita de la Tierra es regular y simple
podemos siempre predecir cuándo llegará
el invierno astronómico. Por otro lado,
complejidad e irregularidad son casi
sinónimos de impronosticable: la
atmósfera, tan compleja e irregular, es más
bien impredecible. Quienes tratan de
explicar el mundo en que vivimos siempre
esperan que, dentro de la complejidad e
irregularidad observadas en la naturaleza,
Las relaciones lineales cumplen la
proporcionalidad y son modulares: se
pueden desarmar y volver a armar. Son
solubles matemáticamente y con ellas uno
construye modelos de la realidad, pero la
dinámica no lineal es el comportamiento
121
sea posible encontrar la simplicidad detrás
de cada cosa y, finalmente, los eventos
impredecibles se vuelvan predecibIes. Que
la complejidad y la irregularidad existen
en la naturaleza es obvio. Sólo
necesitamos mirar alrededor para darnos
cuenta de que prácticamente todo es
azaroso en apariencia. ¿O no? Las nubes,
como muchas otras estructuras de la
naturaleza, se dan en un número infinito de
formas. Cada nube es diferente, pero
cualquiera reconoce una nube. Las nubes,
aunque complejas e irregulares, deben
poseer, en conjunto, una unicidad que las
distingue de otras estructuras naturales.
Surge la pregunta: ¿es completamente
fortuita su irregularidad o hay algún orden
detrás de ella? La teoría del caos define
matemáticamente el azar generado por
sistemas dinámicos deterministas simples
y nos permite ver orden en procesos
considerados completamente estocásticos.
Muchos sistemas de la naturaleza son
caóticos. Los avances en el estudio de los
sistemas dinámicos caóticos sugieren que
la naturaleza impone límites a la
predicción. Sin embargo y al mismo
tiempo, se ha demostrado que la pura
existencia de los atractores implica que el
azar está restringido a ellos. La teoría de
los sistemas dinámicos caóticos nos ha
permitido comprender mejor la atmósfera.
Simultáneamente, aunque nos da una
excusa
para
la
impredictabilidad
meteorológica, la teoría de los sistemas
dinámicos está modulando nuestra manera
de investigar y predecir la temperie. Junto
con cierto pesimismo, el estudio de los
sistemas dinámicos caóticos proporciona
cierto optimismo. Nunca seremos capaces
de predecir exactamente la temperie, pero
es factible mejorar el pronóstico
meteorológico si mejoramos la completez
y precisión con que medimos la condición
inicial de la atmósfera, y si entendernos la
122
predictabilidad en diferentes escalas de
tiempo.
Lo dicho para la temperie se aplica
también al clima, aunque éste ha sido
menos estudiado como sistema dinámico.
Debido a la dependencia crítica de las
condiciones iniciales, los modelos
devienen caóticos porque carecemos del
conocimiento perfecto sobre el estado
inicial del sistema. Nuestros instrumentos
sólo pueden medir aproximadamente,
jamás con exactitud absoluta. Pero aun sin
esta carencia, nuestros modelos detonan a
la larga por causa de otras imperfecciones,
a saber: idealizaciones conceptuales en su
formulación, errores matemáticos de
truncamiento, aproximaciones numéricas
en la solución de las ecuaciones, etcétera.
Estructuras complejas tangibles como
nubes, cavernas, litorales, pulmones, etc.,
tienen infinita cantidad de recovecos y
ramificaciones de todos tamaños, que
siguen apareciendo cuando se observan
con más y más detalle. Esta complejidad
también se da en estructuras abstractas,
por ejemplo los atractores extraños, o sea
el conjunto de soluciones de un modelo
estocástico.
Otro ejemplo muy importante es la
turbulencia. Cuando uno observa un flujo
(viento, río, etc.) nota en él remolinos,
laberintos, etc.; si uno amplifica —con
lupa, microscopio, etc.— la observación,
encuentra nuevos remolinos y laberintos
dentro de los originales, y así
sucesivamente. Es decir, al cambiar de
escala, la estructura conserva sus
características.
Estas estructuras se llaman fractales, y son
no topológicas, autosemejantes y
recurrentes, que se desarrollan por
bifurcación. V. gr., el ADN es incapaz de
especificar el inmenso número de
bronquios y alveolos, o la estructura de
árbol resultante; pero sí puede especificar
un proceso repetido de bifurcación y
crecimiento.
