Los choques interplanetarios pueden crear “electrones asesinos” en el entorno espacial cercano a la Tierra en 15 minutos desde que el choque alcanza la burbuja magnética protectora de la Tierra. El mecanismo subyacente para este proceso ha sido ahora revelado como resultado de una extraña configuración de satélites, que incluyen a Cluster, SOHO y Double Star.

Durante décadas hemos sabido que nuestro ambiente espacial cercano a la Tierra está íntimamente vinculado a la actividad solar. No obstante, los modelos de esta relación aún no son lo bastante precisos para predecir – en detalle – el impacto en la Tierra de violentas explosiones (conocidas como eyecciones de masa coronal) desde el Sol. En particular, ni siquiera es posible determinar dónde y qué extensión de región específica cercana a la Tierra podría ser dañina para una nave o perturbar las señales de satélites de navegación.

Esta situación está mejorando rápidamente. Gracias a la armada de naves científicas, vivimos en un periodo de oportunidades sin precedentes para observaciones in situ y remotas del Sol y del entorno espacial cercano a la Tierra. Un estudio reciente, liderado por Qiugang Zong de la Universidad de Pekin en China, y la Universidad de Massachusetts en Lowell, Estados Unidos, ha investigado la relación entre los impactos interplanetarios, disparados por las eyecciones de masa coronal, y los conocidos como “electrones asesinos”, y descubrieron el mecanismo subyacente.

Los “electrones asesinos” son partículas muy energéticas que quedan atrapadas en el cinturón de radiación exterior de la Tierra. Su nombre deriva del hecho de que, debido a su energía, pueden penetrar en el grueso escudo de los satélites y provocar microscópicas descargas eléctricas que dañan y a veces destruyen componentes electrónicos vitales de abordo.

Las teorías muestran que varios procesos físicos pueden acelerar los electrones a estas dañinas energías; los procesos predominantes son la interacción con ondas en la Frecuencia Muy Baja (3 a 30 kHz) o en el dominio de la Frecuencia Ultra Baja (entre 0,001 a 1 Hz). Hasta hace poco no ha quedado claro qué proceso es el que funciona de forma predominante en los cinturones de radiación de la Tierra tras el impacto de un choque interplanetario.

El 7 de noviembre de 2004, un potente choque interplanetario impactó con la magnetosfera, la burbuja magnética de la Tierra. La velocidad y orientación del frente de onda inducido por este choque se determinó usando medidas obtenidas por instrumentos a bordo de los satélites Cluster y Double Star, junto con otros satélites dispersos por la magnetosfera. A una altura geoestacionaria, la magnetosfera se extiende aproximadamente a 84 000 km. Por tanto, tener nueve satélites científicos (cuatro naves Cluster, dos naves Double Star, NOAA GOES-10 y GOES-12, y la nave Polar de la NASA) distribuidas a lo largo de esta gran área de espacio durante el impacto de un choque interplanetario hace que sea una rara configuración para el estudio.

“Aunque el flujo constante de partículas del viento solar se propaga a una velocidad media de 500 km/s, la velocidad de propagación del frente de onda era de más de 1200 km/s en la órbita geoestacionaria (36 000 km de altura) en comparación con los 660 km/s en la plasmasfera”, dice Qiugang Zong autor principal del artículo que describe este resultado.

Para este evento, la cantidad de electrones energéticos en el cinturón de radiación exterior empezó a aumentar casi inmediatamente después de la llegada del choque. Este sustancial aumento de los “electrones asesinos” se encontró que estaba causado por un proceso en dos pasos: La aceleración inicial debida a la compresión del potente campo magnético relacionado con el choque. Inmediatamente después del impacto del choque interplanetario, su paso a través de la magnetosfera disparó que las líneas magnéticas de la Tierra oscilaran en Frecuencias Ultra Bajas (ULF). A su vez, se encontró que estas ondas ULF aceleraban de manera efectiva los electrones, proporcionados por el primer paso, para convertirse en “electrones asesinos”.

“Tanto las ondas VLF como las ULF aceleran los electrones en los cinturones de radiación de la Tierra, pero con distintas escalas temporales. Las ondas ULF son mucho más rápidas que las VLF, debido a su mayor amplitud. Pueden explicar el corto intervalo de tiempo entre un impacto de choque y que los electrones se aceleren hasta energía dañinas”, dice Zong.

“Los datos procedentes de los cuatro satélites Cluster permitieron la identificación de las ondas ULF capaces de acelerar a los electrones”, dice Malcolm Dunlop, del Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot (Reino Unido), y coautor de este estudio.

“La constelación Cluster también fue clave para estimar el tiempo necesario para que los electrones se convirtieran en “electrones asesinos”, ¡apenas después de 15 minutos!”, añade Zong.

“Estos nuevos hallazgos pueden ayudarnos a mejorar los modelos de predicción del entorno de radiación en el cual operan satélites y astronautas. Con la actividad solar aumentando, esperamos que ocurran más de tales impactos en nuestra magnetosfera en los próximos meses y años”, dice Philippe Escoubet, científico del proyecto Cluster en la Agencia Espacial Europea. “Afortunadamente”, añade, “incluso tras más de 10 años de funcionamiento, los satélites Cluster están en una excelente condición y pueden continuar cuantificando estos efectos”.

Fecha Original: 11 de marzo de 2010
Enlace Original

El campo magnético de la Tierra, que nos protege de los letales rayos del Sol, surgió en el núcleo del planeta incluso antes de lo que se pensaba en la historia de la Tierra. Aunque este campo, hace 3450 millones de años, no era lo bastante potente para dar refugio a la vida en la Tierra, nuevos hallazgos sugieren que el joven planeta era significativamente más húmedo de lo que es ahora. Todo esto, de acuerdo con un grupo de investigadores que han descubierto un antiguo campo magnético congelado en rocas de Sudáfrica.

