EL VELEIDOSO CLIMA Autor: RENÉ GARDUÑO

COMITÉ DE SELECCIÓN EDICIONES DEDICATORIA PRÓLOGO PRELUDIO AGRADECIMIENTOS INTRODUCCIÓN I. ¿QUÉ HACE AL CLIMA? II. EL CLIMA TIENE SU HISTORIA III. EL CLIMA A LA LUZ DEL SOL IV. AMPLIFICADORES Y AMORTIGUADORES V. ¿SE ESTÁ CALENTANDO LA TIERRA? VI. MODELANDO RÍTMICAMENTE VII. LA APORTACIÓN MEXICANA VIII. EL CLIMA PALPITANTE IX. EL CLIMA CAMBIANTE X. MODELOS FUTURISTAS GLOSARIO LECTURAS RECOMENDADAS CONTRAPORTADA

COMITÉ DE SELECCIÓN

Dr. Antonio Alonso

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Jorge Flores

Dr. Leopoldo García-Colín

Dr. Tomás Garza

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Guillermo Haro †

Dr. Jaime Martuscelli

Dr. Héctor Nava Jaimes

Dr. Manuel Peimbert

Dr. Juan José Rivaud

Dr. Emilio Rosenblueth †

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Coordinadora Fundadora:

Física Alejandra Jaidar †

Coordinadora:

María del Carmen Farías †

EDICIONES

Primera edición, 1994

La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

D. R. © 1994, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.

Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.

ISBN 968-16-4367-4

Impreso en México

PRÓLOGO

En mi curso de ingreso a El Colegio Nacional, en 1975, conocí a René Garduño, y durante éste nació su interés por la disciplina que cultivo: la física del clima, en particular sobre el modelo termodinámico que yo había creado. Desde entonces mantenemos una relación estrecha, no sólo académica sino institucional y amistosa, y un trato especialmente intenso de 1978 a 1980, época en que estuve adscrito a la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Dirigí sus tesis de licenciatura (física) y de maestría (geofísica), ambas en la Facultad de Ciencias. La primera versó sobre las anomalías de temperatura del océano y la segunda sobre el efecto climático del aumento de bióxido de carbono (C02) en la atmósfera. Este último tema marcó su carrera académica, ya que desde entonces constituye su principal proyecto de investigación.

Anteriormente en la Facultad de Ciencias y desde 1985 en el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM, René ha colaborado conmigo en diversas mejoras y aplicaciones de mi modelo del clima; destaca un refinamiento progresivo que llevó a la parametrización analítica del espectro de absorción de la radiación terrestre por el C02 y el vapor de agua de la atmósfera. Por otro lado, retomó una investigación mía de 1967 y con ella calculó el perfil de humedad atmosférica como una función analítica de variables climáticas comúnmente medidas. Incorporando esta segunda mejora a la primera, pudimos modelar el efecto climático de retroalimentación por vapor de agua. Adicionalmente, introdujo una parametrización alternativa de la nubosidad. Ahora tenemos en el modelo termodinámico los tres principales mecanismos retroalimentadores: el de cubierta de hielo y nieve (ya incluido desde antes), el de nubosidad y el de vapor de agua.

Además del efecto climático del aumento de C02, René participa en otros proyectos de investigación, como el estudio de la sensibilidad por el incremento de la constante solar y la predicción climática a corto plazo en la República Mexicana. Producto de estas investigaciones han sido artículos internacionales, ponencias en reuniones científicas en el país y el extranjero, etcétera.

Otro aspecto de su labor académica es la docencia, ejercida principalmente en la Facultad de Ciencias a lo largo de 17 años, labor que incluye la coordinación de laboratorios, la elaboración de material didáctico, diversas asignaturas impartidas en decenas de semestres y la dirección de algunas tesis en proceso.

También destaca su apoyo institucional tanto a la Facultad de Ciencias y al Centro de Ciencias de la Atmósfera, como a otras actividades universitarias y profesionales. Ejemplos de estas actividades son su continua participación en comisiones evaluadoras y académico-administrativas, organismos colegiados, en el Congreso Universitario de 1990 (como delegado) y sus cargos actuales de subdirector en la Dirección General de Asuntos de Personal Académico de la UNAM y de secretario general de la Unión Geofísica Mexicana.

René es, además, un divulgador activo de la ciencia, especialmente la del clima, por medio de sus numerosos artículos en periódicos y revistas, conferencias, programas televisivos, radiofónicos y entrevistas. Culminación de su afán de difusión científica es el presente libro que me complace prologar, por afecto personal, y porque a través de él comunica a un público amplio mis investigaciones sobre el clima desarrolladas a lo largo de tres décadas y con su colaboración, durante los últimos lustros.

Además, este libro es diáfano, conciso y ameno; refleja fielmente el conocimiento que tenemos del clima, y desmiente errores y aclara confusiones del saber popular. Cabe mencionar que durante la realización de esta obra René no descuidó su deber académico primordial: la investigación, que enriqueció su labor de difusor de la ciencia.

Quiero resaltar una de sus características personales, que se manifiesta en esta obra: su vocación de maestro, cuyo fruto son los numerosos discípulos que le reconocen parte de su formación académica y humana. Algunos de ellos son ahora sus colaboradores y amigos.

Este libro seguramente llevará las enseñanzas de René a un grupo amplio que sabrá aprovecharlas, sobre todo jóvenes preuniversitarios que espero capten en su lectura la emoción intelectual por la investigación y la ciencia, y que algunos de ellos queden motivados por nuestra disciplina, lleguen a formarse en ella y sigan nuestro camino. Espero, finalmente, que por este medio trasmita su vital y acendrado espíritu universitario.

JULIÁN ADEM

Agosto de 1992

PRELUDIO

Muchas cosas que debieran decirse en una advertencia inicial aparecen a lo largo del libro. De cualquier manera, quedan otras también de índole general de las que ahora me ocupo.

En primer lugar, confieso mis deficiencias de principiante en la autoría de libros. Escribir esta obra resultó mucho más complicado de lo que calculé en mi bisoña estimación inicial; pensé que tardaría en escribirlo menos de un año y finalmente fueron tres. Afortunadamente conté con la paciencia del Comité de Selección de la colección La Ciencia para Todos.

Este trabajo fue hecho básicamente en mi casa provinciana durante la mayor parte de los fines de semana y las vacaciones de ese trienio. Si bien resultó complicado, también fue placentero y formativo.

Me esforcé porque fuera lo menos técnico posible, tratando de evitar los símbolos y términos especializados, los mapas de isolíneas o contornos, etc. En particular, recojo la convicción de Stephen Hawking de que cada ecuación aparecida en un libro de divulgación científica abate a la mitad su demanda.

Tratándose de un sistema complejo, hacer un discurso lineal sobre el clima es igualmente complejo. Por esta razón, varios de sus procesos aparecen mencionados más de una vez en diversos contextos; así, el libro advierte una cierta estructura helicoidal recurrente. Espero que ésta no sea reiterativa sino enriquecedora.

A veces, sacrifico la exactitud y los matices en aras de la agilidad; frecuentemente elimino adverbios como "muy", "aproximadamente", etc., aun a sabiendas de que incluirlos sería más correcto. Pido al lector que no tome todas las afirmaciones como verdades tajantes, pues algunas son sólo aproximadamente correctas. También hay imprecisiones lingüísticas debidas a que prefiero usar el lenguaje cotidiano.

De no especificarse otra cosa, las variables climáticas se ejemplifican con valores típicos, entendidos como su promedio anual y global. Naturalmente varían mucho en el espacio y en el tiempo; en general, no se precisan los rangos en que oscilan. Los factores secundarios que intervienen en algún fenómeno no se aluden cuando se habla de éste, tratamos sólo los principales. Optar por este camino obedece a razones de brevedad. Análogamente, los datos se refieren a la superficie del planeta, es decir la base de la atmósfera; el hemisferio sobreentendido es el norte y la región el altiplano mexicano.

La palabra estación tiene dos acepciones: por un lado es una de las cuatro épocas trimestrales del año y, por otro, la instalación donde se miden las variables meteorológicas. Para evitar confusiones, la uso en su primer significado; cuando se trata del segundo digo observatorio, que tampoco es

estrictamente correcto. Excepto cuando se refiere a un periodo geológico (capítulo II), época significa en este libro sólo una temporada del año.

Los epígrafes colocados al principio de cada capítulo son de autores antiguos, digamos de hace más de medio milenio. Me impuse esta limitación a fin de no abrumarme con infinidad de posibles citas de la literatura de los últimos siglos.

Las abreviaturas, siglas y símbolos que se usan en el libro se aclaran la primera vez que aparecen. Para no revolverse con su significado coloquial, aclaro que mate es lo opuesto a brillante y opaco lo opuesto a trasparente.

Ciudad Universitaria, agosto de 1992

AGRADECIMIENTOS

A mi amiga SILVIA BRAVO, valiosa investigadora y divulgadora de la geofísica, que me impulsó a realizar esta obra y revisó críticamente el manuscrito.

Al doctor JULIÁN ADEM, que propició esta labor y también por su gentil prólogo.

El maestro PEDRO MOSIÑO me aclaró dudas y también enriqueció el texto.

Los jóvenes estudiantes y colaboradores PACO H. ACEVEDO y ALEJANDRO SCHMIDT aportaron meritorios comentarios y sugerencias.

Las discusiones con los ya mencionados y con muchos otros colegas fueron estimulantes y constructivas.

TETÉ GRIJALVA capturó en TEX el manuscrito y, además, contribuyó a la ortografía y a la sintaxis.

ALEX AGUILAR, joven físico, participó con ideas y, sobre todo, con las figuras hechas en el programa Metagrafic que él desarrolló.

En diversas tareas me ayudó CARLITOS CARREÓN.

Los aciertos del libro se deben, en buena medida, a todos ellos; los errores son sólo míos.

INTRODUCCIÓN

Tus rayos nutren todos los campos y cuando brillas, viven y crecen para ti. Tú creaste las estaciones para que sustenten cuanto haz hecho, el invierno para refrescarlo y el calor del verano para saborearlo.

AKHENATON, Himno a Akon, siglo XIV a.C.

Pocos se dan cuenta de que nuestro brindis de Nochebuena, en las fiestas de fin de año, es en última instancia en honor al Sol, celebrando el solsticio de invierno (SI). Esta afirmación podría sorprender a algunos, pero tiene fundamentos científicos e históricos.

¿Qué tan universal y antigua es esta celebración? Pues... tan universal y antigua que ya existía en la mayoría de los pueblos desde antes del nacimiento de Jesucristo, y no por premonición de lo que iba a suceder en el pueblo de Belén, Palestina; más bien al contrario, el cristianismo superpuso esta conmemoración sobre aquella fiesta ancestral.

Viéndolo bien, no es raro que religiones de diferentes lugares y eras festejen casi los mismos días del año. Imaginemos la preocupación (incluso la angustia) que sentirían los primeros hombres al notar que en el transcurso de medio año el Sol salía cada vez más tarde, se metía más temprano y se levantaba menos sobre el horizonte; o sea que su luz y calor escaseaban gradualmente. Sin embargo, este decaimiento del Sol no era permanente; en algún momento dejaba de bajar y comenzaba a recuperarse; este momento tenía que ser memorable y ameritaba fiesta, tal vez la más importante del año. Este día clave del ciclo anual es el SI y corresponde al (re)nacimiento del Sol; también tiene connotaciones de (re)surgimiento de la luz, el fuego nuevo, etcétera.

Previamente, el hombre primitivo había intuido, acertadamente, que el Sol era la fuente primordial de la energía y la vida en la Tierra, y no tardó en darle jerarquía divina. Posteriormente, la imaginación creó mitologías muy interesantes que dieron nombre, vida, imagen y madre al Sol; así surgieron los dioses de diversas religiones, nacidos en el SI. Amón Ra en Egipto, Mitra en Persia, Hércules en Roma, Frey en Escandinavia, Inti en Perú y Huitzilopochtli en México, son algunas divinidades solares.

Por cierto que Huitzilopochtli (Sol, guerra y muerte) y Tláloc (agua, paz y vida) eran los principales dioses mexicas; en la cúspide del Templo Mayor de Tenochtitlan había sendas capillas dedicadas a ellos y sus festividades coincidían con los solsticios: Tláloc en el de verano y Huitzilopochtli en el de invierno.

Bueno, ¿y por qué nuestra celebración es el 25 y no el 21 de diciembre? Pues, porque en el Calendario Juliano (vigente hasta el siglo XVI) el SI era el 25 de diciembre. Aparte de ajustes calendáricos y complicaciones históricas, las fiestas relativas al SI están desperdigadas alrededor de la fecha exacta, yo creo que por falta de puntería. Así tenemos que en Europa la Navidad comienza el 6 de diciembre, día de San Nicolás, antecedente de Santaclós; en países como Suecia se tiene un festejo de la luz, asociada con Santa Lucía, el 13 de diciembre; inclusive hay un refrán que dice: "Para Santa Lucía mengua la noche y crece el día." Entre las fechas retrasadas están la Epifanía (6 de enero), día en que se conmemoraba el nacimiento de Jesús durante los primeros siglos del cristianismo; finalmente, la Candelaria (2 de febrero) que tiene que ver con velas y fuego.

Lo anterior ilustra la relevancia del Sol, que es el motor fundamental del clima en el desarrollo de la civilización. Al hombre siempre le ha interesado el clima para adaptarse a él, aprovechar sus beneficios y protegerse de sus perjuicios; inconsciente y paulatinamente lo fue conociendo y estimó cualitativamente las condiciones medias que prevalecen en diferentes lugares y épocas del año; con esta cultura climática desarrolló la agricultura, su morada, las ciudades y maneras de vivir, comer, vestir, etc. Con el transcurso de los siglos, la adquisición y distribución de datos climáticos se sistematizaron y generalizaron, por lo que actualmente se dispone de información cuantitativa y confiable.

Ya sabiendo lo que pasaba, se quería saber por qué pasa lo que pasa y, más aún, qué va a pasar. Estas dos últimas preguntas se responden convincentemente sólo mediante modelos fisicomatemáticos del clima; actualmente se cuenta en el mundo con varios de ellos, todavía imperfectos, pero se trabaja intensamente para mejorarlos.

En este punto conviene diferenciar tres materias: meteorología, climatología y física del clima.

La meteorología estudia el estado de la atmósfera en un momento y lugar determinados, su distribución espacial y su evolución temporal en cosa de horas o días; se expresa generalmente por medio de mapas (también llamados cartas) que despliegan geográficamente variables como temperatura, humedad y presión, en una hora y fecha dados. La información meteorológica es geométricamente tridimensional, pues las condiciones atmosféricas varían también verticalmente. Al conjunto de meteoros o condiciones atmosféricas, materia de estudio de la meteorología, se le llama estado del tiempo, tiempo meteorológico o (simplemente) tiempo. En inglés hay dos palabras para diferenciar el tiempo meteorológico del cronológico: weather y time, respectivamente. Parecería que estamos en desventaja con nuestro idioma; pero no es así, el vocablo existe, lo malo es que no lo usamos: temperie, que

equivale a weather. Empero, la meteorología no constituye el tema de este libro, sino el clima y su física, que ahora trataré de definir.

Clima es el promedio de las condiciones meteorológicas en periodos del orden de un mes y mayores. Así, podemos hablar del clima de diciembre de 1991 en un sitio determinado, en una región amplia o incluso el mundo entero, y se representa con el mapa de la temperatura mensual, la precipitación (lluvia, granizo, nieve, etc.) acumulada en el mes, etcétera.

Esta definición de clima es un tanto moderna, pues anteriormente el concepto se aplicaba solamente a lo que hoy llamamos condiciones normales o media climatológica, a saber, el promedio de muchos años (ortodoxamente, 30) de la temperie, por época del año. P. ej., si promediamos la temperatura de fines de diciembre, registrada desde 1961 hasta 1990, tendremos la temperatura normal de esa época.

El estudio del clima medio se llama climatología y es una disciplina básicamente descriptiva, que nos dice cosas como la siguiente para México:

Enero: la temperatura media mínima llegará a 3°C. En Toluca, Tlaxcala y Pachuca helará más de 15 días del mes. Entre 6 y 8 días con lluvia en Veracruz y estados del sureste; temperaturas máximas superiores a 25°C. (. ..)

Julio: en el norte y en el noroeste seguirán temperaturas máximas superiores a los 33ºC. En el centro del país las temperaturas serán templadas, de 19 a 22ºC. Los máximos de lluvia ocurrirán en Nayarit, Guerrero y Veracruz, con más de 150 mm y 20 días con lluvia en el mes. (Citado del Calendario del más antiguo Galván.)

La climatología también se ocupa de caracterizar geográficamente el clima y lo hace de acuerdo con su temperatura y su precipitación; así, habla de una región cálida subhúmeda, o de una templada seca, etc. Decir que la climatología es descriptiva no significa que sea puramente cualitativa, pues también es cuantitativa: maneja fórmulas, índices, estadísticas, etcétera.

En tanto que es un promedio, la media climatológica (p. ej., la fecha de la primera helada del invierno) es una abstracción, y prácticamente no se cumple en ningún año en particular. Como dice el doctor Rolando García: "Lo único constante del clima es su variabilidad." Tal vez unas analogías lo aclaren: fácilmente podemos calcular la edad promedio (con años, meses y días) de un grupo escolar, pero resulta que ninguno de los alumnos tiene esa edad; algo parecido sucede con el ingreso económico de una comunidad: cada quien gana diferente; sin embargo, puede determinarse el ingreso per cápita.

La climatología nos dice cómo es el clima, pero no nos dice por qué es así y mucho menos cómo será; para explicarlo y predecirlo es necesario entender científicamente las relaciones de causa-efecto entre sus variables. Por tratarse de un sistema físico, esta comprensión sólo es posible por medio de leyes

físicas expresadas matemáticamente; a esta representación de la realidad por medio de relaciones fisicomatemáticas se le llama modelo y a esta forma de estudiar los estados y procesos del clima se le denomina a veces climatología física; yo prefiero llamarla física del clima (o teoría del clima).

Así como la meteorología no va a ser el tema de este libro, tampoco lo será la climatología; el interés principal es la física del clima. Mi propósito es tratar de exponer, a la luz de los conocimientos científicos actuales, cómo funciona el sistema climático.

En el libro se hace hincapié en dos puntos: por un lado, la aportación mexicana a la física del clima, personificada por el doctor Julián Adem y sus colaboradores, entre los cuales me encuentro, y, por otro, el efecto invernadero, asunto de gran actualidad mundial, y que es el tema de mi proyecto principal de investigación.

I. ¿QUÉ HACE AL CLIMA?

Sale el Sol y el Sol se pone; corre hacia su lugar y allí vuelve a salir. Sopla hacia el sur el viento y gira hacia el norte; gira y gira sigue el viento y torna sobre su ruta. Todos los ríos van al mar y el mar nunca se llena; al lugar donde los ríos van, allá vuelven a fluir.

Eclesiastés, 1, 5-7

EL ESCENARIO

AUNQUE el escenario principal del clima es la atmósfera, éste también actúa en los océanos y los continentes. De todas las capas que tiene la atmósfera sólo en la más baja, llamada troposfera, hay clima. Esta capa tiene algunas peculiaridades; en ella está contenida toda el agua atmosférica y, como la mitad del clima está constituida por la humedad (en forma de nubes, precipitación, heladas, etc.), en las capas superiores de la atmósfera no hay clima.

Además, la otra mitad del clima —la temperatura— tiene, en las capas altas, un significado diferente del climático. Arriba de los 100 km de altura, la

temperatura se dispara hasta valores entre 200 y 1 500ºC, y, sin embargo, hace mucho frío; esta aparente contradicción no es tal: la temperatura es enorme, pero la atmósfera es muy tenue (de muy baja densidad) y a esto se debe que no haga calor; esta alta temperatura sólo se refiere a la gran velocidad que tienen las escasas moléculas de aire.

La troposfera tiene otra característica importante: en ella la temperatura disminuye uniformemente a medida que se asciende. El espesor de la troposfera no es igual en todo lugar y época; en promedio mide unos 11 km, pero va desde 6 u 8 km en los polos hasta 15 o 17 km en el ecuador.

El tope o límite superior de la troposfera se llama tropopausa. Encima está la estratosfera, famosa por alojar la capa de ozono que nos protege de la radiación solar ultravioleta. Por cierto, en la estratosfera los vientos soplan de este a oeste durante 12 meses, y al revés los 12 siguientes; la periodicidad de este fenómeno no es exactamente de dos años, pero casi; por eso se le llama oscilación cuasibienal. Esto es un ejemplo de diferencia drástica con el clima, cuya periodicidad es anual. Más allá de la estratosfera siguen otras capas: mesosfera, termosfera, etcétera.

Ahora bien, el clima no sólo actúa en la parte gaseosa del planeta. La componente líquida de la Tierra también lo es del sistema climático; atmósfera y océano interactúan térmica, hidrológica y dinámicamente, o sea que intercambian calor, agua e ímpetu. El océano es el principal regulador del clima; éste no se calienta (o enfría) si previamente no está caliente (o frío). En el ciclo anual esto es fácil de ver; el Sol es la fuente primordial de calor y el día que menos radiación recibe el hemisferio norte es el 21 de diciembre; pero ése no es el día más frío del año; las temperaturas más bajas se registran hasta fines de enero. El océano es la causa de este retraso de un mes en la respuesta del clima al Sol, pues tiene que perder el calor ganado en verano para que el clima se enfríe y esto le lleva aproximadamente un mes. Análogamente sucede en la época de calor; el día que más radiación recibe este hemisferio es el 21 de junio y los días más calurosos del año se presentan (normalmente) hasta que el océano reacciona, un mes después. A esta propiedad de resistirse al cambio de temperatura se le llama inercia térmica o capacidad calorífica.

El continente también tiene esta propiedad, pero es insignificante comparada con el océano; por eso responde mucho más rápidamente, aunque no al instante, a los cambios de radiación solar. Para visualizar esto, examinemos el ciclo diario de temperatura. El momento más frío del día normal es alrededor de media hora después de que sale el Sol; o sea, hasta que la tierra comienza a absorber radiación, luego de enfriarse durante la noche. Por otro lado, y de modo análogo, la temperatura más alta del día se registra normalmente unas dos horas (es decir, como a las 2 p.m.) después de que el Sol pasa por la cúspide de su trayectoria diurna (como a las 12 del día); estas dos horas son las que tarda en reaccionar el suelo, que a su vez calienta el aire superyacente. Una alberca ofrece una vivencia directa de lo anterior: al medio día el piso que la rodea está muy caliente comparado con el agua y al amanecer aquél está más frío que ésta.

Por las consideraciones anteriores podemos afirmar que el continente tiene una inercia térmica despreciable comparada con la del océano, y esto por dos razones: por un lado, el calor específico del agua triplica el del suelo y, por otro, la capa continental que interactúa con el clima es diez veces más delgada que la oceánica.

En el sótano del Observatorio de París, a 28 m de profundidad, funciona un termómetro colocado allí por Antoine de Lavoisier (1743-1794), el cual durante dos siglos ha marcado siempre la misma temperatura (11.7°C); de hecho, a 10 m de profundidad, la variabilidad climática es indetectable. Esto se debe a que el suelo es muy mal conductor del calor (es decir, su conductividad térmica es muy pequeña).

Sin embargo, el continente participa en el clima por otros canales. Uno muy importante es su color (propiamente, albedo), pues de él depende la cantidad de radiación solar absorbida por el suelo, que lo calienta y luego también calienta al aire. Otro proceso climático en que la tierra desempeña un papel relevante es el intercambio de humedad. El continente (sobre todo su cubierta vegetal) suministra vapor a la atmósfera; asimismo absorbe agua (aportada por la precipitación), fundamental para la vegetación (agrícola y silvestre). Además, la humedad del suelo influye en el albedo superficial de dos maneras: una directa, que consiste en que la tierra desnuda se oscurece cuando se moja y una indirecta al propiciar que surja vegetación, lo que también altera el albedo.

Regresemos al mar para puntualizar algunas otras cosas. La capa oceánica que actúa en el clima es muy somera (unas decenas de metros) comparada con la profundidad media del océano (3.8 km) y se le llama capa mezclada en virtud de que está en constante agitación por las olas, las corrientes, etc., y por lo mismo presenta una temperatura verticalmente uniforme; o sea que el agua tiene la misma temperatura desde la superficie hasta los 50 o 100 m de profundidad. Este espesor depende del lugar y de la época. En el fondo de la capa mezclada comienza la termoclina; en ella la temperatura disminuye conforme aumenta la profundidad. Las capas oceánicas que subyacen a la mezclada reaccionan a los cambios térmicos con siglos o milenios de retraso.

De acuerdo con estimaciones de algunos investigadores, el efecto invernadero (resultado del aumento del C02 atmosférico) ya debería notarse como un incremento de la temperatura; el hecho de que esto no se registre aún claramente significa —al parecer— que las capas profundas del océano están respondiendo muy lentamente (como debe ser) y, por lo tanto, retrasando el calentamiento global. Naturalmente, esta discrepancia entre lo que calculan y lo observado indica que el comportamiento del mar no está bien representado en sus modelos del clima.

Volviendo a la capa mezclada, a pesar de ser relativamente delgada representa un gran reservorio térmico (enorme, comparado con el del continente), que si no existiera produciría veranos mucho más ardientes e inviernos mucho más gélidos.

EN BLANCO Y NEGRO

Echemos un vistazo ahora a la formidable complejidad del sistema climático, constituido por gran cantidad de parámetros, variables e interacciones; ejemplificaré con algunos de ellos, tratando de que sean los más significativos.

En la sección anterior se vio que el clima tiene lugar en la atmósfera, el océano y el continente (incluyendo su cubierta vegetal); para completar el escenario falta la criosfera, que es la capa de hielo y nieve que cubre parcialmente océanos y continentes.

En la introducción especificamos que la escala temporal de los fenómenos climáticos abarca un mes o más de tiempo. En cuanto a la escala espacial diremos que su rango va desde el microclima (referido a un valle, una ciudad, un glaciar, un islote, etc.) hasta el macroclima (a la escala hemisférica o la global). Entre las escalas espaciales resaltaremos las intermedias y mayores, de al menos cientos de kilómetros, pues los modelos más usados —incluyendo el nuestro— no tienen mayor resolución o detalle que en este orden de magnitud. Por esta razón, aunque los huracanes abarcan extensiones horizontales hasta de miles de kilómetros, no figuran en el clima como sucesos individuales, puesto que duran menos de un mes; no obstante, su efecto medio tiene importancia climática, pues transportan calor del ecuador a los polos, y este mecanismo generalmente se incorpora a los modelos como turbulencia.

A causa de su tamaño relativamente pequeño, los glaciares alpinos no tienen importancia en nuestra escala climática; en consecuencia, consideramos a la criosfera como constituida sólo por los casquetes polares y sus extensiones.

Antes de continuar, definamos formalmente el albedo: es la fracción de la radiación incidente que refleja una superficie; en cuerpos opacos se absorbe el resto. Pero cuando se trata de un cuerpo parcial o totalmente transparente, como la atmósfera, a lo reflejado y lo absorbido hay que agregar lo transmitido. P. ej., el parabrisas de un coche, rebota hacia fuera parte de la radiación que recibe, deja pasar al interior otra porción y el resto se queda en el vidrio y lo calienta. En el clima tenemos que el continente, el océano, la criosfera y las nubes bajas son opacos y no trasmiten la radiación; en estos casos lo absorbido sí es la resta de lo incidente menos lo reflejado.

Sólo la parte absorbida de la radiación calienta a un cuerpo; ni lo reflejado ni lo trasmitido lo hacen. Por lo tanto, entre menor sea su albedo (etimológicamente "blancura"), un cuerpo que recibe radiación eleva más su temperatura. Por eso, cuando traemos ropa oscura sentimos más los rayos solares; y un coche negro (de albedo casi 0) expuesto al Sol se calienta más que uno blanco (de albedo cercano a 100%).

La superficie de la Tierra presenta diferentes albedos según su naturaleza; así, el hielo tiene el mayor albedo (hasta 80%) y el océano el menor (hasta 6%). Por esto, al variar la extensión del casquete helado se produce el mayor cambio de albedo de la superficie. Esta es la principal función de la criosfera en el clima, aunque también influye en otros procesos; p. ej.: el intercambio de calor y humedad entre el océano y la atmósfera es muy diferente cuando está abierto que cuando lo cubre el hielo; algo parecido pasa en el continente.

Para que la criosfera crezca, la temperatura debe descender hasta el punto de congelación; pero esto no basta; sobre el continente se requiere también agua (precipitación) para que se emplace hielo y nieve.

EL ARGUMENTO

El Sol es el motor del clima; su calor llega al planeta en forma de radiación y su llegada acciona a la gran máquina térmica que es el sistema climático. La cantidad de rayos solares que llega al tope de la atmósfera depende de la latitud (distancia angular al ecuador) y la época del año. De esta radiación incidente, una porción es reflejada hacia el espacio exterior por la atmósfera y las nubes; otra es captada por éstas y la restante alcanza la superficie. De la radiación que llega a la superficie, una parte rebota hacia arriba y el resto es absorbido. De lo reflejado, una fracción se encuentra con las nubes, las cuales capturan una parte y rebotan el sobrante hacia abajo... Y así sucesivamente.

Cada vez que incide radiación en la faz de un cuerpo, una parte (la reflejada) regresa en la dirección de procedencia sin ser aprovechada y el resto (la absorbida) penetra al cuerpo y lo calienta; ya caliente, éste emite también la radiación en todas direcciones. P. ej., una nube lo hace para arriba (hacia el espacio exterior) y para abajo (hacia la superficie), pero esta radiación emitida tiene características diferentes a la incidente, de la cual se originó. Se acostumbra llamar, entre otros nombres, radiación solar a la proveniente del Sol, aun luego de varios rebotes, y radiación terrestre a la emitida por cualquier elemento del sistema climático (océano, nubes, etc.) —luego de haber sido calentado por la radiación solar que absorbió.

Por lo tanto, debemos añadir a la maraña de intercambios radiacionales descrita antes, la correspondiente a la radiación terrestre. V. gr., de la emitida hacia abajo por las nubes (calentadas desde arriba por el Sol), una fracción es absorbida por la parte de la atmósfera que está entre ellas y la superficie, y el resto pasa a través de ella y llega a la superficie, que a su vez... En fin.

Para complicar más lo anterior debemos mencionar que una misma faz (p. ej., la superficie del océano) se comporta de un modo con la radiación solar y de otro con la terrestre; esto es, tiene diferente albedo para cada una.

Así, puede verse que los procesos radiacionales (llamados también radiactivos-no radiactivos) son afectados por la extensión de la criosfera y por la nubosidad, que es la fracción horizontal del cielo cubierto por nubes.

Adicionalmente, el albedo de la atmósfera aumenta con la cantidad de polvo, cenizas y aerosoles suspendidos en ella. Esto es notable en erupciones volcánicas, como la del Chichón en 1982, que inyectan materiales hasta la estratosfera, donde permanecen por años.

Resulta entonces que el albedo planetario está determinado por lo que hay en la atmósfera (nubes, aerosoles, etc.) y por las características de la superficie. Por otro lado, la transparencia de la atmósfera a la radiación terrestre depende

del vapor de agua y del C02, y el aumento de éste es la principal causa del efecto invernadero.

Creo que los párrafos anteriores ilustran grosso modo las interacciones radiactivas básicas del clima y también sugieren su multiplicidad. Veamos ahora las principales variables que lo caracterizan.

EL ELENCO

Sin lugar a dudas la temperatura es la variable fundamental del clima; es la que más sentimos, la que más cambia y la que más lo caracteriza. Depende principalmente del balance de radiación: contabilidad de la radiación que entra y la que sale.

El viento contribuye a determinar el campo (o distribución espacial) de temperatura en la troposfera, pues al llegar aire frío la temperatura baja. Pero, asimismo, la temperatura influye en el movimiento del aire; p. ej., cuando el suelo se calienta, el aire superficial también lo hace; como consecuencia, su densidad disminuye y se eleva; el hueco dejado se llena entonces con el aire más frío circundante, y esto produce viento; este mecanismo se manifiesta en los litorales, con la brisa marina de día y la terrestre de noche. Algo parecido sucede con las corrientes marinas y la temperatura de la capa mezclada del océano.

Adicionalmente, el viento influye en las corrientes, pues arrastra agua al soplar sobre ella. Por otro lado, las temperaturas de la troposfera y la capa mezclada son interdependientes, pues cada una afecta a la otra. A escala global, la circulación general de la atmósfera y las corrientes oceánicas están determinadas tanto por el campo térmico latitudinal (la temperatura disminuye del ecuador a los polos), como por las fuerzas debidas a la rotación de la Tierra.

En la interfaz océano-atmósfera ocurren más cosas, a saber: intercambio vertical de calor sensible y latente. P. ej., si el agua tiene mayor temperatura que el aire, aquélla calienta a éste; esto se llama transporte de calor sensible del océano a la atmósfera, y es mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperatura (esta diferencia espacial se llama gradiente); pero este transporte (vertical) no sólo depende del gradiente (vertical) de temperatura, sino que también depende de la velocidad (horizontal) del viento; el calor pasa del océano a la atmósfera según esta velocidad. Este proceso es turbulento y, por lo tanto, difícil de evaluar.

El transporte de calor latente consiste en que el agua del mar se evapora y humedece al aire; se llama latente porque este calor no se siente en la atmósfera, sino hasta después, cuando el vapor se condensa, forma nubes y libera ese calor a la troposfera. Sin embargo, aunque la evaporación no calienta inmediatamente al aire que la recibe, sí enfría al agua que pierde ese vapor; o sea que el mar pierde calor al evaporar su agua. Empero, falta un pedazo de la historia; el transporte de calor latente no sólo depende del viento y del gradiente de temperatura (como el sensible), sino también de la humedad

relativa del aire; cuanto más seco esté, la evaporación es mayor. Una vivencia de este proceso tiene que ver con nuestra temperatura corporal y la transpiración; al usar un ventilador (o abanicamos con otra cosa) nos refrescamos por evaporación: el viento producido retira sudor de nuestro cuerpo y con él el calor necesario para evaporarlo (secar la piel); el calor perdido por el cuerpo hace que se enfríe. La ventilación también refresca porque reemplaza el aire que se calentó al estar en contacto con la piel, por aire más frío.

Otro ejemplo es la razón por la cual un recipiente de barro conserva más fresca el agua que uno de plástico o vidrio. El barro transpira (como nuestra piel); eso significa que una minúscula cantidad de agua lo atraviesa; la humedad exterior del jarro se evapora, aunque no haya viento, sólo por estar más mojado que el aire; de este modo se pierde un poco de agua, pero la que queda se enfría un poco.

Remontándonos a las alturas troposféricas, encontramos que el vapor se condensa cuando se enfría; esto puede ocurrir porque se eleva (acarreado por corrientes verticales, producidas por el calentamiento del aire superficial, o al remontar montañas) y entonces sufre expansión adiabática, o porque el viento (horizontal) lo lleva de un lugar cálido a uno fresco. Por lo tanto, el viento influye también en la condensación y ésta forma nubes (y lluvia). Y ya vimos cómo la nubosidad afecta a la radiación, y ésta a la temperatura y ... ¡Qué lío!

LUNA CLARA, PRONTA HELADA

Un ejemplo cotidiano de condensación se da cuando el parabrisas del coche se empaña; el vapor de los pasajeros (principalmente por su espiración) se condensa en el vidrio enfriado por la lluvia exterior. Análogamente, sólo en días muy fríos "vemos" el aire exhalado sobre todo por la boca; de hecho siempre sacamos vapor al respirar, pero cuando la temperatura ambiente es muy baja éste se condensa inmediatamente y lo vemos salir por la boca; de manera que no estamos viendo aire ni vapor (pues ambos son invisibles, además de inodoros e insípidos), sino pequeñas gotas de agua como las que forman las nubes.

Siguiendo en esta línea, diremos que el rocío no "cae"; lo que ocurre es que el enfriamiento nocturno condensa el vapor que ya estaba en el ambiente y forma gotas. Este enfriamiento puede llegar hasta el punto de congelación y entonces tenemos una helada: no se forman gotas, sino cristales de hielo, que dan aspecto blanquecino al paisaje. Puede suceder que haya tan poca humedad en el aire, que no alcanza para formar escarcha, entonces lo que se congela es el agua interior de las hojas; esto da aspecto negruzco al paisaje; la gente llama negra a este tipo de helada, en contraste con la primera, que nombran helada blanca. Los agricultores temen más a la negra, ya que la escarcha protege relativamente a la planta, pues el hielo es buen aislante térmico, si no, pregúntele a un esquimal metido en su iglú. Por tanto, el refrán "Luna clara, pronta helada" tiene cierta validez: el vapor es transparente, pero al condensarse —sobre todo con el frío nocturno— forma nubes, bruma o calina; por eso la transparencia atmosférica generalmente implica sequedad, la cual

facilita que la radiación terrestre se fugue durante la noche y la temperatura baje.

Hemos explicado el transporte de calor latente y sensible en la interfaz océano-atmósfera; análogamente sucede en otros cuerpos de agua, como lagos, canales, etc. Para el suelo continental el transporte de calor sensible es semejante; en cambio, el transporte de calor latente es más complicado. Cuando la superficie es agua hay disponibilidad ilimitada de ella para ser evaporada; pero cuando es suelo (con todo y su vegetación), el agua es limitada. En este caso la evaporación depende del gradiente de humedad entre el suelo y la atmósfera, e incluso puede llegar a invertirse el proceso, pues si la superficie está más seca que el aire, éste cede humedad a aquélla. Por otro lado, la morfología del continente (rugosidad, vegetación, orografía, etc.) difiere mucho de la de un cuerpo de agua (muy lisa); presenta un área mayor de la que la atmósfera puede tomar calor y vapor, pero también dificulta el flujo del viento y el transporte de calor (sensible y latente) de la superficie a la troposfera.

