Chaparrones solares

A comienzos de 2013 la NASA advertía sobre el aumento de actividad solar, y que podría tener picos de tormentas que, si ocurrieran en la cara del Sol que enfrenta a la Tierra, serían capaces de generar, al menos en el hemisferio norte, problemas en las telecomunicaciones y en las redes de electricidad. Más allá de esas consecuencias puntuales, un interrogante es qué influencia tiene la actividad solar sobre el clima terrestre.

“Cuando se habla de actividad del Sol, hay que distinguir entre la actividad transitoria y la de largo plazo, y es esta última la que podría tener influencia en el clima”, señala la doctora Cristina Mandrini, directora del grupo de Física Solar, del IAFE, CONICET-UBA.

Mandrini investiga los mecanismos solares que inciden en la producción de eventos transitorios, como las fulguraciones o las eyecciones de masa de la corona solar, que pueden durar, a lo sumo, algunas horas. “El objetivo es determinar las condiciones para que se produzcan estos eventos, de modo de poder predecirlos mejor”, afirma la investigadora”.

Mil bombas al unísono

“Un evento transitorio libera una cantidad de energía equivalente a la explosión simultánea de cinco mil millones de bombas, como las lanzadas en Hiroshima, y ello ocurre, por lo general, en las cercanías de las manchas solares”, grafica Mandrini.

En los momentos de actividad, el Sol emite radiación de alta energía y partículas aceleradas. En algunos casos se produce eyección de material al medio interplanetario y, si ello se genera justo enfrente de la Tierra, no hay forma de evitar el impacto. “Esa masa puede afectar el campo magnético terrestre, lo comprime y lo “abre”, y por un fenómeno que se llama reconexión, esas partículas con alta energía ingresan a la atmósfera por los polos terrestres”, detalla Mandrini.

En las regiones polares, esas partículas energéticas dan lugar a hermosas auroras: fenómenos de brillo o luminiscencia que se observan en el cielo nocturno.

Apagones en la Tierra

Ese ingreso de partículas energéticas también puede llegar a producir estragos en las redes de electricidad de las grandes ciudades del hemisferio norte. Por ejemplo, en marzo de 1989, la ciudad de Quebec, en Canadá, padeció los efectos de una fuerte tormenta solar, que causó un gran apagón que duró 90 segundos. Asimismo, la red eléctrica de Montreal se vio paralizada durante más de nueve horas; las pérdidas económicas fueron millonarias.

Las tormentas solares también pueden causar interferencias en las señales de radio y afectar los sistemas de navegación aéreos en ambos hemisferios. En general, las áreas más castigadas son las cercanas a los polos. Sin embargo, en septiembre de 1859, gran parte del planeta sintió los efectos de una intensa tormenta solar. En Estados Unidos y el Reino Unido las líneas telegráficas quedaron inutilizadas, y pudo verse una aurora boreal en zonas alejadas de los polos, como Roma o Hawái, aunque no se vieron en el hemisferio sur.

“Cuanto más dependientes seamos de la tecnología, más vulnerables estamos frente a las tormentas solares”, destaca Mandrini. Es por eso que la NASA envía advertencias cuando los datos indican que puede haber riesgo de mayor actividad.

A la variación del número de manchas se lo conoce como “ciclo solar”, y dura aproximadamente 11 años. Como los eventos activos ocurren en la proximidad de manchas solares, cuantas más manchas haya (máximo del ciclo solar), mayor es la probabilidad de que ocurra un evento activo. Sin embargo, se ha observado que los eventos activos más energéticos tienden a ocurrir durante la caída del ciclo solar. “En el 2003, por ejemplo, el Sol estaba en la fase de decaimiento de actividad y sin embargo ocurrieron varias fulguraciones y eyecciones coronales de masa en unos pocos días, a fines de octubre y principios de noviembre. Como resultado de estos fenómenos Japón perdió tres satélites de comunicaciones”, comenta Mandrini.

Las tormentas solares pueden afectar a las personas, en el caso de astronautas en caminata especial, o pasajeros de un vuelo transpolar, pues las fulguraciones emiten rayos X de muy alta energía.

Mientras que la radiación emitida en el Sol tarda 8 minutos en llegar a la Tierra, las partículas que componen a las eyecciones de masa viajan a una velocidad media de 500 kilómetros por segundo y pueden tardar entre algunas horas y tres o cuatro días en afectar el campo magnético terrestre. Es decir, es posible dar alertas, pues el Sol es monitoreado durante las 24 horas diarias.

Ciclos de actividad

El Sol, como muchas otras estrellas, tiene ciclos de mayor actividad y períodos de “reposo”, que se vinculan al número de manchas solares. A partir de 1859 se comenzaron a realizar observaciones sistemáticas, y con estos datos y otros registros anteriores, se determinó que los ciclos duran alrededor de once años. Actualmente el Sol está transitando el ciclo 24, luego de un período sin manchas solares. Éstas comenzaron a aparecer nuevamente, en pequeño número, a mediados del 2009.

