Un año para las Matemáticas de la Tierra

Vista satélite de Europa y África. De "Cielo y Tierra" (Phaidon).

¿Pueden las matemáticas predecir y diagnosticar los efectos del cambio climático? Manuel de León, director del Instituto de Ciencias de las Matemáticas, analiza en el Año de las Matemáticas del Planeta Tierra recién iniciado, cómo esta disciplina estudia la evolución del calentamiento global a través de ciclos y ecuaciones.

Todos los días vemos con preocupación cómo la prima de riesgo sube y baja, esa cifra variable que hace unos pocos años muchos no sabíamos ni que existía. Pero esa no es la prima de riesgo que debería preocupar a los ciudadanos y a los políticos, sino otra mucho más decisiva para nuestro futuro: el aumento de las temperaturas que augura un cambio climático.

Este fenómeno no debe confundirse con la meteorología: un cambio climático es una modificación del clima a una escala global cuyas consecuencias pueden ser devastadoras. El cambio climático puede ser debido a muchas causas y, según aseguran muchos expertos, se avecina uno debido a la actividad humana en el planeta, en particular al aumento espectacular de los gases de efecto invernadero (CO2 y metano, por ejemplo). Ante esta situación es necesario acometer acciones de una envergadura excepcional, con grandes implicaciones económicas y sociales. De ahí las presiones de los gobiernos y las grandes corporaciones sobre los científicos y la opinión pública.

Para comprender el fenómeno de los cambios climáticos y poder así predecir lo que ocurrirá en nuestro futuro inmediato, necesitamos conocer lo que ha ocurrido en el pasado. Y son las matemáticas las que están ayudando a los geólogos y climatólogos a interrogar al planeta y a interpretar adecuadamente las respuestas que se obtienen.

¿Cuáles eran las temperaturas en la Tierra hace miles, cientos de miles o millones de años? ¿Cuáles son los porcentajes de CO2 o metano? ¿Y los de oxígeno? Hablamos de temperaturas, porcentajes, es decir… de lo que denominamos números. Para hacer las preguntas se han obtenido muestras mediante perforaciones en la Antártida y, más recientemente, en los océanos. En el hielo antártico y en los sedimentos marinos, la información del pasado terrestre se ha conservado intacta durante miles de años.

Las respuestas se consiguen a través de millones de datos, sobre los que debemos trabajar para encontrar patrones de comportamiento general. Aquí es donde intervienen las matemáticas. Según lo observado, la Tierra ha sufrido diversos ciclos, algo muy frecuente en la naturaleza. Para identificar los ciclos de una serie temporal (como puede ser la serie de temperaturas) se usa el llamado Análisis de Fourier. Joseph Fourier fue un matemático francés que vivió entre el siglo XVII y el XIX y tuvo una brillante idea: toda función (en nuestro caso, será una relación que asigna a cada año una temperatura) se puede descomponer en piezas más sencillas, todo es una composición de senos y cosenos (si recordamos las nociones de trigonometría aprendidas en la escuela, nos damos cuenta de que las funciones trigonométricas son el paradigma de la repetición cíclica).

El eje de la Tierra

Con este análisis se han descubierto los ciclos glaciales. Las variaciones en la órbita terrestre debidas, entre otras cosas, a la precesión del eje de la Tierra y a las variaciones de la excentricidad de su órbita elíptica entorno al Sol, son las causas de los llamados ciclos de Milankovitch, que están estrechamente relacionados con los períodos glaciales.

Además de los ciclos, muchos otros factores influyen en el clima: el vulcanismo, la deriva de las placas continentales (aunque nos cueste creerlo, vivimos sobre "balsas de piedra" flotando en el magma, que se mueven continuamente y que a veces han estado juntas formando un solo continente), y la propia actividad solar.

Y no hace mucho tiempo en escalas geológicas apareció un nuevo agente en el medio: los humanos. Hay un consenso casi general en admitir que el clima está cambiando y que en gran parte, ese cambio está causado por nuestra actividad. Y, lo peor, que esa transformación es casi irreversible. ¿Estamos a tiempo todavía de evitarlo? Hay muchas medidas que se pueden tomar y, de hecho, algunas ya están en marcha. Se puede reducir el uso de combustibles fósiles y buscar energías renovables; se puede optimizar el uso de la energía; o desarrollar trampas para capturar el CO2. Necesitamos también pulir los modelos matemáticos que usamos, de manera que nuestro análisis no admita ninguna duda. Estos modelos están basados en las ecuaciones (diferenciales) que rigen los fluidos (como los océanos o la atmósfera) y su complejidad es tal que todavía no conocemos con certeza el comportamiento de un fluido de ciertas características en determinadas condiciones y en un tiempo concreto.

El Consejo Internacional de la Ciencia (ICSU en sus siglas inglesas) llama a la reflexión sobre estos problemas a todas las uniones científicas -entre las que se encuentra la Unión Matemática Internacional, IMU en sus siglas inglesas- en su reciente Plan Estratégico 2012-2017. Una colaboración entre estas instituciones, con su carácter multidisciplinar, puede ser decisiva. El trabajo que realiza cada una de ellas trasciende las fronteras políticas e ideológicas, lo que las convierte en una auténtica fuerza universal.

Lo que nos dice el pasado es que los cambios climáticos se han producido y que han tenido una gran influencia en el desarrollo de la vida en la Tierra. El que se nos avecina también la tendrá y será más catastrófico cuanto menos hagamos por retrasar el fenómeno y prepararnos para sus efectos. El planeta Tierra ha estado miles de millones de años sin seres humanos, no los necesita para continuar su historia. La pelota está, pues, en nuestro tejado.