De lo anterior puede vislumbrarse un ciclo hidrológico en el clima, dado que varios de los procesos descritos (evaporación, condensación, etc.) implican intercambio de agua (materia), además de calor (energía).

El agua está presente en todo el escenario climático (océano, continente, atmósfera, criosfera y nubes); en realidad el agua está en la troposfera en una cantidad ínfima, comparada con la del océano o el continente. Si toda la humedad atmosférica se condensara y cayera, quedándose el aire completamente seco, el suelo se cubriría de una capa de agua de 2.5 cm de espesor y el mar se elevaría en igual cantidad; esto técnicamente se dice así: el agua precipitable de la atmósfera es de 2.5 cm en promedio. Naturalmente, ésta no es nada comparada con el océano, y también es despreciable con relación al agua contenida en los casquetes polares; algunos investigadores calculan que el aumento de C02 atmosférico en los próximos 50 años fundirá parcialmente los glaciares, contribuyendo a elevar el nivel del mar hasta medio metro.

Bien... Entonces la atmósfera contiene relativamente muy poca agua; sin embargo, ésta entra y sale en grandes cantidades; considere simplemente que la precipitación global promedio asciende a 50 cm por año, veinte veces el agua precipitable.

Horizontalmente, el ciclo hidrológico es muy dinámico en la atmósfera; en general, lo que se evapora en un sitio no se precipita ahí mismo. La humedad viaja lejos y se ve afectada por agentes distantes; se han encontrado relaciones como que la presencia de El Niño (fenómeno térmico recurrente del Pacífico ecuatorial) afecta las lluvias del centro de México.

En el continente el agua se evapora, se precipita, humedece y reseca la tierra; es asimilada y transpirada por las plantas; incrementa y decrementa lagos, estanques, etc., y se escurre por las cuencas hasta formar ríos; otra porción penetra el suelo y recarga los mantos freáticos, etc., de modo que la parte

continental del ciclo hidrológico también es importante; y... ni qué decir de la contribución oceánica.

Hasta aquí hemos hablado poco de la intervención humana en el clima, p. ej. en el ciclo hidrológico. Esto obedece a dos razones: en primer lugar porque generalmente es más agradable hablar de la naturaleza cuando no está alterada por el hombre y, en segundo, porque (afortunadamente) los efectos antropógenos sobre el clima son locales (v. gr., grandes ciudades, presas, etc.) y pasan inadvertidos en la escala espacial (hemisferio) y en la resolución (cientos de kilómetros) consideradas. En posteriores capítulos aludiremos a la acción humana en otros contextos climáticos.

II. EL CLIMA TIENE SU HISTORIA

Primavera nueva, en cantos, donde nace el mundo, donde amores se conciertan, se maridan aves, y su crin el bosque suelta entre fecundas lluvias.

Pervigilio de Venus. Anónimo. Roma, ca. siglo II

ÉRASE QUE SE ERA

COMO la historia geológica se mide en millones se años, usaremos la unidad cronológica mega-años, abreviada Ma, que significa 1 000 000 de años.

En la evolución de nuestro planeta primeramente identificamos dos eones: el Precámbrico y el Fanerozoico. El Precámbrico ocupa el 90% del tiempo geológico, comienza con la formación de la Tierra hace 4 600 Ma y termina hace 570 Ma; se caracteriza por la ausencia de vida. Los eones se dividen en eras geológicas, que a su vez incluyen diversos periodos, divididos en épocas.

El Precámbrico incluye tres eras: la Azoica (hace 4 600-2 000 Ma), la Arqueozoica (2 000-1 000 Ma) y la Proterozoica (1 000-570 Ma). El Fanerozoico se divide también en tres eras geológicas: Paleozoica, Mesozoica (hace 225-65 Ma) y Cenozoica (que es la actual); correspondiendo a la vida antigua, la intermedia y la reciente, respectivamente.

A partir del Paleozoico se tienen pruebas abundantes de la existencia de seres vivos registradas en rocas, en esa era los animales más abundantes eran los invertebrados marinos; durante el Mesozoico predominaron los dinosaurios y

otros reptiles; y en el Cenozoico cobraron importancia mamíferos y árboles. En lo que respecta a periodos geológicos (en que se dividen las eras) sólo nos fijaremos en los tres últimos: Cretácico, Terciario y Cuaternario. El Cretácico es el último periodo de la era Mesozoica. La Cenozoica se divide en Terciario y Cuaternario; este último se inicia hace 3 Ma y se divide en dos épocas: Pleistoceno y Holoceno; en este último vivimos y comenzó hace 10 ka (análogamente a Ma, ka es la abreviatura de kiloaños; 1 ka = 1 000 años.)

Figura II.1. Historia del clima desde la formación del planeta, hace 4 600 millones de años (Ma), hasta hace 1 Ma. El eje horizontal (tiempo) está en escala logarítmica. Sobre él se muestran las divisiones geológicas (orden descendente) en eones, eras, periodos y épocas; identificando sólo las más importantes. Para el eón Precámbrico hay escasa información climática; para el Fanerozoico se tiene registro de temperatura, ilustrado en el recuadro: es la temperatura, en grados centígrados, media del casquete polar limitado al S por el paralelo 40°N; se destaca cuándo ésta fue inferi or a la actual (línea gruesa) y cuando fue inferior al punto de congelación (línea gruesa con fleco). En la parte inferior aparecen cuatro momentos importantes de la deriva continental y de la desaparición de los dinosaurios.

La historia geológica descrita aparece esquemáticamente en eones, eras y periodos, hasta hace 1 Ma, en la figura II.1.

UN POCO DE TECNICISMOS

La abscisa (o eje coordenado horizontal) de la figura II.1 representa el tiempo en millones de años (Ma). La escala (rayitas y numeritos) de esta coordenada no es como se acostumbra; está rara, no es lineal, o sea, distancias iguales no corresponden a tiempos iguales. Se trata de una escala logarítmica (de base 10); en ella la distancia entre 1 y 10 Ma es igual que la distancia de 10 a 100 y de 100 a 1 000; esta distancia común se llama ciclo y cada vez que multiplicamos el tiempo por 10 avanzamos un ciclo en el eje; es decir, un intervalo del mismo tamaño corresponde al incremento de una unidad en las potencias de 10; por lo mismo, el 2 no equidista del 1 y el 3; en cambio el 10 sí está a la mitad del 1 y el 100.

Bueno... ¿y por qué esta complicación? Pues... no es gratuita, sino que es realmente útil, casi indispensable para representar el tiempo geológico; ya que estamos interesados tanto en lo sucedido hace 4 600 Ma (formación de la Tierra) como en el periodo Terciario (que va de hace 3 a 65 Ma). Pero el Terciario duró 1/80 de la vida del planeta, de modo que si hiciéramos una figura que abarcara todo lo ancho de la página de este libro (13.5 cm) y en su abscisa pusiéramos el tiempo en escala lineal en vez de logarítmica (como está en la figura II.1), su extremo derecho tendría la fecha de hace 4 600 Ma y el izquierdo el momento presente (cero años), el periodo Terciario abarcaría sólo 1.7 mm (casi inapreciable) y el Cuaternario ocuparía 9 centésimas de milímetro; en cambio, puesto el tiempo en escala logarítmica, el Terciario abarca un intervalo apreciable.

La escala logarítmica tiene otras peculiaridades; p. ej., nunca puede llegar al origen del eje coordenado, o sea al cero (en la figura II.1 sería el momento presente). Veamos: esta figura abarca más de 3 ciclos en la abscisa (a saber, del 1 al 10, del 10 al 100, del 100 al 1 000 Ma, que son 3 ciclos; más el ciclo incompleto de 1 000 a 5 000); si extendiéramos la figura a lo ancho otros 3 ciclos a la izquierda, llegaríamos solamente a 1 ka, faltarían mil años aún para la actualidad; con otro tanto (3 ciclos más) a la izquierda arribaríamos a un año antes del momento presente, y así sucesivamente. Necesitaríamos un eje infinitamente largo para llegar al instante actual; claro que para fines geológicos podemos quedarnos tranquilamente hace mil, o diez años y ya. Eso de intentar alcanzar el momento presente sólo fue para ilustrar la imposibilidad de llegar estrictamente al cero en un eje coordenado logarítmico.

¿Y LOS DINOSAURIOS?

La figura II.1 abarca entonces desde la formación de la Tierra (extremo derecho) hasta hace 1 Ma (extremo izquierdo) y la figura II.2 comprende el último millón de años. En ambas figuras el tiempo avanza de derecha a izquierda.

En la parte superior de la figura II.1 aparece información climática relevante, la cual es escasa durante el Precámbrico; para el Fanerozoico se cuenta con la evolución de la temperatura terrestre, encima de ésta se ilustra la disposición geográfica de continentes y océanos. En la era Azoica la atmósfera contenía mucho C02 y poco oxígeno (02); en consecuencia se tenía un fuerte efecto invernadero y clima caluroso, semejante al de Venus (actualmente). En la

Arqueozoica, los océanos dominaban el planeta y hace 1 000 Ma el clima era similar al de ahora; en el Proterozoico se consolidaron continentes, aunque migratorios, y hubo glaciaciones.

Hacia el final del Paleozoico estaba la Pangea, como continente único emergiendo del océano. En la interfaz de las eras Paleozoica y Mesozoica había ya continentes diferenciados, que ocupaban una quinta parte del hemisferio norte (HN); en ese momento Europa está unida a Norteamérica, Asia está cerca, y todas lejos del polo; África no surge aún. Pero ya desde hace 12 Ma los continentes y océanos están repartidos como ahora.

El paso del Mesozoico al Cenozoico coincide con la desaparición súbita de los dinosaurios, suceso enigmático que recientemente parece estarse aclarando. La teoría más aceptada supone que un asteroide o un fragmento de cometa de unos 10 km de diámetro chocó contra la Tierra, enturbiando drásticamente la atmósfera con polvo, ceniza y humo levantados del suelo, lo cual bloqueó la radiación solar, y la Tierra se enfrió a temperaturas inferiores a la de sobrevivencia; murieron las plantas, escaseó el alimento y sólo subsistieron pequeños animales que comían poco y resistían el frío. Esta teoría se apoya principalmente en el descubrimiento de una alta concentración de iridio (elemento escaso en la corteza terrestre) en los limites de la estratigrafía entre el Cretácico y el Terciario. Algunos refutan la procedencia cósmica del iridio, considerándolo más bien de origen volcánico; sin embargo, en 1989 la teoría cósmica se vio favorecida con el hallazgo de aminoácidos de aparente origen extraterrestre en ese lindero geológico. La mayor debilidad de la teoría consistía en que el cráter producto del impacto, estimado en 200 km de diámetro, no aparecía por ningún lado. Pero en 1990 se descubrió por fotos de satélite —y exploraciones posteriores in situ— una estructura semicircular en la costa norte de Yucatán, que parece ser la mitad de un cráter de 180 km, cuya otra mitad estaría en el mar. Vaya, parece que nuestro país es la sede del gran golpe. Aún no se tiene la certeza de que sea efectivamente un "cráter de impacto", y las investigaciones continúan.

Figura II.2. Tendencias generales del clima global en el último millón de años. a: temperatura superficial en la región 0-80º N. b: índice de severidad de invierno para Europa oriental. c: tendencias generalizadas de la temperatura del aire en el hemisferio norte. d: tendencias generalizadas de la temperatura de la superficie del mar en latitudes medias. e: fluctuaciones del volumen global del hielo. En las cinco partes de la figura ordenada es temperatura, aumentando hacia arriba; a la derecha se indica la variación máxima en el periodo. La abscisa es el tiempo: en las partes (a) y (b) se fecha en años

después de Cristo, en (c), (d) y (e) en miles de años (ka) antes del presente. (Tomado de U.S. National Academy of Sciences, 1974.)

La gráfica que aparece en el eon Fanerozoico de la figura II.1 muestra la temperatura promedio, registrada en el casquete centrado en el polo norte y limitado al S (Sur) por el paralelo 40° N; el eje v ertical de la gráfica tiene su escala en grados centígrados (°C); en ella se marca la temperatura actual de esa parte de la Tierra (6°C). Observamos que en alg unas épocas pasadas el clima fue más caliente que ahora y en otras más frío; pero no podemos afirmar que en las primeras eras del Fanerozoico la temperatura oscilara más frecuentemente que en la última (Cenozoica). Debido a la escala logarítmica, la gráfica es engañosa en ese aspecto, pues un tramo chico graficado del pasado remoto equivale a la misma cantidad de millones de años que un tramo grande graficado del pasado cercano. En la gráfica también notamos que antes del Cuaternario la temperatura del casquete 40-90°N era mayor de 0°C; posteriormente bajó de 0°C y produjo congelación en esa porción del planeta: la Edad Glacial. En la siguiente sección hablaremos del periodo Cuaternario, las glaciaciones y la deglaciación actual.

EL ÚLTIMO MILLÓN DE AÑOS

El Pleistoceno es la primera época del Cuaternario y se extiende desde hace 3 Ma hasta 10 ka. Esta época se llama la Edad Glacial; como se ve en la figura II.1, hace 3 Ma la temperatura en el casquete 40-90°N era inferior a la de congelación. En realidad, durante el Pleistoceno hubo varias glaciaciones alternadas con fases interglaciales, como puede verse en la figura II.2(e), que ilustra la evolución del clima (temperatura) en el último millón de años. Cada glaciación trae aparejado un descenso del nivel del mar y viceversa: los interglaciales implican aumento del nivel del mar y formación de lagos efímeros.

En la Tierra el agua total se distribuye así: 98% en el océano (conjunto de océanos y mares), 2% en el continente (principalmente los glaciares) y una cantidad ínfima en la atmósfera. Actualmente, el 10% del continente está cubierto de hielo y nieve (criosfera); durante el Pleistoceno la criosfera llegó a triplicarse, y en consecuencia el nivel del mar llegó a estar 100 m debajo del actual.

Una hipotética deglaciación total del continente elevaría el nivel del mar 40 m, pero esto no ha sucedido en los últimos 10 Ma; en las fases interglaciales la criosfera fue menor que la actual y elevó el nivel del mar 20 m. Estos cambios son sólo estimaciones, pues el tectonismo (desplazamientos del terreno) complica su determinación.

El Holoceno es la última fase interglacial del Cuaternario; la más reciente glaciación tuvo su momento más frío hace 18 ka; desde entonces, el clima presenta un calentamiento general, como puede verse en la figura II.2(c). Esta época geológica se inicia cuando termina la Edad de Piedra y el hombre se hace sedentario; el Holoceno es, por lo tanto, el marco del desarrollo de la civilización. Al principio de esa época existieron enormes mamíferos, extintos

posiblemente por la mano del hombre o por el desplazamiento de los cinturones climáticos.

La figura II.2 muestra la evolución del clima en el último millón de años, amplificando en cinco pasos sucesivos (de abajo hacia arriba) el tramo más reciente. Cada recuadro es una ampliación (más detallada) de la porción indicada (con la diagonal) del cuadro inmediato inferior. Todos los cuadros son gráficas de temperatura contra tiempo; en cada uno la temperatura crece arriba, de modo que abajo es frío y arriba caliente; no todas las gráficas representan la misma variable, pero dan idea de lo glacial o cálido que fue el clima en cada momento.

En las cinco partes de la figura II.2 se grafican temperaturas, determinadas en distintos ámbitos y por distintos métodos. La abscisa de las partes (a) y (b) muestra la fecha en años después de Cristo; en las partes (c), (d) y (e) la coordenada horizontal está en miles de años; la escala vertical, además de la horizontal, en cierta forma también aumenta de los cuadros inferiores a los superiores. A la derecha de cada uno se indica la magnitud de la máxima variación de temperatura, o sea la distancia vertical entre los puntos más bajo y más alto de la gráfica.

En la parte (a) de la figura II.2 se muestra la temperatura superficial promediada cada 5 años sobre la región 0-80°N, desd e 1880 hasta 1970. La máxima temperatura se tiene alrededor de 1940 y desde entonces disminuye 0.4°C, entre 1880 y 1940 la temperatura difiere 0.8 °C. En la parte (b) aparece el índice de severidad de invierno para Europa oriental desde el año 800. De entonces a la fecha la mayor fluctuación climática es de 1.5°C y corresponde a la diferencia de temperatura entre fines del siglo XVII (mínimo de Maunder) y la actualidad. La parte (c) registra las estimaciones de temperatura atmosférica en el HN desde hace 23 ka, basadas en las fluctuaciones marginales de los glaciares polares y alpinos, cambios en las líneas de árboles y vegetación detectados por espectro de polen; en este intervalo la mayor fluctuación térmica es como de 10°C, entre 18 y 7 ka.

En la parte (d) se muestra de nuevo la temperatura atmosférica en el HN durante los últimos 150 ka, basada en temperatura del mar en latitudes medias, registro de polen y del nivel del mar global. La máxima oscilación es nuevamente de 10°C, con la menor temperatura hace 1 40 (y también en 18 ka) y la mayor en 123 ka. En la parte (e) aparece la temperatura global basada en el volumen total de hielo, desde hace 1 Ma, estimado por la composición isotópica de plancton fósil en muestras profundas del lecho marino. La mayor oscilación es, otra vez, de 10°C (equivalente a 50 millones de km³ de hielo), con mínimo hace 590 ka y el mismo máximo que en la parte (d) (123 ka).

En las partes (c) y (d) se aprecia la etapa glacial llamada wisconsiniana, que comenzó hace 75 y terminó hace 18 ka. En 1991 se descubrió que la caldera Toba de Indonesia protagonizó la mayor explosión volcánica del Pleistoceno, hace justamente 75 ka. Este suceso telúrico lanzó al aire miles de km³ de material y dejó un hoyo de 100 km de largo por 30 de ancho. Las investigaciones sugieren que la glaciación wisconsiniana fue causada por esa

explosión, al inyectar a la estratosfera partículas y aerosoles que bloquearon los rayos solares, principalmente en el HN.

Esta explosión enturbió la atmósfera con menor intensidad y duración que el cometa que extinguió los dinosaurios, cuyo efecto se nota en la figura II.1. La gráfica que ahí aparece no da la temperatura de todo el globo, sino de una porción de él (el casquete 40-90°N), fuera de la cu al estaría el centro de la catástrofe (Yucatán, 21°N).

Por otro lado, la explosión de Toba —y el consecuente enfriamiento del planeta— fue mucho mayor que la del volcán Krakatoa en 1883; este suceso se alcanza a apreciar en la figura II.2(a) y se verá mejor en el capítulo IX.

La figura II.2 termina en 1970; la información correspondiente a las dos últimas décadas es parte de los registros climáticos que van de la Revolución Industrial a la fecha, y que serán analizados en el capítulo V

En este capítulo abordamos la paleoclimatología, que estudia los climas antiguos por medio de diversas técnicas geológicas de observación. Disciplinas como la sedimentología lacustre y marina, la glaciología (análisis estratigráfico de glaciares), la dendrología (anillos de árboles) y la palinología (polen fósil), proveen datos paleoclimáticos. Una fuente de información es la composición isotópica de la biota, los fósiles, sedimentos, aire atrapado, etc. La del carbono 14 (isótopo radiactivo del elemento químico carbono) es una técnica de fechamiento muy conocida; otra se basa en que la proporción en que se presentan los isótopos de un cierto componente del aire depende de la temperatura ambiente.

III. EL CLIMA A LA LUZ DEL SOL

¡Oh Shamash, único tú que disipas las tinieblas! Haces arder el mediodía y haces granar los campos.Fielmente sigues tu marcha a traves de los cielos y cada día vistes la extendida tierra.

Himno al Sol. Babilonia, siglo VII a.C.

DE SOL A SOL

SEGÚN las creencias antiguas, el Sol era perfecto e inmutable; incluso las primeras mediciones indicaban que emitía siempre la misma cantidad de

radiación (compuesta por luz, calor y otras cosas), a la cual se llamó constante solar (CS). Sin embargo, esto no resultó completamente cierto; por ejemplo, sabemos que en lapsos que van de minutos a horas varía 0.05%, y que de días a meses la variación es diez veces mayor. Además, entre 1967 y 1980 aumentó 0.03% cada año y durante los ochenta disminuyó en 0.02% anual.

En cuanto a su perfección, también fue "decepcionante" encontrar que el Sol tiene manchas, cuyo número aumenta y disminuye siguiendo un ciclo que en promedio dura aproximadamente 11 años, acoplado con el de inversión de la polaridad magnética del astro, el cual tiene un periodo promedio de 22 años. La polaridad del Sol se invierte aproximadamente cada 11 años y este cambio ocurre durante el máximo de actividad solar. Por cierto que las variaciones de la luminosidad o CS parecen estar asociadas con este ciclo, aunque todavía no se dispone de suficientes datos para demostrarlo.

Se han encontrado ciertas relaciones, tanto estadísticas como físicas, entre el clima terrestre y la actividad solar, de la cual las manchas son un indicador. Sin embargo, algunos investigadores, sobre todo del clima, consideran insuficiente la causalidad (no casualidad) física.

En promedio, el Sol presenta varias decenas de manchas, pero entre los años 1645 y 1715 sólo se registraron unas cuantas esporádicamente. Esta virtual ausencia de manchas solares se conoce como el mínimo de Maunder (en honor a su descubridor, el inglés Walter Maunder). Durante esos 70 años en que el Sol estuvo excepcionalmente quieto, no se observó ninguna aurora boreal y las primeras, acaecidas después de 1715, alarmaron enormemente a los nórdicos, pues nadie había visto una en su vida. Junto con el mínimo de Maunder se presentó una alteración del clima, la llamada Pequeña Era Glacial, documentada principalmente en Europa. Durante esas siete décadas las heladas y nevadas invernales se iniciaban con varias semanas de anticipación y persistían más de lo habitual, y en varios inviernos se congelaron ríos como el Támesis, lo que no se había registrado antes (ni después).

Por otra parte, las variaciones de la CS ciertamente afectan el clima, pero son tan pequeñas que su efecto se pierde entre muchos otros. Adicionalmente, la inercia térmica del sistema climático (compuesto por la atmósfera, el océano y los continentes) ocasiona que éste responda con retraso; sólo una alteración de la CS que persistiera durante varios lustros produciría un efecto palpable.

SOL Y SOMBRA

Aparte de la condiciones intrínsecas del Sol, la radiación recibida depende de otros factores. Uno de ellos es la distancia; por ejemplo, Venus —que está más cerca del Sol— recibe mayor radiación y por tanto es mucho más caliente que la Tierra; con Marte pasa lo contrario.

Puesto que la órbita de la Tierra es una elipse, en uno de cuyos focos se ubica el Sol (conforme a la primera ley de Kepler), la distancia entre este y aquélla depende de la época del año; el día que estamos más cerca del Sol es el 3 de

enero.* De esto podría deducirse que ese día debiera ser uno de los más

calurosos del año, conclusión evidentemente falsa: es uno de los más fríos. La explicación es que la dirección con que llegan los rayos solares varía a lo largo del año, por la inclinación del eje de rotación de la Tierra respecto al plano de su órbita (véase la figura III.1). En invierno (enero en el HN, donde vivimos), los rayos del Sol vienen muy tendidos y calientan poco. Este efecto es mucho más fuerte que el debido a la relativa proximidad del Sol, lo que da como resultado neto bajas temperaturas.

De lo anterior, parecería que el hemisferio sur (HS) recibe en el año más radiación que el HN, pero esto no es así. A consecuencia de la segunda ley de Kepler, la Tierra se mueve en su órbita más rápido cuando está cerca del Sol que cuando está lejos. En realidad, la temperatura global aumenta casi 1.5°C de enero a julio, justamente la época en que el Sol se está alejando. La causa principal de esto es que el HN tiene más continente (de hecho, lo doble) que el HS.

En general, en las latitudes bajas (cerca del ecuador) se recibe más Sol que en las altas (cerca de los polos). No obstante, en verano el polo recibe más radiación que el ecuador, principalmente porque no hay noche y el Sol está todo el tiempo sobre el horizonte.

De este hecho pudiera inferirse que en verano el polo tiene mayor temperatura que el ecuador, lo cual de nuevo es falso; una vez más, otro efecto sobrepuesto actúa al contrario y se impone: se trata del gran albedo. El polo está cubierto de hielo y nieve, que tienen albedo muy grande, lo cual hace que la radiación sea reflejada en su mayor parte y, por tanto, casi no caliente, pues una superficie se calienta por la radiación que absorbe. Además, en las latitudes altas el océano sin hielo también posee alto albedo, porque los rayos llegan muy tendidos y rebotan casi en su totalidad.

Resulta entonces que el albedo depende de la naturaleza de la superficie (v. gr., de menos a más: océano, selva, estepa, desierto, tundra, nieve y hielo) y también de la inclinación con que los rayos inciden sobre ella. P. ej., el océano observado desde un satélite es negro y visto durante una puesta de Sol en la playa es espectacularmente plateado.

A PLENO SOL

Quizá los fenómenos climáticos más evidentes y periódicos que percibimos son los cambios de estación; éstos se deben a la manera como se orienta la Tierra respecto al Sol durante el año, lo cual se muestra en la figura III.1.

Imagine el lector un plano que contenga el ecuador terrestre, al cual llamamos ecuatorial; por otro lado, la Tierra describe un movimiento de traslación alrededor del Sol en una trayectoria que se denomina órbita y tiene forma de elipse; al plano que la contiene se le designa como eclíptica. El plano ecuatorial y la eclíptica forman entre sí un ángulo de 23.5°, esta inclinación se conoce como oblicuidad y es la misma todo el tiempo y hacia el mismo lado; o sea, respecto de las estrellas, el eje de rotación de la Tierra (que va de polo a polo,

perpendicular al ecuador) siempre está en la misma dirección y su extremo norte apunta a la Estrella Polar.

Figura III.1. Posiciones de la tierra en su órbita y sus orientaciones respecto del Sol en los solsticios y equinoccios.

La oblicuidad es la causa de las estaciones y ahora veremos por qué. Durante la mitad de su movimiento de traslación la Tierra lleva su parte norte inclinada hacia adentro de la órbita y su lado sur hacia afuera, mientras que en la otra mitad del año el norte está hacia afuera y el sur hacia adentro como se ve en la figura III.1.

Ahora imagine usted que está leyendo exactamente debajo de un foco; cuando el libro esté horizontal será cuando más luz reciba, al inclinarlo habrá menos luz sobre él e irá disminuyendo conforme lo vaya empinando; si coloca el libro completamente vertical el foco no alumbrará nada, pues la luz llega por uno de sus bordes (véase la figura III.2). Análogamente, el Sol alumbra (y calienta) más a la Tierra cuanto más arriba aparezca sobre el horizonte (p. ej. a mediodía o en verano).

Figura III.2. Rayos de luz inciden sobre una superficie que tiene diversas orientaciones: en la posición a la superficie es perpendicular a los rayos y recibe la máxima iluminación, la cual disminuye conforme se pasa a las orientaciones b, c y d; la superficie está en e es paralela a los rayos y estos no la iluminan nada.

Aparte del ecuador (cuya latitud es cero) hay otros cuatro círculos notables paralelos a él, que son: el trópico de Cáncer, cuya latitud es de 23.5°N,, el de Capricornio a 23.5°S, y los dos círculos polares, e l Ártico, a 66.5°N (o sea, 90°-23.5°) y el Antártico, a 66.5°S. Nótese que 23.5° e s el valor de la oblicuidad, y 90° es la latitud de los polos.

El 21 de diciembre es el día en que el polo sur (S) está más inclinado hacia el Sol; a mediodía los rayos solares llegan, verticales al trópico de Capricornio y horizontales al Círculo Artico; además, todo el casquete polar limitado por el Círculo Antártico da hacia el Sol las 24 horas del día y el casquete polar del norte no lo ve en ningún momento (véanse las figuras III.1 y III.3).

El 21 de junio sucede lo contrario: es cuando el polo norte (N) está más ladeado hacia el Sol; a mediodía sus rayos caen verticales sobre el trópico de Cáncer y horizontales sobre el Círculo Antártico; el casquete polar del norte recibe luz del Sol las 24 horas, mientras que el del sur se mantiene de noche.

Los días 21 de marzo y 22 de septiembre ninguno de los hemisferios tiene preferencia hacia el Sol; a mediodía los rayos llegan verticales sobre el ecuador y se van inclinando conforme la latitud aumenta, hasta ser horizontales en los polos. En estos dos momentos, llamados equinoccios, la radiación se reparte simétricamente en ambos hemisferios.

De esto se desprende que las estaciones están invertidas (o recorridas seis meses) en los hemisferios, de modo que el 21 de diciembre es el solsticio de invierno en el HN y el de verano en el HS; el 21 de junio comienza el verano en el HN y el invierno en el HS. El equinoccio de primavera en el HN es el de otoño en el HS y viceversa.

De aquí resulta también que en el mero polo cada año hay una sola noche de seis meses y un solo día la otra mitad del año, alternándose entre ambos polos; los equinoccios marcan el amanecer y el anochecer de estas largas jornadas polares.

LA CARRERA DEL SOL

Viendo las cosas desde la Tierra, los rayos del Sol llegan verticales a mediodía en distintos lugares según la época del año, o sea que el Sol "viaja" de N a S entre junio y diciembre, y de regreso durante la otra mitad del año; los puntos extremos de este viaje son los trópicos. Por consiguiente, cualquier lugar del planeta cuya latitud sea menor que 23.5° tiene el S ol exactamente vertical dos veces al año, momentos en los que no hacemos sombra al mediodía; más allá de los trópicos (o sea, al N del de Cáncer y al S del de Capricornio) el Sol nunca se halla verticalmente (véase la figura III.3).

Figura III.3. Incidencia de los rayos del sol (que estaría a la derecha) sobre la Tierra. Se muestran las direcciones sobre el ecuador, trópicos, círculos polares y polos, en los solsticios y equinoccios. Las direcciones ilustradas son perpendiculares y tangentes al horizonte .

Para un lugar determinado de la Tierra (p. ej., la ciudad de México) podemos analizar la carrera del Sol en la bóveda celeste (véase la figura III.4); todos los días sale por el este y se mete por el oeste, y los puntos extremos de su viaje diurno se desplazan en el horizonte según transcurre el año: en invierno hacia el S y en verano hacia el N. Simultáneamente, entre más al S está el Sol, su trayecto es más corto, en total asciende poco y recibimos sus rayos menos horas; conforme nos acercamos al verano el Sol se levanta cada vez más (y aumentan las horas de luz) hasta alcanzar a mediodía el cenit o cúspide de la bóveda celeste el 16 de mayo; continúa su trayecto y llega a su extremo N el 21 de junio; de ahí emprende el regreso, pasando de nuevo por la vertical el 26 de julio. De hecho esto se aplica igualmente para cualquier otro sitio de la Tierra ubicado en la misma latitud de nuestra ciudad, p. ej. Bombay (India) e Hilo (Hawai).

Figura III.4. Trayectoria diurna o carrera del sol sobre la ciudad de México, para los solsticios, equinoccios y días en que pasa por el cenit.

LO AZUL DEL CIELO

Usted lector, habrá visto fotografías tomadas por los astronautas en la Luna y habrá notado que de día el cielo es negro (excepto las porciones ocupadas por el Sol, la Tierra, etc.); además, el paisaje lunar presenta otro contraste: donde da el Sol es muy brillante (amarillo claro) y en la sombra es completamente oscuro (negro). También se dan enormes diferencias de temperatura entre sol y sombra, entre día y noche.

Ciertamente, eso se debe a que en la Luna no hay atmósfera como la que posee la Tierra, donde hace disminuir los contrates; pero ¿por qué la atmósfera atenúa la oscuridad de la sombra? Pues porque los gases que forman el aire y las partículas suspendidas en él, principalmente bruma (también llamada calina) y polvo, reflejan en todas direcciones la luz solar que incide en ellas; esta reflexión desorganizada se llama dispersión, y es distinta de la producida por un espejo, denominada reflexión especular, en la cual los rayos rebotados van en direcciones ordenadas (figura III.5). Esta característica de la atmósfera (llamada también difusión o esparcimiento) permite a la luz "doblar esquinas" y también nos permite ver un haz de luz cuando la fuente que lo origina está oculta; así, en el cine vemos sobre nuestras cabezas los rayos que van de la cabina de proyección a la pantalla. El mismo efecto es el que nos permite ver los haces del Sol que se filtran por los huecos de una nube que lo cubre; por cierto que esos rayos parecen abrirse hacia nosotros, pero realmente son paralelos; los vemos así por la misma razón que cuando caminamos por una vía de tren recta parece que los rieles se juntan a lo lejos, ésta es la ilusión óptica de perspectiva (figura III.6).

Figura III.5. Una superficie plana y pulida (izquierda) refleja ordenadamente la luz, una superficie rugosa (derecha) lo hace desordenadamente y las moléculas de un gas (abajo) dispersan la luz.

Figura III.6. Por efecto de perspectiva, rectas paralelas, como los rieles de una vía, parecen abrirse hacia nosotros cuando las vemos de frente.

Sin embargo, la dispersión atmosférica no es pareja para los diferentes colores de luz; los rayos azules (con menor longitud de onda) sufren más dispersión que los demás, por eso el cielo es azul.

Por lo tanto, a la superficie nos llega la radiación solar de dos maneras: directa y difusa; la primera proviene (con cielo raso) del pedacito de la bóveda celeste ocupado por el disco solar, y la segunda de las demás direcciones. La radiación difusa proviene del Sol en última instancia, pero nos llega luego de múltiples rebotes en el aire, y en otras partículas y objetos; cuando está nublado (aunque sea parcialmente, pero con una nube que tapa al Sol) sólo recibimos la difusa, nada de directa. La dispersión de los rayos solares aumenta según la humedad del aire; cuando hay bruma, además de la luz azul se dispersa la de otros colores, dando un cielo blanquecino; por la misma razón, el Sol, que en realidad es blanco, lo vemos amarillento o rojizo, pues el componente azul de su luz se desperdigó por la atmósfera y la directa nos llega sin ese color. Este efecto se acrecienta en la aurora y al ocaso, cuando los rayos atraviesan más atmósfera para llegar a nosotros (figura III.7); asimismo, la contaminación del aire produce crepúsculos espectaculares, una gracia entre tantas adversidades del smog. Durante los años siguientes a la erupción del Krakatoa en 1883 se observaron magníficos amaneceres y atardeceres en gran parte del mundo; ¿la causa?, las cenizas volcánicas suspendidas en la estratosfera.

Figura III.7. Tanto en la aurora como al ocaso, los rayos del Sol atraviesan más atmósfera que al mediodía.

INVIERNO QUEMANTE

En la mayor parte de nuestro país (el extremo noroeste no, porque tiene clima mediterráneo) el invierno es seco; en consecuencia, el cielo es muy azul y la atmósfera transparente; por eso en invierno el contraste térmico entre Sol y sombra es fuerte, la gente dice "No halla uno para dónde hacerse, el Sol quema y en la sombra hace frío". La situación se acerca a la que priva en la Luna: sombra muy oscura y Sol hiriente; esto se debe a que la atmósfera deja pasar casi intactos los rayos solares directos, sin que alcancen a calentarla y la ínfima dispersión impide que los rayos lleguen a la sombra; por ambas razones en ésta hace frío. Además, a eso de que el Sol "queme" contribuye el que en invierno está muy tendido y sus rayos, en vez de caernos verticalmente, nos llegan de frente a la cara y al cuerpo, y una mayor cantidad de ellos incide sobre nuestra piel y ropa que en las demás épocas.

COMO BOCA DE LOBO

Cualquier objeto, por el solo hecho de tener una temperatura mayor al cero absoluto, emite radiación; pero la tercera ley de la termodinámica establece que el cero absoluto es inalcanzable, entonces todo cuerpo radia, cualesquiera que sean su fase (sólido, líquido, gas o plasma), su composición química y su temperatura. La temperatura absoluta se mide en grados Kelvin (°K) y se obtiene sumando 273° a la temperatura Celsius, que se mide en grados centígrados (°C); por lo tanto, el cero absoluto eq uivale a -273°C.

A la radiación que emite un cuerpo por estar caliente se le llama térmica y depende de la temperatura en dos formas: por un lado, la cantidad de radiación aumenta enormemente al calentar el cuerpo y, por otro, la longitud de onda predominante de esa radiación disminuye conforme la temperatura aumenta.

La radiación térmica está hecha de ondas electromagnéticas (identificadas también como fotones), que cuando son visibles las denominamos luz, que está a su vez constituida por diferentes colores, formados del rojo al violeta, según su longitud de onda, de mayor a menor. Cuando todos los colores se presentan juntos la luz es blanca, y su ausencia total da negro. La radiación con longitud de onda mayor que el rojo es invisible (para el ojo humano) y se llama infrarroja; conforme la longitud de onda sigue creciendo aparecen las microondas y las de T.V. y radio. Si la longitud de onda es menor que la del violeta tampoco es visible y se llama ultravioleta; más allá quedan los rayos X y los g. Toda esta radiación constituye el espectro electromagnético.

Al emitir radiación, los cuerpos lo hacen en varias localidades del espectro; los gases emiten fotones cuyas longitudes de onda están salteadas en el espectro electromagnético (propiamente llamadas líneas), los líquidos lo hacen por zonas espectrales (bandas) y los sólidos en todas las longitudes de onda (continuo), o sea en el espectro completo; en la emisión de los sólidos hay una longitud de onda predominante, en cuya vecindad se emite la mayor parte de su radiación total.

