Zeroth: "You must play the game - Páginas de Investigación, UAM

Zeroth: "You must play the game."
First: "You can't win."
Second: "You can't break even."
Third: "You can't quit the game."
C.P. Snow.
1. Una Reforma Energética para la supervivencia de la vida en la Tierra.
Por el Dr. Raúl Alva.
Biofisicoquímico.
2. Primero, una muy breve historia sobre la energía y la vida en la Tierra... ATP
3. Pero no este ATP (el suizo Roger Federer, No 1 de la Asociación de Tenistas
Profesionales).
4. Sino este ATP (Adenosín Trifosfato).
La producción de ATP es fundamental en todas las formas de vida en la Tierra
y entenderla fue uno de los principales retos para las ciencias biológicas,
químicas y físicas durante la segunda mitad el siglo XX, cuya resolución
publicó el físico británico Peter Mitchel en Nature en 1961, y fue reconocida
mediante el Premio Nobel de Química en 1978.
5. Aún así, todavía en 1975 había importantes investigadores, como Albert
Lehninger, que ponían en tela de juicio la explicación de Mitchell, sosteniendo
otras dos hipótesis sobre las que no había evidencia experimental suficiente
para confirmarlas. En cambio, las evidencias experimentales de los veinticinco
años previos sostenían el mecanismo quimiosmótico de la fosforilación
oxidativa.
6. Y durante el siguiente cuarto de siglo la Teoría Quimiosmótica recibió
evidencias complementarias que la ratificaron y que fueron reconocidas
recibiendo Premios Nobel de Química otorgados en cada década subsiguiente.
Por cierto que siendo la producción de ATP un fenómeno fundamental en la
biología, en esta lista de Premios Nobel de Química encontramos químicos y
físicos, pero ningún biólogo.
7. Es mucho lo que la ciencia no entiende aún sobre la naturaleza y el
funcionamiento del universo; quedan muchos misterios todavía por resolver.
Está lejos de ser un instrumento perfecto; pero sí es el mejor que tenemos. Por
sí misma no puede apoyar determinadas acciones humanas, pero puede
iluminar las posibles consecuencias de acciones alternativas. La ciencia es
más una forma de pensar, que una parte o cuerpo del conocimiento humano.
8. Su forma de pensamiento imaginativo y disciplinado es la base de su éxito.
Eratóstenes, en el siglo III aC midió con precisión la circunferencia de la Tierra,
pero esta antigua percepción fue prácticamente olvidada por más de 1,800
años de oscurantismo hasta que Colón, Copérnico y otros de sus
contemporáneos la redescubrieron.
9. Y esta percepción ya no puede ser olvidada. La imagen de la Tierra es una de
las más grandes revelaciones de la era espacial, captada por primera vez en
agosto de 1966 por la cámara en blanco y negro del Lunar Orbiter 1. Sin
embargo, fue hasta diciembre de 1968 cuando los primeros humanos, la
tripulación del Apollo 8, pudo ver por sus propios ojos el globo Terrestre desde
el espacio y tomar la primera fotografía en color de ella. Finalmente, la
tripulación de la última misión Apollo en diciembre de 1972, el Apollo 17, pudo
captar una imagen fotográfica de la Tierra en toda su redondez. Evidencia
definitiva, más de 2,000 años después, que seguramente Eratóstenes habría
gozado de haberla podido contemplar.
10. La ciencia nos invita a aceptar los hechos,..
11. ... aunque no se adapten a nuestras ideas preconcebidas.
12. Uno de sus grandes mandamientos es: "Desconfía de los argumentos de
autoridad."
La ciencia nos conduce a la comprensión de cómo es el mundo y no de cómo
desearíamos que fuese.
13. "Desconfía de los argumentos de autoridad": Ptolomeo de Alejandría,
astrónomo y matemático en la Gran Biblioteca de esa antigua ciudad, quien
compiló mucho de lo que hoy es la pseudociencia de la astrología, como
muchos antes que él, interpretó el paso diario del Sol, la Luna y las estrellas
por el cielo como la prueba de que la Tierra inmóvil era circundada por el Sol
en su viaje por la esfera celeste.
Su universo centrado en la Tierra imperó por 1,500 años. Esto demuestra que
la brillantez intelectual no es garantía contra el error total. El modelo
matemático de éste permitía predecir los movimientos estelares y los eclipses
con bastante precisión.
Pero a veces las evidencias son sutiles y pueden ser erróneamente
interpretadas. El análisis meticuloso de un dato por aquí y un cálculo más
preciso por allá, hacen la diferencia.
La precisión del modelo Ptolemaico no era suficiente para algunos
astrónomos, por ejemplo, en la predicción del movimiento de las estrellas
errantes o planetas, en griego.
