La química del fin del mundo

Fuente: Física en la ciencia ficción 

Autor: Sergio L. Palacios

La química no entiende de ética, ni de moral; no es buena ni tampoco mala. La química es química. Si se emplea adecuadamente puede contribuir a mejorar la calidad de las vidas de muchas personas; en cambio, cuando se hace un mal uso de ella, las consecuencias pueden ser desastrosas.

Las reacciones químicas gobiernan y controlan prácticamente la totalidad de los procesos biológicos que conocemos. Pero, en ocasiones, esas mismas reacciones se pueden tornar mortales para los seres vivos y terminar con ellos para siempre. Ha ocurrido varias veces en la historia de la Tierra y podría volver a suceder. La química podría provocar el fin del mundo.

Vivimos en un mundo poblado por más de siete mil millones de seres humanos y hay que alimentarlos a todos. La riqueza está desigualmente repartida y las diferencias llegan a ser sonrojantes en muchos casos. Las necesidades, cada vez mayores, del mundo "desarrollado", en cuanto a materia prima, alimentos y tecnología hacen que la sobreexplotación de los recursos llegue a extremos intolerables y peligrosos. En este sentido, por citar tan sólo un ejemplo, el empleo de fertilizantes para el crecimiento de los cultivos. Estos productos contienen cantidades importantes de nitrógeno y fósforo. Si no se tiene el cuidado adecuado, estos elementos pueden ir a parar al agua de los ríos o mares, provocando efectos indeseables.

Otro caso similar son los pesticidas empleados en la agricultura o la ganadería para acabar con plagas o parásitos molestos. Algunos de ellos, como los neonicotinoides, han sido relacionados con las desapariciones masivas de abejas y abejorros. Productos como el imidacloprid, prohibido en Francia en la década de 1990, o la clotianidina en Alemania en 2008, han sido relacionados con la muerte de ingentes cantidades de insectos polinizadores.

Desde la década de los años 50 del siglo pasado, cuando se detectó por vez primera la caída en las poblaciones de abejas y abejorros en Gran Bretaña, se han producido reducciones de hasta el 96% en algunas especies y otras se han extinguido para siempre. Algunas sustancias químicas presentes en los pesticidas producen daños irreversibles en los cerebros de las abejas, bloqueando la transmisión de las señales eléctricas y químicas entre las neuronas.

La desaparición de los insectos encargados de la polinización constituye un problema muy serio, pues de ellos depende, en gran parte, un porcentaje no pequeño de la economía mundial de las frutas, verduras, el café, la soja o el algodón, por ejemplo.

Ante una situación tan alarmante, la solución adoptada por muchos granjeros ha consistido en comenzar a emplear a las abejas melíferas en la labor de polinización, lo cual ha provocado una sobreexplotación de estos animales, con la consiguiente aparición de parásitos y enfermedades. Recientemente, se está experimentando con la abeja azul del huerto, una especie de abeja que no vive en colmenas y cuyo rendimiento puede llegar a ser hasta 50 veces superior al de la abeja melífera.

Como os contaba un poco más arriba, el empleo incontrolado e irresponsable de fertilizantes puede conducir a la contaminación de las aguas. Se contribuye así a la proliferación de algas que, al morir, son metabolizadas por microbios que consumen oxígeno en el proceso, obligando a peces y mamíferos a abandonar las "zonas muertas" que se generan. Cuando las plantas que viven en estos lugares no son consumidas por los animales que han huido, mueren y van a parar al fondo, descomponiéndose y liberando cantidades importantes de sulfuro de hidrógeno, además de otros gases.

Precisamente, procesos como los descritos en el párrafo anterior tuvieron lugar, con consecuencias catastróficas, hace unos 90 millones de años, cuando una inusual actividad volcánica en nuestro planeta provocó que las temperaturas reinantes fuesen inusualmente elevadas debido a las ingentes emisiones de dióxido de carbono, gas que produce un importante efecto invernadero. Dicho aumento de la temperatura hace que menos oxígeno se disuelva en el agua del océano, contribuyendo aún más a la anoxia de las aguas.

Los volcanes habían sembrado el océano superior con grandes cantidades de metales, lo que condujo, a su vez, a un aumento desmesurado en la producción de fitoplancton. Al descomponerse la materia orgánica, el uso de oxígeno se elevó en consecuencia.

Normalmente, en los océanos el nivel de oxígeno es similar en las aguas superficiales y en el fondo, ya que las corrientes lo arrastran hacia abajo. Los paleogeólogos han averiguado, gracias al registro fósil, que hacia finales del Pérmico tuvieron lugar extinciones masivas, tanto en el mar como en tierra firme. Por un lado, en los sedimentos marinos se han hallado evidentes pruebas de la existencia de bacterias que consumían sulfuro de hidrógeno. Por otro, se sabe que estos organismos solamente viven y proliferan en ambientes pobres en oxígeno, por lo que seguramente debió de existir una enorme carestía de este gas en la superficie del océano y la consecuente riqueza en sulfuro de hidrógeno.

