Aire limpio y puro, ¿hasta dónde? Para la mayoría de la gente, y quizá como un recuerdo lejano de lo aprendido en la escuela básica, la atmósfera terrestre es aire, pero solo constituido por una mezcla de gases. Y como todo el mundo sabe, estos gases son nitrógeno di-atómico (N2) (70%) y oxígeno di-atómico (O2) (21%), además del vapor de agua (H2O), que es altamente variable, y otros gases en menor proporción, denominados gases traza, como dióxido de carbono (CO2), metano (NH4), ozono (O3), etc. Una mezcla así constituida solo por estos gases puede idealmente ser tomada como “aire perfectamente limpio y puro”.
Pero en honor a la verdad, además de estos gases, el aire real, el de verdad-verdad, contiene otros componentes que cumplen un papel importante en varios aspectos de la atmósfera y del sistema climático en general. Comúnmente, estos componentes son llamados partículas en suspensión o aerosoles (hidrosoles en el caso de partículas líquidas), las cuales pueden ser gases extraños a la composición natural de la atmósfera o partículas de materia sólida o líquida que tienen mucho que ver con los procesos y problemas ambientales relacionados con el aire.
El material eructado por volcanes (ceniza volcánica), el polen de las plantas, el polvo arrastrado por el viento, el humo producto de incendios forestales, la calina, etc., son buenos ejemplos de fuentes de aerosoles naturales enviados a la atmósfera. En este sentido, el aire, normalmente hablando, y aunque suene extraño, es más bien sucio o posee una cierta “suciedad” normal y hasta cierto punto conveniente.
Si esto no le convence, deje de limpiar su casa por unos días y después pásele el dedo a los muebles; o si no, mire a través de la luz solar que entra por una ventana para que vea la cantidad de partículas que hay en el aire y que respiramos. Bajo condiciones anormales, el aire podría llegar a ser muy sucio por procesos naturales, por la naturaleza misma, como en los casos antes mencionados. En esta situación se dice que el aire está normalmente contaminado y las partículas-aerosoles se denominan contaminantes naturales. Estos pueden ser o no ser un problema, ya que la atmósfera terrestre tiene sus propios mecanismos de limpieza (lluvia, sedimentación etc.) que lo controlan a corto o mediano plazo.
Sin embargo, en algunos casos, tales mecanismos, debido a las grandes cantidades de materiales que se inyectan repentina o sostenidamente, no pueden ser por sí solos suficientes, y si este material llega a entrar más arriba, o sea, en la estratosfera, permanecerá por mayor tiempo porque allí no llueve, etc. Los aerosoles gaseosos naturales pertenecientes a estos materiales están, por supuesto, constituidos por moléculas primariamente producidas mediante una normal o anormal actividad terrestre de tipo volcánico. Esto, otra vez, puede constituirse en un problema o no para la atmósfera, dependiendo de cuán intensa sea esta actividad.
A diferencia de los gases de «invernadero» (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozono, etc.), las partículas o aerosoles atmosféricos pueden enfriar el aire, calentarlo o ser indiferente. Al estar mezclados con esos gases, el llamado «recalentamiento global» puede verse compensado, inafectado o favorecido. Para comprender cuáles son las condiciones físicas prevalecientes en cualesquiera de estos casos, muy pronto será publicado, a través del sello editorial del vicerrectorado académico de la Universidad de los Andes (Mérida, Venezuela) y otras dependencias de esa universidad (Consejo de Publicaciones, Talleres Gráficos, etc.), un libro digital de mi autoría titulado Partículas atmosféricas y efectos climáticos: incertezas y retos – Teoría, historia y simulación experimental (403 pp.), primera publicación universitaria realizada en Venezuela, por autor venezolano, para su uso como texto especializado en el tema de “cambio climático” a nivel de pregrado y posgrado.
