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Autor: adolmar
La naturaleza, una gran enciclopedia para aprender
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Adolfo Marroquín Santoña | 26-11-2012 | 2:13| 0

De “bios”, que significa vida , y “mimesis”, que significa imitar, la biomimética es la ciencia que estudia las mejores ideas de la naturaleza, utilizando sus diseños y procesos para resolver los problemas que se nos presentan a los humanos.

La idea fundamental es que la naturaleza, imaginativa por necesidad, ha resuelto ya muchos de los problemas con los que nos vamos encontrando nosotros. Animales, plantas, microbios, etc., resultan a veces ser consumados ingenieros, entre los que, tras millones de años de I+D+i, los fracasados pasaron a ser fósiles, y sólo los triunfadores sobrevivieron.

Los seres humanos están imitando a los organismos que mejor se adaptan a nuestro hábitat, lo que constituye una buena estrategia de supervivencia para la raza humana, y un camino para un futuro sostenible. Cuanto más se parezca el funcionamiento de nuestro mundo al de la propia naturaleza, más posibilidades tendremos de conservar este planeta, que es nuestro, … pero no sólo nuestro.

Son muchos los descubrimientos e inventos modernos del hombre, que están inspirados en modelos biológicos, utilizados y perfeccionados previamente por la naturaleza. Veamos algunos ejemplos de esos muchos diseños ofrecidos por la Naturaleza, de la que el hombre ha aprendido algo y ha copiado mucho:

En 1941, el ingeniero suizo George de Mestral, tras dar un paseo por el campo,  observó que los bajos de sus pantalones, otras partes de su ropa y hasta su propio perro, llevaban “fuertemente enganchadas”  una especie de bolas vegetales, provistas de diminutos ganchos. De aquella observación, y de la curiosidad de aquel hombre, nació el velcro, que es una de las aplicaciones más conocidas y usadas de la biomimética.

El velcro, con un funcionamiento tan simple como ganchos frente a maraña (conjunto de hebras enredadas), se ha convertido hoy día en omnipresente en nuestras vidas, con un enorme campo de aplicaciones, sustituyendo con ventaja a las cremalleras y a casi cualquier otro tipo de cierre.

Uno de los métodos utilizados por los murciélagos, así como por los delfines, los cachalotes y otros animales para orientarse, detectar obstáculos o localizar presas, es la utilización de ondas acústicas. Producen sonidos de distintas frecuencias, que son emitidos en todas direcciones, y cuando las ondas de sonido emitidas chocan con un objeto, rebotan y producen un sonido de vuelta (eco de retorno) que permite al animal conocer las características del objeto (tamaño, forma, distancia, posición, estado de reposo o movimiento, etc.). Este método recibe el nombre de ecolocalización, es decir localización por el eco.

Este método biológico de localización a distancia, ha dado lugar a aplicaciones de enorme utilidad para la humanidad, como el RADAR (acrónimo de RAdio Detection and Ranging, es decir “detección y alcance por radio”), cuando se manejan ondas electromagnéticas, y el SONAR (acrónimo de SOund Navigation And Ranging, es decir “navegación y alcance por sonido”), cuando se trata de ondas acústicas.

Los pingüinos de la Antártida optimizan su rendimiento energético, con un consumo de energía tan bajo, que podríamos establecer, con una analogía técnica, que su gasto de energía permitiría a un pingüino nadar más de 1500 km a través de las frías aguas del mar polar con un solo litro de gasolina.

La alta eficiencia de su sistema de propulsión es consecuencia de la extremadamente baja resistencia al avance de su cuerpo, tras 40 millones de años de evolución, bajo las condiciones más adversas. Las medidas efectuadas sobre modelos, en túneles de viento y canales de agua, en la Universidad Técnica de Berlín, pusieron de manifiesto, que los coeficientes de rozamiento y arrastre de este animal superan a las mejores creaciones técnicas humanas en más de un 20 %.

Tras el contorno, aparentemente poco elegante, del pez boxfish (también conocido como pez caja, o pez cofre) se esconde toda una lección de diseño eficiente.  La disminución del rozamiento permite a este pez nadar una distancia de hasta seis veces la longitudes de su cuerpo en un segundo, estabilizado por la quilla constituida por la propia forma de su cuerpo.

