GAIA: DE HIPOTESIS A TEORÃA Y LA XVII OLIMPIADA DE ... - UGM
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Gómez Treviño: Gaia: de Hipótesis a Teoría y la XVII Olimpiada de Ciencias de la TierraEl Mundo de MargaritasBusquen la palabra Daisyworld o Mundo deMargaritas. Así le llamó Lovelock al sistema decontrol homeostático que ideó para demostrarque su propuesta era una posibilidad real. Supusoque el Sol aumentaba su luminosidad con el tiempoy, como consecuencia, la Tierra estaría cada vezmás caliente. Supuso además que en la Tierraexistían dos tipos de flores (daisies o margaritas),unas blancas y otras negras, así como suelo rasosin margaritas. Las blancas absorben menos luzque el suelo y el suelo menos que las negras. Porlo tanto, las negras tenderán a calentarse másque el suelo y el suelo más que las blancas. Encada caso el grado de calentamiento modificalos alrededores de las margaritas y del suelo. Setiene además que ambos tipos de margaritas sereproducen mejor a una temperatura media ymueran a temperaturas menores de una mínima,y mayores de una máxima. Esto es todo.Veamos ahora qué pasaría si la Tierra sinmargaritas tuviera una temperatura menora la mínima. Obviamente ninguna margaritapodría existir. Sin embargo, si ponemos unamargarita negra ésta hará que su alrededor secaliente y, si la temperatura sube más allá de lamínima, entonces empezarán a reproducirse. Sereproducirán tanto negras como blancas, pero lasnegras tendrán ventaja porque el planeta estáfrío. ¿Pero qué pasará si hay demasiadas? Pues elplaneta se calentará más allá de la temperaturamáxima. Sin embargo, como también haymargaritas blancas, éstas al reproducirse estaránafectando su entorno hacia un enfriamiento. Y siel Sol aumenta su luminosidad, pues entonceslas favorecidas serán las blancas, porque ellaspueden bajar la temperatura. Y si la bajandemasiado, favorece a las negras que la puedenaumentar. Y si la aumentan demasiado, pues esofavorece a las blancas que la pueden bajar. Y si labajan demasiado…….. ¿Se entiende?Simple, brillante y demoledor. Lovelock sesacudió las críticas de los biólogos utilizando losmismos argumentos manejados por ellos. Mostrócómo dos especies que actúan en su propiobeneficio pueden terminar creando condicionesque las beneficien a ambas.La idea es importantepero más importante es que sea realista. Unamanera de demostrarlo es hacer un modelomatemático con ecuaciones basadas en las leyesfísicas y mostrar que los efectos anticipadosson realmente posibles en un planeta comola Tierra. La investigación de Lovelock incluyóel desarrollo de las ecuaciones y su solución.De hecho, el trabajo se realizó como tesis dedoctorado de uno de sus estudiantes. Ya existenen Internet programas interactivos que ustedespueden utilizar y hasta jugar con las variablespara experimentar con el modelo. http://www.gingerbooth.com/flash/daisyball/DaisyBall.htmles la liga que utilizaremos. En esta liga hay dosopciones, DaisyWorld and DaisyBall. La últimaconsidera que la Tierra tiene una inclinación de23.5 grados con respecto al plano de su órbitacon respecto al Sol, y que la cantidad de luz pormetro cuadrado que llega a la Tierra dependede la latitud. DaisyWorld y DaisyBall utilizanlas mismas ecuaciones pero en este último seresuelven para diferentes latitudes. Por eso veránque unas margaritas se concentran en el ecuadory otras en los polos. Consulten las ecuacionesen DaisyWorld-theMathy piensen cómo lasresolverían ustedes. ¿Cuál resuelven primero?Siéntanse libres de cambiar las diferentesvariables en la opción de avanzado (advanced),para familiarizarse con el simulador. Empiecencon la opción por omisión (default), y revisen quela temperatura de la Tierra realmente se estabilizacuando hay margaritas en comparación con lasituación cuando no las hay. Cambien albedos,temperaturas máximas y mínimas, luminosidad,etc. Para volver a la opción por omisión utilicenrestore defaults.El examen tendrá algunas preguntas específicassobre las gráficas de la opción por omisión, en sumodalidad de DaisyBall . Por ejemplo ¿Cuál es latemperatura de la Tierra para el Sol actual, cuandohay margaritas blancas y negras? Al inicio delcalentamiento por las margaritas negras ¿Por quéprosperan las margaritas blancas? Y ¿Por qué lasmargaritas negras disminuyen cuando aparecenlas blancas? Por otro lado, para luminosidadesgrandes, inmediatamente antes de que muerantodas las margaritas, la temperatura de la Tierraes muy inferior a la máxima de 40 grados que4
