El año sin verano

El volcán que heló Europa

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Imagen: El Canal de Chichester de J. M. W. Turner (1928). Los colores amarillentos del ocaso de esta pintura y el cielo gris que observaba Turner se deben a la presencia de azufre y ceniza volcánica en la atmósfera.

La erupción del volcán indonesio Tambora en la isla de Sumbawa en 1815 provocó un importante enfriamiento en muchos lugares del planeta en los años posteriores. El volcán tiene registradas erupciones en 1819, 1880 y 1967, pero la de 1815 provocó desastres de origen volcánico que no se habían visto en 1300 años. Las islas del archipiélago de Sumbawa quedaron cubiertas por cenizas de varios metros de espesor, provocando la muerte de sus habitantes. Durante varios días las negras nubes del volcán cubrieron el cielo 300 Km a la redonda y la lava vertida al mar provocó un tsunami. Olas de dos metros de altura llegaron a distancias de 1600 Km desde Sumbawa y se estiman 88.000 fallecidos.

Además de los efectos locales una gran masa de polvo de sulfuro fue proyectada hacia la estratosfera. Se estiman más de 150 millones de toneladas de polvo por encima de los 15 Km de altura (unos 100 Km³). El tamaño tan fino de las partículas les impidió caer hasta el nivel del mar durante años y además hacerlas casi imperceptibles al ojo humano. Los vientos atmosféricos llevaron este polvo a todas las partes del globo, incluyendo los polos, durante los años posteriores a la erupción. William J. Humprheys en 1913 logró relacionar la ola de frío veraniega del año 1816 en Europa con las erupciones de volcanes del siglo XIX (1809, 1812, 1813 y 1814). En 1970 Hubert Lamp estableció una escala de medida del polvo volcánico emitido desde 1500 a 1960 que fue posteriormente desarrollada por Newhall y Self (VEI), lo que ayudó a confirmar la influencia de Tambora en el año sin verano de 1816.

En ese año se percibió polvo en suspensión en los cielos de Europa, volviéndolos grises, y puestas de sol de un color intenso debido a ese polvo. Durante los meses de verano se registraron temperaturas medias casi 4 grados más bajas de lo habitual y también se vieron grandes tormentas de granizo e inundaciones en el continente. Pero lo que chocaba más a la población eran las repentinas olas de frío que reducían las temperaturas de unos calurosos 26 grados hasta 7, con nevadas incluidas. Las cosechas se perdían o atrasaban, el ganado moría y la población pasó bastantes penurias durante ese año, se consideró un desastre agrícola en Nueva Inglaterra, el Canadá atlántico y Europa Occidental. Hay que tener en cuenta que el planeta estaba ya bajo un enfriamiento climático desde el siglo XIV que había estado provocando malas cosechas habitualmente.

La influencia de este clima tan adverso no fue solamente en los aspectos puramente físicos. El arte también cambió debido al insólito verano de 1816, creándose obras que afectarían a la cultura europea de los siguientes 200 años. Durante ese verano en Suiza el grupo formado por Percy B. Shelley, Lord Byron, John W. Polidori, Mary Godwin y Claire Clairmont pasó unas vacaciones retirado de Gran Bretaña, en la Villa Diodati cerca del lago Ginebra.

Byron había sufrido el rechazo de la sociedad británica, la ruina económica y el fracaso matrimonial con Anne Isabela Milbanke por lo que se instaló en Suiza. En el mes de junio su amigo Shelley le visitó junto a su amante Mary tras haber sido expulsado de la universidad de Oxford y abandonando a su mujer e hijos. Mary Godwin consideraba la residencia de Byron un lugar sagrado que había albergado a autores reputados, como John Milton o Rosseau. Durante días no pudieron salir debido a las fuertes lluvias y con un cielo ennegrecido por el día. Byron compuso el poema Oscuridad en tres días que refleja la pesadumbre y el helado ambiente en el que se encontraban.

