12 marzo 2011

Del eje de la Tierra, el acortamiento del día y el terremoto en Japón

Traigo de nuevo a la portada un post que escribí cuando el terremoto de Chile porque empiezan a aparecer, otra vez, noticias que no lo son tanto. He actualizado algunos detalles y figuras pero en esencia el argumento es el mismo.
El caso es que empezamos a leer que el reciente terremoto en Japón ha provocado un cambio en el eje de rotación de la Tierra de "hasta 10 cm" y un acortamiento del día en unos 1,6 microsegundos. Hace un año se dijo algo similar del terremoto de Chile (8 cm y 1,4 microsegundos) y antes, aunque con menos repercusión mediática, del terremoto de Sumatra de 2004 (7 cm de desviación del eje y 2,7 microsegundos).
A los que siguen este blog no les resultará extraño que haya mirado algo más allá de la noticia a ver si había gato encerrado.

El resultado es que tal vez las cifras sean ciertas. O que tal vez no.
Lo primero que conviene saber (algo que no han dejado claro todos los medios) es que dichas variaciones no se han medido sino que son resultados de una simulación informática. Como ya hemos comentado otras veces, la exactitud de las simulaciones depende de múltiples factores difíciles de controlar, especialmente en modelos muy complejos como este. Además, al ser simplificaciones de la realidad, sus resultados no reflejan necesariamente lo que de verdad ha pasado sino sólo una aproximación más o menos buena. 
Dicen que la Tierra gira algo más rápidamente y que su eje se ha movido debido al terremoto de Japón. Esto puede ser cierto o tal vez no. Dichos efectos no son verificables hoy porque están muy por debajo de nuestra capacidad de medida y, algo que no todos han dicho, no son datos reales sino el resultado de un modelo informático.

¿Cuánto de buena? Pues no se puede saber  ya que actualmente la rotación de la Tierra sólo puede medirse con una aproximación de unos 20 microsegundos. Por tanto, la confirmación empírica del acortamiento del día es imposible por el momento, lo mismo que el supuesto cambio de 8 cm en el eje terrestre ya que los modelos trabajan con un error medio de unos 50 cm.

Quiero dejar claro que este post no es para criticar la noticia sino para insistir una vez más en la absoluta necesidad de distinguir entre datos (medidas reales) y resultados de simulaciones. Estos últimos están afectados por múltiples fuentes de incertidumbre de forma que los resultados deberían darse siempre con una estimación de la misma. Asimismo, daré datos para valorar si esos 8 cm son algo importante o no,
El autor de las simulaciones es Richard Gross, un geofísico del JPL con una amplia trayectoria en este tipo de trabajos y un especialista en los factores que afectan a la rotación terrestre. Sus modelos se basan en que la velocidad de rotación depende de la distribución de masas tanto en la superficie como en el interior de la Tierra. En este sentido, la propia atmósfera influye en dicha rotación y Gross comenta que los días a lo largo del año varían alrededor de un microsegundo debido a lar variaciones en el reparto de las masas de aire.

Lo que me deja algo fuera de juego es que Gross no menciona los movimientos de las placas debidos a la deriva continental, algo muchísimo más importante que los terremotos o la atmósfera. Supongamos que tenemos un receptor GPS entre las manos. Cuando miramos su pantalla vemos tres datos de posición: latitud, longitud y altura. Lógicamente estos datos se dan respecto a un sistema de referencia: decir 40º de latitud Norte supone conocer donde está el origen de latitudes (el Ecuador); igualmente, decir 10º de longitud Oeste supone conocer donde está el origen de longitudes (el meridiano origen).
El GPS utiliza un sistema de referencia llamado WGS84 (World Geodetic System 1984). WGS84 es una construcción artificial formada por tres ejes de coordenadas y una superficie de revolución llamada elipsoide que se aproxima al nivel medio de los océanos del mundo.
Los tres ejes permite dar una posición en el espacio y el elipsoide se utiliza como superficie de referencia para las alturas. La definición exacta de estos elementos es imprescindible para saber a qué se refieren las coordenadas geográficas o cualesquiera otras que podamos usar. Las principales características del WGS son (fíjense en las cursivas):
  • los tres ejes cartesianos y el elipsoide son geocéntricos: tienen su origen en el centro de masas de la Tierra (incluyendo mares y atmósfera).
  • el eje Z coincide con el eje de rotación de la Tierra ya que apunta al International Reference Pole.
  • el eje X apunta al meridiano de longitud 0º también conocido como meridiano de Greenwich.
  • el eje Y es ortogonal con los anteriores y con el X define el plano ecuatorial.
Lo interesante de este asunto es que ninguna de las referencias anteriores es fija: ni el centro de masas, ni el Polo ni el meridiano cero. Greenwich y el meridiano que define están sobre una placa continental que se mueve, luego su posición respecto al resto del mundo varía continuamente. También sabemos que el eje de rotación de la Tierra no es fijo sino que oscila en el tiempo debido, entre otras causas, a la deriva continental (ver al final). Finalmente, el centro de masas de la Tierra tampoco está en el mismo punto sino que varía según se mueve todo en la superficie. Las consecuencias son las que pueden suponer: los polos, paralelos y meridianos no son estacionarios respecto a ningún punto en concreto de la Tierra.
Principales placas tectónicas en el mundo (Wikimedia Commons)
En efecto, debido a la deriva continental, las diferentes partes del mundo se mueven y cambian de posición relativa varios centímetros al año. El Meridiano y el Polo Internacional de Referencia se hacen estacionarios por convenio respecto a la media de dichos movimientos y su posición debe recalcularse y redefinirse de forma continua. La magnitud del movimiento no es espectacular pero sin duda más influyente que los cambios atmosféricos o los terremotos (que no son más que movimientos en la zona de fricción de placas, ver figura superior). Por ejemplo, en Inglaterra las latitudes y longitudes WGS84 cambian a una tasa constante de unos 2.5 cm al año en dirección NE. Otras partes del mundo como Hawai o Australia se mueven alrededor de 10 cm al año.

