Un blog de ciencia para entender el funcionamiento del planeta y su relación con la historia de la humanidad
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Tal vez hayan oído hablar de la reclamación que Bolivia tiene sobre un trozo de la costa de Chile desde el siglo XIX, cuando Chile se apoderó por la fuerza de Arica, Iquique y Antofagasta que anteriormente pertenecían a Perú, las dos primeras y a Bolivia, la última. Es lo que se llama la guerra del Pacífico, o la guerra del guano y el salitre. Para aclarar términos , el guano es la palabra quechua que significa abono, y en este caso particular es principalmente la caca de las aves marinas que se alimentan de la enorme producción de peces que tiene la región. El guano tiene un alto contenido de nitrógeno, fósforo y potasio que lo hace uno de los mejores fertilizantes para la agricultura. El salitre es una mezcla de nitrato de potasio y nitrato de sodio que suele encontrarse asociados a depósitos de sales y arenas, que en el caso de esta región tiene un origen similar al guano.
El hecho de que coincidan condiciones desérticas y alta productividad marina no es casualidad y ocurre en las costas orientales de los océanos en latitudes medias (entre 25 y 35º latitud, norte y sur aproximadamente). Si recordamos un poco cómo es la circulación atmosférica en el sentido ecuador-polos veremos que tiene mecanismos similares con la circulación atmosférica Este-Oeste que veíamos con el fenómenos de El Niño. Así, una circulación por convección, produce un levantamiento en zonas cálidas con un elevado contenido en vapor de agua. En su viaje hacia los polos va perdiendo agua, como veíamos con la destilación del oxígeno, y las zonas descendentes alrededor de 30º de latitud, en lo que se conoce como la cresta subtropical, son zonas desérticas. Ahora bien, el hecho de que sea en latitud 30 y no otra está relacionado con el efecto de Coriolis. Pero, ¿qué es el efecto de Coriolis?
Son trucos de magos y el sentido de giro del agua en un baño está relacionado con la forma de la cerámica y la dirección de entrada de los chorros de agua. El efecto de Coriolis sólo puede “observarse” con grandes distancias, como los que recorren corrientes marinas y atmosféricas.
Por eso, cuando las masas de aire del ecuador suben a la troposfera por convección y se desplazan a latitudes superiores, simultáneamente van desplazándose hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Para cuando llegan a la latitud 30 su dirección ya no es hacia el norte, sino hacia el oeste y forma en la troposfera lo que se conoce como el chorro subtropical. En esta región también se produce el descenso, y al llegar a superficie empieza el viaje hacia el ecuador con los vientos alisios. De la misma manera, estos vientos alisios que van hacia el sur se van desviando y para cuando llegan al ecuador y se encuentran con los alisios del sur, se han desviado hacia el Este y conforman la zona de convergencia intertropical. En un mundo idealizado podríamos dividir el planeta en franjas que nos indican los limites de las diferentes celdas de circulación. Pero como el mundo no es ideal y hay cosas como continentes que interrumpen flujos, lo que se observa son unos anticiclones subtropicales que engrosan esa cresta subtropical en los grandes océanos. Ahora fíjense en las siguientes dos imágenes y vean la posición de los anticiclones (H) y las corrientes marinas. Como podrán imaginar, la coincidencia no es tal, sino una causa-efecto. Los vientos en dirección al ecuador que hay en los márgenes orientales de los océanos empujan el agua de regiones polares hacia el ecuador. Así se forman corrientes frías como la de California, Canarias, Benguela y Humbolt, o también conocida esta última como de Chile-Perú, que cierran los grandes giros subtropicales oceánicos.
