¿Origen celeste de las oscilaciones del clima?

Nicola Scafetta es un científico de la Universidad de Duke. Afirma que "al menos el 60% del calentamiento de la Tierra observado desde el año 1970 parece ser inducida por los ciclos naturales que están presentes en el sistema solar." Para el futuro cercano predice una estabilización de la temperatura global o enfriamiento hasta 2030-2040.

La teoría se puede describir de una manera muy simple. El sistema solar se caracteriza por un conjunto de oscilaciones gravitacionales específicas debido al hecho de que los planetas se mueven alrededor del sol. Todo en el sistema solar tiende a sincronizar a estas frecuencias, empezando por el mismo sol. La oscilación del sol es la causa de ciclos equivalentes en el sistema climático. También la luna actúa sobre el sistema climático, con sus armónicos propios. En conclusión, tenemos un sistema climático que está compuesto principalmente de una serie de ciclos complejos que reflejan los ciclos astronómicos. En consecuencia, es posible utilizar estos armónicos tanto para obtener información retrospectiva como para la previsión del componente armónico del clima, por lo menos a escala global. Esta teoría está respaldada por sólidas evidencias empíricas utilizando los datos disponibles solares y climáticos.

La analogía más parecida viene dada por el modelo armónico que se utiliza para predecir las mareas oceánicas.

Hay tres mecanismos principales que actúan conjuntamente: la gravedad, la fusión nuclear y la producción de la luminosidad, el magnetismo.

1) Los planetas actúan sobre el sol sobre todo a través de las mareas gravitatorias que se caracterizan por los armónicos astronómicos de la misma manera que las mareas en la Tierra están regulados por los armónicos gravitacionales de la luna y del sol.

2) El sol está en un estado de equilibrio casi perfecto entre las fuerzas gravitacionales y la producción de luminosidad por la fusión nuclear. Este equilibrio es muy sensible a los cambios gravitacionales. Si, por ejemplo, las fuerzas gravitacionales en le sol aumentan (en relación con un valor promedio dado), el sol responde aumentando su producción de la luminosidad para restablecer el equilibrio, y viceversa. Las mareas planetarias modulan un poco el equilibrio gravitatorio en el interior del sol, y el sol responde modulando su luminosidad. Debido a que la producción de la luminosidad es energéticamente cerca de 1.000.000 mayor que la energía gravitacional que se libera en la estrella, el núcleo solar debe funcionar como un gran amplificador de la energía de las mareas gravitatorias planetarias. Así, la luminosidad solar y todos los procesos solares dinámicos terminan oscilando con frecuencias similares a las frecuencias planetarias.

3) Esta oscilación del Sol induce oscilaciones magnéticas equivalentes en la heliosfera. Las oscilaciones magnéticas tienen numerosos efectos: modulan el flujo de entrada de rayos cósmicos y modulan otras corrientes eléctricas en la heliosfera, es decir, regulan el clima espacial, que se compone sobre todo de fenómenos eléctricos. Estos fenómenos se producen junto con las oscilaciones de luminosidad.

Punto 1 - La influencia de los planetas sobre el Sol

El ciclo solar de 11 años, deducido del número de manchas solares desde 1749 hasta 2010, es la suma de tres frecuencias de 9,93, 10,87 y 11,86 años. La media de la duración de los ciclos solares ha sido de 11,06 años:

- 11,86 años es el tiempo que tarda Júpiter en dar una vuelta alrededor del Sol.

- Como el tiempo que tardan Júpiter y Saturno en dar una vuelta alrededor del sol es de 11,862 y 29,467 años respectivamente, suponiendo sus órbitas circulares y su velocidad constante, la fuerza gravitacional sobre el Sol tiene un período de 0,5×29,467×11,862/(29,467-11,862) = 9,93 años, cuando los planetas están alineados con el Sol, bien en el mismo sentido, bien en oposición.

- La Tierra, Venus y Júpiter están alineados con el Sol, bien en el mismo sentido (J, T, V, Sol), bien con Júpiter en oposición (T, V, Solo, J), cada 11,07 años.

- La combinación orbital de Mercurio y Venus se repite cada 11,08 años aproximadamente. El período sideral de Mercurio es de 0,241 años, y 46×0,241 = 11,086 años. El período sideral de Venus es de 0,615 años, y 18×0,615 = 11,07 años. En realidad, las órbitas de Mercurio y Venus se repiten cada 5,54 años, pero el período de 11,08 años sincroniza mejor con el sistema Tierra, Venus, Júpiter y con el sistema Júpiter Saturno.

Cuando vamos más atrás en el tiempo, las manchas solares y los isótopos cosmogénicos como C14 y Be10, se caracterizan por ciclos de aproximadamente 45, 60, 85, 128 y 205 años. Estos ciclos se pueden explicar por las conjunciones planetarias. El período sinódico de Júpiter y Urano es de unos 45 años; el ciclo de la gran alineamiento de Júpiter y Saturno es de unos 60 años (compuesto de tres períodos de 20 años); 85 años es 1/7 de la resonancia de Júpiter y Urano; 205 años es la resonancia acoplada entre los ciclos de 60 y de 85 años.

No todos los planetas, como es natural, tienen la misma influencia sobre el Sol. Uno de los valores usados para definir los esfuerzos causados en un cuerpo es la variación de aceleración causada en el mismo. Estos esfuerzos pueden provocar cambios en la aceleración de los vórtices y, como consecuencia, contribuir a las variaciones solares. La tabla siguiente da los valores del vector de variación de la aceleración que cada planeta provoca en el Sol.

Puntos 2 y 3 - La influencia de los cambios eléctricos del Sol en el clima de la Tierra

El sistema de la Tierra es muy sensible a los cambios eléctricos del Sol debido a que causan la ionización de la atmósfera superior y regulan la formación de nubes. Así, la formación de nubes seguirá aproximadamente los armónicos astronómicos y hace que el albedo oscile, variando alrededor de 1 a 3%. Un albedo oscilante provoca oscilaciones en la cantidad de luz que alcanza la superficie de la Tierra, que es lo que causa las oscilaciones observadas en la temperatura de la superficie.

Por supuesto que actualmente no todos los mecanismos físicos individuales se comprenden, aunque pueden ser cuantificados o modelados.