Otra variable que caracteriza a la radiación electromagnética (como a cualquier otra onda) es su frecuencia, que es inversamente proporcional a la longitud de onda; así, una longitud doble significa la mitad de la frecuencia. En consecuencia, la radiación ultravioleta tiene mayor frecuencia que la visible y la infrarroja, menor. Por cierto que la energía de un fotón es proporcional a su frecuencia, lo cual va contra la sensación psicológica que asocia el rojo al calor y el azul al frío, pues un fotón azul es más energético que uno rojo; de hecho, una flama azul es realmente más caliente que una roja.

Llamamos región visible del espectro electromagnético a la que capta el ojo humano; algunos animales ven en otros intervalos de frecuencias, que pueden incluir el infrarrojo, y esto contribuye a que puedan ver en la oscuridad. Análogamente, una película fotográfica no tiene por qué tener la misma sensibilidad espectral que nuestros ojos; artificiosamente se elabora una que trata de captar todos los colores de la manera más parecida a como los ve el hombre; para ciertos fines científicos y técnicos se usa película infrarroja, sensible a esa región espectral.

Hemos llamado radiación térmica a la emitida por los cuerpos por el solo hecho de estar a más de 0°K; pero este concepto tiene ade más otra connotación un poco diferente: es uno de los tres mecanismos físicos de transmisión del calor. Los otros dos son la conducción y la convección, por las cuales el calor se transporta a través de un medio material; además, en la convección el material se desplaza, pero eso sólo se da en los fluidos (líquidos y gases).

Sin embargo, en meteorología la convección (transporte de calor acarreado por el aire) se separa en dos partes: advección, referida al movimiento horizontal, y convección, que es la transferencia vertical de calor por movimientos ascendentes y descendentes del aire. De modo que la convección atmosférica es sólo el componente vertical de la convección física. También en

oceanografía se habla de advección: el transporte de calor por corrientes marinas.

Efectivamente, el calor del Sol llega a la Tierra por el mecanismo de transferencia llamado radiación, pues el espacio intermedio está casi vacío, ocupado sólo por un plasma de muy baja densidad. Aun en casos en que hay materia de por medio, la transmisión radiactiva del calor puede prevalecer; así sucede con las fogatas y las chimeneas. Dése cuenta, lector, que, si estamos de frente a ellas, en la cara se siente mucho más calor que en la nuca, y que incluso llega a sentirse frío por atrás; este ardor facial se bloquea fácilmente con cualquier barrera opaca —hasta un papel—. Por la misma razón los pollos deben estar girando para un buen rostizado.

Aunque la radiación térmica abarca todas las longitudes de onda, sólo un intervalo de espectro electromagnético produce sensación de calor y, a veces, se reserva para ese intervalo la denominación radiación térmica; ésta va del infrarrojo al ultravioleta, pasando por el visible. Por eso un foco (bombilla de filamento) calienta, además de alumbrar; uno de 100 watts produce tanto calor como el cuerpo de una persona adulta.

Ahora bien, la habilidad de una determinada superficie para absorber radiación es igual que su capacidad para emitirla; ambas dependen del color (albedo), rugosidad y otras características de dicha superficie, y de la longitud de onda de la radiación. Se le dice cuerpo negro (CN) al que absorbe (y emite) toda la radiación que incide en él, pero no debe confundirse este concepto con el de hoyo negro, introducido por la teoría de la relatividad general. Estrictamente, el CN es una abstracción teórica, pero hay objetos cotidianos que se le aproximan, principalmente una cavidad oscura, una "boca de lobo" según el dicho popular. Se puede confeccionar fácilmente un CN con una caja cerrada hecha de material (p. ej. cartón) de color negro, a la cual se le perfora un agujerito en una de sus caras; ese hoyo es realmente un CN y al compararlo con la pared circundante (de color negro) se puede comprender la negrura a que se refiere el concepto físico. Un agujero así se traga cualquier radiación que le llegue; claro que de él también sale radiación (en esto difiere del hoyo negro cosmológico), pero ésta de ninguna manera es reflejo de la que entró, sino que es (luego de muchos rebotes) la emitida por sus paredes interiores; o sea que los fotones que salen son distintos de los que entraron, los cuales fueron absorbidos (también al cabo de algunos rebotes) por las paredes y las calentaron.

Por carecer de humedad en el suelo y en el aire, un desierto se parece a la Luna en tanto que hay poca dispersión de la luz por la atmósfera y escasa inercia térmica; por esto último, un desierto es extremoso: ardiente al mediodía y gélido en la noche. Por otro lado, y asemejando al CN, un objeto de color oscuro absorbe y emite radiación más eficientemente que uno claro. Juntos, ambos mecanismos dan lugar al siguiente récord: algunas rocas oscuras del Sahara experimentan cambios de temperatura, entre el día y la noche, de hasta 80°C.

LO BLANCO Y LO NEGRO

En el capítulo I dijimos que en el clima hay dos tipos de radiación: solar y terrestre; la primera es primordialmente de onda corta o alta frecuencia y la segunda de onda larga o baja frecuencia. En el espectro electromagnético son prácticamente ajenas; la solar se ubica principalmente en la parte visible del espectro, con algo de ultravioleta y menos de infrarrojo; mientras que la terrestre es exclusivamente infrarroja. La superficie del Sol (llamada fotosfera) emite como un CN a unos 6 000°K, por lo que su pico de emisión está en el color amarillo. En cambio, la temperatura en que se emite la radiación terrestre es como veinte veces menor y, por lo tanto, la longitud de onda de su pico es veinte veces más larga.

Varios elementos del sistema climático se comportan aproximadamente como CN para la radiación de onda larga; tal sucede con el océano, las nubes y el continente; sin embargo, su albedo, que generalmente se refiere a la radiación de onda corta, no es cero. Por su parte, la atmósfera tiene un comportamiento espectral diferente: selectivo, según la longitud de onda. Comencemos por la radiación solar: la atmósfera es transparente a la luz visible y deja pasar bien las microondas y las ondas cortas de radio, pero el vapor de agua absorbe el infrarrojo y la ionosfera refleja (hacia el espacio exterior) las ondas de radio mayores; el ozono estratosférico absorbe casi todo el ultravioleta, el cual ioniza los átomos; los componentes espectrales de menor longitud de onda (rayos X y g) son también absorbidos por moléculas y átomos atmosféricos. Sin embargo, los rayos g, de origen cósmico y muy alta energía, sí penetran hasta la superficie. En cuanto a la radiación terrestre, la atmósfera es muy opaca (funciona casi como CN); pero tiene una "ventana" o intervalo de transparencia en onda larga, por cierto centrado en la longitud de onda correspondiente al pico de emisión de un CN a temperaturas terrestres. Esta selectividad espectral de la atmósfera es, por un lado, la causa del efecto invernadero y, por otro, determinante de la observación astronómica, la cual dispone sólo de dos ventanas atmosféricas, para las que fueron diseñados los telescopios ópticos y los radiotelescopios, mientras que la astronomía de rayos X, por ejemplo, depende de detectores montados en cohetes y satélites que funcionan fuera de la atmósfera.

Definamos formalmente el espectro: es la distribución de la intensidad de radiación en función de la longitud de onda; es decir, un espectro describe cuánta energía se emite (o absorbe) en cada longitud de onda. La radiación terrestre tiene la configuración característica del espectro de un CN a temperaturas propias de la Tierra, del orden de cientos de grados Kelvin. Esta radiación es infrarroja, por ende invisible, de modo que un CN a temperatura ambiente es realmente de color negro. Pero no es así a temperaturas mayores. La radiación del CN (tanto en cantidad emitida como en longitud de onda predominante) depende de la temperatura, y sólo de ella. Para temperaturas de hasta algunos cientos de grados Kelvin la radiación del CN es invisible; al calentarlo más, comienza a notarse a la vista en un tono rojizo oscuro; a temperaturas mayores va tomándose rojo, amarillo... blanco. Al mismo tiempo que disminuye su longitud de onda, la cantidad de radiación emitida crece enormemente conforme la temperatura del cuerpo aumenta; esto se ilustra comúnmente con el hierro candente.

Un CN a 6 000°K tiene un espectro de emisión casi centra do en el visible; en consecuencia, la luz resultante es blanca. La superficie del Sol está a esa temperatura y se comporta como CN; entonces, la luz que emite es blanca. Por lo tanto, a temperaturas de miles de grados Kelvin un CN no es de color negro, sino blanco.

Las nubes y la superficie de la Tierra, que se portan como CN para la radiación de onda larga, no actúan como tales para la de onda corta; tienen albedo mayor que cero; p. ej., las nubes son muy blancas y reflejan buena parte de la radiación solar. Pero no hay que confundir: tanto el Sol como las nubes tienen apariencia blanca, pero de naturaleza muy distinta; el Sol emite radiación blanca, las nubes reflejan la radiación blanca que viene del Sol y ellas mismas están a unos 260°K; a esta temperatura emiten radia ción, pero ésta de ningún modo es blanca, sino infrarroja (invisible).

EL GRAN INVERNADERO

Hemos dicho que la atmósfera (sin nubes) es casi transparente a la radiación de onda corta y muy opaca a la de onda larga; en consecuencia, la radiación que proviene del Sol llega casi intacta a la superficie de la Tierra (océano y continente), pero gran parte de la emitida por la superficie queda atrapada en la atmósfera. Los componentes del aire responsables de esta opacidad atmosférica son principalmente el vapor de agua y el bióxido de carbono o anhídrido carbónico (C02). El primero forma parte del aire en una fracción que disminuye rápidamente con la altura (de hecho, fuera de la troposfera está ausente) y el segundo constituye una fracción constante en todos los niveles; pero como el aire mismo se atenúa conforme uno sube en la vertical, entonces el C02 también decrece con la altura (aunque más despacio que el vapor de agua).

Lo anterior implica que la radiación de onda larga, que sale de la superficie y se eleva a través de la atmósfera, se va quedando en ella, más en los niveles bajos y menos en los altos. O sea que la atmósfera no se calienta de arriba (por el Sol), sino de abajo (por la radiación terrestre); además, este calentamiento es diferencial: las capas inferiores se calientan más, por estar más cerca de la superficie emisora y por tener mayor concentración de los gases que atrapan esta radiación; las superiores se calientan menos por estar más lejos de la superficie radiante, por recibir atenuada la radiación —absorbida en la capa intermedia— y por tener menor concentración de gases absorbedores.

Una burda analogía de esto es la siguiente. Alguien está durmiendo con cinco cobijas encima; si llamamos primera a la que toca la sábana y quinta a la colcha, tenemos que al meter la mano entre la primera y la segunda sentimos más calor que entre la cuarta y la quinta; es decir, las cobijas se calientan por abajo, el calor cedido por el durmiente va de la primera a la quinta y la temperatura disminuye en ese mismo orden. Este efecto se acentúa si (como pasa en la troposfera), la primera cobija es más gruesa que la segunda, ésta más que la tercera, etc.; de manera que la atmósfera es la cobija de la Tierra y la mantiene en una temperatura confortable, propicia para la vida.

Sin embargo, la atmósfera no está quieta ni estratificada en capas fijas; por convección, el aire superficial asciende; simultáneamente, el hueco dejado se llena con aire que desciende. Este proceso es continuo y suave, pero a veces es violento; ejemplo visible se da en época de aguas, cuando luego del mediodía se forman cúmulo-nimbus (nubes de desarrollo vertical), presagio de aguacero; por eso es más común que llueva de tarde que de mañana, ya que la elevación del aire hasta alturas donde se condensa y precipita es consecuencia del calentamiento del suelo. Claro que muchos otros mecanismos producen lluvia; incluso puede suceder lo opuesto, que llueva en la madrugada, momento de mayor frío, y no hay contradicción, pues en ambos casos se debe a la convección; en el primero (lluvia vespertina), se calienta la atmósfera por abajo, y en el segundo se enfría por arriba-mecanismos equivalentes.

Pensaría uno que esta amalgama de procesos radiacionales y convectivos, además de la advección atmosférica y otros fenómenos, daría por resultado un perfil térmico vertical muy complicado y cambiante, pero no es así; en la troposfera resulta que la temperatura varía con la altura de un modo muy simple, disminuyendo uniformemente: por cada kilómetro que uno sube la temperatura baja 6.5°C. A esta tasa de decremento ( 6.5°/km) se le llama gradiente térmico, y es casi igual en todos lados y en todo momento.

No estamos diciendo que la temperatura sea igual siempre y dondequiera, sino que, independientemente de la temperatura registrada en un punto e instante, 1 km encima el aire está 6.5°C más frío, a los 2 km e s 13°C más frío, etc.; o sea que la temperatura de toda la troposfera cambia junto con la del aire superficial, según pase el tiempo o nos movamos de un lugar a otro. Esta simplificación es muy aproximada a la realidad, y suponerlo en los modelos atmosféricos da buenos resultados.

El hecho de que la atmósfera deje pasar la radiación solar y bloquee parcialmente la terrestre da lugar al llamado efecto invernadero (normal); pero esta denominación es inexacta, pues el calor atrapado por un invernadero es más bien consecuencia de que el techo impide la circulación vertical del aire entre el interior y el exterior, inhibiendo la convección.

UNA MALA INVERSIÓN

El gradiente térmico se observa claramente cuando uno viaja de la ciudad de México (D.F.) a Cuernavaca: mientras uno sube, hace más frío, hasta llegar a Tres Marías, luego va haciendo más calor conforme uno baja. Esto ilustra que la temperatura disminuye al aumentar la altura, y aunque esto es lo normal, a veces pasa lo contrario; en lugares muy fríos, como por ejemplo en los polos todo el tiempo y en el D.F. durante las mañanas de invierno, la temperatura del suelo baja tanto que a su vez enfría al aire superficial al grado que éste está más frío que el aire superior; entonces la temperatura aumenta con la altura; es decir, el gradiente térmico se voltea, a esto se le llama inversión térmica (IT).

Bueno, ¿y por qué se enfría el suelo? Porque la superficie siempre está emitiendo radiación, aunque no la reciba del Sol; y lo hace porque tiene calor

guardado, pero al irradiar pierde esta reserva y se enfría; además, va a enfriarse más entre menor sea su reserva de calor o entre mayor sea el tiempo que ha estado sin recibir Sol. Esta reserva se abate en las largas noches de invierno y en la enorme noche polar; adicionalmente, en los valles (como el de México), el aire frío de las montañas que los rodean se escurre por las laderas en la noche y refuerza la IT.

Esto último se debe a otro fenómeno físico, que es el causante del peligro contaminante de una IT; como ya se dijo, el aire caliente inferior sube y el frío superior baja; esto es lo normal, pero cuando hay IT el aire frío (pesado) está abajo y allí se queda, y el que está encima es más caliente (ligero) y se bloquea la convección vertical de la atmósfera. En condiciones normales, la convección dispersa (hacia las alturas) el esmog que se acumula en lugares como el D.F.; sin embargo, en una mañana de IT los contaminantes producidos la víspera no se van, quedan atrapados abajo y a ellos se añaden los que se producen en el nuevo día. De modo que la IT sólo es peligrosa cuando hay contaminación; en los valles rurales también se presenta, pero allí les tiene sin cuidado.

Ahora bien, ¿qué tan peligrosa es la IT en el D.F.? Bueno, pues causa molestias y enfermedades, y puede ser fatal si dura varios días; normalmente en el D.F. dura unas cuantas horas, porque al levantarse el Sol y calentar la superficie, se rompe la IT. Tenemos la ventaja de estar en una latitud baja, lo que significa que —aún en invierno— el Sol se eleva considerablemente y está presente durante varias horas al día; además el cielo invernal es normalmente raso; en ciudades en las que la IT ha sido fatal, el Sol se eleva poco y durante pocas horas del día, o está nublado. Tenemos, sin embargo, una fuerte desventaja: la altitud del D.F. (mucho mayor que la de aquellas ciudades), que hace que nuestra atmósfera sea tenue de por sí, escasa de oxígeno; de manera que el aire puede llegar a ser letal con menos contaminantes que en las otras urbes, lo cual implica que una IT en el D.F. puede causar muertes aunque dure menos. Los episodios trágicos más sonados son los siguientes: uno en el valle de Meusa, Bélgica (1930), y otro en Danora, Pennsylvania (EUA, 1948), con decenas de muertos en cada uno; en Londres, Inglaterra, uno en 1952 y otro en 1956, con miles de decesos. Nuestro país no se salva: en 1950 la toxicidad atmosférica causó más de 20 muertos en Poza Rica, Veracruz.

No hay que confundir la IT con el efecto invernadero (posiblemente la confusión viene de tener ambas expresiones la raíz "inver-"), pues en algunos aspectos son exactamente lo contrario.

IV. AMPLIFICADORES Y AMORTIGUADORES

El oscuro nubarrón parece un corcel negro, al que el relámpago alborota las crines cenicientas. Los vellones que

el viento arranca de él, son bandadas de picazas que levantan su trote. El sol lo arrea para alejarlo, y pone un cojín de luz sobre su silla. Qasida en qaf, MARWAN IBN ABD AL-RAHMAN, ca. 963-1009

LA SERPIENTE QUE SE MUERDE LA COLA

EL SISTEMA climático incluye varios procesos que refuerzan o amortiguan las fluctuaciones y los cambios del clima. Se llaman mecanismos retroalimentadores o forzamientos internos; cuando su efecto es amplificar se llama retroalimentación positiva, cuando es atenuar se denomina negativa.

Los principales de estos mecanismos se deben a la criosfera, a las nubes y al vapor de agua; el signo del segundo es incierto y los otros dos son positivos. Como puede verse, los tres resultan del agua en sus diversas fases: sólida, líquida y gaseosa.

Como ya se dijo, se llama criosfera a la cubierta conjunta de hielo y nieve que ocupa parcialmente continentes y océanos; se refiere primordialmente a los casquetes polares, pero comprende también los glaciares alpinos.

La criosfera es blanca y brillosa, sobre todo cuando la nieve y el hielo están nuevos; o sea que su albedo es alto (cercano a 100%). Por lo tanto, absorbe escasamente la radiación incidente y casi no se calienta. Además, el frío produce hielo y nieve, entonces la criosfera crece; en consecuencia, el albedo superficial aumenta, pues el continente y sobre todo el océano, desprovistos de hielo y nieve, tienen un albedo pequeño. De manera que donde antes se absorbía mucha radiación del Sol, ahora ya no, y se presenta una merma de calor; tenemos entonces que una disminución de temperatura ocasiona un enfriamiento adicional por expansión de la criosfera. O sea que frío genera frío.

Recíprocamente, si se da un aumento de temperatura, la criosfera se funde, el continente y el océano quedan desprovistos de ella, el albedo disminuye, se absorbe más radiación y la superficie registra un calentamiento extra. El calor provoca calor.

En conclusión, un calentamiento o enfriamiento originales se refuerzan, respectivamente, por contracción o expansión de casquetes y glaciares; por lo tanto, el efecto de retroalimentación de la criosfera es positivo.

De hecho, los glaciares crean su propio clima; es decir, hay hielo porque hace frío, pero lo inverso es igualmente cierto: hace frío porque hay hielo. Es más exacto decir: "en los polos hace frío porque hay casquetes", que "hay casquetes porque hace frío". En efecto, los casquetes polares son un remanente de las glaciaciones ocurridas en el Pleistoceno (la última hace 18 ka); si alguien descongelara los polos o —más bien dicho— si por medios

artificiales los casquetes fueran derretidos, éstos no se volverían a formar, desaparecerían para siempre (hasta que hubiera una nueva glaciación) La destrucción de un glaciar es irreversible; después sólo se formarían mantos temporales de hielo y nieve en invierno; esto no ha sucedido en los casquetes polares, pero sí en los glaciares situados en las montañas. Cuentan que hace unas décadas a los técnicos de una fábrica de papel asentada en las estribaciones del Iztaccíhuatl se les ocurrió dinamitar un glaciar para suministrarse agua; efectivamente, ésta se dejó venir torrencialmente pero el glaciar desapareció para siempre.

Ecocidios como éste, junto con la contaminación térmica del valle de México, que produce una "isla de calor", han hecho que año tras año las nieves "eternas" de nuestros volcanes se replieguen hacia arriba, dejando descubiertos extensos arenales.

LA PUNTA DEL ICEBERG

Se dice que la vida surgió en el mar y que el agua es el principal constituyente de los seres vivos. Una caricatura muestra a un extraterrestre, caído en el desierto, que se arrastra clamando: ¡amoniaco... amoniaco... ! Sería posible que existiera una vida basada en cosas raras como el amoniaco. Ciertamente, las características químicas y físicas del agua la hacen fundamento de la vida y considero que, de ellas, las químicas son menos relevantes.

En cambio, las propiedades físicas del agua son más interesantes; una de ellas, de índole casi matemática, es la que permite la ubicuidad tridimensional de los organismos dentro del agua. Dado que la densidad de ellos es parecida a la de ésta, pueden estar suspendidos libremente dentro del agua, lo que facilita su movimiento (incluyendo el vertical) y con ello las interacciones necesarias para la propagación y diversificación biológicas. Sin embargo, pudiera existir una vida distinta cuyos organismos tuvieran como principal constituyente otra sustancia, que a su vez formara océanos; esos seres tendrían allí la misma movilidad.

El agua tiene propiedades físicas importantes, como su gran capacidad calorífica, su baja conductividad térmica, y sobre todo el hecho de que su densidad disminuye al congelarse. Por su alto calor específico, el agua se enfría o calienta muy lentamente, lo cual suaviza las variaciones de temperatura (entre día y noche, y verano e invierno); esto produce un medio ambiente favorable para la vida, el cual resulta aún más beneficiado por las otras dos propiedades físicas del agua, que se describen a continuación.

Escasas sustancias tienen la peculiaridad de dilatarse cuando pasan de líquido a sólido, y casi todas se contraen al congelarse. El hielo es más ligero que el agua y esto es propicio para la vida; veamos: el mar es más frío en sus profundidades que en la superficie; cuando la temperatura baja lo suficiente, comienza a congelarse el agua del fondo, pero entonces los cristales flotan y forman en la superficie una capa de hielo. Aquí interviene la otra propiedad física del agua, su baja conductividad térmica; la capa superficial de hielo y

nieve constituye un aislante;* de manera que aunque la temperatura

exterior sea gélida, dentro del mar hay una mayor temperatura, confortable para la vida. Y si el frío atmosférico alcanzara a atravesar la capa de hielo, congelaría más agua, pero ésta ascendería y engrosaría esa capa y así aislaría más al mar de la inclemencia exterior. O sea que el mar se congela por arriba, no por abajo.

Sería una desgracia que el hielo pesara más que el agua, pues los abismos oceánicos estarían permanentemente congelados y en las regiones polares o en invierno el mar sería un glaciar desde el fondo hasta la superficie. Por eso es muy cierto que un submarino puede cruzar el polo norte por debajo del casquete, habida cuenta de que en el Ártico no hay continente, sino un océano, congelado encima, pero líquido (y menos frío) debajo.

A veces los ríos se congelan, pero su flujo no cesa; la capa superficial es hielo y naturalmente no fluye, pero debajo de ella el río (líquido) sigue su camino. Es espectacular el aspecto de las Cataratas del Niágara congeladas, aparentemente paralizadas, durante el invierno.

Son realistas las historietas y caricaturas en que algunos están patinando sobre un lago congelado mientras otros perforan con un serrucho un agujero en el hielo, a través del cual meten un anzuelo y pescan.

Parecería aberrante que los esquimales construyan sus casas con... ¡hielo! para protegerse del frío, pero es sensato. Aprovechan la pequeña conductividad térmica de los bloques congelados para aislarse del exterior; ciertamente, la temperatura interior del iglú es como la del hielo (0°C), pero afuera hay 10 o más grados bajo cero; así, el ambiente del interior del iglú está relativamente caliente.

Al congelarse el agua del mar, el hielo resultante es insalobre, pues la congelación expulsa la sal; esto disminuye todavía más la densidad del hielo respecto del agua, ya que la salada es más densa que la dulce; es famoso el Mar Muerto por ser muy salado y, por tanto, muy denso; es más fácil flotar en él que en cualquier otro. La densidad del hielo es 90% de la del mar, por eso un témpano o iceberg flota y sólo se asoma el 10% de su volumen, la mayor parte permanece sumergida.

ES INVISIBLE PERO OPACO

Ya en el capítulo III dijimos que, de los componentes del aire, el vapor de agua es el principal responsable de su opacidad para la radiación de onda larga. Por esta propiedad, la atmósfera absorbe buena parte del calor emitido por la superficie (radiación terrestre), consecuentemente se calientan ella y el clima.

La gente del campo sabe que las heladas se presentan con cielo raso, tal vez intuyen que la ausencia de nubes significa atmósfera seca, a través de la cual se fuga el calor durante la noche; en realidad, se trata de cosas un poco distintas, que más adelante aclaramos.

Hay diversas variables que miden la humedad del aire; la más significativa es la humedad relativa (HR), que se define como la cantidad de vapor de agua que contiene realmente el aire, dividida entre la cantidad de vapor que lo saturaría. Ahora explicamos qué es eso de saturar; si a una porción de aire le metemos más y más vapor, p. ej. hirviendo agua dentro de un cuarto, llegará un momento en que ya no lo admita; lo cual significa que el agua suspendida en el aire deja de ser vapor: que es un gas invisible, y toma la forma de gotitas (líquidas), que sí son visibles (como niebla). El inicio de la formación de niebla marca el punto de saturación del aire por vapor de agua; este cambio de fase de gas a líquido se llama condensación.

Ahora bien, la capacidad del aire para contener vapor de agua depende de la temperatura: cuanto más caliente esté, más le cabe; es decir, a mayor temperatura, el aire requiere más vapor para iniciar la condensación. Por esta razón sólo en días muy fríos vemos la humedad expelida por la boca.

En la troposfera, donde la temperatura disminuye con la altura, hay un nivel a partir del cual el vapor atmosférico se condensa; este nivel señala la base de las nubes, y cuando hace mucho frío puede bajar hasta la superficie, entonces el aire está saturado a nivel del suelo y tenemos niebla. Claro que si esta misma temperatura se presenta en un nivel superior, no siempre se forman nubes allí, pues la cantidad de agua contenida en la atmósfera disminuye fuertemente con la altura. O sea que el nivel de condensación depende de los perfiles verticales de humedad y de temperatura; sobre un desierto, ese nivel simplemente no existe.

Hemos estado hablando de dos cosas: la humedad relativa y la cantidad de vapor contenida. No hay que confundirlas, la segunda podría también llamarse humedad absoluta (HA) y no depende de la temperatura. La HR resulta de dividir la HA presente en un determinado punto e instante, entre la HA de saturación (la máxima cantidad de vapor posible a la temperatura de ese determinado punto e instante); por lo tanto, la HR es una variable que depende de la temperatura. Ejemplifico con valores típicos: al nivel del mar la atmósfera contiene 9.8 g de agua (en forma de vapor) en cada m3 de aire (HA), a 15°C, un m 3 de aire se satura con 13 g de vapor (HA de saturación); por lo tanto, la HR es 75%.

En caso de helada, la atmósfera es seca, transparente a la radiación de onda larga; o sea, la HA es pequeña sobre todo cerca del suelo, el cual emite la radiación que se fuga. En cambio, la ausencia de nubes (que por cierto también atraparían la radiación ascendente) significa una HR menor que 100%, sobre todo en las alturas, donde suele presentarse el nivel de condensación. Naturalmente ambas cosas están estrechamente relacionadas: atmósfera húmeda significa valores grandes tanto de HR arriba como de HA abajo, y viceversa.

Debido a la dependencia entre HR y temperatura, podríamos generar niebla dentro de un cuarto con sólo enfriarlo, sin necesidad de meterle agua extra. Por otra parte, el confort está determinado por la temperatura y la HR, generalmente uno se siente a gusto cuando ésta es de entre 50 y 60%.

El aire tiende a conservar su HR, tomando vapor o depositándolo en un reservorio de agua, según el aire se caliente o enfríe, respectivamente. Debido a esta propiedad, al calentar un cuarto disminuye su HR, dado que la cantidad de vapor dentro de él no cambia; entonces el aire se reseca en detrimento del confort, produciendo incluso malestar respiratorio. Para evitar esto se coloca una bandeja con agua junto al calefactor, la cual provee el vapor que tiende a mantener constante la HR; algunos calefactores traen integrado un vaporizador y los sistemas de aire acondicionado humedecen el aire al mismo tiempo que lo calientan.

El mismo mecanismo se da en la atmósfera en cambios climáticos lentos: cuando el clima se calienta, ella toma vapor de la superficie (océano, suelo, vegetación, etc.) tratando de mantener constante su HR; análogamente, cuando la temperatura disminuye, la HA en la atmósfera también lo hace. Por lo tanto, y como ya se había dicho en el capítulo I, la evapotranspiración depende de la temperatura y la HR atmosféricas.

Ahora bien, la opacidad (capacidad de absorber) atmosférica para la radiación terrestre depende del agua precipitable (AP), ya mencionada en el capítulo I, que es la HA integrada en todo el espesor troposférico, desde la superficie hasta la tropopausa. Tanto la HA como la HR son variables que dependen de la posición, en particular cambian de un nivel atmosférico a otro. El AP es la cantidad total de agua contenida en la troposfera (encima de ella no hay humedad) y se obtiene multiplicando el espesor de esa capa por la HA promedio en ella.

Pero hay que precisar esto; en realidad, la opacidad atmosférica de onda larga depende sólo de la parte gaseosa del AP, o sea del contenido de vapor, así que deberíamos restar al AP la parte de ella condensada en las nubes. Sin embargo, resulta que en la atmósfera la cantidad de agua líquida es despreciable, comparada con la de vapor; ciertamente las nubes tienen una gran HR (ahí el aire está saturado), pero su HA es ínfima, pues ésta decae fuertemente con la altura. De hecho, típicamente, el 90% del AP está en los primeros 4 330 m sobre el nivel del mar (snm) y el nivel de 1435 m divide en dos partes iguales el AP.

Los dos factores descritos —a saber, la tendencia de la atmósfera a conservar su HR, junto con la dependencia directa de la opacidad de onda larga respecto al AP— constituyen un mecanismo climático de retroalimentación positiva, explicado a continuación. Supongamos que inicialmente se tiene un aumento de temperatura; por la tendencia a conservar la HR, se incrementa el AP; con ella crece también la opacidad y esta absorción adicional de radiación terrestre calienta más el clima; consecuentemente, calor provoca calor. Con un razonamiento recíproco se demuestra que, por el mismo mecanismo, frío produce frío.

En los cálculos de efecto invernadero se ha encontrado que esta retroalimentación amplifica como en 50% el aumento de temperatura por duplicación del C02 atmosférico.

NO SE VA AL INFINITO

Hemos explicado los dos principales mecanismos de retroalimentación positiva que tiene el sistema climático: criosfera y vapor de agua. Podría pensarse que uno solo de ellos (y con más ganas ambos juntos) intensificaría(n) un calentamiento o enfriamiento inicial, aumentando o disminuyendo, respectivamente, la temperatura de modo indefinido, dado que los cambios o fluctuaciones climáticas se reforzarían reiterativamente. Esto evidentemente no pasa, y se debe, entre otras, a las siguientes razones. Primera, porque el efecto se satura; más allá de cierta cantidad de vapor la opacidad atmosférica de onda larga ya no aumenta. Y segunda, porque estas retroalimentaciones no se presentan aisladas del resto de las múltiples interacciones climáticas (principalmente el transporte horizontal de calor, o advección), habiendo, de hecho, mecanismos que actúan al contrario, en particular los de retroalimentación negativa, como tal vez lo sea el de las nubes.

CALOR Y FRIO

En este momento conviene puntualizar algunas cosas. Primeramente, reitero que el enfoque de este libro es más climático que meteorológico. Esto quiere decir que analizamos los meteoros (condiciones atmosféricas) desde un punto de vista amplio, en las escalas espacial y temporal propias del clima. Es decir, atendemos más el efecto medio de los procesos meteorológicos, y menos los detalles propios de su escala.

En este contexto, calentamiento equivale a una elevación de la temperatura del sistema climático, que se presenta en plazos y regiones, del orden mínimo de meses y cientos de kilómetros, respectivamente. Por consiguiente, el calentamiento significa un aumento de temperatura leve, de unos cuantos grados centígrados —como el esperado para la duplicación del C02 y como el causado por El Niño—, pero extenso y duradero, que —por lo mismo— afecta a todas las partes del sistema: se calientan la atmósfera, el océano y el continente.

Por supuesto que estas perturbaciones climáticas no son en realidad nítidas, constantes ni uniformes, sino borrosas e irregulares; además, pueden presentarse entreveradas con otras de signo opuesto. Unicamente por simplicidad, las consideraremos parejas y aisladas.

El vocablo calentamiento encierra una ambigüedad conceptual. En el diccionario, significa acción de calentar y esta última palabra (calentar) significa hacer subir la temperatura y también dar calor. En el vocabulario común introducir calor a algo equivale a elevar su temperatura, lo cual no es, físicamente, correcto. Así sucede cuando hay cambios de fase implicados, pues en tal caso el calor introducido al sistema termodinámico se gasta (total o parcialmente) en fundir, evaporar o sublimar (pasar de sólido a gas) materia, en vez de transformarse en energía interna y aumentar la temperatura del sistema. Naturalmente, en los cambios de fase inversos el sistema gana calor. Por analogía, 'enfriamiento' —que es lo contrario de calentamiento— no equivale necesariamente a bajar la temperatura.

Se acostumbra llamar sensible al calor que produce directamente una variación de la temperatura y latente al que se relaciona con un cambio de fase; este último puede hacer indirectamente que varíe la temperatura del entorno. Recurro a un ejemplo dado en el capítulo I: en la interfaz océano-atmósfera hay transporte de calor sensible (el agua caliente eleva la temperatura del aire en contacto con ella) y de calor latente (el agua se evapora y baja su temperatura, pero la temperatura del aire no sube, sino hasta que ese vapor se condensa en nubes y libera el calor latente). Adicionalmente, las gotas de lluvia se evaporan parcialmente en su caída y con ello hacen bajar la temperatura del aire inferior. Esto también incrementa la humedad absoluta del aire.

Aún falta una parte de la historia. Cuando no hay intercambio de calor entre el sistema y su medio, el proceso se llama adiabático. En general, los procesos rápidos son adiabáticos, porque la entrada o la salida de calor de un sistema son lentas. Pues bien, aparte de meterle o sacarle calor y de los cambios de fase, hay una manera más de cambiar la temperatura de un sistema. Se trata de la compresión y la expansión adiabáticas. Es decir, el cambio de volumen de un sistema, llevado a cabo sin intercambio de calor con sus alrededores, hace variar la temperatura del mismo, provocando incluso un cambio de fase.

Un magnífico ejemplo es la condensación atmosférica. Cuando ocurre la convección o ascenso del aire, éste se expande por estar sometido a presiones menores en las alturas. La expansión es rápida y, por lo tanto, adiabática; entonces disminuye la temperatura del aire ascendente, y si esta disminución es suficientemente intensa, el vapor que contiene se condensa. Adicionalmente a la expansión adiabática, pero en menor medida, el aire se enfría al entrar en contacto con las frías capas superiores.

Los procesos descritos se rigen por la primera ley de la termodinámica, la cual establece en general que el cambio de energía interna de un sistema es igual a la diferencia del calor introducido al sistema, menos el trabajo hecho por él. Cuando el sistema aumenta su volumen, presiona y desplaza a lo que lo rodea, hace entonces trabajo sobre su ambiente.

Por considerarlo más claro, usaremos el término calentamiento con su significado ordinario de 'aumento de temperatura' y trataremos los cambios de fase explícitamente aparte.

SÓLO SE QUE NO SÉ NADA

Ya analizamos dos mecanismos de retroalimentación positiva: criosfera y vapor. Ambos son del agua, el primero en su fase sólida, el segundo en su fase gaseosa; el tercer retroalimentador importante del clima tiene que ver con la otra fase del agua (la líquida), y se describe a continuación.

Se trata de las nubes, de su gestación y del bloqueo que causan a la radiación solar; según un proverbio, "Las nubes que el Sol forma opacan su luz". Comencemos por lo último, que es lo fácil; ciertamente, cuando está nublado, el paso de la luz y el calor del Sol a la superficie se reduce, y esto enfría el clima. Por lo tanto, la nubosidad y la temperatura están relacionadas

inversamente cuando la causa es la primera y el efecto la segunda; o sea, la disminución de nubes implica calentamiento del clima y también el aumento de nubes implica enfriamiento del clima; pero este mecanismo no es recíproco: no sabemos si un enfriamiento incrementa o decrementa la nubosidad. Esta incertidumbre de causa-efecto, cuando la causa es la temperatura y el efecto la capa nubosa, es una de las grandes deficiencias del conocimiento físico del clima, y un problema pendiente para la ciencia mundial.

Vamos... A estas alturas del desarrollo científico, los investigadores aún no entendemos bien cómo se forman las nubes y cómo afecta la temperatura ese proceso a gran escala. No sabemos si el calor favorece que se nuble, o al contrario. Veamos. ¿De qué se hacen las nubes? Pues... de vapor y... frío. Como en una receta de cocina, el "ingrediente" es la humedad atmosférica, y la "manera de hacerse" es bajar su temperatura, para que se condense. La humedad es producto de la evapotranspiración de océano, vegetación, suelo, etc., la cual se incrementa con la temperatura. También el calor favorece la convección, pues si las capas atmosféricas inferiores se calientan, entonces se aligeran y ascienden; esto sucede generalmente en las lluvias vespertinas, luego de un mediodía caluroso. En este caso, el enfriamiento necesario para la condensación proviene del calentamiento de la superficie.