Estas aguas son ricas en nutrientes, nitrógeno y fósforo, que favorecen la producción de microalgas. Las microalgas son la base de toda una red trófica que sostiene camarones, peces, ballenas, etc. Todo un ecosistema. También millones de aves marinas que tienen sus nidos y áreas de descanso en las costas desérticas adyacentes. Y claro, donde también cagan. Generalmente, los nutrientes que aportan las cacas de aves (u otros organismos como murciélagos, que también dan un guano muy cotizado), son rápidamente aprovechados por la vegetación natural. Pero si no hay vegetación natural porque las aves cagan en uno de los desiertos más inhóspitos del mundo, pues el guano se va acumulando por miles de años. Así que ya tienes un recurso geológico de primer orden que va a condicionar la geopolítica de una región. El crecimiento poblacional en Europa en el siglo XIX y lo exhaustos que empezaban a estar los campos europeos que tenían demandas crecientes de productos y apenas podían estar en barbecho, hizo que los ingleses buscasen fuentes de nutrientes en aquellas costas. Cuando en 1878 a la empresa chileno-inglesa que comercializaba el guano le pareció injusto el nuevo impuesto que reclamaba Bolivia por la extracción, decidieron no pagar. Bolivia se echó el farol de expropiar las propiedades de la empresa, pero Chile ocupó Antofagasta y la supo defender durante cuatro años de guerra. Hoy sigue habiendo disputas sobre el territorio, y muchos mapas bolivianos todavía incluyen Antofagasta como parte de su territorio. Y porqué en Chile y no en Canarias, Namibia o California. Aunque la corriente de Humbolt es más rica que las otras, probablemente sea debido a motivos históricos. La región de Canarias y Sáhara estaba en manos españolas, el archienemigo de los ingleses, y en España con mayor extensión y menor crecimiento poblacional posiblemente el método de barbecho era suficiente. Namibia estaba inexplorado, al igual que California, en proceso de colonización cuando empezó el interés por el guano y fue el oro lo que levantó la fiebre. La región de Chile-Perú ya tenía una estructura social moderna y se habían independizado de España por lo que iniciar un proyecto empresarial con países ávidos de relaciones comerciales debió ser relativamente fácil. En cualquier caso eso no quiere decir que nunca haya habido interés de recolectar guano en otras regiones. En Namibia, en Walvis hay una isla artificial de guano que construyó un alemán para recoger las heces de las aves y comercializar el guano. Probablemente las minas de fosfatos marroquíes estén relacionados con procesos parecidos. De hecho mi idea original para esta entrada era “Coriolis y el frente polisario”, pero no he encontrado ninguna referencia que me aclare el origen geológico de las minas de Bu-Craa. Y en México estuvimos a punto de tener un desastre ambiental con una minera marina que quería aspirar los fondos marinos para la extracción de fosfatos. Actualmente la recolección de guano en Perú se está reactivando debido a la demanda de productos orgánicos que no deben llevar fertilizantes "químicos". Aquí tienen un buen relato y galería fotográfica al respecto: http://huevopodrido.blogspot.mx/2012/11/recolectores-de-guano.html
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En una de las primeras entradas de este blog expliqué lo que es la Oscilación Sureña de El Niño (ENSO en sus siglas en inglés) y comentaba hacia el final que la variabilidad del ENSO no es tan sencilla como se había descrito en la segunda mitad del siglo 20 y que cada vez es más claro que el ENSO presenta modos muy diversos, más allá de El Niño y La Niña. Hoy intentaré explicar aquí un poco esa diversidad en vista de las confusas informaciones que están saliendo en medios de referencia como la BBC. Por si no lo recuerdan, el ENSO es un acoplamiento del océano y la atmósfera en el Pacífico tropical. La intensidad de los vientos determinan la posición de las anomalías de agua fría y caliente en la superficie del océano, lo que a su vez está relacionado con la circulación atmosférica. Donde se acumula agua cálida es donde mayor convección de vapor de agua hay en la atmósfera y por lo tanto donde más precipitaciones. De la misma forma que cualquier movimiento convectivo, todo lo que sube tiene que bajar, y este descenso se produce en la zona con la anomalía fría de temperatura del mar. El caso es que esas anomalías de temperatura pueden situarse en diferentes zonas del Pacífico tropical, siendo unas más comunes que otras. Durante la segunda mitad del siglo XX, lo más recurrente fue que las anomalías se situaran junto ambas orillas del Pacífico tropical. Así, El Niño clásico (también denominado canónico o del Este del Pacífico – EP-El Niño desde ahora), presenta una anomalía positiva (cálida) en las costas de Ecuador-Perú y negativa (fría) en la zona de Indonesia. La Niña clásica (EP-La Niña) sería al