14. A pesar de que en el siglo III aC, Aristarco de Samos esbozó un modelo
centrado en el Sol, este sistema del mundo sólo fue seriamente considerado
hasta principios del siglo XVI, cuando "un astrólogo advenedizo" - como lo
llamó Lutero (1539) - el buscador de estrellas prusiano Nicolás Copérnico puso
en movimiento a la Tierra y dejó inmóvil al Sol, para "dar cuenta por este
procedimiento de todos los movimientos planetarios."
15. Los descubrimientos de la ciencia pueden no ser inmediatamente
comprensibles o satisfactorios.
El mismo Galileo, antes de 1610, había rehusado defender públicamente el
modelo Copernicano, a pesar de su convicción en éste, porque las pruebas de
que disponía antes de usar el telescopio eran indirectas, sólo argumentos
geométricos y el uso de las matemáticas.
En cambio, sus descubrimientos como las "montañas de la Luna", los "cuatro
planetas que giran alrededor de la estrella de Júpiter" y la observación de
fases en Venus, eran incompatibles con el modelo Ptolomeico y por fin
pusieron evidencias directas y sensoriales del Copernicanismo.
16. De nuevo y más recientemente, el "movimiento de la Tierra y de nuestra propia
esfera" (Sexto postulado de Copérnico) ha recibido la evidencia definitiva en la
era espacial del siglo XXI, con las imágenes captadas por la cámara de
Messenger (vídeo mdis_depart_anot), así como las de misiones a Marte (como
Mars Odyssey) lo han hecho con el "Orden de las esferas", "debajo de ésta [la
esfera de Marte] se halla la esfera en la que nosotros giramos,... La esfera
lunar,..., gira en torno al centro de la Tierra..."
17. "Desconfía de los argumentos de autoridad": En 1928 el químico
norteamericano Linus Pauling publicó artículos sobre orbitales moleculares y
resonancia. En 1931 publicó el de "The Nature of the Chemical Bond". En
1933, a los 32 años, fue el miembro más joven hasta entonces nominado a la
National Academy of Sciences. En 1939 publicó su libro más importante, The
Nature of the Chemical Bond. En 1948 trabajó en la estructura de un
polipéptido, descubriendo la alfa hélice. En 1954 recibió el Premio Nobel de
Química por su trabajo sobre la estructura molecular, especialmente de las
proteínas. Einstein dijo de él, "este hombre es un genio."
18. En 1952, Pauling se enfocó en la estructura para el ADN. Estaba convencido
de que las bases estaban en el exterior de la molécula; los fosfatos, en el
interior. Sabía que la molécula probablemente era helicoidal. Éstos fueron sus
puntos de partida hacia un modelo del ADN. Pero no tenía imágenes decentes
de rayos-X, carecía de datos críticos estructurales, tamaños precisos y
ángulos de enlace. Esto fue un error. Se convenció - como Watson y Crick lo
habían hecho meses antes - que el ADN era una estructura de triple hebra con
los fosfatos en el interior. El resto es historia.
19. ¿Por qué no se aceptan fácilmente los modelos construidos mediante los
hechos descubiertos por la ciencia?
En el caso del modelo heliocéntrico de Aristarco de Samos o Copérnico,
Alberto Elena (1982) estableció un triple orden de razones.
i. Razones de índole religiosa. He citado la censura de Copérnico que hizo Lutero,
sin más argumento que su fe dogmática y acrítica en las "Sagradas Escrituras"
de la Biblia, y siglos antes, Plutarco relató cómo Aristarco fue igualmente
acusado de impiedad.
ii. Razones de índole filosófica. De acuerdo con la física Aristotélica, si la Tierra
girase o rotara, las piedras no podrían caer perpendicularmente al suelo.
iii. Razones de índole "técnica". El modelo Ptolemaico concebía un universo tan
pequeño que la rotación terrestre no coincidiría con las observaciones
estelares cotidianas. Hay que hacer notar que estas razones, por su
naturaleza técnica o matemática, eran las menos comprensibles para el vulgo.
Personalmente, y desde un punto de vista sustentado en un concepto más
contemporáneo de ciencia, la naturaleza de estas dos últimas razones puede
considerarse como de dos niveles de diferente complejidad, sólo
comprendidas hasta la construcción de la física Newtoniana, dos siglos más
tarde.
20. Y no sólo sucede en la astronomía, sino también en otros campos y leyes de la
ciencia, como en el caso de la evolución biológica por selección natural
descubierta en el siglo XIX por Charles Darwin y Alfred Russel Wallace.
21. Una vez que se ha construido y verificado un modelo, la ciencia puede ser
capaz de hacer predicciones con mucha precisión. Si uno quiere saber cuándo
será el siguiente eclipse solar, puede preguntar a magos, místicos o
astrólogos, pero el resultado será más probable si acude a un astrofísico. O si
quiere saber el sexo de su hijo no nato dentro del vientre materno, puede
consultar a una adivina o probar con una ecografía. Podemos rezar por un
enfermo de cólera o administrarle 500 mg de tetraciclina cada 12 horas.
La verdad religiosa se funda en la creencia. La verdad científica se funda en la
evidencia.