El pequeño grupo organizó un juego para entretenerse: inspirados por el lóbrego contexto cada uno debía escribir un relato de terror. Sólo Mary y Polidori acabaron los suyos, pero acabarían siendo obras seminales de la literatura contemporánea, Frankenstein o el Prometeo Moderno y El Vampiro (1819). Polidori era el médico personal de Byron, al cual odiaba en secreto, el protagonista de su novela, Lord Ruthven, era un retrato del poeta en el que desfogaba sus frustraciones al no poder decirle a Byron sus verdaderas opiniones sobre él. La novela estaba basada en la inconclusa Fragmento de una Novela, de Byron, y muestra la visión actual del vampiro romántico que influiría en Carmilla de LeFanu (1827), Berenice de Poe (1835), La Familia Vurdalak de Tolstoi (1839) y Drácula de Stoker (1897).

Frankenstein (1818) es considerada la primera novela de ciencia ficción moderna con amplios rasgos de novela gótica y romántica. Las historias de fantasmas leídas alrededor del fuego y las conversaciones de Mary con su amante Percy sobre alquimia, galvanismo y castillos alemanes inspiraron la historia sobre un científico que crea vida y posteriormente se arrepiente. Además incluye referencias claras al mito de Prometeo, al Paraíso Perdido de Milton y a la Oda del Viejo Marinero de Colleridge. La cantidad de obras derivativas posteriores tanto de literatura, cine, música, cómics y otros es enorme.

La película española Remando al Viento (1987) de Gonzalo Suárez muestra la estancia de los jóvenes en Villa Diodati y las consecuencias en sus vidas en los siguientes años. Ganó los premios a mejor director, mejor fotografía, mejor dirección artística, dirección de producción, vestuario, maquillaje y peluquería de los Premios Goya de 1989. Aunque la película presenta en algunos momentos sucesos que no son ciertos plasma el proceso de la creación literaria y el trasfondo del año sin verano de 1816. El tema principal de la película es la Fantasía sobre un tema de Thomas Tallis de Ralph Vaughan Williams (1910).

Dinosaurios en Alemania

Rocas, vegetación y clima del Palatinado

Imagen: representación de un quiroterio (Chirotherium) en Hildburghausen, Turingia. En el fondo hay una reconstrucción de las huellas del dinosaurio encontradas en 1834.

Hace millones de años en lo que es hoy la Sierra de Odenwald había desiertos y estepas subtropicales. No solo encontramos muestras de esto en las rocas sedimentarias que han perdurado desde entonces, sino también en los restos de plantas y animales que han quedado atrapados entre esas rocas. Muchas de las rocas sedimentarias proceden del período Triásico de la era Secundaria, datando de hasta 250 millones de años de antigüedad. Entre los animales encontrados hay grandes anfibios, dinosaurios y reptiles acuáticos [1].

En el Valle del Neckar, cerca de Eberbach, se han encontrado huellas de Erythrosuchus, un dinosaurio carnívoro del grupo de los quiroterios (del griego animales -therion– con mano –chiro-). Se le conoce como “Cocodrilo Rojo” y mide 1’8 metros de altura. Este hallazgo, de los más antiguos encontrados de este grupo de animales, fue hecho en 1994 por el artista Michael Krauth [2].

En Ünglert en 2007 fueron halladas más huellas pertenecientes a esta especie de dinosaurio. El Dr. Marco Lichtenberger, consultor del Instituto Geológico-Paleontológico de la Universidad de Heidelberg (Geologisch-Paläontologischen Institut) se encargó de catalogar los nuevos restos. Lichtenberger ha estado estudiando la presencia de dinosaurios en Odenwald desde 2006 y se encarga de hacer conferencias divulgativas sobre el tema desde entonces, siendo uno de los mayores divulgadores sobre la presencia de dinosaurios en Odenwlad con su libro “Saurier aus dem Odenwald[3].

Los quiroterios son reptiles del Triásico con zarpas de cinco dedos muy similares a las de los primates superiores, osos y seres humanos. Aunque tienen pulgar parece que solo servía para una mayor estabilidad al caminar y no podía ser usado para agarrar herramientas; se cree que son los antepasados de los actuales cocodrilos. Los primeros hallazgos de la especie son de 1834 y 1838 en Turingia y en Inglaterra, respectivamente. Actualmente existen restos en América, Norte de África, Europa y China [4]. Esto parece demostrar las teorías sobre la tectónica de placas y la unión de los diferentes continentes en Pangea, la cual empezó a separarse en el período Jurásico posterior.