Esto dio lugar a la geometría y la
dimensión fractal, que resultó ser la
herramienta adecuada para medir la
irregularidad y la complejidad. El grado de
irregularidad es la eficiencia de la
estructura para ocupar espacio.
Los objetos topológicos tienen dimensión
entera: los puntos tienen dimensión 0, las
curvas 1, las superficies 2, etc.; pero los
fractales tienen dimensiones fraccionales.
Por ejemplo, el atractor climático tiene
dimensión 3.1 y el meteorológico entre 6 y
7.
Aunque la teoría del caos nació de la
meteorología y es en esta disciplina donde
123
tiene tal vez mayores avances concretos,
sus resultados prácticos son aún escasos.
Se espera un enorme desarrollo de esta
nueva ciencia. Además de que incide en
casi cualquier área del conocimiento y —
como ha sucedido repetidamente en el
pasado— lenguajes, enfoques, técnicas y
teorías que surgen de las matemáticas y la
física permean después otras ciencias,
humanidades y artes, llegando hasta la
vida cotidiana. Por ejemplo, en febrero de
1992 Vavlac Havel, último presidente de
Checoslovaquia, mencionó, en un gran
discurso, el efecto mariposa en la política.
La nueva ciencia del caos está en pañales,
el bebé está creciendo rápido y todo indica
que va a ser una celebridad. Ojalá que
jóvenes brillantes se entusiasmen por
participar en esta revolución científica y
sus aplicaciones a la naturaleza, para que
la podamos entender, predecir y
aprovechar mejor en beneficio de todos.
XII. GLOSARIO
asimilación. Incorporación dinámica de
datos en modelos expertos.
abscisa. Eje coordenado horizontal.
actividad solar. Comportamiento cíclico
del Sol, con manifestaciones externas.
astrología. Superstición referida a los
astros.
activo. Dispositivo que crea un ambiente
deseado consumiendo energía artificial.
atractor extraño. Diagrama de soluciones
de un sistema dinámico caótico.
adiabático. Proceso termodinámico en el
cual el sistema no intercambia calor con
sus alrededores.
Azoica. Era del Precámbrico (hace 46002000 Ma).
advección. Transporte de calor por viento
(horizontal) o por corrientes oceánicas.
balance de energía. Nombre alternativo
para los modelos termodinámicos.
aerosoles. Partículas sólidas y líquidas
suspendidas en la atmósfera.
balance de radiación. Contabilidad de la
radiación que entra y sale.
afelio. La distancia mayor de la Tierra al
Sol.
banda (espectral). Una de las porciones
del espectro electromagnético en que un
líquido emite (o absorbe).
agua precipitable. Contenido de
humedad en la atmósfera; se mide como el
espesor vertical que ocuparía si toda el
agua cayera.
calentamiento. Transferencia de calor sin
llevar consigo materia.
albedo. Fracción de la radiación incidente
que es reflejada por una superficie,
etimológicamente significa blancura.
calor específico. Capacidad calorífica por
unidad de masa. cambio (climático).
Alteración del clima con duración del
orden de décadas o mayor.
anomalía. Diferencia de la anormal menos
la normal.
campo. Distribución espacial de alguna
variable.
anormal. Situación climática de un mes y
año en particular.
caos. Estudio de los sistemas con
comportamiento aperiódico.
antropógeno. Generado por el hombre.
capacidad calorífica. Inercia térmica,
resistencia de un cuerpo a cambiar su
temperatura.
aperiódico. Que tiene periodo infinito,
que nunca se repite.
Arqueozoica. Era del Precámbrico (hace
2000-1000 Ma).
124
capa mezclada. Porción superior del
océano la cual interactúa con el clima, con
un espesor de decenas de metros.
conductividad térmica. Habilidad de un
cuerpo para transferir calor por
conducción.
carrera (del Sol). Trayectoria diurna del
Sol en la bóveda celeste.
causalidad. Relación causa-efecto.
Cenozoica. Era geológica actual, comenzó
hace 65 Ma.
constante solar. Luminosidad del Sol; se
mide como la radiación recibida en el tope
de la atmósfera.
cero absoluto. Temperatura mínima que
puede tener un cuerpo, 0°K, -273°C.
continentalidad. Fracción de la superficie
ocupada por continentes.
cerrar (un problema). Tener en un
sistema matemático tantas incógnitas
como ecuaciones independientes.
continuo
(espectral).