El punto 2 se ha cuantificado, por lo menos Nicola Scafetta ha hecho una propuesta, pero un modelo completo no se puede desarrollar a partir de la teoría, ya que la física solar no está suficientemente avanzada, por lo que se necesitan modelos empíricos, que actualmente no existen.

El punto 3 requiere la comprensión de cómo se forman las nubes y su relación con los rayos cósmicos, etc., lo que aún está en estudio. Se puede realizar un modelo empírico.

Comprobación del modelo astronómico

El modelo astronómico del clima terrestre se ha probado tanto comprobando los climas históricos como pronosticando la evolución de las temperaturas, y funciona bastante bien.

Por ejemplo, se calibró el modelo en el período 1850-1950 y fue capaz de reproducir todas las variaciones decenales multidecadales observadas desde 1950 hasta 2012, y viceversa. Un modelo completo que incluye también un componente antropogénico se ha calibrado desde 1970 hasta 2000 y ha sido capaz de predecir con exactitud la tendencia de la temperatura desde 2000 hasta 2012.

También se ha utilizado el modelo para calcular la radiación solar: el modelo se ha construido mediante el uso de la información obtenida en el período 1750-2010 y ha sido capaz de obtener información retrospectiva, todas las grandes variaciones solares y del clima durante el Holoceno (12.000 años). Por ejemplo, el modelo da aproximadamente la pequeña edad de hielo, el período cálido medieval, el período frío de la edad oscura, el período cálido de la época romana, etc.

Resultados del modelo comparados con el número de manchas solares observadas

El modelo es capaz de reconstruir todas las oscilaciones seculares observadas en los registros de temperatura y de manchas solares desde hace 2000 años por lo menos, incluyendo el mínimo de Maunder, el mínimo de Dalton y otros grandes mínimos solares.

Resultados del modelo en los últimos 2.000 años comparados con la estimación de temperaturas:RWP, período cálido romano; DACP, período frío de la edad oscura; MWP, período cálido medieval; LIA, pequeña edad del frío; CWP, período cálido contemporáneo.

Por supuesto, el modelo también se ha utilizado para predecir la evolución futura, utilizando la tendencia de base del actual período cálido (que se puede considerar debido a la acción antropológica) y la modulación de 60 años que se observa en la temperatura desde 1850. Como el sol está entrando en un gran mínimo que alcanzará su nivel más bajo en torno a la década de 2030 y alcanzará un nuevo máximo en de década de 2060.

Temperaturas desde 1850, curva de regresión y ciclo de 60 años

Predicción del clima futuro

Esta nueva aproximación sobre el cambio climático es muy discutida en los ámbitos del IPCC. Sólo el tiempo y posteriores estudios dirán si corresponde a alguna realidad física. Por el momento, no deja de ser una teoría muy interesante.

Algunos artículos de Nicola Scafetta:

Does the Sun work as a nuclear fusion amplifier of planetary tidal forcing? A proposal for a physical mechanism based on the mass-luminosity relation

Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications

Multi-scale harmonic model for solar and climate cyclical variation throughout the Holocene based on Jupiter–Saturn tidal frequencies plus the 11-year solar dynamo cycle

¿Por qué cambió el ciclo de las glaciaciones hace 1 millón de años?

Las glaciaciones han sido los mayores cambios naturales del clima en los últimos tiempos geológicos. Su inicio y su final son causados por pequeños cambios en la órbita de la Tierra alrededor del Sol debido a la influencia de los otros planetas. Pero desconocemos la relación exacta entre los cambios en la órbita de la Tierra y los cambios en el clima. Desconocemos porque, hace un millón de años, los ciclos de las glaciaciones pasaron de 40.000 a 100.000 años.

Una investigación del Instituto Niels Bohr, The bifurcation structure and noise assisted transitions in the Pleistocene glacial cycles, publicada en 2009, indica que puede haber cambios en los niveles de CO2 en la atmósfera que de repente alcancen un punto de inflexión que desencadene estos espectaculares cambios climáticos.

El clima de la Tierra está controlado esencialmente por tres ciclos diferentes, llamados ciclos de Milankovitch. Estos tres ciclos están causados por la atracción de los otros planetas en el sistema solar en la Tierra, y se puede decir que controlan el clima de la Tierra al provocar cambios en la radiación del sol.

1: La órbita de la Tierra alrededor del sol no es completamente circular, sino ligeramente elíptica. La órbita es "elástica" y contrae y se expande en un ciclo de 100.000 años. Cuanto más cerca estamos del Sol recibimos más radiación solar y más calor.

2: El eje de la Tierra tiene una inclinación en relación con el Sol y es por eso que tenemos verano e invierno. Sin embargo, la inclinación no es constante, ya que oscila entre 22 grados y 24 grados. Cuanto mayor sea la inclinación, mayor será la diferencia entre verano e invierno. Este ciclo dura 40.000 años.

3: La Tierra gira sobre su eje como un trompo, por esto tenemos el día y la noche. Pero debido a la inclinación de la Tierra y la órbita elíptica, la dirección del eje cambia de dirección con un ciclo de 20.000 años. Esto da lugar a la variación de si la Tierra está más cerca del Sol durante el verano o durante el invierno.

La radiación solar varía en los dos hemisferios durante el verano debido a estos ciclos en la inclinación de la Tierra y la órbita elíptica y esto tiene profundas implicaciones para la posibilidad de que se puedan acumular capas de hielo en el hemisferio norte, donde se encuentran las mayores extensiones de tierra.

Las edades de hielo han ido y venido en los últimos 3 millones de años. Sabemos con bastante exactitud la frecuencia con la que se han sucedido durante este período de tiempo. En el período anterior a hace 1 millón de años aproximadamente, las edades de hielo ocurrían cada 40.000 años aproximadamente. Entonces sucedió de repente que este período cambió, de manera que transcurría alrededor de 100.000 años entre cada edad de hielo. Se trata de un misterio, porque no cambió nada en el comportamiento de la órbita de la Tierra hace 1 millón de años. Por lo tanto, podemos conjeturar que este cambio proviene del propio clima.

La primera idea para explicar el ciclo de 100.000 años de las últimas 10 edades de hielo es que la variación en la excentricidad de la órbita de la Tierra también tiene un ciclo de 100.000 años Pero la variación de la radiación solar recibida por la Tierra debido a la variación de la excentricidad es bastante más débil que la variación que ocurre con el ciclo de 40.000 años, por lo que el ciclo actual de 100.000 años entre las edades de hielo es un misterio en sí mismo.