No se trata de reemplazar una fe por otra, igualmente arbitraria. No es
idolatría; es el medio autocrítico y autocorrectivo por el que podemos distinguir
a los ídolos falsos.
La ciencia funciona porque ha incorporado mecanismos de corrección de
errores: no hay preguntas prohibidas, ni temas delicados ni verdades
sagradas.
22. Las leyes científicas de la naturaleza son universales.
Que los objetos pesados caen más rápido que los ligeros, se consideró como
verdad en el pasado.
Hasta que Galileo observó meticulosamente y midió que todos los objetos, sin
importar su masa, tienden a caer con igual aceleración.
23. Y la evidencia es universal... (vídeo a15v_1672206) "Mr Galileo was correct in
his findings."
24. (Vídeo LoveBoat) Que las leyes científicas de la naturaleza, como las leyes de
la mecánica Newtoniana, son universales, es una experiencia cotidiana... Los
objetos en movimiento permanecen en movimiento. Toda acción tiene una
reacción igual y opuesta.
Pero la gente no va por ahí probando conscientemente en cada momento
todas y cada una de las leyes de la naturaleza, aunque sufra sus
consecuencias. Tal vez sería sano comenzar a hacerlo.
Las ideas populares sobre la naturaleza del universo son puestas a prueba por
la ciencia y, algunas de ellas son desechadas. Se proponen nuevas ideas que
están en mejor acuerdo con los hechos. Hay propuestas imaginativas, debates
vigorosos, síntesis brillantes y el tesoro resultante representa potenciales
poderes para las sociedades humanas.
25. Tendemos a pensar que la tecnología es segura, que está guiada y regulada
por la industria.
La historia está llena de ejemplos en los que las decisiones se toman por
temor, por ignorancia o por codicia de poder, con consecuencias adversas no
vislumbradas o perversamente manipuladas.
En 2005, la industria tabacalera facturó más de 76 mil millones de dólares sólo
en los EEUUAA (AP, 2007), a pesar de que desde 1996 sus ventas han
disminuído alrededor de 2% anualmente (Bill Phelps, Philip Morris USA, AP,
julio 2007). La disminución en el consumo de tabaco en las naciones
industrializadas y los esfuerzos para incrementar sus ganancias han llevado a
las compañías a buscar nuevos mercados en naciones de ingreso medio y
bajo, como los paises de América Latina (Taylor AL, Bettcher DW. WHO
Framework Convention on Tobacco Control: a global "good" for public health.
Bull World Health Organ 2000;78:920-929). Desde hace casi medio siglo han
admitido la correlación entre el tabaquismo y el cáncer, pero no aceptan
públicamente su relación causal. Han censurado a sus propios investigadores
y sobornado a legisladores y gobernantes. En México han invertido cantidades
insospechadas de dinero para el cabildeo ante los Congresos y Asambleas
federal y locales (Fortuna, enero 2006).
26. Eso es similar a lo que hizo la Du Pont Corporation cuando en junio de 1974,
Mario Molina y Sherwood Rowland, trabajando en la UC, Irvine, publicaron en
Nature la primera investigación que demostraba que los productos de freón o
cloro-fluoro-carbonos, destruyen el ozono de la capa protectora en la
estratósfera (audio sagancfc).
Afortunadamente, la divulgación popular de estos descubrimientos de la
ciencia, principalmente en Europa Occidental, en los EEUUAA y en Canadá
logró que las sociedades presionaran a los gobernantes, a los legisladores y a
la Du Pont Corporation, para detener la producción de CFC mediante el
Protocolo de Montreal en 1987. Curiosamente y en relativo poco tiempo, Du
Pont logró la producción de compuestos sustitutos del freón, con un menor
impacto sobre el ozono estratosférico y generando además una nueva y
rentable industria química.
27. O podemos pensar que la tecnología es controlada por los gobiernos (audio
reaganno3).
28. Pero muchos de los líderes nacionales, empresariales o quienes toman las
decisiones trascendentales para las sociedades han oído poco... (audio
bushowls).
29. O nada de ciencia moderna (audio inhofehoax).
30. Y aunque en algunos casos pudieran haberlo hecho, su comprensión de ello
no es clara.
Las consecuencias del analfabetismo científico son mucho más graves hoy en
día que en cualquier época anterior (audio fch2007moon1). Es peligroso que la
sociedad mantenga su ignorancia o una imagen falsa sobre el calentamiento
global, la contaminación del aire, la erosión del suelo, la deforestación tropical,
el crecimiento exponencial de la población.
31. En derecho, el desconocimiento de las leyes no te exculpa de su cumplimiento
pero difícilmente te matará. En el universo, el desconocimiento de las leyes de
científicas de la naturaleza no te excluye de su cumplimiento y puede costarte
la vida.