Esta obra ofrece, bajo un enfoque crítico-tutorial, un análisis del efecto de calentamiento-enfriamiento del aire por esas partículas o aerosoles atmosféricos, dadas sus propiedades ópticas. Para ello, se destaca el rol que tiene un concepto básico llamado forzamiento radiativo directo (FRD) de los aerosoles naturales y antropogénicos (el cual no debe ser confundido con el término radioactivo), tan importante en las ciencias atmosféricas y ambientales (para apreciar y valorar, por ejemplo, el Protocolo de Kioto y otros acuerdos actuales), que el mismo merece ser especialmente explicado y presentado en una forma comprensible, detallada y contextual, lo cual se hace teóricamente y aplicándolo una simulación experimental.
Puesto de otra forma, para aquellos hispano-parlantes que no son especialistas en la materia (estudiantes por ejemplo) interesados en adquirir un conocimiento básico y un entendimiento general sobre este concepto, este libro está concebido, en una de sus partes, a considerar este aspecto mostrando cómo una simulación teórica-experimental puede ser aplicada para cuantificar el FRD producido por un tipo de aerosol atmosférico como función de su profundidad u opacidad óptica y otros parámetros ópticos del mismo, en la cual un simple modelo de caja de balance de energía, a una longitud de onda específica perteneciente a la banda espectral del visible, es usado.
Como paso inicial o preámbulo preparatorio, dentro de un contexto histórico, el lector es introducido en la materia por medio de una revisión crítica-tutorial del desarrollo y evolución de la teoría matemática en donde el efecto de calentamiento -enfriamiento radiativo (no radioactivo) del aire por aerosoles atmosféricos, tanto naturales como antropogénicos, es discutido. En esta revisión preliminar previa, en donde una extensa exploración y reconocimiento bibliográfico ha sido hecho, los estudios precursores sobre dicho efecto son rastreados cronológicamente hasta sus mismos comienzos y comentados en la medida en que sus métodos y planteamientos fueron claves en la evolución del mencionado concepto hasta llegar a su versión moderna usada hoy día. En particular, los criterios matemáticos para establecer en qué condiciones físicas/químicas y ambientales los aerosoles atmosféricos pueden producir un calentamiento o un enfriamiento del aire, o un equilibrio, son discutidos y estudiados a la luz de los diferentes modelos propuestos.
En este entorno tutorial, se dejan formulados algunos problemas para su resolución por parte del lector que pueden llevar, incluso, a proyectos de ejercicios de investigación como trabajos de grado. A continuación, en un intento por mostrar cómo el concepto en cuestión ha progresado, el modelo típico de caja cero-dimensional de balance de energía, extensivamente usado, a partir de 1991, en muchos trabajos que tratan el FRD debido al aerosol atmosférico de sulfato (o de mezcla con otras especies atmosféricas, por ejemplo, carbón, etc), es invocado y discutido a modo de modelo de referencia; por tal motivo, se incluye una completa y comprensible derivación de la ecuación que describe este modelo, refiriendo, al mismo tiempo, las incertidumbres implicadas en los factores que la componen y los estudios de sensibilidad realizados.
En la simulación de laboratorio, aerosoles esféricos monodispersivos, compuestos de amonio de sulfato (partículas corrientemente presentes en la atmósfera real), fueron generados para representar uno de los aerosoles más importantes producidos por la contaminación antropogénica; sus propiedades ópticas también han sido estimadas experimentalmente y teóricamente, vía código de computación de la conocida teoría de dispersión de Mie. Los cálculos y resultados modelados son analizados y discutidos no solo desde un punto de vista científico sino también teniendo en mente que los mismos han sido obtenidos para propósitos de demostración e ilustración del lector. En este sentido, en una serie de pruebas de sensibilidad, para diferentes albedos superficiales, se verifica y enfatiza didácticamente, entre otras cosas, el resultado, ya bien conocido, de que una capa atmosférica compuesta de aerosol altamente no-absorbente (o altamente dispersor), como los constituido por sulfato de amonio, no significa necesariamente un enfriamiento del sistema atmósfera-superficie per se; más bien, esto dependerá de una combinación del valor del albedo superficial y del valor de albedo de simple dispersión de las partículas de aerosol.
