Un año en la vida del CO2 de la Tierra

Mediante un modelo informático de ultraalta resolución, los científicos de la NASA han podido echar un nuevo vistazo al modo en que viaja el dióxido de carbono por la atmósfera del planeta.

En la simulación se puede ver cómo el dióxido de carbono gira y se desplaza a medida que los vientos dispersan el gas invernadero lejos de sus fuentes. También se aprecian las diferencias entre los niveles de CO₂ en los hemisferios norte y sur; así como los marcados cambios en las concentraciones globales de dióxido de carbono a medida que el ciclo de crecimiento de las plantas y los árboles cambia con las estaciones.



El vídeo fue realizado mediante un modelo informático llamado GEOS-5, creado por científicos del Departamento de Modelado y Asimilación Global del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA (NASA's Goddard Space Flight Center).

La visualización es producto de una simulación denominada Nature Run, que toma datos reales sobre las condiciones atmosféricas y la emisión de gases invernadero y de partículas atmosféricas tanto naturales como creadas por el hombre. Después se deja que el modelo corra por sí solo, simulando el comportamiento natural de la atmósfera terrestre.

Esta simulación recorre un año entero. Aunque los científicos del Goddard trabajaron con una versión "beta" del Nature Run durante varios años, lanzaron por primera vez a la comunidad científica esta versión actualizada y mejorada en otoño de 2014.
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Fuente:
http://svs.gsfc.nasa.gov/goto?11719 

Controlando un punto de inflexión

El concepto del punto de inflexión es como sigue: un sistema generalmente estable evoluciona a un punto donde la estabilidad desaparece y el sistema cambia, de repente y de forma irreversible, a un estado totalmente diferente y, a veces, catastrófico. El sistema podría ser una red eléctrica que experimenta un lento aumento en la demanda, hasta que se alcanza un apagón a gran escala; o un sistema climático sujeto al aumento de gases invernadero, que finalmente experimenta un cambio abrupto en la temperatura media.

Un huevo, simbolizando un punto de inflexión.
[Foto original de Jovel (2010).]

Para un sistema con múltiples resultados potenciales, Takashi Nishikawa (Universidad Northwestern) y Edward Ott (Universidad de Maryland) afirman que puede ser posible dirigir el sistema hacia un resultado deseado por medio de un pequeño empujón cuidadosamente elegido.

Para su estudio, consideraron teóricamente la evolución de un sistema unidimensional con ruido. En cada iteración, la posición actual se cambia a una nueva posición; y el cambio depende de un parámetro que varía lentamente, al que se añade ruido al azar. Cuando el parámetro alcanza un cierto umbral (que se denomina bifurcación), el sistema cambia a uno de dos estados posibles, cambio que depende de forma muy sensible de las fluctuaciones del ruido o de los detalles particulares de cómo varía el parámetro.

Los investigadores han demostrado, mediante simulaciones y de forma analítica, que si la amplitud del ruido es baja, existe un 90% de probabilidades de alcanzar el resultado deseado a través de un único cambio en la posición del sistema cuya cantidad sea solo un poco mayor que el nivel de ruido.

Lo sorprendente es que el cambio requerido toma su valor más pequeño durante un tiempo limitado que ocurre después de la bifurcación. Aunque el método se puede generalizar para más dimensiones, los autores advierten que es necesario tener un modelo del sistema que sea preciso.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/67/9/10.1063/PT.3.2505

Interacciones entre ondas solitarias

Desde que en 1834 John Scott Russell describió por primera vez una gran ola solitaria de forma constante que se propagaba por un canal escocés, tales olas (u ondas) han sido el objeto de numerosos estudios en ámbitos tan diversos como la oceanografía, la óptica, la cosmología, la física de los plasmas e incluso la biofísica.

Se las llama solitones y son ondas no lineales por naturaleza, con velocidades que dependen de la amplitud. Cuando chocan en una dimensión, pueden rebotar entre sí o la más rápida salta sobre la más lenta. En dos dimensiones, pueden ocurrir interacciones más complejas todavía.

Mark Ablowitz y Douglas Baldwin, de la Universidad de Colorado en Boulder, han observado con sorprendente frecuencia diversas interacciones no lineales entre múltiples olas solitarias en dos playas planas. Los dos matemáticos descubrieron que las interacciones normalmente ocurren, aunque brevemente, en aguas poco profundas en el intervalo de dos horas durante la marea baja; tienden a suceder en grupos; y son extraordinariamente resistentes a cambios en la profundidad, perturbaciones debidas al viento o incluso a las rupturas.

Las diversas estructuras de las olas se pueden reproducir usando una ecuación de ondas no lineal en dos dimensiones. La misma ecuación sirve para aproximar la propagación de los tsunamis y los investigadores advierten que interacciones no lineales similares podrían amplificar notablemente el poder destructivo de un tsunami.

Y tú, ¿has visto alguna vez una de estas olas solitarias? Echa un vistazo a este vídeo para descubrirlo. (Vídeo de YouTube sobre interacciones de tipo Y grabado por Mark J. Ablowitz en Nuevo Vallarta, Mexico y editado junto a Douglas E. Baldwin.)

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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/11/10.1063/PT.3.1777

Visualizador del cambio climático

Se habla mucho de lo que los modelos predicen en relación con el cambio climático. Y de cómo afectarían al clima diversos escenarios de dióxido de carbono y otras emisiones causadas por el hombre. Pero, ¿te gustaría verlo por ti mismo?

En mayo, el Servicio Geológico de Estados Unidos y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore lanzaron el Visualizador de Cambio Climático Global (GCCV, por sus siglas en inglés), una aplicación web que permite a cualquiera comprobar de forma simulada los cambios pasados y futuros en los ciclos anuales de precipitación y temperatura por todo el mundo. La dirección es: http://regclim.coas.oregonstate.edu/gccv/

El GCCV incorpora más de 20 modelos climáticos que abarcan desde el año 1850 hasta el 2100. También puede echarse un vistazo al periodo holoceno de hace 6000 años y al último máximo glacial (hace 21 000 años). El estudio del clima a lo largo de la historia es una buena manera de probar la sensibilidad de los modelos y comprobar si reproducen bien los grandes cambios climáticos de los que hay constancia.

A menudo, se oye que va a aumentar la temperatura un grado en una zona del mundo a partir de un año dado. Pues bien, esta aplicación web puede ayudarnos a ver las cosas con una perspectiva más amplia y a comprender mejor lo que los modelos predicen realmente.

Si visitas la aplicación web, no dudes en contarnos tu experiencia.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v66/i7/p28_s2