viernes, 25 de mayo de 2012

40 años de "Los límites del crecimiento".

Escenario estándar (BAU) en el informe Límites del Crecimiento, encargado por el Club de Roma en 1972

Queridos lectores,

De un tiempo a esta parte se encuentran cada vez más artículos en los periódicos en los cuales se niega la posibilidad de que hayan límites al crecimiento con cierta vehemencia y con buena carga de sofismas, cuando no directamente de falacias. La lista de tales artículos es larguísima y sin duda el lector tendrá sus propias preferencias y fobias; yo escojo aquí, a modo de ejemplo simple y arquetipo, un artículo bastante flojo publicado hace unos días en el diario español ABC: Quién fue a hablar. El articulista utiliza una crítica genérica y mal fundamentada al ya viejo informe Los límites del crecimiento como excusa para después cargar contra toda la ralea de progres y neokeynesianos, dando por sentada con una frase la "indiscutible" conexión entre aquellos malditos neomalthusianos de hace 40 años y los que, siempre dentro del BAU, proponen una versión sólo un poco más relajada.

Si hay algo que me destaca de esos artículos no es la repetición de los mismos manidos y falaces argumentos (que ahora comentaré brevemente) sino la cadencia cada vez más frecuente de estos artículos, desde el Habrá petróleo de Daniel Yergin (personaje del que ya hablamos aquí) hasta el Malthus sigue vivo con los alarmistas del Peak Oil, pasando por otras contribuciones patrias como ¿Decrecimiento o abundancia?, por citar sólo tres de las decenas de artículos del mismo tenor en medios de diversa difusión y penetración social. En este blog no he dedicado ningún post al informe Los límites del crecimiento, que este año cumple 40 años (y sobre el que íbamos a hablar en Madrid dentro de un mes en un encuentro que ya no se celebrará por falta de fondos) y creo que el momento es llegado de explicar un poco qué fue y por qué se le criticó, y porque la mayoría de lo que se dice actualmente sobre él no son más que tonterías infundadas. No haré un análisis en detalle, sólo un repaso muy rápido de las cuestiones fundamentales.

En 1972 un grupo de científicos del Massachussets Institute of Technology realizó por encargo del Club de Roma un estudio usando la entonces novedosa teoría de la dinámica de sistemas. El objetivo del estudio era responder a una pregunta: ¿puede el crecimiento económico y material continuar indefinidamente en un planeta finito? Para poder responder esa pregunta, los científicos hicieron un análisis usando una serie de descriptores generales o variables agregadas (por ejemplo, no hay en el modelo "petróleo", "hierro" o "uranio" sino "materias primas") y propusieron una serie de relaciones dinámicas más o menos razonables entre estas variables, las cuales incluyen la población, la producción de alimentos, la contaminación o la producción industrial, todas ellas a escala global. Los autores asignaron unos valores iniciales a estas variables y a sus interacciones que eran más o menos razonables a partir de los datos históricos, y con ellos crearon un escenario estándar cuya evolución calcularon con sus ordenadores. El diseño del escenario tenía por supuesto en cuenta que la producción de materias primas sigue una curva de evolución à la Hubbert, lo cual, en particular, implica que se asume que se descubrirán nuevos recursos con el tiempo (lo cual ya desmonta parte de las tonterías que se suelen decir sobre el informe). Con ese escenario la población del planeta comienza a colapsar a partir de 2018 y lo hace de manera suave y progresiva, lo cual desmonta también otro buen cúmulo de tonterías sobre los plazos que se suelen decir (la mayoría de la gente que opina sobre el informe no lo han leído, por supuesto, y se basan en algunas cifras de cocientes Q/P de aquella época -se explica el concepto en un post anterior- que aparecen en una tabla, y de ahí empiezan a decir que Los límites del crecimiento vaticinaba que el petróleo se agotaría en 1990, como si los autores no supiesen que tanto Q como P varían con el tiempo; de hecho, los autores dicen explícitamente que Q y P varían en el tiempo y justamente dos de los parámetros del modelo son las URR y la tasa marginal de declive). Dado que los resultados de la simulación de evolución de su escenario estándar no era demasiado halagüeña (son las gráficas que abren este post) y aceptando las incertidumbres en la determinación de sus parámetros los autores hicieron una serie de pruebas jugando con los valores de entrada, y en particular crearon un segundo escenario, el de eficiencia, doblando los recursos y la eficiencia en su uso. En ese caso el colapso comenzaría hacia 2070, lo cual a escala histórica no supone una gran diferencia: el crecimiento no es sostenible. Hicieron aún un tercer escenario, el de estabilización del consumo, en el que los recursos usados finalmente -se asumen renovables- no son agotables, y así se evitaba el colapso durante el siglo XXI, aunque quedaba claro que se tendrían que tomar medidas importantes de adaptación.

El informe, en resumen, sólo recogía una serie de observaciones académicas ejecutadas con rigor sobre una cuestión que debería ser obvia: que el crecimiento no puede seguir para siempre (algo que con argumentos simples ya hemos comentado en este blog). A pesar del rigor del estudio, la manera precisa con la que se establecieron las hipótesis y la honestidad con la que se establecieron las salvedades y cautelas, prácticamente desde el principio el informe fue duramente criticado y acusado de pretender cosas muy diferentes de las que pretendía. En poco tiempo se acuñó una etiqueta, una palabra para descalificar rápidamente las conclusiones obvias: neomalthusianismo. En suma: que los que denunciaban que el crecimiento no podía continuar eternamente pasaban a ser sospechosos de desear un colapso de la población o incluso una especie de extermino a gran escala.

Desde la perspectiva de un científico no deja de ser curioso la cantidad de veces que se aventan campañas de desprestigio contra teorías con mayor o menor fundamento científico (como la del cambio climático), y se introduce la insidia de que tienen un gran sesgo ideológico y un plan oculto, el cual mediáticamente se denuncia con gran aspaviento. No deja de ser curioso, porque lo que se tendría que hacer es discutir los hechos de manera científica y fundada, en revistas especializadas en las que los miembros de la comunidad pueden intervenir y discutir los detalles. Y lo que resulta ridículo es presuponer un sesgo ideológico a la ciencia aplicada mientras se camufla el obvio sesgo ideológico del discurso BAU. Por tanto, y de acuerdo con la filosofía de este blog, considero importante acabar este post haciendo una pequeña discusión sobre los aspectos no rigurosos, no científicos, del discurso BAU (de los aspectos ideológicos sin duda ya se encargarán otros).

Porque si algo caracteriza al discurso económico que se cacarea desde los grandes foros políticos y mediáticos es su falta de rigor técnico. Una cosa que a mi siempre me sorprende es cuántas veces uno comprueba que los economistas que nos insisten en verdades absolutas como el equilibrio entre oferta y demanda o las ventajas del libre mercado para regular todos los aspectos de la vida no tienen idea de las hipótesis que fundamentan la actual teoría económica, y no se plantean comprobar en cada caso concreto si las hipótesis se están verificando o no - cuando en realidad muchas veces la respuesta es que no. Esta falta de rigor se vuelve grotesca cuando uno ve el énfasis que se pone en el proceso deductivo, que se explica y sobre-explica, sin haber comprobado si las premisas eran válidas. Tal tendencia a considerar sólo las partes del proceso lógico-deductivo acaba pareciéndome como los trucos del prestidigitador, que busca distraer a la audiencia para que no se vea el truco. Algunos autores, un poco más rigurosos, hablan a veces de "fallos del mercado" (hay una magnífica y recomendable serie sobre algunos de esos fallos del mercado, "Citizen K", en Acorazado Aurora) pero su discurso asume que el efecto de tal fallo es una desviación progresiva, continua, respecto a la situación ideal. Lo cual no se sigue lógicamente, porque en muchos casos la premisa que falla es de tipo cualitativo, no cuantitativo, con lo que no tiene sentido asumir tal cosa sin haber siquiera intentado cuantificar el efecto del fallo. Pero, de nuevo, la prestidigitación retórica y la sobrecarga de conceptos no explicados sirve para disimular estas carencias.

