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¿Se puede regenerar la capa de ozono mediante una explosión atómica?

Soy profesor de una escuela de bajos recursos y gracias a las donaciones de la compañía de teléfonos contamos con Internet, medio que nos permite acceder a la valiosa información que Uds proporcionan. Tenemos un grupo ecológico y participando en un curso alguien hizo el comentario de que se planea regenerar la capa de ozono a través de la explosión de una bomba atómica. Todos quedamos atónitos y hemos tratado de buscar información pero no hemos obtenido nada. Nos encantaría si Uds pudieran averiguar algo.

Escuela Carlos Follert

ecfoller@ctcinternet.cl
Santiago
Chile

Respuesta

Han habido varias instancias en la historia nuclear de este planeta en las cuales se han explotado bombas atómicas en la atmósfera y en particular en la ionósfera. La ionósfera es la parte de la atmósfera entre los 60 y 400 km de altitud donde existe, aparte de los constituyentes neutrales de la atmósfera, una cantidad considerable de partículas cargadas en estado libre, o sea electrones e iones. La evolución de la ionósfera es controlada en parte por la dinámica de estas partículas cargadas que no sólo son afectadas por colisiones con la atmósfera neutral (y otras partículas de mucho menor incidencia) sino también por el campo magnético de la Tierra. El explotar bombas atómicas en esta región de la atmósfera afecta a gran escala la dinámica de estas partículas. Los Estados Unidos y la ex Unión Soviética explotaron varias bombas atómicas en la atmósfera y en la ionósfera. En 1958 los Estados Unidos llevaron a cabo el proyecto Argus en el cual explotaron 3 bombas de fisión a 480 km sobre el Atlántico Sur cerca de la parte más baja del cinturón de Van Allen, formado por partículas cargadas que dan vuelta a la tierra (mirar abajo). En este proyecto también se explotaron 2 bombas de hidrógeno a 160 km de altitud. Otro proyecto de los Estados Unidos denominado Starfish fue llevado acabo en 1962 donde se explotaron varios megatones en la ionósfera. La ex Union Soviética también llevó a cabo varios proyectos en esta época, pero es mas difícil obtener información sobre éstos. Dado que la ionósfera es extremadamente importante para las comunicaciones (ondas de baja frecuencia rebotan en la ionosfera y se propagan a largas distancias). Una de las principales razones de estos experimentos era estudiar la distorsión que tales explosiones producirían en las comunicaciones (al afectar la ionósfera) y en la operación de los radares (gracias a los pulsos electromagnéticos producidos por las bombas atómicas). Aparte de afectar las comunicaciones por varias horas en todo el mundo, al parecer, estas explosiones afectaron fuertemente el cinturón de Van Allen. A altitudes mayores de 500 km la atmósfera neutral es extremadamente tenue, lo que permite que las partículas cargadas de alta energía se muevan relativamente libres, pero afectadas por el campo magnético de la Tierra, formando estos cinturones de partículas que dan vuelta a la Tierra. Incluso se ha llegado a decir que estas explosiones al ionizar un gran volumen de la atmósfera sobrepoblaron y crearon nuevos cinturones de partículas y que aun se pueden observar hoy en día (Encyclopaedia Britannica). Según observadores, la distorsión por las bombas nucleares en los cinturones de Van Allen se pudo observar como auroras boreales artificiales que se formaron cuando partículas energéticas producidas por las explosiones precipitaron en la zona boreal en forma muy parecida a como suceden naturalmente. Estos hechos fueron razones importantes por los cuales se firmó el tratado de no proliferación (Test Ban Treaty) entre Estados Unidos y la ex Unión Soviética.

¿Qué pasa con los productos radioactivos?

No está completamente claro que pasa con los productos radioactivos que se producen en estas explosiones nucleares, pero ciertamente depende de la altura donde éstas se lleven a cabo. Si una bomba es explotada a una altura suficiente, la cantidad de radiación y de productos radioactivos que lleguen inmediatamente a la Tierra será muy poca. Pero no está claro que pasa con estos productos radioactivos a medida que pasa el tiempo. Ciertamente, una fracción de estos productos lentamente entrarán a la atmósfera, pero probablemente en pequeñas concentraciones.

Efecto sobre la capa de ozono.

Una explosión atómica también produce una gran cantidad de ionización, electrones e iones (~3 MeV comparados con los 0.5 MeV que se usa en los hospitales), que se propagan rápidamente hacia la atmósfera. Estos iones, que probablemente no tienen suficiente energía para alcanzar la superficie de la Tierra, podrían afectar la producción de los elementos que forman la atmósfera. En particular, se ha especulado que el haz de iones proveniente de una explosión a mayor altura ayudaría a regenerar la capa de ozono. La capa de ozono se concentra a una altura de 30 kms y nos protege de la radiación ultravioleta proveniente del sol. A esta altura sólo los iones producidos por una explosión atómica a mayor altura serían capaces de afectar la capa de ozono ya que los electrones son demasiado livianos para propagarse a través de la atmósfera neutral. Estos iones aumentarían la producción de oxígeno atómico al producir la disociación de oxígeno molecular a través de colisiones, e + O2 = O + O. El oxígeno atómico reaccionaría entonces con el oxígeno molecular para formar ozono O + O2 = O3.

