20 septiembre, 2017

El termostato planetario

autor: Félix Ares

El mecanismo por el que la Tierra se ha mantenido a la temperatura que permite la existencia de agua líquida.  Hay un mecanismo que ha permitido que la temperatura media de la superficie terrestre esté en el intervalo que permite la existencia de agua líquida. Dicho mecanismo se basa en que al aumentar la temperatura también lo hace la erosión de las rocas, cuyo calcio, al llegar al mar, estimula la creación de rocas calizas que secuestran el CO2 de la atmósfera.

Todas las estrellas similares a nuestro Sol, tienen una vida parecida. Empiezan siendo unas estrellas poco brillantes, y lentamente van aumentando su brillo, hasta que ya muy mayores se hacen gigantescas…

Nuestra estrella tiene unos 5 000 millones de años y nuestra Tierra unos 4 500. Lo sorprendente es que cuando la Tierra nació el sol era un 30% menos brillante que ahora, sin embargo, prácticamente durante toda su historia la temperatura de la superficie ha sido bastante constante, permaneciendo casi siempre en la zona que permite agua líquida: es decir, mayor de cero grados y menor de cien. De ese modo la vida terrestre, uno de cuyos requerimientos es la existencia de agua líquida, pudo desarrollarse.

Cuando todos estos datos se dieron por contrastados, entre los científicos surgió una pregunta: ¿cómo es posible que cuando la Tierra era joven no fuera una bola de hielo? Debemos tener en cuenta que del Sol recibía un 30% menos de energía. En 1981 se publicaba un artículo cuyo autor principal era J. C. G. Walker en el que proponían que el que la Tierra se mantuviera en esas temperaturas era porque tenía un termostato. Ya sabemos que un termostato, por ejemplo el que tenemos en un equipo de aire acondicionado, mantiene la temperatura estable. El termostato de la Tierra era tremendamente complicado y se basaba en dos ingredientes principales: la tectónica de placas (el movimiento de los continentes) y el llamado ciclo carbonato-silicato que lo que hace es quitar y poner CO2 en la atmósfera. Veamos las ideas clave de su funcionamiento. Cuando la Tierra era muy joven y el Sol brillaba poco, lo que permitió que la Tierra no fuera un bloque de hielo es que tenía una gran concentración de CO2 en la atmósfera. Como muy bien sabe, el CO2 es el gas de efecto invernadero que está produciendo el calentamiento global. Mucho gas, mucho calor. Poco gas, mucho frío.

La atmósfera está recibiendo permanente un aporte de CO2 procedente de los volcanes.

Walker, Hays y Kasting se dieron cuenta de algo muy importante: que al aumentar la temperatura aumenta la erosión. Un 95% de la corteza terrestre está formada por silicatos, cuya erosión aumenta con la temperatura. Los silicatos, además de Silicio, como su nombre sugiere, también tienen otros elementos tales como magnesio o calcio. Que no se nos olvide este último: calcio. Con la erosión parte del calcio se libera y va al mar.

Vayamos al mar. En el suelo oceánico es habitual que se formen rocas calizas, bien por reacciones químicas a la adecuada temperatura y presión, bien por las conchas de los seres vivos. El nombre de caliza sugiera que uno de sus componentes es el calcio y es cierto. Para que se forme la roca se necesita calcio y carbono; el carbono puede obtenerse del CO2 de la atmósfera; hay abundancia de él. No es el elemento limitante. El elemento que limita la cantidad de caliza que se produce es el calcio. Si hay calcio se produce caliza.

Al producirse la caliza, se consume CO2. Pero recordemos que si aumenta la temperatura de la superficie, aumenta la erosión y aumenta la cantidad de calcio que llega al mar. Es decir, que al aumentar la temperatura se crea más caliza y esta absorbe más cantidad de CO2. Es decir, al aumentar la temperatura se inician los mecanismos que hacen disminuir el contenido de CO2 de la atmósfera y al hacerlo, el efecto invernadero es menor y la temperatura decrece.