Los fabricantes de Mercedes-Benz se inspiraron en este pez para desarrollar el concepto de Coche Biomimético, y al someterlo a las pruebas de viento, en su fábrica de Stuttgart, mostraron la magnífica aerodinámica del coche, lo que ayuda a incrementar notablemente su rendimiento, consiguiendo más velocidad con menos consumo.

Análogamente, en el Instituto de Energía Eólica de Canadá se han probado palas para aerogeneradores, que imitan las aletas festoneadas de las ballenas, consiguiendo mayor potencia para velocidades de viento más lentas que con las palas convencionales y sobre todo funcionando con mucho menos ruido, que es una de las mayores objeciones de este tipo de generadores.

La “piel de tiburón”, está recubierta de placas diminutas, con aspecto de dientes, o escamas dentadas, que le dan una textura similar al papel de lija. Esta estructura  reduce la resistencia turbulenta al avance, al estar todas las escamas orientadas en la forma adecuada, en dirección y sentido, respecto al avance del tiburón, favoreciendo que el agua se deslice sobre la piel en un régimen laminar, sin remolinos.Esta propiedad de la piel de tiburón ayuda también a reducir la fricción del casco para los barcos, lo que aumenta su velocidad y reduce el consumo de combustible. Los fabricantes de equipos para la natación han conseguido imitar este efecto en sus productos, consiguiendo tales éxitos que su utilización en las competiciones deportivas está cuestionada, al considerarse una ayuda externa al nadador.

Volviendo a tierra firme, existe una leyenda urbana que cuenta que la idea de las señales conocidas como “ojos de gato” surgió una noche de niebla de 1933, cuando un conductor británico estuvo a punto de salirse de la carretera y tener un serio accidente. La casualidad quiso que los ojos de un gato que estaba subido a una valla cerca de la vía reflejaran la luz de su coche, por lo que tuvo tiempo de ver el peligro y esquivarlo. Se dice que, inspirado en aquella experiencia, diseñó unos reflectores formados por una lente esférica y un espejo en su fondo, tratando de copiar los ojos que le habían salvado.

Lo cierto es que hoy día, al circular de noche por muchas de nuestras carreteras, concretamente en las de doble sentido, vemos sobre el asfalto, a lo largo de la línea central de la carretera, una sucesión de pequeños círculos luminosos. Es el reflejo de los ojos de gato, reflejos que proceden de elementos montados a lo largo del eje de la carretera, mediante la unión de varias piezas, que imitan la óptica del ojo del gato. Cada unidad es un cilindro de vidrio, convexo en sus bases, y con la parte trasera reflectante, con lo que se consigue un fuerte reflejo, aunque la luz incidente sea débil, y que además conserva la dirección de la luz incidente, cambiando únicamente el sentido del recorrido, lo que supone la ventaja de devolver el reflejo, cualquiera que sea la posición del foco emisor de la luz incidente.

La superficie exterior del escarabajo de Namibia (Stenocara), su exoesqueleto, posee una estructura recubierta de protuberancias en forma de cúpula dispuestas de forma hexagonal. El vapor de agua que contiene el aire, se condensa en la superficie lisa de las protuberancias hidrófilas, que favorecen la condensación, y al acumularse las gotas e ir creciendo, caen por el caparazón y corren en pendiente por los canales de la superficie, llegando finalmente hasta la boca del insecto. Todas las partes bajas, y los canales de desagüe, entre las protuberancias, son hidrófobos, al estar recubiertas de cera, lo que repele el agua y facilita su deslizamiento.

Otro captador natural de agua, capaz de sorberla a través de una de sus patas, es la lagartija espinosa, presente en áridos desiertos del sur de Estados Unidos, Méjico y en Australia. En experiencias efectuadas en laboratorio, demuestran la capacidad de sus patas para actuar como mecha de captación de agua, de forma que si se coloca un recipiente con agua al alcance de una de las patas del animal, será capaz de obtener toda la que necesita, distribuyéndola por todo el cuerpo a través de canales situados entre sus escamas.

En la actualidad, el sistema de captura del Stenocara ha sido ya utilizado por la compañía NBD Nano para crear una botella que se llena de agua a partir del aire del entorno, y espera ponerla en el mercado para el 2014. Para alcanzar este resultado, esta compañía ha desarrollado una serie de capas con recubrimientos hidrófilos e hidrófobos, es decir el mismo método del Stenocara, utilizando un ventilador para conseguir la circulación forzada del aire, para finalmente lograr la obtención del agua, que se condensa.

