Blog de José Luis Castillo

El deuterio es un isótopo del hidrógeno (hay otro, que es el tritio, pero de ese no hablamos hoy). Eso quiere decir que son iguales en número de protones y en número de electrones, pero no en número de neutrones.

En otras palabras, se comporta como el hidrógeno, se une a las mismas moléculas que el hidrógeno. Sólo que pesa un poquito más que el hidrógeno.

¿O no se comporta exactamente igual? Pues no, no se comporta lo mismo del todo. Resulta que los enlaces que forma el deuterio son más fuertes que los que forma el hidrógeno. Ten en cuenta que el hidrógeno es importantísimo en biología. Porque forma puentes de hidrógeno, que es el velcro de las moléculas. Recuerda que los puentes de hidrógeno son enlaces muy débiles, pero muy numerosos. Su fortaleza está en la suma, no en cada uno. Y si sustituyo el hidrógeno por el deuterio, tengo moléculas mucho más estables, que se rompen mucho más difícilmente.

¿Te imaginas un fármaco así? Se degradaría más lentamente. El cuerpo lo eliminaría más despacio. Actuaría más tiempo. Requeriría tomar menos dosis.

Fármacos “pesados”, con isótopos pesados.

Y parece que, en algunos casos, al menos por ahora, funciona.

Pudiera crear una nueva generación de fármacos, con duraciones más largas en el interior de cuerpo. Y con duraciones variables, en función del número de deuterios que se hayan incluido. Más o menos, según interese.

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Etiquetas:deuterio, farmacología, isótopo

¿Cómo se puede conocer cómo ha sido el clima del pasado? Hay datos en las rocas que lo permiten. Se llaman indicadores paleoclimáticos. Con la que está cayendo de cambio global, mejor será ir conociendo por qué estamos preocupados. Y una de las razones es que lo que está sucediendo no ha sido visto en esos indicadores paleoclimáticos. No a esta velocidad.

Los principales cambios climáticos que han dejado huella en el registro paleontológico se deben a fenómenos lentos: procesos de tectónica de placas relacionados con el tamaño de los continentes, su posición respecto a los polos, su agrupación o separación, su relación con las corrientes marinas, las cordilleras generadas en sus choques y su relación con los vientos, etc. También tienen que ver sucesos como el cambio en la inclinación del eje de rotación, o variaciones en la forma de la órbita de traslación. Todo ello muy lento.

Es verdad que pueden sobrevenir cambios rápidos que dejen huella en el clima. Erupciones volcánicas. O impactos meteoríticos. O alteraciones en la dinámica solar. Pero las erupciones volcánicas que de verdad cambian el clima, no que dejan mera huella, que lo cambian de verdad, duran algún que otro millón de años. Y el impacto meteorítico… Si nos vamos a comparar con eso, es que vamos mal. Y en cuanto a las alteraciones de la actividad solar, su impacto es menor que el de los otros factores. No es el protagonista. Un buen actor secundario sí, pero no el protagonista.
No. No hay huellas de cambios climáticos tan rápidos. No decimos intensidad, ojo. Rapidez.

¿De qué huellas estamos hablando?

De depósitos glaciares de la misma edad con una amplia distribución. De yacimientos de carbón, que indica abundante vegetación y clima generalizadamente húmedo. De dunas fósiles u otra clase de depósitos eólicos, propias de ambientes áridos o semiáridos (te recuerdo que la acción del viento se nota más cuando hay menos agua actuando). De rocas evaporíticas, propias también de climas áridos o semiáridos, pero con ocasionales precipitaciones torrenciales. De paleosuelos ricos en depósitos férricos, propios de ambientes oxidantes, exentos de agua. De lateritas y bauxitas, rocas y minerales que se forman cuando todo lo demás ha sido lavado por el agua que cae abundantemente en el suelo (es decir, formadas por los materiales más insolubles), lo que significa climas tropicales muy húmedos. De fósiles de corales, que apuntan a una elevada temperatura marina.