Por cierto que para hacer lluvia falta otro ingrediente: los nucleantes, partículas sólidas, como polvo o cristalitos de hielo, en torno a las cuales se aglutinen las gotitas hasta formar gotas suficientemente pesadas que contrarresten las corrientes ascendentes de la convección y caigan. El dicho "Cielo rojo en la mañana, alerta a los marinos" (o "a los pastores" en otra versión) sugiere que el tono rojizo del cielo puede indicar presencia de humedad y polvo —los ingredientes de la precipitación— y ser entonces preludio de tempestad vespertina por convección. Según otra interpretación —un tanto contradictoria... ; así es esto— el refrán, de origen aparentemente británico, se refiere a que en esos rumbos normalmente amanece una neblina que blanquea el cielo y, cuando éste —o más bien el Sol— es rojizo, significa que la atmósfera está limpia, con gran dispersión de la luz azul (capítulo III). Esta limpieza se debe a que la convección removió la neblina, mismo proceso que horas más tarde generará tormenta.

Las nubes también se forman por convección orográfica, la cual se produce cuando el viento encuentra una montaña en su camino, se eleva para remontarla y en su ascenso se expande y enfría hasta la condensación. Este fenómeno es muy común y el refrán "A las regiones altas nunca les faltan tormentas" lo sintetiza.

Es famosa la llovizna continua de la costa británica occidental. La corriente del Golfo, procedente del trópico, evapora mucho por ser caliente; la humedad atmosférica resultante encuentra aire nórdico frío al arribar a esas regiones y se condensa. Por cierto que esta corriente, además de humedad, lleva calor a Inglaterra, pues la costa atlántica americana a la misma latitud es como unos 10°C más fría.

De modo que el calor contribuye a formar nubes aportando el vapor, ya que la evaporación aumenta con la temperatura superficial, pero el frío también pone su parte para condensarlo en las alturas; por lo tanto, el problema es complejo y no es fácil concluir cuál de los dos efectos opuestos predomina en cada situación particular. Reflejo de esto es que en ciertos lugares (de clima mediterráneo), a diferencia de lo que sucede en la mayor parte de México, el tiempo de lluvias se da en invierno.

Ciertamente, a escala climática un cambio de temperatura debe alterar la nubosidad y ésta, a su vez, modificar el ingreso de energía solar al sistema, lo cual hace que la temperatura varíe; tenemos de nuevo una serpiente que se muerde la cola: un mecanismo de retroalimentación. Lo malo es que no sabemos si la serpiente crece al nutrirse de su propia cola o, por el contrario, empequeñece; es decir, no sabemos si se trata de una retroalimentación positiva o negativa. No es claro si la dinámica nubosa amplifica o amortigua el cambio inicial de temperatura; se trata de un mecanismo relevante (uno de los tres más importantes) del clima, que desgraciadamente no entendemos aún completamente.

En el capítulo I dijimos que la comprensión científica del clima en cuanto al comportamiento del océano es insuficiente; realmente es una de las dos grandes deficiencias de la física del clima; la otra es el efecto de la temperatura en la formación de nubes; ambas constituyen actualmente los puntos más débiles de los modelos climáticos y, por tanto, la mayor fuente de incertidumbre en cálculos como los de efecto invernadero. Las mayores discrepancias provienen de ellas y el efecto de las nubes resulta hasta contrario entre un modelo y otro; en el mismo lugar geográfico y época del año, un investigador encuentra retroalimentación positiva por nubes y otro la encuentra negativa. Aun el efecto global o anual da lugar a desacuerdos sustanciales.

De hecho, nos fijamos principalmente en la extensión horizontal de la nubosidad (fracción nublada del cielo); pero también hay que tener en cuenta la estructura vertical de las nubes, sus diferentes tipos, etc. Por otro lado, hemos estado suponiendo que la condensación siempre produce nubes; pero no es así, a veces sólo da lugar a calina o bruma. Tampoco es cierto que (aumento de) nubosidad equivalga a (aumento de) precipitación, ya que no toda el agua condensada se precipita; de hecho, termina de llover y sigue nublado. Por estas complicaciones, a veces en los modelos y en la realidad los resultados son (simultáneamente) un aumento de nubosidad (extensión horizontal) y una disminución de la precipitación.

El comportamiento físico del océano y de las nubes son dos grandes retos para entender el clima, modelarlo, pronosticarlo y evaluar su estado cuando se presenten alteraciones que lo afecten, sobre todo las antropógenas, como el calentamiento global por efecto invernadero debido al aumento del C02 atmosférico.

ETCÉTERA

Los tres mecanismos de retroalimentación descritos son los considerados principales, pero no son los únicos; de hecho hay muchos más, algunos de los cuales son notables. Señalo unos cuantos sin discutir su importancia relativa; todos ellos ya habían sido mencionados en otros contextos.

La criosfera tiene otro efecto retroalimentador, pero negativo; consistente en que al cubrir el océano con una capa de hielo, la baja conductividad térmica de éste bloquea la pérdida de calor del océano hacia la atmósfera. El frío genera la cubierta y ésta evita que el océano se enfríe.

Otro mecanismo, que tiene que ver con el océano, se refiere a la evaporación; ésta se incrementa con la temperatura, pero consume calor del océano; entonces éste se enfría. Tenemos, pues, otra retroalimentación negativa.

El calor de evaporación perdido por el océano pasa a la atmósfera en forma latente y se vuelve sensible cuando el vapor se condensa en las nubes. Esto calienta la troposfera superior; pero, debido a la ambigüedad explicada en la sección anterior, no podemos decir si se trata de retroalimentación positiva o negativa.

Por último, la condensación da lugar a precipitación bajo condiciones adecuadas. La lluvia moja y enfría el suelo, primero porque el agua tiene menor temperatura y luego porque el suelo pierde calor latente al secarse. Adicionalmente, su albedo disminuye, porque la tierra húmeda es más oscura que la seca; entonces la superficie elevaría su temperatura al absorber más radiación... En fin.

V. ¿SE ESTÁ CALENTANDO LA TIERRA?

Se cimentó luego el tercer Sol. Su signo era 4-Lluvia. Se decía Sol de Lluvia (de Fuego). Sucedió que durante él llovió fuego, los que en él vivían se quemaron. "Leyenda náhuatl de los soles", Anales de Cuautitlán, fol. 2.

MÁS VALE MALO POR CONOCIDO...

EN AÑOS recientes el efecto invernadero (EI) se ha popularizado como el villano, causante de calamidades planetarias. En su descargo y en justicia, hay que reconocer que el EI ha sido benefactor antes que malhechor, pues entre otras gracias tiene la de haber propiciado que la vida surgiera y evolucionara en la Tierra, y —a la larga— que podamos pensar en él como ahorita lo hacemos.

Aclaremos. El EI ha existido normalmente desde siempre; pero en las últimas décadas se ha intensificado anormalmente por acción del hombre. El EI normal ha condicionado la vida y la civilización, y éstas se han adaptado a él. En cambio, el EI anormal va a alterar las condiciones climáticas y fisiográficas; en consecuencia, la naturaleza y la humanidad deberán adecuarse a la nueva situación. Aunque algunos de estos cambios son benéficos en principio, su ocurrencia misma constituye un riesgo, "más vale malo por conocido que bueno por conocer". En pocas palabras: el EI normal es bueno; el EI anormal es malo.

Pero en realidad el párrafo anterior peca de maniqueo; vamos a matizarlo. Normal no significa 'constante' el EI siempre ha estado presente, pero siempre ha sido cambiante; sus variaciones modularon la evolución biológica, las especies se fueron ajustando a él (y a otros factores), a veces dramáticamente: desaparecieron unas y aparecieron nuevas. Haciendo a un lado las catástrofes, los cambios pasados fueron lentos, tuvieron lugar en miles y millones de años; en vez de eso, el cambio actual (no natural, sino antropógeno) es rápido, se manifestará en menos de un siglo. En este caso tomamos como referencia para determinar la anomalía (o sea, la diferencia entre lo anormal y lo normal) del EI, las condiciones prevalecientes en —digamos— el último milenio; respecto a este El normal, tendremos un El anormal en las décadas cercanas.

A continuación explicamos el EI normal. Por tener cierto color y estar a cierta distancia del Sol, la Tierra se caracterizaría por cierta temperatura. Esta temperatura de equilibrio, llamada formalmente temperatura efectiva, resulta del equilibrio entre la radiación solar absorbida y la radiación propia emitida por el planeta. Un cuerpo que recibe radiación continuamente no puede aumentar su temperatura indefinidamente, sino que él mismo emite radiación en todas direcciones todo el tiempo, y esta emisión es mayor cuanto más caliente esté, como se explicó en el capítulo III;. así, lo perdido compensa lo ganado. La Tierra sería más caliente si fuera más negra (o mate) y sería más fría si fuera más blanca (o brillosa); también sería más caliente si estuviera más cerca del Sol, y sería más fría si estuviera más lejos.

Vamos a precisar un poco lo anterior. El color o blancura caracteriza la capacidad de un cuerpo para absorber y reflejar la luz visible; sin embargo, aquí se trata de algo más general: la absorción y reflexión de la radiación electromagnética en todas sus longitudes de onda. A eso se refiere el albedo.

El albedo típico de la Tierra es 30%, y su distancia al Sol es 150 millones de km. Con estos valores y unos cuantos datos más, es fácil calcular la temperatura efectiva del planeta, que resulta ser de -18°C. Un valor muy extraño.

¿Qué pasa entonces? ¿Por qué la temperatura terrestre dista tanto de ese valor? En realidad la temperatura típica en superficie es 15°C; ¡33°C más que la efectiva! La clave está —nada menos— que en... ¡el efecto invernadero!

Veamos. La temperatura efectiva se calcula como si la Tierra tuviera una sola superficie envolvente, teniendo en verdad la superficie continental-oceánica y además la frontera exterior de la atmósfera; pero ¿hasta qué altura llega la

atmósfera? ¿Dónde está su tope? Entonces, ¿para cuál superficie estamos calculando la temperatura efectiva?

Bueno, como explicamos en el capítulo III, la atmósfera es casi transparente a la radiación que viene del Sol, pero es muy opaca a la radiación emitida por la superficie (continente y océano). Esta radiación atrapada calienta el aire, principalmente sus capas inferiores, y da lugar a una temperatura ambiente mucho más alta que si no hubiera atmósfera. Esto es el famoso EI.

Muy en caricaturas, podemos imaginar a la atmósfera como un cedazo, a la radiación de onda corta como viboritas delgadas que caben por los agujeros del cedazo y llegan a la superficie, allí engordan algunas de ellas y emprenden hacia arriba el viaje de regreso; pero ahora unas de las gruesas (de onda larga) ya no caben por los agujeros del cedazo y quedan atrapadas en el planeta. Naturalmente, debe haber mecanismos que limiten la población de víboras; los hay, p. ej. durante la noche las víboras flacas dejan de llegar y las gordas continúan fugándose. Y a fin de cuentas se establece un equilibrio entre las que entran y las que salen.

BUSCANDO CULPABLES

Ahora cabe preguntarse: ¿cuáles componentes de la atmósfera son los que producen el EI? La respuesta es muy interesante. Los ingredientes primordiales del aire son el nitrógeno (N2) y el oxígeno (02), juntos forman el 99%; si sólo tuviera estos dos gases sería tan respirable como ahora... pero la temperatura de la Tierra sería -18°C. La misma que habría sin a tmósfera; es decir, con sólo N2 y 02 no habría surgido la vida. ¿Qué bicho conocido puede desarrollarse a 18°C bajo cero?

O sea que el N2 y el 02 no producen invernadero; por lo tanto, los gases de invernadero están dentro del 1% restante del aire. Los principales son el C02 y el vapor de agua (H20); al añadirlos a la hipotética atmósfera de N2 y 02 la temperatura aumenta a 15°C. Menos del 1% de los ing redientes atmosféricos son los responsables de una diferencia de 33°C.

Los demás gases de invernadero están presentes en cantidades ínfimas y por eso se llaman gases traza; todos ellos tienen en común ser poliatómicos (moléculas constituidas por más de dos átomos). El C02 y el H20 son triatómicos; en cambio, el N2 y el 02 son diatómicos. En conclusión, los gases de invernadero son poliatómicos; los diatómicos (y con más razón los monoatómicos) son transparentes a la radiación de onda larga.

Según se expresó en el capítulo IV, la cantidad de H20 presente en el aire es interdependiente con la temperatura; pues cuanto más caliente esté la atmósfera, absorbe más H20, que se evapora del océano, las plantas y el suelo; a su vez, el calentamiento original se acrecienta por la presencia de H20 adicional, ya que éste aumenta la opacidad infrarroja de la atmósfera. Análogamente, el H20 atmosférico disminuye cuando baja la temperatura y refuerza el enfriamiento.

Como el H20 es un retroalimentador positivo interno del sistema climático, resulta entonces que el C02 es el forzador externo fundamental del EI y, por lo tanto, el principal causante del incremento global de éste actualmente.

EL HOMBRE CÓMPLICE

El hombre ha modificado la composición de la atmósfera a escala global; sobre todo aumentando su contenido de C02. Esto se debe a dos causas fundamentales: en primer lugar, la quema de combustibles fósiles y, en menor medida, la degradación de la biota.

Al consumir por combustión petróleo, gas y carbón (en la industria, los transportes, etc.) se inyecta C02 a la atmósfera. Lo mismo pasa con la deforestación (con fines agropecuarios, urbanísticos, etc.); en este caso hay un doble efecto: por un lado, la vegetación destruida libera C02 al quemarse o pudrirse y, por otro, el proceso de fijación del C02 de la atmósfera en las plantas (principalmente árboles) se abate.

No obstante, sólo la mitad del C02 antropógeno está presente en la atmósfera. ¿Dónde quedó la otra mitad? Bueno, pues resulta que... básicamente se queda en el océano, dado que este gran reservorio absorbe C02 de la atmósfera por medio de un mecanismo y a una tasa no bien conocidos; pero afortunadamente parece que falta mucho para que el océano se sature de C02.

El C02 se incrementó a raíz de la Revolución Industrial. En 1850 formaba parte de la atmósfera en una proporción de 270 partes por millón en volumen (ppmv); hacia 1985 había ascendido a 340 ppmv. Otras cifras elocuentes: el C02 ha aumentado 25% durante el siglo XX; y entre 1958 y 1986 lo ha hecho en 10%. El incremento es exponencial, como se manifiesta en las medidas directas registradas continuamente desde 1958, sobre todo en el Observatorio de Mauna Loa, Hawai (figura V.1). Éste es el monitoreo más largo; en años posteriores se instalaron otros observatorios, siempre "lejos del mundanal ruido", o sea en islas remotas, regiones polares, etc., pues se trata de detectar la señal de fondo, limpia de las perturbaciones locales como conglomerados urbanos e industriales. En la curva de la figura V.1 se nota una oscilación intraanual regular: es la variación estacional debida a la vegetación, que crecida en verano fija C02 de la atmósfera y, degradada en invierno lo libera.

Figura V.1. Concentración del CO2 en la atmósfera registrada desde 1958 en Mauna Loa, Hawai. Los puntos son valores mensuales expresados en parte por millón en volumen (Tomado de Salem, 1990.)

Hay una estrecha relación entre el aumento de C02 y el consumo de combustibles fósiles, aunque la tasa de crecimiento de éste no ha sido constante: de 1860 a 1949 esta tasa fue de 4.2% anual, entre 1949 y 1973 se elevó a 4.5, y desde entonces bajó a 1.8% anual.

Con vistas al futuro, se ha tomado como incremento de referencia el 100%; es decir, se ha fijado la atención en la situación correspondiente a un contenido de C02 en la atmósfera que sea lo doble del actual. Estos estudios de sensibilidad de la nueva situación se hacen usando diversos métodos alternativos: extrapolaciones estadísticas, analogías históricas y modelos teóricos, siempre bajo ciertos escenarios planteados desde fuera. Naturalmente, los métodos seguidos por diversos autores difieren notablemente en su diseño, hipótesis, etc., y en consecuencia, sus resultados discrepan mucho.

Por lo anterior, el año calculado para que el C02 atmosférico se duplique respecto a su contenido presente va, dependiendo del autor, desde al año 2025 hasta el 2100, ubicándose el promedio en el año 2050.

ENTRANDO EN AMBIENTE

Es un hecho que el C02 de la atmósfera está aumentando desde hace más de un siglo, lo cual significa una anomalía positiva del EI y, en consecuencia,

producirá una anomalía del clima. Multitud de investigadores, usando gran variedad de modelos, han calculado el efecto climático del aumento del C02; la mayoría de estos cálculos corresponden a la duplicación de este gas.

Las principales variables climáticas calculadas son la temperatura (sobre todo en superficie), la nubosidad, la precipitación y la humedad del suelo. En este contexto, anomalías significa el incremento (positivo o negativo) que estas variables tendrán entre el caso presente y aquél cuando el C02 sea el doble del actual. Estos cálculos no son estrictamente predictivos, sino más bien de sensibilidad; pues aunque estuviéramos seguros de que para el año 2050 el C02 esté duplicado, estas anomalías no describen el clima que habrá a mediados del siglo XXI, ya que para entonces no sólo el C02 atmosférico, sino muchas otras cosas habrán cambiado en la atmósfera, el océano y el continente, y por lo tanto contribuirán a modificar el clima.

No se trata, pues, de predecir, sino de responder a preguntas, como: ¿Qué tal si el C02 se duplica (quedando intacto lo demás)? ¿Cómo sería el nuevo clima? ¿De cuánto serán las anomalías: aumento de temperatura, cambios de humedad, etc.? Se trata de evaluar la sensibilidad del clima frente a un forzamiento externo, que consiste en alterar arbitrariamente alguno (sólo uno) de los múltiples factores que lo determinan. Por ser más significativa, se fija uno en la anomalía de las variables climáticas, más que en el valor anormal mismo, o sea, en su diferencia: clima nuevo o anormal, menos clima actual o normal. P. ej., si la temperatura superficial típica (que ahora es 15°C) sube a 18°, hablamos de una anomalía positiva de 3°C.

CALENTANDO EL AMBIENTE

Por brevedad, identifiquemos con DT a la anomalía de temperatura superficial inducida por la duplicación de C02. Al revisar los resultados de DT emanados de los diversos modelos, encontramos que discrepan en su valor típico, su distribución geográfica y cronológica, etc. A continuación los analizamos.

El valor típico de DT se encuentra entre 1 y 4°C, a unque hay algunos fuera de estos límites. La figura V.2 muestra varias decenas de resultados obtenidos por diversos autores, con distintos modelos. En la figura observamos que... bueno, al menos estamos de acuerdo en el signo de DT; o sea, que al aumentar (al doble) el C02, seguramente se va a calentar la Tierra. Pero ¿cuánto? Pues, unos cuantos grados centígrados.

Figura V.2. Incremento de temperatura superficial (en grados centígrados) calculado para la duplicación del CO2 atmosférico usando modelos de balance de energía (EBM), modelos radiactivo-convectivos (RCM) y modelos de circulación general (GCM). Los resultados están numerados en orden cronológico: (1) Manabe y Wetherald (1967), (2) Manabe (1971), (3) Rassol Schneider (1971), (4) Weare y Snell (1974), (5) Manabe y Wetherald (1975), (6) Temkin y Snell (1976), (7) Augustson y Ramanathan (1977), (8) Rowntree y Walker (1978), (9) Ohring y Adler (1978), (10) Ramanathan et al. (1979), (11) Hunt y Wells (1979), (12) Ackerman (1979), (13) Potter (1980), (14) Wang y Stone (1980), (15) Manabe y Wetherald (1980), (16) Ramanathan (1981), (17) Charlock (1981), (18) Hansen et al. (1981), (19) Hummel y Kuhn (1981a), (20) Hummel y Kuhn (1981b), (21) Hummel y Reck (1981), (22) Hunt (1981), (23)Wang et al. (1981), (24) Chou et al. (1982), (25) Hummel (1982a), (26) Hummel (1982b), (27) Lindzen et al. (1982), (28) Schlesinger (1983), (29) Washington Meehl (1983), (30) Adem y Garduño (1984), (31) Wang et al. (1984), (32) Somerville y Ramer (1984), (33) Lal y Ramamathan (1984), (34) Washington y Meehl (1984), (35) Hansen et al. (1984), (36) Ou y Lion (1985), (37)Gutowski et al. (1985) y (38) Wetherland y Manabe (1986). ( Tomado de Tricot y Berger, 1987, donde aparecen todas esas referencias.)

Ahora preguntaríamos: ¿Este aumento de temperatura se presentará parejo en todos lados y todo el año? Resulta que no. Claro que algunos autores o modelos sólo calculan el valor típico. Analizando los resultados de los que sí dan la distribución espacio temporal, encontramos cosas interesantes. Comencemos por lo que nos une; luego hablaremos de lo que nos divide. La gran mayoría coincidimos (¡oh desgracia!) en que DT se agranda, por un factor

como de 3, del ecuador a los polos; esta amplificación del efecto se debe sobre todo a la retroalimentación por la criosfera. O sea que el calentamiento mayor se dará en las latitudes altas, ocasionando un derretimiento significativo de los casquetes polares y su consecuente elevación del nivel del mar.

Entrando en más detalles de la distribución geográfica de DT, el consenso desaparece, aunque aparentemente el calentamiento es más fuerte en los continentes (principalmente tierra adentro) que en el océano. En cuanto al ciclo anual del calentamiento, la mayoría de autores ubica al máximo DT en invierno, sin faltar quienes lo tienen en otras estaciones.

Los gases traza (GT) de la atmósfera son numerosos, sobresaliendo el metano (CH4), el óxido nitroso (N20) y los clorofluorocarbonos (CFCS). El CH4 es producido principalmente por el ganado y los arrozales; el N20 por bacterias y fertilizantes. Los CFCS son famosos porque destruyen la capa de ozono (03) estratosférica, que protege a la Tierra de la radiación ultravioleta; pero también tienen culpa en el EI.

Los GT son esencialmente antropógenos —p. ej., en 1950 no había CFCS— y, en conjunto, están presentes en la atmósfera en una proporción cien veces menor que el C02. Sin embargo, la rapidez con que están aumentando y su eficiencia radiacional son tales que producirán un calentamiento similar al causado por C02. Es decir, si la duplicación del C02 causará por sí sola un aumento de temperatura de 2°C, para entonces los GT se habrán incrementado también, reforzando el calentamiento con dos grados adicionales; resultando finalmente un DT de 4°C.

REGRESANDO A CASA

En la figura V.2 aparece un resultado nuestro de 1984; está etiquetado con el número 30, y nuestro Modelo Termodinámico del Clima (MTC), catalogado como de balance de energía, pero nosotros preferimos considerarlo termodinámico. Ahí se ve que, para la duplicación del C02 atmosférico, el MTC calcula un aumento de temperatura típico de entre 0.9 y 1.4°C; el intervalo de valores proviene de la gama de opciones de modelación.

Hemos seguido corriendo experimentos numéricos, y desde 1984 el MTC ha sido enriquecido y refinado en varios aspectos, destacando la incorporación de un mecanismo de retroalimentación que no tenía (el de opacidad a onda larga por el vapor de agua atmosférico) y la modificación del de nubosidad. Con esta nueva versión, el incremento de temperatura superficial resulta de 1.5-2°C. Hay más mejoras al MTC en marcha, continuamos calculando el calentamiento global y creemos que el incremento de temperatura permanecerá dentro de este intervalo.

Nuestros resultados para otras variables son preliminares, como inciertos lo son entre los distintos modelos que se usan en el mundo; habremos de refinar el MTC en esos aspectos para calcular precipitación, humedad del suelo, etcétera.

Para todas las variables, el MTC despliega campos mensuales del HN; nuestros avances próximos, esperados en general para todos los modelos, incidirán en mejorar la resolución espacio temporal de los resultados. Es imperativo lograr consenso en las estimaciones de los diversos componentes del cambio climático esperado a escala regional y estacional.

La falta de consenso entre los diferentes autores al calcular el calentamiento global y su desacuerdo con los registros históricos son consecuencia de las deficiencias científicas y tecnológicas de la modelación del clima en general y del MTC en particular. Esas deficiencias están señaladas en diversos contextos a lo largo de este libro, y no las repetiremos aquí.

OTROS EXCESOS

Además del calentamiento climático, e inducidas por él, la duplicación del C02 atmosférico va a causar otras alteraciones. Tal vez la más llamativa es la elevación del nivel del mar, calculada entre 30 cm y 1 m, debida a tres causas: la fusión parcial de los casquetes polares, la expansión térmica del océano (porque las cosas se dilatan al calentarse) y la explotación masiva de los mantos freáticos (insuficientemente recargados), cuyas aguas finalmente van a dar al mar, por lo cual éste cubriría algunas regiones costeras bajas, provocando pérdida de terreno cultivado o habitado; también demandaría ajustes en instalaciones portuarias, etcétera.

Naturalmente, todos estos cambios no se presentarán de la noche a la mañana, sino a lo largo de décadas.

Otras consecuencias climáticas, de gran impacto socioeconómico, son las relativas a la humedad. Numerosos autores han calculado la anomalía de precipitación; pero los resultados discrepan más que los correspondientes a la temperatura. La anomalía calculada por un autor dado varía de signo geográfica y estacionalmente; tampoco concuerdan en signo las anomalías típicas calculadas por distintos autores. Es decir, el aumento de C02 producirá, según algunos investigadores, más precipitación en ciertos lugares y épocas del año, y menos en otros; mientras que otros investigadores reportan resultados distintos.

En realidad, la precipitación es uno de los componentes más problemáticos en la modelación del clima; esta complejidad se debe básicamente al hecho de que la condensación es un fenómeno microfísico fuertemente influido por la dinámica meteorológica y, en cambio, los modelos climáticos manejan variables promediadas en periodos del orden de un mes (resolución temporal) con puntos de malla que distan entre sí cientos de kilómetros (resolución espacial). Por lo tanto, en esta escala no es posible establecer una relación causal simple entre temperatura y precipitación. Como se dijo en el capítulo IV, un calentamiento del clima puede provocar un aumento de lluvia, o... una disminución.

Curiosamente, en varios resultados sobre anomalía de precipitación, por aumento de C02, el territorio mexicano aparece partido por la isolínea cero;

pero el signo de la anomalía difiere de un modelo a otro. De manera que unos autores prevén más lluvia en la parte norte del país y menos en la sur; mientras que otros calculan lo contrario.

Otra variable, de gran importancia agrícola, evaluada por los modelos es la humedad del suelo, que tiene que ver con la resta de precipitación menos evaporación. Naturalmente, los resultados de esta anomalía presentan discrepancias semejantes o peores que las de la lluvia.

Otros efectos del aumento del C02 son de tipo dinámico; parece que un clima más caliente producirá meteoros más vigorosos. En particular se espera que las zonas ciclogénicas (donde nacen los huracanes) se ampliarán algo hacia los polos, pues el océano será más cálido y la temperatura mínima necesaria para que se formen los ciclones se presentará en zonas que ahora no la tienen. Por la misma razón, los huracanes podrán ser más numerosos e intensos, y alcanzarán latitudes mayores que las actuales, ya que las altas temperaturas del mar requeridas para mantenerlos, se extenderán geográficamente.

Según algunos investigadores, una posible consecuencia del calentamiento global sería un clima más irregular e incluso extremoso, montado en una línea base de temperatura un poco mayor que la actual; habría episodios más cálidos y gélidos que ahora, más sequías e inundaciones, etcétera.

LA SEÑAL Y EL RUIDO

Se ocurre preguntar: ¿Ya se nota el calentamiento global? Es decir, dado que el C02 está aumentando claramente desde hace siglo y medio, y que este aumento debe calentar el clima, ¿se ha detectado ya este incremento de temperatura? Pues... sí y no, lo más seguro es que quién sabe.

Concretando, una parte de quienes investigan esto está convencida de que la temperatura global va creciendo desde la Revolución Industrial, otra parte cree que no, y el resto prefiere no comprometerse. El hecho es que no hay consenso. Ciertos registros históricos insinúan temperatura ascendente, otros lo contrario, y la mayoría muestra irregularidad: decenios calientes y fríos en sucesión.

En seguida presento ejemplos de estos anales, para que el lector mismo se convenza de que no hay nada claro y de que en el "mejor" de los casos, el aumento general de temperatura es ínfimo.

Por orden de aparición van primero algunas gráficas que sugieren calentamiento. En la figura V.3 aparece un registro global que combina la temperatura del aire continental y de la superficie del mar, abarcando de 1860 a 1989; se trata de la anomalía respecto del promedio de 1951-1980, que viene siendo la normal de referencia. ¿Qué apreciamos? Hay cierta tendencia hacia arriba en el periodo completo. Pero esa tendencia no es monótona: a veces sube y a veces baja; mientras que el aumento de CO2 sí es monótono, en particular el de 1958 en adelante (figura V.1), periodo en el cual la temperatura primero decrece (hasta 1975 ) y luego crece.

Figura V.3. Desviación de la temperatura global, en grados centígrados respecto del promedio para 1951-1981, durante el periodo 1961-1989. Las barras muestran los valores anuales y la curva es el resultado de aislarlos. (Tomado de World Meteorological Organization/United Environment Programme, 1990.)

Incluso, si aproximáramos una curva monótona a la figura V.3 el aumento de temperatura en esos 130 años es apenas como de 0.5°C. Tan pequeño e irregular calentamiento es indetectable por sensación personal; imposible justificar expresiones como: "Recuerdo que cuando era joven hacía más frío."

Bien, ¿y qué dicen los modelos cuando los corre uno "hacia atrás"? O sea, dado el aumento de C02 desde la Revolución Industrial hasta el presente, ¿cuánto se calcula que debió haber aumentado la temperatura? Respuesta: entre 0.5 y 2.5°C. Por lo tanto, en el mejor de los casos, la realidad anda apenas rascando por abajo el valor calculado.

"Claro —dirían ustedes—, es que en 13 décadas no sólo ha cambiado el contenido de C02 en la atmósfera, también lo han hecho otros componentes de ella; además, el sistema climático tiene oscilaciones naturales y perturbaciones externas como las erupciones volcánicas." Y tendrían razón. Al examinar la figura V.3 uno concluye de nuevo que "lo único constante del clima es su variabilidad". En años consecutivos la temperatura puede dar un brinco, luego puede permanecer abajo... o arriba en varios sucesivos; también puede registrarse una sucesión de años en que la temperatura va para arriba y otra al revés, etc. En otras palabras, la señal que uno busca (en este caso el calentamiento global monótono) se oscurece por el ruido estadístico (la variabilidad natural del sistema).

Éste es el gran problema cuando uno trata de detectar el calentamiento por invernadero. Adicionalmente, hay problemas de medición; en un siglo y medio los instrumentos, las técnicas y los observatorios para medir las variables climáticas han cambiado tremendamente, sobre todo han aumentado en cantidad y calidad. A lo mejor a veces "detectamos" un cambio climático que es más bien un cambio de aparatos de medición, o "descubrimos" cosas que ya

existían pero antes no se registraban; en particular, algunos escépticos creen que el "calentamiento global registrado" proviene de los nuevos observatorios, generalmente ubicados en ciudades, o del crecimiento de éstas, que han convertido en urbanos a algunos observatorios anteriormente rurales. En ambos casos lo que estamos viendo es el calentamiento local —no el global— claro que lo global es la suma de lo local, ... pero que estos sumandos provengan parejo de todos lados: del N y del S, de océano y continente, de áreas pobladas y despobladas, etc. Vulgarmente diríamos: "Lo que es parejo no es chipotudo."

Este aumento de la temperatura local, consecuencia de la urbanización, es la famosa "isla de calor", de la que hablaremos en el capítulo IX.

PARA QUE TANTO BRINCO

Análogamente a la figura V.3, las figuras subsecuentes muestran la anomalía de temperatura (eje vertical) en algún periodo histórico (horizontal); naturalmente la anomalía se calcula respecto de una normal, que es el promedio en un cierto intervalo de tiempo dentro del periodo graficado; p. ej., en la figura V.3 ese intervalo es 1951-1980. Por simplicidad, en las figuras V.4-V.7 no especificamos el intervalo (a veces menor de 30 años) en que se calculó la normal de referencia; después de todo, lo que nos interesa es el cambio de temperatura, más que la temperatura en sí.

La figura V.4. tiene dos partes: la superior es una gráfica de la temperatura del aire superficial continental en el HN y la inferior una de la superficie del océano global; ambas van a lo largo del siglo XX. Aunque el periodo abarcado es menor que el de la figura V.3, estas curvas muestran un comportamiento semejante a aquélla y confirman lo dicho para ella.

Figura V.4. Registros de temperaturas a lo largo de este siglo; ambos son desviaciones, en grados centígrados, respecto de un promedio. La parte superior es la temperatura del aire superficial en los continentes del hemisferio norte y la inferior es la temperatura de la superficie del océano global. (Tomado de World Meteorological Organization, 1985.)

Para entender las figuras siguientes hace falta una explicación previa. Como dijimos en la sección anterior, los datos son más confiables en cuanto son más nuevos; por eso los que mostramos en seguida abarcan periodos más cortos.

Un gran avance en la observación del clima fue la radiosonda, inventada hace medio siglo. Este instrumento permite medir las variables meteorológicas en las capas superiores del aire, aportando la tercera dimensión (vertical) para describir la atmósfera, que hasta entonces sólo contaba con información bidimensional (horizontal).

Por otro lado, al mismo tiempo que los gases de invernadero calientan la superficie y la troposfera, enfrían las capas superiores (estratosfera). Esto es así porque al atrapar en los niveles bajos a la radiación de onda larga (ascendente), ésta deja de llegar a los niveles altos. Por lo tanto, es de esperarse que el aumento del C02 caliente la troposfera y enfríe la estratosfera; esto se detectaría en los registros de radiosondeo, como los de las figuras V.5 y V.6.

La figura V.5 abarca de 1958 a 1982, y tiene tres partes: en la inferior va la temperatura del aire a 20.6 km snm y al centro la correspondiente al nivel de 9.2 km. ¿Y qué observamos? Pues... en la estratosfera (20.6 km) se cumplen las expectativas: la temperatura tiene un descenso general en este cuarto de siglo. Pero en la troposfera (9.2 km) la temperatura no presenta ninguna tendencia clara; el ascenso esperado es inapreciable.

Claro que si nos fijarnos en la diferencia entre ambas temperaturas, la señal debe reforzarse; es decir, si la temperatura estratosférica disminuye y la troposférica aumenta, entonces la resta de la primera menos la segunda debe bajar más intensamente. Esta diferencia está graficada en la parte superior de a figura V.5 y efectivamente muestra un descenso un poco más pronunciado.

Figura V.5. Desviación de la temperatura del aire, valores anuales en grados centígrados, de 1958 a 1982. Corresponden a verano. Con datos de sondas de tipo USWB y en diversos niveles: de abajo hacia arriba, la estratosfera (20.6km snm), troposfera (9.2 km) y la diferencia entre ambas. Tomado de Parker, 1985.)

Figura V.6. Desviación, en grados centígrados, de la diferencia de temperaturas estratosférica menos troposférica, con datos de observatorios del hemisferio norte que usan sondas distintas a las USWB. El periódo registrado es 1957-1982; la parte superior es para verano y la inferior para invierno. (Tomado de Parker, 1985.)

En la figura V.5 se da la información de verano, promedio de catorce observatorios repartidos en el mundo, que usan sondas del tipo USWB (Servicio Meteorológico de EUA). Esta discriminación de instrumentos resulta interesante, pues permite ver el efecto del tipo de sensor usado. La figura V.6 muestra el registro promedio de ocho observatorios del HN que no usan sondas USWB sino de otro tipo. En ambas partes de esta figura se grafica la misma variable que en la parte superior de la figura V.5, o sea la diferencia de temperaturas estratosférica menos troposférica. Según la expectativa (cumplida en la figura V.5), las curvas de la figura V.6 debieran descender, pero no es así; en verano (parte superior) no hay ninguna tendencia significativa, y en invierno (inferior) el descenso es muy leve. Parece que la "concordancia" con lo esperado, manifestada por las sondas USWB (figura V.5), se debe más a modificaciones de diseño instrumental (que efectivamente tuvieron esas sondas en los años sesenta) que a un cambio climático real.

Por último, la figura V.7 muestra la temperatura del aire superficial entre 1950 y 1986. Su ámbito geográfico es, de arriba a abajo: el globo, Europa y la región que comprende el centro oeste de EUA y el norte de México. Los puntos gruesos marcan el valor estacional, pero como esta variable brincotea mucho, se alisa con cierta promediación y resulta la línea gruesa. La temperatura global y la de Europa no muestra tendencia alguna, y la de Norteamérica insinúa incluso un descenso, contrario a la expectativa del efecto invernadero.

Figura V.7. Desviación en grados centígrados, de la temperatura del aire superficial, en 1950-1986. El valor global está en la parte superior, el correspondiente a Europa en la central y el de la región que abarca el norte de México y el centro y oeste de EUA aparece en la parte inferior, Los puntos gruesos son los valores estacionales y la línea continua resulta de promediarlos. (Tomado de Hansen y Lebedeff, 1987.)

