Enseñanzas de Fukushima

El desenlace del caso Fukushima aún está por ver y tampoco conocemos sus consecuencias con exactitud. En estas semanas hemos leído de todo, desde los que afirman que el accidente es una muestra de la resistencia de las centrales y, por tanto, de su seguridad, hasta los que sostienen exactamente lo contrario.

Por mi parte, lo que he aprendido no es sobre la seguridad sino sobre las conductas. No importa que las centrales sean más o menos fiables, que todo haya sido por un terremoto seguido de un tsunami, no importa que las medidas de seguridad sean doble o triplemente redundantes. Lo que importa es que la gente, nosotros, somos mucho menos fiables que la tecnología. Lo relevante es que no somos de confianza.

Un mapa ficticio para añadir más confusión aún (ver por qué)

Lo que quiero comentarles aquí es que, aunque la tecnología nuclear de fisión es potencialmente muy peligrosa, el auténtico peligro somos nosotros.

El caso Fukushima es consecuencia de una conducta temeraria previa: poner una central en una zona de altísimo riesgo sísmico y, además, justo al borde del mar. Tal vez lo primero sea difícil de evitar en Japón (aunque el riesgo no es homogéneo) pero lo segundo creo que no lo era tanto. Es el mismo tipo de imprudencia que llevó en España a la catástrofe del camping de Biescas en 1996. A alguien se le ocurrió ponerlo justo debajo de un cono de deyección de un torrente y nadie quiso corregirlo a pesar de los avisos. Lo del terremoto, incluida su magnitud, era previsible, y el tsunami no fue algo sorprendente. A pesar de eso, alguien decidió poner la central en la costa.

Si la mala evaluación del riesgo es el primer síntoma de que no somos de confianza, el segundo es la falta de transparencia: la información debería ser, desde el principio, veraz, continua y centralizada ante un caso tan grave como este. Aunque poco a poco ese aspecto ha ido mejorando, durante muchos días la realidad fue otra: mensajes esporádicos, ambiguos, contradictorios... (1). 

En resumen: podemos debatir sobre la conveniencia de la fisión nuclear como fuente de energía pero antes deberíamos corregir nuestras actitudes en cuanto a responsabilidad y transparencia. Yo estoy razonablemente seguro de que las centrales en España están bien controladas pero no acabo de quitarme la sensación de que si ocurre un problema serio no nos lo van a contar con la exactitud y rapidez que me gustaría.

(1) Hay que mencionar las dos vías de información que la empresa TEPCO mantiene abiertas. La primera es una cuenta en Twitter (@OfficialTEPCO) pero que solo está en japonés y cuenta con 44 notas, algo evidentemente ridículo para lo que está pasando. