Sistema-climatico-y-atractor-de-Lorentz

Fuente: Colaje imágenes Google

¿Existen razones que la racionalidad científica no entiende?. Pues va a ser que sí, y más aun con el advenimiento de la tecnociencia. Recuerdo el día que entré por primera vez en contacto con las ciencias de la complejidad, los sistemas complejos y la Teoría del Caos, incluyendo la geometría fractal, la termodinámica del no equilibrio, la sinergética, la criticalidad autoorganizada, teoría de catástrofes, etc.  La historia de cómo Lorenz descubrió el atractor que lleva su nombre, realmente resulta estimulante. La creatividad siempre por delante que la técnica. Una idea sencilla y uno puede adentrarse en un nuevo mundo. Lo mismo le ocurrió a otros pioneros estadounidenses, a falta de la más mínima infraestructura, viviendo malamente, se concentraron en grabar la regularidad de como goteaba irregularmente un grifo y….. ¡eureka!. Del mismo modo, tras la lectura de mi tesis doctoral, compré un libro cuyo nombre me resultaba atractivo y toda mi línea de investigación topó con un revolcón abrupto inesperado. Presenté mi candidatura como investigador al staff en el CSIC, y en el segundo ejercicio les hablé sobre la aplicación de la termodinámica del no equilibrio, y la teoría de catástrofes a la génesis de suelos, y los componentes del tribunal entraron en estado de catalepsia, no entendían nada de nada. Por lo tanto ni tan siquiera pudieron atacarme, vinculándome para siempre al CSIC por falta de críticas. Años después el naciente IPCC contactó conmigo sobre el cambio climático, empero como mis tesis reposaban sobre el pilar la impredecibilidad climática, se esfumaron velozmente. Tiempo después, algunos me calificaban como negacionista de tal cambio (los hay analfabetos y zopencos). Durante la redacción del Borrador del Primer Plan nacional del Clima en España, allá por la década de los años 90 del siglo XX, me costó un esfuerzo tremendo que añadieran unas líneas  en las cuales se advirtiera que el calentamiento de la atmósfera nos induciría el aumento en magnitud y frecuencia de los eventos catastróficos, aunque finalmente apareció en el texto. Durante los últimos 35 años, he hecho uso de varias de estas herramientas como núcleo central de mis aproximaciones metodológicas (En mi researchgate encontrareis abundantes pruebas de ello).

Durante décadas, los modelizadores del clima, soslayaron estas nuevas herramientas conceptuales y metodológicas que rompen el pensamiento lineal imperante en gran parte de la ciencia y, como no, en las indagaciones sobre cambio climáticoMis argumentos eran tan sencillos que me costaba entender tanto rechazo. Pero el tiempo da y quita razones. Y al final lo obvio comenzó a surgir, hasta irrumpir en la primera plana, como demuestran estos dos ejemplos que os muestro abajo. Debo suponer que tanta reticencia deviene de un pragmatismo mal entendido. ¿Si no se puede predecir, para que invertir dinero en su estudio?.  Comenzaron convocatorias para financiar investigaciones sobre el cambio climático, empero si considero que no puedo garantizar los impactos y como corolario tampoco las estrategias de respuesta ¿para qué pedirlos?. Y eso es lo que motivó que enfocara mi atención hacia otros objetivos.  Por ejemplo, ¿puede conducirnos el calentamiento en la península hacia un paisaje más árido o hacia el gozoso clima de las islas afortunadas?. Ya os mostraré que aunque la respuesta de la mayoría de vosotros sería la primera, otros estudios recientes, para sorpresa de sus autores, defenderían que la respuesta es la segunda. Eso sí, mientras tanto pueden darse cambios abruptos y drásticos de, como no, difícil vaticinio. Hoy comenzamos con el clima y el atractor de Lorenz, mientras que el otro nos habla de evidencias del pasado. No obstante, debo reconocer que no estoy en desacuerdo con varios de los argumentos mostrados en la primera noticia, justamente por definición. Si un sistema es caótico, por definición no puede predecirse con exactitud. De aquí mi lema de “más vale acertar aproximadamente que error con precisión”. Lema un tanto benevolente con el pensamiento lineal, pero que aun así se atraganta a la mayoría de los integrantes de la clase científica. Os dejo primero una lista de varios de los post en los que llevo que llevo defendiendo lo que la tecnociencia sexy ahora cominza a aceptar.

