Marte y el invierno nuclear

Estamos en 1971. Una masiva tormenta de polvo oculta casi toda la superficie del planeta Marte. Una primitiva sonda terrestre, la "Mariner 9" la ha vigilado durante semanas mientras oscurecía al sol y la temperatura de Marte descendía dramáticamente. Sus datos cambiarían la política y puede que toda nuestra historia reciente.


A veces nos preguntamos que sentido tiene analizar otros planetas ¿no es mejor dedicar el tiempo y el esfuerzo a resolver los problemas, aquí en la Tierra? Este argumento se ha repetido tantas veces que merece la pena contar un espectacular contraejemplo. Hace unas semanas comentábamos como el miedo al Carbono-14 consiguió prohibir las explosiones nucleares en superficie. Tras este éxito desapareció parte del miedo y mucha gente se acostumbro a las armas nucleares. Finalmente, en los años 80 surgió la idea de que la guerra nuclear podía ganarse. Que un intercambio nuclear limitado, un ataque quirúrgico, un “Pearl Harbor” nuclear podría destruir a la superpotencia rival sin darle tiempo a reaccionar. De esas ideas resurgió con fuerza el miedo. Según la CIA los soviéticos temieron ser victimas de ese ataque, y los norteamericanos intentaron desarrollar un escudo antimisiles para evitarlo.

En caso de guerra nuclear, la preocupación principal se centraba en los efectos directos de la explosión y las consecuencias de exposición a elementos radiactivos a medio y largo plazo. Una explosión de un megatón provocaría la muerte del 100% de la población en un radio de 5-10 kilómetros y un porcentaje variable en un radio de 10-20 kilómetros (Ver el estudio). Los efectos a medio y largo plazo eran mucho más difíciles de medir aunque se consideraban importantes. Así que la solución era alejarse de los blancos o esconderse en un refugio. Y en caso de un ataque nuclear limitado, (si ganamos, pensaba cada bando), los daños serian “tolerables”.

Frente a estas ideas un grupo de científicos encabezados por Carl Sagan, desarrollaron un estudio sobre el impacto de numerosas cabezas nucleares sobre blancos inflamables como ciudades, refinerías y bosques. Se centraron en el efecto de las nubes de polvo y cenizas generadas. Para simular esta situación se utilizaron los programas desarrollados y los conocimientos adquiridos mediante el estudio de estos fenómenos en Marte. Analizando las tormentas marcianas podían obtenerse datos aplicables a la atmósfera terrestre.

Las aterradoras conclusiones fueron discutidas, atacadas y analizadas desde numerosos puntos de vista. Pero, aún con dudas sobre los detalles, el cuadro general era claro. Las nubes de polvo y ceniza ocultarían el Sol provocando un súbito y generalizado descenso de las temperaturas de forma similar a la foto de Marte que podemos ver abajo. En segundo lugar la capa de ozono quedaría arrasada con una perdida superior al 70%. Tuvimos prueba a pequeña escala con la erupción del volcán Pinatubo en 1991 que redujo la temperatura media del nuestro planeta en 0,5 ºC. Si el blanco eran las refinerías de petróleo, seria suficiente con 100 bombas nucleares.




La conclusión fue que la guerra no podía ganarse. No sin que sus efectos convirtiesen la Tierra en un desierto casi tan frío e inhóspito como el propio Marte. Este escenario fue denominado el “invierno nuclear” y sigue siendo una amenaza aunque parezca olvidada en los últimos tiempos. Si no os parece preocupante, siempre podeis pasearos virtualmente por Marte con Google para familiarizaros con el resultado.

Categoría: Física, Historia de la ciencia

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Volando con la energía de la lámpara.

No, nada de lámparas mágicas en esta bitácora. El titulo hay que tomarlo de la forma más literal. Yo pensaba en una vieja lámpara de casa. Inicialmente utilizaba seis bombillas incandescentes como estas. Ahora son de bajo consumo pero ¿hasta donde se puede llegar con los 360 watios que consumían?


