Hoy viene a mi memoria algo que me sucedió el pasado 15 de febrero. Nada más levantarme, no sé por qué razón, fijé la vista en la báscula de baño que, por cierto, suele dormir olvidada en un rincón. Echándole valor, me pesé. No voy a decir lo que marcaba, sólo diré que se me vino el alma a los pies al ver esos números que ponemos siempre por delante de la palabra “kilogramos”. Una vez más, mi voz interior protestó ¡tienes que adelgazar! No duró mucho la preocupación porque, poco después, durante el desayuno, sucumbí a la tentación de comerme unas suculentas magdalenas.

Para acallar la atronadora voz de mi conciencia, puse la radio y, miren por dónde, la noticia del día era que un enorme meteorito había caído sobre la ciudad rusa de Cheliábinsk. Una vez satisfecha mi natural curiosidad por el fenómeno, y mis magdalenas, no pude evitar una asociación entre mis cuitas personales con la comida y el visitante del espacio. “¡Vaya un bocado que acaba de engullir la Tierra! –dije para mí mismo- seguro que hoy ha engordado de golpe unos cuantos miles de toneladas!”

Recordé la pregunta que había hecho en una ocasión uno de nuestros amigos que escuchan Cienciaes.com. La firmaba Raúl P y decía así:

¿La Tierra puede adelgazar o engordar como una persona?

Lo cierto es que, ese día al menos, La Tierra engordó. Según supe después, la masa del meteorito de Cheliábinsk debía tener alrededor de 11.000 toneladas. Me olvidé de mis cuitas con la comida, al fin y al cabo… ¡Frente a eso qué puede importar un par de magdalenas!

Así que, liberado al fin de remordimientos me concentré en la respuesta a la pregunta de Raúl.

¿La Tierra engorda o adelgaza?

La respuesta no es fácil, así que nos vamos a tomar nuestro tiempo dedicándole dos programas consecutivos de “La Ciencia Nuestra de Cada Día”. Hoy nos centraremos en lo que “come” la Tierra, en el próximo programa hablaremos de lo que expulsa y después haremos balance.

Lo más aconsejable es analizar el problema como lo haría un experto en dietética, dietética planetaria, claro.

Dietética terrestre

Mi querida señora Tierra, vamos a visitar al especialista. Veamos… ¿qué es lo primero que haría el experto? Muy simple: pesar a la paciente.

Decir que alguien ha ganado un kilogramo de peso no es mucho si no sabemos de quien se trata, al fin y al cabo, que un elefante gane un kilo no es lo mismo que lo gane un ratón. Pesemos, pues, a nuestro querido planeta. Bueno, más que pesar a La Tierra, que implicaría ponerla sobre la báscula y dejarla que fuera atraída por la gravedad de la Tierra misma, lo que vamos a hacer es calcular su masa, es decir, la cantidad de materia que encierra que, al fin y al cabo, es lo que importa. El peso depende del lugar en el que coloquemos la báscula, yo en la Luna peso la sexta parte que en la Tierra, sin embargo la cantidad de materia – mi masa – es la misma.

¿Cuánta masa tiene La Tierra?

Para averiguar la masa de la Tierra, los físicos utilizan una fórmula que el gran Newton nos facilitó: la fórmula de la Gravitación Universal. Básicamente viene a decir que dos cuerpos se atraen con una fuerza que depende del producto de sus masas dividido por el cuadrado de la distancia que los separa, ajustado todo ello con una constante (les invito a escuchar la biografía de Henry Cavendish en el podcast Ciencia y Genios para más datos). El caso es que, como nosotros sabemos medir la fuerza con la que atrae la Tierra a un cuerpo de masa conocida, basta con aplicar la fórmula para deducir la masa de la Tierra. No me voy a entretener más en esto. Hechos los cálculos pertinentes, nuestro orondo planeta tiene una masa de 5,974 × 10^24^ kg. Es un número enorme, escrito con todas sus cifras nos daría 5.973.000.000.000.000.000.000.000 kilogramos.