También se puede calcular la temperatura del agua del mar a partir del análisis de isótopos del oxígeno. Si el isótopo pesado ¹⁸O está en mayor cantidad de lo normal, es que hizo calor y se evaporó mucha agua (el isótopo ligero se evapora más y deja el pesado atrás). Si no, pues lo contrario.

Y se pueden verificar la presencia de determinados elementos en las rocas. Se trata de elementos químicos como Ca, Na y Sr, que se pierden rápidamente en cuanto hay meteorización por acción del agua. Cuanta más meteorización, mas pérdida de esos elementos, de modo que se puede calcular cuanta meteorización química hubo y, por tanto, cuánta humedad disponible, lo que da una idea del clima. Se llama parámetro CIA (del inglés “Chemical Index of Alteration”).

Con todos esos datos se ha establecido, más o menos, como fueron, a grandes rasgos, los climas del pasado. Y se ha observado que hay fuerte correlación con la cantidad de CO₂ en la atmósfera. Parece que éste es el factor determinante.

Bueno. Si lo es, tocarlo no ha sido, desde luego, una buena idea.

Hay evidencias directas de que la Tierra queda afectada por glaciaciones durante, al menos, el 5-10% de su historia. La primera gran glaciación generalizada fue la Huroniana, hace 2.400-2.300 m.a. También hay un gran periodo de glaciaciones dentro del Neoproterozoico, que da nombre a una edad de la Tierra, el Criogénico, que va desde hace 850 a hace 630 m.a., con las grandes glaciaciones Sturtian y Varanger. Ya en el Paleozoico, se pueden observar diferentes glaciaciones en Gondwana conforme se sitúa en el polo sur en varias ocasiones (Ordovícico final, Carbonífero final y Pérmico inicial). La siguiente época de glaciaciones nos ha tocado en suerte: es el Cuaternario. ¡Qué gracioso el clima! 230 millones de años de tranquilidad y viene a ser ahora.

Respecto a la descripción de los paleoclimas, podemos decir que los indicadores sugieren que, durante el Arcaico, la atmósfera mostraba mayor efecto invernadero, con más CO₂ y más CH₄. Pero esa era una época de atmósfera primitiva, la que no tenía oxígeno. Una pista de que el planeta era más cálido lo dan unas rocas muy típicas de aquella época, que hoy no existen, llamadas formaciones de hierro bandeado (en inglés, BIF). Se trata de depósitos acuáticos muy finos de hierro, formando láminas. Para que se depositen las láminas en el agua, y no se alteren, debe haber poco oleaje. Para que haya poco oleaje debe haber poco viento. Para que haya poco viento, los polos no deben estar muy fríos ni el ecuador excesivamente caliente (un planeta con pocas diferencias). Además, como junto con las BIF también aparecen estromatolitos y depósitos calizos, eso sugiere que el clima era cálido.

Bueno, así trabajan los geólogos. Se trata de una tarea de detectives.

En el Proterozoico sí que existen estos mismos rasgos, pero alternados con suelos con abundante hierro rojo (si hay mucha humedad el color del hierro pasa a azul, luego había poca) y depósitos eólicos. Todo ello indica que el clima osciló entre épocas más frías y más secas, y otras más húmedas y más cálidas. De todos modos, el CIA (del que te hablé antes) es muy elevado para todo el Arcaico.

De todos los cambios climáticos, los que más llaman la atención son las diversas glaciaciones. Especialmente la Huroniana, la Sturtian y la Varanger. Las dos últimas son muy llamativas. Ya lo verás.

Del Fanerozoico tenemos muchos más datos. Y estos hablan de alternancia. Con periodos secos y fríos, y otros más cálidos y húmedos. La mayor parte del Paleozoico, cálido, para entrar en oscilaciones notables al final. En cambi, en el Mesozoico, lo más frecuente es que el clima sea cálido. Y seco en sus inicios, tendiendo a mucho más húmedo hacia el final (Cretácico). El Terciario es una edad de enfriamiento. Y el Cuaternario se caracteriza por amplias glaciaciones punteadas por periodos interglaciares más breves.