El Tren de Alta Velocidad, que en el caso de Japón se diseñó para una velocidad máxima superior a los 400 km/h (Tren Bala), presentó muchos problemas de ruido aerodinámico en condiciones de marcha, y además los cambios de presión en las entradas-salidas de los túneles, provocaban verdaderos estampidos sónicos. Para poder alcanzar las altas velocidades que se pretendía, venciendo la enorme resistencia del aire y el ruido que producía, había que modificar su parte frontal.

Para ello, tras numerosas pruebas en los túneles de viento, los ingenieros se plantearon la pregunta: “¿Hay algo en la naturaleza que se desplace de forma rápida y sin problemas al cruzar dos medios muy diferentes?”. La respuesta se consiguió emulando a una de las aves que ha evolucionado para reducir al mínimo la resistencia a la inmersión entre el aire y el agua, el Martín Pescador, que cruza la superficie del agua con mínimas salpicaduras, que no le impiden la captura de los peces que le sirven de alimento. Dándole al morro del tren la forma del pico del Martín Pescador, copiado a escala, no solo se eliminó el estampido sónico, sino que se consiguió un ahorro de energía del 15%, junto con un aumento de la velocidad del 10%.

Adolfo Marroquín Santoña

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La belleza matemática de la Naturaleza
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Adolfo Marroquín Santoña | 20-11-2012 | 11:27| 0

Vaya por delante que la licencia de escribir, en el título de estas líneas, Naturaleza, así con mayúscula, quiere ser un homenaje de admiración y respeto a esa compañera de viaje. Viajamos por el espacio a bordo de una espléndida nave espacial, llamada Tierra, y a veces no somos conscientes de que en esa nave los humanos no viajamos solos, sino en compañía de muchos otros seres vivos: Toda la naturaleza que nos rodea.

En el siglo XIII, Santo Tomás de Aquino formuló una de las verdades fundamentales de la estética: “Los sentidos se deleitan con las cosas debidamente proporcionadas”. Y nada en la naturaleza es tan pequeño o insignificante que no merezca un agradable toque de simetría o asimetría, que aumente su perfección y belleza.

Existen muchísimos ejemplos de fantásticas simetrías o asimetrías, como son los innumerables y hermosos hexágonos de los copos de nieve, la hermosa espiral geométrica del caracol de mar, los formas perfectas que se encuentran en los cristales minerales, y así podríamos seguir citando tantos y tantos aspectos de la naturaleza.

Tras esa belleza de muchos de los elementos naturales que nos rodean, está una serie matemática conocida como Sucesión de Fibonacci, alias del matemático italiano Leonardo de Pisa (1170-1250). Esta sucesión es posiblemente una de las sucesiones numéricas más conocidas, dadas las propiedades que posee y la gran cantidad de veces que aparece, en asuntos que aparentemente no tienen relación entre sí. De la sucesión de Fibonacci deriva por ejemplo la famosa Proporción Dorada o Número Áureo, que está presente muy frecuentemente en temas relacionados con la arquitectura, el arte o la propia naturaleza.

La serie numérica de Fibonacci se obtiene comenzando por los dos primeros números, 0 y 1, y después cada número de la serie se obtiene sumando los dos que le preceden, con lo que resulta:

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987,  …  

Estos valores y los resultados de combinarlos aparecen con mucha frecuencia en las obras de la naturaleza, pero además,  si en esta serie dividimos cada número que aparece en ella por el número que le precede, se obtiene un resultado sorprendente, y es que a medida que avanzamos en la serie, el resultado de las divisiones citadas va tendiendo, es decir se va acercando cada vez más y más, al valor: 1,618034, que es precisamente la ¡Proporción dorada o Número Aureo!, que es considerado el patrón de la proporción perfecta en campos como la arquitectura, la escultura, la pintura y muchos otros.

Una concha en forma de espiral: La sección de una concha del caracol nautilus muestra sus compartimentos, siguiendo la serie numérica de Fibonacci. Sólo la parte extrema constituye, en cada momento, el hogar del animal. En conjunto la espiral negra intersecta todos los radios blancos exactamente con un mismo ángulo, de tal forma que los ángulos A, B, C, etc., alrededor de la concha, son siempre iguales entre sí.