Desde el punto de vista de la Física Estadística el mejor sistema, el más robusto, es el auto-organizado, lo cual en principio indicaría que el libre mercado es la mejor forma de organización económica (económica, no de otros ámbitos, pero ésa es otra discusión). Sin embargo hace tiempo que sospecho que el libre mercado es una idealización posiblemente inalcanzable. Así que repetir tantas y tantas veces lo bueno que es el libre mercado, sin querer ver que lo que tenemos no lo es (puesto que está muy controlado por oligopolios), y hacer tanto discurso teórico sobre sus bondades, es claramente absurdo si el libre mercado ni existe ni existirá, lo cual debería ser la principal discusión. Porque, como decía un profesor mío de Análisis Funcional, "El conjunto vacío verifica todas las posibilidades", y añadía, para hacerlo entender mejor: "Todos los cangrejos de la Luna son azules". También el libre mercado es el mejor de los sistemas económicos.

Salu2,
AMT

P. Data: Hay un librito que se llama "Una comparación de Los límites del crecimiento con treinta años de realidad", que si entienden el inglés les recomiendo. Resulta que de momento estamos siguiendo con bastante precisión el escenario estándar o BAU. El peor, vaya.

Addenda: Merece la pena echar un vistazo a la comparación que han hecho en la Agencia de Evaluación Medioambiental de Holanda entre los valores realmente medidos de las variables agregadas durante los últimos 40 años y las evoluciones del escenario estándar y estabilizado. Vds. dirán...

Esta gráfica ha sido re-publicada por Scientifc American, de donde yo la he tomado: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=apocalypse-soon-has-civilization-passed-the-environmental-point-of-no-return

lunes, 21 de mayo de 2012

Permacultura versus agricultura convencional

Imagen de http://islandbreath.org

Queridos lectores,

En esta ocasión Pedro Herrera se ha ofrecido para hacer una discusión sobre las ventajas de la permacultura frente a la mucho menos sostenible agricultura convencional. Éste es un capítulo fundamental de cualquier iniciativa de transición que se precie, sobre todo en un contexto de recursos energéticos y fertilizantes escasos.

Les dejo con el post de hoy. Salu2,
AMT

Impacto del Oil Crash en la alimentación

La mayor parte de nuestra industria agroalimentaria, desde lo que se conoce como la Revolución Verde, está basada en el petróleo. Para obtener 1 caloría de los alimentos la agricultura convencional invierte 10 calorías de petróleo. El sistema de alimentación de la sociedad actual es completamente dependiente del petróleo.

Es lógico, por tanto, que estemos preocupados sobre el impacto que el Oil Crash tendrá sobre la alimentación.

Es cierto que a corto plazo, de continuar con el BAU, el sistema de producción de alimentos sufriría un colapso.

Sin embargo, una gran esperanza supone la permacultura, uno de cuyos aspectos, la agricultura natural, veremos cómo permite crear alimentos sanos de una manera sostenible y con unos rendimientos superiores a la agricultura convencional.

La permacultura resulta la opción más adecuada para enfrentarse al problema del Oil Crash, tal como ya se demostró en Cuba durante su Periodo Especial, tras el derrumbe de la Unión Soviética.

Así que el impacto del Oil Crash en la alimentación dependerá de la rapidez y amplitud con que vaya adoptándose en la sociedad la permacultura.

El fracaso de la agricultura moderna

Sabemos, los que leemos este blog, que nuestro sistema económico está fracasado, pero me da la impresión de que la mayoría ignora que ocurre lo mismo con nuestro sistema agrícola, que se ha convertido en una consecuencia de ese sistema económico.

La agricultura convencional constituye una industria más, que utiliza la energía del petróleo en forma de fertilizantes, pesticidas y maquinaria para manufacturar productos alimentarios sintéticos de calidad muy inferior a los alimentos naturales. Se ha desarrollado no para satisfacer las necesidades de alimentación de la población, sino los intereses económicos de las grandes corporaciones, cuyo ejemplo más destacado es Monsanto.

Produce alimentos carentes de nutrientes; una muestra: “el trigo de nuestros abuelos tenía un 17 % de proteínas, hoy sólo un 4 %, y si se aplica nitrato al suelo, desaparece la lisina y el valor proteico baja al 2 %” (conferencia de Bill Mollison, en 1981).

Esos alimentos incluso son perjudiciales para la salud a causa de sus tóxicos. Una consecuencia del particular Oil Crash que sufrió Cuba, fue sorprendentemente… una mejora de la salud (¡¡¡) debido al cambio de hábitos alimenticios.

La agricultura moderna ha esquilmado la naturaleza y ha destruido, además, la fertilidad del suelo. Todo ello ha conducido a una progresiva desertificación.

Pero incluso, por si todo esto fuera poco, el despilfarro de energía de la agricultura convencional ni siquiera incrementa los rendimientos agrícolas, como pretendidamente defiende.

La revolución de Fukuoka

La figura de Masanobu Fukuoka resulta fascinante. Era un microbiólogo japonés especializado en fitopatología. Una experiencia casual, le cambió completamente la vida: observó unas vigorosas plantas de arroz en un campo no cultivado durante muchos años. A raíz eso adquirió la intensa convicción de que la naturaleza es algo inconmensurable y que la ciencia no sabe prácticamente nada sobre ella (reconozco que este punto del pensamiento de Fukuoka es el que más me ha costado comprender, pues una parte importante de mi vida la he dedicado a un doctorado en ecología). Abandonó la Universidad y se fue a su finca familiar a experimentar sus ideas.

Guiado por su intuición percibió que la mayoría de los trabajos agrícolas eran innecesarios, destructivos y penosos para las personas, por lo que ideó un método sostenible de agricultura que no agotase los recursos.

En sus libros, “La revolución de una brizna de paja” y “La senda natural del cultivo”, escritos a mediados de los años 70 del siglo XX describe su método de agricultura natural.

La idea básica consiste en que se debe cooperar con la naturaleza en lugar de tratar de manipularla mediante la técnica. Mediante sencillas intervenciones en el momento adecuado, permite simplificar las labores agrícolas.

Su método de agricultura natural, puede resumirse en los siguientes principios:

No laboreo

Con la labranza el suelo se vuelve deficiente en oxígeno, se destruye su estructura, elimina las lombrices de tierra y otros pequeños animales, volviéndose duro y sin vida.

La tierra se cultiva a sí misma, de forma natural, mediante la penetración de las raíces de las plantas, la actividad de los microorganismos, pequeños animales y lombrices de tierra.

No abonos

En el campo, los restos orgánicos de plantas y animales se acumulan y son descompuestos en la superficie del suelo por bacterias y hongos. Las cubiertas vegetales de leguminosas (ej. trébol) fijan el nitrógeno atmosférico. Los animales de granja, con su estiércol también aportan abono orgánico. Estos aportes naturales son mucho más equilibrados en nutrientes que los abonos químicos, que aportan esencialmente nitrógeno, fósforo y potasio.

Esto debiera quitarnos la preocupación sobre el Pico del Fósforo, al menos en cuanto a la alimentación se refiere. Como indica Carlos de Castro, la naturaleza es sostenible porque recicla los elementos limitantes, como carbono, nitrógeno y fósforo, gracias a la coordinación de sus elementos y al equilibrio entre consumo y producción. Afortunadamente, el ciclo del fósforo se realiza en la biosfera, que es capaz de disminuir su entropía interna, al contrario de lo que ocurre con la materia inerte.

No herbicidas

Como principio fundamental, las malas hierbas deben ser controladas, no eliminadas, mediante técnicas como el acolchado con restos vegetales o cubiertas de leguminosas, entre otras.

No pesticidas

Los pesticidas químicos matan indiscriminadamente la riqueza biológica del suelo, aire y flora. Los insectos existen naturalmente en todo cultivo, pero se convierten en plaga debido a los artificiosos monocultivos y debilidad de plantas cultivadas en un suelo artificial sin humus.

En un cultivo natural los microorganismo e insectos causantes de enfermedades y plagas están presentes, pero las cosechas no son nunca devastadas. El daño afecta únicamente a las plantas más débiles. El mejor control de plagas y enfermedades consiste en cultivar plantas vigorosas en un ambiente equilibrado.

No poda

Lo mejor es permitir que los árboles sigan su forma natural desde el principio. El árbol producirá fruto cada año y no hay necesidad de podar.

Pero si partimos de árboles ya podados, o las plantas madre fueron podadas en el vivero o sus raíces fueron dañadas, la restitución de la forma natural del árbol habrá que hacerla progresivamente. No hay que confundir agricultura natural con abandono.

Siembra directa mediante bolas de arcilla

Fukuoka desarrolló un método muy eficaz de siembra directa, imitando la naturaleza, mediante bolas de arcilla (en japonés, “nendo dango”): se envuelven las semillas en bolitas de arcilla y se esparcen directamente sobre el campo. Se evita así que sean comidas por animales, y germinarán con la primera lluvia apropiada.