Parece un contrasentido preocuparse por un calentamiento global en medio de una edad de glaciación. Lo que se teme, realmente, es la velocidad a la que ocurren los cambios. No hay precedente.

Así las cosas, nos tienen que llamar la atención las glaciaciones. Mañana las continúo. Lo prometo.

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Etiquetas:bola de nieve, caliza, Clima, CO2, Criogénico, Cuaternario, depósitos eólicos, eje de rotación, evaporita, Evolución, Fanerozoico, glaciación, hierro bandeado, Huroniana, indicador paleoclimático, isótopo, Mesozoico, meteorización, órbita, paleoclima, Paleozoico, Proterozoico, Sturtian, Terciario, Varanger, vulcanismos

Leí en el número de diciembre de 2005 de la revista “Investigación y Ciencia” un artículo que me interesó sobre cómo descubrir claves del pasado de nuestro planeta. Puede servir para hacerse una idea del principio de inclusión, del proceso de enfriamiento de la Tierra y tiene implicaciones para el origen de la vida.

Durante mucho tiempo se ha venido aceptando que, en sus orígenes, la superficie terrestre fue un mar de magma sometido a bombardeo meteorítico, que tardó en enfriarse unos 500 millones de años. Es lo que se ha denominado periodo Hádico (por el infierno de la mitología griega, el Hades). ¿La razón de esa fecha? Pues que no se han encontrado rocas inalteradas de edades superiores a 4.000 millones de años (el récord lo ostenta el gneis de Acasta, en el Territorio del Noroeste, Canadá) ni materiales sedimentarios de más de 3.800 (Isúa, Groenlandia).

Pero algo ha puesto en duda este panorama: el descubrimiento de cristales de circón en rocas antiguas y el estudio de sus edades y propiedades. Sugieren, por ejemplo, que el Hádico fue breve y que hubo océanos antes de lo que se pensaba.

A partir de unas rocas de Australia de 3.000 millones de años de antigüedad (conglomerados de Jack Hills y Monte Narryer) se aislaron cristales de circón (unos pocos gramos a partir de cientos de kilos de piedra). El circón es un material tan resistente que sobrevive con facilidad a la erosión de la roca en la que está inmerso. En ese caso, si se destruye la matriz que lo tiene atrapado, sufre transporte y puede pasar a formar parte de otra nueva roca sedimentaria. Y así sucesivamente.

Se da la circunstancia de que el circón es un excelente cronómetro geológico. Su estructura cristalina impide la presencia de átomos tan grandes como los de plomo, por lo que, de modo nativo, están exentos de él. Pero el uranio sí que puede aparecer como impureza. Y cuando se desintegra produce plomo. Así, todo este elemento tiene que proceder, necesariamente, de aquél. Usando unas sencillas matemáticas y sabiendo el periodo de semidesintegración del uranio es fácil conocer la edad de un circón con un margen de error del 1% (lo que, para la historia de la Tierra supone unos 40 millones de años).

Analizando los circones de Jack Hills se encontraron cinco de edad superior a 4.000 millones de años (4.400 uno de ellos). Las condiciones del Hádico los habrían destruido, luego la Tierra se tuvo que enfriar antes. Cuando ellos llegaron a la superficie, tenía que ser más tibia que ardiente.

Pero hay más. Se puede estudiar la relación relativa de dos isótopos del oxígeno. Uno, el ¹⁸O (raro) y otro el ¹⁶O (habitual). Bueno, pues esa relación no concordaba con la de magmas basálticos, supuestamente los normales de aquella época, procedentes del manto. Pero sí con la de magmas graníticos, que hoy se forman en zonas de subducción. En ellos hay materiales que han estado en contacto con el agua de lluvia y que les llegan al erosionarse y sedimentarse en una cuenca oceánica. El contacto de esos sedimentos con el agua de lluvia o del mar habría alterado la relación entre ambos isótopos del oxígeno, característica que luego hereda el magma en el que nacen los circones.