Para los aerosoles refrigerantes, el libro examina o revisa el debate sobre la competición entre el efecto de calentamiento global producido por gases de invernadero y aerosoles altamente absorbentes y el efecto contrario (efecto de enfriamiento o antiinvernadero) producidos por aerosoles altamente refrigerantes y de cómo estos aerosoles pueden ser usados para mitigar el recalentamiento producido por los gases invernadero.
Para matizar su contenido, el libro contiene intermedios entre capítulos. Los tres primeros se tomaron de artículos de opinión que publiqué en el diario El Nacional (Caracas) el 7 de mayo de 2008, 11 de febrero de 2007 y 7 de septiembre de 2011 respectivamente; los otros dos restantes corresponden a resúmenes de ponencias presentadas en el XX Simposio Internacional de Medicina Familiar (Sociedad Venezolana de Medicina Familiar. Maracay, 2008) y en el seminario de posgrado «La venganza de Gaia: Un análisis crítico del cambio climático y la política», celebrado en 2010 en la Facultad de Ciencias Jurídicas y Políticas (Cepsal– Área de Política Internacional) de la Universidad de los Andes – Mérida respectivamente. En esos intermedios hablamos, por ejemplo, del personaje de Frankenstein como consecuencia de los efectos del volcán Tambora, de las torres gemelas derribadas en la ciudad de Nueva York y de la respuesta atmosférica por la paralización del tráfico aéreo en Estados Unidos, del escepticismo del «cambio climático», de la contaminación atmosférica, de la salud pública, etc.
En el primer apéndice (de tres) del libro se hace una propuesta de investigación para caracterizar los aerosoles atmosféricos de fondo en Venezuela y su influencia en la calidad del aire, balance de energía y cambio climático regional, que contribuya a ser más realísticos las futuras comunicaciones oficiales nacionales sobre cambio climático en Venezuela, dado que la primera y la segunda no tomaron en cuenta este aspecto de los aerosoles atmosféricos.
El contenido del libro no es tanto si se le compara con otros en castellano, muy buenos y de mayor alcance, como el de John H. Senfeld (Contaminación atmosférica. Fundamentos físicos y químicos, cuya traducción fue publicada en Madrid por el Instituto de Estudios de Administración Local en 1978), o el de Noel De Nerves, Ingeniería de control de la contaminación del aire (traducción publicada en México por McGraw-Hill en 1998), pero sí supera a otros como el de D. J. Spedding, Contaminación atmosférica (Reverte, 1981, 2002). En todo caso, nuestro aporte, un tanto original en cuanto a su concepción de combinar teoría, historia y simulación experimental, unido a los precitados libros, más otros muy buenos también, como el de W. Strauss & S. J. Mainwaring, Contaminación del aire. Causas, efectos y soluciones (Trillas, 1990, 1997), el de Maurizio Caselli La contaminación atmosférica. Causas y fuentes (Siglo Veintiuno, 1992), etc., contribuyen a enriquecer la bibliografía en español sobre el tema.
A lo largo del texto no hemos querido usar mucho –o hemos evitado en lo posible– la expresión “cambio climático”, tal como se le utiliza hoy día amplia, libre e indiscriminadamente por parte de los medios de comunicación social, políticos, organizaciones gubernamentales y no gubernamentales, etc., porque todavía hay imprecisión en torno a qué concepto o idea esta expresión se refiere.
¿Se refiere a anomalías? ¿Se refiere a la variabilidad climática? ¿Se refieren a fluctuaciones climáticas?4 ¿A qué se refieren? Por eso la hemos evitado y su discusión no forma parte de este libro. Y esto se debe a que el concepto o definición de clima todavía sigue siendo motivo de debate en los círculos científicos y académicos, por lo que su cambio también lo es, y esto sucede a pesar de que el concepto de clima, por necesidad, ha tenido arbitrariamente que ser oficialmente definido por las Organización de las Naciones Unidas para discusiones del problema a escala internacional, en los cuales están involucrados los informes del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (PICC o IPCC en inglés).
