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martes, octubre 11, 2005

EL calentamiento y la subida de las aguas

Todo el mundo ha oído hablar en mayor o menor medida, de los peligros de un calentamiento global en nuestro planeta. Uno de los más conocidos es el deshielo de los polos, lo que produciría un aumento global del nivel del mar, inundando zonas costeras. Pero muy poca gente se para a pensar que dicho peligro sólo está representado por el hielo presente sobre tierra firme, como los glaciares. El deshielo de grandes masas de hielo flotantes, como icebergs, no afectan para nada el nivel de las aguas.

¿Ah no? ¿Acaso no flota el hielo y una parte de éste emerge sobre el agua? Bueno, lo primero que tenemos que pensar es "¿por qué flota el hielo?". Pues por el mismo motivo por el que flota el corcho o la madera. Porque es menos denso que el agua. Todos recordaremos del colegio el famosísimo Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. Esto quiere decir que cuando un cuerpo flota, su peso es igual al peso del volumen de agua desalojada, que corresponde al volumen de su parte sumergida.

Esto es más fácil de entender que de explicar con palabras, así que pensemos en un experimento. Llenamos un vaso de agua hasta arriba, de forma que una sola gota desbordaría el vaso. Lo ponemos dentro de un recipiente mayor (una olla, por ejemplo). A continuación, colocamos sobre el agua un objeto que sepamos que flote (como un corcho). Lógicamente, el vaso se desbordará, ya que una parte del corcho se sumergirá. Si medimos el agua que se ha derramado (y recuperado en la olla), veremos que su volumen es igual al volumen de la parte sumergida del corcho. Además, veremos que pesa lo mismo que el corcho.

En realidad, hay un problema con este experimento, y es que no podemos recuperar toda el agua derramada, ya que parte de ella se quedará en la cara exterior del vaso a modo de churretones, y es muy dificil pesar el corcho o el agua derramada con instrumentos domésticos, pero si lo hicieramos a una escala mayor, comprobaríamos que es cierto.

Bien, pasemos ahora al hielo. De todos es sabido que el agua aumenta de volumen cuando se congela. Este comportamiento es anómalo, ya que normalmente el calor dilata los cuerpos, y el frío los contrae. Pero es este comportamiento el que provoca que el hielo flote en el agua. El volumen aumenta, pero la masa sigue siendo la misma (si congelamos 1 kg de agua, tendremos 1 kg de hielo). Por tanto, el volumen de agua que pese lo mismo que un trozo de hielo, es un poco menor que el volumen de ese trozo de hielo. Por eso flota.

¿Y qué pasa si el trozo de hielo se derrite en el agua? Cuando el hielo se derrite, su volumen disminuye. ¿Cuánto disminuye? Pues lo mismo que aumentó cuando se congeló. Es decir, al derretirse, su densidad es igual a la del agua en la que está inmerso. Ocupa el mismo volumen que el agua que había desalojado cuando era hielo. O dicho de forma más clara, tiene el mismo volumen que tenía la parte sumergida del hielo. Y sólo la parte sumergida.

Volvamos al experimento del vaso. Pongamos un cubito de hielo dentro, y llenemos el vaso de agua, hasta casi rebosar, y esperemos tranquilamente a que el hielo se derrita. Veremos que el nivel de agua no cambia.

Esto no quiere decir que no exista un peligro real de subida del nivel del mar con el calentamiento global. Las masas de hielo flotantes son totalmente inofensivas en este aspecto, pero no olvidemos que hay también grandes masas de hielo en tierra firme. El deshielo de estas masas, si llega al mar, sí puede alterar el nivel del mismo. A esto hay que sumarle el aumento de volumen del agua con la temperatura, ya que una vez superados los 4ºC , el agua se comporta como el resto de materiales, dilatándose con el calor.

21 comentarios:

  1. Este tema del calentamiento global (¿presunto?) está muy politizado y es difícil saber qué es verdad o propaganda (no en el caso que comentas, que está muy claro). Por eso querría que comentases, si puedes, como afectaría, si es que es significativo, el aumento de la solubilidad del agua en el aire con la temperatura: al aumentar la temperatura, parte del agua (¿mucha, poca, regular?) derretida no aumentaria el nivel del mar, sino que pasaría a la atmosfera.