John Tarduno de la Universidad de Rochester en los Estados Unidos, y su equipo, detectaron el campo en una muestra de rocas volcánicas recolectadas en el Cinturón de Barberton Greenstone. Cuando se solidificaron estas rocas, un número de diminutas inclusiones magnéticas – atrapadas en el interior de la roca fundida – se alinearon con el campo magnético de la Tierra. De esta forma, las rocas volcánicas actúan como dispositivos de grabación, captando la fuerza y configuración del antiguo campo.

Super SQUID

Primero, el equipo tuvo que crear un dispositivo capaz de medir el diminuto campo magnético en el interior de las rocas, y para esto, los investigadores optaron por un dispositivo de interfaz cuántica superconductor o magnetómetro SQUID. Los SQUIDs estándar carece de la sensibilidad requerida por lo que Tarduno y su equipo personalizaron su dispositivo reduciendo el diámetro de la zona sensible a apenas 6 mm.

Usando el nuevo SQUID, los investigadores fueron capaces de confirmar que los cristales de silicato de 3500 millones de años de antigüedad habían registrado un campo magnético originado en el núcleo de la Tierra. El registro más antiguo del campo magnético de la Tierra anterior a esta investigación es de 3200 millones de años, detectado en un afloramiento distinto de rocas volcánicas en Sudáfrica.

Otro reto al que se enfrentaron los investigadores fue situar las muestras de roca que no habían sufrido demasiada alteración en los últimos 3500 millones de años. Las inclusiones magnéticas, contenidas en el interior de cristales de silicato aislados, son propensas a cambios químicos y estructurales como resultado de la formación de montañas en esta zona. “Es similar a un escenario de Ricitos de Oro, donde necesitamos suficientes partículas magnéticas para hacer un registro, pero no demasiadas como para distorsionar los resultados”, dice Tarduno.

Protector de la vida

El campo magnético de la Tierra se genera por el movimiento del hierro fundido en las profundidades del núcleo externo del planeta – la Fuerza de Coriolis ayuda a crear un patrón de convección en esta zona, llevando a una geodinamo. Actualmente, el campo se extiende en la magnetosfera, la cual llega hasta 60 000 kilómetros, o 10,7 radios terrestres, en la dirección del Sol, y mucho más lejos en la dirección opuesta. La magnetosfera termina en la magnetopausa, la cual representa un “punto muerto” entre el campo magnético de la Tierra y los vientos de alta energía del Sol – la vida en la Tierra depende de ella.

Los investigadores encontraron que el campo de la Tierra era significativamente más débil hace 3500 millones de años. Es más, emplearon un modelo solar establecido para deducir que, al mismo tiempo, el Sol estaba arrojando material a un ritmo 100 veces la media de lo observado hoy. Combinar estos dos factores implica que la magnetopausa estaba a la mitad de distancia de la Tierra que actualmente.

Tarduno dice que estas condiciones habrían arrancado vastas cantidades de vapor de agua antes de que el ciclo del agua se estabilizara. Por esta razón, concluye que el joven planeta, antes del aumento del campo magnético, habría contenido más agua de la que antes se pensaba, y significativamente más que ahora.

Esta investigación aparece en Science.

Autor: James Dacey
Fecha Original: 9 de marzo de 2010
Enlace Original

El 27 de febrero, un terremoto de magnitud 8,8 en Chile pudo haber acortado la duración de cada día terrestre.

El científico investigador del JPL, Richard Gross, calculó cómo debería haber cambiado la rotación de la Tierra como resultado del temblor del 27 de febrero. Usando un modelo complejo, él y sus colegas llegaron a los cálculos preliminares de que el terremoto debería haber acortado la duración de un día terrestre en aproximadamente 1,26 microsegundos (un microsegundo es una millonésima de segundo).

Tal vez lo más impresionante es cuánto se ha desplazado el eje de la Tierra. Gross calcula que el terremoto debería haber movido el eje de figura de la Tierra en 2,7 miliarcosegundos (unos 8 centímetros). El eje de figura de la Tierra no es el mismo que el eje norte-sur; están desplazados unos 10 metros.

Por comparación, Gross dice que el mismo modelo estimó que el terremoto de Sumatra de 2004 de magnitud 9,1 acortó la duración de los días en 6,8 microsegundos y desplazó el eje de la Tierra en 2,32 miliarcsegundos (unos 7 centímetros).

Gross dice que incluso aunque el terremoto chileno es mucho menor que el de Sumatra, se predice que haya cambiado la posición del eje de figura un poco más por dos razones. Primero, al contrario que el terremoto de Sumatra de 2004, que se situó cerca del ecuador, el de Chile de 2010 se sitúa en las latitudes medias, lo que haces que se desplace más eficazmente el eje de figura. Segundo, la falla responsable del terremoto chileno se incrusta en la Tierra en un ángulo más inclinado que la falla responsable del terremeto de 2004. Esto hace que la falla de Chile sea más eficaz al mover verticalmente la masa, y por tantom en desplazar el eje de figura de la Tierra.

Gross dijo que las predicciones de Chile probablemente cambiarán conforme se refinen los datos del terremoto.

Autor: Alan Buis
Fecha Original: 1 de marzo de 2010
Enlace Original

Un equipo de geólogos aporta nuevas pruebas sobre la extensión del hielo marino hasta el Ecuador hace 716,5 millones de años. Los hallazgos, que se publican esta semana en Science, proporcionan nuevos detalles sobre la Tierra convertida en ‘bola de nieve’, y nuevos datos que refuerzan la teoría de que el planeta estuvo cubierto de hielo en todas las latitudes. Pero salvo los animales, los principales grupos de eucariotas existían ya antes de la glaciación.

