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Calentamiento global: Radiación cósmica solar yla relación con los fenómenos del Niño y la Niña

Felipe Espinosa D.1, Rodrigo Osorio M.2 y Julián Diaz T.3

1 Investigador Senior, Braintech, Chile2 Gerente General, Braintech, Chile

3 Gestor Corporativo, Braintech, Chile

Resumen—Fenómenos cosmicos como las llamaradas solares y la radiación ultravioleta producen cambios en la atmosfera al generar altera-

ciones en la conductividad eléctrica del planeta como consecuencia de la introducción tanto ondas electromagnéticas como partículas atómicas

provenientes del espacio exterior. Entre estos, los neutrones, originados por las interacciones de los rayos cósmicos, alteran los acontecimientos

climáticos en la Tierra, entre estos los del Niño y la Niña. Este último se ha agudizado en las decadas recientes contribuyendo severamente al

calentamiento global e incrementando la temperatura del planeta en aproximadamente dos grados celsius sobre la media habitual. Por lo tanto,

además del efecto invernadero generado por el hombre ¿han sido las radiaciones solares una de las causa del calentamiento global y mega

sequías que afectan a Chile y el mundo?

Palabras clave—Calentamiento global, cambio climático, neutrones, solar

1. INTRODUCCIÓN

L a historia climática del planeta ha estado marcadapor períodos de enfriamiento. En el inicio de

su formación, su temperatura era extremadamente altapues estaba siendo bombardeado por cuerpos celestes.Sin embargo, cuando esta fase terminó, la Tierra entróen un proceso de enfriamiento y eliminando gases quecontribuyeron a la creación de la atmósfera y otrascapas externas. Durante el siglo XX el clima se hamantenido cálido, y desde 1950 se ha apreciado uncreciente aumento de la temperatura relacionado con unincremento de la concentración de dióxido de carbonoatmosférico y otros gases [1].

Estudios previos relacionan el cambio climáticoactual con el impacto antropogénico, referido a la épocaen que la raza humana comenzó a influir en el climamediante la quema de combustibles fósiles y el gastoexcesivo de energía. Particularmente, el uso ineficientede recursos ponen al planeta en serio riesgo climatológi-co para el siglo venidero. No obstante, investigaciones

Datos de contacto: Felipe Espinosa D., Bombero Ossa 1010, Of. 1020, San-tiago. RM - Chile, Tel: +56 9 7668 2927, fespinosa@braintech.cl

anteriores en el campo de la geofísica presentan queel calentamiento terrestre ha estado, a su vez, asociadoa fenómenos cosmicos, principalmente la emisión departículas atómicas que afectan tanto la atmósfera comoel manto terrestre [1, 2].

Pese a que la temperatura global ha ido en aumento,el sol ha mostrado una ligera tendencia de enfriamiento.Se observa que el Sol junto al clima han estado actuandoen direcciones opuestas desde 1985, indicando que otrosfactores, igualmente vinculados a estos fenómenos con-tribuyan al a la temperatura del planeta [3].

2. CALENTAMIENTO GLOBAL

El calentamiento global es el aumento de la tempera-tura global debido a la presencia de gases invernaderoque impiden que la radiación emitida por la tierrase disipe y, por lo tanto, favorece que se mantenganatrapada en la atmosfera. Entre las principales causasse encuentran: el aumento mismo de los gases de efectoinvernadero, excesivo uso de fertilizantes y producciónde residuos, quema de combustibles fósiles, junto a ladeforestación de bosques y selvas.

La temperatura se ha elevado desde finales del sigloXIX debido a la actividad humana, que produjo el incre-

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mento en las emisiones de dioxido de carbono (CO2). Sepronostica que las temperaturas continuarán subiendo enel futuro cercano si continúan los niveles de emisión ac-tuales. Particularmente, en 2019 la Tierra experimentó susegundo año más caliente en 140 años. De igual manera,el 2020 fue uno de los años más cálidos registrados, esosin tener un evento climatológico como el Niño [4]. Seprevé que durante el 2021 seguirá la tendencia del au-mento gradual de la temperatura y el fenómeno de la Ni-ña muy latente, aún cuando la pandemia del COVID-19frenó por bastante tiempo la actividad industrial.