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  2. Y el vapor de agua tambien causa efecto invernadero, por lo que seria un bucle peligroso. Que complicado.

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  3. Hay tantas variables que ni siquiera los científicos y estudiosos del fenómeno están totalmente de acuerdo.

    Es un hecho que la temperatura media ha subido unos 0,6ºC desde el siglo XIX. Y es un hecho que el nivel del mar está subiendo entre 1 y 3 mm al año.

    Pero ¿hay relación entre ambos hechos? ¿Está producido por la actividad humana o es parte de un ciclo natural?

    Yo no lo sé. La ecología y la metereología no son mi fuerte. Para investigar un poco, se puede empezar por la Wikipedia:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Warming

    http://en.wikipedia.org/wiki/Sea_level_rise

    Como siempre, la versión en inglés es bastante más completa que la versión en castellano (lástima).

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  4. jejeje... tanto no es tu fuerte que has escrito "metereología", como los niños, en vez de "meteorología", como es.

    ¡Cómo sois los de ciencias! :-)

    mg

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  5. ¡Ops! :-/

    A escribir meteorología 100 veces...

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  6. Recuerdo haber leído que el agua de las grandes masa flotantes es dulce, por lo que planteo esta pregunta por si alguien puede responderla ¿si se derrite suficiente en una zona en concreto del oceano es posible que la salinidad de las aguas disminuya? y si es así ¿puede afectar a la fauna y la flora en regiones localizadas?

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  7. A ver, que me he hecho unas cuentas. Rastreando por la wikipedia, descubriremos que:

    a) La Antártida ocupa unos 13,2 millones de km^2
    b) El espesor medio de la capa de hielo de la Antártida es de 2.500 metros
    c) La superficie de los océanos de la Tierra es de unos 361 millones de km^2

    Haciendo un par de cuentas (y si no me he equivocado (glub)), veremos que si se derrite el hielo de la Antártida, el nivel del agua subirá aproximadamente unos 90 metros. La cuenta exacta es imposible de realizar, pues según sube el nivel del mar esos 361 millones de km^2 también irán subiendo, pero bueno, es para hacerse una idea.

    P.D.: Según la wikipedia, en la Antártida está el 80% del agua dulce de la Tierra. Nunca me lo había planteado.

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  8. ?¡, lo que la superficie de la antartida en wikipedia esta calculada con los hielos flotantes, para esos calculos que queres hacer tenes que averiguar cuanto solo la parte continental.

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  9. Un tema mas que interesante y sumamente polemico.

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  10. Anónimo, ¿puedes dar alguna referencia de eso? En la wikipedia no dice que esté calculada así.

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  11. ¡Es cierto, no lo recordaba!
    Esto mismo explica el porqué las masas flotantes de hilo (iceberg) sólo revelan el 10% de su volumen. El 90% restante está sumergido.

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  12. Buenas!!

    No conocia tu bitacora, es muy buena. Curiosa coincidencia, hace meses en mi bitacora habia escrito un articulo hablando de lo mismo.
    Completamente de acuerdo.
    Hasta otra!!

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  13. Solo tiene que ver parcialmente con el tema, pero jejeje, de las cosas que se entera uno, ¿a que no sabeis cual es la mejor hora para repostar en la gasolinera?

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  14. ¿Cuando haga más frío, para evitar la evaporación?

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  15. Mmmmm bueno, tambien, pero como se vende por LITROS y no por kilos, cuando tiene mas densidad, es decir, cuando está mas fria, bien temprano por la mañana.

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  16. Una pequeña aclaración: los líquidos, en general, no disminuyen de volumen al congelarse porque se enfríen y al enfriarse se contraigan, sino porque la estructura de un sólido es más compacta que la de un líquido, y por lo tanto su densidad es mayor. El caso del agua es anómalo, efectivamente, porque la estructura cristalina del sólido (hielo) presenta grandes huecos vacíos, y es menos compacta que el líquido (agua), por lo que su densidad es menor.

