Apuntes científicos desde el MIT

Jueves 27 de Agosto, 23h 30 min. Restaurante Marvin’s (14th – Ust.; Washington DC). Carlos (Economista, Banco Mundial): “La semana pasada compré un libro usado sobre las fronteras de la ciencia editado por el National Geographic en el 1982. Interesantísimo!”

Pere: “¿Qué es lo que más te sorprendió?”

Carlos: “No se, me pareció como si no hubiéramos avanzado tanto…”

Pere: “¿Ah si? Curioso… ¿me lo podrías prestar?”

Carlos: “Claro! Cuando quieras”

Le llamé el sábado, me pasó el libro, y encima permití que volviera a pagar él la cerveza…

Buen ejercicio leer el librito. Creo haber pasado por tres fases diferentes:

En una primera ojeada todo indica que Carlos tenía razón. Cuando lees que la fusión nuclear puede ser la energía del futuro, o que estamos investigando en entender el Big Bang, en curar definitivamente el cáncer y el Alzheimer, en averiguar cómo emerge la conciencia humana, o saber cuál fue el origen de la vida, encontrar una teoría unificada para la física, o discernir cuánto de genético y de ambiental hay en nuestro comportamiento, te das cuenta que lo que en 1982 eran grandes fronteras de la ciencia, continúan siéndolo.

Luego piensas: “un momento…” y empiezas a darte cuenta que en el libro ni se mencionan palabras como energía oscura, calentamiento global, células madre, HIV, fMRI, epigenética, nanotecnología, o Internet.

La tercera fase es la más suculenta, ya que empiezas a leer detenidamente el texto y vas encontrando sorpresas a la hora de comparar lo que se conocía entonces, y lo que sabemos ahora. He aquí algunas de ellas.

Ya avanzo que éste no es un recuento exhaustivo, y queda abierto a que aprovechemos la flexibilidad del blog para ampliarlo en los comentarios o siguientes posts.

El destino del Universo

Confieso que me chocó ver una foto de Stephen Hawkins explicando los enigmas de los agujeros negros. Que no me crucifiquen los cosmólogos, pero todavía les llaman singularidad porque siguen sin entender qué ocurre en su interior.

Sin embargo, en ese momento se desconocía por completo que una misteriosa energía oscura hacía que el Universo se expandiera de manera acelerada. La duda era si la densidad de materia del Universo sería suficiente como para que la gravedad frenara su expansión y empezara a contraerse hacia un “big crunch ”.

No hemos terminado de cerrar una frontera, pero hemos abierto otra.

No sé cuantas veces habrá aparecido en los medios la noticia del descubrimiento de agua en Marte, pero en 1982 ya se sabía que ”en los polos de Marte hay hielo, y al mirar su superficie vemos rastros de erosión debido a agua líquida. Esta evidencia sugiere que Marte podría haber albergado vida en el pasado”. Estas frases me suena haberlas oído hace poco…

En contrapartida pensé “ok, pero por ejemplo, la Cassini-Huygens descubrió hace muy poco que en el satélite Titán había metano líquido, nubes de metano, lluvias… “ justo a las pocas líneas leí que resultaría muy interesante investigar el origen del metano de la atmósfera de Titán….

A principios de los 80 ya estaba publicado el modelo estándar y se conocían los diferentes tipos de quarks, leptones, centenares de partículas subatómicas, y las 4 fuerzas fundamentales que regían sus interacciones. Pero la gravedad todavía no encajaba en ese modelo estándar; la teoría era incompleta porque no conseguía ligar del todo la relatividad general con la mecánica cuántica. Muchas supercuerdas, pero continuamos encallados en el mismo punto.

En ese momento ya habían aceleradores de partículas, y el autor del texto defendía que 110 millones de dólares no era un precio caro para construir uno de nuevo que les permitiera entender “la estructura última de la materia”. Creo que el presupuesto del Large Hadron Collider (LHC) ronda los 9.000 millones. A ver si una vez reparada la chapuza nos regala por fin esa “teoría unificada”.