Rendimientos de la agricultura natural vs. agricultura convencional

Las experiencias que se tienen sobre agricultura natural son que, después de una disminución inicial en las cosechas a causa del previo empobrecimiento de los suelos por las técnicas modernas, los rendimientos aumentan sobrepasando a los de la agricultura convencional.

En la finca de Fukuoka se obtiene una cosecha de unos 5.800 Kg/Ha de arroz y 5.800 Kg de cereal de invierno. A veces alcanza los 7.800 Kg./Ha, lo que supone cosechas récord en Japón.

Mejores aún son los datos sobre eficiencia energética. A primera vista, la agricultura mecanizada parece incrementar la productividad por trabajador, y aumentar así los ingresos. Pero, por lo contrario, un vistazo a la eficiencia de utilización del terreno y al consumo de energía, revela que la agricultura mecanizada es un método extremadamente ineficiente. El cultivo natural requiere sólo un hombre/día de trabajo para recolectar 200.000 kilocalorías de energía alimentaria, por 1.000 m² de terreno; el aporte de energía necesaria para obtenerla, es de 2.000 kilocalorías, que son las que necesita un granjero por día. El cultivo con ayuda de caballos o bueyes requiere un aporte de energía de 5 a 10 veces mayor y la agricultura mecanizada exige un aporte de energía de 10 (mecanización a pequeña escala) a 50 veces mayor (mecanización a gran escala).

Transición a la permacultura

Vemos que el impacto sobre la alimentación que supondrá en Oil Crash depende de la velocidad con que se vayan sustituyendo las actuales infraestructuras agrarias (grandes extensiones de monocultivos, muy mecanizadas, orientadas a la comercialización) en permacultura (pequeñas granjas de gran diversidad, sostenibles y orientadas básicamente a la autosuficiencia).

Mediante la permacultura una persona puede autoabastecerse en un terreno de 1.000 m²; es decir, 0,5 Ha para una familia media. Conviene indicar aquí las ventajas del vegetarianismo: se necesitan unos 170 m²para mantener a un ser humano que viva de cereales, 500 m²si se alimentase a base de patatas, 1.260 m²para quien viva de leche, 3.360 m²para el que se alimente de carne de cerdo y 8.400 m²para quien subsista enteramente a base de carne de vacuno. Se ha de trabajar 10 veces más para comer carne que para comer cereales; 5 veces más, si se toma leche y huevos.

Otra tarea fundamental será restituir la fertilidad natural de los actuales suelos esquilmados por la agricultura convencional, carentes de materia orgánica y vida. En España habrá que resolver los actuales problemas de desertificación causada por la erosión (ej. olivares) y la falta de cubierta arbórea de gran parte del territorio (ej. extensiones cerealistas).

El método más básico para mejorar el suelo es enterrar restos orgánicos en zanjas profundas siguiendo las líneas de nivel del terreno. Otro buen método consiste en amontonar tierra para crear caballones altos. Pueden hacerse estos caballones usando, con una pala, la tierra que se arranca al excavar dichas zanjas. El lodo sería apilado alrededor de los restos orgánicos. En apilamientos de esta clase, la mejor aireación madura al terreno más rápidamente que en las zanjas. Estos métodos activan con rapidez la fertilidad latente, incluso en suelos esquilmados y granulosos, preparándolos rápidamente para poder realizar cultivos sin utilizar fertilizantes.

Haciendo la transición a la permacultura puede ser necesario algo de desherbaje al comienzo, así como compostaje o poda, pero estas medidas deben ser reducidas gradualmente cada año.

Si los árboles están creciendo siguiendo un modelo no natural debido a la poda y se abandonan en este estado, las ramas se cruzan entre sí y se originan daños por ataque de insectos. Pero si los árboles se corrigen gradualmente, irán regresando a su forma natural, volviéndose más resistentes a los ataques de plagas.

Conviene evitar los monocultivos de frutales. Por el contrario, una buena opción es la creación de bosques comestibles, plantando árboles frutales caducifolios junto a otros de hoja perenne. Entre unos y otros, conviene incluir árboles de abono vegetal; las leguminosas arbóreas consiguen enriquecer y estructurar el suelo; al cabo de unos años se cortan los árboles y se entierran en zanjas por todo el terreno, y empieza de nuevo otra plantación para volver a enterrarla; de este modo, en unas decenas de años se consigue la creación de productivos suelos forestales.

El sistema de siembra directa con bolas de arcilla es mucho más eficiente que los métodos tradicionales de reforestación; aproximadamente hay un 2% de éxitos de germinación frente al 0,2% de otros sistemas. Es conveniente utilizar semillas tradicionales adaptadas a nuestro entorno; las variedades de semillas “mejoradas” necesitan la ayuda de insecticidas y abonos químicos; conviene, por tanto, comenzar cuanto antes a crearse una colección de semillas de plantas autóctonas.

Este método de Fukuoka sirve para reforestaciones y reverdecer zonas desecadas; por ejemplo, mediante árboles capaces de extraer hacia arriba la humedad del subsuelo ha sido capaz de cultivar en zonas desecadas de Somalia. La desertificación no se debe a la ausencia de agua sino a la ausencia de vegetación; este principio, que Fukuoka ha llamado método de "irrigación mediante plantas", consigue, a su vez, devolver las lluvias. La eficacia de estos métodos supone una prueba más a favor de la validez de la Teoría Gaia.

Epílogo

La naturaleza no puede ser superada por las técnicas humanas. Lo mejor que podemos hacer es limitarnos a recoger los alimentos que nos aporta la naturaleza; una analogía, sería, como en el caso de los bebés, una vuelta a la insuperable lactancia materna natural.

Vivimos en una sociedad fracasada en los aspectos más importantes de la vida. El error original es, para Fukuoka, el habernos apartado de la naturaleza; debemos empezar, cuanto antes, la transición para reencontrarnos con ella.

jueves, 17 de mayo de 2012

Energía a escala galáctica

Queridos lectores,

Del excelente blog "Do the Math!" (en inglés), escrito por el profesor de astrofísica Tom Murphy, suelo destacar un post que considero crucial: "Galactic-scale energy". De una manera clara y contundente ese post muestra que la falacia economicista del crecimiento ilimitado es simplemente imposible por la inviabilidad material de hacer crecer indefinidamente la energía que consumimos (sé perfectamente qué alegarán nuestros queridos amigos del ramo, que se puede crecer desmaterializando la economía, cosa que no ha pasado en ningún lugar del planeta Tierra ni tiene visos de suceder nunca, pero de lo cual ya hablaremos en un post posterior). Sin llegar a esas discusiones tan sofisticadas, el post de Murphy deja bien claro que resolver el problema no significa buscar nuevas fuentes de energía, sino dejar de pretender crecer a toda cosa.

Mi más sincero agradecimiento a Gerard, Ignacio y El Erial han traducido el post para Vds. en un tiempo récord. Agradecerle también a Marga Vidal por adaptar las figuras. Espero que lo disfruten.

Salu2,

AMT

Energía a escala galáctica

Desde el inicio de la Revolución Industrial, hemos visto un impresionante y sostenido crecimiento en la escala del consumo energético por parte de la civilización humana. La gráfica abajo, elaborada con los datos de la EIA (Agencia de la Información sobre la Energía), muestra que la energía usada en los Estados Unidos desde 1650 (incluyendo madera, biomasa, combustibles fósiles, hidroeléctrica, nuclear, etc.) ha seguido una trayectoria de crecimiento notablemente constante, caracterizada por un crecimiento anual del 2,9% (ver gráfico). Es importante comprender la evolución en el futuro de esta trayectoria de crecimiento energético, ya que gobiernos y organizaciones de todas partes trabajan con la suposición de que esta tendencia de crecimiento sostenido continuará igual que ahora durante siglos- y una ojeada a la figura sugiere que es una suposición perfectamente razonable (algunos matices se discuten en esta actualización).

Consumo energético total en los Estados Unidos desde 1650. La escala vertical es logarítmica, por lo que una curva exponencial resultado de una tasa de crecimiento constante aparece como una línea recta. La línea roja se corresponde con una tasa de crecimiento anual del 2,9%. Datos: EIA.