32. El impedimento para el pensamiento científico no es la dificultad del tema; es
político y económico. Se puede declarar que las herejías son peligrosas; se
pueden aplicar sanciones contra ideas no permisibles sin causar grandes
daños: por su activismo pacifista y su crítica pública, a Pauling, el gobierno
norteamericano le retuvo su pasaporte - una forma de arresto domiciliario (audios saganprotest saganarrest). Pero en circunstancias ambientales y
biológicas cambiantes, el hecho de copiar y conservar las formas antiguas ya
no funciona.
33. Es tarea de los científicos alertar al público de los peligros posibles,
especialmente los que derivan de la ciencia o se pueden prevenir mediante su
aplicación. Las advertencias deben ser juiciosas y no más alarmantes de lo
que exige el peligro (audio saganwefail); pero si tenemos que cometer errores,
teniendo en cuenta lo que está en juego, que sea por el lado de la seguridad.
34. Muchos científicos consideran que su trabajo es la ciencia, y que involucrarse
en la crítica política o social es una distracción y antitético a la ciencia (audio
sagansabtg).
Pero los poderes que la ciencia pone a nuestra disposición deben ir
acompañados de gran atención ética y preocupación por parte de la
comunidad científica, como lo han hecho algunos de sus miembros en el
pasado reciente en México.
Por esta razón - y no por su aproximación al conocimiento - la responsabilidad
ética de los científicos también debe ser muy alta, sin precedentes. Los
programas universitarios de ciencia deberían plantear explícita y
sistemáticamente estas cuestiones.
35. Durante la primera década del presente siglo XXI se ha estado discutiendo
sobre la perspectiva del petróleo en México y una reforma energética. Pero la
discusión ha sido principalmente política o económica o, si acaso
aparentemente, tecnológica.
Ya he recordado lo ocurrido en Tabasco en octubre y noviembre de 2007... y la
interpretación que se hizo sobre ello.
Y ¿qué tienen que ver una cosa con la otra?
La respuesta la ha tenido la ciencia desde el siglo XVII y a partir de muy
diversas observaciones en distintos de sus campos... aunque no lo hayamos
comprendido sino hasta muy recientemente.
36. En el siglo XVII, Gottfried Wilhelm Leibniz fue el primero en formalizar la ley de
conservación. Fue refinada a lo largo de los siglos XVIII y XIX por Lavoisier,
Laplace y Thomas Young hasta la expresión de Gaspard-Gustave Coriolis y
Jean-Victor Poncelet. Establece que la energía de cualquier sistema aislado
permanece constante, no puede crearse ni destruirse; sólo puede
transformarse. Ergo, no existe tal cosa como un "generador" de energía.
Una evidencia cotidiana de la ley de conservación son las colisiones que
ocurren sobre una mesa de billar.
37. En termodinámica, la primera ley es una expresión de la ley física de la
conservación de energía y enunciada explícitamente por el físico alemán
Rudolf Clausius en 1850:
dQ es la cantidad de energía añadida a un sistema por un proceso de
calentamiento, dW es la cantidad de energía perdida por el sistema debida al
trabajo realizado y dE es el incremento en la energía interna del sistema.
Esta expresión significa que no es posible que exista tal cosa como una
máquina de movimiento perpetuo, a pesar de los muchos intentos que se han
hecho: como el Perpetuum Mobile de Villard de Honnecourt (alrededor de
1230) o la máquina de movimiento perpetuo aparente de Shab Levy que se
exhibe en el Franklin Institute (1999).
38. La segunda ley de la termodinámica fue descubierta en 1824 por el físico
francés Sadi Carnot y publicada en algo que podemos traducir como
Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego. Fue desarrollada luego de forma
extensa también por Rudolf Clausius. En palabras simples, la segunda ley es
una expersión del hecho que con el tiempo, las diferencias de temperatura,
presión, densidad, etc., en un sistema físico aislado de su entorno, tienden a
igualarse. El calor fluye espontáneamente sólo de un material de mayor
temperatura a otro de menor temperatura. En un sistema aislado, el proceso
sólo puede ocurrir si incrementa la entropía total del sistema. La entropía es
una medida de qué tanto ha progresado este proceso.
39. Es imposible convertir toda la energía (como el calor) en trabajo útil. El
diagrama de Sankey (Matthew Henry Phineas Riall Sankey, Mario Schmidt
2006. "Der Einsatz von Sankey-Diagrammen im Stoffstrommanagement".
Beitraege der Hochschule Pforzheim. Nr. 124) muestra que de 72 kW de
potencia del combustible, sólo 9 kW llegan en forma de movimiento a un auto
por el camino (http://www.antonine-education.co.uk). El resto se transforma en
calor y otras formas de trabajo y energía, como la entropía. Obtener toda la
energía del calor es imposible. Por lo tanto, también lo es la existencia de un
motor térmico con una eficiencia del 100% (Lord Kelvin).
40. Si se encuentra que tu teoría está en contra de la segunda ley de la
termodinámica no puedo darte esperanza; no hay nada que hacer sino caer en
la más profunda humillación.