Con los nuevos resultados del artículo que hemos mencionado se ha encontrado al menos parte de la explicación para el misterio del repentino cambio de las edades de hielo. Han hecho cálculos del clima del pasado mediante un modelo y los han comparado con los datos concretos de los testigos extraídos de los fondos marinos, que nos permiten conocer las fluctuaciones climáticas del pasado. Su conclusión es que las edades de hielo y los períodos interglaciares no son una fluctuación gradual entre climas fríos y cálidos.

Lo que pasó hace 1 millón de años fue que el sistema climático pasó de golpe de una situación en la que fluctuó entre dos estados (frío y cálido), con un ciclo de 40.000 años que se correspondía con el cambio dominante en la radiación solar, a tener 3 estados, es decir, un clima cálido interglacial como nuestro clima actual, un clima más frío y un clima muy frío como el de una glaciación. Sigue siendo la variación interanual 40,000 de la radiación solar lo que controla las fluctuaciones actuales, pero tiene como resultado el cambio de períodos climáticos cada 80.000 a 120.000 años.

El clima no se vuelve gradualmente más frío o más cálido, sino que pasa bruscamente de un estado a otro. Lo que hace que el clima cambie bruscamente es que cuando la radiación solar cambia y alcanza un cierto umbral, un “punto de inflexión ", el estado existente del clima (por ejemplo, una edad de hielo) ya no es viable y, por tanto, el clima cambia bruscamente a otro estado, por ejemplo, un período interglaciar cálido. En la dinámica del caos este fenómeno se denomina una bifurcación o una "catástrofe".

Además del cambio en la radiación solar puede haber cambios al azar en las variaciones del clima de la Tierra, que contribuyen a la activación de la bifurcación o la "catástrofe". Estas variaciones se denominan "ruido", y una teoría es que el nivel de CO2 de la atmósfera puede ser un importante factor de ruido. Esto significa que existe la posibilidad de que el "ruido" sea un factor decisivo para los cambios climáticos muy grandes que, por tanto, pueden ser impredecibles.

Todavía no hay una explicación para el cambio en el sistema climático de hace 1 millón de años, pero una teoría es que el nivel de CO2 de la atmósfera cayó a un nivel más bajo que nunca. Si fuera así, el aumento de las emisiones de CO2 provocadas por el hombre podría dar lugar a un retorno a los ciclos de 40.000 años de las edades de hielo.

Estos resultados son una pieza importante del rompecabezas para la comprensión de las edades de hielo y su dinámica climática.

Las temperaturas árticas

Una de las predicciones del informe 2007 del IPCC es que las temperaturas en la zona ártica subirán a un ritmo de dos a tres veces superior al de la temperatura global.

En el artículo Arctic air temperature change amplification and the Atlantic Multidecadal Oscillation, publicado en julio del año 2009 se estudian las variaciones de las temperaturas árticas desde el año 1910 hasta la actualidad. Para ello se divide la zona ártica en dos: el bajo Ártico (64º a 70º N) y el alto Ártico (70º a 90ºN), y se estudia como ha variado la temperatura en estas zonas con respecto a la variación global de temperatura del planeta. El gráfico siguiente refleja estas variaciones.

Los gráficos de la izquierda (a, c y d) corresponden a las anomalías de temperatura de las zonas árticas, y los de la derecha (b, d y e) a las anomalías globales, respecto de la media del período 1910 – 2008.
a y b corresponden a las anomalías anuales
c y d corresponden a las anomalías del invierno
e y f corresponden a las anomalías del verano
La curva roja gruesa corresponde a una media móvil de 5 años
Las líneas rectas son las regresiones lineales de los diferentes períodos

Estas curvas se resumen en la siguiente tabla. El aumento global de temperatura del aire en los continentes fue de 0,11 ºC/década durante el período 1910-1940 y de 0,19 durante el período 1970-2008. El enfriamiento global fue de -0,04ºC/década durante el período 1940-1970. Aunque variación de temperatura de las zonas árticas no fue significativamente diferente durante los períodos de calentamiento y de enfriamiento, la variación de la temperatura global fue bastante mayor durante los períodos de calentamiento que durante los períodos de enfriamiento. Como consecuencia, el ratio entre el calentamiento ártico y el global, llamado ampliación ártica, es menor durante los períodos de calentamiento que durante los de enfriamiento. Así, la ampliación ártica para el bajo Ártico fue de 5,4 y 2,0 durante los períodos de calentamiento (1919-1940 y 1970-2008) y de 9,0 durante el período de enfriamiento (1940-1970), mientras que para el alto Ártico fue de 6,4 y de 2,9 durante los períodos de calentamiento y de 12,5 durante el de enfriamiento.

Los modelos usados por el IPCC son coherentes con la amplificación ártica observada durante el período 1970-2008, pero no lo son con la ampliación ártica del anterior periodo de calentamiento ni con la del período de enfriamiento, lo que sugiere que hay otros fenómenos que influencian la variación de temperatura de las zonas árticas además del albedo. La conclusión es que los modelos actuales no representan completamente los procesos físicos que ocurren el las zonas árticas, procesos físicos que, por otra parte, aún no se comprenden bien.

Los autores del artículo citado han formulado la hipótesis que la variabilidad de la circulación termohalina del océano Atlántico es una de las causas principales de la variación de la temperatura de las zonas árticas. La figura siguiente muestra una media móvil de 11 años de la temperatura de las zonas árticas, combinando las estaciones del bajo y del alto Ártico (en rojo) con el índice de la anomalía de la Oscilación Atlántica Multidecadal de la NOAA (azul) y de Parker (negro). Esta anomalía del AMO se ha normalizado respecto al valor de 0,7 del pico de 1930-1940.

La conclusión es que hay que estudiar mejor las causas de la evolución de las temperaturas de las zonas árticas, para determinar la importancia de la influencia de la circulación termohalina y de otras variaciones naturales en el clima ártico, y para determinar si la variabilidad natural del clima hará que el Ártico sea más o menos vulnerable al calentamiento global de origen antropogénico.