Durante el Triásico Medio gran parte de las tierras de la actual Alemania (y Europa central), del súper-continente Pangea, estaban cubiertas por un mar interior que recibía las sedimentaciones que formarían más tarde la arenisca abigarrada (Buntsandstein). Los quiroterios eran depredadores de los cangrejos limúlidos que habitaban en las costas de ese mar, quedando algunos de sus cadáveres atrapados en los sedimentos y fosilizándose posteriormente. La arenisca abigarrada fue catalogada por primera vez por el geólogo alemán Friederich August von Alberti en 1834 y en el Palatinado hay varios monumentos naturales, como el Altschlossfelsen en Eppelbrunn, compuestos de ese material.

La arenisca abigarrada es una arenisca mezclada con cuarcitas, molasas y conglomerados del Triásico Inferior; materiales sedimentarios propios de la era Secundaria. Predominan los tonos rojizos y amoratados. En la ladera norte del Königstuhl en Heidelberg existe una terraza de este material y fue allí donde se construyó el castillo de la ciudad.

Heidelberg tiene un clima de tipo Oceánico (Cfb en clasificación Köppen) muy influido por su posición entre Pfälzerwald (ladera oeste del Valle del Rin) y Odenwald (ladera este). Ambas sierras y la posición de la ciudad en el límite de la última acentúan ciertas características que diferencian el clima de la población del resto del área recibiendo más vientos del este que el resto del valle. Debido a eso los vientos son predominantes tanto del oeste (de corte marítimo y húmedo) como del este durante todo el año y la cercana sierra favorece la nubosidad y las precipitaciones. Heidelberg es el lugar más cálido de Alemania según el Servicio Meteorológico Alemán (Deutscher Wetterdienst) con 12,2° de temperatura media en 2011.

Podemos hablar, por tanto, de un micro-clima, un clima local que tiene características propias que le diferencian del área en la que se encuentra, en este caso Alemania en general y específicamente el Valle del Rin. El micro-clima tiene una serie de patrones de tiempo influidos por factores determinados que los crean. En el caso de Heidelberg la topografía es fundamental (Valle del Neckar y Sierra de Odenwald) y le proporciona una humedad y una temperatura diferentes. La vegetación, aunque claramente euro-siberiana, tiene rasgos mediterráneos que demuestran el clima especial de la zona: encontramos vid, olivo, almendro, alcornoque, higueras y un estilo agrícola de campo abierto que no es propio de la región centro-europea donde se encuentra. Otras plantas características son el tilo, el castaño, el roble, la haya, el tulípero, el saúco, la hiedra o la ortiga.

[1] http://www.verlag-seeling.de/04.html

[2] http://www.eberbach-channel.de/art_ausgabe.php?id=25773

[3] http://www.dinosaurier-interesse.de/web/Nachrichten/Texte/2007/di-n46.html

[4] http://www.envs.emory.edu/faculty/MARTIN/ichnology/Cheirotherium.htm

Introducción a las temperaturas

Atributos y mediciones

Imagen: Joshua Tree National Park en California, Estados Unidos, 2012. Se puede observar un árbol de Josué, una especie endémica de la región.

El cambio climático está provocando un calentamiento global que afectará de forma negativa a muchas poblaciones humanas. En la península ibérica, por ejemplo, una subida de las temperaturas medias provocaría una mayor evapotranspiración afectando al ya escaso recurso del agua. En esta entrada vamos a hablar de la temperatura, qué es, cómo se mide y que características tiene. Un tema muy importante porque nos afectará en un futuro bastante inmediato. Se trata de una pequeña introducción que ya iremos ampliando en sucesivas entradas.

Empezaremos hablando del calor, una forma de energía que se manifiesta en los cambios de estado, dilataciones y contracciones de la materia. La temperatura, en cambio, es una condición o característica del calor, que determina cuál de dos cuerpos lo recibe o lo pierde. La calorimetría nos permite medir la cantidad de calor almacenado en un cuerpo según su naturaleza (el calor específico, la cantidad de calorías necesarias para elevar 1ºC un gramo de esa substancia), su masa y su temperatura. La cantidad de calor (Q) de un cuerpo es igual al producto del calor específico (c), la masa (m) y la Temperatura (t): Q=cmΔt.