Ventilador inspirado en un molusco: En las conchas de los moluscos, en algunas algas y en la forma de los poros de nuestra propia piel, se encuentra una espiral logarítmica tridimensional, a través de la cual el vapor de agua se escapa. En este tipo de estructura, el flujo de los líquidos y gases tiene lugar con mucho menos fricción y más eficiencia. Sobre la base de esa idea se han diseñado ventiladores, hélices, rotores, etc.

Pruebas, basadas en la Dinámica de Fluidos, han demostrado que la utilización de tecnología basada en este tipo de estructuras, puede reducir el consumo de energía en ventiladores, motores y rotores de otros aparatos, con ahorros entre el 10 y el 85%; al tiempo que el rotor del ventilador, o del equipo que sea, que haya adoptado este diseño, reduce además el ruido de funcionamiento hasta en un 75%.

Flores con formas de espiral: Las imágenes muestran las espirales dobles (en el centro) de una margarita (a la izquierda) y de un girasol (a la derecha). Se forman dos grupos opuestos de espirales, con sentidos opuestos, gracias a la disposición de las semillas en el círculo central. En ambos casos, encontramos 21 espirales en el sentido de las agujas del reloj y 34 en sentido opuesto. Y resulta que ambas cifras, 21 y 34, forma parte de la misteriosa serie de Fibonacci.

Como cosa curiosa y ejemplo de aplicación comercial de esta famosa sucesión, citaremos el armario de Fibonacci, cuyo diseño es fiel a la serie numérica, figurando con ese nombre en el catálogo de la empresa Utopia, de origen chino, especializada en diseños inspirados en la Naturaleza.

Adolfo Marroquín Santoña

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Descarga de rayos: Efectos y protección
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Adolfo Marroquín Santoña | 16-11-2012 | 8:14| 0

Cuando un rayo incide directamente sobre la superficie terrestre, al alcanzar el suelo, deja una huella, que es como su firma tridimensional, en forma de tubo, a esa huella se le llama fulgurita (derivado del latín fulgur: “rayo”), nombre de las rocas cuya superficie ha sido fundida por el calor de la descarga eléctrica.

El rayo produce en el lugar de impacto sobre el terreno una temperatura de unos 4.000 ºC, en una zona muy estrecha, casi un tubo, hasta una profundidad de más de un metro, fundiendo los granos que forman la arena, produciéndose una delgada capa cristalina, con aspecto como de barniz, en forma de tubos, de 2 a 50 milímetros de diámetro, a veces retorcidos o ramificados, con paredes de unos 3 milímetros de espesor y de colores variados, blanca, negra, verde, amarilla, etc., dependiendo de los minerales de la roca que han sido fundidos y están presentes en la capa vítrea.

El interior de las fulguritas es normalmente liso, como acristalado, pero el exterior suele ser rugoso y estar recubierto de partículas de arena adheridas a la capa vítrea, lo que les da aspecto parecido a una raíz, presentando a menudo burbujas y pequeños agujeros.

Si el rayo cae directamente en la arena se produce otro tipo de fulgurita, que toma la forma de tubos con unos 10 o 12 milímetros de diámetro, de sección elíptica, al haber sido aplastados y aplanados por la presión de la arena que estaba alrededor en el momento de fundirse el tubo. La cavidad central del tubo y las burbujas de sus paredes son debidas a la expansión de gases (aire, vapor de agua, etc.) contenidos en la arena en el momento de ser ésta calentada bruscamente por la descarga eléctrica.

Esos tubos formados dentro del terreno, son generalmente verticales y algunos pueden penetrar varios metros en la arena, ramificándose al descender. En el Libro Guinness de récords mundiales figura la fulgurita más larga del  mundo, ejemplar descubierto en 1940, que como se ve en la figura adjunta se bifurca en dos ramas, una de ellas mide 4,86 m de longitud y la otra alcanza los 5,20 m.

Excavar y extraer una de estas fulguritas no es fácil, ya que son muy frágiles, por lo que se deben utilizar técnicas similares a las que se usan para manipular fósiles; conseguir extraer del suelo una pieza íntegra, de varios metros de longitud, es muy complicado por su enorme fragilidad, que hace que se rompan al intentar liberarlas.