Energiewende y cambio climático

Fritz Vahrenholt, jefe de la división de energía renovable de RWE y un antiguo héroe del movimiento ecologista alemán, acaba de publicar un libro muy crítico con el consenso del calentamiento global, por lo que ha sido acusado de ser un miembro de un grupo de presión de las compañías que usan combustibles fósiles. Pero el mensaje de Vahrenholt está lejos de ser simplista. Apoya la idea de la "Transformación de la Energía", la Energiewende de la que hemos hablado, pero argumenta que el enfoque alemán actual es demasiado costoso e incluso contraproducente. Las políticas de energía renovables de Alemania están minando la biodiversidad del país y la destrucción de sus bosques, opina, ya que las eólicas obligan a talar muchos árboles, y la producción de biodiesel obliga a importan cereales. Está convencido de que la contribución del CO2 en el calentamiento global se está exagerando y que hay más tiempo del que generalmente se cree para llegar a soluciones realmente sostenibles. "Corremos el riesgo de destruir los cimientos de nuestra prosperidad", dice.

El título del libro es "Die kalte Sonne" (El Sol frío), y el subtítulo es “Porque no está teniendo lugar la catástrofe climática”. Todo empezó cuando el año 2009 hubo poco viento en el Reino Unido, Países Bajos, Alemania y Polonia, lo que causó que los beneficios de la división de energía renovable de la que era (y sigue siendo) responsable disminuyeran. Los años siguientes, 2010 y 2011, tampoco fueron ventosos. Y la compañía ha seguido invirtiendo unos 1.200 millones de euros anuales en energías renovables.

Sin embargo, los modelos climáticos del IPCC (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, el organismo de la ONU que coordina la investigación internacional sobre el clima) decían que el aumento de las concentraciones de CO2 conduciría a más viento en el norte de Europa. Se puso a buscar en la literatura científica y encontró que la falta de viento no tenía nada que ver con el calentamiento mundial debido al CO2. En el norte de Europa el clima está influenciado por la Oscilación del Atlántico Norte (NAO), un ciclo natural con un período de unos 60 años. Durante 30 años hay viento en invierno, durante 30 años menos. Y si hay menos viento los inviernos son más fríos, como sucedió en 2009 y 2010. Publicó sus conclusiones en un artículo de opinión en el periódico Die Welt en el año 2010. Dos años después terminó el libro citado, del que es coautor un compañero de trabajo.

En Alemania, la Energiewende está impulsada principalmente por el miedo al cambio climático. La idea generalmente aceptada es que el calentamiento global es la mayor crisis del medio ambiente a la que nos enfrentamos y que tenemos que actuar ahora. En la opinión del autor del libro esto conduce a medidas precipitadas que cuestan a la economía alemana muchos miles de millones de euros. Por eso, cuando se dio cuenta que los alemanes están siendo mal informados por los expertos del clima, decidió redactar un libro.

De 1950 a 2000, el sol probablemente ha estado más activo que lo que ha estado durante miles de años. El IPCC mira sobre todo las manchas solares y lo que se llama la irradiación solar total. Pero hay más cosas, como el fuerte campo magnético del sol. También es probable que haya mecanismos en el sistema climático que amplifican las fluctuaciones en la actividad solar. Estos mecanismos de amplificación están todavía bajo investigación, pero el IPCC ignora esto en sus modelos climáticos. Por lo tanto, cree el autor del libro que la contribución del sol es mucho mayor de lo que se piensa y que puede explicar alrededor del 50 por ciento del calentamiento que hemos tenido hasta ahora. Esto significa, como consecuencia, que el efecto de CO2 es menor.

Una segunda cuestión importante es que las temperaturas se mantienen estables desde hace unos quince años. Las temperaturas son altas, pero no han aumentado. Cuando se señala esto, llueven las críticas. Los críticos dicen que quince años no es suficiente para hacer juicios sobre el clima. Sin embargo, los modelos climáticos del IPCC prevén un calentamiento de 0,2 grados entre 2000 y 2010 y otros 0,2 grados hasta 2020. Hasta ahora, este calentamiento no se ha producido. Esto se puede explicar, pero el IPCC también debería poder explicarlo, y hasta el momento no lo ha hecho. Peor aún, la mayoría de las personas ni siquiera son conscientes de que el clima no se ha calentado los últimos quince años.

El IPCC ha subestimado la influencia de la Oscilación del Atlántico Norte. Los modelos climáticos aún no pueden simular estas variaciones naturales. Así que parte del calentamiento reciente no ha sido causado por el CO2. Estas oscilaciones se mueven ahora de su fase cálida a su fase más fría. Y al mismo tiempo que el sol camina hacia una fase inactiva. Por lo tanto, se espera que la estabilidad de la temperatura global que se inició hace 10 o 15 años, dure al menos hasta 2035, y tal vez hasta 2050. Pero sí esperamos un ligero calentamiento de los gases de efecto invernadero en el año 2100, del orden de un grado Celsius. Así que la buena noticia es que podemos quedarnos por debajo del objetivo de dos grados. El sol nos está dando tiempo para tomar decisiones sensatas sobre la transición energética.

El autor está a favor de la transición a las energías renovables, pero su punto es que esta transición llevará mucho tiempo. Ve grandes oportunidades para la energía eólica en el Mar del Norte y RWE está invirtiendo mucho dinero allí. Pero lo que Alemania está haciendo ahora es increíble. A pesar de que tener la misma cantidad de luz solar como Alaska, unas 800 horas al año, se ha instalado 50 por ciento de la capacidad mundial de energía solar fotovoltaica. ¡Con todos estos paneles solares que generan sólo el tres por ciento de la electricidad del país y que les está costando 8 mil millones por año en primas! Y esto va a durar veinte años, debido a la legislación sobre estas primas. Uno de los argumentos a favor de la energía fotovoltaica es que se están generando puestos de trabajo, pero esto es sólo parcialmente cierto, porque hoy en día el 85 % de los paneles vienen de China y los Estados Unidos.

Mientras tanto, la red de transporte de electricidad no está preparada para grandes cantidades de energía renovable, lo que produce un gran problema de estabilidad. O no hay suficiente potencia y Alemania tiene que importar de Francia como sucedió hace poco, se produce el problema contrario, un excedente de electricidad. Los domingos hay una demanda de potencia de alrededor de 35.000 MW, en un día promedio la demanda es de 50.000 y en invierno puede llegar hasta 80.000. Ahora Alemania tiene entre 27.000 MW y 28.000 MW de capacidad solar, así que ¿qué hacer un domingo, cuando hace viento y el sol? En un caso así hay que dar la energía excedente a los países vecinos, que la compran precios negativos. La energía solar no está haciendo nada para la estabilidad de la frecuencia de la red. Así que se necesita la energía convencional como respaldo, sea nucleares o centrales térmicas de gas. Los planes para la Energiewende incluían una fase de transición. Ahora que Alemania ha parado las centrales nucleares los planes son aún más ambiciosos: la energía renovable tiene prioridad. Por esta razón nadie se atreve a invertir en más centrales térmicas de gas. El actual enfoque alemán es un callejón sin salida.

