A descuberta das eras glaciais e o efecto invernadoiro (I)

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 4 de xaneiro de 2016 El descubrimiento de las eras glaciales y el efecto invernadero, de Pedro J. Hernández, que pode lerse nesta ligazón.]

900px-iceageearth
Representación artística da extensión do xeo no hemisferio norte durante unha era glacial. [Fonte: Wikipedia]
A lectura detallada do tortuoso sendeiro que percorreu a ciencia do cambio climático desde o século xix convenceume, hai uns anos, de que o noso coñecemento actual sobre o cambio climático antropoxénico non é máis ca o resultado do intento (habitual en calquera disciplina científica) de formular mellores hipóteses e de maior alcance. Ignorar a historia adoita ser unha moi mala idea. E a historia do descubrimento do papel do CO2 no clima do noso planeta reúne algunhas das mentes máis brillantes da ciencia dos últimos dous séculos que se embarcaron apaixonadamente na nobre busca da causa das eras glaciais que, de xeito cíclico, dominaran o pasado xeolóxico da Terra.

Non sei se serei quen a contar o esencial dunha amálgama de ideas que abrangue varias disciplinas, pero si que podo asegurarlle ao lector que se trata dunha viaxe que pode proporcionarlle non só unha nova perspectiva sobre a ciencia do cambio climático, senón ferramentas para loitar contra a desinformación á que nos ten acostumados a Rede neste asunto de especial relevancia social.

Unha breve historia da descuberta das eras glaciais

Durante longas veladas invernais de 1836 a 1837, o zoólogo e xeólogo suízo Jean Louis Rodolphe Agassiz (1807–1873) discutiu co seu ex-compañeiro de pupitre, o botánico e poeta xermano Karl Friedrich Schimper (1803–1867) a idea da existencia das eras glaciais e os indicios dispoñibles a favor delas. Reunidos na casa de Agassiz (situada na localidade suíza de Neuchâtel, a 38 km de Berna), o encontro foi tan produtivo para a ciencia coma o de Lennon e McCartney para a música pop, ao se xuntaren personalidades e xeitos de ver as cousas tan diferentes que, á fin, supuxeron o complemento decisivo que precisaban o un do outro para crearen algo grande. Mentres Agassiz razoaba a partir de feitos concretos, Schimper era moito máis teórico e cun enfoque máis xeral.

No verán de 1837, Agassiz presentaba a súa síntese da teoría das eras glaciais perante a Sociedade Suíza de Ciencias Naturais, acollida con moito escepticismo por unha comunidade que vía a historia xeolóxica do noso planeta como un arrefriamento progresivo desde un estado inicial de material fundido.

agassizschimper-640x379
Agassiz (á esquerda) e Schimper (á dereita). [Fonte: Wikipedia]
O desprazamento e a erosión das rochas, a formación de estrías e as pedras amoreadas que se observaban nas paisaxes alpinas levárono á conclusión de que aquela zona do planeta estivera enterrada nalgún momento baixo de quilómetros de xeo. Cara a últimos do século xix comezou a asentar na comunidade xeolóxica a idea da existencia non dunha, senón de varias eras glaciais nos últimos millóns de anos, unha época xeolóxica coñecida como Plistoceno.

image-of-london_in_ice_age
Representación artística do espesor do xeo (entre 1 km e 3 km) que cubría a situación actual de Londres hai uns 20 000 anos, durante a última glaciación. [Fonte: Armagh Planetarium’s Stellar Blog]
Non foi ata a década de 1870 cando o escocés James Croll (1821–1890) proporcionou un posible mecanismo de detonación dunha era glacial: as variacións orbitais da Terra. Croll era un personaxe curioso. Sen educación formal, insaciable lector (probablemente para facer máis levadíos os seus problemas de saúde) e autodidacta en varias disciplinas, intercambiou correspondencia con Darwin e mais con Lyell, deixando o derradeiro tan impresionado que lle conseguiu un traballo de oficina no Servizo Xeolóxico de Escocia en 1867.