GEOS, Vol. 32, No. 2pueden soportar las margaritas. La preguntasería: ¿Por qué entonces se mueren las margaritasen masa?Una de las variables del simulador de Gaia esla cantidad mínima de suelo raso en dondeno existen margaritas. La variable la llamandeathrate y por omisión tiene el valor de 0.3,significando que al menos 30% del terrenoestá sin margaritas. La deathrate puede variardesde 0 hasta 1.0 y según podrán observar laestabilización de la temperatura depende muchodel valor que utilicen. ¿Cuál es el mínimo terrenolibre de margaritas para que la temperatura seala adecuada para las margaritas? ¿Y cuál es elmáximo terreno libre de margaritas para que latemperatura sea la adecuada para las margaritas?Utilicen como criterio de temperatura adecuadael que ésta no sea inferior a 21.5 ni mayor a 23.5para luminosidad =1.0.Otra de las opciones a las que se puede accederen la opción de avanzado (advanced) es la deseleccionar un solo tipo de margaritas. La opciónsupone que sólo hay margaritas negras.La opciónde sólo margaritas blancas se puede accederoptando por una sola especie y moviendo elalbedo de las margaritas negras al lugar de lasblancas. Vean qué pasa en cada caso y traten deexplicarlo.Teoría por FinPara que una hipótesis se convierta en teoría esnecesario, primero, que haga predicciones sobrealgo nuevo y, segundo, que esas predicciones secomprueben en la realidad. Hemos aprendidoa través de milenios que ésta es la manera mássegura de avanzar los conocimientos sobrela realidad. En nuestro caso, la Hipótesis deGaia plantea que, de alguna manera todavíadesconocida, en la Tierra operan mecanismosque regulan procesos globales en beneficio delos seres vivos y que los propios seres vivos sonlos que producen estos efectos. Lo que faltaría esencontrar uno de esos procesos en la naturalezay la hipótesis se convierte en una teoría científica.Pero si ni siquiera se cree en la hipótesis nadie vaa buscar esos procesos. Por eso es que Lovelocktuvo que desarrollar su Mundo de Margaritas,para convencer a los demás científicos, no paraprobar la existencia de tales procesos en lanaturaleza sino, por el momento, sólo mostrarque son posibles.El Mundo de Margaritas es más un invento que undescubrimiento. De hecho, Lovelock lo considerasu mayor invento. Le faltaba el descubrimiento enla Tierra de uno de esos procesos y, con los añoslo encontró, pero no resultó ser exactamente elMundo de las Margaritas porque uno los actoresresultó no ser un ser vivo. Veamos los detalles. Elproceso es el de la regulación de la temperaturade la Tierra mediante el reflejo de la luz delSol por las nubes. A mayor nubosidad menortemperatura y viceversa. Nada nuevo hasta aquí.Tampoco es nuevo que a mayor nubosidad menosluz que llega al mar, ni que a menos luz menosfotosíntesis y por lo tanto menos producción dealgas. En corto, que las nubes afecten a las algas noes nada nuevo. Lo que sí es nuevo, sorprendente,increíble y hasta inverosímil, es que las algasafecten a las nubes. ¿Cómo podrían hacerlo?Pues resulta que si no hay algas no hay nubesen el mar, o hay muy pocas. Las algas producencomo desecho un compuesto de azufre conocidocomo sulfuro de dimetilo, que en la atmósferase descompone y produce pequeñísimas gotitasde ácido sulfúrico que son indispensables para laformación de las nubes en el mar. Con esto, lasnubes afectan la producción de algas y a su vezlas algas afectan la producción de nubes.El ciclo del azufreAl mismo tiempo que Lovelock buscaba sumecanismo de control, otros científicos buscabande dónde obtenían las algas el azufre con elque hacen el sulfuro de dimetilo. Sabían quelo obtenían del mar, y que el mar lo recibía delos continentes mediante los ríos. Lo que nosabían era cómo regresaba el azufre del mar alos continentes. Y es que se trata de cientos demillones de toneladas. En los continentes haypocas fuentes de azufre que, como los volcanes,provean de este elemento tanto a los continentescomo al mar. El azufre lo necesitan los seres vivosporque forma parte de las proteínas y otroscompuestos esenciales para la vida. Si ni en loscontinentes ni en el mar hay suficientes fuentes de5