Para medir la temperatura se suele utilizar un termómetro de mercurio, a partir de su dilatación en una escala grabada. Sometiéndolo a temperaturas de 0ºC (congelación del agua) y 100ºC (evaporación del agua) podemos marcar las diferentes temperaturas que podrá medir el termómetro. En las estaciones meteorológicas se suelen utilizar dos termómetros, uno de mercurio para poder medir las temperaturas máximas del día (cuya fusión se encuentra a -38’5ºC) y otro de alcohol para las mínimas (cuya evaporación es a temperatura ambiente). También existen el termómetro de máximas y mínimas en U para mediar ambas y versiones digitales de termómetros de baja inercia.

Los termógrafos nos permiten medir la evolución de la temperatura a lo largo de un periodo de tiempo. Consisten en una espiral metálica que se contrae o dilata según el calor lo que provoca que la punta externa de la espiral marque en un rollo de papel giratorio una linea que representa la temperatura. De esta manera obtenemos un gráfico al desenrollar el papel que nos es muy útil para comparar las temperaturas entre diversos periodos de tiempo.

La temperatura del aire se mide en una garita meteorológica o caseta de Stevenson. La garita debe estar situada a la sombra para evitar que el termómetro de su interior mida su propia temperatura y éste debe estar separado de las paredes de la garita. La garita debe ser blanca, estar situada a 1’5 metros de altura sobre el suelo, con la puerta orientada hacia el norte y con lineas horizontales de ventilación a los costados. En caso de no disponer de una garita podemos usar un termómetro honda o termómetro de aspiración de Assmann.

Existen varias escalas para medir la temperatura. Los grados centígrados (C) son los utilizados comúnmente en Europa con valores de 0 (congelación del agua) a 100 (evaporación del agua). Los grados Celsius (Cel), antecesores a los centígrados, invierten dicha medida, siendo 100 la congelación y 0 la evaporación. Otra medida común, en el mundo anglosajón, son los Fahrenheit (F), con valores de 32 para la congelación y 212 para la evaporación. Los Kelvin (K) son los utilizados en el Sistema Internacional (SI) de medidas, originando su escala en el frío absoluto, siendo 273 el valor de congelación y 373 el de evaporación. Otras escalas son la de Réaumur (R) o la de Rankine (P).  Hay que tener en cuenta al medir la temperatura en un territorio que siempre se toma como referencia el nivel del mar. Cada 100 metros de altitud la temperatura baja unos 0’65ºC respecto al punto de medición (y viceversa), esto se denomina gradiente térmico vertical.

A lo largo del día también tenemos variación de la temperatura. La temperatura máxima la encontraremos 3 horas después del mediodía solar y la mínima justo antes de la salida del Sol. En los equinoccios el amanecer sucede a las 6 horas y la puesta a las 18 horas, teniendo como referencia las 12 como mediodía. En el solsticio de verano la salida del Sol es a las 4 horas y la puesta a las 20, mientras que en el de invierno amanece a las 8 horas y el ocaso es a las 16 horas. En España esas horas no se corresponden con las horas que marca el reloj. Por un lado porque tenemos una hora más respecto a la que nos corresponde por el Tiempo Universal Coordinado (UTC, sucesor del GMT Greenwich Mean Time) y por otra porque en el equinoccio de primavera añadimos otra hora adicional. De esta manera en verano el mediodía es a las 14 horas en España y en invierno a las 13 horas.

Hasta aquí esta introducción a las temperaturas en la climatología. En el futuro ampliaremos la información escribiendo sobre la amplitud térmica, las heladas y su distribución geográfica ¡Muchas gracias por leernos y hasta la próxima!

Atmósfera y radiación solar

Imagen: arco iris en el lago Palmer, cerca de Atlin, en la Columbia Británica, Canadá, 2014.