Sir Arthur Stanley Eddington, The Nature of the Physical World (1927).
41. En este momento es necesaria un poco de cultura árabe (y no es por el
petróleo): al jabr o álgebra, aplicada a la suma matemática de la primera y la
segunda leyes de la termodinámica para llegar a una sóla expresión: la
relación fundamental. ¿Para qué?
42. La entropía no siempre puede medirse o calcularse en los procesos y también
se requiere información sobre ésta en el entorno del sistema. Willard Gibbs
(1873) desarrolló un criterio más útil para determinar el sentido del equilibrio
termodinámico -la energía libre- mediante la relación fundamental de la
termodinámica. El cambio en energía libre o energía de Gibbs en un sistema
se entiende como la única cantidad de energía útil para realizar trabajo
mientras el proceso se dirige al equilibrio.
43. También nos dice la cantidad de trabajo que se puede realizar, así como si ese
proceso es fácil o difícil de ser realizado o, incluso, si ya no puede hacer nada
porque ha llegado al equilibrio termodinámico.
"Old Chemists never die: they reach thermodynamical equilibrium" (unknown).
44. Y ¿esto qué significa? Pues que es más fácil llegar de Toluca a México, que
de México a Toluca, porque Toluca está más alto sobre el nivel del mar que
México y "de bajada hasta las calabazas ruedan". En el sentido opuesto, hay
que meterle trabajo: energía.
El calor no fluye del medio frío al caliente (sin que se le agregue trabajo:
energía), como sucede día a día en un refrigerador.
Pero ésta es sólo la historia termodinámica de la vida y el progreso de la
civilización humana sobre la Tierra. La vida no es gratuita. Cuesta energía. Y
el progreso humano cuesta aún más.
¿De dónde se obtiene toda esa energía necesaria para ir de México a Toluca y
viceversa? Y, por cierto que aún para ir de Toluca a México se debe subir la
cuesta energética que representa la Sierra de las Cruces.
45. Todas las actividades que han conducido desde los primeros homínidos
fabricantes de herramientas hasta la civilización supertecnológica actual,
pasando por las etapas de cazadores recolectores y desarrollos agrícolas, han
requerido agregar energía a su sistema, reduciendo su entropía local, pero con
su aumento neto en la de su entorno (imagen de herramienta elaborada por un
chimpancé en Atlanta, GA).
46. A lo largo de la historia de la humanidad, la energía para realizar el trabajo
termodinámico de muchos de estos procesos se ha obtenido de la combustión
de materiales orgánicos (Robert G. Bednarik. 2000. Heavily burnt fragment of
large sea shell found with Stegodont remains in Pleistocene deposit of To'os,
West Timor. http://mc2.vicnet.net.au/home/mariners/web/mariner2.html), que
químicamente es la oxidación de esos materiales en presencia del oxígeno del
aire. La combustión de materia orgánica (o compuestos formados por átomos
de carbono) produce energía en forma de calor, así como agua y bióxido de
carbono.
47. En el siglo XVIII, la revolución industrial se basó en la combustión de
compuestos de carbono en forma de madera como fuente de energía para las
máquinas de vapor, produciendo, otra vez, energía en forma de calor, agua y
bióxido de carbono.
48. La madera se vio reemplazada por el carbón (vegetal o mineral, que es
carbono fósil), otra forma de compuestos de carbono, como fuente de energía
para las máquinas de vapor, tanto para la locomoción como para producir una
"nueva" forma de energía: la electricidad. Así producimos calor, agua y más
bióxido de carbono.
49. Y el carbón se vio reemplazado en gran parte por el petróleo (otra forma de
carbono fósil) para producir energía en forma de calor, agua y bióxido de
carbono.
50. Actualmente, la principal fuente de energía para realizar trabajo en las
civilizaciones tecnológicas es la combustión de hidrocarburos (moléculas
orgánicas o compuestos de carbono unidos químicamente a átomos de
hidrógeno), aunque en algunos países, como China, la combustión de carbón
sigue siendo muy grande.
La combustión es el proceso o reacción química por la cual cualquier molécula
orgánica se oxida en presencia de moléculas de oxígeno, transformándose en
bióxido de carbono y agua. Termodinámicamente, también produce energía a
partir de esta transformación, en forma de luz y entalpia (energía calórica).
51. Pero como muestra la termodinámica, no toda la energía producida como
calor, por ejemplo, es útil para producir el trabajo de desplazar el automóvil (en
caso de que sea "ecológico" por usar gas en lugar de gasolina).
52. No se diga ya, en el caso de un automóvil a gasolina, uno de cuyos principales
componentes, y que es usado como indicador de su potencia y calidad, es el
octano.
53. La preocupación por el efecto de las actividades humanas sobre el ambiente
no es nueva. Rachel Carson publicó en 1962 Silent Spring. Ya en la década de
1970, México fue uno de los primeros países en abrir una oficina
gubernamental para la atención de los efectos de la contaminación en la
salud... humana.