ESCALOFRÍOS

Los registros históricos discrepan entre sí en muchos e importantes aspectos, pero concuerdan en un calentamiento sistemático de 1970 a la fecha. Sin embargo, las causas de este aumento de temperatura, y en general del observado tenuemente desde hace siglo y medio, permanecen oscuras. El de estas dos décadas bien pudiera ser una oscilación natural del clima, como el calentamiento registrado entre 1910 y 1940, al cual seguiría un periodo de enfriamiento. O a lo mejor sí es el calentamiento global, ... con "resfríos" entrometidos.

El más desconcertante de estos resfríos es el siguiente. Contra la tendencia global, el Ártico (no ilustrado aquí) registra desde hace varios lustros una disminución regular de temperatura, sobre todo en invierno. Esto es una "cubetada de agua helada" sobre las expectativas del calentamiento global; doblemente adverso (para los modelos, afortunado para la naturaleza), porque es consenso teórico que el calentamiento global debe amplificarse hacia los polos y en invierno (¡?).

Mucha gente cree que el adelgazamiento de la capa estratosférica de ozono es la causa del calentamiento global, por dejar entrar más Sol a la Tierra. Esta creencia es errónea; la obstrucción de los rayos solares térmicos por el 03 es insignificante; su opacidad a la radiación terrestre es mayor, aunque pequeña; en todo caso el "hoyo" de 03 enfriaría levemente el clima. En efecto, algunos investigadores afirman que éste es uno de los factores que nos impiden distinguir la señal del EI —lo contrarresta—. Los aerosoles (partículas sólidas y líquidas suspendidas en la atmósfera) de origen artificial actúan en el mismo sentido: reflejan los rayos solares y, por lo tanto, también enfrían levemente el clima.

El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (UNEP) ha tratado de concientizar al mundo sobre el aumento del EI, sus consecuencias climáticas y sus repercusiones socioeconómicas. Para el día mundial del medio ambiente (5 de junio) difundió, en 1989, la consigna "Alerta mundial: la Tierra se calienta". Adicionalmente, produjo un estudio en que advierte una elevación del nivel del mar de 1.5 m para el año 2090. De un análisis posterior de la Organización Meteorológica Mundial y de la UNEP parece que se exagera en estas previsiones y es más realista que el mar subirá unos 30 cm para mediados del siglo XXI.

Aparte de tener una gran variabilidad natural, el clima posee enorme inercia térmica. Ambas propiedades nos impiden detectar fehaciente y oportunamente el calentamiento global que tal vez ya esté en marcha. Quizá cuando se note

convincentemente ya sea tarde para evitarlo; ojalá no lo sea para adaptarnos a él.

El incremento del EI tiene muchos críticos y escépticos; la moda del calentamiento global no está exenta de implicaciones políticas convenencieras. Algunos investigadores acusan a otros de pretender hacer del EI "petate del muerto" para alarmar a la opinión pública y conseguir financiamiento. Además, ciertos países desarrollados tratan de culpar a los subdesarrollados por la deforestación y la sobrepoblación; la verdad es que EUA (con el 5% de la población mundial) produce el 25% del C02, pues —por ejemplo— un estadounidense consume 33 veces más energía que un hindú; en cambio, toda la deforestación del mundo aporta sólo el 10% del C02.

Para poner remedio a problemas como éstos, la ONU convocó a la Conferencia Internacional sobre Medio Ambiente y Desarrollo (llamada también Cumbre de la Tierra y Eco 92), realizada en Río de Janeiro, Brasil, en junio de 1992. De esta conferencia resultaron dos documentos: la Convención sobre Cambios Climáticos y la Convención de Biodiversidad. La primera pretendía estabilizar para el año 2000 la emisión de gases de invernadero, pero quedó tan vaga que parece más bien una declaración de buenas intenciones. EUA no firmó la Convención sobre Biodiversidad. Además, ninguna de las dos estipula detener la deforestación del mundo y emprender su reforestación.

El problema es real: estamos alterando la composición de la atmósfera; no hay que crear alarma pero sí conciencia. Es probable un cambio antropógeno del clima y va a costar caro evitarlo o adaptarse a él; es más barato estudiarlo para estar (más) seguros de lo que va a ocurrir. En las próximas décadas puede haber un cambio climático tan fuerte como los que en el pasado geológico tenían lugar en miles de años. Es necesario reforzar las investigaciones del clima: monitorearlo para detectar con certeza sus cambios antropógenos y llegar pronto a un consenso sobre el calentamiento futuro y sus consecuencias.

VI. MODELANDO RÍTMICAMENTE

¿Hablan los cielos en alguna ocasión? Las cuatro estaciones llegan y pasan y todas las criaturas medran y crecen. ¡Hablan los cielos en toda ocasión! Chung Yung, HSÜN-TZU, siglo III a.C.

EL QUE NO CALCULA, ESPECULA

EN CAPÍTULOS anteriores hemos dado ejemplos de especulaciones absurdas o contradictorias. Especular significa sacar conclusiones por medio de razonamientos simples, reduccionistas, generalmente cualitativos y frecuentemente infundados. Tratar de explicar y predecir el clima de esta manera es casi perder el tiempo.

Creo que de los capítulos precedentes queda claro que el sistema climático es muy complejo, pues en él participa gran cantidad de parámetros, variables e interacciones. Es decir, el clima es la combinación de muchos procesos acoplados, los cuales son principalmente físicos, pero también los hay químicos, biológicos, sociales, etcétera.

Recordemos dos ejemplos de especulaciones absurdas: primero, dado que el 3 de enero es cuando el Sol está más cerca de la Tierra, ese día ha de ser uno de los más calurosos del año; y segundo, como al ascender a una alta montaña nos acercamos al Sol, allá debe hacer más calor.

Recordemos un ejemplo de especulación contradictoria: a más calor, más lluvia (en casi todo México el tiempo de aguas es en verano), pero un californiano o un mediterráneo dicen lo contrario; ... es que el calor evapora agua de la superficie y este vapor luego se condensa y precipita; ... pero el vapor de la atmósfera sólo se condensa cuando se enfría (por expansión adiabática y otros mecanismos); entonces el frío puede propiciar la precipitación.

Las deducciones simplistas también confunden causa y efecto: es común que donde llueve mucho haya vegetación exuberante; pero no es claro si en un sitio particular hay árboles porque llueve o llueve porque hay árboles. Es bien conocido el hecho de que en el Sahel (margen meridional del Sahara) hay sequía desde hace varios años, y junto con ella hay deforestación, causada principalmente por pueblos nómadas que se desplazan hacia el sur con sus rebaños en busca de pastura. Comúnmente se achaca a los pastores la culpa de la sequía (... a más de corneados, apaleados); se supone que acabar con las plantas da al traste con la lluvia. Sin embargo, y yo le voy más a esta versión de los hechos, recientes investigaciones apuntan en sentido contrario: la sequía (una fluctuación persistente del clima a gran escala) obliga a los sahelianos a emigrar al sur tras la vegetación, la cual es arrasada por sus ganados y por lo tanto el desierto crece. Como reza un antiguo aforismo: "Sequía genera sequía."

NADIE SABE CÓMO ALIVIA, TODOS SABEN QUE SÍ ALIVIA

Con esta frase se anunciaba un popular medicamento; queriendo decir que si lo ingiere se compone, aunque se ignore la relación causa-efecto o el principio biomédico que sustenta la curación.

También a veces se procede así en la ciencia. Alguien descubre que cuando pasa cierta cosa allá, pasa otra acá; sin relación de causalidad explícita. Veamos un ejemplo: se habla mucho de que las alteraciones (en cosa de años) de la actividad solar afectan al clima; esa actividad incluye las manchas solares, las ráfagas, etc. En realidad, esas variaciones del Sol producen

cambios en la radiación recibida por la Tierra; pero son tan pequeños en intensidad y duración que no es obvio cómo pueden afectar al clima. Tal vez sí haya una conexión física de causa-efecto; pero hasta ahora no es clara, posiblemente por falta de conocimientos; o quizá no hay tal causalidad y es sólo casualidad; o tal vez esas correlaciones no son significativas. Algunos piensan que con artificios estadísticos se pueden encontrar cosas raras como, por ejemplo, una correspondencia entre el color de la camisa que trae hoy (usted lector, aquí en México) y la lluvia que caerá mañana en los Montes Urales.

Sin embargo, aunque la magnitud de la causa parezca insignificante comparada con la del supuesto efecto, es posible un vínculo físico real entre ellos, un gatillo, o sea, un mecanismo de disparo que desencadena un proceso que estaba a punto de ocurrir y sólo le faltaba un empujoncito. P. ej., la gota que derramó el vaso, la chispa que inició el incendio, o también la mecha de un explosivo y el soplo que derrumba un castillo de naipes.

NUBE EN EL CERRO, SEÑAL DE AGUACERO

Las escalas de espacio y tiempo en los diferentes fenómenos meteorológicos y climáticos deben diferenciarse claramente y no revolverse. Como muestra tenemos los siguientes casos: los cambios de temperatura a lo largo de un día tienen que ver con la inercia térmica del suelo y del aire, los cuales reaccionan rápidamente al frío y al calor; en cambio, la variación de temperatura a lo largo del año tiene que ver con la inercia térmica del océano, el cual reacciona lentamente. La gente sabe de qué rumbo vienen las nubes que traen lluvia a su pueblo o colonia; pero esa regla falla cuando trata de aplicarse al país completo.

Otros ejemplos: uno, para explicar la diferencia entre el clima actual y el de la segunda mitad del siglo XVII no hay que fijarse en la deriva continental, que sólo tiene importancia en una escala de cientos de millones de años; otro, hasta hoy la contaminación no afecta significativamente el clima global, pero sí el de una ciudad.

Incluso los refranes, cuando tratan asuntos del clima, pierden universalidad. V. gr., el que dice: "Nube en el cerro señal de aguacero, nube en el llano señal de verano." Este proverbio es tal vez de origen español, y por lo tanto sólo se aplica a climas de régimen mediterráneo (cuyo tiempo de aguas se da en invierno), pues en climas monzónicos (como el que rige en la mayor parte de México) los aguaceros son en verano, por lo que no se cumple la segunda parte del refrán, que quiere decir que las nubes en el llano son señal de que no va a llover. De cualquier modo, su primera parte es válida allá y acá. La nube (niebla) en el llano es producto de una inversión térmica somera originada, según se vio en el capítulo III, por irradiación nocturna debida al cielo raso, que —de día— ocasionará calor.

Retomando la relación entre vegetación y clima, a escala espacio-temporal amplia sí existe; evidentemente, deforestación y sequía van juntos. Pero ¿cuáles son las escalas mínimas para esta correspondencia? ¿A poco si voy y

arraso 1 km² de selva en el Amazonas, a partir del día siguiente aparece en el cielo un hueco de 1 km² siempre raso, y entonces deja de llover en ese claro? O lo opuesto, si voy y planto con riego artificial 1 km² de selva en el Sahara, ¿aparece encima una nube del mismo tamaño que va a traer lluvia regular sobre el predio forestado?

LA AFICIÓN AL MODELISMO

Debido a la complejidad del sistema climático, su estudio científico (racional, objetivo y cuantitativo) sólo es posible por medio de modelos fisicomatemáticos.

En el aeromodelismo, un avión a escala de ningún modo tiene, en chiquito, todas las características del avión verdadero; de hecho, sólo se reproducen algunos componentes y funciones, según el fin buscado. Un avioncito con fines decorativos únicamente copia del original su aspecto (el fuselaje, a lo mejor también el interior, incluso con puertitas que se abran, etc.); en cambio, un avioncito destinado para volar, imita del avión real algunas funciones (principalmente elevarse con motor propio), además de la apariencia; pero aun el más refinado modelo carece de un piloto inteligente dentro del avioncito. Otro tipo de modelo de un avión es el proyecto del mismo, previo a su construcción; éste incluye simulación computacional, planos e incluso una maqueta con fuselaje de tamaño natural; pero de ninguna manera el proyecto es el autentico avión.

Análogamente, un modelo del clima no incluye todos los parámetros, variables e interacciones del sistema climático. Se trata de una representación, resultado de un trabajo de abstracción, de algunos de los componentes y funciones del sistema. Consiste en un conjunto de leyes y relaciones físicas, expresadas por medio de ecuaciones matemáticas, las cuales configuran los mecanismos más relevantes del clima.

Por lo tanto, la aptitud del modelador (creador del modelo) debe incluir una visión amplia del clima, conocimiento de las leyes físicas pertinentes, intuición para escoger unos cuantos procesos para ser incluidos y habilidad matemática para manejar y resolver las ecuaciones.

Aun un modelo simple es matemáticamente complejo. Las ecuaciones deben resolverse numéricamente, alimentadas con gran cantidad de cifras, resultantes de observaciones climáticas; esto constituye un problema formidable de procesamiento de datos.

Los primeros modelos del clima surgieron apenas en décadas recientes; esta tardanza se debió a limitaciones en la tecnología (no en la ciencia) de la modelación. Las deficiencias tecnológicas que habían obstaculizado la modelación fisicomatemátíca del clima se refieren a la disponibilidad y el procesamiento de datos. La aparición en los años cincuenta y sesenta de dos instrumentos —el satélite y la computadora— vino a resolver esas deficiencias.

Los datos necesarios para correr (resolver computacionalmente) un modelo son mediciones sistemáticas de numerosas variables físicas y deben cubrir todo el globo (o buena porción de él) y varios años (a veces décadas) de registro. Los satélites satisficieron esta necesidad en dos aspectos: primero, con los meteorológicos, que toman datos desde su órbita, abarcando gran parte del planeta y, segundo, con los satélites de comunicación, que concentran y distribuyen este acervo informático.

Esta multitud de datos ha de ser manipulada con intrincadas fórmulas, para lo cual son indispensables las computadoras de gran capacidad. Lewis F. Richardson, físico británico, desarrolló en los años veinte un modelo meteorológico; pero falló al aplicarlo, pues se tardaba tres meses en realizar las operaciones aritméticas para pronosticar el tiempo del día siguiente. Imagínese, lector, el enorme riesgo de cometer un error en esos cálculos titánicos, hechos con artefactos manuales. En consecuencia, no es de extrañar que la primera aplicación de la primera computadora, creada en 1950 por John von Neumann en la Universidad de Princeton, EUA, haya sido un pronóstico meteorológico por medio de un modelo fisicomatemático; dado que para entonces algunos modelos estaban suficientemente desarrollados, listos para ser corridos en un poderoso dispositivo computacional.

El siglo pasado registra un antecedente más trágico y heroico que el de Richardson: el suicidio del capitán Robert Fitz Roy, que había conducido el barco Beagle en su famosa travesía con Charles Darwin a bordo, ya retirado de la navegación y estando a cargo de la oficina meteorológica de la Marina Real Británica, "La ruina económica, seguida de una incomprensión total por parte del almirantazgo de sus ideas de que el clima era susceptible de predicción, lo llevaron a un estado de depresión tal que acabó cortándose las yugulares" (J. Sarukhán, Las musas de Darwin, La Ciencia desde México, núm. 70, México, FCE, p. 236).

Es bien conocida la obsesión británica por el tiempo en sus dos acepciones. Si mal no recuerdo, fue Jorge Ibargüengoitia el que dijo: "La gran aportación de los ingleses a la convivencia humana fue haber descubierto el clima como tema de conversación."

JUNTOS PERO NO REVUELTOS

En la sección anterior revolvimos clima y tiempo meteorológico, conceptos que habían sido deslindados desde la introducción. Ahora desenredamos este embrollo.

Efectivamente, tiempo meteorológico y clima son cosas diferentes; sin embargo, coinciden en algunos aspectos. Ambos se aplican a la atmósfera, aunque la física del clima incorpora el océano como el gran regulador. Un pronóstico meteorológico alude sólo a las condiciones atmosféricas (generalmente del día siguiente); en cambio, uno climático debe incluir en su predicción (a plazo de un mes o más) variables como la temperatura del océano, la extensión de los casquetes helados, etc. Para ambos pronósticos se usan modelos fisicomatemáticos.

La ciencia y la tecnología comprometidas son semejantes en modelos meteorológicos y climáticos. La física concerniente es conocida desde hace muchas décadas. La complejidad matemática y los problemas tecnológicos (disponibilidad y procesamiento de datos) son análogos en ambos.

Históricamente, la preocupación por modelar el tiempo de modo científico antecedió a la del clima. De este modo, y como lo dijimos arriba, en 1950 se resolvió el primer modelo meteorológico; en cambio, hasta los primeros años de la década de 1960 surgieron los primeros de tipo climático. De hecho el Modelo Termodinámico del Clima (MTC), creado por el científico mexicano Julián Adem, fue pionero mundial y apareció en 1962.

Para referirme genéricamente a ambos tipos de modelos, uso el apelativo climático; no encuentro otro mejor, ya que modelo atmosférico dice muy poco cuando se trata del clima. Sin embargo, reconozco mi deformación profesional al imponer yo, físico del clima, que éste incluye al tiempo meteorológico, lo cual tampoco es cierto. En fin, sólo es cuestión de nombres.

CAMBIANDO DE AIRES

En la atmósfera —o más propiamente, en el sistema climático— ocurre un cúmulo de fenómenos de naturaleza física, química, biológica, etc. El tiempo y el clima están determinados principalmente por los de tipo físico, entre los cuales hay mecánicos, térmicos, eléctricos, ópticos, etc. De éstos, los dos primeros son los fundamentales; incluso va cada quien con su cada cual: la meteorología es esencialmente mecánica (llamada también dinámica) y la física del clima es termodinámica.

Efectivamente, el tiempo meteorológico, o sea los cambios atmosféricos en horas, están gobernados por la circulación troposférica y los movimientos de masas de aire; es decir, procesos dinámicos. En estos lapsos no hay tiempo para que el calor entre o salga del aire; o sea que estos procesos son adiabáticos: no implican intercambio de energía térmica. Sin embargo, la temperatura puede variar en un determinado lugar geográfico por desplazamiento del aire. P. ej., cuando un buen día baja la temperatura es porque una masa de aire más frío desplazó a la que estaba ahí la víspera. Esto sucede con los nortes, como los de Veracruz: una masa de aire polar continental viaja desde Canadá hasta las costas jarochas, y a veces sus efectos llegan al altiplano. Algo parecido pasa con la humedad: luego de unos días secos se presenta uno llovedor; esto puede deberse a la entrada de aire marítimo tropical, proveniente del Caribe o del Pacífico.

Por lo tanto, generalmente el tiempo cambia porque cambiamos de aire y sin necesidad de movernos estamos dentro de distintas masas de aire. Otras alteraciones drásticas del tiempo son producidas por un huracán, meteoro básicamente dinámico que se presenta en un lugar durante uno o dos días.

MONTADOS EN UN SUBIBAJA, CON MUCHOS DESVÍOS

En la sección anterior se afirmó que en cosa de horas o un día el (mismo) aire ambiente no se calienta ni enfría. Usted, lector, ya se habrá dado cuenta de que esto no es verdad, pero en cierto sentido sí lo es. Veamos.

En efecto, como ya se dijo en el capítulo I, al mediodía la temperatura ambiente (la que mide un termómetro a la sombra) es notablemente mayor que en la madrugada; o sea que el aire tiene más energía interna; es decir, se introdujo calor en él durante la mañana. Naturalmente, también acontece el proceso inverso: durante la tarde y noche el aire pierde calor y se enfría.

Por otro lado, hay que aclarar que la temperatura ambiente es sólo uno de tantos factores que determinan la temperatura corporal y nuestra sensación de frío o calor. Algunos de esos otros factores son físicos y externos a nuestro cuerpo; v. gr., al Sol o en la sombra la temperatura del aire es casi igual, pero expuesto a los rayos directos nuestro cuerpo recibe calor por radiación, adicional a la conducción de calor entre nuestro cuerpo y el aire que lo rodea (ropa de por medio). No obstante, y como se expuso en el capítulo III, además de la radiación y la conducción, hay una tercera manera de transferir calor: la convección. Ésta se manifiesta cuando el aire se mueve y se lleva calor de nuestro cuerpo, por eso el viento (natural, por un ventilador, etc.) nos refresca. Claro que, como explicamos en el capítulo I, este descenso de nuestra temperatura se debe más a la evaporación del sudor (aumentada por el viento) que al calor sensible que se lleva el aire.

Siguiendo la digresión, viene al caso algo sobre la ropa. El propósito primordial de vestirnos es interponer un aislante entre nuestro cuerpo y el ambiente. (Claro que la indumentaria responde también a otros propósitos: vanidad, adorno, jerarquía, pudor, etc.) En el nuestro, como en la mayoría de los climas, la ropa evita que el cuerpo pierda calor, pues el ambiente está más frío. Para refrescarnos, aligeramos nuestra vestimenta y así el cuerpo lo pierde en mayor cantidad. Pero ¿qué pasa cuando la temperatura ambiente es mayor que la de nuestro cuerpo (37°C)? En este caso quitarse ropa n o refresca, ahora hay que aislarse con la finalidad opuesta; o sea, ponerse ropa gruesa para que el calor exterior no se introduzca al cuerpo y éste mantenga su frescura (¡de 37°C!) aislado de la temperatura ambiente de 40°C o más. E so hacen justamente los beduinos y demás pobladores del desierto; su ropaje es, además, holgado y de color claro; lo primero porque el aire entre el cuerpo y la túnica refuerza el aislamiento y lo segundo para aminorar la absorción del Sol. Sin embargo, algunos beduinos usan túnica ¡negra! y no por necedad, se sienten a gusto; hay una explicación física: esta vestidura se calienta mucho con el Sol y produce un fuerte gradiente de temperatura entre ella y el cuerpo, lo cual al parecer da lugar a movimientos convectivos del aire que refrescan la piel. ¡Vaya! Sacan frío del calor.

En conclusión, la temperatura corporal y la sensación de frío o calor están determinadas por la temperatura del aire y, además, por la exposición al Sol, por el viento y la ropa. Habría que agregar a esta lista: la humedad ambiente, el estar quieto o activo... hasta características personales: afinidad al calor o al frío, estado de salud y anímico, etcétera.

De hecho, la temperatura de un cuerpo (el humano, un termómetro, etc.) es a fin de cuentas el grado de agitación de sus moléculas y ésta proviene del intercambio de calor con sus alrededores, por conducción (las moléculas vecinas trasmiten su agitación por contacto), convección y radiación. Esta última es muy compleja; como dijimos en el capítulo III, todo cuerpo la emite; entonces la temperatura está afectada por muy variada radiación procedente de diversas fuentes. Veamos sólo algunas contribuciones secundarias a la temperatura. Aunque el termómetro (o la persona) esté en la sombra, recibe radiación difusa (no directa) del Sol, proveniente de casi cualquier dirección, y —además— radiación de onda larga emitida por el suelo caliente. Esta última se llama coloquialmente resolana; incluso puede sentirse que va de abajo hacia arriba; cuando el Sol se cubre momentáneamente con una nube se sigue sintiendo, pero si el nublado perdura, el suelo se enfría y la resolana se abate.

Recuperando el hilo del principio de esta sección, resulta entonces que a lo largo del día la temperatura ambiente oscila desde un valor mínimo, que se presenta más o menos media hora después de salir el Sol, hasta un máximo, aproximadamente dos horas después del mediodía. Esto es, el aire se calienta durante el turno matutino y se enfría en los otros dos: el vespertino y el nocturno.

Como fue explicado en el capítulo III, el aire es calentado por la radiación de onda larga proveniente de la superficie (suelo y mar), que previamente fue calentada por el Sol, y se enfría emitiendo radiación del mismo tipo, que en última instancia va a dar al espacio exterior. Por lo tanto, en cosa de horas, entra (y sale) energía térmica al (del) aire y esto de ningún modo es adiabático. Sin embargo, los procesos meteorológicos sí lo son en cierto sentido; es nomás cosa de discriminar entre las variaciones propias del ciclo cotidiano y las variaciones entre un ciclo y otro, o entre los puntos correspondientes de dos consecutivos. La oscilación misma no es adiabática; pero el cambio de una oscilación a la siguiente sí lo es.

Para el pronóstico meteorológico carece de importancia que el mediodía sea más caluroso que la madrugada y la medianoche más fría que la tarde. Este ciclo es la línea base, la plataforma de referencia para montar la predicción. Es algo sobreentendido, archiconocido, y a nadie le preocupan esos cambios repetitivos que ocurren a lo largo de un día. Nuestra vida, hábitos y actividades están adaptados a ellos; fisiológica y psicológicamente estamos acostumbrados a esa oscilación.

Cabalgamos en un subibaja (tal vez sea mejor analogía un carrusel de caballitos) que nunca para, y nadie llamaría pronóstico a la afirmación de que luego de estar abajo vamos a estar arriba, o viceversa. Claro que este subibaja oscila sin cesar, pero no oscila igual siempre; a veces su vaivén completo está más abajo y a veces más arriba, o es más amplio o estrecho. En invierno, la madrugada y el mediodía son más fríos que la madrugada y el mediodía de verano. En un día nublado la diferencia de temperatura entre el amanecer y la tarde es menor que en un día despejado.

No tiene chiste aseverar que el amanecer de mañana va a ser más frío que este medio día. El chiste está en anticipar si la tarde de mañana va a ser más fría que la tarde de hoy, o si mañana va a llover más, o si las tolvaneras van a presentarse más temprano, etc. El pronóstico se completa si además de determinar el signo del cambio calculamos su magnitud; es decir, qué tanto más frío, lluvioso, temprano o tarde, etc., se van a dar las cosas al otro día.

Pueden llegarse a dar cambios tan drásticos que causen una voltereta al ciclo diurno. P. ej., si un mediodía de otoño llega un norte, es posible que en la tarde haga más frío que en la noche anterior. Los cambios drásticos son frecuentes en latitudes templadas y raros en las tropicales.

Naturalmente, el ciclo diario no es siempre regular y suave, puede dar brincos a causa de meteoros pequeños. Estos cambios son efímeros pero frecuentes, y dan por resultado perturbaciones alrededor de la línea base del ciclo. Para ejemplificar esto, retomemos algo ya dicho: en su ciclo regular, la temperatura aumenta durante la mañana; sin embargo, el paso de una nube puede tapar momentáneamente el Sol, y entonces la temperatura disminuye brevemente, dentro de su aumento general, que dura toda la mañana. análogamente, puede presentarse un aguacero a las 3 p.m.; en consecuencia, baja la temperatura y hasta nos abrigamos; a las 3:30 escampa y a las 4 se despeja; es verano y el Sol brilla tres horas más, en las cuales hasta sentimos calor y nos quitamos el abrigo. En este caso tenemos, después del chaparrón, una inversión del ciclo diurno regular, caracterizado por disminución de la temperatura durante la tarde. Hay un refrán alusivo: "Aguacero antes de las tres, tarde hermosa es."

Hemos descrito la variación de la temperatura en el ciclo diurno; sin embargo, las demás variables meteorológicas también cambian a lo largo del día. Algunos ejemplos: la humedad relativa del aire varía al revés de la temperatura, o sea que el frío la hace aumentar; las tolvaneras y la lluvia son más frecuentes en la tarde; la presión atmosférica también varía en un día, pero con ritmo doble: es mínima a las 4 a.m. y a las 4 p.m., y máxima a las 10 a.m. y 10 p.m.

EL SUBIBAJA ESTA MONTADO EN OTRO MAYOR

En la sección anterior comentamos el vaivén diario de la temperatura y demás variables; sin embargo, ahí no para la cosa. Este subibaja está montado en otro mayor, cuyo ritmo es cientos de veces más lento: el ciclo anual del clima, es decir, su variación estacional (a lo largo de las estaciones del año).

La temperatura mínima del año se registra normalmente a medio invierno y la máxima en verano. De las lluvias ya hablamos en capítulos anteriores; generalmente puede distinguirse una temporada de aguas, que en algunas partes es en verano y en otras en invierno. Respecto a tolvaneras y otras alteraciones intradiurnas, hay algunos dichos como: "Febrero loco, marzo otro poco", "En marzo, la veleta ni dos horas está quieta", "Febrero y las mujeres, por día diez pareceres", "Febrerillo chiquitín, mentiroso y bailarín", etc. Estos ejemplos manifiestan las condiciones climáticas repetitivas año con año.

Es casi ocioso tratar de algo tan obvio como la influencia de los cambios estacionales en las actividades humanas. La agricultura, la alimentación, la ropa, las fiestas, las enfermedades... hasta el estado de ánimo dependen de la época; ni qué decir de las transformaciones del paisaje, el ambiente, el bienestar, etcétera.

Así como la meteorología tiene implícita la oscilación diaria del tiempo, la climatología conlleva un ciclo anual. Por otro lado, ya habíamos dicho que la escala climática mínima es un mes; resulta entonces que podemos llamar pronóstico climático a corto plazo al que se hace de un mes al siguiente, aunque algunos lo llaman pronóstico meteorológico a largo plazo, considerándolo una extensión del que se hace de un día para otro.

Estas dos formas de concebir el pronóstico mensual implican puntos de vista disímiles. Unos modeladores pensamos que los procesos físicos que determinan el clima a esa escala, y de ella en adelante, son básicamente termodinámicos; por eso usamos como ecuación de pronóstico el principio de conservación de energía o primera ley de la termodinámica, y suponemos que los procesos dinámicos están subordinados. Un punto de vista distinto da lugar a modelos fundamentados en la dinámica, como los meteorológicos; éstos se llaman modelos de circulación general de la atmósfera, que incluyen algunas interacciones termodinámicas.

Análogamente al ciclo meteorológico diario, el ciclo climático anual está determinado por el ingreso y egreso de calor, los cuales ocurren con regularidad; en el primer caso por la carrera diurna del Sol y en el segundo por su viaje estacional entre los trópicos (capítulo III). De manera que ambos ciclos tienen origen térmico; sin embargo, sus perturbaciones difieren de uno a otro: las del ciclo diario son de origen dinámico, y las del anual, térmico. En este sentido, los procesos climáticos no son adiabáticos. Un mes es un plazo suficiente para que el sistema climático reaccione térmicamente; en un periodo tal, el océano modifica su balance de calor, la extensión del casquete polar cambia y con más razón lo hacen la temperatura y humedad de atmósfera y continente. Las condiciones medias de un mes, objeto del pronóstico climático, están más determinadas por estas interacciones termodinámicas que por los movimientos individuales de masas de aire, huracanes, etc. Claro que estos meteoros tienen una contribución conjunta importante, y bajo esta hipótesis los modelos termodinámicos, llamados a veces modelos de balance de energía, incorporan su efecto de manera promediada, no como entes individuales.

Por supuesto, los modelos de circulación general son más complejos, pero los resultados obtenidos con los modelos termodinámicos retribuyen ampliamente su simplicidad y son competitivos.

TODO ES RELATIVO

El clima es entonces repetitivo con ritmo anual; tiene un ciclo regular de temperatura, humedad, etc., que constituye la normal. Respecto a esta línea base debe hacerse el pronóstico climático; en consecuencia, una predicción no consiste en decir que enero va a ser más frío que diciembre, o que en verano

va a llover más que en primavera; sino en aseverar cosas como: el próximo enero va a ser más frío que los eneros normales, o el siguiente verano va a llover menos de lo normal.

El valor de alguna variable en un año particular (p. ej. 1991) es el valor anormal, y su promedio de muchos años (30, según indica la Organización Meteorológica Mundial) es el valor normal (p. ej. el promedio de 1961 a 1990). Hay una tercia de valores (normal, anormal y anomalía) para cada una de las variables climáticas (temperatura, precipitación, etc.), para cada lugar o región (ciudad de México, cúspide del Everest, isla de Malta, el punto de coordenadas 25°N y 90°O, el Golfo de México, el cinturón de lat itud entre 10 y 30°N, el HN, etc.) y para cada instante o periodo (las 12 del día 27 de octubre, la segunda quincena de marzo, el otoño, etc.); pero si no se especifica de qué año, entonces sólo hay valor normal.

Veamos algunos ejemplos de anomalías. La temperatura normal de Darwin, Australia, en enero es 30°C; si en un año particula r la temperatura media de ese mes es de 35°, éste es el valor anormal, y dire mos entonces que hay una anomalía de +5°C. En Manaos, Brasil, la precipitaci ón normal es de 3 000 mm anuales; en un año anormalmente "seco" puede llover "nada más" 2000 mm, entonces tenemos una anomalía negativa de 33 por ciento.

La importancia de las anomalías es relativa a su normal; así, cuando en el Sahara llueve 100 mm en un año, ello significa una tremenda precipitación; pero si durante agosto sólo lloviera en Chiapas "escasos" 100 mm tendríamos una catastrófica sequía. Es algo como aquello que dice el refrán: "Tiene más el rico cuando empobrece que el pobre cuando enriquece."

En estos términos, un pronóstico no calcula las normales, sino las anomalías; y aquí caben varias categorías, según la resolución espacio-temporal de los cálculos. Puede ser que la predicción sólo determine el signo de la anomalía, pero es mejor si aparte da su magnitud; es más útil si despliega geográficamente la anomalía (o sea que da un valor para cada lugar) que si solamente calcula perfiles latitudinales (es decir, su variación del ecuador al polo); vale más si presenta anomalías mensuales, que si únicamente lo hace por año, etcétera.

VII. LA APORTACIÓN MEXICANA

¡Al fin es el tiempo de su lloro! Ay, yo fui creado y de mi dios, festivos manojos de ensangrentadas espigas, ya llevo al patio divino. Tú eres el que produce nuestro

sustento. "Himno a Tláloc para implorar la lluvia", Himnos sacros de los nahuas

¿QUÉ PASA? ¿POR QUÉ PASA? ¿QUÉ VA A PASAR?

EL PROPÓSITO de la ciencia es responder estas tres preguntas, referidas al objeto de estudio; es decir, la ciencia tiene por finalidad la observación, la explicación y la predicción de ciertos fenómenos; además, su evolución va en este orden.

Veamos el caso de la ciencia llamada física del clima. Ciertamente, el estudio del clima comenzó observándolo, primero cualitativamente y luego midiendo sus variables. Sin embargo, aunque la observación es la etapa inicial en el estudio de un sistema, ella no se agota al pasar a las siguientes: explicación y predicción. Continua y permanentemente se toman datos del objeto de estudio, en este caso el clima; y esto obedece a dos razones: primera, porque el fenómeno se transforma sin cesar y cotidianamente ofrece información nueva que enriquece el acervo; y segunda, porque siempre es necesario aumentar y refinar la información en el espacio y el tiempo. Es decir, hay que solventar la carencia de datos en amplias regiones de la Tierra (sobre todo las despobladas, como los océanos, polos y desiertos), tomar registros ininterrumpidos de más variables y tener información cada vez más detallada, diversificada y confiable.

Es decir, se pugna por tener mayor cantidad y calidad de datos, los cuales deben ser sistematizados y expeditos para los investigadores y demás usuarios. Los problemas que implica esta etapa son básicamente tecnológicos: medición automatizada, sensores remotos, bases de datos, telecomunicaciones, etc. De modo que la observación progresa junto con la tecnología.

Concluyendo, la primera etapa de la ciencia es la observación y responde a la pregunta ¿qué pasa?, o sea describe por fuera el fenómeno o sistema.

La segunda etapa es la explicación del fenómeno; es decir, responde a la pregunta ¿por qué pasa lo que pasa?, y también se le llama diagnóstico; estudia por dentro el fenómeno, buscando sus causas y relacionándolas con sus manifestaciones externas.

Desde la introducción, y en varias ocasiones, hemos dicho que la complejidad del sistema climático impide tanto establecer cualitativamente relaciones de causa-efecto claras y realistas, como sacar conclusiones cuantitativas con base en consideraciones simples. Para esto se requieren modelos fisicomatemáticos; es decir, para diagnosticar el clima hay que entender integradamente los mecanismos físicos más sobresalientes del sistema climático.

Si para explicar el clima se necesitan modelos, con mayor razón para predecirlo; por eso la predicción es la etapa más avanzada de la ciencia clásica. Evidentemente, la pregunta ¿qué va a pasar? es más difícil de contestar que aquella de ¿por qué pasa lo que pasa?

Claro que las explicaciones no deben ser ad hoc, sino casos particulares de una general; en otras palabras, el modelo debe servir para explicar una amplia gama de situaciones, y cuanto más amplia sea, mejor. No debe haber un modelo específico para cada situación, un modelo respetable es general y se espera que también pueda usarse para calcular lo que aún no sucede; es decir, uno que sirva para diagnosticar, puede evolucionar naturalmente para pronosticar; aunque este paso no es inmediato.

Es fácil acopiar argumentos que expliquen lo que ya pasó ("a toro pasado..."); lo difícil es anticiparse a los acontecimientos. Un vicio de algunos comentaristas de fútbol consiste en "predecir" lapidariamente que (v. gr.) el "América" va a ganar, y después ocupan media hora justificando por qué perdió.

COMPRARLO HECHO O HACERLO UNO

Vamos a hacer algunas precisiones lingüísticas. Hemos llamado sistema climático a la porción del planeta en que tiene lugar el clima, acoplada al conjunto de fenómenos físicos que lo producen. Esta definición es usual en la ciencia: se selecciona para su estudio un fragmento del Universo o de la naturaleza. Para reafirmar esto, diremos que éste es el sistema natural; también podría decirse real, verdadero, etc.; pero prefiero el primer adjetivo. Por otro lado, un modelo del clima es una representación fisicomatemática del sistema (natural) climático; de manera que el modelo es un sistema teórico, que siempre es mucho más simple que el natural.

Todo sistema tiene entradas (llamadas también insumos), salidas (productos), proceso (sistema, propiamente dicho), retroalimentaciones (forzamientos internos), etcétera. El clima los tiene, y en el sistema natural son innumerables, pero el sistema teórico tiene unos cuantos de ellos, que de todos modos son numerosos.