¿Cuanta energía puede generar un ser humano? No mucha en realidad. Primero hay que descontar la energía que consumimos simplemente para mantenernos vivos. Es el conocido como metabolismo basal. Serian unos 100 W lo que equivale a una bombilla y media.

El siguiente paso es calcular cuanta energía podemos generar de forma más o menos continua. Para ello tenemos que utilizar los músculos. (1) Estamos llenos de musculos grandes y pequeños, por dentro y por fuera. De ellos unos 650 musculos son de acción voluntaria y podrian utilizarse para generar movimiento y energía. Pero no podemos utilizarlos todos simultaneamente, ni en la misma acción. Lo mejor es utilizar los más potentes que son los de las piernas y averiguar de cuanto son capaces. Tenemos como ejemplo a los ciclistas profesionales. Miguel Indurain fue capaz de generar 510 vatios de promedio durante el record de la hora en 1994 pero el resto de los mortales podemos generar bastante menos. Un ciclista profesional suele generar alrededor de 300 vatios de forma estable. Una sexta parte del consumo de un secador de pelo casero. Unas cinco bombillas incandescentes. ¿Hasta donde podrian llevarnos?

La sorprendente respuesta es que pueden llevarnos bastante lejos. El 26 de diciembre de 1976 se realizo el primer vuelo de un avión a pedales impulsado por la energía humana. Se utilizo un avión llamado Gossamer Condor que voló unos 40 segundos. Su sucesor el Gossamer Albatros consiguió cruzar el canal de la Mancha con un consumo medio de unos 200 W (algo más de tres bombillas). Alcanzó una velocidad máxima de ¡¡29 kilómetros por hora!!, volando a metro y medio del agua. Pero lo mejor estaba por llegar. En recuerdo del mítico vuelo de Dédalo desde Creta a Grecia se construyo el Daedalus, que podemos ver en esta foto de la NASA.


En 1988 este avión de poco más de treinta kilos voló desde Creta hasta estrellarse a siete metros de la playa en la isla de Santorini. A pesar del brusco final batió todos los records existentes, casi cuatro horas de vuelo y cerca de ciento veinte kilómetros de distancia recorrida. Aun hoy permanecen sin ser superados.

¿Y el futuro? Podria ser este proyecto de helicóptero a pedales….

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Categoría: Fisica


(1) No, no somos buenos como pilas, por mucho que Matrix lo necesite.

Un golpe de ariete

Todos hemos visto las imágenes de un ariete golpeando las puertas de una fortaleza. El funcionamiento es simple e intuitivo. Se ha retroceder un elemento pesado ganando energía potencial y cinética de forma que al avanzar de nuevo golpee con fuerza. La inercia es suficiente para destrozar cualquier puerta. Tal vez os sorprenda saber que podemos encontrar algo similar en nuestras casas.


A la derecha tenemos la imagen típica de un ariete que he obtenido en Wikipedia. Pero hay que recordar que cualquier masa con velocidad puede provocar el mismo efecto. En particular, una masa equivalente de agua puede golpear con la misma fuerza que un tronco o una barra de acero. ¿donde buscarla?. Simple. En cualquier tubería larga como las que suministran agua a nuestras casas. De ellas surge el agua con una cierta velocidad que, si mantenemos fijo el diámetro, es la misma a lo largo de todo el tubo. Por tanto, si cerramos un grifo bruscamente tenemos muchos metros de agua moviéndose que deben parar de golpe.

El efecto se conoce como "golpe de ariete" y es el principal causante de las averías en cualquier tubería o circuito hidráulico.
La sobrepresión es mayor cuando más larga sea la tubería, mayor la velocidad del agua y más rápido el cierre de los grifos o llaves. El resultado son ruidos y golpeteos a bajas presiones y deformaciones y roturas si la presión se eleva en exceso. Y eso, a pesar de que pueden utilizarse tuberías de gran resistencia (hasta 26 bares, una presión similar a la existente en el agua a 250 metros de profundidad). Si la tuberia contiene burbujas de aire, este es comprimido y calentado bruscamente, pudiendo contribuir a los daños. Por ello es conveniente disponer disipadores de presión, como depósitos a presión atmosférica, en las canalizaciones de agua.

