De energía hidrotérmica y calamares gigantes

 

En 1972, ano de publicación de “El viento del sol”, de Arthur C. Clarke, había pasado más de un siglo desde que Rudolf Emanuel Clausius, físico alemán, enunciara el segundo principio de la Termodinámica. No obstante, eso no impidió que en el relato “Criaturas abisales”, inluído en la obra del  afamado escritor, el “Proyecto de Energía Trinco” tuviera lugar. 

El ingente proyecto de ingeniería encargado por los rusos para obtener energía se basa, según el autor, en la diferencia de temperaturas entre el agua del mar a grandes profundidades (foco frío) y un “estanque solar” a mayor temperatura situado en la superficie (foco caliente). En contra del principio termodinámico enunciado por Clausius, el calor no fluye del foco caliente al frío en el relato, sino que fluye del frío al caliente, como se pone de manifiesto cuando Klaus, en las profundidades, es impulsado en sentido ascendente por corrientes de agua caliente “que intentan compensar la diferencia de temperaturas”. Todo esto mientras producimos energía! No es pues, de extranar, que hasta los luminosos calamares gigantes que visitan la instalación se muestren “curiosos” ante semejante logro de la ingeniería.

Arthur C. Clarke, para ayudarnos a entender el proceso, nos cuenta que “desde hace más de un centenar de anos se sabe que en muchos materiales se establece una corriente eléctrica cuando se calienta uno de sus extremos y se enfría el otro”. El Proyecto Trinco no sería más que una aplicación práctica de dicho fenómeno. Clarke tiene razón a medias. Los “materiales” de los que habla han de ser dos metales o semiconductores distintos unidos por dos juntas a diferente temperatura para que en el circuito formado se establezca una diferencia de potencial. Se refiere al efecto Seebeck, combinación del efecto Peltier y el efecto Thompson. El efecto Peltier, por su parte, hace referencia a la absorción/generación de calor en cada una de las uniones del circuito formado por los dos metales, cuando a través de ellas circula corriente. Thompson explicó que en cada una de las ramas del circuito se absorbe/genera calor al circular corriente a su través y estar sus extremos a distinta temperatura. La aplicación más extendida del efecto Seebeck la constituyen los termopares, “elementos primarios” de uso extendidísimo en industria para la medida de la temperatura. 

Hoy en día existen aplicaciones de la “energía hidrotérmica“ de la que nos habla el relato, dentro del campo de la energía geotérmica, pero se basan en aprovechar la energía del agua situada en capas profundas, en la corteza terrestre, a gran presión y temperatura, nada que ver con el “frío abisal” que nos presentan como fuente de energía para el futuro. 

Por otra parte, no tienen ningún sentido instalaciones como la que nos describe el autor en este tipo de aplicaciones. Clarke nos habla de una enorme “parrilla” similar a un radiador de un coche sumergida en el fondo del mar. En realidad está haciendo clara referencia a un cambiador de calor, de extendidísimo uso en industria. Pues bien, los cambiadores de calor se usan para la transferencia de calor entre dos fluidos separados por una barrera que favorezca en proceso y lo haga lo más eficaz posible (aumentando la superficie de “contacto” entre ellos, por ejemplo). Exactamente qué fluidos se ponen “en contacto” en el proyecto Trinco? Acaso el agua caliente procedente del estanque solar (que en su “camino” al fondo del mar perdería parte de su calor) con el agua fría del fondo? Entonces qué se pretende, favorecer el equilibrio térmico y calendar el agua del fondo del mar u obtener energía aprovechando la “lejanía” de nuestro sistema de dicho equilibrio? Un cambiador de calor sólo sería necesario en la superficie para "captar" el calor de la corriente caliente y por ejemplo, producir vapor para mover una turbina. Ninguna de estas contradicciones se explican en el  relato.