El crecimiento se ha convertido en un pilar tan básico de nuestra existencia que damos por sentada su continuidad. El crecimiento aporta muchísimos beneficios, como coches, televisión, transporte aéreo, iGadgets... La calidad de vida mejora, la sanidad mejora, y a pesar de la proliferación de contraseñas a recordar, la vida tiende a ser más cómoda con el tiempo. El crecimiento trae consigo una promesa de futuro que proporciona razones para invertir en desarrollo, anticipando el rendimiento de la inversión. El crecimiento es el fundamento que justifica las tasas de interés, créditos y, por tanto, la actividad financiera.

Debido a que el crecimiento ha estado presente durante “innumerables” generaciones – es decir, ha sido experimentado por cualquier persona conocida por nosotros o nuestros abuelos- el crecimiento es el argumento central de nuestra propia narrativa sobre quiénes somos y qué hacemos. Por lo tanto nos sentimos incómodos al imaginar una trayectoria diferente.

Este post aporta un impactante ejemplo de la imposibilidad de un crecimiento sostenido con las tasas actuales- incluso a una escala de tiempo familiar. Por simplificación de los cálculos, bajaremos la tasa de crecimiento energético del 2,9% al 2,3% anual; de esta forma vemos un incremento de factor diez cada 100 años, es decir, el consumo de energía total se multiplica por diez cada 100 años. Ponemos el reloj a cero en el presente, con un uso global de la energía de 12 terawatts (por lo que cada habitante de este planeta de media disfruta de una parte del pastel de 2.000 W)

Comenzaremos con valoraciones cuasipragmáticas, para luego dejar volar por etapas nuestra imaginación - incluso entonces veremos que chocamos con nuevos límites antes de lo que esperaríamos a priori. De antemano voy a admitir que las premisas en que se basa este estudio son enormemente deficientes. Pero de hecho al final se trata justamente de eso.

Una carrera hacia la Galaxia

Siempre me ha impresionado el hecho que a la Tierra llega tanta energía solar en una hora como la que consumimos en todo un año. ¡Con cuánta esperanza nos ilumina este hecho! Pero no nos dejemos llevar... todavía.

Solamente el 70% de la luz solar que incide en la Tierra entra en su balance energético – el 30% restante rebota de inmediato en la nubes, la atmósfera y la superficie sin ser absorbida. También, al ser criaturas terrestres, podríamos asumir que la instalación de paneles solares estará retringida al suelo continental, que ocupa el 28% de todo el globo terrestre. Finalmente, sabemos que los paneles fotovoltaicos y las plantas termosolares tienden a operar con una eficiencia de alrededor del 15%. Vamos a suponer incluso un 20% para nuestros cálculos. El resultado final es de 7.000 TW disponibles, alrededor de 600 veces nuestro consumo actual. Muchísimo margen, ¿no?

¿Cuándo chocaríamos con este límite con un crecimiento del 2,3% anual? Recordad que nos expandimos con un factor de diez cada cien años, por lo que en 200 años consumiremos 100 veces el nivel actual, y llegaríamos a los 7 000 TW en 275 años.

275 años pueden parecer muchos para la escala de tiempo de un ser humano, pero no lo es tanto para una civilización. Y pensad en el mundo que acabamos de crear: ¡Todo metro cuadrado de superficie cubierto de paneles fotovoltaicos! ¿Y dónde hacemos crecer la comida?

Ahora vamos a relajar un poco los límites. Seguramente en 275 años seremos suficientemente inteligentes para exceder la eficiencia del 20% de tan importante recurso. Vamos a reírnos en la cara de los límites de la termodinámica y usaremos una eficiencia del 100% (sí, ya ha empezado la parte fantasiosa de este viaje). Esto nos quintuplica el recurso, o 70 años más. ¿Pero quién necesita los océanos? Recubrámoslos todos con paneles solares con una eficiencia del 100%. 55 años más. En 400 años, ya chocamos con el límite solar de la superficie terrestre . Esto es muy significativo, ya que la biomasa, viento y generación hidroeléctrica se derivan de la radiación del sol, y los combustibles fósiles representan una batería en la Tierra cargada a lo largo de millones de años. Solamente la energía nuclear, geotérmica y mareomotriz no provienen de la radiación solar- y los dos últimos son despreciables para el análisis, conjuntamente representan unos pocos terawatts.

Pero la principal limitación del anterior análisis es el área de la superficie terrestre... Deseo concedido. Si captamos el 30% extra que ha rebotado en la atmósfera ganamos solamente 16 años, por lo que el gran esfuerzo de rodear la atmósfera con paneles solares quizá no vale la pena. ¿Pero para qué limitarnos a la Tierra, si ya estamos flotando en el espacio?

Seamos ambiciosos: rodeemos el sol con paneles solares, y que sean 100% eficientes. No importa que esta estructura, de unos 4mm de grosor, que rodea el sol a la distancia de la órbita terrestre, requiera una cantidad de materiales equivalente a la masa de la tierra, y materiales especiales además. Pues haciéndolo nos permitiría continuar con el crecimiento anual del 2,3% durante 1.350 años más a partir del presente.

Llegados a este punto podemos darnos cuenta de que el Sol no es la única estrella de nuestra galaxia. En la Vía Láctea hay alrededor de 300.000 millones de estrellas. Muchísima energía simplemente vertida al espacio, disponible para su uso. Recordemos que cada factor de diez son cien años más que podemos seguir en la autopista del crecimiento. 300 000 millones son once factores de diez, por lo tanto tenemos 1100 años más. Por lo que en unos 2500 años estaríamos usando la energía producida en toda una gran galaxia. Conocemos con cierta precisión lo que hacían los humanos hace 2.500 años. Creo que puedo afirmar sin titubear lo que no estaremos haciendo en 2.500 años.

Demanda de energía global con un crecimiento sostenido de 2,3% en un gráfico logarítmico. En 275 y 345 años usaríamos toda la radiación solar que llega a la superficie terrestre emergida con una eficiencia del 20% y 100%, respectivamente. Si cubrimos toda la superficie de la Tierra encontraríamos el tope en 400 años, con una eficiencia del 100%. En 1350 años usaríamos toda la energía producida por el Sol. En 2450 años, consumiríamos tanta energía como la producida por los 300 000 millones de estrellas que contiene la Vía Láctea. Las notas verticales, en verde, muestran una perspectiva histórica de la situación de estas referencias en el contexto de la civilización

¿Porqué simplemente la solar?

Algunos lectores pueden molestarse por un enfoque centrado en la energía solar/estelar. Si soñamos a lo grande, olvidémonos de las timoratas restricciones de la energía solar y adoptemos la fusión. La abundancia del deuterio en el agua común nos permitiría disponer aquí mismo en la Tierra de una fuente energética aparentemente inagotable. No entraremos en un detallado análisis de esta posibilidad por resultar innecesario. El crecimiento despiadado mostrado arriba implica que en 1400 años contados a partir de ahora, cualquier fuente de energía que consiguiésemos tener habría de eclipsar al Sol.

Permítanme resaltar ese importante punto. Independientemente de la tecnología, una tasa de crecimiento energético sostenida del 2,3% nos exigiría dentro de 1400 años producir tanta energía como el Sol. Aviso: una planta de producción así estaría más bien caliente. La termodinámica impone que si generamos en la Tierra una cantidad de energía comparable a la del Sol, la superficie de nuestro planeta - siendo más pequeña que la del astro rey - ¡debería ponerse más caliente que la del Sol!

Límites termodinámicos

Podemos explorar con mayor precisión los límites termodinámicos del problema. La Tierra absorbe abundante energía del Sol - en exceso, dadas nuestras actuales actividades humanas -. La Tierra se libera de su energía radiándola al espacio, principalmente en forma de ondas infrarrojas. No hay otro camino para librarse del calor. De hecho, la absorción y emisión se hallan en un balance cuasi perfecto. Si no fuera así la Tierra se calentaría o enfriaría lentamente. De hecho, hemos disminuido la capacidad de escape de tales radiaciones, llevándonos al calentamiento global. Aún así, todavía estamos desviados menos del 1% respecto al equilibrio perfecto.

Como la potencia radiada aumenta como la cuarta potencia de la temperatura si la expresamos en términos absolutos (grados Kelvin), podemos calcular la temperatura de equilibrio de la superficie de la Tierra dada una carga adicional de actividad social.


