¿Cuándo tendrá lugar la próxima glaciación?

Reconozco un intencionado efecto clickbait en el título del artículo, ante todo porque nuestra actual y justificada preocupación es justo la contraria, pero si tienes la paciencia de llegar al final de esta entrada terminaremos hablando de calentamiento global.

Como ocurre con tantas preguntas, tras esta se desencadenan muchas otras:

¿Por qué podemos dar por hecho que habrá otra glaciación?
Porque los estudios paleoclimatatológicos han determinado que nos hallamos en un periodo interglacial. Lo han hecho analizando series temporales pasadas de múltiples indicadores: por ejemplo la huella geomorfológica que deja el nivel del mar en cada época (y que registra flutuaciones de más de 100 m en función del hielo acumulado en los continentes), o la concentración de isótopos de O18 en testigos de hielo y en carbonatos precipitados (estalactitas y estalagmitas) de cientos de miles de años, ya que existe una correlación directa entre la proporción de este isótopo y la temperatura del agua que lo contenía.

fuente: Interglacials of the last 800,000 years, Berger, Tzedakis et al, 2015

De este modo han podido identificarse 8 periodos glaciales en los últimos 800.000 años de una duración entre 80.000 y 100.000 años, separados entre sí por 9 periodos interglaciales de una duración menor, entre 10.000 y 30.000 años.

Hace 11.000 años finalizó la última glaciación, y hace 6.000 años se alcanzó el óptimo climático del holóceno, el pico de máxima temperatura del actual periodo interglacial a partir del cual ésta comenzó a declinar quizá camino de una nueva glaciación... hasta que llegó la revolución industrial. 

¿Qué es lo que produce las edades de hielo?
Básicamente el balance entre dos factores: A] la radiación solar que llega a la Tierra y B] la radiación que la Tierra deja escapar al espacio. Habría un tercer factor que es el calor endógeno generado por la radiactividad natural del planeta y por el remanente desde su formación, pero, aunque está en lentísimo declive, se mantiene mucho más constante que los otros dos factores, y por tanto no influye en las variaciones que dan lugar a la alternancia de periodos glaciales e interglaciales. Estos dos principales factores a su vez pueden descomponerse:

A] la radiación solar que llega a la Tierra depende de los parámetros geométricos de su órbita, que, lejos de ser constantes, registran variaciones según:
A.1] Los grados de inclinación del eje de la tierra (oblicuidad): a mayor inclinación, estaciones más acusadas. En la actualidad la oblicuidad está disminuyendo.
A.2] La excentricidad de la órbita: pasa de ligeramente elíptica, con el Sol en uno de sus focos, a prácticamente circular, debido a las interacciones gravitatorias con Júpiter y Saturno ante todo.
A.3] La dirección hacia la que se incluna el eje de la tierra (precesión): si el norte se inclina en dirección hacia el sol en el perihelio (punto más próximo al Sol en órbita elíptica), los veranos en el hemisferio norte son más cálidos.

La superposición de estos factores da lugar a los denominados ciclos de Milanković. Dado que la distribución de tierras emergidas es mayor en el hemisferio norte que en el sur, las condiciones que hacen que el hemisferio norte acumule más hielo continental influyen en el resto del planeta, desencadenando las glaciaciones.

B] la radicación que la Tierra deja escapar al espacio depende de:
B1] el albedo: por un lado la reflexión atmosférica (por ejemplo, las cenizas volcánicas no dejan pasar la radiación exterior sino que la reflejan, al igual que las nubes) y por otro la cobertura de hielo de la superficie terrestre (dada la alta reflexión del hielo, la formación de casquetes en Norteamérica y Eurasia es un detonante en el arranque de una glaciación que se retroalimenta a sí mismo).
B2] la captura atmosférica de radiación por los gases efecto invernadero (GEI), entre ellos el propio vapor de agua (de nuevo la actividad volcánica infuye aquí), el metano, o el archiconocido dióxido de carbono, CO2.
 
¿Cuándo ocurririría la siguiente glaciación en ausencia de los factores introducidos por la humanidad en el clima?
He encontrado artículos interesantes en este sentido, pero con conclusiones muy dispares: 