Todo fenómeno climático de la Tierra tiene origen en la llegada de radiación solar, por tanto es de especial interés saber como se comporta esa radiación cara a ver su efecto en el planeta. En esta entrada presentaremos la radiación solar y sus principales características, sin ánimo de entrar en demasiados detalles y enfocada al aspecto geográfico. La radiación solar se compone de una vertiente electromagnética y otra térmica.

La radiación electromagnética se caracteriza por la propagación en forma de ondas transversales de un campo magnético y un campo eléctrico, cuyos vectores son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación, a la velocidad de 300 000 000 metros por segundo. Los campos se propagan en forma de onda provocando oscilaciones y dependiendo del tipo de radiación la longitud de esas ondas varía.

La longitud de onda (λ) y la frecuencia de la onda (v) son lo que permiten clasificar cada tipo de radiación electromagnética conformando el espectro electromagnético. Las ondas de radio (televisión, radio) son las de onda larga y baja frecuencia. Las siguen las microondas, la radiación infrarroja (que emite todo cuerpo con algo de calor) llegando a la luz visible con los diferentes colores representados por longitudes de onda distintas: del rojo (longitud larga) al violeta (longitud corta). Tras la luz que podemos ver con nuestros ojos se encuentra la radiación ultravioleta y más allá, con longitudes muy cortas y alta frecuencia, los rayos X y la radiación gamma (ϒ).

La λ se mide en nanometros (nm, 0’000001 mm) o micrometros (micras, µm, mil nm). La radiación solar oscila entre los 0’15 y los 4 µm, siendo una onda relativamente corta, mientras que la radiación terrestre se mueve entre 5 y 1000 µm. La luz visible se encuentra entre los 0’4 y los 0’75 µm.

Los diferentes fenómenos electromagnéticos se componen de haces de corpúsculos llamados fotones, que contienen energía, y han sido detectados de forma evidente. La radiación por tanto se comporta de forma dual, como una onda, continua, y como  corpúsculos, discontinua. Es imposible observar ambas características a la vez, aunque existen experimentos que confirman su presencia. De Broglie, Compton, Davisson y Germer en el siglo XX plantearon hipótesis y experimentos para demostrar esta doble naturaleza con éxito.

La radiación térmica es emitida por un material lo suficientemente condensado, medida en calorías (cal). El poder emisor de un cuerpo es la radiación emitida por unidad de tiempo por superficie y el flujo de radiación de ese cuerpo es la cantidad de radiación que atraviesa una superficie por unidad de tiempo medida perpendicularmente. Esto último se denomina constante solar, en el caso de la radiación solar que llega a la Tierra, y se mide en el límite de la atmósfera. La radiación que llega se puede medir también en kilolangleys (kcal/cm², Kly), se reciben unos 263 KLy por año en la atmósfera, la cual filtra el 47% de esa cantidad antes de que llegue a la superficie terrestre.

Toda radiación que entra en el medio terrestre sufre modificaciones en la velocidad y en el tipo de energía radiante. La atmósfera absorbe parte de esa radiación emitiendo calor en el proceso, la reflecta o la difunde, además la composición química de la atmósfera reacciona diferente a los diferentes tipos de radiación.

La luz visible y las ondas de radio pueden atravesar la atmósfera sin problemas, mientras que el agua absorbe las ondas largas, las bandas de Schumann (compuesta por O₂) y la de Hartley (O₃, ozono) absorben energía ultravioleta y el dióxido de carbono y el metano absorben la infrarroja. Además determinadas longitudes de onda de luz visible son reflejadas más por la atmósfera: mientras que las ondas largas pasan libremente, las ondas cortas (azules) son reflectadas creando el color del cielo. Según la cantidad de atmósfera a atravesar se reflectaran más o menos λ, de esta manera en el ocaso se dispersa más cantidad de luz azul, dejando solamente las ondas rojizas.

Existen varias leyes que gobiernan la radiación y que apuntamos a modo de anotación:

· Ley de Planck: que relaciona la λ con la emisión de energía a determinada temperatura. Según la temperatura del cuerpo emisor se emitirá un rango de λ, creando una curva donde determinadas λ se emiten más que las otras. Como apuntábamos, el Sol emite entre dos λ, pero su máximo de emisión se da en 0’475 µm.