El punto de partida de la investigación, dirigida por científicos de la Universidad de Harvard (EE UU), ha sido el análisis de antiguas rocas tropicales encontradas en el extremo noroeste de Canadá.

“Esta es la primera vez que se ha demostrado que la glaciación Sturtian también tuvo lugar en latitudes tropicales, prueba directa de que esta particular glaciación fue un suceso ‘bola de nieve’ de la Tierra”, afirma Francis A. Macdonald, autor principal y profesor adjunto del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra en la Universidad de Harvard. “Nuestros datos también sugieren que la glaciación Sturtian duró al menos 5 millones de años”, añade el investigador.

Entre los datos que aportan los científicos destaca el análisis de la vida eucariota. Según el estudio, que se publica ahora en Science, la luz solar y las aguas superficiales seguían disponibles en algún lugar de la superficie terrestre para permitir la supervivencia de la vida eucariota. Los investigadores señalan que los primeros animales surgieron prácticamente al mismo tiempo, a lo que le siguió una mayor proliferación de eucariotas.

“Incluso en una Tierra convertida en ‘bola de nieve’ habría gradientes de temperatura, y es muy probable que el hielo fuese dinámico: que fluyera, se debilitara y formara áreas locales de agua abierta, proporcionando así refugios para la vida”, subraya Macdonald.

“El registro fósil sugiere que todos los principales grupos eucariotas, con la posible excepción de los animales, existían antes de la glaciación Sturtian”, afirma Macdonald. Por esta razón, el equipo de investigación se hizo las siguientes preguntas: si existió una Tierra ‘bola de nieve’, ¿cómo es posible que sobrevivieran los eucariotas? ¿Fue la glaciación de Sturtian la que estimuló la evolución y el origen de los animales?

“Desde la perspectiva de la evolución no es siempre algo negativo para la vida en la Tierra afrontar situaciones extremas”, recuerda el investigador.

Rocas tropicales en Canadá

Las rocas analizadas por Macdonald y sus colegas en el territorio del Yukón (Canadá) mostraban depósitos glaciales y otros signos de glaciación como clastos estriados (roca transformada en partículas de tamaños diversos), restos transportados por el hielo, y deformación de sedimentos no consolidados. A partir del magnetismo y la composición de estas rocas, los científicos han determinado que hace 716,5 millones de años las rocas estaban al nivel del mar en los Trópicos, a unos 10 grados de latitud.

“Debido al alto albedo del hielo, el modelo climático ha predicho que si el hielo del mar alguna vez llegara a los 30 grados de latitud del ecuador, todo el océano se congelaría rápidamente”, asegura el autor principal, que demuestra así que el estudio permite entender “de manera bastante segura” que había hielo en todas las latitudes durante la glaciación de Sturtian.

Aunque los científicos no sepan con exactitud qué provocó esta glaciación o qué terminó con ella, Macdonald afirma que su duración de 176,5 millones de años coincide con la duración de una gran provincia ígnea que se extendía por más de 1500 kilómetros desde Alaska hasta la Isla de Ellesmere en el extremo noreste de Canadá. Esta coincidencia podría significar que la glaciación se precipitó o se terminó por una actividad volcánica.

Referencia bibliográfica: F.A. Macdonald, et al. “Calibrating the Cryogenian” Science vol 327, 5 de marzo de 2010.
Fecha Original: 4 de marzo de 2010
Enlace Original

Un equipo internacional de 41 científicos, en el que participa la Universidad de Zaragoza (UNIZAR), confirma que la extinción masiva producida hace 65,5 millones de años, que acabó con la era de los dinosaurios, fue provocada por el impacto de un asteroide de 12 kilómetros de diámetro en la Península de Yucatán (México). El estudio aporta nuevas evidencias geológicas que fortalecen esta hipótesis.

En la década de 1980 se realizaron los primeros estudios sobre la hipótesis de que un meteorito de grandes dimensiones se había estrellado contra la Tierra hace 65 millones de años, y había afectado a cerca del 70% de las especies animales y vegetales del planeta. En 1991 se descubría en Yucatán (México) el cráter de Chicxulub de más de 200 kilómetros de diámetro que coincidía con las extinciones. A pesar de las evidencias científicas, algunos sectores de la comunidad científica cuestionaban esta hipótesis del asteroide.

Para confirmarla, un grupo de 41 expertos de Europa, EE UU, México, Canadá y Japón presentan en el último número de la revista Science nuevos datos a partir del estudio de las perforaciones submarinas y de sitios continentales, así como del análisis de la literatura científica sobre el tema. Según los investigadores, las hipótesis alternativas no explican la abrupta extinción en masa.

“Tras combinar todos los datos disponibles a partir de diferentes disciplinas científicas, hemos concluido que un asteroide de gran tamaño que colisionó hace más de 65 millones de años en lo que es hoy México fue el principal causante de las extinciones en masa”, confirma Peter Schulte, autor principal del estudio y profesor adjunto en la Universidad de Erlangen (Alemania).

El registro fósil ha demostrado que un evento de extinción en masa, denominado límite K-T, tuvo lugar a lo largo y ancho del planeta hace unos 65,5 millones de años. Los geólogos lo utilizan para marcar el fin del periodo Cretácico y el inicio del periodo Paleógeno (antes conocido como el periodo Terciario).