Un ejemplo cotidiano de sistema es una receta de cocina: la entrada son los ingredientes, el proceso es la "manera de hacerse", la salida es el platillo resultante y una retroalimentación sería una fermentación que se desencadene al poner en contacto ciertos ingredientes.

De un sistema importa más la función que la estructura, el software que el hardware, lo que hace, más que con qué lo hace. Además, un sistema es más valioso si hace más cosas, o sea que con insumos elementales elabore productos refinados. Esto también aumenta la versatilidad, pues los ingredientes básicos pueden usarse de diversas maneras con resultados muy diferentes.

Llevando las cosas al extremo, diríamos que el sistema cocina-cocinero ideal sería aquel que a partir de cualquier material (p. ej. piedras) confeccionara los platillos más refinados; ya que a fin de cuentas todo, en particular la comida, está hecho solamente de electrones, protones y neutrones, los cuales abundan en cualquier cosa, como las piedras; por lo tanto, sólo hay que reacomodarlos y eso podría hacerse con los dispositivos con que estuviera equipada la tal cocina ideal; incluso, la energía necesaria para el proceso se obtendría también de las piedras, bastaría con aniquilar un poquito de su materia y, por la ley de Einstein, obtendríamos la energía equivalente. Físicamente, esto es posible en principio; pero su realización sería extremadamente costosa, absolutamente incosteable.

En el otro extremo, la "cocina" más simple sería un mero trámite: consistiría sólo de un teléfono, por el cual el "cocinero" pidiera a un restorán el platillo deseado, y del dinero para pagarlo.

El resultado de ambos procesos es esencialmente igual: el mismo platillo. De ambos sistemas cocina-cocinero sale el mismo producto, con entradas absolutamente distintas: en el primer caso piedras, y en el segundo ¡el propio platillo! Vamos, en la cocina extremo de simpleza el insumo y el producto no se pueden distinguir.

Lo anterior ilustra, exageradamente, la diferencia entre hacerlo uno y comprarlo hecho. Sin llegar a los extremos, eso pasa cotidianamente al hacer preparativos para comer en casa. Comenzando por una punta, recorremos el espectro de posibilidades: primera, llamar al restorán para que traigan viandas listas para ser consumidas; segunda, ir al súper por alimentos preparados que uno calienta e ingiere; tercera, abrir latas o bolsas de víveres precocinados, los cuales sólo hay que poner en agua hirviendo o algo por el estilo, etc... y así seguiríamos hasta... ¿hasta donde?; traer del mercado los ingredientes al natural y con ellos confeccionar el platillo; mejor, en vez de comprar los huevos tener en casa la gallina que los ponga; el café en grano tostado y uno lo muele, mejor crudo y uno lo tuesta, mejor tener el cafeto dentro de un invernadero en la azotea... ¿dónde paramos?

Algo análogo pasa con un modelo; al diagnosticar, uno reproduce teóricamente lo que sucede en la naturaleza; v. gr., se calcula el perfil normal de temperatura en enero desde el ecuador hasta el polo, o el ciclo normal de lluvia a lo largo del año en la ciudad de México, etc. Bien... esto se hace con el modelo, pero éste requiere cosas para ser corrido, se alimenta con datos; y aquí aparece la misma gama de posibilidades que en la cocina. El modelo es más meritorio cuanto más elementales sean los datos de entrada y desmerece cuanto más cercanos al resultado sean los ingredientes.

Necesariamente, algo debe meterse al sistema para obtener el producto deseado; los modelos generan ciertas cosas y otras las prescribe uno y las mete al modelo. El arte culinario tiene su equivalente: p. ej., se trata de hacer mole, uno puede "prescribir" el guajolote, que se trae (ya muerto, pelado, etc.) del mercado, o puede uno "generarlo" criándolo desde chico y engordándolo con alimentos especiales, en este caso lo prescrito es el polluelo que uno

adquirió y trajo a casa. Más comúnmente sucede con la salsa de mole: prescribe uno los chiles secos (comprados en el mercado) y uno genera la salsa, o se prescribe pasta de mole y... En fin.

Evidentemente, es mejor cocinera la que elabora más cosas por sí misma y compra menos cosas ya elaboradas. Y es mejor modelo el que requiere menos información prescrita y genera más resultados. V. gr., un modelo climático que reproduce acertadamente la temperatura mensual de la atmósfera es más meritorio si genera también la temperatura del océano y la extensión del casquete polar cada mes, que si éstas variables le fueran prescritas.

En síntesis, prescribir es proporcionarle (desde afuera, valga la redundancia) al modelo cierta información; generar es que el modelo la calcule (por sí mismo, internamente).

NO CONTROLES

Pese a su complejidad, mencionada en la primera sección de este capítulo, el sistema climático tiene las regularidades descritas en el capítulo VI, que se manifiestan como ciclos diarios o anuales de la normalidad.

Adicionalmente a estas regularidades normales, las condiciones anormales tienen sus propias regularidades, que se presentan en las diversas escalas de tiempo y permiten hacer ciertas conjeturas simples, llamadas controles, que resultan muy eficaces.

Por ejemplo, en nuestras latitudes funciona bien un "pronóstico" meteorológico que no requiere datos, ni computadora, ni modelo; vamos, ni siquiera hace falta mirar al cielo o asomarse a la ventana y es éste: "Mañana va a estar igual que hoy." Efectivamente, las condiciones atmosféricas (obviamente anormales) se repiten durante varios días consecutivos: si hoy estuvo raso, es muy probable que mañana también, si un día llovió a las 5 p.m., al siguiente vuelve a llover casi a la misma hora, los vientos soplan igual durante algunos días seguidos, etc. Por eso es común que el pronóstico meteorológico rece: "poco cambio en la temperatura", etc. Es decir, las condiciones tienden a persistir; cualquier anomalía, una vez establecida, permanece algunos días. Este es el fundamento de esta predicción reduccionista, que constituye un control llamado persistencia, cuya capacidad de acierto es de unos dos tercios. O sea, debido a que las anomalías tienden a permanecer, la predicción "mañana va a estar igual que hoy" se cumple en más del 60% de los días.

Otro ejemplo de control es el retorno a la normal, que se aplica a escala climática para la temperatura del océano. Esta variable suele presentar anomalías muy extensas y duraderas; en un área de cientos de millares de kilómetros cuadrados y durante meses se mantienen con el mismo signo. Como varían tan lentamente, su persistencia constituye un mal control de la evolución mensual de estas anomalías; mejor resulta el retorno a la normal, que ahora explicamos.

Si un mes el océano está más caliente de lo normal, al siguiente continuará con anomalía positiva de temperatura, pero menor; es decir, se acerca a la normal, la anomalía tiende a cero. Cuando está más frío de lo normal, al siguiente mes la anomalía será también negativa, pero menos intensa. O sea que de un mes a otro las anomalías tienden a extinguirse; en palabras más técnicas: el cambio mes a mes de la anomalía es de signo contrario al de la anomalía mensual. Obviamente esto no pasa siempre, pero sí frecuentemente; este control acierta también en más o menos dos tercios de los casos.

Como puede verse, el control parte de una anomalía ya establecida, y dice cómo evoluciona ésta, incluyendo la evolución nula indicada por la persistencia; pero no puede adelantarse al surgimiento de aquélla. Es decir, el control no genera anomalías.

Además, las situaciones más interesantes son aquéllas en que el control falla; o sea, el paso de una anomalía a otra distinta. De la misma manera que adelantarse a las variaciones propias del ciclo normal no constituye predicción, tampoco se considera tal la evolución de las anomalías adelantada por el control. Así como el ciclo normal es una línea base para la predicción, el control es una cota mínima para ella; naturalmente, una predicción menos hábil que el control es basura.

A la gente del campo le importa mucho más el cambio de tiempo que la permanencia de ciertas condiciones; más aún, dan por supuesto que los meteoros se repiten parecidos de un día para otro la mayoría de las veces, y sólo les interesa el cambio del estado atmosférico, el cual tratan de vislumbrar a partir de signos ocasionalmente curiosos. Un viejo mozo que trabajaba en la casa paterna del pueblo, normalmente no hacia mayores comentarios meteorológicos, pero a veces decía a mi madre al llegar en la mañana: "Señora, hoy va a cambiar el tiempo porque anoche cantó el coyote."

Efectivamente, la predictabilidad del control es alta y no es raro que un modelo refinado, que tardó meses en ser formulado y horas al correr en computadora, dé predicciones menos acertadas que el control que ni siquiera requiere saber cómo están las cosas, y que simple y llanamente proclama: "mañana va a estar igual que hoy", o "este mes la anomalía de temperatura oceánica va a disminuir."

Análogamente, ocurre a veces que un modelo sencillo es más realista que uno complicado; también puede suceder qúe cuando uno refina su modelo, incorporándole nuevos mecanismos físicos o afinando los ya incluidos, sus resultados empeoren. No siempre los modelos más elaborados dan mejores resultados.

Para cada tipo de pronóstico hay un control, y la calidad de un modelo suele medirse como su excedente de predictabilidad respecto al control. Claro que un modelo no se evalúa con uno o unos cuantos casos de predicción; se necesitan muchos para que la evaluación sea estadísticamente significativa. Es posible que un modelo funcione a la primera y eso no garantiza el éxito de las aplicaciones subsecuentes: "una golondrina no hace verano."

Un modelo debe hacer mejores predicciones que el control, aventajarlas cuando se trata de un régimen ya establecido, pero sobre todo debe hacer lo que el control no puede: pronosticar los cambios de régimen. Ganarle al control no es tarea fácil, y superar su predictabilidad, aunque sea por unos cuantos puntos porcentuales, es de gran mérito.

¿Y QUE TAL SI... ?

Ésta es una cuarta pregunta que una ciencia debe responder; las otras tres fueron relatadas en la primera sección de este capítulo; sus respuestas conforman las fases de la ciencia: descripción, explicación y predicción; o sus sinónimos: observación, diagnóstico y pronóstico, respectivamente. En la segunda fase un modelo se usa para reproducir teóricamente lo observado; a esta aplicación de un modelo también se le llama simulación (de las condiciones normales). La cuarta fase científica se llama sensibilidad, ya mencionada en el capítulo V, y satisface la pregunta que da título a esta sección.

Por un lado, la predicción se refiere a las fluctuaciones del clima (mensual, digamos) alrededor de la normal actual; son variaciones fortuitas que aleatoriamente suben y bajan respecto del promedio. Por otro lado, la sensibilidad es el estudio de los cambios del clima, variaciones sistemáticas que operan en la misma dirección durante años. Propiamente, un cambio da lugar a un clima (normal) nuevo y distinto. La anomalía del clima del mes próximo es una fluctuación del clima presente; en cambio, la anomalía de mediados del siglo XXI es la diferencia entre el clima (distinto) de entonces y el actual; consecuentemente, un cambio es la diferencia entre dos climas normales; claro que también puede mantenerse la definición original de anomalía si consideramos al nuevo clima un caso anormal del presente. O sea que la normal no es absoluta; en sentido estricto, es diferente para cada periodo de 30 años, lapso mínimo convencional para promediar y obtener una normal. No hay problema, la definición original de normal sigue vigente; sólo debe quedar claro a qué periodo se refiere.

El estudio más común de sensibilidad es el de un supuesto incremento de la constante solar (capítulo III), generalmente del 1%; los modelos suelen calibrarse comparando el cambio climático calculado por cada uno.

A diferencia de los retroalimentadores o forzamientos internos (generados por el modelo), los forzamientos externos son prescritos; en los ejemplos anteriores estos forzamientos son la duplicación del C02 y el incremento de 1% en la constante solar.

NUESTRO MODELO

El contenido de este libro, excepto el capítulo II y unas cuantas secciones de otros, es fruto directo de nuestra experiencia con el MTC. Este modelo fue creado por el doctor Julián Adem, trabajando básicamente en México, pero también como investigador visitante en el Centro Nacional de Meteorología de EUA en Washington y colaborando con colegas de otras instituciones y países.

El MTC constituye el proyecto de trabajo de nuestro grupo de investigación en el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM que dirige el doctor Adem.

El MTC, en tanto representación teórica del sistema climático natural, nos ha dado luz para entender el clima y tratar de explicar su funcionamiento en este libro, cuyo contenido es implícitamente la exposición del modelo.

Por lo tanto, en lo que resta del capítulo sólo vamos a puntualizar los componentes del MTC ya descritos en capítulos anteriores como componentes del clima natural y agregaremos unos datos de cómo surgió y ha evolucionado. Los elementos del clima que consideramos despreciables se toman como nulos y, en general, las aproximaciones se manejan como igualdades; lo que no se menciona no está incluido en el modelo.

El MTC es pionero mundial en el enfoque termodinámico; es decir, considerar que los procesos climáticos son básicamente de transferencia de calor, a diferencia de los meteorológicos, que son dinámicos. Surgió en 1960; en su primera fase sólo calculaba el clima normal mensual, promediado zonalmente (o sea, en la longitud geográfica); de modo que sus datos y resultados estaban desplegados sólo meridionalmente; es decir, eran perfiles latitudinales. Los únicos calentamientos incluidos eran los flujos de radiación, y el único

transporte era el turbulento, debido a ciclones.*

El MTC consta de una capa atmosférica (la troposfera) de 11 km de espesor, con una capa de nubes, una oceánica (la capa mezclada) de 50 m, una capa continental de profundidad despreciable y una capa de hielo y nieve (criosfera). Su área de aplicación es el H N, con distribución realista de continentes y océanos; la frontera (el ecuador) es adiabática. Su resolución temporal es un mes, y la espacial, 400 km, que es la separación de los puntos de malla reticular de integración.

La ecuación de pronóstico es la primera ley de la termodinámica. Otras leyes físicas se usan diagnósticamente: la ecuación de gas perfecto para el aire, la ecuación de continuidad de conservación de masa y la ley de equilibrio hidrostático en la atmósfera. Las variables de estas ecuaciones son valores promediados mensualmente.

También intervienen otras propiedades específicas de los componentes geofísicos; p. ej., la troposfera tiene un gradiente térmico de 6.5°C/km; en la capa mezclada del océano la temperatura es verticalmente uniforme, etcétera.

Como todo problema matemático, el sistema teórico llamado MTC ha de tener tantas incógnitas como ecuaciones independientes; las incógnitas son las variables que el modelo genera. Para cerrar el problema hacen falta ecuaciones adicionales a las relatadas en los dos párrafos anteriores y para esto se recurre a parametrizaciones semiempíricas, las cuales son relaciones basadas en principios teóricos y en datos prácticos, para calcular algunos transportes y calentamientos en términos de variables como la temperatura. Se requieren parametrizaciones cuando el conocimiento físico o los datos

necesarios para evaluar un proceso son insuficientes; deben ser funciones lineales (capítulo X), y algunas fueron deducidas sobre pedido para el MTC.

Una parametrización notable es la de turbulencia, fenómeno físico inmanejable teóricamente de modo exacto. En el MTC el transporte horizontal de calor por remolinos oceánicos y por ciclones atmosféricos, que para la escala del modelo es turbulencia, se introduce con coeficientes de intercambio que permiten tratarla como función de las variables promediadas. Esta turbulencia proviene propiamente de los detalles cancelados por la promediación mensual, y los coeficientes de intercambio son constantes y uniformes, pero con diferente valor para la atmósfera y el océano.

La primera ley de la termodinámica se aplica separadamente a las capas atmosférica (incluyendo nubes), oceánica y continental (con criosfera). Cuando en esta ley hablamos de lo que entra y sale, esto abarca también la energía que fluye en la porción estudiada sin llevar consigo materia que entre o salga. Cuando la energía ingresa o egresa junto con materia el proceso se llama transporte y, en caso contrario, calentamiento.

El MTC tiene estos transportes: los turbulentos ya dichos, la evaporación en la superficie y la advección por viento y corrientes; y estos calentamientos: el flujo de calor sensible entre superficie y atmósfera, la condensación de vapor de agua en las nubes y los intercambios de radiación de ondas corta y larga entre superficie, atmósfera y nubes, derivados de la radiación solar que llega al sistema, la cual se calcula analíticamente para cada mes y se despliega latitudinalmente.

El viento se calcula geostróficamente; es decir, sólo el originado en la fuerza de Coriolis por rotación de la Tierra; este viento se da efectivamente en la atmósfera libre, o sea en la altura, donde la fricción con la superficie no se siente. Mediante prescripciones adicionales, se usa para determinar el viento superficial y consecuentemente, la componente de la corriente oceánica (llamada deriva), debida al arrastre friccional del viento.

Las nubes se modelan como una sola capa, cuya extensión horizontal fraccional se llama nubosidad, y se genera, al igual que la precipitación, como una proporcionalidad directa de la condensación. La criosfera se modela sobre continentes y océanos acoplando su frontera a la isoterma superficial de 0°C, de manera que los puntos con temperatura menor o igual que cero grados están cubiertos de hielo y nieve.

Una vez cerrado el problema, es decir, teniendo tantas incógnitas como ecuaciones, éstas se reducen a una sola en la variable fundamental, que es la temperatura de la troposfera media. Resuelta esta ecuación, la temperatura calculada se usa para determinar escalonadamente las demás incógnitas, empezando por las temperaturas de océano y continente.

OTRAS GENERACIONES Y PRESCRIPCIONES

Cada capa del sistema tiene su propio campo de albedo para la radiación de onda corta; para la de onda larga, el continente, el océano, las nubes y la criosfera se comportan como cuerpos negros; la atmósfera, en cambio, absorbe selectivamente según la longitud de onda y esta absortividad depende del contenido de gases de invernadero, principalmente el vapor de agua y el C02; la humedad atmosférica está determinada por las condiciones climáticas y es generada por el modelo; el C02 se prescribe.

Por lo tanto, el MTC contiene los tres principales mecanismos de retroalimentación (capítulo IV). Y si consideramos que un proceso retroalimentador es cualquier secuencia de interacciones que llegan al punto de partida, entonces el modelo tiene muchas otras más.

La memoria térmica del sistema es el almacenamiento de energía en el océano; en la atmósfera esta inercia es mucho menor y en el continente es nula.

En realidad, el MTC tiene dos versiones básicas: una destinada principalmente a calcular la temperatura de la atmósfera y otra para el océano. En la primera el océano no tiene transportes horizontales y en la segunda se prescriben para la atmósfera algunas variables que la primera genera. Actualmente trabajamos en acoplar ambas versiones, enriqueciéndolas mutuamente e incorporando una nueva dinámica explícita en la atmósfera y el océano.

La segunda versión sirve principalmente para calcular la temperatura superficial del océano y en atacar este problema el MTC fue históricamente el primero en el mundo.

Para concluir esta reseña del MTC, diremos que el archivo del programa tiene varias decenas de campos climáticos, coeficientes de correlación que dependen del lugar y la época, etc., en valores normales, algunos estacionales y los más mensuales; la ecuación por resolver en la variable temperatura troposférica es una ecuación diferencial elíptica de segundo orden, que se integra mediante el método numérico llamado relajación de Liebmann, en equipo grande de cómputo. Cuando se trata de predicción o sensibilidad, el programa se corre dos veces: una para las condiciones normales y otra para las anormales; la diferencia entre ambos resultados da la fluctuación o cambio, respectivamente.

Las aplicaciones que ha tenido el MTC se tratan en los dos capítulos siguientes.

VIII. EL CLIMA PALPITANTE

Entonces fue oficio de Ehécatl poner de pie al viento, con él

empujar mucho, hacer andar al viento. Así él pudo mover al Sol, luego éste siguió su camino. Sale una vez el Sol y cumple su oficio durante el día. Y la Luna hace su oficio nocturno. "Origen del nuevo Sol en Teotihuacan",Códice Matritense del Real Palacio

NO HAY PLAZO QUE NO SE CUMPLA

YA HEMOS hablado de los plazos de tiempo: el propio de la meteorología es del orden de horas y días, el plazo del clima es desde un mes en adelante (hasta cientos de millones de años). También hemos dicho que el pronóstico mensual se refiere a las condiciones medias de todo un mes, predichas el mes anterior. Este plazo de antelación es la escala de tiempo más corta en la física del clima y la más larga (o extendida) en la meteorología. Entonces el mensual puede llamarse pronóstico meteorológico a largo plazo o climático a corto plazo; siendo el clima el tema de este libro, preferimos el segundo nombre.

Las variaciones interanuales del clima se llaman fluctuaciones y las que ocurren en plazos de décadas o mayores se denominan cambios; éstos son más sistemáticos (o sea, menos fortuitos) que las fluctuaciones, en tanto que permanecen más tiempo; pero comparados con periodos grandes también son fortuitos, ya que el clima varía en todas las escalas de tiempo; como se ve en la figura II.2, la temperatura sube y baja continuamente. Reiteramos: lo único constante del clima es su variabilidad, a corto, mediano y largo plazo.

En un año particular algunos meses son más fríos y otros más calientes de lo normal, análogamente sucede con lo seco y lo húmedo; esto significa que a lo largo del año las anomalías de temperatura y precipitación fluctúan en magnitud y signo. P.ej., en una cierta región, marzo tuvo mucho más lluvia y un poco menos de calor que lo normal de marzo; en septiembre se registró —respecto de la normal de ese mes— 20% menos de precipitación y 3 ºC más de temperatura; en diciembre el frío y la lluvia fueron mayores, etc. Por otro lado, y como se vio en el capítulo V, la década de los ochenta tuvo un aumento mundial sistemático de temperatura; sin embargo, lo más probable es que esa tendencia no continúe indefinidamente y en el futuro tengamos decenios más fríos; por lo tanto, visto en el contexto de varias décadas, el calor de los ochenta es también fortuito, como las fluctuaciones, pero a otra escala.

DESDE CHIQUITO

El propósito con que nació el Modelo Termodinámico del Clima (MTC) a principios de los sesenta fue calcular (anticipadamente) las fluctuaciones climáticas mensuales, o sea pronosticar el clima a corto plazo; éste sigue siendo su uso más común, que se explica a continuación.

Para un pronóstico, el MTC se alimenta con varios campos climáticos normales y con unos cuantos anormales del mes anterior; es decir, si voy a predecir junio de 1992, meto la información de cómo es normalmente el clima de mayo, de junio, la primavera y el verano; además, los datos de cómo estuvieron las cosas en mayo de 1992. La información del clima normal de mayo es el promedio de las condiciones observadas durante 30 mayos, de 1961 a 1990.

El MTC se aplica al HN, de modo que cada campo despliega la información climática de la mitad del mundo; la malla o rejilla de integración consta de 2 000 puntos en retícula, separados por 400 km; en cada punto aparece el valor de la variable desplegada, que puede ser precipitación, temperatura en algún nivel, albedo, evaporación, radiación, etc. Estos puntos ¿son muchos o pocos? Pues, depende de para qué; para estudios globales son suficientes, cubren el HN con buena resolución; pero para estudios regionales son insuficientes. En México caen sólo unas cuantas decenas de puntos y, aunque uno de ellos se ubique en —digamos— Toluca, el dato que aparezca allí no será el de esa ciudad, sino el promedio de toda una región de 160 000 km² (o sea un cuadro de 400 x 400 km) centrada en Toluca.

De lo anterior se ve hasta dónde llega la precisión del MTC, que —además— es semejante a la de otros modelos climáticos del mundo. Incluso, en sus primeros 20 años de existencia el MTC tenía la cuarta parte de estos puntos, es decir 500, separados por una distancia doble; todavía, en estudios de paleoclima o cambios antropógenos seguimos usando la rejilla burda, suficiente para esos fines, dado que esas situaciones (glaciaciones, duplicación de C02, etc.) se conocen con poco detalle y no tiene caso manejarlas con mayor resolución.

DÓNDE, CÓMO Y CUÁNDO

Se puede obtener cierta información local interpolando de alguna manera la de los puntos de rejilla más próximos al lugar de interés. De hecho, la interpolación aparece en todas las etapas del manejo de datos y resultados; lo más probable es que el punto de malla caiga en un lugar donde no hay estación u observatorio meteorológico; entonces se asigna al punto el valor interpolado de los datos tomados en las estaciones vecinas. Un ejemplo muy simple: si el punto está a la mitad de la línea recta que une a Ciudad Victoria con San Luis Potosí, le toca el promedio de los datos tomados en ambas capitales; de hecho, en ese promedio hay que incluir también la información circundante (ponderada según su cercanía) que haya en otras direcciones, en este caso la de Ciudad Mante y Matehuala, si existe.

Para correr un modelo (hacer un pronóstico) los datos son el ingrediente fundamental y en esto debe haber congruencia espacial: la densidad de puntos debe ser similar a la de datos. Los puntos están repartidos homogéneamente; en cambio, la densidad de datos es muy variable: en el continente es mayor que en el océano; en zonas deshabitadas, como desiertos, polos, etc., es muy pequeña; los países desarrollados tienen más observatorios que los subdesarrollados, ... En fin. Sin embargo, la falta de homogeneidad de las observaciones no impide construir los campos, simplemente ocasiona que

éstos —tanto los de entrada como los de salida— sean menos creíbles donde escasean los datos; pero esto debe tomarse con reservas, pues el clima de un lugar no sólo depende de lo que pase ahí o en el entorno, también hay teleconexiones: relaciones de causa-efecto entre fenómenos lejanos.

Es esencial mejorar continuamente la cantidad, calidad y disponibilidad de la información; el mejor modelo es inútil sin los datos necesarios. Tampoco sería adecuado —aunque no suele ocurrir— usar un modelo tosco con datos refinados.

Los datos son resultado de la observación sistemática, requieren de la cooperación internacional para integrar la base informática. Como lo dijimos en el capítulo VII, dependen fuertemente de los dispositivos tecnológicos; grandes problemas vienen de la (falta de) continuidad y calibración de instrumentos. Al introducir una nueva tecnología, como el globo sonda, el satélite, etc., las observaciones frutos de ella son mediciones más indirectas que las obtenidas con la tecnología desplazada; además, un campo climático se integra con observaciones de diversas procedencias; p. ej., la temperatura del océano se mide con boyas, por barcos, desde satélite, etc.; el campo se construye después de homogeneizar las observaciones; en particular, una medida indirecta debe dar el mismo valor que una directa.

INGREDIENTES Y RESULTADOS

De todos los datos existentes, un modelo sólo usa algunos; esta selección puede obedecer a consideraciones de completez, confiabilidad, física modelada, capacidad computacional, etc. Por otro lado, un modelo se adapta, desde su formulación, a la disponibilidad de datos.

Como dijimos en una sección anterior, el MTC se alimenta con varios campos normales y unos cuantos anormales. Los primeros son parte del archivo, o sea el acervo necesario para cualquier aplicación del modelo, incluso las que no son predicción; estrictamente, las normales deben actualizarse (sólo) cada 10 años.

Para una predicción se necesitan tres campos anormales del mes previo: la temperatura del océano, la del nivel medio troposférico (5.5 km de altura snm) y la extensión del casquete polar. Estos campos son de entrada, o sea ingredientes; pero ¿cuáles son los de salida?; en otras palabras ¿qué se pronostica? Bueno, el resultado de un proceso de predicción es un conjunto de campos, naturalmente anormales, como: temperatura en superficie y altura, precipitación, balances de radiación, advección, evaporación, etc. De estas variables, las más importantes son la temperatura y la precipitación; adicionalmente, el análisis se facilita si en vez del anormal nos fijamos en la anomalía, para lo cual el anormal (calculado) se resta de la normal calculada. Esto significa que en la corrida debe calcularse también la situación normal; ciertamente la normal observada (incorporada en el archivo) es más realista que la calculada, pero para determinar la anomalía se prefiere usar la normal calculada, porque en la resta se eliminan errores sistemáticos (de origen físico, matemático o computacional) que pudieran estar presentes (en la normal y el

anormal); o sea, por congruencia, la anomalía calculada debe ser la diferencia entre dos valores calculados con las mismas hipótesis, aproximaciones y algoritmos.

Especifiquemos un poco las temperaturas de entrada y salida. El MTC necesita como ingredientes dos temperaturas (del mes previo): la del agua superficial (capa mezclada) del océano y la del aire a la mitad de la troposfera. Del modelo resultan las siguientes temperaturas (del mes por predecir): la de la superficie —que ahora incluye la temperatura del suelo continental, aparte de la del agua oceánica— y la temperatura de la troposfera —que ahora incluye la del aire superficial aparte de la del nivel de 5.5 km—. Todos estos campos son anormales, o sea del año particular, p. ej. mayo y junio de 1992, respectivamente. Hay un campo más de entrada —la cubierta congelada— y varios otros de salida, sin contar los muchos normales ingredientes y resultantes. En realidad sólo entran tres campos (anormales) y salen varios (anormales).

Múltiples análisis y pruebas han demostrado que sólo tres campos anormales del mes previo influyen significativamente; a su vez, estas tres variables no son igualmente importantes; su contribución relativa varía por región y época. P. ej., la extensión del casquete polar es una variable que afecta más a los países septentrionales y en invierno; en cambio, la temperatura del océano afecta más a las zonas costeras y a territorios (continentales) estrechos o insulares. A Canadá y EUA les atañe más el casquete y menos el océano, y a México al revés.

ALGUNOS EXITOS

Desde hace 30 años se hacen pronósticos climáticos a corto plazo con el MTC; en sus primeros años sólo manejaba promedios zonales y, cuando ya tuvo los campos desplegados geográficamente (en latitud y longitud), se hizo el primer pronóstico mensual, que fue de diciembre de 1962 a enero de 1963, cuando Julián Adem trabajaba en el Centro Nacional de Meteorología, en Washington, D.C. Aquel enero fue especialmente frío, p. ej., en el norte de EUA hubo temperaturas 6°C más bajas de lo normal para el mes , y esa anomalía fue bien predicha en magnitud y ubicación por el MTC.

Sin embargo, lo sucedido en enero de 1963 no era fácil de vislumbrar a partir de las condiciones prevalecientes en diciembre de 1962, cuando el océano estaba más caliente (o menos frío) del normal decembrino; una especulación fácil llevaría a concluir que esta anomalía positiva de temperatura produciría un invierno moderado en enero, pero no fue así; ¿qué ocurrió? Simplemente que el océano (su temperatura) es sólo uno de los factores que determinan el clima del mes siguiente, y falta considerar los demás; sucede que en diciembre del 1962 la cubierta ártica era un manto de hielo y nieve que se extendía desde el polo norte hasta el Tibet en Asia, hasta Suiza en Europa y el Río Colorado en Norteamérica —mucho más de lo normal— y el enfriamiento anormal debido a ella superó al posible calentamiento debido al océano.

Otro logro del MTC consistió en la predicción de una situación que tuvo grandes anomalías contrarias a la tendencia; se trata de la famosa sequía de junio de 1980 y meses subsecuentes que afectó a Norteamérica (incluyendo México). Quizá algunos lectores la recuerden; a tal grado escasearon las lluvias que el nivel de las presas bajó alarmantemente y la Comisión Federal del Electricidad recortó el suministro de energía con apagones programados. Corrió el rumor de que la sequía se debía a que "los gringos estaban desviando los huracanes" y dejábamos de recibir la humedad que acarrean. Estas habladurías falseaban en dos aspectos: en primer lugar, no hay poder humano capaz de alterar el curso natural de un huracán, y, en segundo, la sequía perjudicó más a EUA que a México.

La energía que interviene en un huracán equivale a miles de bombas nucleares; de modo que sólo echando mano de una fracción apreciable del arsenal mundial se lograría desviar o destruir el meteoro, con las evidentes consecuencias colaterales e indeseables, resultando peor el remedio que la enfermedad.

La sequía del verano de 1980 causó estragos en EUA; se le bautizó como "the 20 billion Dlls. drought", lo pongo en inglés porque la traducción no es literal, "one billion" no es igual a un billón, aquél equivale a mil millones y éste, a un millón de millones, 109 y 1012, respectivamente. De cualquier modo, quiere decir que la sequía y el calor causaron pérdidas por 20 000 millones de dólares.

QUIEBRO Y TINO

La sequía de 1980 tuvo otras peculiaridades más; mayo fue más húmedo y fresco de lo normal, le siguió un junio mucho más seco y cálido de lo normal; y en los meses siguientes la sequía persistió.

Por un afán de colaboración con investigadores del Observatorio Geológico Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, N.Y., el MTC les había sido transferido y hacían con él predicciones; la de junio de 1980 formó parte de una larga serie que llevaron a cabo. Este pronóstico —hecho con fines académicos, ajeno a los servicios meteorológicos— acertó en el cambio de régimen climático de mayo a junio; calculó bien el tamaño y ubicación de las anomalías de temperatura y precipitación, sobre todo en EUA.

Por lo dicho —y lo no dicho—, en las últimas secciones el lector puede vislumbrar que, de los tres campos con que se inicializa el MTC, el menos importante es el de la temperatura troposférica. Efectivamente, el hecho de que en cierto mes la atmósfera esté más caliente o fría de lo normal, poco influye en que el mes siguiente sea más cálido o fresco, lluvioso o seco. Estas condiciones están más determinadas por el casquete polar, anormalmente extendido o retraído, y porque el océano tenga temperatura mayor o menor a la normal. El océano es la memoria energética del sistema climático; en este sentido, la atmósfera es (térmicamente) desmemoriada; vamos, la temperatura (ambiente) que tenemos encima influye menos en el clima del mes siguiente que la criosfera y el océano, que nos quedan más lejos. La temperatura

troposférica no tiene importancia crucial, pero tampoco es despreciable, por eso la incluimos en las condiciones iniciales; en otras palabras, no determina el campo calculado, pero sí lo refuerza.

Frecuentemente, la gente cree que las fluctuaciones consecutivas son contrastadas; es decir, que las anomalías se dan en sucesión de signos alternados: a una positiva le sigue una negativa, y viceversa. Esto se señala en algunos refranes como: "Cuando el invierno primaverea, la primavera invernea", pero realmente los contrastes son raros; la mayoría son engañosos; p. ej., el invierno que sigue a un verano cálido parece —por ilusión sensorial— muy frío.

VIDA Y DULZURA

Hemos platicado de los pronósticos más exitosos del MTC, pero por supuesto no son así en todos los casos; no todo es vida y dulzura. Los casos aislados dicen poco, la evaluación de un modelo debe ser objetiva; para eso se requiere acumular una serie larga de experimentos numéricos, estadísticamente significativa y por diversos métodos comparar su habilidad de acierto, su predictabilidad, con la de los controles (persistencia, retorno a la normal, etcétera.)

Nosotros, y también algunos colegas de instituciones extranjeras, hemos hecho esta evaluación estadística del MTC, y el resultado ha sido que posee una predictabilidad superior a los controles. Estos andan en algo así como 60% de tino, y el MTC los supera sistemáticamente, aunque sólo por unos cuantos puntos porcentuales; pero —como se dijo en el capítulo VII— este pequeño excedente es muy meritorio y semejante al de otros modelos de países extranjeros. Aún estamos lejos, en todo el mundo, de contar con el modelo que acierte en el 90% de los casos, y llegar al 100% de predictabilidad es ilusión.

La discusión precedente puede dejar la falsa impresión de que predecir el clima se reduce a meter a la computadora unos cuantos campos anormales y esperar la salida de resultados. Efectivamente, al echar a andar el programa computacional del MTC entra en acción un complejo sistema de algoritmos numéricos, ecuaciones matemáticas, leyes físicas, parametrizaciones semiempíricas, etc. que procesan numerosos campos climáticos normales y anormales de todo el hemisferio, simulando los fenómenos e interacciones naturales y dando por resultado las condiciones climáticas del mes deseado. Sin embargo, programáticamente no existe una cosa tal como El modelo; el MTC es un programa con muchas opciones, según se desee o no incluir diversos mecanismos climáticos, o para seleccionar parametrizaciones alternativas de cierto mecanismo, etc.; también tiene los comandos de la corrida para fijar el mes y año que se desea, el archivo de datos que debe usar, los campos que debe exhibir, imprimir, etc. Todo esto sin contar la magna empresa inicial de construir el modelo y mejorarlo continuamente.

Hemos insistido en la importancia que las condiciones anómalas de la superficie (temperatura del océano y extensión del hielo y la nieve) tienen sobre el clima (manifestado principalmente en las anomalías de la atmósfera, en

constante circulación) del mes siguiente. Sin embargo, es claro que estas condiciones anormales en la superficie subyacente pueden a su vez deberse a las condiciones de la circulación troposférica; lo que queremos subrayar es que una vez que aparecen, influyen en la circulación de modo determinante para mantener un estado anómalo que puede persistir durante algunos meses.

Una última aclaración. Todos los campos (normales y anormales, de entrada y salida) son variables promediadas mensualmente, excepto el campo de criosfera anormal de entrada, dado que es más significativo el estado de la cubierta congelada en los días finales del mes previo que el promedio de todo ese mes; por lo tanto, se usa el campo medio de la última semana. Podría pensarse en hacer lo mismo con las temperaturas anormales de entrada; realmente tiene sentido tal inquietud, y los colegas de Lamont, Columbia, han probado que da buenos resultados. Tenemos en mente llevar a cabo esta mejora, evaluarla estadísticamente y, en su caso, adoptarla.

IX. EL CLIMA CAMBIANTE

Lo que de ti yo extraiga, que de inmediato vuelva a renacer; ¡que no atraviese yo parte vital tuya, que no te hiera el corazón, oh pura! El verano, los meses frescos, los lluviosos, el otoño y los meses de las nieves y la primavera, oh Tierra, son tus ordenadas estaciones, son tu año. ¡Que día y noche nos produzcan fruto! "Himno a la Tierra", Atharva Veda, India, siglo v a.C.