Emisión
(absorción) por un sólido, en todas las
longitudes de onda.
ciclo (logarítmico de base l0). Incremento
de una potencia de 10 en las coordenadas
logarítmicas.
control. Predicción simple e inmediata.
ciclo (de un elemento químico). Ida y
vuelta de un elemento por la naturaleza,
formando
diversos
compuestos,
cambiando de fase, etcétera.
convección (física). Transferencia de
calor acarreado por movimientos de la
materia.
ciclo hidrológico. Ida y vuelta del agua
por la naturaleza, cambiando de fase.
convección
(meteorológica).
Componente vertical de la convección
física, transferencia de calor en la
atmósfera por movimientos ascendentes y
descendentes del aire.
ciclogénica (región). Donde nacen los
huracanes.
corto (plazo climático). El del orden de
un mes.
clima. Promedio temporal de las
condiciones meteorológicas en periodos
del orden de un mes o mayores.
covariancia. Inicialización dinámica de
un modelo experto.
Cretácico. Último periodo del Mesozoico.
climática a corto plazo. Predicción del
clima en un periodo del orden de un mes.
Criosfera. Capa de hielo y nieve que
cubre parcialmente océanos y continentes.
climatología. Estudio del clima (normal).
crítica.
Dependencia
especialmente
intensa o drástica entre unas condiciones
dadas y sus consecuencias.
condensación. Cambio de fase de gas a
líquido.
Cuaternario. Periodo geológico actual.
conducción. Transferencia de calor a
través de un medio material, sin
movimiento de éste.
cuerpo negro. El que absorbe toda la
radiación que incide en él.
125
cúmulo-nimbus. Nube de desarrollo
vertical, que generalmente produce
aguacero.
efecto mariposa. Dependencia crítica o
drástica de las condiciones iniciales.
deriva (corriente de). Arrastre del agua
oceánica por el viento.
energía interna. Forma de energía
contenida en un cuerpo, relacionada
directamente con su temperatura. entrada.
Insumo de un sistema.
deriva continental. Desplazamiento de
los continentes que tiene lugar en decenas
de millones de años.
eón. Una de las dos divisiones mayores de
la historia geológica.
descripción. Observación.
equinoccio. Día en que los rayos del Sol
llegan verticales al ecuador.
determinista. Dícese de la relación
secuencial en la que un hecho resulta
necesariamente de ciertas condiciones.
escala. Acotación numérica de un eje
coordenado.
diagnóstico. Explicación.
esparcimiento. Dispersión.
difusión. Dispersión.
dinámica no lineal. Comportamiento
caótico.
espectro electromagnético. Conjunto
total de las ondas electromagnéticas
ordenadas según su longitud de onda o
frecuencia.
dispersión. Reflexión desorganizada de la
luz por una superficie rugosa o por un gas.
especular. La reflexión producida por una
superficie pulida como un espejo.
eclíptica. Plano astronómico que contiene
la órbita terrestre.
estacional. Referente a las estaciones del
año.
ecuador celeste. Proyección del ecuador
terrestre en la bóveda celeste.
estado del tiempo. Conjunto
condiciones atmosféricas.
ecuatorial. Dícese del plano que contiene
a los ecuadores terrestre y celeste.
estocástico. Lo que no es determinista;
azaroso.
efectiva. Dícese de la temperatura de un
cuerpo resultante del equilibrio entre la
radiación que absorbe y la que emite.
estratosfera. Capa atmosférica ubicada
encima de la troposfera, contiene a la capa
de ozono.
efecto
invernadero.
Propiedad
atmosférica consistente en dejar entrar la
radiación solar e impedir parcialmente que
la terrestre salga.
excentricidad. Medida de lo alargado que
es una elipse.
de
explicación. Esclarecimiento de las
razones del comportamiento de un
sistema.
126
Fanerozoico. Segundo eón, comenzó hace
570 Ma.
gradiente térmico. Disminución de la
temperatura atmosférica con la altura.
fase. Estado de la materia: sólido, líquido,
gas o plasma.
hardware. Equipo material de cómputo.
helada. Enfriamiento que produce
congelación del agua en la superficie.
física del clima. Estudio del clima por
medio de modelos.
helada blanca. Helada que produce
congelación del vapor de agua atmosférico
y da aspecto blancuzco al paisaje.
fisiografía. Descripción de la Tierra y los
fenómenos que se producen en ella.
fluctuación. Variación fortuita respecto
de un promedio.
helada negra. Helada que produce
congelación del agua contenida en las
plantas y da aspecto oscuro.
fotón. Onda electromagnética, paquete
mínimo de energía.