La aportación española: los fósiles microscópicos

Los tres investigadores de la Universidad de Zaragoza (UNIZAR) que han participado en este estudio son Laia Alegret, Ignacio Arenillas y José Antonio Arz, especialistas en el estudio de fósiles microscópicos (los foraminíferos) que ayudan a datar las rocas sedimentarias marinas que los contienen y a conocer sus ambientes de depósito. Los tres científicos han contribuido a la datación de las unidades sedimentarias relacionadas con el impacto meteorítico en el Golfo de México y el Caribe.

“Nuestra investigación se ha centrado en cuatro líneas: la datación precisa de los sedimentos ligados al impacto de Chicxulub y su correlación con el límite K-T; la intensidad y velocidad de las extinciones en torno al límite K-T (es decir, si la extinción fue catastrófica o gradual); la caracterización ambiental de los depósitos generados por el impacto de Chicxulub; y los bruscos cambios ambientales y climáticos que condicionaron la posterior radiación evolutiva de nuevas especies”, explica a SINC Ignacio Arenillas, uno de los autores españoles e investigador en el Departamento de Ciencias de la Tierra (Paleontología) de la UNIZAR.

Para corroborar la teoría impactista, la investigación española recogió resultados obtenidos en Europa, Sudamérica, el norte de África y en diversos sondeos oceánicos, desde la respuesta de las comunidades marinas a los cambios ambientales desencadenados, incluyendo la intensidad de las extinciones, hasta la radiación evolutiva posterior de nuevas especies.

“El estudio de los foraminíferos nos ha permitido correlacionar el impacto de Chicxulub y la extinción en masa del límite K-T. Además, hemos corroborado que su extinción fue catastrófica, es decir, acontecida en un intervalo de tiempo geológicamente instantáneo, y que por tanto sólo es explicable por la teoría impactista”, señala Arenillas.

Según los científicos españoles, la extinción se produjo “bruscamente” en un intervalo de tiempo ‘geológicamente instantáneo’ (en menos de uno o dos años). “Los principales cambios ambientales y climáticos, así como las radiaciones evolutivas, se produjeron tras el impacto meteorítico en el límite K-T y no antes, como sugerían algunas de las hipótesis rivales”, afirma el paleontólogo.

Ante la complejidad de demostrar los datos, Alegret, Arenillas y Arz confiesan que se encontraron con ciertos obstáculos como la adecuada interpretación de los datos geológicos y paleontológicos: “Había discrepancias de interpretación entre los partidarios de ambas hipótesis en torno a la naturaleza de los sedimentos ligados al impacto de Chicxulub en el Golfo de México, a su edad y, sobre todo, a la velocidad de las extinciones”.

Los tres micropaleontólogos españoles señalan a SINC que aportar evidencias “inequívocas” y datos clave que confirmaran definitivamente la teoría impactista fue “la labor más difícil”.

Descartar las hipótesis alternativas

A lo largo de la historia la comunidad científica ha propuesto muchas hipótesis que han intentado explicar el evento de la extinción masiva. “La que más eco ha tenido es la de las causas múltiples, que no negaba la existencia de impactos meteoríticos o de otros factores de extinción (por ejemplo, descensos del nivel del mar), y proponía como principal causa el incremento de la actividad volcánica en el área del Deccan (en la actual India), hacia finales del Cretácico”, apunta Arenillas. La hipótesis del impacto de Chicxulub quedaba en un segundo puesto, ya que sugería que habría ocurrido hace 300.000 años antes de la extinción del límite K-T.

Según la hipótesis de causas múltiples, las Trampas de Deccan (volcanes inusualmente activos) provocaron un enfriamiento global y una lluvia ácida, principales causantes de la extinción en masa, y no el impacto de un gran meteorito en Chicxulub (México).

Sin embargo, para el equipo internacional esta teoría no es viable. La caracterización ambiental de los sedimentos producidos por el impacto en Chicxulub ha permitido demostrar que algunos mecanismos propuestos por la hipótesis multicausal, como el descenso de 1.000 metros en el nivel del mar en un corto espacio de tiempo, son “técnicamente imposibles”, asegura el paleontólogo.

Un millón de veces superior a la mayor bomba nuclear

Los modelos sugieren que el impacto en Chicxulub desató una energía un millón de veces superior a la de la mayor bomba nuclear jamás detonada. Un impacto de esta dimensión habría eyectado material a altas velocidades por todo el mundo y provocado terremotos superiores a 10 en la escala Richter, así como el colapso de plataformas continentales, deslizamientos de tierra, corrimientos, movimientos en masa y tsunamis. También habrái creado un secuencia de depósitos gruesa y compleja cerca de Chicxulub.

“Si pretendemos desentrañar la secuencia de eventos en torno al límite K-T, quizás el último lugar del mundo en el que deberíamos buscar sea cerca del sitio del impacto en Chicxulub, pues es allí donde más desordenados están los depósitos de sedimentos”, declaran los investigadores estadounideses.

Los científicos han descubierto que, a pesar de la evidencia de un volcanismo “relativamente activo” en India, los ecosistemas marinos y terrestres sólo han exhibido cambios menores durante el periodo de 500 000 años anterior al límite K-T. En el preciso momento en que se alcanza el límite, se produjo una abrupta e importante disminución en la productividad (una medida de la masa total de los seres vivos) y la diversidad de especies.

Además, lejos de Chicxulub, el registro geológico muestra que un único meteorito de gran tamaño impactó contra la Tierra justo en el límite K-T. Todos los cambios notables en los ecosistemas de la Tierra se produjeron justo en ese límite. Así que el impacto de un gran asteroide contra los sedimentos ricos en azufre presentes en Chicxulub sigue siendo la causa más plausible de la extinción en masa en el límite K-T.