Cuando el H₂S producido en el fondo asciende y se encuentra con el oxígeno en una zona denominada quimioclina, se produce una situación muy favorable para las bacterias verdes y púrpuras del azufre, las cuales disfrutan, por una parte, del sulfuro de hidrógeno que llega de abajo y, por otra, de la luz solar que incide desde arriba. Si por las razones aducidas antes el oxígeno comienza a escasear entonces las bacterias pasan a tomar el control, empiezan a producir H₂S en exceso y la quimioclina se desplaza cada vez más a aguas superficiales. El gas, tóxico tanto para las plantas como los animales, se libera a la atmósfera, envenenándolos a todos ellos y dañando, asimismo, la capa de ozono. En la actualidad, se han catalogado más de 400 "zonas muertas" anóxicas por todo el mundo, la mayor de ellas en el mar Báltico.

Sin embargo, el peligro potencial provocado por las erupciones volcánicas no termina aquí. En efecto, a lo largo de la historia de nuestro planeta han tenido lugar eventos de este tipo de una especial violencia conocidos como supervolcanes. Estos fenómenos son capaces de expulsar miles de millones de toneladas de material rocoso, lava y cenizas. El último tuvo lugar hace unos 75.000 años, cuando el lago Toba, en Sumatra, voló prácticamente por los aires. Un evento así probablemente cubriría extensas zonas continentales con una capa de escombros de varios centímetros de espesor, arruinando todas las cosechas, contaminando el agua potable. Los flujos piroclásticos, a más de 1000 ºC arrasarían cuanto encontrasen a su paso a casi 700 km/h. Los gases liberados a la atmósfera, principalmente dióxido de azufre, dióxido de carbono y cloro, bloquearían la luz solar. El primero de ellos, además, reaccionaría con el vapor de agua, dando lugar a ácido sulfúrico que permanecería en la estratosfera en forma de aerosol durante años, con el consiguiente descenso drástico de la temperatura global del planeta, pudiendo desencadenar una nueva glaciación.

A decir verdad, glaciaciones particularmente extremas, conocidas como eventos bola de nieve, han acaecido en varias ocasiones. Se cree que la primera tuvo lugar cuando la Tierra tenía tan sólo la mitad de su edad actual, hace unos 2.200 millones de años; en cambio, la última sucedió hace 700 millones de años, cuando nuestro planeta estaba ocupado por el supercontinente Rodinia y la luz que recibía del Sol era un 6% menor que ahora.

Rodinia comenzó a fracturarse a causa del aumento inusual de la actividad volcánica provocada por el movimiento del magma. Al quedar en contacto con el agua del océano una mayor superficie de tierra, las regiones húmedas se multiplicaron considerablemente. Las precipitaciones aumentaron de forma desmesurada, haciendo que la lluvia absorbiera ingentes cantidades de CO₂ transformándose en ácido carbónico. Cuando éste cayó al suelo, provocó reacciones químicas que terminaron con las rocas, creando suelo nuevo mediante un proceso denominado meteorización de los silicatos.

El dióxido de carbono es un gas con un papel esencial en el efecto invernadero de nuestro planeta. Mientras desaparecía a pasos agigantados engullido por el agua de las incesantes lluvias que caían sobre la superficie de la tierra, las temperaturas empezaron a descender de forma alarmante, hasta alcanzarse varias decenas de grados por debajo de cero, incluso en los trópicos. Comenzó a proliferar el hielo y la radiación procedente del Sol escapaba al espacio en un proceso de autoalimentación cada vez más acusado. Tuvieron que ser, una vez más, los volcanes, los que devolviesen a la Tierra a un estado más cálido al ir liberando continuamente más y más dióxido de carbono que ya no era eliminado por la lluvia, pues el planeta entero se hallaba cubierto de hielo. Al aumentar de nuevo la temperatura global, el hielo se fundió rápidamente y se evaporaron inmensas cantidades de agua que contribuyeron, más aún, al efecto invernadero desbocado. El agua muy caliente de los océanos tuvo que provocar, necesariamente, huracanes de proporciones épicas.

Normalmente, el aire que se encuentra sobre el agua del océano no está en equilibrio térmico con ella. De esta manera, se produce una evaporación que se lleva consigo el calor recibido del Sol. Es sobre estas aguas que se están formando continuamente tormentas. Cuando los vientos sobrepasan los 119 km/h reciben el nombre de huracanes (también tifones o ciclones, dependiendo de la región del mundo donde se trate).

El aire cálido y húmedo de la superficie del mar alimenta al huracán, ascendiendo en su parte central, lo que contribuye a reforzar el área de bajas presiones y que favorece la entrada de más cantidad de aire desde las regiones circundantes de altas presiones.