Una vez pesada la paciente, un especialista consultaría unas tablas de pesos y medidas para decidir si tiene sobrepeso o no, pero, dado que lo que nos interesa averiguar es si engorda o adelgaza y no si tiene exceso de peso, vamos considerar que la Tierra tiene la masa ideal para un estándar planetario.
Está claro es que, tanto para la Tierra como para nosotros, adelgazar o ganar peso es una cuestión de sumar lo que comemos y descartar lo que expulsamos en un periodo de tiempo dado. En mi caso tendría que sumar por un lado lo que como y bebo cada día y por otro lo que expulso fuera mediante las heces, orina o sudor y gases. Si a lo largo de un tiempo consumo más de lo que expulso, engordaré, en el caso contrario, perderé peso. Es así de simple.

El menú de la Tierra

Vamos a analizar lo que ingiere nuestro planeta durante un periodo de tiempo de un año.

Primer plato: Ensalada variada de objetos extraterrestres, es decir, bólidos, meteoritos, polvo cósmico, partículas y, en general, cualquier cosa que llegue del espacio exterior y se quede entre nosotros.

Segundo plato: Energía. El Sol y todo el Universo en su conjunto están enviando energía continuamente a la Tierra. Esa energía la utiliza nuestro planeta para mantener su propio equilibrio térmico y alimentar a los seres vivos que habitamos en él. Ahora bien, Einstein nos dijo que existe una equivalencia entre energía y materia – la famosísima fórmula E=mc^2^ – así pues, si la Tierra gana energía, gana materia, engorda, si la pierde, adelgaza. Se da la circunstancia de que últimamente se está produciendo un aumento de la energía acumulada por el planeta debido al incremento del efecto invernadero, algo engordará pues por esta causa.

¿Postre?: Como postre del menú, algunos sugieren que el aumento de población humana podría añadir algo de peso. Ya veremos si eso es así o no.

La Tierra excreta

Lo mismo que nosotros tenemos necesidades fisiológicas que alivian nuestra masa corporal expulsando sustancias de desecho, la Tierra tiene las suyas, aunque lo haga de una forma más elegante. Enumeraré tan sólo algunas de las necesidades fisiológicas terrestres porque éste es el tema del próximo programa.

Una forma de perder masa consiste en expulsar gases y la Tierra lo hace continuamente. En las capas más altas de la atmósfera los átomos más ligeros, hidrógeno y helio principalmente, escapan poco a poco al exterior. Otra manera de perder masa consiste en transformarla en energía, volvemos a la fórmula de Einstein, esto tiene lugar durante los procesos radiactivos, especialmente los que se producen en el interior de la Tierra. Otro factor de pérdida de masa, esta vez en estado sólido, tiene que ver con las actividades humanas. Desde los años 50 estamos lanzando satélites y naves interplanetarias al espacio exterior, aquellas que no vuelvan a caer, adelgazan a nuestro planeta.

Por último, cuando estudiamos el balance de materia terrestre a lo largo de mucho tiempo, no faltan situaciones extraordinarias. Muy de cuando en cuando se producen catástrofes de orden planetario, especialmente cuandoun cometa o asteroide de grandes dimensiones choca con la Tierra. Por un lado, el visitante extraterrestre aporta masa pero, por otro, si el choque es muy violento, devuelve al espacio una parte de la materia, como las salpicaduras del agua cuando lanzamos una piedra con fuerza a un charco.

Así pues ¡ya está identificado el menú! Ahora, señora Tierra, ha llegado el momento de medir las cantidades y restar.

Ensalada extraterrestre.

Analicemos paso a paso el primer plato del menú: Ensalada de materia extraterrestre.