Según Sean Gulick y Gail Christeson, investigadores en el Instituto de Austin de Geofísicas de la Universidad de Texas (EE UU), el asteroide habría aterrizado a más profundidad en el agua de lo que se pensaba hasta el momento, liberando más vapor de agua y aerosoles sulfúricos a la atmósfera.

“Esto podría haber incrementado la letalidad del impacto de dos formas: alterando el clima (los aerosoles sulfúricos en la capa atmosférica superior pueden ejercer un efecto de enfriamiento) y provocando una lluvia ácida (el vapor de agua puede facilitar la liberación de los aerosoles sulfúricos de la capa atmosférica inferior)”, asevera Gulick.

Referencia bibliográfica: P. Schulte, et al. “The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary” Science vol 327, 5 de marzo de 2010.

Fecha Original: 4 de marzo de 2010
Enlace Original

Los flujos zonales son ubicuos en la naturaleza. Ejemplos comunes incluyen a los flujos de viento que circulan por el globo, o las corrientes en los océanos como la Corriente del Golfo. Ahora, investigadores de Japón, dice que podría haber flujos zonales en el centro de la Tierra, donde se genera el campo magnético de la Tierra.

La mayor parte de los geofísicos concuerdan en que el principal componente del campo magnético de la Tierra – el cual define los polos magnéticos – es un dipolo generado por la convección del hierro fundido en las profundidades del interior del planeta. Los investigadores, sin embargo, sólo pueden usar métodos indirectos para deducir los detalles finos de la geodinamo, que puede proporcionar pistas sobre por qué los polos magnéticos de la Tierra se han invertido cada millón de años, aproximadamente, en la historia de la Tierra.

En la búsqueda de estos detalles más finos, Akira Kageyama de la Universidad de Kobe y sus colegas han modelado la geodinamo para construir una imagen más detallada de la convección en el núcleo exterior de la Tierra. Su simulación estableció rápidamente un patrón de flujo secundario, que consta de columnas radiales similares a láminas internas, rodeadas por un flujo zonal cilíndrico en dirección oeste.

Este trabajo se llevó a cabo usando el supercomputador Earth Simulator, con sede en Japón, el cual ofreció la resolución esperada para determinar estos efectos secundarios. Kageyama y su equipo también confirmaron, usando un modelo numérico, que esta estructura de convección dual puede coexistir con la convección predominante que genera los polos norte y sur.

Kageyama dijo a physicsworld.com que este tipo de flujo zonal no ha sido observado en los modelos de geodinamo antes y podría proporcionar una “pista” sobre el mecanismo de inversión polar. La última vez que se inviertieron los polos norte y sur fue hace 780 000 años, por lo que, estadísticamente al menos, podríamos estar hacia una nueva inversión. Los geólogos hablan de “inversión” polar en un corto periodo de tiempo, pero en realidad el proceso lleva unos 10 000 años.

Esta investigación se publica en Nature.

Autor: James Dacey
Fecha Original: 12 de febrero de 2010
Enlace Original

Durante 80 años se ha aceptado que la vida comenzó en una ’sopa primordial’ de moléculas orgánicas antes de evolucionar fuera de los océanos millones de años más tarde. Hoy, la teoría de la ’sopa’ ha sido puesta patas arriba por un artículo pionero publicado en BioEssays que afirma que fue la energía química de la Tierra, procedente de las fumarolas hidrotermales del océano, lo que dio el primer impulso a la vida.

“Los libros de texto dicen que la vida surgió a partir de una sopa orgánica y que las primeras células crecieron fermentando estos compuestos orgánicos para generar energía en forma de ATP. Nosotros proporcionamos una nueva perspectiva sobre por qué esa vieja y familiar visión no funciona en absoluto”, dijo el líder el equipo el Dr. Nick lane del University College de Londres. “Presentamos la alternativa de que la vida surgió a partir de los gases (H₂, CO₂, N₂, y H₂S) y que la energía para la primera vida procedía del aprovechamiento de los gradientes geoquímicos creados por la madre Tierra en un tipo especial de fumarola hidrotermal del océano profundo – una que está plagada de diminutos compartimentos, o poros, interconectados”.

La teoría de la sopa se propuso por primera vez en 1929 cuando J.B.S Haldane publicó su influyente ensayo sobre el origen de la vida en el cual defendía que la radiación UV proporcionó la energía para convertir el metano, amoniaco y agua en los primeros compuestos orgánicos en los océanos de la joven Tierra. No obstante, los críticos de la teoría de la sopa señalan que no hay una fuerza directora sostenida para hacer que reaccionen; y sin una fuente de energía, la vida como la conocemos no podría existir.

“A pesar de los fallos bioenergéticos y termodinámicos de la idea de hace 80 años, la sopa primordial sigue como pensamiento central general sobre el origen de la vida”, dice el autor senior William Martin, biólogo evolutivo del Instituto de Botánica III en Düsseldorf. “Pero la sopa no tiene capacidad de producir la energía vital”.

Al rechazar la teoría de la sopa, el equipo se volvió hacia la química de la Tierra para identificar la fuente de energía que podría alimentar a los primeros predecesores primitivos de los organismos vivos: los gradientes geoquímicos a lo largo de una colmena de microscópicas cavernas naturales en fumarolas hidrotermales. Estas células catalíticas generaron lípidos, proteínas y nucleótidos, dando origen a las primeras células auténticas.