La salida a este callejón es Europa. El Energiewende debe ser una tarea europea. No tiene sentido hacerlo con energía solar en Flensburg cuando se puede hacer en Andalucía por la tercera parte del costo. La energía eólica en el delta del Po, en Italia, tampoco tiene sentido. Pero antes de que lo podamos hacer a escala europea se necesitan una red pan-europea. La creación de una red de este tipo nos llevará por lo menos veinte años. Más o menos el tiempo de respiro que nos da el ciclo solar y el ciclo de la Oscilación del Atlántico Norte.

Se recomienda leer la entrevista que el autor ha concedido a la revista European Energy Review.

El modelo energético alemán

Un tema muy interesante es la Transformación Alemana de Energía (Energiewende). Aunque la producción de energía renovable está creciendo en todo el mundo, no hay ningún país importante en el mundo que esté construyendo su futuro suministro de energía basándose principalmente en las energías renovables, a excepción de Alemania.

Esta es la política energética oficial del gobierno alemán. Y aunque nadie duda de que la Transformación de la Energía sea un plan perfectamente serio, que cuenta con el respaldo de todo el espectro político, la pregunta es, ¿qué está haciendo el gobierno para hacer que el sueño verde alemán se haga realidad?

Veamos los objetivos de la Energiewende:

- Las emisiones de gases de efecto invernadero deben reducirse un 40 por ciento en 2020 y un 95 por ciento para 2050, respecto a 1990.

- El consumo de energía primaria debe reducirse un 20 por ciento para el año 2020 y un 80 por ciento para 2050.

- La productividad energética debe aumentar un 2,1 por ciento al año tomando como referencia el consumo final de energía.

- Las energías renovables tendrían que alcanzar un porcentaje del 18 por ciento del consumo final bruto de energía para el año 2020 y del 60 por ciento para 2050.

- Por otra parte, para el año 2020 las energías renovables debe generar por lo menos el 35 por ciento del consumo de electricidad y el 80 por ciento para el año 2050.

- El consumo de electricidad debe reducirse en un 10 por ciento en 2020 y en un 25 por ciento para 2050, en comparación con 2008.

- La demanda de calefacción de los edificios se debe reducir en un 20 por ciento en 2020, mientras que la demanda de energía primaria debe reducirse en un 80 por ciento para 2050.

En este momento hay mucha incertidumbre en el país respecto de esta transformación energética. De hecho, los críticos del gobierno dicen que el Energiewende ya se ha estancado. La mayoría de los expertos coinciden en que la ejecución del plan se enfrenta a enormes obstáculos.

En este momento la pregunta más escuchada de todas es como hará el gobierno de Merkel para llegar a un Plan Maestro (no un plan con los "objetivos", ya que estos ya se han establecido), sino un plan que muestre cómo alcanzar estos objetivos.

Los observadores coinciden en que la lista de acciones concretas que hay que llevar a cabo es formidable y muy complicada de implementar. Entre otros, incluye:

- la remodelación de la red eléctrica
- resolver el interrogante del almacenamiento de la electricidad
- rediseñar los incentivos del mercado energético
- como avanzar para alcanzar los objetivos de eficiencia

Y no es sólo el pueblo alemán quien está esperando, el resto del mundo también. Ya que el éxito o el fracaso del "modelo alemán" podría resolver algunas de las discusiones que bullen en el mundo de la energía. Y, de paso, puede que sea el único camino para salir de la crisis económica actual.

El metano de los dinosaurios y el clima del Mesozoico

 
Los saurópodos del Mesozoico, al igual que muchos herbívoros modernos, es probable que hayan sido sede de microbios metanogénicas para la digestión fermentativa de su alimento de plantas. Al menos, así lo estima el artículo recientemente publicado Could methane produced by sauropod dinosaurs have helped drive Mesozoic climate warmth?

Hoy el metano de la ganadería es un componente importante del balance global de metano. Las emisiones de metano por los saurópodos probablemente también hayan sido considerables. Los autores usan un enfoque cuantitativo simple para estimar la magnitud de la producción de metano y llegan a la conclusión que la producción de gas metano por los saurópodos podrían haber sido un factor importante para mantener el clima cálido del Mesozoico.

Los dinosaurios saurópodos incluyen los animales más grandes terrestres conocidos y muestran una forma característica, con una cabeza pequeña en el extremo de un cuello muy largo. Su diversidad y distribución geográfica sugiere que los saurópodos pueden haber sido las especies clave en muchos ecosistemas durante el Jurásico y el Cretácico.

Basado en parte en datos de la Formación Morrison,del Jurásico final, situada en el oeste de los EE.UU.), la estimación de la densidad de población para los saurópodos va desde unos pocos animales adultos grandes a unas pocas decenas de individuos por km2. En concreto, estiman que si los dinosaurios hubieran tenido un metabolismo endotérmico, como los mamíferos, la abundancia total de estos megaherbívoros habría sido 11 a 15 animales por km2, con una densidad de biomasa total de alrededor de los 42.000 kg/km2. Es, sin embargo, muy poco probable que el cuerpo tan grande de los saurópodos tuviera un metabolismo tan alto como el de los mamíferos. Si se asume que tenían un metabolismo de reptil, calculan una densidad de biomasa predicha de 377.000 kg/km2.

El paleoambiente de la Formación Morrison era, al menos en parte, semiárido, un hábitat que probablemente no era el óptimo para estos megaherbivoros. Para su cálculo, los autores asumen, de manera conservadora, densidad de la biomasa de saurópodos, un promedio sobre el área total mundial de las tierras con vegetación, de alrededor de 200.000 kg/km2. Otras estimaciones van de los 80.000 hasta los 600.000 kg/m2.