Pero veamos dos sencillos ejemplos de un sistema complejo.  Cuando un ciudadano chino fue infectado (¡a saber!) por el maldito coronavirus, todas las sesudas predicciones del crecimiento económico mundial se vinieron abajo. Del mismo modo, una súbita confrontación entre dos países (Rusia-Ucrania), dio lugar a una crisis energética que volvió a echar abajo todas las predicciones de crecimiento económico un par de años después, como también de los vaticinios sobre descarbonización climática. Contra el vicio de predecir en sistemas complejos, no hay salida que no sea tomarse todo con bastante escepticismo.  

Juan José Ibáñez

Continúa……

Material y post adicionales

La teoría del caos proporciona pistas para controlar el clima

 

Post

Edafogénesis Divergente: Una Nueva Teoría sobre la Evolución de Suelos

Cambio Climático: Alteraciones Bruscas del Clima vs Graduales; Efectos Sobre el Suelo y la Vegetación

Caos, Cambio Climático y el Efecto Mariposa: La Importancia de los Cambios Bruscos y sus Repercusiones sobre los Suelos publicado en 2008

Cambio Climático: Hacía una Península Más Cálida o Más Fría. La Teoría del Recalentón

Un Sistema Climático Fractal frente al pensamiento lineal

Microorganismos del Suelo y Predicciones del Calentamiento climático

Calentamiento climático: ¿más agua en los desiertos?

La teoría del caos proporciona pistas para controlar el clima
por Staff Writers; Tokio, Japón (SPX) Mar 29, 2022

Bajo un proyecto dirigido por el Centro RIKEN para la Ciencia Computacional, los investigadores han utilizado simulaciones por computadora para mostrar que los fenómenos meteorológicos como los aguaceros repentinos podrían modificarse haciendo pequeños ajustes a ciertas variables en el sistema meteorológico. Lo hicieron aprovechando un sistema conocido como “atractor de mariposas” en la teoría del caos, donde un sistema puede tener uno de dos estados, como las alas de una mariposa, y que cambia de un lado a otro entre los dos estados dependiendo de pequeños cambios en ciertas condiciones.

Si bien las predicciones meteorológicas han alcanzado niveles de alta precisión gracias a métodos como las simulaciones basadas en supercomputadoras y la asimilación de datos, donde los datos de observación se incorporan a las simulaciones, los científicos han esperado durante mucho tiempo poder controlar el clima. La investigación en esta área se ha intensificado debido al cambio climático, que ha llevado a eventos climáticos más extremos como lluvias torrenciales y tormentas.

Hay métodos en la actualidad para la modificación del clima, pero han tenido un éxito limitado. Se ha demostrado que sembrar la atmósfera para inducir la lluvia, pero solo es posible cuando la atmósfera ya está en un estado en el que podría llover. Se han previsto proyectos de geoingeniería, pero no se han llevado a cabo debido a las preocupaciones sobre los efectos imprevistos a largo plazo que podrían tener.

Como un enfoque prometedor, los investigadores del equipo de RIKEN han recurrido a la teoría del caos para crear posibilidades realistas para mitigar eventos climáticos como las lluvias torrenciales. En concreto, se han centrado en un fenómeno conocido como atractor de mariposas, propuesto por el matemático y meteorólogo Edward Lorentz, uno de los fundadores de la teoría moderna del caos. Esencialmente, esto se refiere a un sistema que puede adoptar una de las dos órbitas que se parecen a las alas de una mariposa, pero puede cambiar las órbitas al azar en función de pequeñas fluctuaciones en el sistema.

Para realizar el trabajo, el equipo de RIKEN realizó una simulación meteorológica, para servir como control de la “naturaleza” misma, y luego ejecutó otras simulaciones, utilizando pequeñas variaciones en una serie de variables que describen la convección, cómo se mueve el calor a través del sistema, y descubrió que pequeños cambios en varias de las variables juntas podrían llevar a que el sistema estuviera en un cierto estado una vez que transcurriera una cierta cantidad de tiempo.