Temperatura de la superficie terrestre dado un crecimiento energético sostenido del 2.3%, asumiendo que empleemos otra fuente distinta del Sol para proveer nuestras necesidades y que su uso se disipa sobre la superficie del planeta. Incluso una fuente energética de ensueño como la fusión desatará condiciones inviables en unos cientos de años en caso de seguir creciendo. Reparen en que la escala vertical es logarítmica.

El resultado se muestra arriba. Como ya sabemos, si nos ceñimos a la superficie de la Tierra, en 400 años agotaríamos nuestro potencial solar. A fin de continuar nuestro crecimiento energético más allá de ese punto, deberíamos abandonar la renovables -derivadas prácticamente todas ellas del sol- por la fisión y/o fusión nuclear. Pero el análisis termodinámico nos dice que de todas maneras estamos fritos.

¡Detengan esta locura!

El objeto de esta disertación es señalar lo absurdo que resulta asumir que podemos incrementar nuestro uso de la energía, incluso si lo hiciésemos más modestamente que durante los últimos 350 años. Este análisis será un blanco fácil para determinadas críticas, dada lo estrecho de miras de su premisa. Disfrutaría triturándolo yo mismo. Básicamente, el crecimiento continuado de la energía sería innecesario si la población se estabilizase. Al menos se mitigaría un 2,9% del crecimiento energético que hemos venido experimentando a medida que el mundo se ha ido saturando de población. Pero no soslayemos el asunto clave: El crecimiento continuado en el uso de la energía se torna imposible en períodos de tiempo que la mente humana puede abarcar. El análisis precedente brinda una hermosa forma de demostrar este argumento. Encuentro que se trata de un argumento que fuerza a la gente a darse cuenta de los límites genuinos del crecimiento infinito.

Una vez que reconozcamos que el crecimiento físico debe cesar (o invertirse) algún día, podremos darnos cuenta de que todo el crecimiento económico debe igualmente acabar. Este último punto puede que sea difícil de digerir, dada nuestra habilidad para innovar, mejorar la eficiencia, etc. Pero dejaremos este asunto para otro post.

AGRADECIMIENTOS: GRACIAS A KIM GRIEST POR SUS COMENTARIOS Y POR PLANTEAR LA IDEA ORIGINAL DE QUE EN 2500 AÑOS USAREMOS TODA LA VIA LÁCTEA, Y GRACIAS A BRIAN PIERINI POR SUS ÚTILES COMENTARIOS.

Tom Murphy

martes, 15 de mayo de 2012

Radiactividad y radiación

Imagen de

Queridos lectores,

Al hilo de una discusión en Facebook sobre el los riesgos asociados al accidente de Fukushima, Luis Cosin se ha ofrecido a escribir un post técnico acerca de la radiactividad y la radiación.

Les dejo en buenas manos, las de Luis.

Salu2,

AMT

Introducción

La radiactividad ha adquirido gran protagonismo en los medios de comunicación a partir de los incidentes ocurridos en Fukushima.

La radiación es, sin embargo, un fenómeno natural, aunque la tecnología esta creando nuevas fuentes de radiación más intensas y peligrosas que las naturales.

En este ensayo, pretendo dar una visión general del fenómeno, la forma de medirlo y sus efectos sobre la salud:

Radiactividad, radiación ionizante, radiactivo ... ¿de qué estamos hablando?

Orígenes: ¿De dónde procede?

¿Cómo interacciona con la materia y qué efectos tiene sobre la salud?

Espero que sea del interés del lector.

1. Radiactividad, radiación ionizante, radiactivo ... ¿de qué estamos hablando?

1.1. Descubrimiento

La radiactividad es el fenómeno físico por el cual ciertos cuerpos emiten radiación ionizante, es decir, radiación que es capaz de “barrer”, absorber o expulsar los electrones de átomos y moléculas a su alrededor.

Señalización típica que indica la presencia de radiación ionizante

Dado que los electrones son el “cemento” que mantiene unidas las moléculas, la radiación ionizante tiene la capacidad de desestabilizar y romper dichas moléculas.

Hay que distinguirla de muchos otros muchos tipos de radiación: luz, microondas, radio...etc. que no tienen esta capacidad.

La radiactividad fue descubierta casualmente por Henri Becquerel en 1896, observando que las placas fotográficas que permanecían cerca de piezas del mineral Pechblenda (que contiene Uranio) se velaban aunque no les diese la luz.

Henri Becquerel

Fuentes:

http://eltecnoblogdealmu.blogspot.com.es/2010/05/que-es-la-radiacion-electromagnetica.html

Tipos de radiactividad

Marie Curie y su esposo investigaron este fenómeno, estudiando diversos minerales, y descubrieron que otras sustancias, como el Torio (Th) y el Radio (Ra), tenían el mismo efecto, al que denominaron genéricamente “radio-actividad” (literalmente “actividad del Radio”).

Marie Curie

El Radio (Ra) es un emisor extremadamente fuerte de radiación y muchos pioneros padecieron enfermedades causadas por la exposición prolongada a la misma.

Radio

Midiendo la energía transportada por esta radiación y sometiéndola a campos eléctricos y magnéticos y observando su comportamiento (mediante varios experimentos diseñados por Rutherford) se llegó a la conclusión que la radiactividad tenía origen en transformaciones que ocurrían en los núcleos de los átomos y consistía esencialmente en tres fenómenos diferentes asociados a transiciones o cambios nucleares (a los que se sumaría un cuarto en los años 30 del siglo pasado).

Los experimentos de Rutherford consistieron en someter la radiación a campos electromagnéticos y observar el desplazamiento que producían en las partículas:

Ernest Rutherford

La composición de la radiación ionizante, con el conocimiento actual de la materia, consiste en:

Partículas (radiación alfa): Es un flujo de partículas compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio, He) a velocidades próximas a la de la luz. Son poco penetrantes, debido a su gran masa y carga eléctrica (son capturadas por las nubes de electrones que rodean a la materia), pero muy ionizantes, ya que el Helio es un gas noble extremadamente estable y su núcleo, una vez desprovisto de electrones, es extremadamente electrófilo.

Este tipo de radiación es emitida por la descomposición de núcleos atómicos muy pesados (número atómico A > 84, correspondiente al Polonio, Po), que tienen muchos protones y están sometidos a una tensión electrostática muy fuerte.

Liberando carga eléctrica del núcleo, se transforman en átomos más ligeros y estables.

El núcleo de Helio es extremadamente estable y es uno de los “ladrillos” con los que se construyen los núcleos más pesados en el interior de las estrellas (en general, los átomos con número par de protones y neutrones, es decir, que se han formado por agregación de núcleos de Helio, son más estables y abundantes en la naturaleza que los que tienen un número impar).

Desintegración beta: Es un flujo de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultante de la desintegración de las partículas elementales (neutrones o protones) de núcleos más pequeños cuando éstos se encuentran en un estado excitado o bien existe un exceso de tensión electrostática.

Existen tres tipos de radiación beta:

Beta-, que consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos (un neutrón se transforma en un protón).

Beta+, en la que un protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, a un positrón y un neutrino.

Y la captura electrónica que se da en núcleos con exceso de protones, en la cual el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.

Radiación gamma: Consistente en radiación electromagnética (fotones de luz) de muy alta energía (con longitudes de onda inferiores a 10^-11 m). Por ser ondas electromagnéticas de gran energía, tienen gran capacidad de penetración en la materia.

Ocurre cuando el núcleo se desprende de una cantidad de energía para pasar a otro estado energético más bajo o menos excitado. La cantidad de energía emitida por un fotón gamma es hν (donde "h" es la constante de Planck y "ν" es la frecuencia de la radiación emitida).

La radiación gamma suele acompañar a las emisiones alfa y beta y responde a las transiciones energéticas que no implican modificaciones en la carga del núcleo.

Neutrones: La radiación de neutrones (o “haz de neutrones”) y el neutrón en sí, fueron descubiertos en la década de 1930 a través de experimentos llevados a cabo por James Chadwick, Walter Bothe y Herbert Becker, y otros.

La radiación de neutrones se consiguió por primera vez bombardeando Berilio (Be) con partículas alfa y observando que se producía una radiación que era absorbida por los núcleos de otros materiales, convirtiéndolos en radiactivos.

La mayoría de los materiales radiactivos producidos durante la explosión de una bomba nuclear es creada de esta manera.

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_alfa

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_beta

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo5a.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiactividad

1.3. Transiciones nucleares productoras de radiación

El tipo de transición nuclear al que es propenso un núcleo depende del número de protones, Z, (también llamado número atómico) y el número total de partículas, A, (electrones y neutrones, llamado número másico).