El hecho de que “incluso en los trópicos, el agua de mar, situada a una milla de profundidad, se encuentra térmicamente casi en el punto de congelación”, también es algo más que discutible. El ingeniero Klaus apunta que el estanque solar (foco caliente) se encuentra a 200°F, y que su sección, situada en la parte fría del sistema, se encuentra a 3000 pies de profundidad y es “150 grados más fría”. Si se habla otra vez de grados Fahrenheit, como sería lógico suponer, el foco frío estaría a unos 50°F, es decir, 10°C, bastante lejos del “punto” de congelación del agua. Más aún teniendo en cuenta que dicho “punto” se da a la presión atmosférica, que a 3000 pies tenemos una presión de aproximadamente 92 bar (suponiendo que aproximadamente 10m de profundidad suponen 1 bar, y que la presión es la suma de la presión hidrostática o de la columna de agua más la atmosférica), y que un aumento de presión “rebaja” el punto de congelación, si bien es cierto que para intervalos de presión moderados no se observa gran variación. El agua en las profundidades estará aún más lejos de la congelación a la presión a la que se encuentre debido a que es agua de mar, con sales en suspensión, lo que disminuye aún más su temperatura de congelación (recordemos lo que pasa con la nieve de las carreteras al echar sal).

Otro detalle que se le pasa a Clarke por alto es la peculiaridad del agua como sustancia, de que su densidad disminuya de 4 a 0°C, así, el agua al solidificarse se “expande” y se hace menos densa (razón por la que el hielo flota en el mar). Si el agua del fondo estuviese próxima a la congelación, inmediatamente dicha masa de agua “migraría” a la superficie. El agua se congela de arriba a abajo, y no al revés, ya que es arriba donde la presión es menor y se favorece dicha “expansión”.

No hubiera venido mal que el espabilado Joe hubiera advertido a Klaus y al equipo de los sin sentidos de su instalación, además de de la existencia de gigantes criaturas abisales.

"La distancia de la Luna", de Italo Calvino

La obra “Las Cosmicómicas”, de Italo Calvino, una magnífica colección de cuentos escritos en clave de humor, está  basada en conceptos y teorías científicas, algunas ya obsoletas, sobre el universo y la evolución. El narrador es siempre  Qfwfq, que es tan viejo como el universo y es capaz de tomar mil formas distintas, pudiendo así contar de primera mano detalles sobre los hitos de la historia del universo y de nuestro planeta. 

Una de sus historias, “La distancia de la Luna”, se sitúa en tiempos remotos, cuando supuestamente, la Luna y la Tierra estaban mucho más cerca, y nos narra las aventuras de un grupo de amigos, que aprovechando la marea alta, se acercaban con un bote y trepaban por una escalera al satélite terrestre para recoger “leche lunar” con ayuda de cubos y palas. El siguiente corto de animación, inspirado en el cuento de Calvino, nos ayuda a hacernos una idea:

Esta vez, el viejo Qfwfq nos remite a la “hipótesis de fisión”, de Sir George Howard Darwin, astrónomo inglés hijo de Charles Darwin, que planteó en 1879 que la luna se formó por el desprendimiento de un “trozo” de una joven  tierra, girando entonces a una velocidad muchísimo mayor, y por efecto de la fuerza centrífuga y de la atracción ejercida por el sol. La tierra se habría deformado alargándose tanto que la “luna” habría salido despedida describiendo una espiral. En sus cálculos, Darwin llegó a “situar” a la Luna a unos 9000 kilómetros de la Tierra hace unos 50 millones de anos, pero las matemáticas no le permitieron seguir. Entonces,los días habrían tenido una duración de unas cinco horas. Suponemos pues, que la fantástica historia de Calvino se ambienta aproximadamente en esta época, aunque entonces la escalera tuvo que ser bastante más larga de lo que nos da a entender. 