Vistos los efectos que el rayo produce sobre el suelo, es evidente el peligro que puede suponer para un ser humano cruzarse en su recorrido, y de hecho son desgraciadamente numerosas las muertes por rayo que se producen cada año; por tanto, aprovecharemos el tema para exponer aquí algunas de las principales medidas de protección, para evitar el riesgo de sufrir daños en el caso de vernos inmersos en una tormenta.

Las medidas de protección esenciales, son:

  • Evitar los lugares elevados y abiertos como montes, torres, campanarios, terrazas, azoteas o tejados.
  • En los descampados, conviene “hacerse una bola” en el suelo aprovechando una zanja o cualquier hueco en el terreno.
  • Si se va en grupo por el campo, lo mejor es dispersarse, separándose entre sí 30 metros o más. Separándose también en lo posible del ganado. si es que está presente.
  • No cobijarse bajo árboles aislados o incluso en pequeños grupos de árboles. En un bosque, meterse siempre hacia el interior, evitar quedarse junto a los primeros árboles del borde.
  • Los campos de deportes, especialmente campos de golf, presentan alto riesgo.
  • Es particularmente peligroso agitar un palo de golf, una caña de pescar o mantener en la mano un paraguas abierto.
  • Suspender el baño en mar, río o piscina, alejándose del agua y en general, siempre que sea posible, de las zonas húmedas.
  • Evitar moverse o, si no hay remedio, hacerlo lentamente y por supuesto no correr.
  • No acercarse a líneas de tendido eléctrico, ni a vallas o alambradas metálicas.
  • Alejarse de cualquier objeto metálico como tractores, motos, bicicletas o coches (salvo que se esté en su interior, en cuyo caso es preferible tener el motor parado y cerrar las ventanillas).
  • Dentro de la casa, cerrar herméticamente puertas y ventanas; para no crear corrientes de aire. Desconectar la toma de antena de los equipos y retirarlos de las proximidades del conector. Una buena medida global sería cortar el suministro eléctrico exterior. Las chimeneas de las casas son particularmente peligrosas, sobre todo si están encendidas.
  • Finalmente, dado que en una tormenta pueden darse varias células que pueden enlazarse, a veces con pausas entre las descargas, una buena medida de precaución es la Regla 30/30: Poner en marcha las medidas de protección cuando la separación entre la visión de la descarga eléctrica y la audición del sonido del trueno sea menor de 30 segundos, y no desactivar las medidas hasta que el tiempo trascurrido desde la última descarga sea mayor de 30 minutos.

Tras lo anterior, para aquellos lectores que tengan curiosidad por conocer cómo es la estructura eléctrica de una nube de tormenta y por qué y cómo se producen las descargas, trataré de exponerlo de la forma más sencillamente posible:

Para que se produzca un rayo es necesario, pero no siempre suficiente, que exista una diferencia de potencial entre dos centros de cargas eléctricas, positivas unas y negativas otras. Se sabe que en las nubes de tormenta la parte superior posee cargas positivas, mientras que en la parte central e inferior de la nube predominan las cargas negativas, con lo que la nube tomaría forma de “dipolo eléctrico”. Frecuentemente se presenta también un pequeño centro, con cargas positivas, en la base de la nube, pasando por tanto a formarse un “tripolo eléctrico”.

El rayo tiende a restablecer las condiciones de equilibrio eléctrico entre la nube, el suelo y la atmósfera de su entorno. El camino preparatorio de la descarga entre la nube y la tierra, comienza dentro de la nube, en la parte inferior de la misma; con sucesivos impulsos, que saliendo de la nube se van acercando hacia tierra, dando lugar a la llamada “guía escalonada” que va trazando caminos, con tramos de entre 2 y 50 metros que se van acercándose a su objetivo.

Estos tramos sucesivos “en zig-zag”, van preparando el camino de mínima resistencia para la corriente eléctrica. Este camino es un canal, de varios centímetros de diámetro, por el que la guía escalonada procedente de la nube, se dirige hacia tierra, donde se ha producido la acumulación de cargas positivas, que han sido atraídas por las negativas de la base de la nube. Desde la tierra, las cargas positivas intentan a su vez alzarse hacia la nube, dando lugar a las “sondas de conexión” que desde el suelo van subiendo camino de la nube.