Recordar que dos átomos que tengan el mismo número de protones Z, pero diferente número de partículas A, tienen las mismas propiedades químicas y por ello ocupan la misma posición en la tabla periódica (por eso se denominan isótopos (de “iso+topos” mismo lugar). Los isótopos que emiten radiación se denominan radioisótopos.

Esto se intenta expresar gráficamente en lo que se conoce como tabla de núclidos:

Tabla de núclidos

1.4. Periodo de semidesintegración

La desintegración de un núcleo o su transición entre dos niveles de energía es un fenómeno estocástico, que se da aleatoriamente con una cierta probabilidad.

A mayor probabilidad, mayor número de desintegraciones por unidad de tiempo (la unidad del sistema internacional para esto es el Becquerel, Bq, correspondiente a una descomposición por segundo).

El número de desintegraciones sigue una ley exponencial inversa. Es decir, el número de desintegraciones por segundo es proporcional a la cantidad de átomos presentes en cada momento.

En términos macroscópicos, se habla de tiempo medio de semidesintegración, T_1/2, que es el tiempo que tardará en desintegrarse la mitad de los átomos de una muestra. Los átomos estables son aquellos con largos periodos de semidesintegración (superiores a varios miles de millones de años).

Por ejemplo, si un isótopo tiene un periodo de semidesintegración de 1 año:

Al cabo de 1 año, quedará sólo un 50% de la cantidad inicial de dicho isótopo.
Al cabo de 2 años, quedará sólo un 25% de la cantidad inicial de dicho isótopo.
Al cabo de 10 años, quedará sólo un 0,1% de la cantidad inicial de dicho isótopo.

...etc.

En el siguiente gráfico se puede apreciar el periodo se semidesintegración de los isótopos conocidos.

Períodos de semidesintegración de los isótopos conocidos

Son remarcables los “huecos” existentes para Z = 43 (Tecnecio, Tc) y Z entre 84 (Polonio, Po) y 89 (Actinio, Ac), donde no existen isótopos estables. Tampoco se conocen isótopos estables, con semividas superiores a unos pocos minutos, para Z mayor que 96 (Curio, Cm).

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Is%C3%B3topo

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiois%C3%B3topo

http://www.cienciaxxi.com/2009/09/la-gran-tabla-de-los-isotopos.html

http://www.foronuclear.org/es/tags/desintegraci%C3%B3n-radiactiva

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isotopes_and_half-life.PNG?uselang=es

http://www.ptable.com/?lang=es

http://es.wikipedia.org/wiki/Periodo_de_semidesintegraci%C3%B3n

2. Orígenes: ¿De dónde procede?

Según hemos visto, la radiactividad es una radiación ionizante que procede de la desintegración o el cambio energético dentro de núcleos atómicos inestables.

Cada isótopo tiene un periodo de semidesintegración característico, que va desde picosegundos (10^-12 segundos) hasta varios miles de millones de años.

Además, la Tierra está “bañada” por la radiación de alta energía procedente del cosmos. Es lo que se conoce como “radiación cósmica”.

Y el ser humano ha generado fuentes de radiación artificial.

Así, podemos clasificar las fuentes de radiación en cuatro grandes tipos:

Radiación cósmica

Radioisótopos pesados

Radioisótopos ligeros o inducidos

Radiación artificial

2.1. Radiación cósmica

Se conoce como radiación cósmica primaria a la que se origina en el espacio exterior por medio de procesos que liberan gran energía en un tiempo breve (energía residual del Big Bang, explosiones de supernova cercanas, erupciones solares...etc) y llega a nosotros.

Está constituida principalmente por partículas cargadas (protones, electrones y partículas alfa) con energía muy elevada, viajando casi a la velocidad de la luz.

Al pasar por nuestra atmósfera, originan toda una serie de fenómenos en cascada que tienen como consecuencia la producción de radiación gamma y otras partículas, lo que se conoce como radiación cósmica secundaria.

Los pasajeros de un avión intercontinental que vuele a 10.000 m de altitud, por ejemplo, están expuestos a una dosis de radiación 50 veces más alta que la presente al nivel del mar.

Fuentes:

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/42/htm/sec_8.html

2.2. Radioisótopos pesados: las series del Uranio y el Torio

Otra fuente de radiactividad natural son los isótopos radiactivos pesados (más pesados que el Hierro, Fe, de número atómico Z=26). Sabemos que se forman únicamente en eventos muy especiales que ocurren sólo de vez en cuando: las explosiones de supernova.

El hecho que en nuestro planeta existan isótopos pesados indica que parte del material que lo forma proviene de una zona de la galaxia en la que se ha dado este fenómeno.

La formación de nuestro planeta tuvo lugar aproximadamente hace 4.000 millones de años. Sólo algunos isótopos radiactivos tienen periodos de semidesintegración de esta magnitud.

Esencialmente todos los isótopos radiactivos de los elementos pesados presentes de forma natural en nuestro planeta son producto de la lenta descomposición del Uranio y el Torio, en lo que se denomina series de desintegración, y están presentes en los minerales de U y Th.

Uranio

Torio

Serie de desintegración del Uranio-238 (²³⁸U, vida media de 4.500 millones de años):

Serie de desintegración del Torio-232 (²³²Th, vida media de 14.000 millones de años):

Serie de desintegración del Uranio-235 (²³⁵U, vida media de 700 millones de años):

Los radioisótopos pesados más abundantes en nuestro planeta son:

Torio 232 >14.00 · 10⁹años

Uranio 238 4,468 · 10⁹ años

Uranio 235 7,038 · 10⁸ años

Radio 226 1.602 años

Cesio 137 30,07 años

Bismuto 207 31,55 años

Estroncio 90 28,90 años

Cobalto 60 5,271 años

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Uranio

http://es.wikipedia.org/wiki/Torio

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/42/htm/sec_8.html

2.3. Radioisótopos ligeros o inducidos

Por último, hay átomos ligeros radiactivos. Estos radiosótopos ligeros se producen en la Tierra por el efecto de la radiación cósmica sobre los elementos más abundantes en ella (aquellos anteriores al Hierro, Fe), por lo que se llaman radioisótopos inducidos.

Entre ellos, uno de los más interesantes es el Carbono-14, (¹⁴C) que se forma en la alta atmósfera cuando la radiación cósmica interactúa con el Nitrógeno-14 atmosférico (el Nitrógeno forma el 70% de la atmósfera), primero por medio de la captura de un neutrón y después por medio de un decaimiento beta.

A medida que el ¹⁴C se desintegra, transformándose en nitrógeno-14 (¹⁴N) se alcanza un estado de equilibrio entre las velocidades de producción y la de desintegración, lo que hace que la concentración de ¹⁴C en el CO₂ atmosférico sea constante.

En cada gramo de materia viva hay ¹⁴C suficiente como para producir 16 desintegraciones por minuto. Al morir el organismo, se deja de asimilar ¹⁴C y éste va decayendo lentamente a una tasa conocida (más de 5.000 años de periodo de semidesintegración), lo que permite datar con bastante precisión la edad de un fósil.

El ciclo del Carbono-14

Los radioisótopos inducidos más abundantes son:

Potasio-40 1,28 · 10⁹ años

Calcio-41 1,03 · 10⁵ años

Carbono-14 5.760 años

Oxígeno-15 122 segundos (se produce de forma continua)

Fuentes:

http://equipecarbono14.blogspot.com.es/

2.4. Radioisótopos artificiales

La tecnología de los reactores nucleares ha permitido al ser humano fabricar isótopos que no están presentes de forma natural en nuestro planeta (si alguna vez existieron, el largo tiempo transcurrido desde la formación de nuestro planeta ha hecho que prácticamente desapareciesen).

Así, elementos intensamente radiactivos como el Neptunio (Np, Z=93, vida media de hasta 2 millones de años), el Plutonio (Pu, Z=94, vida media entre 30.000 y 80.000 años) Tecnecio (Tc, Z=43, vida media de hasta 4 millones de años)...etc. han hecho su aparición en el medio ambiente por primera vez en millones de años.

Se trata de elementos con una vida media varios órdenes de magnitud más corta que el Uranio y el Torio (hablamos de miles o millones de años, frente a miles de millones) lo que quiere decir que las descomposiciones son miles de veces más rápidas y, por tanto, son miles de veces más radiactivos (y peligrosos) que ellos.