Holoceno. Época actual del Cuaternario
(comenzó hace 10 ka).
fotoquímico. Fenómeno o reacción
química producido por un fotón.
humedad relativa. Cociente de la
humedad absoluta actual entre la humedad
absoluta de saturación.
fotosfera. Superficie emisora del Sol,
cuya temperatura es 6 000°K.
ímpetu. Cantidad de movimiento,
momento lineal, producto de masa por
velocidad.
forzamiento
interno.
Mecanismo
generado internamente en un modelo.
inercia térmica. Resistencia al cambio de
temperatura.
fractal. Estructura concreta o abstracta
que conserva su configuración al cambiar
la escala en que se observa.
infrarroja. Radiación electromagnética
invisible cuya longitud de onda es mayor
que la de la luz
frecuencia. Número de veces que un
fenómeno repetitivo completa un ciclo en
un intervalo de tiempo unitario.
insolación. Radiación solar recibida
localmente por la Tierra, depende de la
hora del día, época del año y latitud.
generada. Una interacción calculada
internamente por un modelo.
geostrófico. Viento originado por la
rotación de la Tierra, se da efectivamente
en la atmósfera libre.
interno. Factor que afecta a un sistema y
es a su vez afectado por éste.
inversión
térmica.
Fenómeno
atmosférico en el cual la capa superficial
está más fría que la superyacente.
gradiente. Cambio espacial en el valor de
alguna variable.
127
ionosfera. Capa atmosférica superior
caracterizada por la alta densidad de
moléculas eléctricamente cargadas.
mediterráneo. Tipo de clima en el cual el
tiempo de lluvias es en invierno.
radiación
meridional. Relativo al meridiano o
círculo máximo que pasa por los polos.
También, relativo al sur.
isolínea. Línea que une puntos geográficos
con igual valor de cierta variable.
mesosfera. Capa de la atmósfera ubicada
encima de la estratosfera.
isotópico. Relativo a isótopos: átomos con
el mismo número de protones pero con
diferente número de neutrones.
Mesozoica. Era del Fanerozoico (hace
225-65 Ma).
irradiar.
Emitir
electromagnética.
meteoro.
Fenómeno
atmosférica.
largo (plazo meteorológico). El del orden
de un mes.
o
condición
meteorología. Estudio del estado del
tiempo.
latente (calor). El que tiene que ver en un
cambio de fase.
latitud. Distancia angular al ecuador.
mínimo de Maunder. Periodo de
ausencia de manchas solares (1645-1715).
línea (espectral). Longitud de onda o
frecuencia específica en que un gas emite
radiación electromagnética.
modelo. Representación teórica de la
realidad por medio de relaciones
fisicomatemáticas.
lineal. Proporcional, modular.
modelo de circulación general. El
fundamentado en la dinámica.
logarítmica (escala). Escala no lineal,
sino de acuerdo al exponente al que hay
que elevar una cantidad para que resulte el
número deseado.
modelo
termodinámico.
fundamentado en los procesos
transferencia de calor.
El
de
monótono. Función matemática que no
tiene variaciones opuestas.
longitud de onda. Distancia entre dos
crestas o valles en la representación
espacial de un fenómeno ondulatorio.
monzónico. Tipo de clima en el cual el
tiempo de lluvias es en verano.
luz. Porción del espectro electromagnético
visible al ojo humano.
natural. Concreto, real, verdadero.
mecanismo
Retroalimentación.
retroalimentador.
Niño, El. Fenómeno térmico recurrente
del Pacífico ecuatorial.
media climatológica. Promedio del
estado del tiempo en un periodo de
muchos años (ortodoxamente, 30).