Cuando la guía descendente enlaza con la sonda ascendente, tiene lugar el contacto y se produce la primera “descarga de retorno”, que es la primera componente del rayo. Posteriormente se repetirán varias réplicas, descendiendo de nube a suelo las cargas negativas y ascendiendo de suelo a nube las positivas. Al pasar esta corriente por el canal conductor, éste se calienta, por el mismo principio físico que hace que se calienten los cables de nuestra casa, es el denominado efecto Joule, alcanzándose bruscamente temperaturas del orden de los 20.000 ºC.

El aire contenido en el canal de descarga sufre ese brusco calentamiento, por lo que tiene un rápido y violento aumento de volumen, dando lugar a los efectos más conocidos del rayo, por una parte el “fogonazo” conocido como relámpago, y por otra las ondas expansivas-explosivas, que producen el “ruido” conocido como trueno.

Adolfo Marroquín Santoña

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Volcanes: ¿Amenaza o ayuda?
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Adolfo Marroquín Santoña | 12-11-2012 | 1:29| 0

Lo sepamos o no, seamos conscientes o no, lo cierto es que los volcanes han estado siempre presentes en ese juego de vida-muerte-vida, que cada día se juega sobre el tapete de la superficie de nuestro planeta, del que deberíamos estar más pendientes.

Algunos ejemplos, que pueden orientarnos sobre las magnitudes que intervienen en ese juego, son las erupciones volcánicas acaecidas en los dos últimos siglos, como la del Laki, en Islandia, que tuvo lugar en 1783, y que emitió más de 12 millones de toneladas de material volcánico (MTMV, para abreviar); la del Tambora (Indonesia) en 1815, considerada como la más importante desde hace miles de años, con una columna eruptiva de unos 33 km de altura, muy por encima de la tropopausa atmosférica, y por tanto totalmente dentro de la estratosfera, por lo que los 150 MTMV en forma de partículas de polvo muy fino permanecieron en suspensión durante varios años, extendiéndose por una gran parte del planeta.

La erupción del Krakatoa (Indonesia) en 1883, tal vez el volcán más conocido en los anales de las catástrofes volcánicas, lanzó a la atmósfera unos 20 MTMV pulverizado, que se dispersó por la estratosfera de todo el mundo.

La última gran erupción se produjo en mayo de 2011, y prácticamente fue televisada en directo para todo el mundo. Se trata de la erupción del volcán Grimsvötn, el más activo de Islandia, situado en el glaciar más grande del país, que provocó un verdadero caos en el tráfico aéreo sobre buena parte de Europa, dando lugar a pérdidas millonarias.

Frecuentemente, desde que existen registros sobre ellas, las erupciones volcánicas que han tenido lugar por todo el mundo, han sido seguidas de períodos de oscurecimiento o al menos de atenuación de la luz solar, a veces con efectos sólo locales, pero otras con mucha más extensión, llegando en ocasiones  a ser globales, extendidas a todo el planeta.

Normalmente, en los casos de oscurecimiento general, se producía un enfriamiento también general, durante varios meses o incluso unos pocos años, en los que las temperaturas pasaban a ser inferiores a las normales en las áreas afectadas.

En regiones muy dependientes de la producción agrícola, el oscurecimiento y enfriamiento daba lugar a importantes descensos en los rendimientos de las cosechas, provocando hambrunas e incluso disturbios sociales de enorme gravedad, en los cuales llegaban a veces a producirse más víctimas que las causadas directamente por el propio volcán.

El hecho cierto es que las muertes que las erupciones volcánicas han producido a lo largo de los tiempos, directa o indirectamente, se cuentan por cientos de miles, y las pérdidas materiales serían poco menos que innumerables. De forma que la primera respuesta que se nos ocurre a la pregunta del título ‘Volcanes: ¿Amenaza o ayuda?’, es sin duda que son una amenaza, dado su peligro.

Sin embargo, a toda esta parte negativa hay que oponerle algunos efectos beneficiosos que esas erupciones han tenido para el medio ambiente en general y para el sistema climático en particular; y es precisamente esa parte favorable la que nos proponemos comentar aquí.

El último informe del IPCC  (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático), contenía el cuadro de evaluación de los distintos componentes que intervienen en el balance radiativo terrestre, en el que puede apreciarse como los únicos (en azul en el cuadro) que dan lugar a un forzamiento radiativo negativo, es decir los únicos componentes que no sólo no calientan la atmósfera, sino que la enfrían, son los aerosoles; de ahí su importancia a la hora de evaluar su papel en el cambio climático en que estamos inmersos.