Las consecuencias de tener con nosotros estos nuevos “compañeros de viaje” son difíciles de prever, máxime cuando hablamos de unas sustancias que van a estar acompañándonos (a nosotros o a quienes nos sucedan) durante varios millones de años.

Neptunio

Plutonio

Tecnecio

Otros, como el cesio y el estroncio, son elementos que existen de forma natural, pero en los reactores nucleares se producen isótopos radiactivos (¹³⁷Cs y ⁹⁰Sr) que tienen una vida media relativamente larga (entre 30 y 40 años) y son extremadamente radiactivos y peligrosos, ya que se absorben fácilmente por los seres vivos.

Cesio

Estroncio

Por último, algunas especies de Yodo, (como el ¹³¹I) aunque tengan una vida media muy corta, son rápidamente asimilados por el organismo y se acumulan en la tiroides, donde causan daños.

Yodo

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Neptunio

http://es.wikipedia.org/wiki/Plutonio

http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnecio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cesio

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/tabla_period/sr.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Yodo

3. ¿Cómo interacciona con la materia y qué efectos tiene sobre la salud?

3.1. Interacción con la materia

La materia en estado ordinario se compone de átomos y moléculas. Cada molécula es un conjunto de varios núcleos atómicos (de carga positiva) que se mantienen cohesionados por una “nube de electrones” (de carga negativa) a su alrededor.

Es decir, los electrones son el “cemento” que mantiene unida a la materia.

Si se altera la relación entre electrones y carga de los núcleos, puede llegar un momento en que la tensión electrostática entre los núcleos que forman una molécula sea superior a la capacidad de cementar de los electrones restantes. La molécula puede desestabilizarse y romperse.

Por tanto, la radiación ionizante, que altera la carga eléctrica de la materia, tiene como uno de sus efectos secundarios la desestabilización y rotura de las moléculas que la forman.

Las partículas alfa, por su gran afinidad electrónica, capturan los electrones de la materia que atraviesan, alterando su carga.

Las partículas beta+ (positrones) pueden aniquilar electrones de la nube, alternado la carga eléctrica de las moléculas.

Las partículas beta- (electrones) de suficiente energía pueden:

Ser absorbidas por un núcleo, alterando su carga eléctrica.

O bien “chocar” con otros electrones transfiriéndoles parte de su energía cinética y arrastrándolos fuera de las moléculas.

La radiación gamma interacciona con los átomos de la materia con tres mecanismos distintos.

Absorción fotoeléctrica: interacción en la que el fotón gamma incidente desaparece y transfiere su energía a un electrón que sale “despedido” de la molécula. Los electrones tienen la capacidad de absorber energía en forma de cuantos de energía electromagnética (un “cuanto” de energía electromagnética no es más que un fotón de luz de una cierta longitud de onda) resultando en estados “excitados” de la molécula.

Si la cantidad de energía absorbida es suficientemente alta, el electrón sale “despedido” al exterior dejando a la molécula con carga positiva (efecto fotoeléctrico).

El efecto fotoeléctrico se da también con otras longitudes de onda menos energéticas (rayos X y ultravioleta).

Efecto Compton: colisión elástica entre un electrón ligado y un fotón incidente, con una transferencia de parte de la energía del fotón al electrón (la división de energía entre ambos depende del ángulo de dispersión).

Producción de pares: el fotón desaparece y se forma un par electrón - positrón. Debido a que el positrón es una forma de antimateria, una vez que su energía cinética se haga despreciable se combinará con un electrón del material absorbente, aniquilándose y produciendo un par de fotones.

Por último, los neutrones interaccionan con los núcleos de la materia mediante los siguientes efectos:

Activación: interacción completamente inelástica de los neutrones con los núcleos, mediante la cual el neutrón es absorbido, produciendo un isótopo diferente (igual número Z e incremento de la masa A).

Fisión: el neutrón se une a un núcleo pesado (como el ²³⁵U) excitándole de forma tal que provoca su inestabilidad y desintegración posterior en dos núcleos más ligeros y otras partículas. Es la base de los reactores nucleares de fisión.

Colisión inelástica: el neutrón colisiona con el núcleo cediendo una parte de su energía, con lo que el resultado es un neutrón y un núcleo excitado que normalmente emite radiaciones gamma más tarde.

Fuentes:

http://www.monografias.com/trabajos41/radiaciones-ionizantes/radiaciones-ionizantes.shtml

http://ocw.unia.es/fisica/origen-y-control-de-las-radiaciones-en-el-medio/materiales/ud2/unidad-didactica-2

http://tecnozapata.blogspot.com.es/2010/10/diferencias-entre-fusion-y-fision.html

3.2. Medición del fenómeno: Unidades del SI

Las unidades del Sistema Internacional para medir la radiación y sus efectos sobre la salud son las siguientes:

El Becquerel (Bq), que se define como la actividad de una cantidad de material radioactivo con decaimiento de un núcleo por segundo. Tradicionalmente, se ha usado también el Curio, que corresponde al número de descomposiciones por segundo del elemento Radio, y equivale a 3,7·10¹⁰ Bq, aunque resulta ser una unidad demasiado grande para las aplicaciones prácticas (el Radio es extremadamente radiactivo).

El número de descomposiciones depende de la cantidad de sustancia radiactiva, por lo que suele usarse la unidad relativa Bq/Kg o Curio/Kg para medir la intensidad de la radiactividad de un material.

Como hemos visto, no todas las descomposiciones nucleares corresponden al mismo fenómeno ni tienen asociadas las mismas características físicas y energéticas. Así, para tener en cuenta la intensidad energética de una radiación, se habla de Julios generados por kilo y segundo, J / Kg·s. La conversión se haría, para cada tipo de descomposición, multiplicando el número de descomposiciones por segundo (Bq) por la energía asociada a cada una de ellas.

Normalmente, lo que interesa de la radiactividad es la cantidad de energía absorbida de forma acumulativa por un material expuesto.

El Gray (Gy) es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que mide la dosis absorbida de radiaciones ionizantes por un determinado material. Un Gray es equivalente a la absorción de un joule de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado. Así, 1 Gy = 1 J / Kg.

La unidad para indicar la peligrosidad de una radiación para los seres vivos es una derivada del Gray, que tiene en cuenta los efectos de cada tipo de radiación sobre el material biológico (es una especie de media ponderada de las intensidades de cada tipo de radiación alfa, beta y gamma).

El Sievert (símbolo Sv) es una unidad derivada del SI que mide la dosis de radiación absorbida por la materia viva, corregida por los posibles efectos biológicos producidos. 1 Sv es equivalente a un julio absorbido por kilogramo J / kg.

La diferencia con el Gray (unidad de la dosis absoluta absorbida) es que el Sievert está multiplicado por un factor que pondera para cada tipo de radiación el daño biológico que produce, mientras que el Gray mide la energía absoluta absorbida por un material.

El Roentgen Equivalent Man (rem) es una unidad física usada antiguamente, corresponde a la máxima dosis anual tolerable por el organismo sin aumento apreciable del riesgo de cáncer, y la equivalencia entre ambas es 1 Sv = 100 rem.

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Rem_%28f%C3%ADsica%29

3.3. Dispositivos de medida

La medida de la radiación se lleva a cabo por medio de varios dispositivos:

Contador Geiger-Muller: es el dispositivo más sencillo, y permite contar el número de partículas cargadas eléctricamente (alfa y beta) que atraviesa un cilindro en el que se establece una diferencia de potencial eléctrico muy alta (de varios cientos o miles de voltios). Cada partícula cargada que lo atraviesa provoca una descarga o “avalancha” en cascada y una cuenta en el medidor. Es decir, sus unidades de medida son Becquerels.

Aplicando correcciones estadísticas por tamaño y forma del tubo y distribución de tipo de partículas se pueden establecer valores de energía y cantidad de radiación recibida.

Escintilador o centelleador: es un dispositivo que provoca un destello cada vez que una partícula cargada o un fotón de alta energía lo atraviesa, por ejemplo, un cristal de sulfuro de zinc. Estos destellos pueden ser detectados por elementos fotosensibles y fotomultiplicadores y contabilizados.

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Centelleador

http://nuclear.fis.ucm.es/webgrupo/labo/Lab_Detector_Centelleador.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger_counter

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/094/htm/sec_8.htm

3.4. Efectos sobre la salud

Los seres vivos están formados por moléculas grandes y complejas, como las proteínas y el ADN. La radiación puede alterar estas complejas estructuras, y si afecta al ADN, provocar daños permanentes y hereditarios.