“Las manchas solares son concentraciones de campo magnético intenso, pueden alcanzar hasta 3000 gauss, medida de la densidad del flujo magnético”, indica Mandrini. Esa magnitud es importante si se piensa que el campo magnético terrestre es de 0,5 gauss, y el de un pequeño imán, alrededor de 100 gauss.

En el pasado, algunos ciclos de menor actividad solar tuvieron efectos en el clima terrestre. A mediados del siglo XIX, cuando las manchas comenzaron a estudiarse de manera sistemática, se buscaron los registros previos y se vio que había un período de 70 años, entre 1640 y 1715, en el que casi no había registros de manchas solares. En realidad se habían identificado alrededor de 50 manchas, mientras que lo habitual era entre 40 mil y 50 mil.

El interrogante era si fallaba el registro, o si, efectivamente, las manchas no se habían producido. El astrónomo británico Edward Maunder se abocó a estudiar el tema y llegó a la conclusión de que en ese período las manchas habían estado casi ausentes. Tampoco había registros de auroras polares, que eran habituales en Gran Bretaña y los países escandinavos. Pero lo más llamativo fue que en esa región, y durante ese lapso, se habían registrado inviernos muy fríos con intensas nevadas. Es más, cuadros de la época muestran canales y ríos convertidos en pistas de patinaje sobre hielo.

La relación entre manchas solares y clima también puede determinarse con el estudio de los anillos de los árboles (dendrocronología). En efecto, los anillos de crecimiento grabados en el tronco de un árbol indican no sólo la edad, sino también –según su mayor o menor grosor– la variación en el crecimiento, y por ende, los cambios en las condiciones climáticas. Durante los períodos fríos, los anillos son más delgados.

El creador de la dendrocronología, el astrónomo estadounidense Andrew Douglass, pudo mostrar que durante los 70 años de ausencia de manchas solares, los anillos de los árboles eran muy delgados y que, además, mostraban concentraciones muy altas de carbono radiactivo. Este último dato era indicador de que la Tierra había estado sometida a una mayor afluencia de radiación cósmica.

Cabe destacar que, durante el ciclo de máxima actividad solar, los rayos cósmicos provenientes del espacio interestelar encuentran mayor dificultad para ingresar a la atmósfera terrestre. En cambio, en los mínimos solares, los rayos cósmicos tienen acceso libre. Así, su mayor o menor ingreso es indicador de alta o baja actividad solar. Para conocer esos parámetros en el pasado, pueden analizarse los hielos antárticos a gran profundidad, y determinar la mayor o menor presencia de ciertos isótopos de origen cósmico.

Mínimo solar y temperatura global

Si del Sol depende la vida en la Tierra, se puede pensar que el clima, y por ende, el calentamiento global se encuentran ligados a los ciclos de actividad de nuestra estrella. “Desde principios del siglo XXI, tuvimos un mínimo solar prolongado y muy profundo. Se esperaba que el nuevo ciclo comenzara en 2007, cuando empezó en realidad un mínimo de varios meses sin manchas solares. Recién a mediados del 2009 comenzó un nuevo ciclo solar que está alcanzando un máximo en 2013, pero con reducido número de manchas solares, aun menor que en el ciclo 1968-1970. En éste, las temperaturas de la Tierra fueron bastante más bajas que en las dos décadas anteriores y por supuesto menor que el calentamiento posterior”, indica la doctora Rosa Compagnucci, investigadora del CONICET en el Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, de Exactas-UBA.

En un artículo publicado en Advances in Space Research, Compagnucci junto con el doctor Rodolfo Cionco, investigador de la Universidad Tecnológica Nacional, predicen un ciclo de mínima actividad solar que tendrá influencia en el clima global.

“Si la actividad solar no hubiese disminuido tanto, la tendencia de la temperatura habría seguido en aumento, como lo venía haciendo en los últimos 50 años, y esto significa que el dióxido de carbono antropogénico frenó el enfriamiento que podría haberse producido”, destaca la investigadora, que a continuación aclara: “Yo no niego que el dióxido de carbono tenga influencia, pero no hay que desestimar al Sol”.

Teniendo en cuenta que la variación en la irradiancia solar es del 0,1%, Compagnucci señala: “El cambio en la irradiancia solar genera un feedback en el sistema climático, por ejemplo en la nubosidad, y algunos aspectos, como la influencia de los rayos cósmicos galácticos en la nubosidad, no son tenidos en cuenta en los modelos”. La cantidad y tipo de nubes afecta el aumento o disminución de la temperatura.

Según Compagnucci, “el escenario climático que en el 2001 predecía la temperatura de las futuras décadas, no se cumplió en el 2010, ya que se pronosticó un aumento de temperatura que no ocurrió, pues ésta se mantuvo relativamente estable a partir del 2001, y el IPCC no explica completamente”.