revés, anomalía fría en Ecuador-Perú y cálida en Indonesia. Aquí les dejo el gif que hice para recordarlo. Sin embargo esta tendencia parece que cambió hacia los años 90, cuando otro modo del ENSO se ha empezado a hacer más recurrente. Los primeros que lo identificaron fueron los japoneses y le llamaron El Niño modoki, que viene a significar algo así; "como El Niño pero diferente". El Niño modoki presenta una anomalía cálida en el centro del Pacífico tropical, por eso también se le llama El Niño del Centro del Pacífico (CP-EL Niño), con anomalías negativas en Ecuador-Perú e Indonesia. La CP-La Niña sería al contrario, una anomalía negativa en el centro del Pacífico y positivas en Ecuador-Perú e Indonesia. Por lo tanto cuando es del centro del Pacífico hay un doble circuito atmosférico, y no sólo uno como en el canónico, y eso produce efectos contrarios en las costas tropicales de América, pero no muy diferentes en el centro y oeste del Pacífico. O al menos eso es lo que se piensa actualmente. Aquí abajo lo pueden ver caricaturizado. Sabiendo esto, ahora les puedo decir que lo que en esta noticia llaman El Niño costero, es en realidad un La Niña del Centro del Pacífico, que es la situación que hay actualmente (marzo 2017) y que está haciendo estragos en Perú. Esto en términos paleoclimáticos es muy interesante, porque tenemos una situación más parecida a La Niña, pero que en las costas de Ecuador-Perú se parece más a El Niño, por lo que puede producir confusiones en las reconstrucciones climáticas y en las interpretaciones de los archivos documentales. De hecho cuando vimos la reconstrucción de la sequía medieval con anillos de árboles de Norte América, ésta sequía se relaciona tradicionalmente con condiciones como La Niña ya que coincide con registros de corales del centro del Pacífico. Sin embargo los registros de precipitación a partir de sedimentos de lagos y de cuevas de Ecuador y Panamá sugieren que en esa época predominaban condiciones como El Niño. Una forma de reconciliar esas posturas es asumir que durante aquella época dominaba un modo del ENSO parecido al del Centro del Pacífico, concretamente un CP-La Niña. Como comentario final, es importante remarcar que los registros instrumentales del último siglo no son tan fiables y lo importante que es acudir a reconstrucciones paleoclimáticas para ver toda la verdad. Por ejemplo, hasta hace poco se asumía que en Norteamérica las lluvias de invierno y las de verano eran opuestas. Si llovía mucho en invierno, había nieve en las montañas que reflejaba la irradiación solar y en verano el monzón, que se intensifica con la cantidad de calor acumulado en tierra, no era tan fuerte. Esto que era muy lógico para el periodo con observaciones instrumentales desde los años 40 para acá, ahora se ha visto que es erróneo. Un artículo reciente sobre la precipitación en Arizona midió en árboles el crecimiento de la madera temprana (en primavera y que se relaciona con lluvias de invierno) y el crecimiento de la madera tardía (que crece en verano y depende del monzón) y se ha visto que esa regla tomada como “escrita en piedra” es en realidad una excepción. Durante los últimos 400 años, esa relación opuesta de lluvias de verano-invierno sólo es consistente para la segunda mitad del siglo XX cuando la mayoría de la teoría climática ha sido propuesta. ¿Y si resulta que lo que hemos medido del ENSO es también casualidad y El Niño clásico es en realidad la excepción?
Climáticamente tiene una importancia enorme ya que el calor puede quedar guardado en el océano profundo o ser liberado cuando sube a superficie. Pero de eso hablaremos la semana que viene. Hoy contaremos qué es eso de la circulación termohalina, y para terminar con el tema de las cronologías, veremos su efecto en las dataciones con radiocarbono.
Existen algunas zonas donde se mezclan estas capas, las zonas donde el agua se hunde y las zonas donde el agua surge hacia superficie ¿y qué puede hacer que un agua que está en superficie se hunda?, el frío polar. Así, las aguas que provienen del Golfo de México, cálidas y relativamente saladas, y se dirigen hacia el polo norte, por la corriente del golfo, cuando llegan a la altura de Islandia y Groenlandia se enfrían. Como tienen una cantidad de sales mayor que las aguas de lluvia de Norteamérica y norte de Europa, se hunden hasta el fondo. Este proceso de hundimiento puede ser mayor o menor según la formación de hielo marino y su extensión, ya que al formar los cristales de hielo se expulsa la sal, la cual queda en el agua líquida, formando una masa de agua de muy alta salinidad que se hundirá todavía más rápido. Algo parecido ocurre en algunos puntos de la Antártida, donde ya vimos en este video de la BBC el caso extremo en el que un hundimiento de aguas salinas y muy frías iba dejando una columna helada. Estas zonas de hundimiento se consideran los motores de la circulación