El equipo se centró en las ideas desarrolladas por el geoquímico Michael J. Russell, sobre las fumarolas alcalinas de las profundidades marinas, las cuales producen gradientes químicos muy similares a los usados por casi todos los organismos vivos actuales – un gradiente de protones sobre una membrana. Los primeros organismos probablemente aprovecharon esos gradientes a través de un proceso conocido como quimio-ósmosis, en el cual el gradiente de protones se usa para dirigir la síntesis de la moneda universal de energía, el ATP, o equivalentes más simples. Más tarde las células evolucionaron para generar su propio gradiente de protones por medio de la transferencia de electrones de un donante a un receptor. El equipo defiende que el primer donante fue el hidrógeno y el primer receptor el CO₂.

“Las células vivas modernas han heredado el mismo tamaño de gradiente de protones, y, crucialmente, la misma orientación – positiva hacia fuera y negativa dentro – que las vesículas inorgánicas a partir de las cuales surgieron” dijo el co-autor John Allen, bioquímico de la Universidad Queen Mary de Londres.

“Las restricciones termodinámicas indican que la quimio-osmosis es estrictamente necesaria para el metabolismo de carbono y energía en todos los organismos que crecen hoy a partir de ingredientes químicos simples [autótrofos], y presumiblemente en las primeras células vivas libres”, dijo Lane. “Aquí consideramos cómo las primeras células pudieron haber aprovechado una fuerza creada geoquímicamente y aprendieron a hacerla suya”.

Ésta fue una transición vital, dado que la quimio-ósmosis es el único mecanismo por el cual los organismos podían escapar de las fumarolas. “La razón de que todos los organismos sean hoy quimio-osmóticos es simplemente que han heredado eso de la época y lugar en la que evolucionaron las primeras células – y no podrían haber evolucionado sin eso”, dijo Martin.

“Lejos de ser demasiado complejo para haber alimentado la vida inicial, es casi imposible ver cómo la vida podría haber iniciado sin quimio-ósmosis”, concluye Lane. “Es hora de sacarse de encima la fermentación en alguna sopa primordial como ‘vida sin oxígeno’ – una idea que data de una época en la que nadie en la biología tenía ninguna comprensión de cómoestá hecho el ATP”.

Mi agradecimiento a Jesús de Entomoblog por proporcionar el enlace.

Fecha Original: 2 de febrero de 2010
Enlace Original

Misteriosos cambios en la estratosfera pueden haber contrarrestado el efecto invernadero.

Una desconcertante caída en la cantidad de vapor de agua en las alturas de la atmósfera terrestre está ahora en la lista de posibles culpables de causar que la temperatura global media se haya atenuado en la última década, a pesar del incremento cada vez mayor de las emisiones de gases invernadero.

Aunque la década que se extiende desde 2000 a 2009 es la más cálida en los registros, las temperaturas medias se estabilizaron en gran medida tras dos décadas de rápido incremento. Los investigadores habían observado anteriormente todo, desde el Sol y los océanos a la variabilidad aleatoria para explicar la pausa, que los escépticos han afirmado que demuestra que los modelos climáticos son poco fiables.

Ahora, un equipo liderado por investigadores de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) en Boulder, Colorado, informa de una misteriosa caída del 10% en el vapor de agua de la estratosfera – la capa atmosférica que se sitúa a 10-50 kilómetros sobre la superficie de la Tierra — desde 2000 podrían haber contrarrestado el calentamiento esperado debido a los gases invernadero en aproximadamente un 25%. Igual de intrigante, su modelo sugiere que un incremento en el vapor de agua estratosférico podría haber impulsado el anterior calentamiento en aproximadamente un 30% en las décadas de 1980 y 1990. El trabajo del equipo se publica hoy en la revista Science¹.

El efecto sobre la temperatura está dominado por el vapor de agua en la parte baja de la estratosfera, el cual absorbe e irradia calor de la misma forma que lo hacen las moléculas de agua y los gases invernadero en la atmósfera baja. La caída en el vapor de agua no explica toda la bajada en el índice de calentamiento, pero podría contribuir a ello, dice Susan Solomon, primera autora del estudio y científico de NOAA que co-presidió el grupo de trabajo de ciencia-física del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) como parte de su evaluación de 2007.

“Lo que estamos tratando de hacer es explicar no una tendencia general de múltiples décadas, sino los zig-zags en la misma”, dice Solomon. “Creo que es demasiado pronto para saber cómo intervienen todos”.

En 1999, investigadores de la Universidad de Reading en el Reino Unido, informaron de números similares a Solomon y sus colegas, sugiriendo que el incremento del vapor de agua estratosférico podría haber impulsado el calentamiento hasta en un 40% en comparación con sólo el dióxido de carbono². Siguientes investigaciones desafiaron la magnitud de tal efecto así como los propios datos, pero Solomon dice que el actual estudio “está básicamente llevándonos al trabajo original que hicieron estos chicos”.

Uno de los investigadores de Reading, Keith Shine, dice que el artículo de Solomon hace un buen trabajo de documentación del efecto para la década actual, basado en medidas de satélites más fiables. Desafortunadamente, comenta, datos anteriores de una única serie de medidas en globo llevadas a cabo sobre Boulder siguen siendo dudosas. “Sabemos que el vapor de agua ha caído definitivamente después de 2000, pero no tenemos una certeza de qué pasó antes de eso”, comenta Shine.

En aire fino

Aún no está claro qué dirige los cambios en el vapor de agua estratosférico. Las temperaturas medias en el punto más frío de la estratosfera – a unos 16 kilómetros sobre los trópicos – han caído aproximadamente 1º C en la pasada década, dice Bill Randel, que dirige la división de química atmosférica en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica en Boulder. Temperaturas más frías congelan el vapor de agua que podría haber entrado a la estratosfera. Pero, dice Randel, “Realmente no comprendemos por qué tuvo lugar este cambio de temperatura de un grado”.