2.1. Efectos del calentamiento global

En Chile, el efecto más adverso ha sido la escasez hí-drica en varias zonas del país. Paulina Aldunce, docentede la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universi-dad de Chile, señala que el riesgo más importante es lareducción de la disponibilidad de agua, potenciada conel derretimiento progresivo de los cuerpos de hielo en lacordillera, glaciares, y en la misma Antártica. Ademásaumentan los problemas para la producción agrícola, lainfraestructura portuaria, y otros riesgos a la salud [6].

Una situación particular se muestra en el gráfico 1,donde el incremento de temperatura en el hemisferionorte ha sido mayor en los últimos 20 años respectodel hemisferio sur y el trópico central, debido a queel norte del planeta concentra la mayor cantidad deindustrias. Adicionalmente, el polo norte presenta unamayor proporción de agua, haciendo que las corrientestengan mayor incidencia en el ambiente, contrario alpolo sur que es una masa de tierra y por tanto los flujostorrentosos son de menor intensidad.

Algunos significativos efectos del aumento de la tem-

peratura global son los siguientes:

• Derretimiento de los hielos, especialmente en lospolos y glaciares montañosos (riesgo de aluviones).

• Migración de aves y animales hacia zonas más fríasy elevadas. Ejemplo: disminución de los pingüinosAdélie en la Antártida.

• Incremento en la media de las precipitaciones glo-bales (lluvia y nieve).

• Aumento del nivel de los mares entre 18 y 59 cmpara fines de siglo, también el caudal de los ríos.

• Las sequías se harán más frecuentes, llevando a ciu-dades y pueblos a desaparecer o mudarse.

• Habrán enfermedades que se extenderán, como lamalaria (mosquitos).

• Los ecosistemas cambiarán y la flora y fauna seasentarán en zonas dispersas, cambiado su compor-tamiento actual.

2.2. La incidencia del SolEl Sol proporciona la principal fuente de energía

que impulsa el sistema climático de la Tierra, pero susvariaciones han jugado un importante papel en el calen-tamiento global y los cambios climáticos observados enlas últimas décadas. De hecho, existe evidencia de que elciclo solar de 11 años, durante el cual la producción deenergía del Sol varía aproximadamente un 0,1%, puedeinfluir en las concentraciones de ozono, las temperaturasy los vientos en la estratósfera [4].

A pesar de la incidencia del sol en el clima te-rrestre, el calentamiento actual no es resultado de loscambios solares en las tendencias de la temperatura a

Gráfica 1: Anomalía promedio de la temperatura global, últimos 60 años. Fuente: Met Office Hadley Centre [5].El incremento de temperatura en el hemisferio norte ha sido mayor que en el hemisferio sur y el trópico central.

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diferentes altitudes de la atmósfera, sino debido ma-yormente al gran incremento de CO2. De cierta forma,el clima del planeta se ve afectado por la radiacióncósmica y la actividad solar, contribuyendo en fenómenoclimáticos importantes como son el Niño y la Niña [7, 3].

El Niño es un patrón climático recurrente que implicacambios en la temperatura de las aguas en la parte centraly oriental del Pacífico tropical. Con periodicidad cada3 a 7 años, este fenómeno se caracteriza por corrientesdemasiado cálida sobre el Pacífico y un calor mayor alusual en la superficie marina, proporcionando lluviasintensas, inundaciones y aluviones entre otros desastres.La Niña, por el contrario, se caracteriza por una dis-minución de las temperaturas en las regiones andinas,caribeñas y el Pacífico, con corrientes en dirección oeste,provocando un descenso en la temperatura y humedadde la superficie del mar, generando lluvias breves, sequíay poca ventilación en las planicies [9].

En la figura 1 se observa el movimiento general deestas corrientes por el gran océano Pacífico. Durante elfenómeno del Niño, la superficie del mar tiene a calen-tarse y por tanto generar una mayor evaporación de aguaa poca altura, mientras al avanzar esta se va fortalecien-do hasta convertirse incluso en tormentas cerca del con-tinente. Para el otro fenómeno, la Niña, las corrientes en-frían el océano y por tanto la temperatura del mar decrececonsiderablemente, debilitando cualquier signo de siste-ma frontal y bajando la humedad relativa en las bahías ovalles. Estos eventos climáticos tienen distinto compor-tamiento dependiendo del hemisferio, pero sus caracte-rísticas meteorológicas son similares.