128
normal. Promedio de muchos años
(ortodoxamente, 30) de alguna variable
climática, su conjunto determina la
climatología o media climatológica.
pasivo. Dícese de un dispositivo que crea
un ambiente deseado sin consumir energía
artificial.
nubosidad. Fracción horizontal del cielo
cubierto por nubes.
perihelio. Distancia más corta de la Tierra
al Sol.
nucleante. Partícula sólida en torno de la
cual se aglutinan las gotitas de agua.
oblicuidad. Ángulo formado por el plano
ecuatorial y la eclíptica (23.50).
persistencia. Permanencia de las
anomalías; es un control. perspectiva.
ilusión óptica por la cual los objetos se
achican a la distancia.
observación.
Averiguación
del
comportamiento
de
un
sistema,
generalmente por medición de sus
variables.
Pleistoceno. Época del Cuaternario (hace
3 Ma-l0 ka). poliatómica. Dícese de una
molécula constituida por más de dos
átomos.
onda electromagnética.
Oscilación
avanzante conjugada de los campos
eléctrico y magnético.
Precámbrico. Primer eón; terminó hace
570 Ma.
precesión. Movimiento de rotación de un
cuerpo rígido por el cual su eje de giro
describe un cono.
opacidad. Condición de opaco, habilidad
para absorber radiación.
precipitación. Lluvia, nieve y granizo.
operativo. Un modelo que funciona
rutinaria y automáticamente, con mínima
intervención humana.
predicción. Cálculo adelantado
comportamiento de un sistema.
del
orbital. Uno de los parámetros que
determinan la trayectoria de la Tierra
alrededor del Sol y la orientación de la
segunda respecto de la primera.
prescrita. Dícese de la interacción que se
implementa desde afuera y se introduce en
un modelo; la que no es generada.
Paleozoica. Era del Fanerozoico (hace
570-225 Ma).
proceso. Parte de un sistema ubicada entre
la entrada y la salida.
Pangea. Masa de tierra que existió hace
300 Ma y dio lugar a los actuales
continentes.
pronóstico. Predicción.
Proterozoica. Era del Precámbrico (hace
1000-500 Ma).
parametrización
semiempírica.
Relación matemática entre variables para
describir un fenómeno; su origen es
parcialmente teórico y parcialmente
experimental.
129
radiación. Haz de fotones, conjunto de
ondas electromagnéticas; forma de
transferir calor sin materia de por medio.
radiación solar. La proveniente del Sol,
incluso después de sufrir reflexión o
dispersión; es de onda corta.
radiación terrestre. La emitida por
cualquier elemento del planeta, luego de
ser calentado por el Sol; es de onda larga.
sistema. Porción de la naturaleza que
arbitrariamente se delimita para fines de
estudio; representación abstracta de esa
porción de la naturaleza.
sistema climático. Porción del planeta en
que tiene lugar el clima..
sistema dinámico. El que tiene un
comportamiento aperiódico.
radiosonda. Instrumento para medir
variables meteorológicas en las capas
superiores de la atmósfera.
rayos
cósmicos.
Partículas
muy
energéticas provenientes principalmente
de fuentes externas al sistema solar.
resolana. Radiación de onda larga emitida
por el suelo caliente.
software. Conjunto de programas de
cómputo.
solsticio. Día en que los rayos del Sol
llegan verticales en el trópico.
sublimación. Cambio de fase de sólido a
gas.
retorno a la normal. Control según el
cual las anomalías tienden a disminuir su
magnitud de un mes al siguiente.
surgencia. Emersión de agua profunda del
océano hacia la superficie.
retroalimentación.
Secuencia
de
interacciones por la cual un efecto se
amortigua o refuerza.
tectonismo. Desplazamiento del terreno a
escala geológica.
teleconexión. Relación lejana entre una
causa y su efecto.
ruido (estadístico). Variabilidad natural
de un sistema.
temperatura absoluta. La que se obtiene
de sumar 273° a la temperatura Celsius o
escala centígrada; se mide en grados
Kelvin.
salida. Producto de un sistema.
saturar. Llenar. Alcanzar la capacidad
máxima de vapor en el aire pasada la cual
comienza a condensarse.
temperie. Estado del tiempo.
sensibilidad. Estudio de la respuesta de un
modelo frente a una alteración hipotética.
teórico
(sistema).
Representación
abstracta de un sistema natural.
sensible (calor). El que baja la
temperatura al perderse, y la sube al
ganarse.
Terciario. Periodo del Cenozoico (hace
65-3 Ma).
simulación. Reproducción de la normal
por medio de un modelo.
130
térmica. La radiación que produce
sensación de calor.
termoclima. Capa del océano debajo de la
mezclada; en ella la temperatura
disminuye
conforme
aumenta
la
profundidad.
traza. Dícese de los gases que componen
minoritariamente el aire.
tropopausa.
troposfera.
termosfera. Capa atmosférica ubicada
encima de la mesosfera.
tiempo (meteorológico).
tiempo; temperie.
Estado
Límite
superior
de
la
troposfera. Capa inferior de la atmósfera,
escenario del clima; contiene toda el agua
atmosférica.
del
ultravioleta. Radiación electromagnética
cuya longitud de onda es menor que la
visible.
topológica. Dícese de la configuración
espacial que va perdiendo detalle
conforme se aumenta la escala en que se
observa.
vértigo. Momento angular; mide la
intensidad dinámica de un giro.
trabajo. Cantidad física que resulta de
aplicar una fuerza a lo largo de una
distancia no perpendicular a ella.
visible. Parte del espectro
detectable por el ojo humano.
transporte. Transferencia de calor con
movimiento de materia.
zonal. Relativo a los
geográficos;
localmente,
perpendicular a la meridional.
131
que
es
paralelos
dirección
XIII. LECTURAS RECOMENDADAS4
1. Adem, Julián. "Causas, efectos y
posibilidades de predicción de las
fluctuaciones y los cambio
climáticos".
Geofísica
Internacional, vol. 16, pp. 203254. México, 1976.a
2. Barry, R. G., y R. J. Chorley.
Atmosphere, Weather and Climate.
Methuen & Co. Ltd., Londres,
1978, 432 pp.b
3. Bravo, Silvia. Encuentro con una
estrella. La Ciencia desde México,
núm. 38, FCE, México, 1987.143
pp.a
4. Brooks, C. E. P. Climate through
the ages. Dover Publications,
Nueva York, 1970, 394 pp.a
5. Bruce, J. P. La atmósfera de la
Tierra,
planeta
viviente.
Organización
Meteorológica
Mundial, Ginebra, 1990, 49 pp.
6. Cifuentes, Juan Luis, Pilar Torres y
Marcela Frías. El océano y sus
recursos III. La Ciencia desde
México, núm. 17, FCE, México,
1986, 162 pp.a
7. Clarke, Robin. The greenhouse
gases. UNEP/GEMS Environment
library núm. 1, Nairobi, 1987, 40
pp.a
8. Colección México y la UNAM, núm.
3, Julián Adem Chahín. Imagen y
obra escogida. UNAM, México,
1984, 54 pp.b
9. Flammarion,
Camille.
L'
Atmosphère. Librairie Hachette et
Cie., París, 1873, 814 pp,c
10. —. Astronomía Popular. (Edición
revisada por G. C. Flammarion y
A. Danjon.) Montaner y Simón,
Barcelona, 1963, 680 pp.a
11. Forrester,
Frank
H.
1001
Questions answered about the
weather. Dover Publications,
Nueva York, 1981, 419 pp.a
12. Gleick, James. Chaos. Penguin
Books, Nueva York, 1987, 352
pp.a
13. Guerrero, Manuel. El agua. La
Ciencia desde México, núm. 102,
FCE, México, 1991, 119 pp.a
14. Hansen, J., y S. Lebedeff. "Global
trends of measured surface air
temperature".
Journal
of
Geophisical Research, vol. 92, pp.
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15. Hardy, R., P. Wright, J. Gribbin y
J. Kington. El libro del clima.
Biblioteca
de
Divulgación
Científica Muy Interesante, núms.
39, 43 y 47, Navarra, 1985, 440
pp.a
16. Houghton, John T. The physics of
atmospheres.
Cambridge
University Press, Cambridge,
1986, 272 pp.b
17. Kondratyev, K. Ya. Climate
shocks. Wiley Inter-Science,
Nueva York, 1988, 296 pp. b
18. Mather, John R. Climatology.
McGraw-Hill, 1974, 412 pp.b
19. Ortiz, Fernando. El huracán. FCE,
México, 1984, 686 pp.a
20. Parker, D. E. "On the detection of
temperature changes induced by
lncreasing atmospheric carbon
dioxide". QuarterIy Journal of
Royal Meteorological Society, vol.
111, pp. 587-601, 1985.d
Las referencias bibliográficas marcadas con a al final son adecuadas para un nivel de bachillerato; con b lo
son para estudiantes de licenciatura; de las señaladas con c deben existir ediciones recientes o incluso
traducciones al español y de las marcadas con d se tomó una figura para este libro.