La mayoría de los aerosoles atmosféricos (partículas sólidas en suspensión en la atmósfera) contribuyen a protegernos del calentamiento del planeta, puesto que constituyen un filtro para la energía solar entrante, de forma que todo aquel mecanismo que la naturaleza ponga en marcha para inyectar aerosoles debe ser bienvenido, desde el punto de vista de ayuda en la lucha por frenar el calentamiento global.

 

Una fuente de aerosoles de enorme importancia son precisamente a las erupciones volcánicas, capaces de inyectar en la atmósfera, en un espacio de tiempo relativamente corto, millones de toneladas de partículas. Estas partículas eruptivas, lanzadas con frecuencia hasta la estratosfera, por encima de la tropopausa terrestre, adquieren entonces una enorme importancia en su papel de “enfriadores de la atmósfera”.

Un ejemplo de ello fue la erupción, en 1991, del Monte Pinatubo, en Filipinas, que dio lugar a la inyección de más de 20 millones de toneladas de dióxido de azufre a la estratosfera, afectando al clima mundial durante años, y dando lugar a un enfriamiento global que, a los 18 meses de la erupción, llegó a alcanzar casi medio grado centígrado, cifra importante en el marco de los valores medios del clima.

Una huella, cercana en el tiempo, del alcance planetario de estas cenizas volcánicas puede verse en la fotografía que acompaña a estas líneas, que corresponde al glaciar Johnson, en las inmediaciones de la Base Antártica Española, situada en la Isla Livingston de las Shetland del Sur, donde puede apreciarse al fondo, sobre la foca que aparece en primer plano (la situada a la derecha, a no confundir con el de la izquierda, que es quien escribe estas líneas), donde puede apreciarse el enorme contraste entre la gran cantidad de cenizas volcánicas y el blanco (en realidad turquesa claro) color que presenta el frente de hielo del glaciar.

El cómo llegaron hasta la Antártida esas cenizas, viajando por la estratosfera, desde algún volcán situado posiblemente a miles de kilómetros, nos da una buena idea, tanto del tiempo de permanencia de esas partículas en altura, como de su difusión a grandes distancias, y con ello de su potencial para actuar como filtros de la radiación.

Vistos así los efectos de la inyección de aerosoles por las erupciones volcánicas, parece que debemos admitir que son una ayuda y que algo bueno nos aportan, puesto que nos echan una mano para resolver el serio problema del cambio climático, consecuencia de nuestro desastroso modelo energético. Pero está claro que la parte negativa de las erupciones es desde luego mucho mayor que la positiva, de forma que, para ser justos con ellos (con los volcanes), deberíamos cambiar nuestra pregunta de “Volcanes: ¿Amenaza o ayuda?”, por la siguiente declaración “Volcanes: ¡Amenaza y peligro sí, pero también una ayuda!”.

Adolfo Marroquín Santoña

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Murciélagos y cetáceos, modelos aeronáuticos
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Adolfo Marroquín Santoña | 08-11-2012 | 5:31| 0

Cuando en nuestra tarea del día a día se nos plantea un problema, sobre todo de tipo técnico, una sabia medida es observar la naturaleza que nos rodea y tratar de aprender de ella la forma de resolver ese problema. Debemos buscar qué hizo algún ser vivo, animal o vegetal, cuando se le presentó un problema similar al que ahora queremos resolver, observando también como la evolución ha ido optimizando la solución a lo largo el tiempo. Tras ello, sólo nos quedaría la tarea de adoptar y adaptar su solución, de la mejor manera posible.

Un caso verdaderamente paradigmático de esa idea es el de las anotaciones y dibujos esquemáticos que el gran Leonardo da Vinci dejó a la posteridad. En unas notas suyas, fechadas en 1505, Leonardo decía que “para poder disponer de una máquina voladora debemos imitar al murciélago”. En realidad aunque Leonardo se fijara más en el murciélago (que no se trata de un ave, sino de un mamífero), su idea se refería a los pájaros en general, idea que plasmó en sus diseños de máquinas voladoras y que se mantuvo durante cerca de 400 años.