Según Takemasa Miyoshi, del Centro RIKEN para la Ciencia Computacional, quien dirigió el equipo, “Esto abre el camino a la investigación sobre la controlabilidad del clima y podría conducir a la tecnología de control del clima. Si se realiza, esta investigación podría ayudarnos a prevenir y mitigar las tormentas de viento extremas, como las lluvias torrenciales y los tifones, cuyos riesgos aumentan con el cambio climático”.

“Hemos construido una nueva teoría y metodología para estudiar la controlabilidad del clima”, continúa. “Basándonos en los experimentos de simulación del sistema de observación utilizados en estudios de previsibilidad anteriores, pudimos diseñar un experimento para investigar la previsibilidad basado en la suposición de que los verdaderos valores (la naturaleza) no se pueden cambiar, sino que podemos cambiar la idea de lo que se puede cambiar (el objeto a controlar)”.

Mirando hacia el futuro, dice: “En este caso utilizamos un modelo ideal de baja dimensión para desarrollar una nueva teoría, y en el futuro planeamos usar modelos meteorológicos reales para estudiar la posible controlabilidad del clima”.

Informe de investigación: “Experimento de simulación de control con el atractor de mariposas de Lorenz”

Study suggests abrupt climate change during the last ice age was controlled by CO2 levels
by Staff Writers; Copenhagen, Denmark (SPX) Apr 08, 2022

Large jumps within the last ice age between cold and warm climate periods in the Northern Hemisphere may have occurred because the climate system became unstable when atmospheric CO2 levels were between approximately 190 and 225 parts per million. That is the conclusion from a study, published in Nature Geoscience by Guido Vettoretti et al. at the Niels Bohr Institute (NBI), University of Copenhagen, Denmark.

The result is in agreement with data of past temperature and CO2 concentration in ice cores retrieved from Antarctica and Greenland. The work is part of the European TiPES project on Tipping Points in the Earth’s System.

Dansgaard-Oeschger events (D-O events) occurred more than 25 times during the last ice age and were first described 40 years ago. These abrupt, global-scale climate changes had large impacts in the Arctic where the average temperatures jumped up to 16 degrees Celsius sometimes within a couple of decades. Afterwards, over centuries to millennia, temperatures gradually dropped and returned back to the cold ice age conditions.

A long-standing puzzle
What caused D-O events, their duration and strength, and why they reappeared in an almost regular manner have remained unanswered questions in the field of climate science for decades.

This new study completes more pieces to the long-standing puzzle by combining ice-core data and results from both a comprehensive climate model and a simple mathematical model. The two models show the same overall behaviour, which also agrees with the ice-core data, which suggests that the models capture the essential physics of the climate system. The insights from the models allow a new theory for the D-O events to be formulated and show how the occurrence of the abrupt climate changes was controlled by the atmospheric CO2 levels.

In the study, D-O events turned out to be controlled by levels of CO2 in the atmosphere in the following way: with CO2 levels above 225 ppm, the North Atlantic Climate was in a relatively warm stable state. Below 225 ppm, the system entered a “window of CO2” where the climate was prone to tipping into an unstable state, where jumps back and forth between warm and cold climate periods would appear naturally in the climate system.

As soon as CO2 levels dropped below 190 ppm and out of the “window of instability”, the ice age climate system would tip into another stable state, with very low temperatures in the North Atlantic and D-O events would no longer take place.

The results fit the historical observed levels of temperature and CO2, which are known fairly precisely from measurements of tiny air bubbles trapped in the ice sheets of Greenland and Antarctica. The Niels Bohr Institute pioneered ice-core drilling and retrieved and analysed the Greenland ice cores that provide the records of the D-O events.

A message for our times
The existence of a CO2 window allowing abrupt and unexpected changes to the climate bears a message for our own modern times.

“The results of this paper show us how past temperatures on Earth responded quickly and unpredictably under different levels of CO2 concentration in the atmosphere. It’s important to understand whether increasing our current CO2 levels will create conditions where the Earth’s climate suddenly jumps into a very different and possibly irreversible state,” says Vettoretti.