Nuevo símbolo ISO para señalizar la presencia de fuentes de radiación ionizante, con una advertencia más explícita de los riesgos que comporta.

Las proteínas se están generando continuamente, por lo que los daños sobre las mismas no tienen implicaciones graves (a no ser que sean masivos). Es más peligroso que los daños afecten al ADN.

Una proteína

Una secuencia de ADN

La vida lleva millones de años conviviendo con la radiación de baja intensidad, por lo que ha desarrollado mecanismos para protegerse frente a pequeños daños en el ADN.

La molécula de ADN es doble (es decir, hay una copia de seguridad) y toda una legión de proteínas especializadas se encarga de reparar los daños que eventualmente se produzcan.

Sin embargo, hay tres situaciones en las que el daño puede ser permanente:

Si el ADN dañado está en medio de un proceso de secuenciación (como ocurre, por ejemplo, en células en proceso de división o “mitosis”) y la doble hélice está “desenrollada”: en este caso, si se daña una porción fuera de la doble hélice, la proteína encargada de las reparaciones no va a tener una copia de seguridad.

O bien el daño es tan masivo que se pierde la posibilidad de restaurar la situación original (estas situaciones suelen desencadenar la muerte programada o “apoptosis” de la célula).

O bien si afecta a una célula reproductora.

La ley de la radiosensibilidad (también conocida como ley de Bergonié y Tribondeau, postulada empíricamente en 1.906 y demostrada más adelante) establece que los tejidos y órganos más sensibles a las radiaciones son los menos diferenciados y los que exhiben alta actividad reproductiva (alta tasa de renovación).

Como ejemplo, tenemos:

Tejidos altamente radiosensibles: epiteliales (mucosa intestinal, piel, pulmones...etc), órganos reproductivos (ovarios, testículos), médula ósea, glándula tiroides.

Tejidos medianamente radiosensibles: tejido conectivo.

Tejidos poco radiosensibles: neuronas, hueso.

Por el mismo motivo:

Los embriones, bebés y niños en fase de crecimiento son más sensibles que los adultos.

Las mujeres, con unos pocos centenares de células reproductoras, son mucho más sensibles que los hombres, que producen millones de células reproductoras cada día.

A igual dosis, una radiación de baja intensidad y largo tiempo es mejor tolerada que una de alta intensidad y breve duración.

Los daños producidos son los derivados de la destrucción de las moléculas y, principalmente, el ADN:

Necrosis y degeneración de tejidos.

Mutaciones que pueden ser hereditarias

Cáncer de diversos tipos

En caso de exposición intensa, quemaduras y heridas que no curan (por destrucción del tejido que debe reparar la herida)

Las radiaciones naturales (emitidas por el medio ambiente) son, en principio, inofensivas (aunque se cree que tienen una función importante en la evolución de la vida, provocando mutaciones expontaneas).

El promedio de tasa de dosis equivalente medida a nivel del mar es de 0,12 microsievert por hora (1,2 microrem por hora).

La dosis efectiva (suma de las dosis recibida desde el exterior del cuerpo y desde su interior) que se considera que empieza a producir efectos en el organismo de forma detectable es de 100 mSv (10 rem) en un periodo de 1 año.

Hay que tener en cuenta que el Sievert y el rem son unidades de exposición acumulativa, es decir, guardan la historia de la exposición a las diferentes fuentes de radiación a lo largo de la vida del ser vivo.

Por tanto, el factor que hay que tener en cuenta para evaluar el impacto en la salud es la exposición acumulada, y no tanto la puntual.

Por este motivo, el personal expuesto por razones profesionales o ambientales a este tipo de radiación debe llevar consigo un dosímetro, que es un aparato que mide la exposición acumulada, y se deben tomar medidas preventivas (alejamiento, apantallamiento adicional...etc.) si se alcanzan las dosis máximas recomendables:

Fuentes:

http://www.biounalm.com/2011/03/que-significan-los-milisievert_16.html

http://amazings.es/2011/03/18/grafica-del-nivel-de-peligrosidad-de-las-radiaciones/

http://www.elergonomista.com/27en06.html

3.4. Radiación interna y externa

A la hora de evaluar el impacto sobre la salud, es muy importante distinguir si la fuente de radiación es externa o interna.

De la radiación externa, la alfa y beta es frenada por la piel y sólo penetra la radiación gamma. Pueden prevenirse los daños reduciendo del tiempo de exposición, alejándose de la fuente (la intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia):

o interponiendo pantallas, preferiblemente de materiales de alta densidad (para la radiación gamma, a modo de ejemplo, 6 mm de plomo realizan la misma labor aislante que 1 m de hormigón o 6 m de tierra).

Los efectos de la radiación externa dependen de la dosis acumulada:

De la interna, mucho más peligrosa, afectan los tres tipos y especialmente la radiación alfa y beta, muy energética, produce daños e inflamación locales.

Radiación interna y externa

Las fuentes de entrada de material radiactivo son: la ingestión, inhalación, y la penetración por contacto a través de heridas o piel sana.

La radiación interna es provocada por una serie de isótopos muy concretos, (verdaderas “bestias negras”) cuyo efecto depende de su comportamiento y el lugar en que se acumulan:

Yodo (¹³¹I)

Presente en: agua contaminada (normalmente, tras un vertido de agua contaminada en una central o una explosión)
Se adquiere a través de: agua y alimentos
Presencia en el organismo: breve (unos días)
Se acumula en: tiroides
Causa: tiene el potencial de causar mutaciones cancerosas en la tiroides

Cesio (¹³⁷Cs)

Presente en: agua contaminada y alimentos, donde es muy soluble, debido a que químicamente se comporta como el sodio o el potasio
Se adquiere a través de: agua y alimentos
Presencia en el organismo: Unos 50 días de media
Se acumula en: músculos y zonas blandas
Causa: cánceres del tejido blando, mutaciones

Metales pesados (Uranio U, Torio Th, Neptunio Np, Plutonio Pu, Actinio Ac, Americio Am...etc.)

Presente en: terrenos contaminados, aire
Se adquiere a través de: no es común entrar en contacto con estas sustancias, toda vez que sólo existen en cantidades apreciables en instalaciones nucleares y militares: si hay vertidos, escapes o explosiones, pueden contaminar los alimentos y el aire (por tanto, una fuente posible de contaminación es respirar el polvo contaminado tras un accidente o vertido). Aunque, como metales, pueden formar sales solubles en agua, su absorción intestinal es lenta y las contaminaciones en humanos suelen provenir del polvo fino producido en explosiones y accidentes de instalaciones nucleares
Presencia en el organismo: permanente
Se acumula en: pulmones, hígado y riñón
Causa: irritación crónica de los pulmones y las cavidades en las que se deposita, varios tipos de cáncer

Radio (Ra), Calcio (⁴¹Ca) y Estroncio (⁹⁰Sr)

Presente en: agua, pastos y alimentos (especialmente productos lácteos de ganado contaminado)
Se adquiere a través de: agua y alimentos
Presencia en el organismo: permanente
Se acumula en: tejido óseo, donde se asimilan muy fácilmente como el calcio, por ser químicamente muy similares
Causa: leucemias, degeneración del tejido óseo (es famoso el caso del Radithor http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/radio.html ), cáncer de huesos

Radon (Rn)

Presente en: suelos volcánicos (graníticos), con presencia de mineral de uranio
Se adquiere a través de: aire respirado y agua
Presencia en el organismo: breve, por tener un periodo de descomposición muy corto
Se acumula en: no se acumula
Causa: cáncer de pulmón y mutaciones

Polonio (Po)

Presente en: fertilizantes de fosfatos provenientes de zonas ricas en mineral de uranio (la mayoría, por desgracia), ya que es un subproducto de la descomposición del mismo
Se adquiere a través de: humo del tabaco, verdura y vegetales contaminados
Presencia en el organismo: permanente (se asimila al azufre)
Se acumula en: pulmones de fumadores, hígado y riñón
Causa: cáncer, leucemia y mutaciones

Adicionalmente, tenemos dos isótopos radiuactivos presentes de forma natural en los seres vivos:

Potasio (⁴⁰K)

Presente en: de forma natural en el suelo en diversas concentraciones.
Se adquiere a través de: alimentos y agua
Presencia en el organismo: un 1% del potasio del organismo (unos 0,5 g) es radiactivo
Se acumula en: todo el organismo
Causa: potenciales mutaciones