En todo caso, para no caer en la duda y en la polémica, preferimos hablar de “efecto climático” para connotar, en general, algo inusual y pasajero que puede afectar al clima global, regional o local “normal” contemporáneo (de la época) y que no se sabe cuánto tiempo durará.
En este sentido vale la pena destacar aquí para ahondar sobre este asunto lo que expresé en un artículo de opinión que publiqué en el diario El Nacional de Caracas (9-2-2011), que el paradigma del “cambio climático” antropogénico es abordado y debatido por diferentes actores y sectores de la sociedad: la ciencia [oficial y académica (autónoma); inter y multidisciplinaria], el sector oficial (gobierno y demás poderes públicos y organismos supranacionales), los ambientalistas (fundaciones, ONG, etc.), el sector privado (industria y comercio) y los medios de comunicación social (Internet, prensa, cine, radio y TV).
En particular, las ciencias ambientales, apoyadas en las ciencias básicas y aplicadas, deben suministrar el saber y el conocimiento que la sociedad, el sector educativo y la opinión pública necesitan para que el debate generado por los otros sectores que la conforman, sobre la amenaza de un «cambio climático» global, esté bien planteado y conducido. Diversos han sido los trabajos que se han publicado en la literatura académica sobre la acción de estos sectores en la opinión pública y en la educación.
En algunos de estos trabajos se destaca el hecho de cómo el público y los estudiantes confunden aspectos fundamentales de las perturbaciones atmosféricas como, por ejemplo, que el hueco de ozono genera el «cambio climático» o viceversa, de cómo tienden a creer que todos los problemas ambientales causan el «cambio climático», de cómo tienden a inflar los estimados del cambio de temperatura, de cómo confunden tiempo atmosférico con clima, de cómo confunden variabilidad climática con «cambio climático», peor aún, de cómo confunden escenario (modelo teórico o empírico) con pronóstico (probabilidad), etc.
Toda esta confusión y malos entendidos, públicos y educacionales, conducen al establecimiento de mitos y medias verdades que obstaculizan el conocimiento y la acción responsable de los ciudadanos frente a los problemas del «cambio climático», dado que no se aclaran o plantean bien ciertos conceptos y definiciones clave de estos. Quizá, de todos, el ejemplo más emblemático de confusión, prácticamente ignorado por todos los sectores (o tal vez no con el fin de ser manipulado) es aquel que tiene que ver con la idea de una amenaza de «cambio climático» total causado por un recalentamiento global debido a un aumento de la temperatura media de la Tierra.
El concepto de clima global, como si la Tierra tuviera un solo clima o un clima promedio, y su cambio, no tiene cabida y, mucho menos, la causa de ese cambio que, como se cree, es el aumento de la “temperatura media global” de la Tierra, ya que este concepto, aunque es solo pura estadística, no tiene sentido físico según algunos autores especialistas en la materia (véanse notas 1 y 18 del libro).
Un factor climático asociado con el ser humano es la alteración de la composición y concentración de algunos elementos del aire, como la introducción adicional de gases invernadero. Por su acción sobre la radiación infrarroja, estos gases están relacionados con su influencia sobre la temperatura del aire, por lo que esta variable meteorológica puede ser manipulada estadísticamente (estadístico «muestral») para derivar de allí un concepto de recalentamiento de la atmósfera que explique los cambios climáticos que se están observando y se interpreten como una amenaza climática.
Se refiere que estos cambios climáticos se están observando por todas partes y bajo diferentes manifestaciones, por lo que el «cambio climático» es global producto de un recalentamiento global debido a un aumento de la temperatura global anual de la Tierra (IPCC, 2007). Esta temperatura, como elemento climático, es el resultado de la manipulación estadística «muestral» de los diferentes valores medidos de la temperatura del aire, considerada como elemento o variable meteorológica, a lo largo y ancho del Mundo, cosa que tampoco es tan cierta (no hay cobertura total del planeta).