Otros investigadores ven distintos factores en juego en las recientes tendencias de temperaturas. Un estudio publicado el año pasado³ se centra en el ciclo solar y la Oscilación Sureña de El Niño, una surgencia de aguas superficiales cálidas en el Pacífico tropical. Ambos han estado en sus fases negativas durante la mayor parte de la década por lo que las temperaturas podrían aumentar cuando se muevan a sus fases positivas.

“Creo que es apasionante que esta [transición] esté teniendo lugar, debido a que vamos a aprender mucho”, dice Judith Lean, física solar en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington DC, que fue co-autora del estudio del año pasado³ junto a David Rind, modelador climático del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York.

Con la actividad solar aumentando y El Niño en proceso, Lean y Rind sugieren que las temperaturas podrían aumentar en los próximos años, seguidas de una ligera meseta que coincide con el siguiente máximo solar. Su artículo³, basado en un análisis estadístico de tendencias de temperaturas pasadas, predice un incremento de las temperaturas hasta 2030, incluyendo escenarios para fenómenos impredecibles de El Niño y erupciones volcánicas. Un artículo de 2008 en Nature⁴ que investiga las corrientes oceánicas y las temperaturas superficiales del mar en el Atlántico Norte llegó a la conclusión opuesta, sugiriendo una pausa en el calentamiento a lo largo de la próxima década.

Jeff Knight, modelador climático en la Oficina Meteorológica del Centro Hadley en Exeter, Reino Unido, lideró el año pasado un análisis de las tendencias de temperaturas desde el año 2000 y encontró que los actuales modelos climáticos globales son capaces de reproducir tales eventos a corto plazo sin ningún problema. Dice que los modelos produjeron un periodo extendido de temperaturas relativamente estables en una de cada ocho décadas – aunque ninguno de ellos produjo una tendencia estable más allá de 15 años.

“Centrarse demasiado en las tendencias por décadas no es sano”, dice, sugiriendo que los modelos climáticos pueden simular estos eventos y no necesariamente ser capaces de simular ninguna década concreta.

Artículos de Referencia:
1. Solomon, S. et al. Science advance online publication doi: 10.1126/science.1182488 (2010).
2. Forster, P. M. de F. & Shine, K. P. Geophys. Res. Lett. 26, 3309-3312 (1999).
3. Lean, J. L. & Rind, D. H. Geophys. Res. Lett. 36, L15708 doi:10.1029/2009GL038932 (2009).
4. Keenlyside, N. S., Latif, M., Jungclaus, J., Kornblueh, L. & Roeckner, E. Nature 453, 84-88 (2008).

Autor: Jeff Tollefson
Fecha Original: 28 de enero de 2010
Enlace Original

El campo magnético de la Tierra nos protege de la mayor parte del flujo permanente de partículas del viento solar. Se sabe que hay fisuras en este escudo magnético, permitiendo que el viento solar penetre en nuestro entorno espacial cercano. Un estudio basado en datos recopilados por los cuatro satélites Cluster de la ESA y la nave Double Star TC-1 de CNSA/ESA, proporcionan una nueva visión en la posición y duración de estas fracturas en el campo magnético terrestre.

Este estudio informa de la observación de fisuras en el lado que mira al Sol del escudo magnético de la Tierra – la magnetopausa diurna. Afortunadamente, estas fisuras no exponen la superficie de la Tierra al viento solar; nuestra atmósfera nos protege incluso cuando el campo magnético no lo hace. No obstante, se han detectado efectos claros en la atmósfera superior y en la región del espacio alrededor de la Tierra donde orbitan los satélites.

El proceso físico predominante que provoca estas grietas es conocido como reconexión magnética, un proceso por el cual las líneas de campo magnético de distintos dominios magnéticos colisionan y se reconectan, abriendo el cerrado escudo magnético. La reconexión magnética es un proceso físico que funciona en todo el universo, desde la formación estelar a las explosiones solares o los reactores experimentales de fusión en la Tierra. No obstante, las condiciones bajo las que tiene lugar y cuánto duran no está claro aún.

Lo que se sabe es que la reconexión magnética lleva a la mezcla de plasmas anteriormente separados cuando, por ejemplo, el plasma del viento solar entra en la magnetosfera. En este ejemplo los dos dominios magnéticos son el campo magnético interno de la Tierra, y el Campo Magnético Interplanetario (IMF). El viento solar no sólo está compuesto por partículas solares (mayormente protones y electrones), sino que también transporta el campo magnético del Sol. Fuera de entre los planetas, el campo es el IMF).

Durante más de 700 000 años, las orientaciones del campo magnético terrestre de norte y sur se han mantenido bastante estables. Por contra, la orientación del IMF es muy variable, con una inversión total frecuente observada a escalas temporales de minutos.

La reconexión entre el campo magnético de la Tierra y el IMF depende críticamente del ángulo entre estos campos. Los físicos espaciales han hecho una distinción entre la reconexión cuando ambos campos están en sentidos opuestos, o antiparalela, y la reconexión componente cuando el IMF no está paralelo o antiparalelo al campo magnético terrestre. La distinción es importante debido a que las reconexiones componente y antiparalela tienen distintas características de aparición y llevan a una duración diferente de las fracturas en el campo magnético. La distinción entre estos dos tipos de reconexiones magnéticas ha sido tema de un acalorado debate entre los científicos espaciales durante muchos años.

Por primera vez, cuatro naves que vuelan en grupo (la misión Cluster de la ESA), han proporcionado una prueba inequívoca de reconexión antiparalela en altas latitudes de la magnetopausa diurna, teniendo lugar de forma casi simultánea con un periodo de reconexión componente de baja latitud detectada por el satélite Sino-Europeo Double Star TC-1. TC-1 y el grupo Cluster (con cada nave Cluster separada unos 2000 km) están a más de 30 000 km de distancia. La reconexión 3D descrita, (es decir, el corazón del proceso de reconexión, se muestra en la animación 2.