¿Cambio climático? ¿energías renovables?

Por el extenso espacio al que se le dedica en el apartado de Ciencias de la Tierra, hace 30 años lo más en boga era la tectónica de placas . Finalizada en los años 60, fue uno de los grandes avances del siglo XX y permitió durante las décadas siguientes clarificar el origen de volcanes, montañas, terremotos y todo lo referente a la estructura de la corteza de nuestro planeta.

A pesar de ser una publicación del National Geographic, no se dedica espacio a la biodiversidad ni a mostrar preocupación por el futuro medioambiental de la Tierra. Hay sólo una leve mención a ciertos cambios en el clima, causados seguramente por diferentes fenómenos naturales, y escondiendo dudas sobre si la actividad humana podría tener también alguna relación con ellos.

“Combustible fósil” no era una expresión maldita, y respecto al futuro energético la gran esperanza era imitar a las estrellas y reproducir la fusión nuclear en el laboratorio.

Las perspectivas de lograrlo parecen ahora igual de lejanas que entonces.

La nueva Biología

Es probablemente el campo que más ha avanzado en los últimos 27 años.

La única “sorpresa” que me llevé al leer el texto es que por ese entonces ya se había logrado clonar ratones por transferencia nuclear, y 15 años antes del nacimiento de Dolly, ya se especulaba en la posibilidad real de clonar humanos. Secuenciar el genoma, y ser capaces de escudriñar sus variaciones como ahora, parecía sin embargo una tarea prácticamente imposible.

También me llamó la atención la frase “se conocen 5.000 especies de bacterias”. Asumiendo que la microbiología habría logrado caracterizar muchísimas más, al buscar cuántas no esperaba encontrar que esta cifra ni siquiera se ha duplicado y se estima que faltan todavía centenares de miles de especies por descubrir.

Medicina

Claro que los avances recientes han sido espectaculares, pero la gran revolución en medicina había ocurrido unas décadas antes, con el control de las enfermedades infecciosas. En el texto un científico se congratula que en los 80 años anteriores al 1982 la esperanza de vida en EEUU había pasado de los 47 a los 74 años, y el primer tema fronterizo de su reportaje es jugar con la maquinaria celular para lograr el antienvejecimiento. En el 2009 es de 78 .

Cáncer, Alzheimer y enfermedades cardiovasculares eran el reto a abordar los siguientes años. El SIDA todavía no había aparecido en escena, y ni la obesidad ni la diabetes eran un problema alarmante de salud pública.

Mente y Cerebro

Invitando a los autores de la sección “Apuntes neurocientíficos desde el MIT ” a contarnos los avances más relevantes de los últimos 27 años en la neurociencia, en 1982 parecían entusiasmados con el PET (Positron Emission Tomography), una técnica que permitía rastrear las zonas activas del cerebro cuando realizaba determinadas acciones. Ahora existe una más específica fMRI (imágenes de resonancia magnética funcional), pero la esperanza de poder monitorear circuitos neuronales in vivo todavía debe esperar.

Sin duda se han conseguido grandes logros en el conocimiento de los cerebros enfermos, pero entender el funcionamiento completo de los normales continúa siendo una de las grandes fronteras de la ciencia.

Este es uno de los posts más abiertos del blog. Faltan infinidad de avances o no-avances por comentar. Creo que he sido injusto y me he centrado demasiado en los segundos. Aprovechemos lo dinámico del formato para ir ampliando perspectivas sobre cómo ha cambiado la ciencia en los últimos 27 años.

Antes de 1968, los habitantes de Pueblo Nuevo dudaban que aquella colina atestada de vegetación fuera un volcán. Los científicos lo decían, pero ellos no lo terminaban de creer...
Pueblo Nuevo ya no existe. No queda ni un sólo vestigio de su presencia. Quedó sepultado cuando el Volcán Arenal despertó de forma inesperada y empezó a expulsar rocas incandescentes llegadas del interior de la Tierra. 70 personas fallecieron.