Todos estos estudios predicen que la biomasa de herbívoros en el Mesozoico fue mayor que la observada en los sistemas modernos con grandes mamíferos herbívoros, como la sabana africana. Tres posibles mecanismos subyacentes son concebibles: la primera, que la producción primaria por km2 en el Mesozoico debe reflejar las altas temperaturas y las altas concentraciones de CO2. En segundo lugar, los dinosaurios herbívoros grandes deben haber tenido una menor tasa metabólica por masa específica que la de los mamíferos endotérmicos del mismo tamaño. En tercer lugar, los dinosaurios herbívoros desarrollaron un tamaño corporal muy grande, y, como el metabolismo no aumenta linealmente con la masa, sino que aumenta menos, un tamaño corporal más grande permite que una determinada producción primaria pueda sustentar una mayor biomasa de animales herbívoros.

Para estimar la producción de metano, los autores siguen la relación establecida para los herbívoros no rumiantes modernos, donde el metano (litros por día) = 0,18 × (masa corporal en kg) ^ 0,97. El exponente (0,97) no es estadísticamente diferente de uno, lo que indica que para calcular las emisiones totales de metano de los saurópodos, sólo tenemos que calcular la densidad de la biomasa total, ya que las emisiones de metano serán insensible a la distribución del tamaño corporal de los animales constituyen. Como ejemplo ilustrativo, consideramos que la densidad de la biomasa de los saurópodos era de 200.000 kg/km2 que equivale a diez saurópodos de 20.000 kg cada uno, lo que es una estimación conservadora de la masa adulta del Brontosaurio. Se llega a unas emisiones de metano de 2.675 litros por día por animal, lo que equivale aproximadamente a 1,9 kg por día. Para una densidad de diez adultos por km2, teniendo en cuenta que el día del Mesozoico era un poco más corto), se obtiene 6,9 toneladas/km2 de emisiones de metano al año. Suponiendo una superficie global de vegetación de 75 x 106 km2 (equivalente a la mitad de la superficie total de la superficie emergida del planeta), da una producción global de metano de los saurópodos de 520 Tg (520 millones de toneladas). Esto es comparable al total de las emisiones modernas metano. Por comparación, el total de la emisión global de metano del período pre-industrial del Holoceno fue aproximadamente 200 Tg por año, capaz de sostener una concentración de metano atmosférico de alrededor de 0,7 ppm, mientras una emisión mundial de 500-600 Tg sustenta la concentración moderna de aproximadamente 1,8 ppm.

A diferencia de los ramoneadores modernos que se limitan a una vegetación que crece poco, los saurópodos podían acceder al follaje de los árboles altos. Esta capacidad de ramoneo tanto de la vegetación alta, así como de la baja, debida a su gran masa corporal, puede explicar en parte por qué las emisiones de metano de los saurópodos han sido mucho mayores que las que producen hoy en día los rumiantes, que es de 50 a 100 Tg por año. Sin embargo, el motivo dominante es el gran aumento de la producción primaria global disponible para la alimentación. En primer lugar, el área de la tierra capaz de soportar grandes herbívoros era mayor entonces que en la actualidad, ya que el clima del Mesozoico era cálido, húmedo y sin cubierta permanente de hielo polar. En segundo lugar, es probable que la producción primaria haya sido más alta en la tierra por unidad de área, dada la elevada concentración de CO2 atmosférico que había entonces.

En resumen, los cálculos de los autores sugieren que los dinosaurios saurópodos podrían haber desempeñado un papel importante que llegó a influir en el clima, a través de sus emisiones de metano. Incluso si la estimación de 520 Tg se hubiera exagerado en un factor de 2, se sugiere que la emisión global de los saurópodos del Mesozoico era capaz de mantener una concentración de metano en la atmósfera de 1 a 2 ppm. Del mismo modo, la estimación podría sestar subestimada por un factor similar, (es decir, posiblemente podría mantener una concentración de metano 4 ppm). En el cálido y húmedo mundo del Mesozoico, los humedales, los incendios forestales, y las fugas naturales de los yacimientos de gas pueden haber añadido alrededor de otras 4 ppm de metano a la atmósfera. Por lo tanto, una concentración de 6 a 8 ppm de metano parece muy plausible durante el Mesozoico.

La tendencia al gigantismo de los saurópodos del Mesozoico llevó a la evolución de depósitos microbianos inmensos sin igual en los animales terrestres modernos. El metano fue probablemente importante en el calentamiento por efecto invernadero Mesozoico. El sencillo modelo usado por los autores sugiere que el calentamiento por efecto invernadero debido a los megaherbívoros saurópodos podría haber sido importante para el mantenimiento del clima cálido. Aunque los dinosaurios son únicos en cuanto al gran tamaño que alcanzaron, puede haber habido otras ocasiones en el pasado donde los animales que producen metano hayan contribuido sustancialmente a la concentración global de gas: por ejemplo, se ha especulado que la extinción de la megafauna que coincide con la colonización humana de América puede estar relacionada con una reducción de los niveles atmosféricos de metano.

El máximo termal Paleoceno Eoceno

En los últimos años se ha podido demostrar claramente que hace unos 56 millones de años se produjo bruscamente una liberación masiva de CO2, con el consiguiente aumento de la temperatura terrestre. Este evento y sus consecuencias se conocen comúnmente como el Máximo Térmico Paleoceno Eoceno (o PETM, para abreviar). La revista National Geographic España publica, este mes de mayo, un interesante artículo sobre este período.

Para situarnos, la extinción de los dinosaurios al final del Cretácico, hace unos 65 millones de años, señaló el final de la era Mesozoica (la que, cuando estudiábamos, se llamaba Secundaria) y el inicio de la era Cenozoica (la ex Terciaria). La primera época de la era Cenozoica se conoce como Paleógeno, y se divide en Paleoceno, Eoceno y Oligoceno, que cubren la época que va desde hace 65 hasta hace 24 millones de años. La segunda época de la era Cenozoica es el Neógeno, que cubre desde hace 24 hasta hace 1,8 millones de años, y que contiene el Mioceno y el Plioceno. El Paleoceno duró desde hace 65 hasta hace 56 millones de años. El Máximo Térmico marcó el final del Paleoceno y el principio del Eoceno. El Eoceno cubre desde hace 56 hasta hace 35 millones de años.