Por su parte, la doctora Inés Camilloni, investigadora del Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA CONICET/UBA) detalla: “Se producen cambios en el clima cuando el sistema climático sale de las condiciones de equilibrio entre la energía que recibe del Sol y la que se devuelve al espacio. Ese desbalance, que se genera cuando hay más gases de efecto invernadero, o erupciones volcánicas, se denomina ‘forzante radiativo’, y su valor permite medir la importancia relativa de las distintas causas que producen cambios en el clima”. En efecto, los investigadores pueden calcular cuánto cambió el forzante radiativo entre 2011 y 1750 (inicio de la Revolución Industrial). En ese período, se sabe qué erupciones volcánicas hubo, se conoce la energía del Sol, y la concentración de gases de invernadero.

“Se comprobó que el forzante radiativo de gases de invernadero que se incorporan por la acción humana es mucho mayor que el asociado a cambios en la radiación solar”, destaca Camilloni. Según la investigadora, “el impacto de los cambios en la energía solar es mínimo, comparado con el aumento de gases de invernadero o las erupciones volcánicas”. Estas últimas producen un forzante radiativo negativo.

El último informe del IPCC, presentado en septiembre de 2013, en Estocolmo, Suecia, confirma que la causa del calentamiento global reside en la acción humana. Señala que el calentamiento “es inequívoco y desde 1950 son muchos los cambios observados en todo el sistema climático que no tienen precedentes en los últimos decenios o milenios”, y prosigue: “Es sumamente probable que la influencia humana haya sido la causa dominante de este calentamiento”.

Al respecto, concluye Camilloni: “Esa afirmación surge del juicio experto de los científicos, del nivel de certeza del análisis de la información disponible”.

Frente a la hipótesis del efecto de los gases de invernadero sobre el calentamiento global, que cada día cuenta con más evidencias, algunos investigadores sostienen que la influencia de la radiación solar sobre el clima no puede desestimarse. En este complejo panorama, lo que se sabe a ciencia cierta es que la irradiancia solar total varía muy poco con la actividad solar. Pero habría otros factores que también afectarían el clima, como la acción de los rayos cósmicos, las variaciones de la radiación UV a lo largo del ciclo solar y su influencia en la química atmosférica, entre otros. Los investigadores aseguran que el Sol influye, pero que no logra opacar el rol de las emisiones de gases como producto de la actividad humana.

 

Influencia de la radiación solar

Los ciclos de máximos y mínimos solares tienen poca influencia en la irradiancia solar total, que es “el flujo de radiación emitido por el Sol desde el infrarrojo hasta el ultravioleta”, explica Mariela Vieytes, doctora en física e investigadora del CONICET en el IAFE.

Y prosigue: “Esa irradiancia solar total, que antes se consideraba como una constante, tiene variaciones del 0,1%”. Sin embargo, si se indaga esa variación según las diferentes longitudes de onda en la irradiancia solar espectral, se observan variaciones mayores. “En la zona del ultravioleta, por ejemplo, puede ser entre el 20% y el 50% respecto del rango visible”, subraya Vieytes.

En los últimos años, se está estudiando cómo influye ese cambio en la radiación UV, a lo largo del ciclo, en diferentes procesos, en particular en la química de la atmósfera, por ejemplo, el ozono y el oxígeno molecular que se forman a partir de esa radiación, según indica la investigadora. En efecto, el cambio en esa radiación modifica la cantidad de ozono presente en la estratósfera.

“Estudiar la irradiancia solar espectral, tanto en forma observacional como en su modelado, es de suma importancia pues constituye un parámetro de entrada fundamental para los modelos climáticos actuales y, al modificarse, puede cambiar los resultados”, concluye Vieytes.

 

El Sol y los ríos

Un equipo de investigadores del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE) halló una correlación entre las manchas solares y el caudal del río Paraná, en una escala de entre veinte y treinta años. El análisis fue realizado a partir de datos tomados en una estación de medición de la ciudad de Corrientes, que efectúa un monitoreo diario en forma continua desde 1904.

“Mostramos que el caudal del Paraná es mayor en las tres últimas décadas, con un valor medio casi 20% más alto que en los primeros setenta años del siglo XX. En particular, durante los últimos treinta años se incrementó en los meses de caudal mínimo (mayo a diciembre), mientras que se mantiene más o menos constante en los de máximo”, señala la doctora Andrea Buccino, investigadora del CONICET en el IAFE, que firma el artículo publicado en Physical Review Letters junto con el doctor Pablo Mauas, investigador del CONICET en el mismo instituto.

El mayor caudal del río se había atribuido a la deforestación del Amazonas, que facilitaría el drenaje del agua. Sin embargo, según destacan los investigadores, la misma tendencia se encontró también en otros ríos de la región, como el Iguazú, cuya cuenca no ha sufrido cambios significativos en el uso de la tierra durante el siglo XX.

Los investigadores concluyen que la variabilidad del caudal del Paraná tiene diferentes componentes temporales: en una escala de siglos, esa variación sería parte del cambio climático global; en una escala de décadas, habría una fuerte correlación con la actividad solar: el mayor número de manchas y la irradiancia solar. En una escala más pequeña, anual, la variación en el caudal se vincula con el fenómeno de El Niño.