El volcán Arenal todavía permanece activo, y ahora presenta un aspecto muy diferente. Mientras caminábamos por su ladera, oíamos lejanas explosiones, observábamos desprendimientos, y alguno decía notar temblores, el geólogo Gerardo Soto nos exponía los estudios científicos que están realizando para entender la naturaleza y el comportamiento de éste y otros volcanes. Hablamos de los tipos que existen, caracterización de zonas activas, repercusiones en el clima, y de todo lo que hemos aprendido gracias a esta ventana a la composición y comportamiento del planeta.

La conversación sobre la historia geológica de la Tierra continuó de forma desenfadada por la noche, en el mirador del hotel desde donde cada 5-10 mintutos oíamos una explosión y observábamos algo rojizo desprenderse por la montaña que teníamos frente a nosotros. (la fotografía no es una nebulosa captada por el Hubble, sino una burda ampliación de la foto menos mala que puede captar).

“Tienes que escribir un texto donde nos expliques todo esto, y comprometerte a responder las preguntas que te hagamos”, le dije a Gerardo. Aquí os lo adjunto. No dejéis de preguntarle todo lo que os genere curiosidad sobre la vulcanología, pero también sobre la estructura, origen y evolución de nuestro planeta.

"Estudiando los volcanes de Costa Rica", por Gerardo J. Soto

Corría el año 1984 cuando, en mi último año de estudiante de Geología, por fin me pude enrolar en un estudio serio de volcanes. El vulcanólogo Andrea Borgia realizaba estudios en el volcán Arenal, en Costa Rica (foto adjunta). Con él me adentré dentro de las faldas del volcán, que había iniciado una fuerte fase explosiva tan solo un mes atrás. Desde el interior de la selva podíamos oír, no sin un poco de temor, las fuertes explosiones y el caer de los bloques a varias centenas de metros del cráter, cerca de un kilómetro de distancia de donde caminábamos. Fue mi bautizo de fuego. Auténtico, pues los bloques incandescentes se mostraban al rojo vivo, aun a la luz del día. El primer proyecto con mi participación plena como investigador fue en un estudio de amenaza volcánica de la Cordillera Volcánica Central de Costa Rica. Años después, en 1990, estaba de nuevo en el Arenal, tratando de develar los detalles de su historia, de su volcanalidad (neologismo que he acuñado para explicar la “personalidad” individual de cada volcán), de la distribución de sus productos explosivos y lavas, y finalmente poder evaluar con detalle su amenaza.

¿Por qué estudiamos los volcanes?
El trabajo es peligroso, pero también divertido. Conlleva una mezcla de adrenalina y placer. Entender el proceso volcánico implica tratar de explicar cómo se forma el magma en profundidad, cómo asciende hasta la superficie, y por qué causa erupciones explosivas y de lavas, o bien se queda en profundidad y engrosa paulatinamente la corteza. Los gases que contiene el magma son el principal motor de todo este proceso de ascenso y erupción. Estos recirculan y se reciclan desde la atmósfera a los sedimentos que se depositan en el fondo oceánico, son transportados por las placas en movimiento, se subducen en las grandes fosas oceánicas, bajan hasta unos 80 a 100 kilómetros de profundidad, ayudan a formar el magma y lo acompañan de vuelta a su salida a la atmósfera (de manera pasiva, o con explosiones como las de las fotos siguientes). Así fue como los volcanes contribuyeron a la formación de la atmósfera durante los estadios tempranos de la formación de la Tierra.