VOLCANES QUE ENFRÍAN

EN EL capítulo anterior hablamos de las alteraciones del clima a corto plazo; en éste trataremos de las de largo plazo; éstas se llaman cambios, y abarcan desde alrededor de una década hasta cientos de millones de años. Por supuesto que esta división de las alteraciones climáticas es arbitraria, como cualquier otra y, por lo tanto, no es nítida ni excluyente. Dentro de los cambios climáticos vamos a empezar con aquéllos de más corto plazo de recurrencia y permanencia.

Las grandes erupciones modifican el clima a escala planetaria; en otros capítulos ya hemos mencionado varias veces la del Krakatoa, ocurrida el siglo pasado, y también aludimos a la de la caldera Toba de hace 75 000 años. El comportamiento de los volcanes es muy irregular y —hasta ahora— impredecible; se dan en la corteza terrestre (continental y oceánica) y afectan al clima, pero éste no los afecta; esto da pie a precisar lo que entendemos por factores externos e internos del sistema climático.

Desde el primer capítulo dijimos que el sistema está compuesto por la atmósfera, el océano y el continente; ahora lo reiteramos, precisándolo un poco. Ciertamente, estas tres capas del planeta interactúan con el clima, pero no todas sus partes o aspectos lo hacen. Se consideran componentes del sistema climático sólo aquellos elementos atmosféricos, oceánicos y continentales que interactúan bidireccionalmente con el clima; es decir, que lo afectan y —a su vez— son afectados por él; estos componentes se llaman factores internos del sistema climático.

Por otro lado, los factores planetarios que afectan el clima pero no son afectados por él se llaman externos. En esta identificación, interno-externo no significa cercanía-lejanía, o dentro-fuera en el sentido geométrico, sino su grado de participación funcional en el clima.

Naturalmente, también hay elementos geofísicos que no son ni internos ni externos al sistema climático, simplemente no participan, ni siquiera en una dirección; p. ej., los temblores, los maremotos, tal vez las auroras polares, etc., ni afectan al clima ni son afectados por él.

La nueva nomenclatura nos permite distinguir mejor entre fluctuaciones y cambios: en la primera sólo intervienen los factores internos del sistema climático, y en el segundo actúan principalmente los externos, sin excluir a los factores internos.

Las erupciones volcánicas son de ínfima duración (del orden de horas), pero su efecto puede durar años. No todas las erupciones tienen importancia climática; sólo las explosivas, que lanzan violentamente gran cantidad de material hasta la estratosfera, donde no hay lluvia que lo lave. Estos aerosoles, cenizas y polvo producto del volcán tardan años en caer por gravedad; mientras tanto forman un velo que atenúa la radiación solar y el clima se enfría unas décimas de grado. Algunas de estas sustancias y los gases que también emite el volcán, pueden hacer el efecto contrario: transparentes a la radiación solar y opacas a la terrestre (de onda larga); producen entonces el efecto invernadero, calentando el clima. Sin embargo, el primer efecto es mucho mayor que el segundo y el resultado neto es enfriamiento.

Hay otra razón para considerar como tales a los cambios climáticos por vulcanismo; las erupciones ocurren irregular e imprevisiblemente; la mayoría lo hace sin la violencia suficiente para repercutir en el clima, aunque arrojen mucho material y produzcan otras calamidades; p. ej. el Santa Helena (EUA, 1980) y las del volcán de Colima en los últimos años. Las erupciones que sí afectan al clima ocurren con separación de varios años; pueden pasar décadas

enteras sin registrarse ninguna y haber más de una en el mismo decenio; de 1915 a 1945 no hubo nada; en cambio entre 1900 y 1915 hubo cuatro; la del Soufrière (Isla Guadeloupe), Santa María (Guatemala), Shtyublya Sopka (Rusia) y la del Katmai (Alaska). Por lo tanto, el periodo de recurrencia de las erupciones que afectan el clima, en una buena porción del planeta y a lo largo de años, es del orden de décadas, mismo que hemos identificado como plazo mínimo de los cambios climáticos.

NIÑO CON CHICHÓN

Sin duda, el volcán más célebre del decenio es el Chichón, no sólo entre sus paisanos mexicanos, sino en el mundo. Ubicado en Chiapas, este volcán tuvo repetidas erupciones violentas en la primavera de 1982; aquí relatamos algunos de sus efectos climáticos y atmosféricos.

El Chichón inyectó a la atmósfera una enorme cantidad de material; partículas líquidas y sólidas formaron una densa nube a 27 km de altura snm. La erupción coincidió con la época en que el viento de este a oeste era máximo, dentro de la oscilación cuasibienal de la estratosfera. Por esta razón, la nube de aerosol, ceniza y polvo se extendió rápidamente hacia el oeste y en tres semanas ya formaba un cinturón alrededor del mundo, entre los paralelos 5 y 30°N. La presencia de estas partículas fue claramente detectada, pero no así su efecto térmico; tan denso y amplio velo debió atenuar la radiación solar y bajar la temperatura en esa ancha zona del globo. La merma de radiación entrante al planeta fue efectivamente registrada, pero no el enfriamiento del clima. ¿Qué pasó? Resulta que por esos mismos meses hubo Niño, que además fue grande. El Niño calienta el clima; por lo tanto, se contrapuso y ocultó el impacto térmico del Chichón.

Bueno, y ¿qué Niño es ése?, o mejor ¿qué es eso de El Niño? Tan tierno nombre no se refiere a ninguna suerte de inocente criatura, sino a un fenómeno oceánico más bien monstruoso, que altera el clima y tiene repercusiones negativas en la economía, al abatirse la pesca de anchoveta, la producción de harina de pescado y la recolección de guano en Perú.

Se trata de una anomalía positiva de temperatura del Pacífico ecuatorial de unos 4°C, cuyas consecuencias mayores se dan en el litoral sudamericano. La contracorriente ecuatorial del N, que fluye hacia el E, se desplaza hacia el S, llevando agua cálida muy salobre hacia las costas de Ecuador, luego se mezcla con la corriente fría de Humboldt, que procede del S, resultando un flujo tibio hacia Perú. Esta anormalidad es lo que propiamente constituye la "corriente de El Niño", la cual bloquea la surgencia (emersión de agua profunda del océano hacia. la superficie), que normalmente opera ahí acarreando plancton, nutriente básico de los peces chicos (principalmente la anchoveta), que a su vez lo son de peces mayores (como el atún) y de las aves guaneras, cuyos desechos digestivos son el famoso fertilizante. Es posible que —durante meses— la anchoveta se sumerja o retire mar adentro en busca del plancton; consecuentemente, el atún y las aves también emigran. Sin embargo, la catástrofe más notable es la mortandad de esta fauna.

El Niño es un fenómeno recurrente, pero no periódico; aparece en promedio cada cuatro años, no obstante puede haber uno dos años después de otro y no haber ninguno en cinco años. Su pintoresco nombre proviene de que —cuando se presenta— comienza a manifestarse hacia fines de diciembre o principios de enero, y el espíritu navideño de los pescadores peruanos lo asocia con el niño Dios. Esta denominación se usa en todos los idiomas y con mayúscula, a veces se traslada con todo y artículo también con mayúscula: El Niño.

Así, como no se sabe en qué año va a haber Niño y en cuál no, tampoco se puede prever de qué tamaño va a ser, pues los hay grandes y chicos. Además, a veces son gemelos: nacen dos casi juntos. También hay abortos: se advierten indicios de gestación y... nada. En fin, hay toda una obstetricia oceanográfica, de la que no soy experto.

Aunque su impacto térmico es mayor cerca del ecuador, El Niño puede sentirse oceanográficamente hasta el litoral pacífico mexicano. Sus secuelas en la atmósfera trascienden más allá que las marinas; la circulación atmosférica se debilita y la temperatura ambiente se eleva. Su efecto climático de peores consecuencias son lluvias torrenciales en la árida costa de Sudamérica (Desierto de Atacama), que producen gran erosión. A mayores distancias, no es claro si El Niño induce humedad o sequedad, ni tampoco si los retozos del párvulo acrecientan o aminoran los huracanes.

En esta sección hemos considerado a El Niño como causa, y a los cambios climáticos como efecto; en verdad esto no es unidireccional ni así de fácil. Tal vez otras alteraciones atmosféricas conciben al crío, o contribuyen a su gestación, particularmente dos: una es la llamada "oscilación austral", consistente en que —en el Pacífico sur— la presión atmosférica aumenta en su margen oeste (Australia e Indonesia) y disminuye en el este (Sudamérica); la otra posibilidad son los vientos cálidos procedentes del desierto de Atacama (Perú y Chile). De nuevo el problema del huevo y la gallina.

LA ISLA DE CALOR

Ya explicamos que el polvo originado en erupciones volcánicas enfría el clima. Lo mismo debe suceder con el polvo de otras fuentes, naturales y artificiales; efectivamente, así es, con la única diferencia de la escala espacio-temporal. La supremacía del polvo volcánico radica en su enorme monto, su permanencia de años en la estratosfera y su propagación alrededor del globo. Ninguna otra fuente de polvo tiene esos alcances.

Tal vez el polvo de origen natural que sigue en importancia es el levantado del desierto por tormentas. Puede llegar a miles de kilómetros en la horizontal, pero se queda en niveles bajos y en unos días es devuelto a la superficie por la gravedad o por la lluvia.

El polvo artificial tiene impacto únicamente local; puede ser de origen bélico, industrial, etc.

Afortunadamente —y ojalá se extinguieran— las guerras son circunscritas y de corta duración; la industria —en cambio— puede tener efecto permanente; en una urbe con alta concentración de ella, como la ciudad de México, el polvo es constituyente normal del esmog. Ciertamente, el polvo —por sí solo— enfriaría el clima citadino; revuelto con los gases, su bloqueo de la radiación solar es superado por el efecto invernadero de éstos, con el resultado neto de la conocida "isla de calor". Adicionalmente, otras actividades y características metropolitanas (combustión, transformación, iluminación... hasta el hacinamiento humano) producen calor.

Deduciendo, el polvo atmosférico aminora el calor inducido por los gases; en ese sentido, ambos contaminantes se contraponen benéficamente; empero, el daño orgánico que ocasionan de ningún modo se atenúa sino que, al contrario, se intensifica.

En el resultado neto está incluido el aumento de albedo: el asfalto de calles y el concreto y la lámina de techos hacen que la ciudad sea más brillosa, rechace los rayos del Sol y la temperatura baje.

En fin, el ambiente urbano es resultado de procesos complejos sobrepuestos y ciertamente constituye un cambio climático local porque es permanente (desde hace décadas), comparado con su entorno rural y con las condiciones prevalecientes antes de la urbanización.

Otras manifestaciones del cambio climático por urbanización es que las ciudades son más resecas, pero en ellas los aguaceros y granizadas son más intensas. Lo primero (humedad) por la escasez de vegetación y cuerpos de agua, además del aumento de temperatura (que disminuye la humedad relativa); y lo segundo (precipitación) por la gran concentración de nucleantes y la convección inducida por la isla de calor.

También las guerras enturbian la atmósfera; la reciente del golfo Pérsico, con su secuela de petróleo derramado y pozos incendiados, posiblemente provoque cambios climáticos regionales que duren años, aunque todavía no es claro en qué sentido actúen. El derrame de un millón de toneladas de crudo y el incendio de casi mil fugas constituyen la marea negra y el siniestro industrial, respectivamente, más grandes de todos los tiempos; sin embargo, en 1991, las emisiones de hollín de estos desastres son, a escala global, menos preocupantes que las del volcán Pinatubo en Filipinas o la quema de bosques en África y Sudamérica.

LAS APARIENCIAS ENGAÑAN

En las secciones anteriores explicamos que volcanes, guerras e industria generan polvo y ceniza; pero no son las únicas fuentes de partículas suspendidas, ni tampoco son éstas las únicas impurezas que inyectan a la atmósfera. Volcanes, guerras e industria también emiten gases y líquidos contaminantes.

Los principales gases lanzados por los volcanes son bióxido de azufre, C02 y vapor de agua, que luego de reaccionar forman en la estratosfera ácido sulfúrico, sulfato de amonio, etcétera.

Sobre el C02 y otros gases contaminantes ya hablamos en el capítulo V. Sólo reiteramos que la mayoría de los gases artificiales son de invernadero, es decir opacos a la radiación terrestre y transparentes a la solar; por lo tanto, calientan. El 03 es uno de ellos, con dos modalidades: la acción humana lo origina —básicamente por combustión motriz— en las ciudades, constituyendo un contaminante en los niveles bajos (troposfera), y lo destruye —con CFCS, óxidos de nitrógeno, etc.— en la estratosfera, donde sirve para bloquear los dañinos rayos ultravioletas del Sol; de modo que el hombre incrementa el 03 donde perjudica (a las vías respiratorias, ojos, etc.) y lo decrementa donde beneficia.

Desde hace algunos años, cuando hubo cambio de gasolinas, el plomo se volvió marginal y el 03 pasó a ser el protagonista de la contaminación en la ciudad de México. Tanto el C02 (el mayor causante de la isla de calor) como el 03 y en general los gases inyectados artificialmente a la atmósfera son transparentes. Por lo tanto, cuando el esmog es más notorio a simple vista no necesariamente es mayor la concentración de los contaminantes que más afectan a la temperatura y a la salud, pues son invisibles; lo que se ve del esmog son sus componentes sólidos y líquidos; de hecho, el vocablo se formó con las palabras inglesas smoke (humo) y fog (niebla); ciertamente el humo lleva CO, C02 y otros gases, pero lo verdaderamente opaco es el hollín, la ceniza, etcétera; además, la niebla son gotitas de agua. Hay días en que el cielo se ve diáfano y, sin embargo, el reporte de la infición indica niveles nocivos de 03. Las apariencias engañan.

¿INVIERNO U OTOÑO NUCLEAR?

Las explosiones nucleares producen gran cantidad de dióxido de nitrógeno (N02); por eso algunos investigadores rusos creen que el enfriamiento registrado entre 1940 y 1965 (apreciable en las figuras II.2 y V.4) se debe más a las pruebas nucleares realizadas en la atmósfera en esas décadas, que al vulcanismo registrado entonces, luego del periodo de quietud volcánica (1915-1945), mencionado en la primera sección de este capítulo. El mecanismo consiste en que el N02 reacciona con el agua, produciendo ácidos que van a dar a la estratosfera; ahí absorben radiación solar y calientan esos niveles, pero enfrían los inferiores.

De esto último se vislumbra un comportamiento dual; efectivamente, los contaminantes enfrían o calientan según la altura donde se ubiquen y según su tamaño. Las partículas mayores (principalmente sólidos) absorben la radiación solar (o de onda corta) y, por lo tanto, obstruyen la entrada de calor a niveles inferiores. Las partículas menores (principalmente gases artificiales) absorben la radiación terrestre (onda larga) y entonces obstruyen la salida de calor. O sea que las pequeñas calientan y las grandes enfrían, pero ¿en dónde calientan o enfrían? pues... las chicas calientan la capa misma donde se ubican, pero las grandes enfrían a la capa que está debajo de ellas; además,

en la otra capa (considerando sólo troposfera y estratosfera) ocurre lo contrario, en cada caso. Este contraste por niveles se da porque el balance planetario de radiación debe mantenerse, suponiendo que el albedo global no cambia ni tampoco la radiación incidente en el planeta; consecuentemente, debe salir lo mismo que antes, pues la radiación entrante es igual.

Naturalmente, estas suposiciones no se cumplen del todo. El polvo dispersa los rayos del Sol y entonces aumenta el albedo planetario; por lo tanto, en vez de absorber radiación, la rechaza; los niveles debajo del polvo se enfrían (como antes), pero ahora la capa que lo contiene no se calienta. La realidad es intermedia a ambos extremos: las partículas hacen ambas cosas, absorben y dispersan. Ahí no para el lío; como vimos en el capítulo III, cualquier elemento del sistema que absorbe radiación también emite (siempre en onda larga), y lo hace para abajo y para arriba; esta radiación, a su vez, puede ser absorbida por otras capas, etcétera.

Anteriormente dijimos que la turbiedad antropógena de la atmósfera es insignificante comparada con la natural, bajo el supuesto de guerras de —a lo mucho— alcance regional. Sin embargo, una guerra nuclear global sí oscurecería la atmósfera en grado similar a las catástrofes geológicas, como la caldera de Toba (hace 75 000 años) y el cometa de los dinosaurios (hace 65 millones de años), reseñadas en el capítulo II. Esta calamidad antropógena, considerada singularidad impredecible, indeseable y aparentemente descartada, estuvo en boga hace algunos años y se le llamó inicialmente "invierno nuclear"; pero en años subsecuentes se recalculó el efecto climático de la conflagración, resultando menos dramático que la estimación previa, y se bautizó como "otoño nuclear". Las investigaciones no son concluyentes, se han abandonado un tanto, y es dudoso si la detonación generalizada del arsenal nuclear mundial extinguiría la vida y sus posibilidades de recuperación.

UNA CONSTANTE QUE CAMBIA

Como se explicó en el capítulo III, la energía emitida por el Sol casi no varía, por eso se denomina constante solar. Siendo tan pequeñas estas variaciones, los instrumentos antiguos eran incapaces de detectarlas; pero las medidas modernas han demostrado que tal "constante" en realidad cambia.

La variación de la luminosidad parece tener cierta correspondencia con los ciclos de manchas solares, pero no es seguro. Junto con estos vaivenes, la polaridad del Sol da brincos: sus polos N y S magnéticos se intercambian. En fin, coexisten varios ciclos sobrepuestos de características físicas que juntas constituyen la actividad solar; entre estas propiedades del Sol hay algunos vínculos claros y otros inciertos. Además, la actividad solar y el clima terrestre insinúan correlaciones que pueden ser sólo coincidencias, pues su base física es precaria.

De cualquier modo, el Sol tiene una variabilidad pequeña; su luminosidad cambia dentro del 1%, y estos cambios no perduran lo suficiente como para que el clima reaccione a ellos. Tal vez la única ocasión registrada históricamente en que una variación solar persistió por décadas fue en los

siglos XVII y XVIII, con el mínimo de Maunder o Pequeña Era Glacial, pero naturalmente de esa época no hay medidas de la constante solar. Más información de esto aparece en la primera sección del capítulo III.

Evidentemente, un aumento (o disminución) de la luminosidad del Sol debe calentar (o enfriar) el clima y esto se registrará más claramente cuanto más fuerte o duradero sea aquél (o aquélla).

EN ÓRBITA

En la sección anterior platicamos de la energía emitida o luminosidad del Sol, causa primigenia de la radiación recibida en la Tierra; pero, evidentemente, esta última depende además de otros factores llamados orbitales. Por "radiación solar recibida por la Tierra" (llamada también insolación) entendemos la que llega al planeta desde el espacio exterior, o sea la incidente en el tope de la atmósfera, antes de ser absorbida, reflejada o dispersada por el aire, las nubes, el suelo, el agua o el hielo. Naturalmente, el "tope de la atmósfera" es un nivel imposible de precisar, dado que la capa gaseosa del planeta se atenúa gradual e indefinidamente; pero pensar en unas decenas de kilómetros de altura es una buena aproximación. Por otro lado, identificar la insolación con la radiación procedente del espacio exterior es correcto, pues la radiación que proviene de otras fuentes es insignificante, comparada con la solar.

Por lo tanto, la insolación depende (solamente) de la constante solar y de los parámetros orbitales, que son: oblicuidad, exentricidad, y longitud y posición del perihelio (la distancia más corta de la Tierra al Sol). La longitud del perihelio y la excentricidad determinan la órbita; y la posición del perihelio y la oblicuidad determinan la orientación de la Tierra respecto de esa órbita.

De acuerdo con la primera ley de Kepler, la órbita de la Tierra es una elipse; consecuentemente, para describirla se requieren sólo dos parámetros, que pueden ser la longitud del perihelio y la excentricidad. La primera especifica el tamaño de la elipse y la segunda indica qué tan redondeada o alargada es.

Adicionalmente, la segunda ley de Kepler establece que en su movimiento de traslación la Tierra no lleva velocidad uniforme; en el perihelio la rapidez es máxima y en el afelio (el punto opuesto, esto es, el punto más distante entre la Tierra y el Sol) es mínima.

Analicemos ahora los otros dos parámetros orbitales. De la oblicuidad ya hablamos en el capítulo III; en esa oportunidad la definimos como el ángulo que hay entre el (plano del) ecuador y (el plano de) la órbita terrestre o eclíptica. Este ángulo mide 23.5°... actualmente, porque resul ta que cambia leve y lentamente.

COMO UN TROMPO

Cuando ponemos a girar un trompo, si lo dejamos vertical se queda "dormido", o sea que su eje permanece en esa posición; pero un momento después de

"dormir", o si lo soltamos inclinado, el trompo —además de girar— se bambolea; este movimiento se llama precesión y consiste en que el eje del trompo describe un cono alrededor de la vertical; conforme el cuerpo pierde vértigo, este cono se amplía y termina cayendo.

Análogamente al trompo, la Tierra se bambolea; es decir, el extremo N de su eje de rotación (que la atraviesa de polo a polo) no apunta siempre hacia la misma estrella (actualmente a la Polar), sino que traza en la bóveda celeste un círculo que se completa en un periodo de casi 26 000 años.

Por lo tanto, la Tierra tiene tres movimientos: rotación, cuyo periodo es de 24 horas; traslación, de 365 1/4 días; y precesión, de 25 900 años. Este último movimiento, mucho más tenue que los otros dos, es la causa de que la oblicuidad varíe; el valor de este ángulo oscila entre un mínimo de 22.5° y un máximo de 24.5°, en ciclos que duran decenas de mil enios.

La precesión se debe a la influencia gravitacional del Sol y la Luna, y actúa sobre el abultamiento ecuatorial de la Tierra; en mucho menor grado, los demás planetas también ejercen influencia.

La precesión produce algo más que la variación de la oblicuidad. Dado que el vaivén del eje no es en un plano sino en un cono, el ecuador cambia su orientación respecto de la eclíptica y consecuentemente cambian los puntos de la órbita (o momentos del año) donde la carrera del Sol cruza el ecuador celeste (proyección del ecuador terrestre en la bóveda celeste), es decir, los equinoccios. Esto ocasiona un corrimiento sistemático de las estaciones sobre la órbita terrestre; ésta es una elipse que mantiene fija su orientación en la bóveda, o sea que sus ejes apuntan siempre a las mismas estrellas. Dicho corrimiento se llama precesión de los equinoccos.

HORÓSCOPOS DESPISTADOS

Hace dos milenios y medio los babilonios de Caldea descubrieron y bautizaron el Zodiaco, que es un cinturón de constelaciones de la bóveda celeste en el plano de la eclíptica; es decir, las estrellas que sirven de fondo al Sol, visto desde la Tierra. Naturalmente no las vemos porque el resplandor solar las opaca; pero son las mismas que seis meses después (o antes) destacan en la noche.

Los caldeos definieron 12 constelaciones y las asociaron a periodos mensuales, en fase con las estaciones; de modo que Aries va del 21 de marzo al 20 de abril; Tauro, del 21 de abril al 21 de mayo, etc. Esto significa que el primer mes de primavera el Sol estaba en la constelación de Aries, el segundo mes tenía por fondo a Tauro, etcétera.

De paso, los babilonios inventaron la astrología, basada en la creencia errónea de que el destino de cada persona estaba determinado por la ubicación del Sol, en la bóveda, el día de su nacimiento.

Y ahora viene lo bueno. Eso de que el Sol está (ba) en Aries entre el 21 de marzo y el 20 de abril era cierto hace 2 500 años, ahora ya no; el Zodiaco se ha corrido como consecuencia directa de la precesión de los equinoccios. El desplazamiento de las estaciones sobre la órbita terrestre afecta también al cinturón de constelaciones; y como 2.5 milenios es casi la décima parte del periodo de precesión de la Tierra, entonces el Zodiaco se ha desplazado casi el 10% de una revolución. Esto significa un corrimiento equivalente a poco más de una constelación.

En ocasión del eclipse de Sol del 11 de julio de 1991, algunos astrónomos hicieron campaña para que la gente observara que ese día el Sol estaba en la constelación de Géminis, no en la de Cáncer, como lo indica la astrología tradicional. Naturalmente, un eclipse total es una oportunidad magnífica para ver directamente la posición del Sol respecto de las estrellas; dado que estando cubierto el Sol, éstas son observables a pleno día.

La superstición astrológica sigue basándose en el calendario zodiacal de los babilonios; pero los signos del Zodiaco están corridos por más de un mes y quienes hacen los horóscopos no se han tomado la molestia de, al menos, corregir las fechas en que "rigen". A lo mejor por eso fallan. Si usted cree en la ficción astrológica, en todo caso debería fijarse en el horóscopo anterior al suyo", pues esto es más cercano a la realidad astronómica; p. ej., si usted "es" Virgo tendría que hacer caso a lo dicho en el de Leo.

La precesión de los equinoccios fue descubierta por el griego Hiparco hacia el año 130 a.C.; al darse cuenta de que la posición de las estrellas no coincidía con la reportada por los babilonios, concluyó —correctamente— que lo que se desplazaba no eran ellas, sino la "plataforma de observación" —la Tierra.

DESNORTEÁNDONOS

Unas secciones antes dijimos que la posición del perihelio y la oblicuidad determinan la orientación de la Tierra respecto de su órbita. La oblicuidad define la inclinación del planeta con la eclíptica; y la posición del perihelio, ¿qué tiene que ver? Para allá vamos.

En la sección anterior explicamos que los equinoccios se desplazan sistemáticamente sobre la órbita, o sea que el ciclo de las estaciones va teniendo diferentes posiciones con relación al perihelio (y al afelio). Por lo tanto, la ubicación de los equinoccios, conjuntamente con la oblicuidad, determina la orientación del planeta en la eclíptica.

Posiblemente es impreciso decir que la posición del perihelio determina la orientación, pues él —y la órbita completa— están fijos. Lo apropiado es: la precesión de los equinoccios con respecto al perihelio determina la orientación... En fin.

CLIMA EN ÓRBITA

Ya describimos los parámetros orbitales, pero aún no explicamos cómo afectan al clima; ahora lo haremos. Naturalmente, si la órbita fuera más grande (como la de Marte), estaríamos más lejos del Sol y tendríamos un clima más frío; en cambio si fuera más chica (como en Venus) haría más calor.

En cuanto a la excentricidad, es claro que una órbita más alargada produciría un notable efecto intraanual adicional a las estaciones. Actualmente, la distancia Tierra-Sol varía 3.5% a lo largo del año; o sea que la excentricidad es pequeña y su efecto en el clima es poco apreciable. Como se dijo en el capítulo III, el día que estamos en perihelio es el 3 de enero; lo cual atenúa el frío invernal en el HN. Se ocurriría pensar, en consecuencia, que el HS tiene estaciones más extremosas que el HN, pues en invierno el Sol está tendido y lejos, y en verano está elevado y cerca; pero en realidad aquello no sucede, porque en el HS hay mucho más océano que continente y la inercia térmica de aquél amortigua los cambios.

La precesión de los equinoccios afecta al clima, al combinar el efecto estacional con el de distancia Tierra-Sol. Veamos. Las fechas de los equinoccios (y también de los solsticios) no varían (excepto, hasta por un día, debido a las correcciones por año bisiesto, como se anotó en el capítulo III); el calendario está atado a las estaciones, como referencia astronómica. Lo que sí cambia es la relación equinoccios-perihelio y eso es lo que incide en el clima, a consecuencia de la segunda ley de Kepler. La estación que toca en perihelio es más corta (y moderada) que la de afelio, pues por aquel punto la Tierra pasa rápido y por éste lentamente.

Ahora hablemos del último parámetro orbital: la oblicuidad. Es obvio que si las estaciones se deben a la oblicuidad, al cambiar ésta las estaciones deben alterar su intensidad. Un ángulo mayor entre ecuador y eclíptica produciría inviernos más gélidos, por tener al Sol más tendido; un ángulo menor daría escasa variación estacional: el invierno y el verano serían más parecidos entre sí, pues en invierno los rayos del Sol se inclinarían menos que ahora. Además, al variar la oblicuidad, los trópicos y los círculos polares cambian de latitud de la siguiente manera: la latitud de los trópicos se incrementa, y la de los círculos polares se decrementa, lo mismo que se incrementa la oblicuidad.

Para concluir con los efectos orbitales sobre el clima, diremos que éstos efectivamente existen, pero su escala temporal es enorme. Estos cambios climáticos tienen lugar en tiempos del orden de decenas de milenios y mayores.

EL MODERADOR Y EL DESMEMORIADO

Desde el capítulo I hemos dicho que el continente posee características físicas muy distintas al océano, y que éstas afectan mucho al clima: el océano tiene una enorme memoria o inercia térmica y un albedo muy pequeño; el continente, al revés. Es decir, el mar absorbe y guarda una gran cantidad de calor, y el suelo hace ambas cosas pero en mucho menor medida. Esta aseveración se aplica a la superficie desprovista de hielo y nieve; el casquete polar se comporta distinto: su albedo es lo doble que el del suelo y su capacidad

calorífica es intermedia a la del océano y el continente. El comportamiento radiacional y térmico de la criosfera es independiente de si está cubriendo mar o suelo.

En el capítulo II mencionamos la deriva continental, o sea el desplazamiento del terreno a escala de tiempos geológicos. El clima resulta afectado por la distribución geográfica de océano y continente, pues el primero es su gran moderador y el segundo es un desmemoriado.

Los cambios climáticos por deriva continental efectivamente existen, pero son mucho más lentos que los orbitales (sección anterior). Como puede verse en la figura II.1, movimientos apreciables de los continentes sólo se dan en tiempos del orden de decenas de Ma o mayores.

LA CAUSA DE LAS GLACIACIONES

Aunque a la fecha no se han identificado completamente los factores que produjeron las glaciaciones, lo más probable es que éstas se deban justamente a la deriva continental como principal causa, mas no la única; ciertamente, las fluctuaciones orbitales retraen y extienden el casquete polar, pero en menor grado y en tiempos mucho menores: decenas de milenios.

Como puede verse en la figura II.1, hace 200 Ma el océano ocupaba cuatro quintas partes del HN, Europa estaba unida a Norteamérica, Asia separada de ellas, y todas lejos del polo; África no aparece aún en ese hemisferio. La composición actual es 3/5 de océano y 2/5 de continente. Esta evolución fue más notable en latitudes altas; p. ej., en el cinturón 60-70°N la continentalidad (fracción de la superficie ocupada por continente) paso de 0 a casi 100%.

Por otro lado, se sabe que la temperatura tropical ha sido prácticamente la misma durante cientos de Ma; en cambio, la ártica ha cambiado mucho. Hay una clara relación entre el enfriamiento del Ártico y el aumento de la continentalidad allí. La temperatura invernal bajó del punto de congelación hace 75 Ma y continuó descendiendo hasta el presente. La disminución más intensa se dio hace unos 30 Ma, estableciéndose entonces las condiciones para el inicio de las glaciaciones.

DE SALIDA

Para completar este capítulo de cambios climáticos falta algo sobre la composición de la atmósfera. En secciones anteriores vimos el efecto del polvo, ceniza y 03 en el clima; pero el C02 y otros gases de invernadero se trataron en el capítulo V.

Ciertamente, el diagnóstico y el pronóstico de los cambios climáticos son un campo de acción primordial de los modelos fisicomatemáticos del clima. Dada la complejidad del sistema climático y la amplia gama de factores externos que pueden afectarlo, la modelación de los cambios aísla esos factores y simplifica la cosa, considerando sólo una que otra causa.

Diversas disciplinas, como la sedimentología, la glaciología, la dendrología y la palinología, proveen datos paleoclimáticos. La simulación por modelos consiste en calcular algún campo (p. ej. la temperatura ambiente), a partir de otros "observados" (como la extensión de la criosfera, la temperatura del océano, etc.) o suministrados por otras ciencias (el cálculo astronómico de la insolación, basado en las condiciones orbitales de entonces). El diagnóstico se verifica y el modelo se califica mediante el cotejo del campo calculado con el correspondiente observado. Desde el capítulo VII se dijo que en cualquier aplicación de un modelo, algunas cosas se prescriben y otras se generan. Un modelo más completo calcula más cosas con menos datos; lo que un modelo prescribe otro lo genera, etcétera.

Por supuesto que los modelos tienen diversos grados de habilidad y a veces arrojan resultados encontrados. Esto último ocurre más cuando calculan cambios climáticos futuros, en que —evidentemente— no existen las observaciones para comprobar los resultados, según se mostró en el capítulo V.

El MTC ha sido usado para simular paleoclimas, principalmente la evolución de la temperatura en los últimos 200 Ma por variación de la continentalidad (trabajo realizado en colaboración con investigadores del Observatorio Lamont, Universidad de Columbia, N.Y.) y durante la última deglaciación, de hace 18 000 años al presente (con la Universidad Católica de Lovaina la Nueva, Bélgica).

Con el MTC se han calculado también cambios climáticos por perturbaciones supuestas de la luminosidad del Sol y bajo las condiciones orbitales reales de milenios pasados y futuros. Otra aplicación importante del MTC es la evaluación del cambio climático antropógeno esperado para el siglo XXI por el aumento de los gases de invernadero (capítulo V).

Los cambios climáticos que realmente ocurren en la naturaleza son el resultado de varios factores sobrepuestos y simultáneos, nunca aislados. Unos de estos factores se conocen con certeza y exactitud (p. ej. los parámetros orbitales); otros son estables y predecibles dentro de cierta escala de tiempo (la actividad solar, la deriva continental, etc.), y algunos más son inciertos e imprevisibles (erupciones volcánicas, impacto de meteoritos o cometas, guerra nuclear, etc.). Sin embargo, aunque supiéramos exactamente la ocurrencia de todos los factores externos que lo afectan, el diagnóstico y el pronóstico cabales de los cambios del clima son imposibles ahora y en los próximos lustros. La razón de esto es que los modelos fisicomatemáticos, la disponibilidad de datos para alimentarlos y las computadoras para correrlos están subdesarrollados para cumplir tan colosal empresa.

X. MODELOS FUTURISTAS

Junto con él se precipitan las lluvias, que son suyas. Es el amigo de las Aguas, el que nació antes que nadie, cumplidor del orden. Es el aliento de los dioses, la progenie del Universo. Al dios Viento rindamos homenaje. Rig Veda, X, 168. India, siglo XII a.C.

AHÍ ESTÁ EL DETALLE

EN GENERAL, los modelos del clima se resuelven por computadora en puntos uniformemente distribuidos; sin embargo, este tipo de retícula no es la idónea en aplicaciones reales. Se antoja que haya mayor densidad de puntos en las regiones más pobladas, que es donde más observaciones se hacen y también donde más interesa explicar y predecir el clima. Las mallas no homogéneas tratan de satisfacer esta necesidad, pero su uso complica el método numérico.

Una alternativa, también computacionalmente compleja, consiste en resolver el modelo primero en una rejilla gruesa sobre un ámbito amplio; con el resultado se calcula el clima en una región interior más restringida, cubierta por una rejilla más fina, y así sucesivamente, hasta alcanzar el detalle requerido en el contorno deseado. Esta técnica se llama de mallas anidadas. Tanto las mallas no homogéneas como las anidadas ya empiezan a usarse, y se espera un futuro desarrollo generalizado.

Recordando algo dicho en el capítulo VII, el problema de diagnosticar y pronosticar el clima abarca tres fases: entrada, proceso y salida; o disponibilidad de datos, formulación del modelo y solución numérica del mismo, respectivamente.

En estos términos, las mallas no homogéneas y anidadas apuntan al futuro de la tercera fase, en la cual también incide el desarrollo de computadoras poderosas para correr ágilmente los modelos cada vez más complejos.

LA UNIÓN HACE LA FUERZA

Otra línea en la que habrá de progresar el pronóstico del clima es la automatización de sus tres fases. Esto significa que la supercomputadora en la cual corre el modelo esté conectada a las redes mundiales que suministran los datos necesarios; alimentando así el programa resuelve el modelo y sus resultados se trasmiten a las terminales o estaciones de trabajo de usuario diversos, los cuales despliegan los campos climáticos que necesiten, en el formato y dispositivo deseados.

Aunque la cooperación internacional para concentrar y distribuir datos está muy avanzada, su disponibilidad, con la generalidad, completez y oportunidad

requeridas, todavía es deficiente. Esto se debe a que en amplias áreas del globo los datos escasean o se interrumpen, el instrumental de medición no es homogéneo, etc.; por todo ello los datos provenientes de los observatorios deben ser tratados con diversas técnicas para conformar campos climáticos manejables.

Cuando estas deficiencias sean solventadas, y contando con el equipo adecuado de comunicación y cómputo, los modelos serán operativos; es decir, con mínima intervención humana se alimentarán, pondrán en marcha y enviarán resultados a los usuarios.

Naturalmente, el dispositivo científico y tecnológico descrito no es estático, evoluciona; conforme pasa el tiempo, la formulación fisicomatemática del modelo mejora, los datos aumentan en cantidad y calidad, surgen nuevas generaciones de computadoras, etc.; por estas razones, el modelo operativo se actualizará periódicamente, digamos cada año.

Hemos hablado de redes como interconexión mundial de bases de datos, pero hay otro tipo de redes, cuyo uso se generalizará en los próximos lustros. Se trata de las redes de cómputo y proceso distribuido, que consisten en interconectar computadoras lejanas, para correr programas de una institución en la máquina de otra (incluso extranjera), correr simultáneamente partes de un programa en computadoras distintas, acoplar modelos diferentes corriendo cada uno en su propia institución, etc. Estas redes permitirán usar modelos del clima a investigadores que no tienen uno o no disponen de supercomputadora, suplementar deficiencias de un modelo con otro, etc. Habrá, en fin, una colaboración más efectiva entre investigadores alrededor del mundo, facilidades para entender por dentro los modelos ajenos, y seguramente también surgirán modelos más hábiles para explicar el clima pasado y predecir el futuro.