Aunque los efectos directos sobre el ambiente producidos por industrias como
la maderera, la del carbón o la petrolera eran muy visibles, otros efectos
dañinos eran menos fáciles de percibir y mucho menos, de entender. Habría
que mirar de nuevo hacia el cielo y hacia el espacio. Y habría que ver con otra
luz.
54. Aunque desde el siglo XIX, el inglés Thomas Young dedujo que la luz es un
fenómeno ondulatorio, el que la luz es una forma más de energía fue uno de
los más grandes descubrimientos del siglo XX, realizado justo en 1900 por
Max Planck. (vídeo spectrum) Por lo que realmente hay distintos tipos de luz,
de la que sólo vemos una muy pequeña parte: la luz blanca y sus seis colores
constituyentes. Y cada uno de estos tipos de luz interactúa con la materia
dependiendo de la escala o tamaño de esa parte de materia.
55. La interacción se da, principalmente, en dos formas.
La forma descubierta independientemente por Pierre Bouguer en 1729,
Johann Heinrich Lambert en 1760 y August Beer en 1852: la cantidad de luz
absorbida depende de la concentración de la materia.
Y la forma cuántica descrita por Bohr y Shrödinger en el siglo XX: el tipo de luz
absorbida depende de la naturaleza química (cuántica) de la materia.
56. Estos principios explican que el agua, el bióxido de carbono y el metano
absorben luz infrarroja, pero lo hacen, principalmente con diferente intensidad
a la misma concentración del compuesto. De esta forma, el efecto atmosférico
de la concentración de cada uno es diferente.
57. La absorción de luz por la materia sucede a escala atómica o molecular y
depende de la energía de la luz y de la parte del átomo o molécula
involucrada. Si un rayo de luz visible interactúa con un átomo, uno de los
electrones absorbe su energía cuántica y se excita (esto es trabajo). Al
relajarse, disipa la energía no utilizada en el trabajo, por lo que esta energía es
menor. Como la energía disipada es menor, entonces puede corresponder al
IR cuya energía es menor que la de la luz visible.
58. Cuando la luz visible del Sol alcanza la Tierra, ésta absorbe su energía, se
calienta y emite este calor como IR; y como el agua, el bióxido de carbono y el
metano lo absorben, el calor no puede seguir su camino hasta el espacio; se
acumula como sucede en un invernadero.
59. Las leyes de la fìsica y la química son universales.
60. En 1940 Rupert Wildt calculó que las nubes de Venus podrían funcionar como
un cobertor sobre el planeta. Muchos lo interpretaron como la "prueba" de que
¡ahí podrían vivir dinosaurios! Fue a finales de la década de 1950 cuando el
alumno de doctorado de la U. Chicago, Carl Sagan, estimó que la temperatura
sería demasiado alta para ello debido al efecto de invernadero provocado por
la gran concentración de algunos gases en su atmósfera, como el bióxido de
carbono (audio saganvenus). Esto fue confirmado en 1962 por los datos del
Mariner 2 y de las sondas soviéticas Venera en 1965: la temperatura
superficial es mayor de 450 °C (Y ratificado por posteriores sondas
norteamericanas y europeas).
61. En 1956, dentro de los planes del Año Geofísico Internacional de 1957 (que
entre otros logros tuvo la puesta en órbita al primer satélite artificial alrededor
de la Tierra), los oceanógrafos norteamericanos Roger Revelle y David
Keeling, del Scripps Institution of Oceanography, comenzaron a medir la
concentración atmosférica de bióxido de carbono en Hawaii y en la Antártica.
Con estas mediciones, en 1957 demostraron que el bióxido de carbono en el
aire se había estado incrementando en las últimas décadas (R. Revelle y H.E.
Suess. 1957. "Carbon dioxide exchange between Atmosphere and Ocean and
the Question of an Increase of Atmospheric b during the Past Decades," Tellus
9, l, pp. 18-27).
62. En 1965 presentaron el reporte oficial del Gobierno de los EEUUAA que
reconocía este efecto como resultado del uso de combustibles fósiles.
Estudios posteriores en tierra y desde el espacio han confirmado el aumento
del bióxido de carbono atmosférico en la Tierra.
63. En 1977 se presentó la evidencia de que los combustibles fósiles son
responsables en dos tercios de las emisiones de bióxido de carbono. La otra
tercera parte de las contribuciones de bióxido de carbono a la atmósfera viene
de la pérdida de vegetación y de los incendios forestales.
64. En 2003 los principales contribuyentes en emisiones de bióxido de carbono
eran los países industrializados del siglo XX y Latinoamérica representaba el
3.9%. Y aunque México ocupaba el segundo lugar en el subcontinente, era el
primero en la emisión a partir de la combustión de hidrocarburos (esto a pesar
de la reciente reconversión tecnológica en sus plantas termoeléctricas,
supuestamente por consideraciones ambientales).