• Estimación temprana bajo la premisa de bajas concentraciones de CO2 (clima dominado por los ciclos de Milanković): en este artículo se concluye "...The glacial inception during Marine Isotope sub-Stage 19c, a close analogue for the present interglacial, occurred near the summer insolation minimum, suggesting that the interglacial was not prolonged by subdued radiative forcing7. Assuming that ice growth mainly responds to insolation and CO2 forcing, this analogy suggests that the end of the current interglacial would occur within the next 1500 years, if atmospheric CO2 concentrations did not exceed 240 (+ – 5) ppmv"
• Estimación media: este otro artículo concreta menos, y en el punto 8.2 apunta a una nueva glaciación "dentro de los próximos 10.000 años" si la concentración de CO2 se hubiera mantenido en los niveles preindustriales (lo que daría una duración total del actual periodo interglacial de entre 15.000 y 20.000 años, en línea con los anteriores periodos templados entre glaciaciones). 
• Estimación tardía: este último artículo apunta sin embargo a un periodo interglacial anómalamente largo, de otros 50.000 años (a añadir a los 11.000 que ya llevamos)

Y sin embargo, dadas las emisiones de gases de efecto invernadero de origen antropogénico, ¿cuándo se prevé que tenga lugar la siguiente glaciación? 

La quema masiva de combustibles fósiles ha liberado en los últimos 250 años (y de forma acelerada en los últimos 100) 1,4 Gigatoneladas de CO2 cuyo carbono tardó millones de años en ser capturado por animales y plantas.

fuente

La concentración de CO2 ha superado niveles inéditos en los últimos 800.000 años, y gobernará el clima por encima de los ciclos de Milanković durante los próximos milenios aunque milagrosamente mañana parásemos nuestras industrias y vehículos de combustión.

fuente

Es una incógnita cómo pueden reequilibrarse estos niveles, no sabemos cómo de eficaces van a ser las medidas de nuestro sistema económico de cara a realizar una transición hacia un nuevo sistema bajo en emisiones, ni cuánto va a tardar el planeta en reabsorber lo ya emitido (aún cuando se ha demostrado que la fotosíontesis se está acelerando, recordemos que fueron millones los años de formación del carbón y del petróleo que hemos quemado).

Volviendo a referir el artículo de estimación tardía, sus autores afirman que hemos retrasado la próxima glaciación hasta dentro de al menos 100.000 años, un periodo interglacial inusualmente largo que llamará la atención de futuros investigadores, si es que queda alguna inteligencia orgánica o artificial para estudiar este fenómeno por entonces.

Cierro ya esta recopilación de referencias con el último informe del IPCC, publicado en 2013*, y en el que se dedica también la siguiente reseña a la cuestión inicial:

*el próximo se espera que sea publicado -aquí- en 2021.

¿Por qué la fusión y la fisión nuclear -ambas- generan energía?

Recuerdo haber estudiado la energía generada por las reacciones nucleares en primero de carrera, allá por el siglo pasado. La verdad es que no le dedicamos más de dos o tres semanas a este tipo de ejercicios, ya que enseguida pasamos a temas más tocantes a la ingeniería civil (las fases eutécticas en aleaciones, la corrosión electrolítica, etc.).

Y sin embargo la pregunta tan elemental que planteo en el título creo que nunca se la hice a mi profesora, Amparo, o a mi padre, también químico (o, si lo hice, lo he olvidado). Con 20 años de retraso he buscado la respuesta, veamos: 

En principio si una reacción es exotérmica (produce energía), su reacción inversa es endotérmica (la absorbe). Entonces, ¿por qué tanto la fusión como la fisión nuclear son exotérmicas? ¿puede ser que la energía generada en ambos procesos provenga de sacrificar masa de nucleones y transformarla en energía según E=m·c²? 

Efectivamente, esa es la respuesta, pero no sucede del modo más intuitivo, haciendo desaparecer nucleones para generar energía: 

En fusión la reacción más típica es la transformación de dos isótopos del hidrógeno en helio:

Mientras que en fisión la reacción más típica es la ruptura de un núcleo de uranio -en su isótopo U235- que puede descomponerse en diversas formas, siendo una muy frecuente esta:

Sumando protones y neutrones antes y después de cada reacción vemos que tanto en la fusión como en la fisión nuclear el número de nucleones previos a la reacción es igual al número de nucleones resultantes, y esto se cumple sean cuales sean los elementos que fusionemos o fraccionemos. ¿Qué tipo de masa es entonces la que se ha descompuesto? Aquí viene lo contraintuitivo: los nucleones -protones y neutrones- no tienen masa constante. Aunque todos ellos estén compuestos por tres quarks, en función del elemento de cuyo núcleo forman parte tienen una masa u otra. La forma en que esta masa varía es inversamente proporcional a la energía de interacción nuclear fuerte por partícula, lo que nos da la clave de la energía generada en ambos procesos.

Los nucleones de los elementos más ligeros que el hierro tienen más masa por separado que formando parte de los núcleos de ese conjunto de elementos. Esta tendencia se invierte a partir del hierro y el níquel, que son los elementos más compactos o con mayor energía de enlace por nucleón. Por tanto, existe una tendencia de los elementos ligeros a fusionarse para avanzar en la tabla periódica hacia el hierro, liberando energía.