Bueno. Podríamos suponer que un proceso de la Tierra primigenia, un proceso que sólo se daba en aquellas condiciones y que hoy no sucede, creó circones con esa relación isotópica. Pudiera ser.

Pero…

Resulta que algunos de los circones consisten en un núcleo más antiguo rodeado de material más modernos. Esto sugiere que se formó primero la parte central y decenas, cientos de millones de años después, siguiendo el ciclo de las rocas, volvieron a formar parte de un magma que les añadió nuevas capas. Pues bien, la cantidad de titanio en ambos casos es la misma. Y escasa. Lo que indica que la temperatura del magma no fue alta, característica propia de magmas graníticos (si la temperatura del magma hubiera sido alta, la cantidad de titanio habría resultado bastante mayor).

Así pues, es muy probable que los circones nacieran en magmas graníticos, contaminados con materiales sedimentarios como ocurre hoy. Esto sugiere que el mundo Hádico fue breve. Y que, quizá, la vida dispuso de más tiempo de que creíamos para florecer.

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Etiquetas:circón, datación, Hádico, isótopo, meteorito, Tierra

La filosofía viene en nuestra ayuda cuando hay que tomar una decisión con datos incompletos o contradictorios: se llama criterio de parsimonia o “navaja de Ockham“, y dice que en una disyuntiva, la alternativa más simple es la más probable.

En otras palabras: ¿blanco y en botella?.

O también: si oyes animales al galope en un sitio donde viven caballos, piensa en caballos, no en cebras.

Es verdad que la navaja de Ockham puede llevarnos a error, pero menos veces que la imaginación desbocada. Es una buena guía para equivocarse menos.

Vamos a aplicarla al cambio climático, como los CSI: arma, oportunidad y motivo.

Un científico de finales del siglo XIX, Arrhenius, descubrió que el CO₂ se podía comportar como lo que luego se ha llamado “gas invernadero” (un gas que atrapa y exprime la energía que lleva la radiación solar, que cada rayo de sol deje más energía, que hace que el calor que la Tierra desprende quede bastante retenido en la atmósfera y no escape tan rápido al espacio exterior.

Ya tenemos el arma. El CO₂ puede hacerlo.

Hay otras armas: que el clima siempre ha cambiado, que el Sol tiene épocas más activas, etc. Pero los datos no concuerdan bien. El clima de esta época de la historia tendía hacia más frío, no hacia más calor (glaciaciones durante los últimos milenios, una época de mucho frío hace tres siglos llamada la “Pequeña edad de hielo“, iniciado justo antes de la Revolución Industrial, y al que precedió una época más calurosa, llamada “Óptimo climático medieval“). La actividad solar no está siendo insitadamente alta, sino que parece muy normalita.

Es verdad, hay otras armas, pero el CO₂ es la que mejor explica lo que está pasando.

Luego se han descubierto más gases invernadero (la propia agua, el metano), pero el CO₂ es el que más preocupa. ¿Por qué? Porque desde la revolución industrial los humanos hemos aprendido a lograr mucho bienestar quemando cosas: principalmente carbón y petróleo. Y quemar cosas desprende mucho CO₂. Efectivamente, hemos logrado, en unos tres siglos, vivir mucho mejor: quemando mucho. Y eso ha dejado huella: sabemos que la cantidad de CO₂ en la atmósfera ha aumentado.

Ya tenemos la oportunidad. El CO₂ ha podido hacerlo.

Es cierto Desde hace ¡¡20 millones de años no había estado tan alta!! Y nunca había aumentado a tanta velocidad. Y lo sabemos porque se han examinado burbujas de gas atrapadas en bloques de hielo, formados durante los últimos milenios, procedentes de glaciares y los polos, comparándolos con los datos que se tienen de las temperaturas de los últimos millones de años. Pero hay más.