La teoría de Darwin está prácticamente desechada hoy día. No hay evidencias fósiles de semejante velocidad de rotación (salvando la hipotética “cicatriz” del desprendimiento, que según Osmond Fisher la constituiría el Océano Pacífico), que por otra parte, habría sido responsable del despredimiento de muchos y menores fragmentos, dando lugar a la formación de más satélites. Un momento angular tan grande parece incompatible con la formación de un cuerpo celeste  como la Tierra. Además, las muestras de roca traídas de la luna carecen de hierro, elemento abundante en nuestro planeta. Otras teorías sobre la formación de la Luna, junto a la de George Darwin, serían la “teoría de captura”, la de “acreción binaria”, y la que parece más aceptada hoy día, la “hipótesis de impacto”.

No obstante, en una cosa Sir George Howard tenía razón. La Luna se aleja continuamente de nosotros. La distancia media que nos separa, 384.400 km, aumenta unos 3,8 cm cada ano. Este hecho fue constatado por la NASA en su “experimento de medición láser lunar” 95 anos más tarde. La razón es que al girar el sistema Tierra-Luna en torno a su centro de masas, la Luna ejerce una fuerza de atracción distinta en cada punto de la Tierra al ser esta tan grande. Por ejemplo, en el punto más cercano a la Luna, la intensidad de la gravedad es mayor que en el centro de masas de la Tierra, a su vez mayor que en el punto más alejado de la Luna. Como consecuencia, aparecen las “mareas” que tienden a “deformar” la Tierra, y que afectan no sólo a las aguas sino a la atmósfera y a la parte sólida de nuestro planeta. Las mareas producen un efecto de “frenado” de la rotación de la Tierra, y al mantenerse el momento angular del sistema constante, la distancia Tierra-Luna ha de aumentar.

El “principio de conservación del momento angular”, nos dice que si una partícula se mueve alrededor de un punto sujeta a una fuerza central (es el caso de las fuerzas gravitatorias), y el momento de las fuerzas exteriores es cero (lo que no implica que las fuerzas exteriores sean cero), el momento angular total se conserva, es constante. El momento angular, “L”, es el producto del momento de inercia por la velocidad de rotación. 

Este principio explica por qué una bailarina girando sobre la punta de sus pies, consigue, al extender sus brazos, aumentar su momento de inercia y como consecuencia, girar más rápido al contrarerlos.

Si nuestra Luna, efectivamente, estuvo tan cerca de la Tierra como planteó Darwin (aunque los seres humanos, que llevamos unos 4 millones de anos sobre el planeta, definitivamente no hemos llegado “a tiempo” para verlo), los días habrían durado tan sólo unas pocas horas y las enormes fuerzas de marea habrían provocado terribles terremotos y maremotos, además de actuar también sobre el magma terrestre haciéndolo brotar a la superficie. El botecito de remos del viejo Qfwfq difícilmente habría podido permanecer estable en tales circunstancias, y los terribles vientos y tormentas en la atmósfera de una Tierra girando a muchísima más velocidad tampoco se lo habrían puesto nada fácil. 

Las noches no habrían sido más claras como nos cuenta Calvino, sino mucho más oscuras, porque la parte de la Luna más cercana a la Tierra no se encontraría tan “expuesta” a los rayos solares que ha de reflejar para tener el aspecto actual. Tampoco los días serían igual de “claros” por la sombra “proyectada” por una Luna tan cercana, y ocurrirían eclipses solares con mucha frecuencia. Las intensas fuerzas de marea generadas por la atracción de nuestro planeta sobre su satélite (recordemos que la fuerza gravitacional es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia) probablemente lo irían fragmentando lentamente.

La conductividad eléctrica de la atmósfera depende del número de partículas cargadas por unidad de volumen o “estado de ionización”. El desplazamiento de dichas partículas, que provoca corrientes eléctricas en la atmósfera, se produce precisamente durante las “mareas” atmosféricas, que serían muchísimo más intensas provocando fuertes y frecuentes descargas.

La interacción entre nuestro planeta y su satélite es determinante en cada fenómeno ocurrido en la Tierra, luego la misma sería un escenario completamente distinto si “tan sólo” la distancia de la luna cambiase de forma significativa. Aquí se ha pretendido citar apenas un par de ejemplos para ilustrarlo.