Se trata de una ensalada variadísima, en ella entran grandes trozos de materia, como el meteorito que cayó sobre Chelíabinsk o, aun más grandes, que en el pasado produjeron catástrofes enormes, como el cometa o asteroide que cayó en Yucatán y produjo la extinción de los dinosaurios, pero estos son casos raros que merecen tratamiento aparte. El ingrediente principal de la ensalada está formado por partículas pequeñísimas de polvo cósmico, que tienen desde unos pocos gramos hasta la billonésima parte, con “b”, de un gramo, casi nada. Incluso hay ingredientes más diminutos aún, como las partículas que nos llegan en forma de rayos cósmicos formados, en su mayoría, por partículas subatómicas de alte energía.

Se darán cuenta que una variedad de ingredientes tan enorme es muy difícil de medir. Los visitantes del espacio exterior que contribuyen al aumento de masa de nuestro planeta llegan a la Tierra desde todas las direcciones del espacio, en cualquier momento del día o la noche y en cualquier época del año, además, llagan a velocidades muy distintas, algo que debemos tener en consideración a la hora de diseñar aparatos de medida. Lo cierto es que no existe tecnología capaz de medir todo eso de una vez y debemos conformarnos con datos parciales que después debemos extrapolar a todo el planeta.

Podríamos decir que cada grupo de investigadores que ha intentado sólo ha podido avaluar el aporte de masa de algunos de los ingredientes de la ensalada cósmica por separado. En 2012, el científico Jhon Plane de la Universidad de Leeds, Reino Unido, publicó un extenso artículo en el que se recopilaban los distintos esfuerzos hechos hasta entonces y las medidas obtenidas. Veamos algunos de estos datos.

Luz Zodiacal

Si queremos saber lo que contiene una ensalada, debemos separar los ingredientes: la lechuga por un lado, el tomate por otro, etc. En la ensalada cósmica hacemos lo mismo.

El ingrediente más abundante está formado por partículas de polvo cósmico que la Tierra barre constantemente en su deambular alrededor del Sol ¿cómo podemos contabilizar cuánta materia de este tipo cae a la Tierra?

Aunque son partículas pequeñísimas, para suerte nuestra, se pueden ver. Al ser iluminadas por el Sol, las minúsculas partículas que deambulan por el espacio desprenden una luz mortecina que, en condiciones muy especiales, es visible desde la Tierra a simple vista. Cuando la noche es clara, sin Luna ni luces artificiales que molesten, es posible observar una banda débil de luz que es más brillante en la zona habitada por las constelaciones del zodiaco. Este resplandor se denomina Luz Zodiacal.

La luz Zodiacal es luz del Sol dispersada por las finísimas partículas de polvo cósmico. Los científicos la han observado y han medido su brillo desde la superficie terrestre y desde el espacio. Con esos datos han hecho una estimación de la cantidad de polvo que existe en el exterior y han calculado cuánto barre la Tierra cada año. Según los resultados facilitados el científico David Nesvorný y sus colegas del Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, anualmente caen a la Tierra alrededor de 100.000 toneladas de polvo cósmico.

Reflexión meteórica.

Otros han utilizado métodos más directos. Se sabe que las partículas entran en la atmósfera a grandes velocidades y, al chocar con el aire, se calienten a temperaturas elevadísimas, superiores a los 1.500 grados centígrados. Lo habitual es que se deshagan y vaporicen dejando atrás una estela de átomos ionizados. Estas estelas tienen la propiedad muy interesante: reflejan las ondas cortas de radio (de hecho, algunos radioaficionados las utilizan como espejo para llegar a largas distancias con sus emisiones, llaman a este efecto “reflexión meteórica”) y reflejan también las ondas de radar. Pero sólo se puede detectar una parte de lo que llega, si la partícula es muy pequeña o va muy rápido se desintegra muy arriba, a más de 100 kilómetros de altura y escapa a los radares. Por esta razón, los radares de alta eficacia no llegan a detectar más de 44 toneladas diarias de materia cósmica, unas 16.000 toneladas al año.