3. RADIACIÓN CÓSMICA

Comprender la influencia de la variabilidad solaren el clima mundial requiere conocer las variacionesdel sol (ciclos), las interacciones entre el Sol y laTierra, y los mecanismos que determinan la respuestadel sistema climático en el planeta [3]. A menudo,se piensa que la radiación electromagnética solaralimenta el sistema climático de la Tierra, y que loscambios en esta producción solar serían responsablesde los cambios climáticos en el planeta. Esto, aunqueparezca ingenuo, no lo es, ya que tales ondas solaresesconden elementos que si contribuyen al calentamientoglobal, además de los gases invernaderos generados [10].

La radiación cósmica se refiere a las fuentes deirradación en forma de rayos que provienen del Sol odel espacio exterior. Este contiene muchas partículas dealta energía según la fuente emisora, que generan lluviasde partículas secundarias en la atmósfera inferior de laTierra. Las partículas cargadas (especialmente protonesde alta energía) del Sol y el espacio exterior interactúancon la atmósfera terrestre y el campo magnético paraproducir una lluvia de radiación, típicamente β (Beta) yγ (Gamma), que combinado con el nivel de CO2 en laatmósfera, genera las anomalías en la temperatura globaly cambios en el nivel de los océanos [11, 12].

Los efectos de la radiación cósmica solar en el planetano sólo son perjudiciales en la salud humana, también loson con el medioambiente: Efectos significativos en labiosfera terrestre y ecosistema marino debido al aumentode radiación UV-B, estratificación en lagos y océanosproducto de alteraciones climáticas, excesiva liberaciónde gases como metano, junto a otras consecuencias

Figura 1: Fenómenos de El Niño y La Niña, patrones de temperatura del mar. Fuente: Climate Change, Agriculture and FoodSecurity [8]. Los colores a lo largo del ecuador muestran áreas que son más cálidas o más frías que el promedio a largo plazo.

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[13]. Pese a la protección del campo magnético solar,a la Tierra llega una gran cantidad de rayos cósmicos(protones) que llevan una gran energía, y que durantela entrada por la atmósfera producen una ionizaciónsobre las moléculas presentes en ésta, dando lugar a laformación de nubes o afectando las capas nubosas en laatmósfera, modificando su conductividad eléctrica [14].

Pero no sólo es energía, también parece ser algocíclico. Diferentes investigadores han propuesto unaconexión entre períodos de mayor actividad solar -menor flujo de radiación cósmica galáctica - e intervalosclimáticos más cálidos durante períodos de 100 a 200miles de años, sugiriendo que los efectos inducidospor los rayos cósmicos pueden provocar cambios im-portantes en el clima terrestre a más largo plazo [17].Aunque el campo geomagnético tenga un efecto deprotección considerable en la Tierra, una disminuciónen la intensidad actual de éste entre el 10% al 20%generaría un aumento del flujo de radiación cósmica quefluctaría entre el 80% al 60%, modificando el presenteescenario de calentamiento global [11, 17].

3.1. Neutrones y manchas solares

Los telescopios-γ que observan el Sol recopilan conti-nuamente mediciones electromagnéticas y de partículasrelacionadas con llamaradas solares y radiación cósmica,para predecir estos fenómenos, a fin de observar flujosde neutrinos solares. Sobre la cantidad de neutrinos seconsidera la evolución del flujo de estos que viajan a tra-vés de las manchas solares [18]. Una vez en la atmósferaterrestre, estos neutrinos pasan a ser neutrones, de masaatómica mayor, que interactúan en la ionosfera y afecta

el clima global durante ciertos períodos. Por tanto, lacantidad de neutrones que ingresan a la Tierra son unindicativo crucial de la actividad solar cósmica [3].

El grafico 2 presenta el caso de la ciudad de Santiago,Chile, en donde se considera el nivel de agua caída, conrespecto al conteo de neutrones que ingresan a la Tierra.Como se observa, una menor cantidad de neutronesabsorbidos en la atmósfera provocará un período delluvias considerable y una mayor cantidad de agua caída,lo que indica la manifestación del fenómeno del Niño.Por el contrario, a mayor número de neutrones, el nivelde precipitaciones será menor e indicativo del eventoclimático la Niña. Con esto tenemos un importante datosobre el comportamiento climático global: Los neutronesque llegan a la Tierra afecta las corrientes atmosféricasy la temperatura de los océanos, generando fenómenosclimáticos significativos, siendo el Niño y la Niña losmás extensos del orbe [3, 8].