· Ley de Stefan-Boltzmann: el poder emisor de un cuerpo es directamente proporcional a su temperatura. Derivada de la anterior.

· Ley de Wien: la longitud de onda máxima emitida es inversamente proporcional a la temperatura. Derivada de la de Planck.

· Ley de Kirchhoff: un cuerpo que absorbe radiación también la emite.

Los diferentes tipos de radiación no solo resultan de interés para el estudio atmosférico, también para el uso de imágenes por satélite para el análisis de usos del suelo, presencia de agua, incendios y por supuesto la nubosidad, mediante SIG y también modelos informáticos de predicción del tiempo atmosférico.

La atmósfera terrestre

Exploración, concepto y composición

En el siglo XVII Blaise Pascal observó los diferentes cambios de presión en el aire e inició de esta manera los estudios atmosféricos. Confirmó que a medida que aumentaba la altitud cambiaba la presión tal y como comprobó en el Mont Ventoux (a 1900 metros sobre el nivel del mar) al sur de Francia. Dos siglos más tarde Julius von Hann continuaría su labor y comprobaría la existencia de inversiones termométricas dentro de los anti-ciclones. Mientras que Benjamin Franklin, por otro lado, ya había constatado que los rayos eran electricidad mediante su famoso experimento de la cometa. Diversos instrumentos como las nombradas cometas, los globos aerostáticos y, a partir del siglo XX, el radar y los aviones, han permitido analizar y medir las temperaturas, composición y la dirección de los vientos de la atmósfera. En las últimas décadas los satélites y la percepción remota se han convertido en la base fundamental del conocimiento atmosférico.

Actualmente se define a la atmósfera como un aerosol, un sistema coloidal de partículas sólidas y líquidas suspendidas en un gas. Es la capa gaseosa que envuelve el planeta Tierra y contiene partículas que flotan en ella, tanto liquidas como sólidas, incluyendo las nubes, un conglomerado de vapor y gotas de agua, cristales de hielo alrededor de polvo, esporas y polen. La composición química hasta 80 Km de altura del aire es de un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno, casi un 1% de argón y trazas de neón, helio, criptón, xenón y radón. Estos elementos varían en proporción según la capa de la atmósfera y a mayor altura respecto a la superficie las moléculas de nitrógeno y oxigeno se desintegran, eliminándose a los 1000 Km, mientras aumentan el helio y el hidrógeno.

Pero existen además una serie de compuestos químicos de carácter variable y de origen natural o humano que tienen una serie de efectos en el medio ambiente y en la calidad de vida de la humanidad. Los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, los óxidos nítricos, el metano, los clorofluorocarbonos, el agua y el ozono provocan el aumento de la temperatura terrestre y tienen su origen en los volcanes, los combustibles usados por los humanos, los gasoductos, los pantanos, la ganadería, los cultivos y los frigoríficos. Los clorofluorocarbonos a su vez también destruyen el ozono estratosférico que evita la entrada de la perniciosa radiación ultravioleta. Además de los óxidos nítricos los combustibles emiten también dióxido de azufre, ambos tóxicos y catalizadores de la lluvia ácida, sobre todo en zonas industriales. Las partículas en suspensión generadas en las ciudades y en los cultivos (polvo, humo, ceniza, sal, esporas y gotas) pueden provocar enfermedades cardíacas y respiratorias, alergias y asma. Para nuestra tranquilidad la presencia de la mayoría de esas substancias en el aire es rara, aunque en mayor proporción en las ciudades.

Finalmente comentar que la propia atmósfera se subdivide en diversas capas hasta el límite de 130 000 Km (magnetosfera, el campo magnético terrestre) donde la densidad de partículas y átomos es extremadamente baja; aunque el límite más adecuado de la atmósfera es la exosfera a 15 000 Km de altura. Aun así la densidad a esas alturas es ya muy baja, teniendo en cuenta que el 80% de la masa de la atmósfera se concentra en los primeros 1’5 Km de altura, en la troposfera, donde la temperatura media es de 15ºC gracias al calentamiento provocado por el agua y el dióxido de carbono principalmente.