Aquí está el termostato: al aumentar la temperatura aumenta la erosión, que aumenta la cantidad de calcio disponible para crear caliza, que disminuye el CO2 de la atmósfera y por lo tanto disminuye la temperatura.

Por el contrario, si la temperatura es muy fría, hay poca erosión, hay poco calcio disponible y el CO2 no se secuestra en la caliza. Y como los volcanes aportan una cantidad constante de CO2 la temperatura de la Tierra crece.

Tenemos un buen termostato.

La Tierra vista desde el Apollo 17. Gentileza NASA
La Tierra vista desde el Apollo 17. Gentileza NASA

Termostato y CO2

En estos momentos todos somos conscientes de que el aumento de temperatura en la Tierra es uno de los mayores problemas a los que nos enfrentamos. Podríamos pensar que al aumentar la temperatura, aumentara la erosión que llevase el calcio al mar y que allí se secuestraría el CO2 en nuevas rocas calizas. Y no nos equivocaríamos. Pero si no hiciéramos algo para atajar el problema cometeríamos un grave error.

El termostato de la Tierra funcionará, pero demasiado tarde. El problema lo tenemos para los próximos 50-100 años y el termostato terrestre funciona en plazos de millones de años, muchos millones de años.

No debemos hacernos ilusiones. El termostato funciona, pero no nos sirve de nada para solucionar los problemas actuales. Tenemos que hacer algo para evitar que el contenido de CO2 de la atmósfera siga creciendo. Hoy la concentración de CO2 está en el orden de las 380 partes por millón. Los datos paleontológicos nos dicen que al llegar a las 1 000 partes por millón el daño para la vida en la Tierra –incluyéndonos a nosotros– es brutal. Estaríamos ante una de las mayores extinciones de la historia de la Tierra.

Venus. Un planeta que es un horno. En eso se convertiría la Tierra sin su termostato. Gentileza NASA.
Venus. Un planeta que es un horno. En eso se convertiría la Tierra sin su termostato. Gentileza NASA.

Erosión de la caliza

La cáscara de huevo no es nada más que caliza. Vamos a ver que al descomponerse desprende CO2.

Necesitamos un huevo, un vaso y vinagre.

En el vaso ponemos el huevo y echamos suficiente vinagre para que quede totalmente sumergido. Recuerda que el vinagre es un ácido.

Unos minutos después veremos que toda la cáscara está rodeada de burbujas de distinto tamaño. Cuando el vinagre reacciona con la caliza se produce CO2.

Lo mismo ocurriría si en vez de poner un huevo pusiéramos un trozo de caliza. Pero hemos creído que un huevo era más fácil de conseguir.

Uno de los problemas de la llamada «lluvia ácida» es que, como su nombre indica, es ácida; por lo tanto, cuando cae sobre las rocas calizas reacciona con ellas y se desprende  CO2, lo mismo que en nuestro experimento con la cáscara de huevo y el vinagre. Es decir, la lluvia ácida, producida por la contaminación atmosférica, entre otros muchos males también provoca un aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre, contribuyendo al cambio climático y al aumento de la temperatura en nuestro planeta.

Un huevo metido en vinagre produce burbujas de CO2. Foto de eureka! Zientzia museoa.
Un huevo metido en vinagre produce burbujas de CO2. Foto de eureka! Zientzia museoa.

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2 Comments

  1. Rawandi

    “el aumento de temperatura en la Tierra es uno de los mayores problemas a los que nos enfrentamos”

    Mucho peor es el problema de la superpoblación humana, la cual además contribuye a aumentar el efecto invernadero.

  2. Rawandi

    Por cierto, el efecto invernadero se ha desbocado en Venus básicamente porque orbita bastante más cerca del Sol que nosostros. También influye, supongo, su lentísima rotación (el “día” de Venus es más largo que su “año”, al revés de lo que ocurre en la Tierra). Esta lenta rotación, al privarle de un campo magnético protector frente al viento solar, contribuiría a la destrucción temprana de una hidrosfera que al principio era similar a la de nuestro planeta.

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