4
132
21. Salem, S.1. Carta en Phgsics
Today, p. 120, abril de 1990.d
22. Sureda, Vicente, y Jesús A. San
Gil. La atmósfera y la predicción
del tiempo. Biblioteca Salvat de
Grandes Temas, núm. 42,
Barcelona, 1974,144 pp.a
23. Tanck,
Hans-Joachim.
Meteorología. Alianza Editorial,
Madrid, 1969, 182 pp.a
24. Thompson, Philip A., y Robert
O'Brien.
Fenómenos
atmosféricos.Colección Científica
Time-Life, México, 1974, 200 pp.a
25. Toharia Cortés, Manuel. Tiempo y
clima. Colección Salvat de Temas
Claves, núm. 14, Madrid, 1984, 64
pp. a
26. Tricot, Ch., y A. Berger.
"Modelling the equilibrium and
transient responses of global
temperature to past and future trace
gas concentrations". Climate
Dynamics, vol. 2, pp. 39-61, 1987d
27. U. S. National Academy of
Sciences. "Understanding climatic
133
change, a program of action".
Report of the Panel on Climatic
Variations to the U. S. Committee
for GARP, 1974.d
28. Valdés,
José
Francisco
(compilador). Nuestro hogar en el
espacio. La Ciencia desde México,
núm. 66, FCE, México, 1988,116
pp.a
29. Visher, Stephen Sargent. Climatic
laws. John Wiley & Sons, 1924, 96
pp.c
30. World
Meteorological
Organization. The global climate
system
1982-1984.
Ginebra,
1985.d
31. World
Meteorological
Organization/United
Nations
Environment
Programmme.
Scientific assessment of climate
change. IP CC, Ginebra, 1990, 26
pp.a
32. Wyatt, Valerie. Conocer los
climas. Ed. Selector, México,
1991, 148 pp.a
XIV. COLOFÓN
Este libro se terminó de imprimir y encuadernar en el mes de julio de 1994 en los talleres de
Impresora y Encuadernadora Progreso, S.A. de C.V. (IEPSA), calzada de San Lorenzo 244,
09830 México, D.F.
Se tiraron 10 000 ejemplares
La Ciencia desde México es coordinada editorialmente por MARCO ANTONIO PULIDO y
MARÍA DEL CARMEN FARÍAS
134
XV. CONTRAPORTADA
¿Qué tiene que ver Navidad con el solsticio de invierno? ¿Por qué el clima difiere entre un
año y otro? ¿Cómo funcionan la inversión térmica y el efecto invernadero? ¿Está cambiando
el clima? ¿Hay realmente un calentamiento global causado por el hombre? ¿Alteran al clima
el fenómeno de El Niño, las erupciones volcánicas, etc.? ¿Por qué hubo glaciaciones y qué
se espera para el futuro? ¿Se extinguieron los dinosaurios por una catástrofe climática? ¿Son
efectivos los refranes que hablan del clima? ¿ Es posible predecir el clima con modelos físicomatemático-computacionales? ¿Por qué es dañino el ozono en la atmósfera baja, benéfico en
la alta y cómo afecta al clima? ¿Qué relación tiene la teoría del caos, los fractales y demás,
con el sistema climático? Éstas y muchas otras preguntas son respondidas amena y
claramente en este libro, el cual da una visión moderna de cómo funciona el clima y de los
avances y limitaciones de la ciencia actual para entenderlo, explicarlo y predecirIo. Mediante
ejemplos cotidianos y condimentados con dichos populares, El veleidoso clima despeja
dudas, desmiente mitos y satisface curiosidades. El autor subraya la aportación mexicana a
esta ciencia: el Modelo Termodinámico del Clima, creado por el doctor Julián Adem, de
quien es colaborador. También trata ampliamente el cambio climático por efecto invernadero,
que es su principal proyecto de investigación.
René Garduño hizo sus estudios de licenciatura en física y posgrado en geofísica en la
Facultad de Ciencias de la UNAM, de la cual es profesor; como investigador está adscrito al
Centro de Ciencias de la Atmósfera de la misma Universidad. Ha publicado varios artículos
en revistas internacionales y participado en numerosos congresos científicos en México y en
el extranjero.
135