65. Hubo consecuencias de este aumento de bióxido de carbono en la atmósfera
provocado por las actividades humanas relacionadas con la industrialización:
Las constantes mediciones de la temperatura en el planeta, realizadas por
meteorólogos y climatólogos en todo el mundo han mostrado un incremento
que se correlaciona con el crecimiento del bióxido de carbono y no así con
otros fenómenos naturales extraterrestres.
Así como el aumento de bióxido de carbono ha provocado incremento en la
temperatura del planeta, es de esperar que, a su vez, este calentamiento del
planeta cause otros efectos con consecuencias nocivas, tal vez no
contempladas en el pasado.
66. La sociedad mundial se ha alarmado y se han propuesto acciones diversas
ante este fenómeno. Pero parecen imperar la incomprensión y la confusión. En
los EEUUAA y en México, gobiernos, empresas y ciudadanos (algunos de
buena fe) han propuesto el uso de lo que llaman biocombustibles. Pero este
paradigma corresponde a una realidad existente en el pasado a raíz del boicot
petrolero de la década de 1970. En el contexto del actual calentamiento global,
este concepto es tardío, anacrónico y obsoleto, además de muy contaminante
y probablemente letal como lo demuestra la universalidad de las leyes
naturales de la ciencia. No son fantasías:
67. La Tierra y Venus tienen sendas y complicadas atmósferas, pero su
composición es dramáticamente diferente: en la segunda el gas dominante es
el bióxido de carbono. Venus Express ha confirmado que la presión
atmosférica en Venus es 90 veces mayor que en la Tierra; equivalente a estar
a 900 metros de profundidad en el mar...
68. Pero con una temperatura que llega a 450 °C al nivel del suelo (la temperatura
máxima en el horno doméstico común no llega a los 300 °C).
69. No se necesita que el contenido de bióxido de carbono atmosférico sea de
90% para hacer de la Tierra un lugar hostil para la vida. Desde la firma del
Protocolo de Kioto en 1997, en 10 años, la concentración de bióxido de
carbono atmosférico se elevó de un promedio de 275 ppm hasta 400 ppm
provocando un aumento de 0.6 °C en la temperatura global (Second
Committee, Panel Discussion. 13 November 2007. General Assembly
GA/EF/3199)
70. El problema es tan complejo que se requiere un cambio radical de paradigma,
como lo muestra la contribución de otros gases con efecto de invernadero,
como el metano ya citado antes, que en los últimos 20 años ha pasado de
menos de 1650 ppb a más de 1750 ppb.
71. Ya en 1994, el 30% de las emisiones de metano eran el producto de sólo uno
de los hábitos de comportamiento de una buena parte de la humanidad: el
consumo de productos ganaderos (Marlan y col., 2003).
72. La complejidad es aún mayor, como nos muestra la fisicoquímica de
soluciones y la química de las bebidas gaseosas.
A pesar de que investigadores como el mismo Revelle habían considerado a
los océanos como posibles depósitos para el bióxido de carbono atmosférico,
las evidencias muestran que esto también puede ser nocivo.
Como determinamos en mi laboratorio, así como otros del mundo en la década
de 1980, la acidificación del ambiente tiene efectos sobre los ácidos orgánicos,
la precipitación de sales de calcio y la liberación de iones metálicos, cambios
que tienen impacto sobre seres vivos y sistemas biológicos completos, como
han mostrado estudios ambientales recientes en los océanos y otros grandes
cuerpos de agua.
73. "Soy moderadamente optimista sobre este desastre -- pero sólo mediante
cambios en conducta. Hemos sido irresponsables en tecnología. Hemos sido
insaciables en metas y beneficios a corto plazo. Debemos cambiar ahora"
(Sagan, C. Phoenix Gazette, Septiembre 26, 1989) (audio sagangrinhous).
Hace tiempo que ha sido necesario un cambio radical, de un paradigma
obsoleto a uno nuevo basado en el conocimiento científico, no en el mito o la
ignorancia.
El Segundo Comité del Panel de Discusión de la Asamblea General de la ONU
ha estimado que un aumento de sólo 3° C en la temperatura global promedio
podría causar daños a la salud, la agricultura, los bosques, los recursos
hídricos, además de los daños directos a la población humana.
"El mundo no resolverá la crisis de cambio climático a menos que una gran
cantidad de oficinas Gubernamentales diseñen políticas y realicen acciones
para reducir el bióxido de carbono y otras emisiones", declaró Mohan
Munasinghe, Vicepresidente del Panel Intergubernamental sobre Cambio
Climático.
74. Y debe y puede hacerlo dentro del contexto de un desarrollo sostenible para
toda la humanidad pero recordando que no existen las tecnologías limpias al
100%. Todas son entrópicas del entorno pero hay algunas más entrópicas que
otras. Estas últimas serían las verdaderamente amigables con el ambiente y
no son tan nuevas como muchos creen... las demás son demagogia.