Croll estableceu a precesión dos equinoccios e a excentricidade da órbita terrestre como as variables orbitais que eran chaves para a necesaria diminución da insolación no hemisferio norte. Así, considerou, como condición para o inicio dunha idade de xeo, a coincidencia entre o afastamento máximo da Terra e mais o solsticio de inverno.

jamescroll-640x454
James Croll (á esquerda). Variacións na distancia Terra-Sol no solsticio de inverno publicadas por Croll en 1875 (á dereita). [Fonte: Climate and Time in their Geological Relations; A Theory of Secular Changes of the Earth’s Climate]
Os cálculos de Croll levárono a datar, erroneamente, o comezo da última era glacial hai uns 250 000 anos e a súa finalización hai uns 80 000. Pero o mecanismo detonador quedou orfo dun mecanismo amplificador para explicar a magnitude do cambio climático de entre 5 °C e 10 °C producido durante os ciclos glaciais e interglaciais.

Croll foi, precisamente, pioneiro en propor o mecanismo de realimentación (feedback) do albedo provocado polo aumento do xeo superficial, que incrementa a reflexión da superficie terrestre, contribuíndo así a un maior arrefriamento e formación de xeo. Tamén propuxo outra amplificación climática debida á distribución da calor provocada por cambios nos padróns dos ventos e das correntes oceánicas.

Croll refinou os seus cómputos e incluíu posteriormente a oblicuidade da eclíptica. Pero a correspondencia entre os seus resultados e a escala temporal das glaciacións proporcionada polos indicios xeolóxicos non convenceu a comunidade de xeólogos. E, como sucedeu na ciencia tantas outras veces, o mérito da proposta das variacións orbitais como mecanismo detonador das glaciacións levouno finalmente o científico serbio Milutin Milanković, que resucitaría a hipótese e melloraría os cálculos durante as décadas de 1920 e 1930, conseguindo unha correspondencia suficientemente convincente entre as variacións orbitais e os ciclos glaciais.

Os químicos saen a escena

Sería o físico e químico británico de orixe irlandesa John Tyndall (1820–1893) quen introduciría un novo mecanismo amplificador mediante a observación das propiedades de transmisión de calor dos gases da atmosfera. Para isto deseñou e construíu un espectrofotómetro no que colocou os gases constituíntes do aire co obxecto de determinar a súa capacidade para absorberen a calor.

tyndall-640x322
Montaxe experimental de John Tyndall para medir a absorción infravermella de diferentes gases atmosféricos. [Fonte: The Bakerian Lecture: On the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours, and on the Physical Connexion of Radiation, Absorption, and Conduction]
E deste xeito constatou, en 1859, que o osíxeno e o nitróxeno transmitían perfectamente o infravermello (coñecido naquela época como raios caloríficos, escuros ou non luminosos) emitido pola superficie terrestre. Pola contra, o CO2 e o vapor de auga si retiñan a dita radiación, polo que comparou isto cunha presa que almacena calor na atmosfera. Considerou, ademais, a posibilidade da existencia dalgún mecanismo de secado que diminuiría a absorción dos «raios escuros» e acabaría provocando unha era glacial.

A hipótese das eras glaciais chegou axiña a Escandinavia para quedar. Seguramente os científicos nórdicos non tiveron problema ningún en globalizaren o rastro deixado polo que, ata entón, consideraban unha glaciación local modeladora da xeomorfoloxía da rexión. O asunto converteríase nun tema estrela nos debates das Sociedades de Física e Química en Estocolmo.

