Los físicos llevan 200 años tratando de entender por qué la Tierra no es un enorme cubito de hielo: la respuesta (y todo lo que trajo consigo) ha merecido un Nobel

Hacia 1820 el físico francés Joseph Fourier se dio cuenta de que deberíamos estar muertos. Congelados, para ser más exactos. Según sus cálculos y teniendo en cuenta la distancia a la que nos encontamos del Sol, un objeto del tamaño de la Tierra tendría que ser mucho más frío de lo que, en realidad, es. ¿Qué estaba pasando? ¿Cómo era posible? ¿Qué mecanismo era capaz de calentar un planeta de este tamaño?

A lo largo de esa década, Fourier realizó numerosas investigaciones para comprobar todas las ideas que se le ocurrían por peregrinas que fueran. Finalmente, llegó a la conclusión de que lo único que cuadraba era que la atmósfera estuviera funcionando como la enorme tapa de una olla a presión llamada Tierra. Fourier estaba descubriendo lo que hoy conocemos como el "efecto invernadero" y, de paso, estaba planteando uno de los rompecabezas científicos más complejos de la historia. El que se acaba de llevar el Nobel de Física 2021.

El huracán, la mariposa y el rompecabezas del clima

Y es que el clima de nuestro planeta es el ejemplo paradigmático de los temidos 'sistemas complejos'. Enternos en los que millones de elementos diferentes interactúan de maneras tan complejas que describir su comportamiento es tremendamente difícil. Por si fuera poco, el clima no solo es complejo, sino que también es caótico. Es decir, que pequeños cambios inciales pueden resultar en cambios colosales en una etapa posterior.

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¿Recuerdan aquello de que "una mariposa batiendo las alas en Brasil acaba provocando un tifón en el Mar de China"? Pues detrás de esa conocida metáfora, se esconde uno de los desafíos intelectuales más importantes de la ciencia moderna. Un desafío que, a la postre, nos ha ayudado a asomarnos a un fenómeno que marcará el futuro (y ya está marcando el presente) de la humanidad: el cambio climático.

¿Quién es quién del Nobel de Física 2021?

Aunque ahora entraré en más detalle sobre cómo los científicos han conseguido empezar a entender el clima, quizás convendría situar a los tres protagonistas del Nobel de Física de 2021 para tener un idea más precisa de qué estamos hablando:

Syukuro Manabe (Japón, 1931) fue el primero en demostrar cómo el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera conducen a un aumento de las temperaturas en la superficie de la Tierra. Durante la década de 1960, tuvo un papel clave en el desarrollo de los primeros modelos físicos del clima de la Tierra capaces de captar la interacción entre el balance de radiación y las dinámicas de las masas de aire. Se trata, sin lugar a dduas, uno de los padres de los modelos climáticos.
Klaus Hasselmann (Alemania, 1931) entró en esta historia una década después respondiendo a una pregunta clave: cómo nos podemos fiar de los modelos climáticos si, en fin, el tiempo atmosférico ha demostrado ser un animal cambiante y caótico. Para ello no solo creó los primeros modelos capaces de vincular tiempo y clima, sino que fue capaz de identificar las "huellas dactialres" de la actividad de los seres humanos en la atmósfera.
Giorgio Parisi (Italia, 1948) hizo su aparición otra década más tarde, en los años 80. Fue entonces cuando descubrió que los materiales complejos desordenados podían tener patrones ocultos. Es decir, y sin medias tintas, "sus descubrimientos se encuentran entre las contribuciones más importantes a la teoría de sistemas complejos". Sin ellos no podríamos entender los fenómenos aparentemente aleatorios que surgen en la física , pero también en las matemáticas, la biología, la neurociencia o el aprendizaje automático.

Entender el clima, entender el caos

No obstante, estos no son los únicos Nobels que trabajan en el impacto del dióxido de carbono en la atmósfera. La primera pieza que encontramos para resolver este rompecabezas tiene nombres y apellidos: el sueco Svante Arrhenius, premio Nobel de Química en 1903. Fue él el que entendió la física que había detrás del descubrimiento de Fourier y, de hecho, puso cifras a su intuición: sin la atmósfera, la temperatura de la Tierra apenas superaría los –18° C. Es más, llegó a la conclusión de que bastaba con que los niveles atmosféricos de CO2 bajaran hasta la mitad, para provocar una nueva edad de hielo.

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No fue hasta la década de los años 50 cuando Syukuru Manabe llegó a Estados Unidos procedente de un Japón que aún se recuperaba de las heridas de la Guerra. 70 años después, Manabe recuperó la investigación de Arrhenius y la puso al día incorporando cosas como el calor latente del vapor de agua. Es decir, empezó a crear modelos dinámicos capaces de dar cuenta también de las diferencias internas dentro de la atmósfera. Eso le permitió descubrir que mientras el oxígeno y el nitrógeno tenían efectos mínimos en la temperatura de la superficie de la Tierra, las variaciones del dióxido de carbono tenían un impacto enorme.

El problema es que en aquella época nuestra capacidad computacional era muy muy pequeña. Eso exigía que el modelo de Manabe fuera muy simple. Tanto que, aunque dio con los elementos correctos para entender el clima, no era capaz de dar cuenta del comportamiento caótico del clima mundial. Era como tener un croquis general que, pese a ser correcto y valiosísimo, era incapaz de captar la complejidad del mundo real. Ahí fue donde Klaus Hasselmann trató de aportar algo de luz.

¿Cómo podíamos pretender qué pasaría dentro de 200 años si no sabíamos si esta tarde iba a llover? Hasselmann se dio cuenta de que tras el ruido provocado por el cambiante tiempo atmosférico había una melodía clara que nos permitía predecir los próximos pasos que daría el clima. Pero ni con esas fue posible crear teorías que funionaran bien hasta que desarrollaron los primeros modelos estocásticos a largo plazo: es decir, hasta que integraron el azar en nuestra propia visión del clima.

A partir de ese momento, Hasselmann se dedicó a encontrar metodologías que le permitieran identificar las huellas de la actividad humana en la atmósfera. Era la única forma de responder a las preguntas más básicas en torno al cambio climático. y tuvo éxito. Hoy por hoy, podemos decir sin temor a equivocarnos que la actividad humana es lo que impulsa el cambio climático actual. Y es gracias a ellos.

No obstante, ese no era el final del camino. Nuestra comprensión del clima (de los sistemas caóticos en general) no había hecho más que dar los primeros pasos. Y esto era algo especialmente problemático en un contexto en el que el determinismo físico se desmoronaba. El trabajo de Giorgio Parisi y su obsesión por entender la complejidad de los sistemas aparentemente desordenados es el mejor ejemplo de ello. Es solo el comienzo, pero un comienzo realmente emocionante.

Imagen | Elena Mozhvilo

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