Research Report: “Atmospheric CO2 control of spontaneous millennial-scale ice age climate oscillations”

Un estudio sugiere que el cambio climático abrupto durante la última edad de hielo fue controlado por los niveles de CO2

por los escritores del personal

Copenhague, Dinamarca (SPX) 08 de abril de 2022

es posible que se hayan producido grandes saltos durante la última edad de hielo entre los períodos de clima frío y cálido en el hemisferio norte debido a que el sistema climático se volvió inestable cuando los niveles de CO2 atmosférico estaban entre aproximadamente 190 y 225 partes por millón. Esa es la conclusión de un estudio, publicado en Nature Geoscience por Guido Vettoretti et al. en el Instituto Niels Bohr (NBI), Universidad de Copenhague, Dinamarca.

El resultado está de acuerdo con los datos de temperatura pasada y concentración de CO2 en núcleos de hielo recuperados de la Antártida y Groenlandia. El trabajo es parte del proyecto europeo TiPES sobre Puntos de Inflexión en el Sistema de la Tierra.

Los eventos de Dansgaard-Oeschger (eventos D-O) ocurrieron más de 25 veces durante la última edad de hielo y se describieron por primera vez hace 40 años. Estos cambios climáticos abruptos a escala global tuvieron grandes impactos en el Ártico, donde las temperaturas promedio aumentaron hasta los 16 grados centígrados, a veces en un par de décadas. Posteriormente, durante siglos o milenios, las temperaturas descendieron gradualmente y volvieron a las condiciones frías de la edad de hielo.

Un rompecabezas de larga data

Qué causó los eventos D-O, su duración y fuerza, y por qué reaparecieron de manera casi regular han permanecido como preguntas sin respuesta en el campo de la ciencia del clima durante décadas.

Este nuevo estudio completa más piezas del rompecabezas de larga data al combinar datos de núcleos de hielo y resultados de un modelo climático integral y un modelo matemático simple. Los dos modelos muestran el mismo comportamiento general, lo que también concuerda con los datos del núcleo de hielo, lo que sugiere que los modelos capturan la física esencial del sistema climático. Los conocimientos de los modelos permiten formular una nueva teoría para los eventos D-O y muestran cómo la ocurrencia de los cambios climáticos abruptos fue controlada por los niveles atmosféricos de CO2.

En el estudio, los eventos de D-O resultaron estar controlados por los niveles de CO2 en la atmósfera de la siguiente manera: con niveles de CO2 superiores a 225 ppm, el clima del Atlántico Norte se encontraba en un estado estable relativamente cálido. Por debajo de 225 ppm, el sistema entró en una “ventana de CO2” donde el clima era propenso a caer en un estado inestable, donde los saltos de ida y vuelta entre períodos de clima cálido y frío aparecerían naturalmente en el sistema climático.

Tan pronto como los niveles de CO2 cayeran por debajo de 190 ppm y salieran de la “ventana de inestabilidad”, el sistema climático de la edad de hielo se inclinaría hacia otro estado estable, con temperaturas muy bajas en el Atlántico Norte y los eventos D-O ya no tendrían lugar.

Los resultados se ajustan a los niveles históricos observados de temperatura y CO2, que se conocen con bastante precisión a partir de las mediciones de pequeñas burbujas de aire atrapadas en las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. El Instituto Niels Bohr fue pionero en la perforación de núcleos de hielo y recuperó y analizó los núcleos de hielo de Groenlandia que proporcionan los registros de los eventos D-O.

Un mensaje para nuestros tiempos

La existencia de una ventana de CO2 que permite cambios abruptos e inesperados en el clima transmite un mensaje para nuestros tiempos modernos.

Los resultados de este artículo nos muestran cómo las temperaturas pasadas en la Tierra respondieron rápida e impredeciblemente bajo diferentes niveles de concentración de CO2 en la atmósfera. Es importante comprender si el aumento de nuestros niveles actuales de CO2 creará condiciones en las que el clima de la Tierra salte repentinamente a un estado muy diferente. y posiblemente un estado irreversible“, dice Vettoretti.

Compartir:

Deja un comentario