Pero resulta que eso que llaman “temperatura global de la Tierra”, a juicio de algunos investigadores (véanse referencias citadas en nota 1 y nota 18 del libro) no existe porque la Estadística no puede sustituir a la Física si recordamos que la temperatura es una variable termodinámica intensiva (que depende del punto mas no de la extensión del sistema) y que por eso no se puede promediar tan fácilmente como las variables extensivas (como masa, volumen, precipitación, humedad, radiación solar, insolación, etc.).
Si la Tierra tuviera una temperatura global, en un instante o lapso dado, eso significaría que está en equilibrio termodinámico, por lo que un termómetro gigante introducido en cualquier parte de la atmósfera debería registrar la misma temperatura… y eso no es cierto. Lo que sí tiene más sentido es hablar de un cambio microclimático, o sea, a escala local (por ejemplo, ciudades que han cambiado de microclima y se han convertido en “islas de calor”), o de cambios mesoclimáticos, que son cambios climáticos a escalas más pequeñas que la escala macro o global, etc.
En todo ese debate no se cuestionan los cambios ambientales que se están observando; lo que se objeta, por los escépticos del «cambio climático», es la manera en que se manipula la explicación de las causas que los originan (ver Intermedio E). Aquellos curiosos que deseen informarse sobre esta otra cara del paradigma del “cambio climático” pueden consultar en línea el documento “Report of the Nongovernmental International Panel on Climate Change” (NIPCC, 2009).
Después de haber expuesto todo lo anterior con la respectiva aclaratoria sobre la expresión “cambio climático”, esperamos que este libro, que puede ser usado como texto de algún curso de pregrado o posgrado sobre contaminación atmosférica y temas relacionados, tenga una buena acogida entre aquellos que se preocupan por saber más en materia de ambiente y Ciencias de la Tierra. Pensamos que, desde un punto de vista educativo, contribuirá a aclarar una serie de aspectos sobre los efectos climáticos causados por las partículas suspendidas en el aire ambiental y en la atmósfera en general.
Deseamos agregar, ya finalizando, que esta publicación no es más que otra contribución de mi parte para satisfacer, honrar y hacer cumplir los compromisos establecidos en los artículos 98 y 107 de la Constitución de la República; en los artículos 2 y 3 de la actual Ley de Universidades; en artículo 6 [inciso (i) del literal (b)] de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (ratificado por Venezuela el 27-12-1994, GOE Nº 4825); en los artículos 34 y 35 [numeral (5)] de la Ley Orgánica del Ambiente; y en el artículo 14 de la Ley Orgánica de Educación.
Para finalizar, hagamos un par de reflexiones tomadas del libro Geometría del universo y otros ensayos de filosofía natural, de Roberto Torretti. Este autor nos dice: «… las observaciones sin conceptos son mudas y, por ende, prácticamente ciegas…». Acá agregamos que lo contrario no es necesariamente cierto, por lo que se puede prestar a manipulación. Más adelante, Torretti nos dice: «… en sus tareas diarias, el hombre de ciencia da por supuesto un sistema estable de nociones e hipótesis sin las cuales no podría hallar sentido a sus observaciones. Pero tiene que darse cuenta de que este sistema no puede ser definitivo. Revisarlo, aumentar su precisión, coherencia y alcance es una finalidad constante, aunque a menudo latente, de la ciencia. Aunque sus resultados numéricos de la investigación científica son, en buena medida, inmunes a los cambios del sistema intelectual, su significado puede alterarse radicalmente en el curso de la evolución de este sistema…». Entonces, no olvidemos eso.
La obra, dedicada a aquellas personas quienes con sus manos sanadoras y generosas cuidaron de mí a lo largo del camino, solo se ofrecerá en versión digital dada la precaria situación económica a la cual está sometida la Universidad de los Andes (y otras universidades autónomas) por parte del gobierno dictatorial chavista del presidente “obrero”, que impide hacer una versión impresa (hoy día muy costosa). Si sabe de alguien que quiera y pueda colaborar para hacer esto realidad, por favor hacérmelo saber.
@PenalozaMurillo