Se pueden analizar los átomos de CO₂ emitidos a la atmósfera para verificar su firma isotópica. Es decir, cuántos átomos hay de cada clase de isótopos del C. No todo en la naturaleza tiene la misma cantidad de isótopos de un átomo dado. En el caso del C, la fotosíntesis es el proceso que incorpora ese átomo a la materia viva. Y la fotosíntesis prefiere al ¹²C, más ligero, que al ¹³C, más pesado. Así, todo lo que venga de la materia viva, incluidos petróleo y carbón, tienen una cantidad de ¹²C mayor de lo normal. Esto sirve para diferenciar si el CO₂ que se ha añadido a la atmósfera durante los últimos 300 años procede de la quema de carbón y petróleo o de otras fuentes, como volcanes.

¿Adivinas el resultado? La firma isotópica del CO2 vertido durante los últimos tres siglos dice que viene de….¡petróleo y carbón!

Ya tenemos al que apretó el gatillo. Nosotros.

Estamos estrechando el cerco al criminal. Pero falta una cuestión: ¿por qué? Es decir, el móvil.

Es fácil: porque queremos vivir mejor. Vivir en equilibrio con la naturaleza significa un problema: no tenemos comodidades. En la nuestra naturaleza original, en la sabana africana en la que surgió el primer Homo, no había televisión, ni internet. No había seguridad alimentaria, ni justicia ni educación. Ni más medios de transporte que las piernas. Hemos creado un mundo lleno de comodidades. Y está bien, a mí me gusta. Pero cada comodidad gasta energía, nos aleja del equilibrio. Vivir con comodidad es vivir lejos del equilibrio. Y cuanto más cómodo, más desequilibrado.

Por supuesto, las comodidades hay que pagarlas. Y las pagamos dos veces. Una con trabajo que convertimos en dinero. Y la otra con residuos, vertidos, desperdicios, contaminantes. Todo desequilibrio genera residuos. Un mundo en desequilibrio es un mundo con residuos. Es inevitable.

Todos ganamos con los contaminantes. Ganamos en comodidad. Pero también perdemos. Perdemos algo de calidad de vida, algo de salud. Y cuantos más contaminantes, más perdemos. O se lo hacemos perder a otro si logramos que los contaminantes se vayan a otro sitio (y los pobres desgraciados que están en esos sitios, no tienen la comodidad, pero sufren los residuos: eso se llama externalizar).

Pero los hay que ganan más. Los que venden las comodidades. Si yo pago algo, hay alguien que cobra. Y cuantas más comodidades me venda, más gana. Pero también más residuos. Cuantos más residuos, más rico es el que vende comodidades.

Aquí hay un problema: el nivel de contaminantes óptimo no es el mismo para el que compra comodidades y para el que las vende. El que vende quiere que estén más altos. Incluso a un nivel en el que los que compramos estaríamos incómodos. Es curioso: conseguir más comodidades, a partir de un punto, no sólo no mejora nuestra vida, sino que la empeora.

Ya tenemos el movil. En realidad son dos: comodidad y dinero. Por la comodidad, todos somos culpables. Por el dinero, son más culpables los que venden comodidades.

Cualquier jurado condenaría tanto a los que compramos (inductores del crimen) como a los que venden (ejecutores). Pero hay más. Los encubridores.

Son los más criminales de todos, los que dicen que nos representan, pero en realidad defienden los intereses de los que venden comodidades. Los que niegan el cambio climático para que los que venden comodidades puedan seguir haciéndolo, puedan seguir contaminando para ganar dinero, aunque eso signifique que nuestra vida va a ser peor, menos sana.

Menos mal que los políticos también son reciclables.

Visto para sentencia.

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Etiquetas:bienestar, cambio climático, CO2, contaminación, Economía, energía, firma isotópica, isótopo, política

No voy a inventar la rueda. Mucha gente ha explicado, muy bien, lo que es un átomo. Mucha gente ha explicado muy bien lo que es ion, isótopo, elemento. A mí, estas me gustaron. Pero seguro que hay más. Si encuentras alguna y te gusta, añádela mediante un comentario.