termohalina y donde comienza un viaje que se calcula puede durar hasta mil años. Evidentemente, si en un sitio está entrando agua, en otro tiene que salir. Las aguas que se hundieron en el Atlántico norte viajan por el fondo, se juntan con las de la Antártida que son incluso más densas, y ambas masas de agua se ponen a dar vueltas alrededor de la Antártida hasta que en un momento se desvían hacia el Pacífico y el Índico en dirección al ecuador. En este viaje hacia el ecuador se van calentando y van subiendo hacia la superficie ayudadas por la orografía, ya que en el camino se van topando con montañas submarinas, islas, etc que les ayuda a surgir. Una vez en superficie, finalmente, las corrientes superficiales cerrarán el ciclo llevándolas hasta al Atlántico Norte. Si nos ponemos a pensar en el C14 radiactivo que hay en la atmósfera y entra en el agua podemos deducir que cuanto mayor tiempo haya estado en el fondo una parcela de agua, menor contenido de C14 va a tener, ya que se interrumpe la llegada de C14 nuevo y el que ya estaba va decayendo radiactivamente. Así, a priori podemos calcular la edad del agua, entendiendo que ese agua “nace” cuando se aleja de la atmósfera. La diferencia de edad radiocarbono entre la medida en cada lugar y la atmosférica es lo que se llama “edad de reservorio” y se utiliza para hacer las pertinentes correcciones en dataciones de fósiles de sedimentos marinos. Generalmente las mediciones se hacen en conchas, ya que la señal de C14 que incorpora un organismo al construir la concha es la misma que tiene el agua, y a ser posible de organismos que viviesen antes de las primeras bombas atómicas o incluso antes de la quema de combustibles fósiles, para que que no interfiera en la proporción de C14. Es decir, fundamentalmente de colecciones antiguas y museos. Uno podría pensar que la edad de las aguas superficiales va a ser cero, ya que hay un equilibrio químico con la atmósfera, pero lo cierto es que hay muchas interferencias en la señal de C14. Los propios procesos físicos relacionados con el viento que hacen surgir aguas subsuperficiales de otras masas de agua, mezclando señales de C14 . También el fitoplancton (microalgas marinas) fija C14 que lo incorpora al ecosistema y este ecosistema no es estático y muchos organismos migran verticalmente, mezclando señales de C14 de capas de agua diferentes. O incluso el vulcanismo submarino incorpora grandes cantidades de carbono sin ningún tipo de radiactividad, alterando la proporción C12/C14.
Como pueden imaginar esto tiene muchas imprecisiones y es el talón de Aquiles de las reconstrucciones con sedimentos marinos que suelen manejar fechas con amplios márgenes de error (por ejemplo, en mis estudios de la corriente de California + 50 años). A parte de las razones ya mencionadas, la circulación termohalina puede ser más rápida o lenta según la velocidad de hundimiento, por el clima, la cantidad de hielo, etc, por lo que las edades reservorio habrán cambiado a lo largo de los siglos y milenios. Así que tenemos dos incógnitas, la edad del fósil y la edad reservorio, pero una sola variable, una medición de C14 A veces hay suerte y puede calcularse las variaciones de esa edad reservorio en escalas miles de años gracias a las sintonizaciones orbitales de las que ya he hablado antes. Por ejemplo, tomamos un núcleo de sedimento de una región, medimos una variable que sabemos varía con las variaciones orbitales, como el isótopo de oxígeno, y también medimos el C14 de conchas de foraminíferos que quedaron atrapados en el sedimento. Primero sintonizamos el isótopo de oxígeno con la variación orbital para darle una edad y así nos queda la medición de C14 para calcular la edad reservorio. Este es más menos el ejercicio que realizaron en aguas de Perú y que pueden ver en la imagen inferior, de arriba a abajo; registros del hielo de Groenladia en amarillo y verde; después dos regstros de temperatura e isotopo de oxígeno que en la gran escala es similar al planetario y por lo tanto se sintoniza con el registro de Groenlandia. Abajo del todo, las dos posibles variaciones de edades de reservorio según la sintonización utilizada. Click en la foto para ver Fuente y colaboradores, 2015
Referencias y enlaces de interés: Sobre circulación termohalina hablaré más la semana que viene. Hay muchas páginas con explicaciones de esta circulación, por ejemplo en wikipedia Sobre edades de reservorio no hay mucho en español, creo que esta entrada es bastante completa a nivel divulgativo y no conozco otra. En la wikipedia en inglés viene un buen resumen de los reservorios de edad con el C14 La "biblia" de referencia: Radiocarbon Software para cálculos de edades radiocarbono Para explorar edades de reservorio en google Earth Aquí podéis ver en qué consiste el truco del buzo, no es más que unos buzos cabeza abajo en un lago helado
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