Pero, en ocasiones, se puede sacar partido a este fenómeno. El ejemplo más espectacular puede verse en Las Médulas. Este impresionante paisaje, reconocido como Patrimonio Cultural de la Humanidad, es el resultado de la minería del oro realizada en tiempos romanos utilizando un proceso denominado "ruina montium", una de cuyas variantes podemos ver en la animación siguiente. La descripción citando al Museo Virtual de la Ciencia seria:

Se construía una red de pozos y galerías sin salida exterior que minaban toda la masa que se quería abatir, introducían en ella todo el caudal de agua almacenada en el depósito y producían un efecto de compresión del aire que actuaba como explosivo, consiguiendo el derrumbe de todo el conglomerado minado.

El monte se derrumbaba permitiendo recoger el oro aguas abajo. Una aplicación muy ingeniosa para una época sin explosivos y sin maquinaria pesada. Y una muestra mas de la avaricia humana por el oro a lo largo de la historia.

Nota: Gracias a Luis González de UST-Getafe por sus comentarios sobre el golpe de ariete en tuberías y, especialmente, por sus explicaciones sobre Las Médulas. Naturalmente, cualquier posible error es solo mío.

Actualización: Gracias a ESE he descubierto que el vinculo que lleva a la animación ha cambiado y lo he corregido. Es un problema inevitable. No deseo copiar contenidos ajenos sin permiso, así que los enlazo mencionando su origen. A cambio se corre el riesgo de perderlos y con ellos parte de la explicación.

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Categoría: Física

Cuando el infierno se congele

Menudo tópico. Este título sirve para indicar lo imposible... ¿o no? La verdad es que el agua es capaz de sorprendernos con increíbles propiedades. Entre ellas una docena de variedades de hielo diferentes.

El agua es una de las moléculas más abundantes e importantes en la Tierra. Pero, además de abundante, es especial. Para empezar el hielo (la fase sólida) flota sobre el agua (la fase liquida) y eso es algo muy inusual. En casi todos los elementos el sólido es más denso y se hundiría. Gracias a esto el hielo superficial aísla y protege al resto del agua de la congelación. Y llegar la primavera puede calentarse, y descongelarse, más rápido en la superficie que en el fondo. Esto protege a muchas formas de vida acuática que sino morirían.

La densidad más baja se consigue gracias a la estructura cristalina hexagonal del hielo. Los átomos quedan ordenados y ocupan más espacio que en el líquido. La representación más bonita de este estado son los copos de nieve como estos.



Si os gustan los copos podéis ver una colección muy completa, incluyendo algunas formas muy inusuales. Pero ¿qué pasa si cambiamos la forma de enfriamiento? Una primera posibilidad es enfriar el agua muy rápido. No da tiempo que se formen cristales hexagonales y se crea un cristal amorfo con una densidad entre 0,94 y 1,26 veces la del agua. Otra posibilidad es aplicar presión sobre el agua (o el hielo) de forma que los átomos queden comprimidos y no puedan ocupar tanto espacio. Aplicar presión tiene un efecto añadido que es aumentar la temperatura a la que el hielo puede permanecer como sólido. Podemos verlo en el gráfico siguiente extraído de una excelente anotación de El número de Avogadro. Se conoce como diagrama de fases y muestra el estado del agua a diferentes presiones y temperaturas.





Y aquí empezamos a planificar nuestro infierno particular. El infierno debe ser un lugar de calor insoportable, Además debe ser un lugar profundo, oscuro y agobiante. ¿Tal vez bajo kilómetros de roca? Un reciente articulo del New York Times comentaba que, en las placas tectonicas que se hunden progresivamente en el manto, pueden darse las condiciones adecuadas. A unos 160 kilómetros de profundidad, cerca de 50.000 atmósferas de presión y entre 300 y 400 grados de temperatura el agua no es líquida sino sólida. Un infierno bastante terrorífico, calor, presión insoportable y ni una gota de agua. Solo hielo ardiente...

Dedicado a Kamelas, al que parece que el infierno le preocupa últimamente.....

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Categoría: Química