A últimos de 1894, o xeólogo Arvid Gustaf Högbom (1857–1940) impartía unha conferencia na Sociedade Sueca de Química sobre os mecanismos xeoquímicos que poderían cambiar a concentración do CO2 na atmosfera (o que hoxe denominamos «ciclo do carbono»). Na audiencia atopábase un ex-alumno de Högbom que chegaría a ser premio Nobel de química: Svante August Arrhenius (1859–1927). Arrhenius, inspirado pola charla do seu ex-profesor, comezou, na mesma Noiteboa de 1894, a elaborar un modelo que demostrase que unha diminución do CO2 na atmosfera provocaría un arrefriamento planetario que induciría unha era glacial.

arrhnius-hogbom-640x475

En febreiro de 1895 xa sería capaz de presentar un primeiro bosquexo do seu modelo perante a Sociedade de Física de Estocolmo. Pero precisaría outro ano máis para realizar os arduos cálculos (estimados entre dez e cen mil operacións) do primeiro modelo climático da historia que incluía o efecto do CO2 e do vapor de auga e que demostraría que reducir á metade a concentración de CO2 podería reducir a temperatura media do hemisferio norte entre 4 °C e 5 °C, un cambio climático da magnitude requirida polas probas xeolóxicas dispoñibles. Esa traballosa dedicación, ademais, custaríalle a Arrhenius reiteradas peticións de divorcio dunha esposa que agardaba o seu primeiro fillo.

Norteamérica descobre as súas idades de xeo

A hipótese de Arrhenius sería trasladada á comunidade xeolóxica estadounidense por Thomas Chrowder Chamberlin (1843–1928), o xeólogo máis influente nos Estados Unidos anterior á Segunda Guerra Mundial.

Chamberlin clasificou, en 1896, os períodos glaciais e interglaciais en Norteamérica. Atribuíulle a diminución atmosférica do CO2 á erosión das rochas provocada por longos períodos de deformación da codia terrestre, que se transferiría aos océanos en forma de bicarbonatos disparando unha nova glaciación. A diferenza de Arrhenius e Högbom, Chamberlin atribuíu o aumento do CO2 que poría fin a unha era glacial non só ao vulcanismo, senón á oxidación de materia orgánica, que aumentaría a temperatura obrigando os océanos a desprender máis CO2, promovendo a formación de sulfatos a expensas dos carbonatos. A realimentación do vapor de auga (producido co aumento da temperatura) encargaríase de pórlle fin ao dominio do xeo glacial.

chamberlin-640x455
Á dereita da imaxe, a páxina onde Chamberlin detalla os períodos glaciais en Norteamérica no libro de texto de xeoloxía máis influente da primeira metade do século xx: «A College Text-Book of Geology».

Amais, en 1899, Chamberlin puxera en dúbida o cálculo de lord Kelvin da idade da Terra (entre 20 e 40 millóns de anos) e a súa hipótese do arrefriamento continuo desde un estado inicial de material fundido. A taxa calculada de acumulación salina nos océanos polos procesos de erosión xa suxería naquela época un mínimo de 100 millóns de anos de antigüidade; porén, a verdade, semella que os xeólogos nunca tiveron en demasiada consideración as contas dun físico nas súas propias especulacións internas á disciplina.

Un erro con consecuencias históricas

Arrhenius non semellaba coñecer os experimentos de John Tyndall nin as súas especulacións sobre o papel do vapor de auga no desenvolvemento das eras glaciais cando considerou os cambios do CO2 na atmosfera como o mecanismo detonador das glaciacións, ignorando, ademais, a hipótese astronómica de James Croll. Porén, si que prestaría atención aos traballos de Joseph Fourier sobre o efecto da atmosfera nas temperaturas da superficie terrestre.

No limiar do seu xa lendario artigo de 1896, Arrhenius atribuíalle, precisamente, a Fourier a analoxía do efecto invernadoiro que explicaba o papel do CO2 na atmosfera:

Fourier sostiña que a atmosfera actúa coma o vidro dun invernadoiro, porque deixa pasar os raios de luz solar pero retén os raios escuros do chan.

Así, converteuse no creador involuntario dunha confusión que continúa ata os nosos días e que será o punto de partida dunha vindeira entrada.


Sobre o autor: Pedro J. Hernández (@ecosdelfuturo) é físico e profesor de ensino secundario. Edita, desde 2006, o blog Ecos del futuro e tamén colabora con Naukas.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair / Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair / Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair / Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair / Cambiar )

Conectando a %s