Durante el Paleoceno el clima terrestre era mucho más cálido que el actual, con una temperatura media de casi 20 ºC (actualmente es de unos 8 ºC), con una concentración de CO2 de quizás unas 1000 ppm. Aunque algunas regiones eran áridas, los bosques tropicales y subtropicales se extendían mucho más al norte que hoy en día, mientras que los bosques y las plantas que ocupan actualmente las zonas templadas se encontraban todavía mucho más hacia el norte.

La primera parte del Eoceno fue testigo de una serie de calentamientos globales llamados hipertermales, de los cuales el más importante fue el PETM, en la frontera entre el Paleoceno y el Eoceno, en el que la temperatura media del océano aumentó de 5 ºC. En el artículo Constraints on the numerical age of the Paleocene-Eocene boundary, publicado el año pasado, se llega a la conclusión de que el PETM tuvo lugar en una fecha comprendida entre hace 55,728 y 55,964 millones de años. Esta datación es importante porque indica que el comienzo del PETM, a diferencia de otros hipertermales del Eoceno, no se produjo en el pico de un ciclo de 400 mil años en la excentricidad orbital de la Tierra, sino que se produjo en la rama descendente del ciclo, en el que el calentamiento del planeta por el sol no se encontraba en un máximo. En comparación con otros hipertermales del Eoceno temprano, parece que el PETM fue provocado por un mecanismo diferente, y por lo tanto puede haber implicado el vulcanismo y/o otras causas.

En los tiempos del Paleoceno las formas de los continentes eran similares a las de hoy, pero se encontraban en diferentes posiciones debido a los movimientos de las placas tectónicas. Durante el período Cretácico, América del Norte, Groenlandia y Eurasia habían formado juntos un súper continente llamado Laurasia situado en el hemisferio norte, pero al final del Paleoceno la región de América del Norte y Groenlandia comenzó a separarse de Eurasia, lo que abrió el Atlántico noreste. Gran Bretaña, Irlanda y Noruega no daban entonces al mar y formaban parte del oeste de Laurasia, mientras que Islandia no se convertiría en una isla hasta unos 35 millones de años más tarde. El mar Ártico estaba casi completamente rodeado por tierra y era mucho menos salado que hoy en día. Un puente de tierra unía Escocia a Groenlandia y Canadá, mientras que otro conectaba Siberia con Alaska.

Los dinosaurios se habían extinguido hacía unos nueve millones de años antes del PETM y los primeros mamíferos (entre ellos algunos primates) eran las formas dominantes de vida, junto con anfibios, reptiles, insectos y plantas con flores. Estos mamíferos son considerados "primitivos", ya que tenían una anatomía menos sofisticada en comparación con los mamíferos que aparecieron después del PETM. Por ejemplo muchos tenían todavía que desarrollar muchas especializaciones, tales como que dientes que se adaptasen a un determinado tipo de alimentos o piernas desarrolladas para la velocidad.

La mayoría de los animales eran insectívoros u omnívoros, aunque estaban comenzando a aparecer herbívoros y carnívoros verdaderos. Los carnívoros depredadores principales eran las especies que habían sobrevivido a la extinción a finales del Cretácico, como los cocodrilos y los tiburones. Los mamíferos del Paleoceno eran por lo general de pequeño tamaño, de patas cortas, caminaban sobre las plantas de los pies y tenían cinco dedos en cada pie.

Desde hace cien años, los geólogos han encontrado por todo el mundo que la frontera entre el Paleoceno y el Eoceno se caracteriza por un cambio en los estratos de las rocas sedimentarias. Las bandas de colores diferentes permiten a los geólogos saber si el suelo original era húmedo o seco, y el tipo de vegetación que crecía en él, mientras que su espesor les ayuda a conocer el tiempo que tardaron en formarse. Las bandas de color rojo y naranja corresponden a menudo a suelos bien drenados, los estratos oscuros pueden indicar que la tierra estaba persistentemente mojada, y así sucesivamente. Las lluvias arrastran también a menudo materiales lavados procedentes de otras áreas, que pueden indicar si el clima fue húmedo o seco en ese momento. Los incendios frecuentes se reflejan en capas de carbón vegetal. Los estratos a menudo contienen restos de plantas y animales y también se puede recuperar de ellas los isótopos de carbono y el oxígeno. La química de los minerales y la materia orgánica también contribuyen a estudiar las condiciones de la época en que se depositaron.

En las últimas dos décadas se han perforado los fondos marinos de los océanos para extraer testigos de sedimentos (Deep Sea Drilling Project, el Ocean Drilling Program y el Arctic Drilling Program, ahora integrados en el Integrated Drilling Program). El análisis de los estratos de estos testigos, de los restos de animales incrustados en ellos y del oxígeno e isótopos de carbono, etc., han permitido conocer gran parte de la historia del pasado. En testigos de muchos lugares del mundo se ha encontrado un brusco cambio de color en los sedimentos, que pasan de ser claros a ser oscuros. La capa oscura es menos rica en carbonatos, por lo que su aparición súbita indica un cambio en la química del océano, que apunta a un repentino e importante aumento global de la cantidad de CO2 de los océanos en el momento de PETM.

Réplica de un testigo de sedimentos (National Geographic)

Si añadimos CO2 a unas gotas agua el valor de su pH disminuye y aumenta su acidez. La acidificación del océano comienza en la superficie y se extiende por las profundidades cuando las aguas superficiales se mezclan con las capas más profundas. El CO2 de las aguas profundas no puede escapar fácilmente y las concentraciones aumentan con la profundidad. El punto en que la velocidad de disolución excede la del régimen de suministro de calcita produce las arcillas rojas, libres de calcita, que claramente marcan el PTEM. El examen de los restos de estos depósitos (y los de las demás criaturas) de las capas de sedimentos por debajo de, en y por encima de la capa de hace 56 millones de años muestran que la capa ácida marcó un período de extinción masiva de fitoplancton, con graves consecuencias en toda la cadena alimentaria.

Esto significa que hubo un aumento notable de la concentración de CO2 en la atmósfera terrestre. Este aumento fue bastante rápido, como lo demuestra el cambio brusco en el color de los testigos de sedimentos. Este aumento de la concentración de CO2 aumentó la temperatura media del planeta en unos 5 ºC. Los bosques y los océanos tardaron unos 140.000 años en absorber el exceso de carbono, como se demuestra por el cambio de color de los testigos de sedimentos, que paulatinamente volvieron a ser de color claro.