No fue hasta comienzos del siglo XX, cuando en 1903 los hermanos Wright diseñaron y construyeron un aparato, capaz de planear a lo largo de un corto trayecto, si bien su vuelo debía ser impulsado con ayuda de una catapulta externa, puesto que el tema de la autopropulsión no estaba resuelto; de hecho pasaron aún años hasta que un avión tuvo suficiente sustentación para mantenerse en el aire por sus propios medios. Fue en 1906 cuando el aviador e ingeniero brasileño Alberto Santos Dumont realizó el primer vuelo, oficialmente admitido como tal.

A partir de entonces el desarrollo aeronáutico se dirigió más a conseguir motores más potentes que a modificar la geometría del avión, hasta el punto de que fue en gran medida el peso de esos motores y su creciente empuje, lo que aconsejó separarse del modelo pájaro.

Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, entre 1939 y 1945, se utilizaron por primera vez aviones a reacción con lo que la forma del avión cambió rápidamente puesto que ahora la impulsión estaba sobradamente garantizada y el problema pasaba a ser conseguir la mayor sustentación posible, junto con la menor resistencia a la penetración en el aire.

Aparecen entonces los aviones con siluetas afiladas, en forma de flecha, cuyo mejor paradigma fue probablemente el Concorde, que seguía conservando forma de pájaro, si bien ya no de murciélago (mamífero volador), sino más bien de cigüeña. Este avión por cierto visitó pocos aeropuertos españoles, pero sí lo hizo al Aeropuerto de Badajoz, concretamente el 5 de junio de 1989.

Hoy día esos modelos en flecha se han reservado prácticamente a los cazas de combate, mientras que los aparatos comerciales han ido “engordando” para poder disponer de más y más capacidad de carga, tratando de evitar que el consumo creciera en proporción. Y es aquí cuando el hombre vuelve a fijarse en la naturaleza para buscar soluciones, encontrando éstas no en las aves, sino en los cetáceos, en concreto en el narval y sobre todo en la beluga, una especie de la misma familia, que para su tamaño y peso, más de una tonelada, se desplazan ofreciendo una mínima resistencia al avance.

Todo lo dicho está en relación con una ciencia, nacida en los años 60 del pasado siglo XX, pero cuya existencia es tan remota como la propia vida, esa ciencia es la biomimética, definida como “la ciencia que estudia los sistemas con características comunes a los sistemas naturales, o análogos a estos, para aplicar los conocimientos adquiridos a la solución de los problemas técnicos con que se encuentra la humanidad”.

No se trata de copiar sin más a la naturaleza, o de imitarla torpemente, sino de profundizar en sus estructuras y procesos, establecidos y depurados a lo largo de los miles o millones de años, a lo largo del proceso evolutivo, para aplicar los conocimientos que se obtengan a la solución de los problemas tecnológicos de la humanidad.

En contra del alcance global de la biomimética, podríamos pensar que existen problemas que se le presentan al hombre y que nunca se le han planteado a la naturaleza. Pero en realidad eso es absolutamente erróneo, puesto que el hombre también forma parte de esa naturaleza, cosa que se olvida con demasiada frecuencia, pero la diferencia está en que cuando el hombre copia las soluciones del propio hombre, la acción no forma parte de la biomimética, sino que simplemente practica el denominado “espionaje industrial”, plagio, o cualquier otro término peyorativo.

Por el contrario, la naturaleza, es el mayor depósito de patentes libres que pueda existir, todas ellas suficientemente probadas y contrastadas, y todas a nuestro alcance para que hagamos uso libremente de todo ese tesoro de conocimientos.

¡¡No me imagino yo a un calamar reclamando sus derechos de autor por la utilización humana de la retropropulsión por emisión de fluido, por mucho que el hombre copiara esa idea como fundamento de los reactores (aviones de reacción)!!

Adolfo Marroquín Santoña

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Adolfo Marroquín, Doctor en Física, Geofísico, Ingeniero Técnico Industrial, Meteorólogo, Climatólogo, y desde 1965 huésped de Extremadura, una tierra magnífica, cuna y hogar de gente fantástica, donde he enseñado y he aprendido muchas cosas, he publicado numerosos artículos, impartido conferencias y dado clases a alumnos de todo tipo y nivel, desde el bachillerato hasta el doctorado. Desde este blog, trataré de contar curiosidades científicas, sobre el clima y sus cambios, la naturaleza, el medio ambiente, etc., de la forma más fácil y clara que me sea posible.