Sin embargo ¿de qué depende la cantidad de neu-trones, y de otras partículas, para llegar al planeta?Pues bien, existe otro elemento importante vinculado anuestra gran estrella y que afecta la emisión de partículasatómicas: Las manchas solares. Las manchas solaresson áreas oscuras de la superficie del Sol, puesto que sutemperatura es muy baja, que ya de por si es altísima¡Alrededor de 6500 ◦F! Pero también son áreas dondelos campos magnéticos son particularmente muy fuertes,evitando que parte del calor dentro del Sol alcance lasuperficie del mismo [11, 14].

El gráfico 3 muestra el vínculo que existe entre lageneración de manchas solares y la emisión de neutrones

Gráfica 2: Conteo del ingreso de neutrones a la Tierra [15] y cantidad de agua caída en la ciudad de STGO, RM - Chile [16]. Seobserva una relación proporcional entre el número de neutrones detectados y el nivel de agua caída. El fenómeno de La Niña

aparece con mayor número de neutrones y El Niño a menor cantidad de estos, con desfases marcados cada ciertos años.

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Gráfica 3: Conteo del ingreso de neutrones a la Tierra [15] y total de manchas solares producidas por el Sol [19]. La relación deambos es inversamente proporcional: a mayor número de neutrones detectados, menor cantidad de manchas solares y viceversa.

hacia la Tierra. Cuando mayor es la cantidad de manchassolares, menor es la cantidad de partículas atómicasenviadas al espacio debido a los fuertísimos camposmagnéticos que retienen a estas partículas de altasenergías, conservándose en la superficie solar hastaque la mancha desaparezca y el magnetismo se asiente,liberándolas [12]. En ocasiones, las líneas del campomagnético cerca de las manchas solares se enredan, secruzan y reorganizan. Esto puede causar una explosiónrepentina de energía llamada llamarada solar, las cualesliberan gran cantidad de radiación en el espacio [20].

A mayor número de manchas solares, mayor la tempe-ratura en la Tierra, debido a la menor cantidad de neutro-nes en la atmósfera, baja nubosidad y humedad global.El Sol calienta más la Tierra cuando no se tienen capasbrumosas o nubes sobre la superficie terrestre y viceversa[18]. Además, los modelos climáticos consideran que siel Sol aumenta su brillo en un 0.2%, la Tierra recibe elmismo aumento en energía [14]. Por ejemplo:

• El brillo del Sol afecta a la temperatura media delplaneta: A mayor brillo, mayor es la radiación emi-tida, ocasionando temperaturas más templadas.

• Las tormentas solares reducen las nubes alrededorun 2% simultáneamente en todo el planeta. Un Solmás activo implica una mayor presencia de rayoscósmicos, los que provocan la “destrucción” de nu-bes y generando el calentamiento de la Tierra.

• Como el ozono absorbe la radiación solar, al aumen-tar la radiación UV disminuye la capa de ozono, yen consecuencia el clima será más cálido.

En conclusión, las nubes son un importante factorpara el control de las temperaturas en el planeta, con

Figura 2: Cambios en la temperatura de la superficie global yenergía del Sol que recibe la Tierra. Fuente: [21]. La cantidadde energía solar que recibe la Tierra ha seguido el ciclo solarnatural de 11 años de pequeños ascensos y descensos, sin un

incremento sobresaliente desde la década de 1950 aprox.

implicaciones directas tanto en el calentamiento globalcomo el cambio climático [17, 21].

En la figura 2 se muestran los cambios en la tem-peratura media de la Tierra y la actividad solar. Esrazonable suponer que los cambios en la producciónde energía del Sol causarían el cambio climático. Si elcalentamiento fuera causado por una mayor actividad delSol, entonces habría temperaturas más calientes en todaslas capas atmosféricas. Sin embargo, se ha observadoun enfriamiento en la parte superior de la atmósfera yun calentamiento en la superficie y partes más bajas deesta capa, debido a los gases del efecto invernadero,atrapando calor en la parte más baja [21].