Átomo: wikipedia, Cnice.

Ion: wikipedia, Educamadrid,
Isótopo: wikipedia, aefcf_cientec,
Elemento químico: wikipedia, Cnice

Pero también es verdad que si no me callo reviento. Así, que yo también tengo que hacer mi aportación.

Ya has visto lo que es un átomo. Queda definido por el número de electrones, protones y neutrones que tiene. Pero, ¿qué pasa si cambia el número de electrones? ¿Y si cambia el número de protones y el de neutrones? Ahí es donde entran las ideas de ion, isótopo y elemento químico.

Quitarle o ponerle electrones a un átomo suele ser fácil. ¡Hombre, cuantos más les pongas o les quites, más difícil es! Pero uno, un par de ellos, quizás tres… no suele ser un problema. Son pequeñitos y están lejos del núcleo. Se mueven. Pueden saltar de un átomo a otro. Cuando un átomo ha ganado o perdido electrones, se dice que es un ion. ¿Qué le pasa al átomo que ha perdido o ganado electrones? No ha perdido sus características. Sigue siendo más o menos el mismo. ¿Qué es lo que cambia? Con quién se une y cómo se une. Los iones forman enlaces con otros átomos de modo distinto según el número de electrones que tienen. Pero el átomo sigue siendo el mismo.

Quitarle o ponerle neutrones es otra historia. Están en el núcleo y son gordos. Su función es mantener unidos los protones del núcleo (recuerda, los protones tienen carga positiva, y las cargas del mismo signo se repelen, así que los neutrones permiten que convivan juntos muchos protones). Cuesta mucho trabajo poner y quitar neutrones así como así. Pero se puede hacer. Incluso hay átomos que pierden neutrones espontáneamente, por sí solos, sin ayuda (son átomos radiactivos). Dos átomos iguales en todo, menos en el número de neutrones, tienen las mismas características, son la misma clase de átomo. Sólo que su núcleo es más o menos estable y pesa más o menos. Nada más. Gana o pierde estabilidad, gana o pierde masa. Pero el átomo sigue siendo el mismo. Los átomos que sólo se diferencian en el número de neutrones se llama isótopos.

¿Qué le ocurre a un átomo que cambia el número de protones? Eso es otra historia. Meter un protón, con carga positiva, donde ya hay otros protones, con carga también positiva, no es nada fácil. Se puede hacer, pero cuesta un trabajo inmenso. Para que te hagas una idea, eso, en la Tierra, normalmente no pasa. Ocurre en el Sol. De hecho, el Sol es una estrella porque tiene tanta masa, tanta fuerza de la gravedad, que puede añadir protones a los átomos. De ahí sale la luz del Sol, de añadir protones a los atomos. Eso se llama fusión nuclear. También se le puede quitar protones a un átomo. Eso sí pasa en la Tierra de manera habitual. Es la radiactividad (una radiactividad distinta a la de la pérdida de neutrones, pero radiactividad al fin y al cabo). Se llama fisión nuclear. Imagínate el trabajo que cuesta y la energía que desprende. Es bestial. Y algo que cuesta tanto trabajo y desprende tanta energía no va a dejar al átomo indiferente. Lo convierte en otro elemento químico, con otras características diferentes. El hidrógeno deja de ser hidrógeno y pasa a ser otra cosa. Incluso un átomo cualquiera, si le pones los suficientes protones o le quitas los suficientes protones, terminaría convirtiéndose en oro. Eso sí, cuesta tanto trabajo, gasta tanta energía, que aunque se pueda hacer no sale rentable, así que no te emociones.

Espero que te haya quedado claro, no sólo qué es un átomo, sino qué pasa si pierde o gana electrones (iones), si pierde o gana neutrones (isótopo) si pierde o gana protones (cambio de un tipo de elemento químico a otro).

Puedes comprobar si lo has entendido aquí. ¿Dónde va este enlace? ¡Sorpresa!

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Etiquetas:átomo, electrón, enlace, ion, isótopo, neutrón, protón