75. El carbono que quemamos representa energía solar capturada mediante la
fotosíntesis, por lo que la combustión es realmente el uso de energía solar a
través de intermediarios.
Hoy conocemos diferentes maneras de utilizar la energía solar sin
intemediarios para realizar distintos trabajos:
Energía solar térmica, como en un colector solar.
Energía solar por transferencia, en la que se calienta un gas o vapor para
impulsar una turbina.
76. La fotosíntesis transforma la energía de la luz, inicialmente en potencial
eléctrico para luego sintetizar el ATP en las plantas. La energía fotovoltaica a
partir de fotooxidación genera un potencial y corriente eléctrica.
Las celdas fotovoltaicas realizan la primera parte de este proceso, aunque
todavía sin la misma eficiencia que han logrado 3,500 millones de años de
evolución biológica.
77. El viento ha sido usado desde hace 2,000 años como fuente de energía para
diversos procesos, como moler grano o bombear agua. Su uso para generar
electricidad masiva formalmente data de la década de 1970 (EIA, US Gov.
April 2008). En el mundo su uso crece 25% anualmente (Alaska Report, Oct.
2006). Se han desarrollado pequeños sistemas para uso doméstico o en
pequeñas locaciones.
78. El viento fue la fuente de energía para los primeros verdaderos viajes
humanos, en naves a vela. En la década de 1980, el equipo de Jacques Ives
Cousteau diseñó el Alcyone, una nave a turbovela que permitía un ahorro de
hasta 35% del combustible. Desde entonces otros constructores de naves han
probado otros diseños novedosos para una mayor eficiencia en el uso de la
fuerza del viento.
79. En cambio, el viento ha sido poco usado de forma seria para la locomoción
sobre tierra. La mayoría de los vehículos construidos han tenido un uso
deportivo. Una de las más recientes versiones es el Triumph Herald
experimental del periodista inglés James May.
80. Las corrientes de viento son extensamente usadas por planeadores. En la
Segunda Guerra Mundial fueron usados para transportar tropas y vehículos
ligeros, como jeeps.
Más allá de la Tierra, otra forma de viento, el solar, ha sido considerado como
fuerza para impulsar naves espaciales interplanetarias.
81. El poder del agua también se ha usado por siglos como fuerza para realizar
trabajo. Su energía potencial gravitacional es extensamente usada como
fuente para la producción de electricidad. Y recientemente, en Australia y Gran
Bretaña se ha iniciado el uso de las corrientes marinas y mareas para producir
también electricidad.
82. Finalmente, al menos por ahora, el calor interno de la Tierra es ampliamente
usado en algunos países para producir electricidad, ya sea asociado a la
actividad volcánica o a la radioactividad, cuyo calor, junto con las altas
presiones involucradas, es responsable del estado del núcleo Terrestre.
83. En México, muchos han argumentado en contra del uso extensivo de estas
tecnologías menos sucias. Dicen que son muy nuevas, que son muy caras y
que no son costeables ni rentables. Pero ya son bastante antiguas en el
mundo y la inversión y el uso intensivo de estas tecnologías, como cualquier
otra, las va perfeccionando y lleva al abatimiento de sus costos y precios
finales al consumidor. La historia lo ha probado más de una vez, como lo
demuestra la joven historia de las computadoras.
84. En un mundo supertecnológico, los trabajos y sueldos dependen de la ciencia
y la tecnología. Si México no puede fabricar, a precio razonable y alta calidad,
los productos que la gente necesita y quiere comprar, las industrias seguirán
emigrando con la consecuente pérdida de prosperidad en nuestro país.
Al Gore manifestó que sentía que podríamos perder los tesoros de la Tierra
que damos por sentados y que ya no estarían en el futuro cercano para
nuestros hijos.
Jacques Ives Cousteau dijo una vez que no habíamos heredado la Tierra de
nuestros padres, sino que la hemos tomado prestada de nuestros hijos.
En el discurso político es fácil encontrar relatos falsos que hacen caer en la
trampa al crédulo. Es mucho más difícil encontrar tratados escépticos.
85. La ciencia no es sólo el gozo de desentrañar lo desconocido; es un asunto
práctico; ofrece la más poderosa herramienta para cuestionar las ideas de
justicia política, económica y religiosa de la sociedad. Es el medio para
preservar la vida en la Tierra. Es el medio por el cual podemos evitar la
destrucción de tesoros invalorables que pertenecen a todos. Es el medio para
lograr que esto no vuelva a ocurrir jamás.
86. O de otro modo,… la gente alrededor del mundo tendrá grandes problemas…
(30 seconds to Mars, A beautiful lie).
México, D.F., a 14 de Mayo de 2008
Dr. Raúl Alva García.
Biofisicoquímico.
Universidad Autónoma Metropolitana.
Unidad Iztapalapa.
División de Ciencias Biológicas y de la Salud.
Departamento de Ciencias de la Salud.
http://investigacion.izt.uam.mx
alva@xanum.uam.mx