Los sedimentos correspondientes al PETM muestran también claramente una caída de los niveles del carbono 13 (C13) en comparación con los del isótopo más ligero de carbono 12 (C12). Los isótopos estables provenientes de carbonatos y de los materiales orgánicos de muchos sitios diferentes, tanto en el mar como en tierra, incluyendo los isótopos de carbono recuperado de los dientes fosilizados de Phenacodus, un mamífero comedor de plantas del tamaño de un hipopótamo, desde los trópicos a los polos, muestran todos una marcada disminución de la relación de C13/C12 que coincide con el inicio del PETM.

El metano (CH4) tiene una proporción baja de C13, y una proporción alta de C12. Una liberación masiva de metano puede explicar el cambio en la relación C13/ C12 que marca este evento. Existen enormes depósitos de metano (gas natural) en el fondo marino en forma de hidratos de metano. Estos hidratos de metano solo son estables bajo unas estrictas condiciones de presión y de temperatura. El metano calienta el planeta 20 veces más que el CO2, pero tiene una vida media en la atmósfera de entre 10 y 20 años, ya que se oxida para formar CO2, que, siendo mucho más estable, mantiene el calentamiento durante mucho tiempo.

Esta disminución abrupta en la concentración de C13 indica que hubo grandes emisiones de metano en los océanos y en la atmósfera. Esta disminución fue seguida por un aumento gradual de la proporción de C13/ C12, a medida que el CO2 se reabsorbe. Las muestras de foraminíferos registran la caída de la concentración del C13 antes de que disminuyese en las formas de vida de las aguas profundas (bentónicas), lo que sugiere que el CO2 invadió los océanos desde el aire.

El oxígeno tiene dos isótopos estables, O16 y O18 La mayoría del oxígeno es O16. El isótopo O18 es más pesado por tener dos neutrones más que el O16 y, por tanto, es menos susceptible a la evaporación que el O16 (las moléculas de O18 requieren más energía que las moléculas de O16 para cambiar desde el estado líquido al estado gaseoso). Cuando los océanos se calientan, se evapora mucho O16 por lo que el agua líquida contiene mayores proporciones de O18, lo que ayuda a identificar los cambios en la temperatura de los océanos. Los isótopos de oxígeno de las muestras de carbonato de los testigos sedimentarios de los fondos marinos, tomadas de lugares muy diferentes indican que los océanos se volvieron mucho más cálidos en el momento del PETM, del orden de los 4 °C en el océano profundo y de 8 °C en las aguas de las latitudes altas.

Estos isótopos se trasladan al agua de lluvia y por lo tanto al agua superficial que beben los animales y que ayuda a formar los minerales del suelo. Cuanto más calido sea el clima, más caliente será la lluvia y cuanto mayor será la proporción de O16 /O18. La temperatura de la lluvia antigua se puede deducir de la proporción de isótopos que se encuentran en los dientes de mamíferos fósiles y los minerales del suelo.

La sincronía entre la disminución de la relación C13/C12 y la de la relación de O16/O18 indican un calentamiento significativo que pudo llegar a los 8 ºC. Los registros de isótopos, tanto del carbono como del oxígeno también muestran una recuperación isócrona de ambos durante un período de unos 140.000 años, lo que indica que se produjo una reducción paulatina de los niveles de CO2 y de la temperatura.

¿Cuál fue la causa de las grandes emisiones de metano a partir de los depósitos de hidrato de metano? La hipótesis más aceptada es que fueron debidas a una actividad volcánica muy importante.

La geología del lecho marino del Atlántico Norte ha sido ampliamente estudiada como parte de la exploración comercial de petróleo y gas. La actividad volcánica inició el proceso por el cual Groenlandia y el noroeste de Europa empezaron a separarse, creándose los mares de Noruega y Groenlandia, que forman parte del Atlántico Norte. La datación por los isótopos de argón, utilizando las tasas de descomposición conocidas de potasio en argón de las capas de ceniza volcánica que se encuentran en las secuencias superpuestas de lava basáltica de Groenlandia, de las Islas Feroe y también de los sedimentos del fondo marino del norte de Escocia que corresponden a la época del PETM, muestra que la ceniza se remonta a 56 millones de años, lo que indica una actividad volcánica masiva en el momento de la aparición de la PETM.

Estos volcanes habrían vomitado CO2 y SO2 (dióxido de azufre), así como plumas constituidas principalmente de ceniza y vapor (ambos de muy corta duración en la atmósfera) produciendo un enfriamiento inicial de corta duración. Las capas de cenizas que contienen restos de polen y de la planta indican que los bosques del margen noreste del Atlántico hicieron frente a una crisis de biodiversidad como consecuencia.

Investigadores noruegos han descubierto, a partir de imágenes sísmicas en 2D y 3D del fondo marino en el Atlántico norte, la presencia de miles de cráteres de gran tamaño (respiraderos hidrotermales) con diámetros que van de de los 500 a los 3.500 metros, que surgen de las profundidades del fondo marino debajo de la capa de sedimentos de hace 56 millones de años.

Se piensa que el magma que salió de estos respiraderos hidrotermales encendió enormes cantidades de metano del fondo marino. El calor del magma y el agua sobrecalentada, los deslizamientos submarinos y las corrientes cálidas de la superficie que fueron empujadas hacia abajo, calentaron o alteraron los hidratos de metano del fondo marino, haciendo que estas reservas de gas salieran a la atmósfera en una escala de tiempo de hasta diez mil años (una parpadeo en términos geológicos). Se ha denominado el Gran Eructo.

Se calcula, a partir del grado de acidificación que alcanzaron los océanos, que la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera en el PETM fue de unos 3 billones de toneladas de carbono en una oleada inicial, y que luego se añadieron 1,5 billones más de forma gradual. La suma, unos 4,5 billones de toneladas, se aproxima a la cantidad de carbono que se encuentra hoy en los yacimientos fósiles. La oleada inicial equivale a unos 300 años de emisiones de origen humano al ritmo actual.

Se necesitaron alrededor de 140.000 años para que las concentraciones atmosféricas de CO2 se redujeran debido a la meteorización.

El estudio de este episodio es interesante para modelizar lo que puede ocurrir con las emisiones actuales de CO2, porque nos puede dar indicaciones de cuánto puede aumentar la temperatura si continuamos emitiendo CO2 a la atmósfera, de cómo se producirá la acidificación de los océanos y de cuánto tiempo tardará el CO2 en volver a su nivel anterior.