BICHOS, YERBAS Y RAYOS

Hasta aquí hemos entendido el clima como un conjunto de propiedades físicas (principalmente térmicas y dinámicas) de atmósfera, océano y continente. Por lo mismo, los modelos sólo incorporan procesos físicos como factores internos (o retroalimentadores) del sistema. Sin embargo, el clima tiene mecanismos no físicos que interactúan con él; a saber, fenómenos químicos y biológicos. Unos modelos incluyen a algunos de éstos, pero como factores externos al sistema, es decir prescritos, no generados.

Ejemplo de proceso biológico interactuante con el clima es la relación humedad-vegetación-albedo: el suelo húmedo favorece el crecimiento de plantas, la cubierta vegetal reduce el albedo de la superficie, esto calienta el clima, etcétera.

Para ejemplificar mecanismos bioquímicos internos al clima diremos que las plantas fijan C02 de la atmósfera y liberan oxígeno (02), los animales aspiran 02 y espiran C02, este gas —de invernadero— es absorbido por el océano y reacciona con sustancias disueltas en él. Además, plantas y animales

transpiran, aparte de respirar. La evapotranspiración inyecta vapor de agua —otro gas de invernadero— a la atmósfera. Y todos estos procesos dependen de la temperatura, principal variable del clima.

El párrafo anterior describe una parte del ciclo del carbono (C) en la naturaleza. Este elemento es la base química de la vida y da lugar al gas de invernadero más importante. Otros elementos con similares funciones son el nitrógeno y el azufre; los tres fluyen entre suelo (u océano), plantas y animales, y atmósfera. Por lo tanto, hace falta entender científicamente los ciclos biogeoquímicos de carbono, nitrógeno y azufre, y en el futuro modelarlos como parte del clima.

Cuando la biota (conjunto de seres vivos) se integre orgánicamente en los modelos climáticos, entenderemos, entre otras cosas, si la deforestación causa sequía o al revés.

Dejemos la biosfera y ascendamos a la estratosfera. En esta capa atmosférica los procesos más relevantes son los fotoquímicos: allí abundan los rayos cósmicos, que son partículas muy energéticas, algunas procedentes del Sol, pero mayormente de fuentes más lejanas. Estos rayos rompen moléculas, átomos y núcleos, dando lugar a numerosas reacciones químicas y nucleares. O sea que en esos niveles los componentes del aire están en continua transformación química. La reacción fotoquímica más conocida es la disociación del oxígeno molecular (O2) en dos átomos (2O), causada por un rayo ultravioleta y el posterior enlace de un O con un O2, dando lugar al ozono (O3); esta molécula es disociada a su vez por otro rayo ultravioleta; el resultado de ambos mecanismos es un equilibrio que da lugar a una capa estable de O3 en la estratosfera e impide que esa radiación llegue a la biosfera, donde dañaría a los seres vivos. Aunque la estratosfera queda fuera del escenario del clima, ella interactúa con la capa inferior —la troposfera—.

EL BUEN HOMBRE

En la sección anterior hablamos de la interacción entre los organismos biológicos y el clima, sin mencionar al hombre. Naturalmente, el ser humano es la especie viva más importante y también lo es para el clima.

Pese a todo —y como fue dicho desde el capítulo I y analizado en el V— la acción antropógena sobre el clima sólo es notable a escala local; su influencia global aún no es significativa, pero se espera que lo sea en el siglo XXI.

En sentido inverso, la relación de causalidad es mucho más fuerte: evidentemente, el clima afecta al hombre, modela a la sociedad y determina sus actividades. Al contrario de la influencia humana sobre el clima, la de éste sobre el hombre ha sido mayor en el pasado; actualmente —y lo será más en el futuro— su hábitat se adapta artificialmente según las necesidades, con dispositivos tecnológicos el hombre climatiza hogar, vehículos, centros de trabajo, estudio, compras, diversión, etcétera.

Al cubrirse con ropa y moradas el hombre se protege de las inclemencias de la intemperie, tanto en el frío como en el calor, la sequía y la lluvia. Motivado

inicialmente por sobrevivencia y salud, con dispositivos pasivos (sombra, abrigo, etc.), buscó luego el confort y lo ha exagerado con dispositivos activos (calefacción, aire acondicionado, humidificación, etc.). Esta exageración produce aberraciones: al entrar a algunas oficinas o tiendas en tiempo de calor hay que cuidarse de un resfriado, porque refrigeran el edificio a una temperatura más baja de la que uno está acostumbrado en tiempo de frío.

La climatización antropógena se concentra en ámbitos minúsculos, de modo que está lejos de ser considerada como modificación artificial del clima, aunque el abuso concomitante del consumo de combustible es causa importante del calentamiento global por el efecto invernadero.

Por lo tanto, a escala global el hombre aún no modifica apreciablemente el clima, pero la influencia del clima en el hombre sigue siendo fundamental. Los factores naturales afectan al clima mucho más que los artificiales, con una sola excepción la guerra nuclear generalizada.

Sin embargo, a escala local (urbanización, deforestación, cultivos, embalses, etc.) la acción antropógena sobre el clima sí es apreciable; por eso, y porque se espera una expansión de este alcance, la humanidad es, estrictamente, un componente del sistema climático: se afectan mutuamente. Reitero como ejemplo el caso de los pastores nómadas y la sequía del Sahel (capítulo VI): ¿Ellos —con sus rebaños— deforestan y ahuyentan la lluvia o la falta de ésta los obliga a emigrar al sur en busca de pastos?

Es deseable incluir al hombre como retroalimentador del clima, modelar su comportamiento con ecuaciones, sobre todo en ciertas regiones y actividades; pero esto es casi imposible. La modelación matemática ha dado pobres resultados en las ciencias sociales, ejemplos son el fracaso de los modelos econométricos, la imprevisión de cambios políticos, de crisis sociales, económicas, etc. Tal vez esto pasa porque los especialistas de estas disciplinas han estado tradicionalmente lejos de las matemáticas, o porque éstas son —actualmente— insuficientes para modelar a la humanidad. La teoría de catástrofes es ejemplo de disciplina que apunta a cubrir estas deficiencias.

Consecuentemente, antes de incorporar en los modelos a las actividades humanas interactuantes con el clima, debe cerrarse la brecha que separa a las matemáticas de las ciencias sociales. Tal vez la deficiencia se remonta más lejos: hay que medir primero ciertas variables sociales, psicológicas, etc., para luego cuantificar el comportamiento colectivo de la sociedad, el individual de los dirigentes, etc. Quién sabe si esto sea técnicamente posible y si los derechos humanos lo permitan; de cualquier modo, van a pasar décadas antes de tener resultados concretos en esta línea.

ECHANDO A PERDER SE APRENDE

La gente —sobre todo la del campo— puede desarrollar habilidades para predecir la temperie, incluso algunas de estas habilidades se sintetizan en

refranes; sin embargo, estas técnicas de predicción meteorológica tienen, por lo general, solamente validez local.

De paso diremos que los refranes que anticipan la temperie según el comportamiento de algunos animales tienen poco valor; las condiciones atmosféricas determinan algunas conductas animales, pero éstas no las anticipan o predicen.

Por otro lado, los proverbios que subordinan la temperie a la Luna y los planetas son inútiles; la apariencia de la Luna depende del estado de la atmósfera, pero las fases de la Luna no influyen en él.

Por último, el folklore relativo a la predicción climática es infundado; o sea, el saber popular fracasa cuando trata de prever el clima de un mes o una estación, sobre todo cuando ve en las condiciones de un día particular los indicios de una temporada futura; el ejemplo más pertinente son las cabañuelas.

Si bien los pronósticos vulgares son de escaso valor, otra cosa son los hechos por expertos. Vamos. Anteriores, simultáneos y complementarios a la predicción por modelos existen las estimaciones de meteorólogos y climatólogos prácticos. Su pericia se basa en estadística tácita, apreciación subjetiva e intuición inducida. Tras décadas de observar y revisar sistemáticamente el estado y evolución de la naturaleza, guiado por un preceptor que le trasmite sus conocimientos por ensayo y error, repetición y contagio, el aprendiz se convierte en experto de respetable habilidad.

Esta destreza tiene mucho de arte y no es del todo científica, dado que no es completamente objetiva, cuantitativa, ni comunicable. Es decir, se muere el experto y junto con él su saber; éste no puede trasmitirse por escrito, sino que se adquiere sólo por contacto directo con el maestro.

Las predicciones del empírico no emanan de correlaciones de causa-efecto, no se fundamentan en leyes físicas; en todo caso el empírico transcurre por la vertiente de la estadística como alternativa al modelo fisicomatemático: aprende que ciertas condiciones meteorológicas son preámbulo de tal o cual temperie o clima; así, es capaz de extrapolar hacia delante en el tiempo, por tendencia estadística intuitiva. Puede ser que recurra a explicaciones físicas para cimentar su predicción; pero ya hemos visto que platicando (argumentos cualitativos), por cada aseveración se pueden encontrar otras que también vienen al caso y la contradicen.

MODELOS QUE APRENDEN

Aparentemente, la sección anterior desentona en este capítulo; pero realmente sirve para introducir lo siguiente.

La disyuntiva entre modelación y experiencia limita la predicción de la temperie y el clima. Los mejores resultados se obtienen cuando ambas vertientes se complementan y esto puede hacerse de dos maneras: integrando un solo

pronóstico con el resultado del modelo y la estimación del experto, o retroalimentando el modelo para que "aprenda" de sus propios errores como lo hace el experto, para que "no tropiece dos veces con la misma piedra".

En la alternativa entre modelo y experto hay una fase intermedia: la estadística, que trata de formalizar lo que el experto hace subjetivamente. Este método hace a un lado las leyes físicas que regulan el proceso y, con estadística recursiva y auto-regresión de un promedio móvil, incorpora continuamente por retroalimentación los datos disponibles, autocorrigiendo el predictor. En palabras llanas: la situación futura se predice según la tendencia que muestre el registro previo, siempre actualizado por los nuevos datos, que a su vez sirven para verificar las predicciones anteriores y corregir continuamente la técnica estadística que se usa para predecir.

El método estadístico del párrafo anterior da la pauta para incorporar al modelo el entrenamiento del experto. Es decir, el párrafo anterior describe el "modelo experto o que aprende" si le cambiamos unas cuantas frases: al principio sustituimos "método hace a un lado las leyes físicas" por "modelo basado en las leyes físicas", luego según la tendencia que muestra" por "según el modelo que regula" y al final "técnica estadística" por "modelo fisicomatemático".

Esta metodología constituye un área madura de la teoría de sistemas, cercana a la teoría del control, con diversas aplicaciones científicas e ingenieriles; en meteorología y teoría del clima es incipiente. A continuación va una lista de expresiones que la caracterizan e incluso la identifican alternativamente: El modelo de evolución determinista deviene proceso estocástico que calcula la densidad de probabilidad de que algo ocurra. Estimadores estocásticos recursivos y adaptativos. Estimación secuencial con asimilación de datos. Esta asimilación absorbe errores de modelación e integración manteniendo la precisión. Inicialización o covariancia dinámica.

AL FIN EL CAOS

Para terminar el capítulo... y el libro, mencionaremos un tema fascinante (¿alucinante?), el último grito (¿alarido?) de la ciencia; toda una revolución científica y tal vez el surgimiento de una nueva ciencia... la teoría del caos, el descubrimiento más importante del siglo XX luego de la relatividad y la mecánica cuántica.

Esto no significa —para nada— que la ciencia, el mundo o la naturaleza vayan a terminar en un caos; aunque eso fuera cierto, no tiene nada de fascinante. No. Me refiero a otra cosa: el descubrimiento de un orden insospechado en entes azarosos y la producción del caos a partir de reglas deterministas simples.

En años recientes ha aparecido abundante bibliografía sobre el tema, a nivel de investigación, docencia y divulgación; en este último nivel destaca el libro Caos de James Gleick, que reúne características comúnmente incompatibles: clásico y bestseller.

La teoría del caos sería tema para un libro completo, por lo tanto es casi herejía tratar de reseñarlo en una sección de un capítulo. Espero que este reduccionismo no vaya a confundir al lector en vez de aclararle el panorama; me restringiré a ideas generales y la relación del caos con la atmósfera y el clima. Ojalá que no resulte caótico.

La ciencia del caos fue iniciada por Edward Lorenz, meteorólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), a principios de los sesenta, cuando trabajaba con un modelo (sistema de ecuaciones). En seguida transcribo (casi textual-mente) un párrafo de Edmundo Flores (suplemento "El Búho", Excelsior, 15 de julio de 1990):

La idea básica de la ciencia occidental es que los errores mínimos pueden ignorarse y que éstos no estallan ni producen grandes efectos arbitrarios. En el sistema de ecuaciones de Lorenz, sin embargo, los errores insignificantes resultan catastróficos; y de ahí dedujo y demostró que jamás seremos capaces de predecir el tiempo más de 2 ó 3 días; después de ese plazo las mejores predicciones del mundo son especulativas y después de 6 ó 7 días no valen nada. Esto se debe a que es imposible conocer y anticipar todas las fuerzas y circunstancias que afectan su curso, por ser demasiado numerosas para contarlas, analizarlas o descifrarlas. Por ejemplo, afirma Lorenz, el aleteo de una mariposa hoy en Hawai puede provocar una tormenta el mes próximo en los Alpes. Esta desquiciante afirmación es conocida como el efecto mariposa; su nombre técnico es: dependencia critica de las condiciones iniciales. Además, y aquí radica su genio, Lorenz percibió en el conjunto de resultados de su modelo del tiempo la presencia de una fina estructura geométrica oculta a simple vista; es decir, la existencia de un insospechado orden disfrazado de una distribución al azar que hasta entonces nos había pasado inadvertida; igual que el fabuloso mundo de los microbios antes de la invención del microscopio.

ATRACTORES Y FRACTALES

Lorenz dejó la meteorología y buscó maneras más sencillas de producir un comportamiento complejo; así inició la teoría de sistemas dinámicos o dinámica no lineal (nombres alternativos del caos). Encontró que el diagrama de soluciones de tal sistema, las cuales también se conocen como atractores extraños, permanece acotado, no se sale del papel pero no se repite nunca. Es desorden en tanto que ningún punto o trayectoria se reproduce, es impredecible localmente, pero estable globalmente. Se trata de un orden aperiódico o con periodo infinito.

Las relaciones lineales cumplen la proporcionalidad y son modulares: se pueden desarmar y volver a armar. Son solubles matemáticamente y con ellas

uno construye modelos de la realidad, pero la dinámica no lineal es el comportamiento más común en la naturaleza; no es determinista, sino estocástico, fortuito, azaroso.

Ahora copio unos párrafos de A. A. Tsonis y J. B. Elsner (Bulletin of the American Meteorological Society, enero de 1989, la traducción es mía):

Simplicidad y regularidad se asocian con predictabilidad. P. ej., debido a que la órbita de la Tierra es regular y simple podemos siempre predecir cuándo llegará el invierno astronómico. Por otro lado, complejidad e irregularidad son casi sinónimos de impronosticable: la atmósfera, tan compleja e irregular, es más bien impredecible. Quienes tratan de explicar el mundo en que vivimos siempre esperan que, dentro de la complejidad e irregularidad observadas en la naturaleza, sea posible encontrar la simplicidad detrás de cada cosa y, finalmente, los eventos impredecibles se vuelvan predecibIes. Que la complejidad y la irregularidad existen en la naturaleza es obvio. Sólo necesitamos mirar alrededor para darnos cuenta de que prácticamente todo es azaroso en apariencia. ¿O no? Las nubes, como muchas otras estructuras de la naturaleza, se dan en un número infinito de formas. Cada nube es diferente, pero cualquiera reconoce una nube. Las nubes, aunque complejas e irregulares, deben poseer, en conjunto, una unicidad que las distingue de otras estructuras naturales. Surge la pregunta: ¿es completamente fortuita su irregularidad o hay algún orden detrás de ella? La teoría del caos define matemáticamente el azar generado por sistemas dinámicos deterministas simples y nos permite ver orden en procesos considerados completamente estocásticos. Muchos sistemas de la naturaleza son caóticos. Los avances en el estudio de los sistemas dinámicos caóticos sugieren que la naturaleza impone límites a la predicción. Sin embargo y al mismo tiempo, se ha demostrado que la pura existencia de los atractores implica que el azar está restringido a ellos. La teoría de los sistemas dinámicos caóticos nos ha permitido comprender mejor la atmósfera. Simultáneamente, aunque nos da una excusa para la impredictabilidad meteorológica, la teoría de los sistemas dinámicos está modulando nuestra manera de investigar y predecir la temperie. Junto con cierto pesimismo, el estudio de los sistemas dinámicos caóticos proporciona cierto optimismo. Nunca seremos capaces de predecir exactamente la temperie, pero es factible mejorar el pronóstico meteorológico si

mejoramos la completez y precisión con que medimos la condición inicial de la atmósfera, y si entendernos la predictabilidad en diferentes escalas de tiempo.

Lo dicho para la temperie se aplica también al clima, aunque éste ha sido menos estudiado como sistema dinámico.

Debido a la dependencia crítica de las condiciones iniciales, los modelos devienen caóticos porque carecemos del conocimiento perfecto sobre el estado inicial del sistema. Nuestros instrumentos sólo pueden medir aproximadamente, jamás con exactitud absoluta. Pero aun sin esta carencia, nuestros modelos detonan a la larga por causa de otras imperfecciones, a saber: idealizaciones conceptuales en su formulación, errores matemáticos de truncamiento, aproximaciones numéricas en la solución de las ecuaciones, etcétera.

Estructuras complejas tangibles como nubes, cavernas, litorales, pulmones, etc., tienen infinita cantidad de recovecos y ramificaciones de todos tamaños, que siguen apareciendo cuando se observan con más y más detalle. Esta complejidad también se da en estructuras abstractas, p. ej. los atractores extraños, o sea el conjunto de soluciones de un modelo estocástico.

Otro ejemplo muy importante es la turbulencia. Cuando uno observa un flujo (viento, río, etc.) nota en él remolinos, laberintos, etc.; si uno amplifica —con lupa, microscopio, etc.— la observación, encuentra nuevos remolinos y laberintos dentro de los originales, y así sucesivamente. Es decir, al cambiar de escala, la estructura conserva sus características.

Estas estructuras se llaman fractales, y son no topológicas, autosemejantes y recurrentes, que se desarrollan por bifurcación. V. gr., el ADN es incapaz de especificar el inmenso número de bronquios y alveolos, o la estructura de árbol resultante; pero sí puede especificar un proceso repetido de bifurcación y crecimiento.

Esto dio lugar a la geometría y la dimensión fractal, que resultó ser la herramienta adecuada para medir la irregularidad y la complejidad. El grado de irregularidad es la eficiencia de la estructura para ocupar espacio.

Los objetos topológicos tienen dimensión entera: los puntos tienen dimensión 0, las curvas 1, las superficies 2, etc.; pero los fractales tienen dimensiones fraccionales. P. ej., el atractor climático tiene dimensión 3.1 y el meteorológico entre 6 y 7.

Aunque la teoría del caos nació de la meteorología y es en esta disciplina donde tiene tal vez mayores avances concretos, sus resultados prácticos son aún escasos. Se espera un enorme desarrollo de esta nueva ciencia. Además de que incide en casi cualquier área del conocimiento y —como ha sucedido repetidamente en el pasado— lenguajes, enfoques, técnicas y teorías que surgen de las matemáticas y la física permean después otras ciencias, humanidades y artes, llegando hasta la vida cotidiana. P. ej., en febrero de

1992 Vavlac Havel, último presidente de Checoslovaquia, mencionó, en un gran discurso, el efecto mariposa en la política.

La nueva ciencia del caos está en pañales, el bebé está creciendo rápido y todo indica que va a ser una celebridad. Ojalá que jóvenes brillantes se entusiasmen por participar en esta revolución científica y sus aplicaciones a la naturaleza, para que la podamos entender, predecir y aprovechar mejor en beneficio de todos.

GLOSARIO

abscisa. Eje coordenado horizontal.

actividad solar. Comportamiento cíclico del Sol, con manifestaciones externas.

activo. Dispositivo que crea un ambiente deseado consumiendo energía artificial.

adiabático. Proceso termodinámico en el cual el sistema no intercambia calor con sus alrededores.

advección. Transporte de calor por viento (horizontal) o por corrientes oceánicas.

aerosoles. Partículas sólidas y líquidas suspendidas en la atmósfera.

afelio. La distancia mayor de la Tierra al Sol.

agua precipitable. Contenido de humedad en la atmósfera; se mide como el espesor vertical que ocuparía si toda el agua cayera.

albedo. Fracción de la radiación incidente que es reflejada por una superficie, etimológicamente significa blancura.

anomalía. Diferencia de la anormal menos la normal.

anormal. Situación climática de un mes y año en particular.

antropógeno. Generado por el hombre.

aperiódico. Que tiene periodo infinito, que nunca se repite.

Arqueozoica. Era del Precámbrico (hace 2000-1000 Ma).

asimilación. Incorporación dinámica de datos en modelos expertos.

astrología. Superstición referida a los astros.

atractor extraño. Diagrama de soluciones de un sistema dinámico caótico.

Azoica. Era del Precámbrico (hace 4600-2000 Ma).

balance de energía. Nombre alternativo para los modelos termodinámicos.

balance de radiación . Contabilidad de la radiación que entra y sale.

banda (espectral). Una de las porciones del espectro electromagnético en que un líquido emite (o absorbe).

calentamiento. Transferencia de calor sin llevar consigo materia.

calor específico. Capacidad calorífica por unidad de masa.

cambio (climático) . Alteración del clima con duración del orden de décadas o mayor.

campo. Distribución espacial de alguna variable.

caos. Estudio de los sistemas con comportamiento aperiódico.

capacidad calorífica. Inercia térmica, resistencia de un cuerpo a cambiar su temperatura.

capa mezclada. Porción superior del océano la cual interactúa con el clima, con un espesor de decenas de metros.

carrera (del Sol). Trayectoria diurna del Sol en la bóveda celeste.

causalidad. Relación causa-efecto.

Cenozoica. Era geológica actual, comenzó hace 65 Ma.

cero absoluto. Temperatura mínima que puede tener un cuerpo, 0°K, -273°C.

cerrar (un problema). Tener en un sistema matemático tantas incógnitas como ecuaciones independientes.

ciclo (logarítmico de base l0). Incremento de una potencia de 10 en las coordenadas logarítmicas.

ciclo (de un elemento químico). Ida y vuelta de un elemento por la naturaleza, formando diversos compuestos, cambiando de fase, etcétera.

ciclo hidrológico. Ida y vuelta del agua por la naturaleza, cambiando de fase.

ciclogénica (región). Donde nacen los huracanes.

clima. Promedio temporal de las condiciones meteorológicas en periodos del orden de un mes o mayores.

climática a corto plazo. Predicción del clima en un periodo del orden de un mes.

climatología. Estudio del clima (normal).

condensación. Cambio de fase de gas a líquido.

conducción. Transferencia de calor a través de un medio material, sin movimiento de éste.

conductividad térmica. Habilidad de un cuerpo para transferir calor por conducción.

constante solar. Luminosidad del Sol; se mide como la radiación recibida en el tope de la atmósfera.

continentalidad. Fracción de la superficie ocupada por continentes.

continuo (espectral). Emisión (absorción) por un sólido, en todas las longitudes de onda.

control. Predicción simple e inmediata.

convección (física). Transferencia de calor acarreado por movimientos de la materia.

convección (meteorológica). Componente vertical de la convección física, transferencia de calor en la atmósfera por movimientos ascendentes y descendentes del aire.

corto (plazo climático). El del orden de un mes.

covariancia. Inicialización dinámica de un modelo experto.

Cretácico. Último periodo del Mesozoico.

criosfera. Capa de hielo y nieve que cubre parcialmente océanos y continentes.

crítica. Dependencia especialmente intensa o drástica entre unas condiciones dadas y sus consecuencias.

Cuaternario. Periodo geológico actual.

cuerpo negro. El que absorbe toda la radiación que incide en él.

cúmulo-nimbus. Nube de desarrollo vertical, que generalmente produce aguacero.

deriva (corriente de). Arrastre del agua oceánica por el viento.

deriva continental. Desplazamiento de los continentes que tiene lugar en decenas de millones de años.

descripción. Observación.

determinista. Dícese de la relación secuencial en la que un hecho resulta necesariamente de ciertas condiciones.

diagnóstico. Explicación.

difusión. Dispersión.

dinámica no lineal. Comportamiento caótico.

dispersión. Reflexión desorganizada de la luz por una superficie rugosa o por un gas.

eclíptica. Plano astronómico que contiene la órbita terrestre.

ecuador celeste. Proyección del ecuador terrestre en la bóveda celeste.

ecuatorial. Dícese del plano que contiene a los ecuadores terrestre y celeste.

efectiva. Dícese de la temperatura de un cuerpo resultante del equilibrio entre la radiación que absorbe y la que emite.

efecto invernadero. Propiedad atmosférica consistente en dejar entrar la radiación solar e impedir parcialmente que la terrestre salga.

efecto mariposa. Dependencia crítica o drástica de las condiciones iniciales.

energía interna. Forma de energía contenida en un cuerpo, relacionada directamente con su temperatura.

entrada . Insumo de un sistema.

eón. Una de las dos divisiones mayores de la historia geológica.

equinoccio. Día en que los rayos del Sol llegan verticales al ecuador.

escala. Acotación numérica de un eje coordenado.

esparcimiento. Dispersión.

espectro electromagnético. Conjunto total de las ondas electromagnéticas ordenadas según su longitud de onda o frecuencia.

especular. La reflexión producida por una superficie pulida como un espejo.

estacional. Referente a las estaciones del año.

estado del tiempo. Conjunto de condiciones atmosféricas.

estocástico. Lo que no es determinista; azaroso.

estratosfera. Capa atmosférica ubicada encima de la troposfera, contiene a la capa de ozono.

excentricidad. Medida de lo alargado que es una elipse.

explicación. Esclarecimiento de las razones del comportamiento de un sistema.

Fanerozoico. Segundo eón, comenzó hace 570 Ma.

fase. Estado de la materia: sólido, líquido, gas o plasma.

física del clima. Estudio del clima por medio de modelos.

fisiografía. Descripción de la Tierra y los fenómenos que se producen en ella.

fluctuación. Variación fortuita respecto de un promedio.

fotón. Onda electromagnética, paquete mínimo de energía.

fotoquímico. Fenómeno o reacción química producido por un fotón.

fotosfera. Superficie emisora del Sol, cuya temperatura es 6 000°K.

forzamiento interno. Mecanismo generado internamente en un modelo.

fractal. Estructura concreta o abstracta que conserva su configuración al cambiar la escala en que se observa.

frecuencia. Número de veces que un fenómeno repetitivo completa un ciclo en un intervalo de tiempo unitario.

generada. Una interacción calculada internamente por un modelo.

geostrófico. Viento originado por la rotación de la Tierra, se da efectivamente en la atmósfera libre.

gradiente. Cambio espacial en el valor de alguna variable.

gradiente térmico. Disminución de la temperatura atmosférica con la altura.

hardware. Equipo material de cómputo.

helada. Enfriamiento que produce congelación del agua en la superficie.

helada blanca. Helada que produce congelación del vapor de agua atmosférico y da aspecto blancuzco al paisaje.

helada negra. Helada que produce congelación del agua contenida en las plantas y da aspecto oscuro.

Holoceno. Época actual del Cuaternario (comenzó hace 10 ka).

humedad relativa. Cociente de la humedad absoluta actual entre la humedad absoluta de saturación.

ímpetu. Cantidad de movimiento, momento lineal, producto de masa por velocidad.

inercia térmica. Resistencia al cambio de temperatura.

infrarroja. Radiación electromagnética invisible cuya longitud de onda es mayor que la de la luz

insolación. Radiación solar recibida localmente por la Tierra, depende de la hora del día, época del año y latitud.

interno. Factor que afecta a un sistema y es a su vez afectado por éste.

inversión térmica. Fenómeno atmosférico en el cual la capa superficial está más fría que la superyacente.

ionosfera. Capa atmosférica superior caracterizada por la alta densidad de moléculas eléctricamente cargadas.

irradiar. Emitir radiación electromagnética.

isolínea. Línea que une puntos geográficos con igual valor de cierta variable.

isotópico. Relativo a isótopos: átomos con el mismo número de protones pero con diferente número de neutrones.

largo (plazo meteorológico). El del orden de un mes.

latente (calor). El que tiene que ver en un cambio de fase.

latitud. Distancia angular al ecuador.

línea (espectral). Longitud de onda o frecuencia específica en que un gas emite radiación electromagnética.

lineal. Proporcional, modular.

logarítmica (escala). Escala no lineal, sino de acuerdo al exponente al que hay que elevar una cantidad para que resulte el número deseado.

longitud de onda. Distancia entre dos crestas o valles en la representación espacial de un fenómeno ondulatorio.

luz. Porción del espectro electromagnético visible al ojo humano.

mecanismo retroalimentador. Retroalimentación.

media climatológica. Promedio del estado del tiempo en un periodo de muchos años (ortodoxamente, 30).

mediterráneo. Tipo de clima en el cual el tiempo de lluvias es en invierno.

meridional. Relativo al meridiano o círculo máximo que pasa por los polos. También, relativo al sur.

mesosfera. Capa de la atmósfera ubicada encima de la estratosfera.

Mesozoica. Era del Fanerozoico (hace 225-65 Ma).

meteoro. Fenómeno o condición atmosférica.

meteorología. Estudio del estado del tiempo.

mínimo de Maunder. Periodo de ausencia de manchas solares (1645-1715).

modelo. Representación teórica de la realidad por medio de relaciones fisicomatemáticas.

modelo de circulación general. El fundamentado en la dinámica.

modelo termodinámico. El fundamentado en los procesos de transferencia de calor.

monótono. Función matemática que no tiene variaciones opuestas.

monzónico. Tipo de clima en el cual el tiempo de lluvias es en verano.

natural. Concreto, real, verdadero.

Niño, El. Fenómeno térmico recurrente del Pacífico ecuatorial.

normal. Promedio de muchos años (ortodoxamente, 30) de alguna variable climática, su conjunto determina la climatología o media climatológica.

nubosidad. Fracción horizontal del cielo cubierto por nubes.

nucleante. Partícula sólida en torno de la cual se aglutinan las gotitas de agua.

oblicuidad. Ángulo formado por el plano ecuatorial y la eclíptica (23.50).

observación. Averiguación del comportamiento de un sistema, generalmente por medición de sus variables.

onda electromagnética. Oscilación avanzante conjugada de los campos eléctrico y magnético.

opacidad. Condición de opaco, habilidad para absorber radiación.

operativo. Un modelo que funciona rutinaria y automáticamente, con mínima intervención humana.

orbital. Uno de los parámetros que determinan la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol y la orientación de la segunda respecto de la primera.

Paleozoica. Era del Fanerozoico (hace 570-225 Ma).

Pangea. Masa de tierra que existió hace 300 Ma y dio lugar a los actuales continentes.

parametrización semiempírica. Relación matemática entre variables para describir un fenómeno; su origen es parcialmente teórico y parcialmente experimental.

pasivo. Dícese de un dispositivo que crea un ambiente deseado sin consumir energía artificial.

perihelio. Distancia más corta de la Tierra al Sol.

persistencia. Permanencia de las anomalías; es un control. perspectiva. ilusión óptica por la cual los objetos se achican a la distancia.

Pleistoceno. Época del Cuaternario (hace 3 Ma-l0 ka). poliatómica. Dícese de una molécula constituida por más de dos átomos.

Precámbrico. Primer eón; terminó hace 570 Ma.

precesión. Movimiento de rotación de un cuerpo rígido por el cual su eje de giro describe un cono.

precipitación. Lluvia, nieve y granizo.

predicción. Cálculo adelantado del comportamiento de un sistema.

prescrita. Dícese de la interacción que se implementa desde afuera y se introduce en un modelo; la que no es generada.

proceso. Parte de un sistema ubicada entre la entrada y la salida.

pronóstico. Predicción.

Proterozoica. Era del Precámbrico (hace 1000-500 Ma).

radiación. Haz de fotones, conjunto de ondas electromagnéticas; forma de transferir calor sin materia de por medio.

radiación solar. La proveniente del Sol, incluso después de sufrir reflexión o dispersión; es de onda corta.

radiación terrestre. La emitida por cualquier elemento del planeta, luego de ser calentado por el Sol; es de onda larga.

radiosonda. Instrumento para medir variables meteorológicas en las capas superiores de la atmósfera.

rayos cósmicos. Partículas muy energéticas provenientes principalmente de fuentes externas al sistema solar.

resolana. Radiación de onda larga emitida por el suelo caliente.

retorno a la normal. Control según el cual las anomalías tienden a disminuir su magnitud de un mes al siguiente.

retroalimentación. Secuencia de interacciones por la cual un efecto se amortigua o refuerza.

ruido (estadístico). Variabilidad natural de un sistema.

salida. Producto de un sistema.

saturar. Llenar. Alcanzar la capacidad máxima de vapor en el aire pasada la cual comienza a condensarse.

sensibilidad. Estudio de la respuesta de un modelo frente a una alteración hipotética.

sensible (calor). El que baja la temperatura al perderse, y la sube al ganarse.

simulación. Reproducción de la normal por medio de un modelo.

sistema. Porción de la naturaleza que arbitrariamente se delimita para fines de estudio; representación abstracta de esa porción de la naturaleza.

sistema climático. Porción del planeta en que tiene lugar el clima..

sistema dinámico. El que tiene un comportamiento aperiódico.

software. Conjunto de programas de cómputo.

solsticio. Día en que los rayos del Sol llegan verticales en el trópico.

sublimación. Cambio de fase de sólido a gas.

surgencia . Emersión de agua profunda del océano hacia la superficie.

tectonismo. Desplazamiento del terreno a escala geológica.

teleconexión. Relación lejana entre una causa y su efecto.

temperatura absoluta. La que se obtiene de sumar 273° a la temperatura Celsius o escala centígrada; se mide en grados Kelvin.

temperie. Estado del tiempo.

teórico (sistema). Representación abstracta de un sistema natural.

Terciario. Periodo del Cenozoico (hace 65-3 Ma).

térmica. La radiación que produce sensación de calor.

termoclima. Capa del océano debajo de la mezclada; en ella la temperatura disminuye conforme aumenta la profundidad.

termosfera. Capa atmosférica ubicada encima de la mesosfera.

tiempo (meteorológico). Estado del tiempo; temperie.

topológica. Dícese de la configuración espacial que va perdiendo detalle conforme se aumenta la escala en que se observa.

trabajo. Cantidad física que resulta de aplicar una fuerza a lo largo de una distancia no perpendicular a ella.

transporte. Transferencia de calor con movimiento de materia.

traza. Dícese de los gases que componen minoritariamente el aire.

tropopausa. Límite superior de la troposfera.

troposfera. Capa inferior de la atmósfera, escenario del clima; contiene toda el agua atmosférica.

ultravioleta. Radiación electromagnética cuya longitud de onda es menor que la visible.

vértigo. Momento angular; mide la intensidad dinámica de un giro.

visible. Parte del espectro que es detectable por el ojo humano.

zonal. Relativo a los paralelos geográficos; localmente, dirección perpendicular a la meridional.

LECTURAS RECOMENDADAS

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Wyatt, Valerie. Conocer los climas. Ed. Selector, México, 1991, 148 pp.a

CONTRAPORTADA

¿Qué tiene que ver Navidad con el solsticio de invierno? ¿Por qué el clima difiere entre un año y otro? ¿Cómo funcionan la inversión térmica y el efecto invernadero? ¿Está cambiando el clima? ¿Hay realmente un calentamiento global causado por el hombre? ¿Alteran al clima el fenómeno de El Niño, las erupciones volcánicas, etc.? ¿Por qué hubo glaciaciones y qué se espera para el futuro? ¿Se extinguieron los dinosaurios por una catástrofe climática? ¿Son efectivos los refranes que hablan del clima? ¿ Es posible predecir el clima con modelos físico-matemático-computacionales? ¿Por qué es dañino el ozono en la atmósfera baja, benéfico en la alta y cómo afecta al clima? ¿Qué relación tiene la teoría del caos, los fractales y demás, con el sistema climático? Éstas y muchas otras preguntas son respondidas amena y claramente en este libro, el cual da una visión moderna de cómo funciona el clima y de los avances y limitaciones de la ciencia actual para entenderlo, explicarlo y predecirIo. Mediante ejemplos cotidianos y condimentados con dichos populares, El veleidoso clima despeja dudas, desmiente mitos y satisface curiosidades. El autor subraya la aportación mexicana a esta ciencia: el Modelo Termodinámico del Clima, creado por el doctor Julián Adem, de quien es colaborador. También trata ampliamente el cambio climático por efecto invernadero, que es su principal proyecto de investigación.

René Garduño hizo sus estudios de licenciatura en física y posgrado en geofísica en la Facultad de Ciencias de la UNAM, de la cual es profesor; como investigador está adscrito al Centro de Ciencias de la Atmósfera de la misma Universidad. Ha publicado varios artículos en revistas internacionales y participado en numerosos congresos científicos en México y en el extranjero.

En la portada: Costa Grande, Guerrero, en presencia del huracán Calvin, Julio de 1993 / Fotografía: Ramón Hernández Balanzar. Diseño original: Carlos Haces. Diseño de portada: Olga Vázquez y Salvador Orozco.