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GEOS, Vol. 32, No. 2pueden soportar las margaritas. La preguntasería: ¿Por qué entonces se mueren las margaritasen masa?Una de las variables del simulador de Gaia esla cantidad mínima de suelo raso en dondeno existen margaritas. La variable la llamandeathrate y por omisión tiene el valor de 0.3,significando que al menos 30% del terrenoestá sin margaritas. La deathrate puede variardesde 0 hasta 1.0 y según podrán observar laestabilización de la temperatura depende muchodel valor que utilicen. ¿Cuál es el mínimo terrenolibre de margaritas para que la temperatura seala adecuada para las margaritas? ¿Y cuál es elmáximo terreno libre de margaritas para que latemperatura sea la adecuada para las margaritas?Utilicen como criterio de temperatura adecuadael que ésta no sea inferior a 21.5 ni mayor a 23.5para luminosidad =1.0.Otra de las opciones a las que se puede accederen la opción de avanzado (advanced) es la deseleccionar un solo tipo de margaritas. La opciónsupone que sólo hay margaritas negras.La opciónde sólo margaritas blancas se puede accederoptando por una sola especie y moviendo elalbedo de las margaritas negras al lugar de lasblancas. Vean qué pasa en cada caso y traten deexplicarlo.Teoría por FinPara que una hipótesis se convierta en teoría esnecesario, primero, que haga predicciones sobrealgo nuevo y, segundo, que esas predicciones secomprueben en la realidad. Hemos aprendidoa través de milenios que ésta es la manera mássegura de avanzar los conocimientos sobrela realidad. En nuestro caso, la Hipótesis deGaia plantea que, de alguna manera todavíadesconocida, en la Tierra operan mecanismosque regulan procesos globales en beneficio delos seres vivos y que los propios seres vivos sonlos que producen estos efectos. Lo que faltaría esencontrar uno de esos procesos en la naturalezay la hipótesis se convierte en una teoría científica.Pero si ni siquiera se cree en la hipótesis nadie vaa buscar esos procesos. Por eso es que Lovelocktuvo que desarrollar su Mundo de Margaritas,para convencer a los demás científicos, no paraprobar la existencia de tales procesos en lanaturaleza sino, por el momento, sólo mostrarque son posibles.El Mundo de Margaritas es más un invento que undescubrimiento. De hecho, Lovelock lo considerasu mayor invento. Le faltaba el descubrimiento enla Tierra de uno de esos procesos y, con los añoslo encontró, pero no resultó ser exactamente elMundo de las Margaritas porque uno los actoresresultó no ser un ser vivo. Veamos los detalles. Elproceso es el de la regulación de la temperaturade la Tierra mediante el reflejo de la luz delSol por las nubes. A mayor nubosidad menortemperatura y viceversa. Nada nuevo hasta aquí.Tampoco es nuevo que a mayor nubosidad menosluz que llega al mar, ni que a menos luz menosfotosíntesis y por lo tanto menos producción dealgas. En corto, que las nubes afecten a las algas noes nada nuevo. Lo que sí es nuevo, sorprendente,increíble y hasta inverosímil, es que las algasafecten a las nubes. ¿Cómo podrían hacerlo?Pues resulta que si no hay algas no hay nubesen el mar, o hay muy pocas. Las algas producencomo desecho un compuesto de azufre conocidocomo sulfuro de dimetilo, que en la atmósferase descompone y produce pequeñísimas gotitasde ácido sulfúrico que son indispensables para laformación de las nubes en el mar. Con esto, lasnubes afectan la producción de algas y a su vezlas algas afectan la producción de nubes.El ciclo del azufreAl mismo tiempo que Lovelock buscaba sumecanismo de control, otros científicos buscabande dónde obtenían las algas el azufre con elque hacen el sulfuro de dimetilo. Sabían quelo obtenían del mar, y que el mar lo recibía delos continentes mediante los ríos. Lo que nosabían era cómo regresaba el azufre del mar alos continentes. Y es que se trata de cientos demillones de toneladas. En los continentes haypocas fuentes de azufre que, como los volcanes,provean de este elemento tanto a los continentescomo al mar. El azufre lo necesitan los seres vivosporque forma parte de las proteínas y otroscompuestos esenciales para la vida. Si ni en loscontinentes ni en el mar hay suficientes fuentes de5
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