Calentamiento global.

También se estima que una gran cantidad de NO sería inyectado en la estratósfera, teniendo importancia en fenómenos atmosféricos como el calentamiento global. Además (en particular el NO) puede afectar la producción del ozono.

¿Explotar más bombas atómicas?

Afortunadamente el costo político de llevar acabo explosiones nucleares, ni hablar de explosiones en la atmósfera, es demasiado grande (aunque India y Pakistán lo han hecho recientemente). Aunque la idea de generar ozono puede no parecer tan loca, en una explosión atómica se distorsiona demasiado la atmósfera y el medio ambiente espacial alrededor de la Tierra. Además, se producen demasiados productos radioactivos y efectos que no se conocen muy bien. Es la opinión del autor que este desconocimiento es mejor que siga así.

Otras ideas locas, pero mas pacifícas, serían, por ejemplo, poner un microondas gigante y así generar descargas (electrones de alta energía) hacia la atmósfera. Estas descargas, muy similares a las descargas eléctricas producidas por las tormentas eléctricas, podrían ayudar a la generación de ozono. Nuestras estimaciones sugieren que esto saldría extremadamente costoso. Esta misma idea en principio se podría usar para limpiar el smog de ciudades altamente contaminadas como Los Angeles (EEUU), Ciudad de México o Santiago de Chile, pero también saldría demasiado caro.

La conclusión es que a la naturaleza es mejor dejarla lo más tranquila posible, y en vez de buscar soluciones externas al problema de la capa de ozono, del calentamiento global y en general de la polución, es mejor tomar conciencia y resolver estos problemas en la raíz. Por ejemplo, limitar drásticamente las emisiones de la industria y de los medios de transporte, usar transporte público, ir al trabajo de a varios por auto, usar productos que son relativamente no dañinos para el medio ambiente, reciclar, etc.

Alejandro Valdivia

alejo@roselott.gsfc.nasa.gov



Problemas de Paridad

Los problemas de paridad están basados en la simple propiedad de un número (natural) de ser par o impar. A continuación veremos cómo esta sola propiedad se presenta como la "causante" del diverso comportamiento de los siguientes problemas, que fueron tomados del artículo "Paridade", por Eduardo Wagner, revista Cubo Educacional, 1999, Universidad de la Frontera, Chile. Los juegos que proponemos a continuación están motivados por este artículo.

  1. En un cuartel existen 100 soldados y todas las noches tres de ellos son escogidos para trabajar en centinelas. ¿Es posible que después de un cierto tiempo uno de los soldados haya trabajado con cada uno de los otros exactamente una vez?
  2. Considere la siguiente lista de números: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. ¿Es posible colocar delante de cada número un signo + o - de forma tal que la suma total sea igual a 0?

Juego Solitario

Finalmente, presentamos un juego solitario motivado por este tipo de problemas.

Problema Asociado

¿Es posible obtener 0 para cualquier n? Por ejemplo, para la secuencia de números 1 2, no es posible reducir la suma de restas a cero, pero en muchos casos si se puede. A continuación mostramos dos casos donde si se puede reducir la suma de restas a cero.

Todo número natural se puede escribir de forma única en una de las cuatro formas siguientes: 4t, 4t+1, 4t+2, 4t+3, donde t es un número natural. Por ejemplo, 1 = 4x0 + 1, 13 = 4x3 + 1, 10 = 4x2 + 2, etc.

  1. si n=4t, agrupe los números como se indica a continuación: (2-1) (4-3) (6-5) ... (4t - 4t-1)
    Obtendremos así, una corrida de puros unos: 1 1 1 1 ... 1
    de largo 2t. Como esta lista es de largo par, podemos agrupar ahora: (1-1) (1-1) ... (1-1) obteniendo una suma final de puros ceros.
  2. si n=4t+3, note que la lista se puede separar en dos sublistas: 1 2 3 y 4 ... 4t+3, donde los números de la primera sublista son agrupados así: 1 (3-2), lo que resulta en 1 1 y finalmente resulta en cero al agrupar (1-1). Para la segunda sublista, 4, 5, ... 4t+3, observe que la lista tiene largo 4t y por lo tanto, podemos reducir este caso al caso anterior (1). Basta con agrupar (5-4) (7-6) ... (4t+3 - 4t+2) y obtenemos un número par de unos (exactamente 2t). Finalmente, restamos los unos de a pares y obtenemos cero como resultado final.
  3. si n=4t+1, dejamos propuesto como problema al lector el determinar si siempre es posible reducir la suma de restas a cero.
  4. si n=4t+2, también queda propuesto como problema al lector. Aquí hay por lo menos un caso en que no es posible reducir la suma a cero. Si se tiene la lista: 1 2 3 4 5 6, de largo 4x1+2, es posible demostrar, probando todas las combinaciones posibles, que no es posible reducir la suma a cero. ¿Es esto cierto en general? Es decir, es cierto esto para todos los n=4t+2?

Nos gustaría obtener la solución a los problemas que quedaron planteados. Envíenos sus demostraciones!

Claudio Gutiérrez

cgutierrez@mail.wesleyan.edu



Preguntas al Lector