Dado que se da una diferencia de masas  

∑m{nucleones previos a la fusión} > ∑m{nucleones posteriores a la fusión}

Entonces  E=(∑m{nucleones previos a la fusión}-∑m{nucleones posteriores a la fusión})·c²


En los elementos de núcleos mayores que el del hierro es al contrario, éstos tienden a fisionarse para lograr núcleos más compactos, de mayor energía de enlace por nucleón, de nuevo en transición hacia el Fe; en estos procesos se cumple que:

∑m{nucleones posteriores a la fusión} > ∑m{nucleones previos a la fusión}

y en el proceso liberan E=(∑m{nucleones posteriores a la fusión}-∑m{nucleones previos a la fusión})·c²

Y es por esto que, como comenté en esta entrada, las estrellas no pueden generar por fusión elementos más pesados que el hierro, las reacciones de fusión posteriores no generarían energía neta sino que la demandarían, así que una vez escalada la tabla periódica desde el hidrógeno hasta el hierro la estrella agota su combustible de fusión e implosiona. Es en esta última fase en la que se crean los elementos más pesados que el hierro.

A hablar del zoológico de partículas elementales o de cromodinámica cuántica ya no me atrevo, para eso me faltan un par de cursos de una carrera distinta :-) 

Una delimitación de la España Vacía

En una entrada pasada hice una breve descripción sobre la distribución demográfica de nuestro país y su evolución en los últimos dos siglos, pero lo hice a nivel provincial.

Hoy quiero llegar a un nivel de resolución mayor para delimitar más exactamente, qué es esa parte de España que se declara vacía o vaciada ¿dónde empieza y dónde acaba?

El primer problema al que nos enfrentamos es que la estructura territorial de España es bastante heterogénea: hay términos municipales minúsculos y otros enormes, el de Badajoz se acerca en superficie a la menor de las provincias, Guipúzcoa; la Comunidad de Murcia se encuentra dividida en tan solo 45 términos municipales de 32.000 habitantes en promedio, mientras que Navarra, con una superficie similar, se subdivide en 272. Por tanto, fijar el límite entre lo urbano y lo rural simplemente por tamaño demográfico sería erróneo: hay que fijar otro criterio adicional, y el de la densidad parece el más acertado, sin ser perfecto, pues para ser totalmente rigurosos deberíamos tener delimitados por separado el suelo urbano consolidado y el suelo rústico para cada término municipal, de cara a aplicar el criterio de densidad al núcleo urbano, lamentablemente esta información no está disponible.

Lo que sí he encontrado en esta web son los términos municipales con su población actualizada a 2018, su superficie y por tanto la densidad de población. Pongo aquí la tabla de toda España a disposición de quien quiera descargarla porque la web falla a la hora de hacer la descarga completa (hay que hacer las consultas comunidad autónoma a comunidad autónoma para que funcione, y luego fusionarlas), además me he tomado la molestia de quitar duplicados, esto te puede ahorrar trabajo.

En una primera iteración probé a cortar por 50.000 habitantes sin aplicar criterio de densidad, pero los extensos términos municipales de las provincias de Murcia y Badajoz enturbiaban el resultado.

Al final he considerado que lo riguroso es aplicar un criterio demográfico y otro de densidad para separar lo urbano de lo rural, de modo cortando por un umbral de 10.000 habitantes, y por una densidad de 150 habitantes/km2 se llega a un resultado coherente. Esto no deja de ser subjetivo (me fijé en un criterio que cumpliera Tudela, 2ª ciudad de Navarra). Posteriormente he visto que este magnífico estudio fija también los 150 habitantes/km2 como densidad de corte. La imagen resultante es esta, según el citado trabajo:

En todo caso he dejado como parámetros fácilmente modificables tanto la población mínima de corte como la densidad, por si quieres jugar a tocarlos.

Con los cortes elegidos sigue habiendo problemas: hay 4 capitales de provincia que no cumplen, la de la serranía celtibérica: Soria, Teruel y Cuenca, junto con Zamora (esta es la diferencia entre tabla y mapa: las he metido de manera forzada en la tabla porque considero que tienen características urbanas debido al efecto de capitalidad en cuanto a servicios y centros administrativos; con esto doy el ejercicio por cerrado).

Por último, vale la pena observar los resultados regionales: 2/3 de la población de España vive en el medio urbano, y en el rural 1/3 restante. Sin embargo hay un gran desequilibrio entre las CCAA que encabezan el ranking de % de población urbana, y las de la cola, que abarcan la mayor parte de esa España Vaciada, con escasos enclaves urbanos.