Necesitamos saber cómo funcionan los volcanes por varios motivos: para aplicarlo en los estudios de amenaza volcánica, y para desvelar los procesos que actúan el interior de la Tierra y otros planetas, pero también para utilizar la energía geotérmica en la producción de electricidad, calefacción, u otros usos menores como fuente de calor, por ejemplo en viveros de áreas frías. Muchos depósitos volcánicos alojan asimismo importantes depósitos minerales y por eso la geología volcánica también tiene un importante capítulo en la geología económica. Los suelos de origen volcánico, desarrollados a partir de depósitos con una riqueza en vidrios de relativa fácil descomposición, son una gran fuente de elementos fertilizantes. No en vano las áreas perivolcánicas han sido el asentamiento de culturas y poblados que se han dedicado a la agricultura. Los suelos han sido la fuente vital para viñedos, café, arroz…
Últimamente, los volcanes también representan un atractivo turístico para países donde esta industria está naciendo, como Costa Rica, o el sostén en otras áreas del mundo, como Japón, las islas del sur de Italia o algunos parques nacionales en las Canarias y Estados Unidos. Independientemente de entender cómo funcionan estas enormes máquinas productoras de rocas, debido a su belleza y magnanimidad los volcanes han sido una fuente enorme de inspiración para el arte plástico, la literatura -¿recuerdan “Viaje al centro de la Tierra”, de Verne?- y hasta la danza.
La comparación de los diferentes volcanes en diferentes regiones y ambientes es una necesidad. Los volcanes se comportan usualmente de formas muy diferentes, e incluso un mismo volcán varía su comportamiento en el tiempo. Los parámetros comparativos sirven para estudiar cómo los volcanes se reactivan en áreas vulnerables, y ofrecen datos de interés económico y de desarrollo. Por eso los vulcanólogos acaban siendo viajeros frecuentes en busca de la ciencia, y por qué no, la aventura.

El Arenal y los volcanes de Costa Rica
Costa Rica es un país de formación geológica joven, con rocas a lo sumo de 200 millones de años de antigüedad. Las más jóvenes son precisamente las que produce el volcán Arenal cada día desde que inició su inesperada erupción hace casi cuarenta años, en julio de 1968.
Gran parte del territorio costarricense y el de sus cercanías ha sido esculpido a lo largo de una serie de construcciones de cordilleras volcánicas y procesos tectónicos relacionados con la subducción de placas en su margen pacífico. Los edificios volcánicos actuales en Costa Rica suman apenas una decena. Nos interesa estudiar su tamaño y estructura porque nos hablan sobre su historia. Los más grandes y voluminosos en el centro del país, cerca de las áreas urbanas que alojan casi dos millones de personas, se han construido por casi un millón de años, mientras los chicos (como el Arenal o su hermano el Chato, en la foto adjunta), son apenas unos niños de sólo 7 mil años.
Las historias de estos volcanes se ha podido recopilar gracias a los depósitos de erupciones pasadas, utilizando métodos radiométricos (carbono 14, por ejemplo) o a través de restos arqueológicos prehispánicos. La investigación detectivesca sobre la distribución de tales depósitos explosivos y su frecuencia nos ha llevado a establecer mapas de peligros volcánicos, para usar en áreas de restricción y planificación alrededor de ellos.
Muchas preguntas han encontrado respuesta en Vulcanología. Pero es claro que aún quedan muchas otras en el tintero para las cuales aún tenemos respuestas inconclusas. Queremos entender los detalles de los procesos que llevan al magma a eruptar, los signos que deben ser interpretados como previos a una erupción, y modelar las áreas que pueden ser más o menos afectadas durante una erupción inminente. También queremos saber la contribución de los gases volcánicos a periodos cálidos o fríos en el pasado de la Tierra, la comparación entre el vulcanismo terrestre y el de otros cuerpos del Sistema Solar, o las relaciones entre el vulcanismo intenso y las extinciones masivas. Solo la observación científica constante nos podrá llevar a responder tales interrogantes. Nosotros trabajamos para intentar salir de la ignorancia que aún abrigamos respecto a muchos de los comportamientos de nuestro planeta.

Gerardo J. Soto