“Estas observaciones apoyan la idea de que ambas reconexiones, componente y antiparalela, tienen lugar en la magnetopausa diurna bajo las mismas condiciones IMF y que ambos fenómenos podrían ser la firma local de una descripción de reconexión global”, dice el Profesor Malcolm Dunlop del Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot, Reino Unido.

“Este notable conjunto de observaciones demuestra que la reconexión magnética en la magnetopausa, ¡no es tan simple como se describe en los libros de texto! También demuestra la necesidad de una capacidad para el estudio de reconexión magnética a múltiples escalas de forma simultánea”, dice Matt Taylor, científico del proyecto Cluster en la Agencia Espacial Europea.

Publicación de referencia: Dunlop, M.W., Zhang, Q.-H., Xiao, C.-J., He, J.-S., Pu, Z., Fear, R.C., Shen, C., and Escoubet, C.P., Reconnection at high latitudes: Antiparallel merging, Phys. Rev. Lett., 102, 075005, 2009. DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.075005

Fecha Original: 20 de enero de 2010
Enlace Original

Un nuevo informe sobre el cambio climático explora las razones.

El planeta Tierra se ha calentado mucho menos de lo esperado durante la era industrial en base a las mejores estimaciones de la “sensibilidad climática” de la Tierra – la cantidad del incremento en la temperatura global esperada en respuesta a un aumento dado en las concentraciones de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico. En un estudio que se publicará en la revista Journal of Climate, una publicación de la Sociedad Meteorológica Americana (enlace on-line), Stephen Schwartz, del Laboratorio Nacional Brookhaven, y sus colegas examinan las razones de esta discrepancia.

De acuerdo a las mejores estimaciones de la sensibilidad climática, la cantidad de CO₂ y otros gases invernadero añadidos a la atmósfera de la Tierra desde que la humanidad empezó a quemar combustibles fósiles a una escala significativa durante el periodo industrial, se esperaría que el resultado fuese un aumento de la temperatura media global de 2,2° C —mucho más del incremento de 0,8 grados que se ha observado en este lapso de tiempo. El análisis de Schwartz atribuye las razones de este discrepancia a una posible mezcla de dos factores principales: 1) El clima de la Tierra puede ser menos sensible al aumento de gases invernadero de lo que actualmente se asume y/o 2) el reflejo de la luz solar por parte de las partículas de bruma en la atmósfera puede estar variando algo el calentamiento esperado.

“Debido a las actuales incertidumbres de la sensibilidad climática y la reflectividad aumentada de las partículas de bruma”, dijo Schwartz, “es imposible asignar con precisión pesos a las contribuciones relativas de estos dos factores. Esto tiene grande implicaciones para la comprensión del clima de la Tierra y cómo acometerá el mundo sus futuras necesidades energéticas”.

Una tercera razón posible para el incremento por debajo de lo esperado es que la temperatura de la Tierra a lo largo del periodo industrial es la lenta respuesta de la temperatura a la influencia en el calentamiento de los gases que atrapan calor. “Esto es como el tiempo de retardo que se experimenta cuando se calienta una olla de agua en un horno”, dijo Schwartz. Basándose en cálculos que usan medidas del incremento en el contenido de calir del océano a lo largo de los últimos 50 años, no obstante, este actual estudio encontró que el papel del conocido como retardo térmico era menor.

Una cuestión clave a la que se enfrentan los políticos es cuánto CO₂ adicional, y otros gases invernadero, pueden introducirse en la atmósfera, más allá de los que ya está presentes, sin comprometer al planeta a un nivel peligroso de interferencia humana en el sistema climático. Muchos científicos y políticos consideran que el umbral para tal interferencia peligrosa sería un incremento global en la temperatura de 2°C por encima del nivel pre-industrial, aunque ningún umbral único abarcaría todos los efectos.

El artículo describe tres escenarios: Si la sensibilidad del clima de la Tierra está en el extremo inferior de la actual estimación dada por el IPCC, entonces el mínimo total de emisiones futuras de gases invernadero para que no superen el umbral de 2º, correspondería aproximadamente a unos 35 años de las actuales emisiones de CO₂ procedentes de la combustión de fósiles. Una sensibilidad climática en la actual mejor estimación indicaría que no podrían añadirse más gases invernadero a la atmósfera sin comprometer el planeta a superar el umbral. Y si la sensibilidad está en el extremo superior de la actual estimación, las concentraciones atmosféricas actuales son tales que ya hemos comprometido el calentamiento a que supere sustancialmente ese umbral de 2º.

Los autores enfatizan la necesidad de cuantificar las influencias de las partículas de bruma para estrechar la incertidumbre sobre la sensibilidad del clima. Esto es mucho más difícil que cuantificar la influencia de los gases invernadero.

Schwartz observa que formular políticas de energía con las actuales incertidumbres es la sensibilidad climática es como gobernar una gran nave en aguas peligrosas sin cartas. “Sabemos que tenemos que cambiar el curso de la nave, y sabemos la dirección del cambio, pero no sabemos cuánto tenemos que cambiar ni cómo de pronto tenemos que hacerlo”.

Schwartz y Charlson son los coautores del artículo junto con Ralph Kahn, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland; John Ogren, del Laboratorio de Investigación de Sistemas Terrestres de NOAA en Colorado; y Henning Rodhe, de la Universidad de Estocolmo.

Fecha Original: 19 de enero de 2010
Enlace Original