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Figura 3: Imagen de regiones activas en el Sol, Observatoriode Dinámica Solar, NASA. El gas caliente traza los giros ycurvas de las líneas del campo magnético del Sol. Las man-

chas solares son regiones oscuras en la superficie [20].

El resultado es que, si bien el calentamiento del plane-ta tiene dependencia con la radiación solar, el otro efectoha sido el efecto invernadero debido a gases térmicosretenidos en la atmósfera. Dado que además estamosen una baja actividad o mínimo solar, por tanto menoremisión de neutrones hacia la Tierra, solo serviría paracompensar unos pocos años de calentamiento causadopor las actividades humanas por las emisiones de gasesinvernadero que es 6 veces mayor que el posible enfria-miento de décadas de un mínimo solar prolongado. Estogeneraría un retraso en la próxima glaciación global. Porahora, y asumiendo un mínimo solar que perdurará, lastemperaturas globales continuarán subiendo [12, 21].

Cabe mencionar que la inclinación del eje de la Tie-rra también afecta el clima global, debido a la incidenciade los rayos del Sol. Si el eje no estuviese inclinado, notendríamos estaciones, recibiendo todos los días del añola misma cantidad de radiación solar. Además, los ejesno son estáticos: Dependiendo de si está más o menosinclinado, los rayos solares darán de forma más directao indirecta. Actualmente estamos en 23,5◦, no obstan-te, los movimientos tectónicos fuertes cambian la incli-nación de este eje en varios grados, dependiendo de laduración y tipo de movimiento [22].3.1.1. Glaciación de Wisconsin

La glaciación de Wisconsin es conocida como el últi-mo periodo glacial ocurrido en la Tierra, acontecido en lazona meridional este de los Estados Unidos, lo que hoy

corresponde al estado de Wisconsin, como muestra la fi-gura 4. Se considera que ésta comenzó hace cien mil añosy terminó hace doce mil. Durante este período la especieHomo Sapiens salió de África y se dispersó, primero porAsia y desde allí por todos los continentes e islas [23].La intensidad de radiación cósmica y la variación de in-clinación del eje terrestre, dan lugar a glaciaciones y pe-riodos entre glaciacione relativos, con diferentes escalasde tiempo y duración. Algunos eventos que ocurrieron:

• Los glaciares (polos) avanzaron más allá de los cas-quetes polares, hasta cerca de los trópicos.

• La especie humana no alcanzó a extinguirse pero seredujo intensamente las poblaciones, disminuyendola dispersión genética original.

• Los continentes se cubrieron de hielos y se conge-laron los lagos, lagunas y ríos.

• Los mares poco profundos desaparecieron porquesus aguas pasaron a ser glaciares. Estrechos y archi-piélagos quedaron sin cobertura líquida.

4. CONCLUSIÓN

La radiación cósmica solar tiene una importanteincidencia en el clima de la Tierra y en la generaciónde eventos climáticos significativos. Los fenómenos delNiño y la Niña tiene directa relación con la cantidad deneutrones detectados en las capas atmosféricas. A mayornúmero de estas partículas, menor será la formaciónde nubes, favoreciendo fenómenos fríos como la Niña.Por el contrario, a menor cantidad de ellas, la nubes secondensarán y el Niño prevalecerá.

La emisión de neutrones hacia la tierra guarda relacióntambién con la ocurrencia de manchas solares, las cualesafectan el campo magnético en el Sol y en la Tierra.A mayor cantidad de manchas solares, menor flujo deneutrinos y viceversa. Por tanto, el calentamiento globaldel planeta no sólo se debe al aumento de gases CO2 yotros más, sino también a la actividad solar y la energíairradiada dentro del cosmos.

REFERENCIAS

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Figura 4: Mapa 2D de cómo era el planeta hace 21.000 años aproximado, durante la última glaciación [24].Al haber más agua congelada, los niveles del mar eran de unos 125 metros por debajo de los de hoy en día.

[5] Observations datasets: Hadcrut4 data. https : / / www .metoffice.gov.uk/hadobs/hadcrut4/data/current/download.html, 2020. Acceso: 14-01-2021.

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