Por eso, cuando oigan o lean lo de los 8 cm de variación no caigan en la tentación de creer que si no fuera por eso viviríamos en un medio tranquilo y estático. Nada más lejos de la realidad, aquí nada permanece mucho tiempo en el mismo sitio, ni los ejes, ni las masas, ni la rotación de la Tierra, ni nosotros mismos. Por añadidura, verán en la figura de abajo que el Polo se está moviendo continuamente y su ubicación ha variado unos cuantos metros en el último año, una cifra que señala la irrelevancia del los presuntos efectos del terremoto.

Movimiento del Polo Norte en el último año. Las unidades son milésimas de segundo de arco (mas) y 1 mas equivale aproximadamente a 3 cm (tomado del Earth Orientation Centre)
¿Y qué pasa con los 2 microsegundos de variación del día? Pues lo mismo porque, como pueden ver en la figura de abajo, las variaciones normales del día a lo largo del año son de milisegundos, lo que señala de nuevo la poca importancia del posible efecto del sismo.

Variaciones en la longitud del día en el último año

Lo que quiero decir no es que el efecto no exista sino que, como comentaba más arriba, no es verificable porque los cambios "normales" son mucho más grandes y porque la resolución de los métodos de medida es bastante más grosera que el efecto que se quiere medir.

13 comentarios:

gabriela dijo...

La verdad, te agradezco muchísimo esta entrada, por dos razones fundamentales: Una, por aclararnos que se trataba de una "simulación" y no de una "medición", y la segunda, por lo claro de tu explicación, porque yo había leído esta "noticia" en varias publicaciones y nunca se mencionó el hecho real.
Si pensamos en que la masa cambió de lugar, claro que es posible que cambie la inclinación del planeta, pero en estas cosas hay que ser cauto yo creo, porque los cambios se producen muy lentamente, de manera que pueden pasar diez mil años antes de que se pueda medir un cambio significativo.

Jesús dijo...

Tienes un don especial para explicar de forma entendible por (casi)cualquiera cuestiones que entrañan cierta dificultad. No leí la noticia, pero supongo que habrá quien ya esté prediciendo el apocalipsis por los 8 cm de marras.

Nicolás dijo...

Muy interesante el post. Coincido con el comentario acerca de las fuentes de incertidumbre que afectan a los datos de la simulación, y deberían darse a conocer (no se si lo hizo Gross, puesto que solo llegué a leer lo publicado en los medios). Siendo de aproximadamente 20 microsegundos la incerteza en la determinación del período, sería interesante conocer cuanto mejora la resolución en los resultados de las simulaciones.

Como para hacer todavía menos impactante el resultado, al microsegundo anual debido a la distribución de masas de aire habría que sumar la contribución anual debida a la fricción por las mareas, la cual ronda los 1.6 microsegundos, si es que no estoy mal informado.

Pienso que esta noticia, en la forma en la que se dió a conocer, solo sirvió para alimentar todavía más las mentes de los apocalípticos que esperan deseosos el fin del mundo en 2012.

Saludos.

Jose Roque dijo...

Angel
Te felicito por este post. Es muy ilustrativo y muy critico, como siempre.
Saludos

Javier dijo...

Muy buena entrada, si se me permite, no tanto por la información, sino por lo bien que refleja la manera de razonar cientificamente, el manejo de la precisión, de las aproximaciones, de la necesidad de marcos de referencia...

Como djo alguien: La ciencia es el arte de aproximar.

Saludos

Javier

Nicolás dijo...

Lo leí en su momento, es muy bueno. Es una pena que sea necesario publicarlo otra vez.

Saludos.

Anónimo dijo...

Paso siempre y va a seguir pasando, la tierra existe hace miles de millones de años ;)

Anónimo dijo...

Tienes razón en cuanto a la simulación y una medición real pero los cambios que mencionas han sido graduales y no en 5 y 6 segundos que puede durar un terremoto de tan gran magnitud, yo respeto tu punto de vista, pero también el de los científicos.

Angel dijo...

Anónimo, los cambios en el ciclo anual son graduales, en efecto, pero eso no tiene mucho que ver con el tema. Lo que quiero decir es que el efecto es demasiado pequeño para ser medido, sea gradual o sea instantáneo.
> yo respeto tu punto de vista, pero también el de los científicos
Agradecido, por cierto que yo soy científico :-)
Saludos

Modern Greetings dijo...

One thing I aM sure of and that is there is a reason why the Creator allowed this thing to happen to each one of us.

Clarence Morgan dijo...

Thanks for sharing this to us at least now we are aware of what's happening around us. I really appreciate what your wrote in your blog. Looking forward to read your updates about the earthquake.

donya dijo...

yo respeto tu punto de vista, pero también el de los científicos. 2012 is coming

Angel dijo...

¿Y cuál es el de "los científicos"?

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