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  17. Hay un paisito en America que esta encima de una "gota de agua" de unos 12 millones de kilometros cubicos. Tanta agua como la que se deshiela cada verano antartico...
    Hay un dato curioso que nunca encontre en "wikipedia" ninguna...Cuando se habla de la posibilidad de vida en otros mundos me pregunto en cuanto de esos mundos se encontrara el agua en los 5 estados que puede existir la materia... simultaneamente. Si la "vida" depende del agua y sus condiciones especiales... podria apostar que somos los unicos en el Universo...!

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  18. Yo pienso al contrario. Si la vida depende del agua y del estado en que se encuentre, cualquier planeta con el rango de temperaturas adecuado (determinado por la distancia a la estrella y su rotación), sería viable.

    Por cierto, que en nuestro querido planeta no se puede encontrar agua en el "quinto estado" de la materia (el condensado de Bose-Einstein, que sólo aparece a temperaturas cercanas al cero absoluto). Y dudo que podamos encontrarla tampoco en forma de plasma.

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  19. Discrepo con que el derretimiento de las masas de hielo flotante no alteren el nivel del agua del mar.

    Considero que sí debido a que el hielo es agua dulce, y el agua desalojada agua salada.

    Es decir, por Arquímedes sabemos que el hielo experimenta un empuje (E) hacia arriba igual al peso del volumen desalojado (de agua salada P(as)), que equilibra el propio peso del hielo (P(h)).

    E = P(as) = P(h)

    El peso del hielo es, logicamente, equivalente al peso del agua dulce congelada (P(ad)) que ha dado origen al hielo.

    P(as) = P(h) = P(ad)

    El peso del agua salada es el volumen de agua salada (V(as)) por su densidad (D(as)).

    P(as) = V(as) * D(as)

    Análogo para el agua dulce: su volumen (V(ad)) es el producto de su densidad (D(ad)) por su volumen (V(ad)).

    P(ad) = V(ad) * D(ad)

    Resumiendo:

    P(as) = P(ad)
    P(as) = V(as) * D(as)
    P(ad) = V(ad) * D(ad)

    Y uniendo ecuaciones:

    V(as) * D(as) = V(ad) * D(ad)

    Pero la densidad del agua dulce es menor que la del agua salada, por lo que para que la ecuación sea cierta el volumen del agua dulce ha de ser mayor.

    V(as) * D(as) = V(ad) * D(ad)
    D(as) < D(ad) ---> V(ad) > V(as)

    Dicho de forma bruta: El hielo que flota en agua dulce no desborda el vaso porque, al derretirse, el nuevo agua se mete en el hueco que el hielo había desalojado.

    Pero si el vaso tiene agua salada, ese hueco desalojado por el hielo es menor que el volumen de agua procedente del hielo que se derrite.

    En esta segunda situación, el vaso sí desborda y los mares sí suben por el derretimiento de las masas de hielo que flotan.

    Por supuesto, la relación entre volúmenes es inversa a la relación entre densidades:

    V(as) D(ad)
    ----- = -----
    V(ad) D(as)

    y dado que la relación entre densidades muy próxima a la unidad el efecto puede ser despreciable. Pero despreciable no es nulo.

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  20. Un "iceberg" es por definición hielo terrestre (=nieve acumulada) que ha acabado en el mar.
    El hielo marino, en cambio, es agua del mar congelado y no sobrepasa unos 4 o 5 metros de grosor y pocos años de edad, mientras que el iceberg puede alcanzar decenas de metros de altura y haberse formado hace muchos milenios.
    El autor ha sido inexacto con la terminología pero la explicación sobre el volumen del hielo flotante (considerando también las densidades de agua dulce y salada) es correcta.

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  21. He encontrado más curiosidades sobre el Principio de Arquímedes:

    http://www.atomosybits.com/2010/06/17/el-principio-de-arquimedes-y-el-final-de-los-orfebres-malvados-2/

    Más vale tarde que nunca! *_*

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