Las simulaciones por ordenador parecen demostrar que si un área con una extensión no superior a 50 km² experimentase un inusual incremento de la temperatura (por ejemplo, después de un evento bola de nieve), por encima de 45-50 ºC, se podría generar una supertormenta, un hipercán, con vientos superiores a los 1.000 km/h. El ojo de este monstruo abarcaría cientos de kilómetros de diámetro y la tormenta se extendería a lo largo de miles, cubriendo incluso la superficie de un continente. Semejante fenómeno atmosférico, aunque altamente improbable en las condiciones actuales de nuestro mundo, podría desencadenarse a causa del impacto de un asteroide en el mar o la erupción de un volcán submarino gigante.

El hipercán arrastraría hasta la estratosfera varios kilogramos de agua por segundo. Al cabo de unas pocas semanas, el aire estaría tan saturado de agua que se formarían nubes extremadamente altas que reducirían considerablemente la cantidad de radiación solar incidente sobre la superficie de la Tierra. Las moléculas de H₂O se descompondrían en enormes cantidades de radicales libres altamente reactivos. Las gotas de agua de las nubes harían de catalizadores en nuevas reacciones químicas que activarían, por ejemplo, el cloro presente en el agua salada del mar, y desactivarían los óxidos de nitrógeno. Todo ello haría la destrucción del ozono cada vez más eficaz.

El ozono es un gas formado por moléculas constituidas por tres átomos de oxígeno, en lugar de los dos habituales, que se encuentra mayormente en la estratosfera, a una altura por encima de la superficie de la Tierra de entre 10-15 km. Su papel es evitar la llegada al suelo de los nocivos rayos ultravioletas procedentes del Sol.

La radiación ultravioleta se suele clasificar en tres categorías: A, B y C, de menos a más nociva para la vida. La última de ellas es absorbida completamente por las moléculas de ozono; la segunda parcialmente, lo cual es deseable, ya que a pesar de sus efectos perniciosos, también resulta esencial para que el cuerpo humano produzca vitamina D, básica en el buen desarrollo y salud de los sistemas óseo y nervioso. Si la radiación ultravioleta rompe los enlaces que mantienen unidas las moléculas de ADN pueden llegar a aparecer errores en la replicación, dando lugar a tumores cancerígenos.

En la década de 1970 se detectó un agujero en la capa de ozono que rodea nuestro planeta. Las razones pronto quedaron claras: el empleo continuado durante años de gases conocidos como CFC (clorofluorocarbonos) presentes en los extintores, los aparatos frigoríficos o de aire acondicionado, esprays, etc. Estos compuestos presentan una considerable estabilidad química que les hace llegar prácticamente inalterados a la estratosfera. Una vez allí, los fotones ultravioletas del Sol liberan el cloro de las moléculas del CFC, que es el que ataca al ozono, rompiendo los enlaces de sus moléculas.

Aunque, finalmente, en el año 1987 la firma del Protocolo de Montreal, suscrito por casi 200 países, acordó eliminar de forma progresiva el uso de los clorofluorocarbonos e ir sustituyéndolos por otros gases menos nocivos como los HCFC (hidroclorofluorocarbonos) o los HFC (hidrofluorocarbonos), lo cierto es que el peligro recae ahora en otros compuestos como pueden ser los iones hidroxilo y, especialmente, el óxido nitroso o N₂O, un subproducto de la agricultura y otros procesos industriales y muy utilizado en odontología (como anestésico, conocido como "gas de la risa").

Pero los problemas con los óxidos de nitrógeno no terminan aquí. Un día cualquiera podríamos levantarnos, asomarnos a la ventana, y observar un cielo inusualmente oscuro y respirar un aire terriblemente tóxico. En el improbable caso de que sobreviviésemos quizá nos enterásemos de que una estrella enormemente masiva y relativamente lejana, no más allá de unos 6.000 años-luz, había sido la responsable.

Cuando una de estas estrellas termina su vida de consumo de combustible nuclear desbocado, colapsa provocando una explosión de una violencia inimaginable conocida como hipernova, probablemente el fenómeno más energético conocido del universo. Durante el evento, lo que queda de la estrella emite dos gigantescos destellos de rayos gamma de altísima frecuencia en direcciones opuestas y que se pueden prolongar durante varios minutos, emitiendo tanta energía como el Sol a lo largo de toda su existencia.

Si uno de estos haces, conocidos por los astrofísicos como GRB (gamma ray burst), apuntase de forma casual directamente hacia nuestro planeta, los fotones arrancarían literalmente los electrones de los átomos presentes en la atmósfera terrestre, ionizándolos. Las moléculas de oxígeno y nitrógeno se dividirían dando lugar a la formación de NO (óxido nítrico) y del temible dióxido de nitrógeno, NO₂, el veneno con el que nos despedimos del mundo, tal y como una vez lo conocimos...

Fuente:

50 maneras de destruir el mundo. Alok Jha. Ariel. 2012.



NOTA:

Este post participa en la XX Edición del Carnaval de Química, cuyo anfitrión, en esta ocasión, es el blog “La Ciencia de Amara”.