En un intento por estimar las partículas más pequeñas y rápidas que escapan a los radares, se han analizado los impactos de micrometeoritos sobre unos paneles colocados en un satélite en órbita, llamado LDEF (Long Duration Exposure Facility ) y con esos datos se ha hecho una estimación (Love & Brownlee) que, aunque tiene amplios márgenes de error, da una idea de que la cantidad debe estar entre 55 y 165 tm/día ( entre 20.000 y 60.000 tm/año).

Ya lo ven, las cantidades son muy dispares dependiendo del método usado, además se solapan. La ensalada terrestre es difícil de evaluar con exactitud.

Lo queda en el fondo del plato

Otra forma de conocer lo que come una persona consiste en analizar lo que queda en el fondo del plato, una vez terminada la comida. El inconveniente es que, en nuestro caso, el plato es toda la superficie de la Tierra. En ese sentido, se han medido los restos de materia cósmica que quedan atrapados en el hielo de la Antártida y Groenlandia y en el fondo de los océanos. Los datos obtenidos en diferentes lugares deben ser extrapolados a toda la Tierra, con todas las imprecisiones que ello supone. Así se ha llegado a cifras que oscilan entre 24.000 (mínimo obtenido para medidas en sedimentos marinos) y las 110.000 toneladas anuales (máximo obtenido a partir del análisis de la concentración de Iridio y Platino en los hielos de Groenlandia).

En resumen, como no existe un método capaz de medirlo todo, nos tenemos que contentar con aproximaciones que tienen un amplio margen de error que van desde las 35.000 toneladas por año como mínimo hasta las 110.000 ton/año como máximo. Dicho de otra manera, es muy difícil controlar la dieta de nuestra paciente, La Tierra.

Energía debida al calentamiento global. Segundo plato del menú terrestre.

La energía ganada por la Tierra debida a la subida de la temperatura media del planeta por aumento de efecto invernadero puede contabilizarse en términos de masa, teniendo en cuenta la equivalencia entre masa y energía que nos enseñó Einstein. Estimaciones hechas a partir de las medidas de la energía ganada por la Tierra, según un estudio de la NASA, han permitido saber que la ganancia de masa no es muy importante, comparada con las cantidades aportadas por la ensalada cósmica. Sólo unas 160 toneladas al año aumenta la masa de la Tierra por este método.

¿Contribuye el aumento de población al aumento de masa de la Tierra?

Queda el postre: el aumento de la población. Nuestros cuerpos se forman a partir de los átomos que existen a nuestro alrededor, de hecho, desde el punto de vista atómico, la única diferencia con respecto a otros cuerpos inanimados es que nuestros átomos están organizados de otra manera. Comprenderán que, aunque la población humana va aumentando, la cantidad de materia en el conjunto de la Tierra no varía porque lo único que hacemos es componer más personas utilizando las mismas piezas básicas, los átomos que ya existen en la Naturaleza. Abundando en la idea, en ese sentido, cada uno de nosotros es un saco de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, etc, que antes de formar parte de nosotros ya existían ahí fuera y que vuelven a ser libres cuando morimos.

Con esto hemos dado un repaso a lo que la Tierra come. Repitamos los datos porque nos servirán para comparar cuando, en el próximo programa, hablemos de lo que nuestro planeta expulsa. La ensalada cósmica aporta a la Tierra entre 35.000 y 110.000 toneladas de materia al año, el aumento de energía por el calentamiento global sólo aporta unas 160 toneladas y el aumento de población no influye. En el próximo programa estudiaremos lo que la Tierra pierde anualmente e intentaremos determinar si, en su conjunto, la Tierra engorda o adelgaza.

REFERENCIAS

“Cosmic dust in the earth’s atmosphere” Johen M. C. Plane. Chem.Soc.Rev.,2012, 41, 6507 – 6518

“New calibration of the micrometeoroid flux on Earth” G. Cremonese et al. The Astrophysical Journal Letters, 749:L40 (4pp), 2012 April 2.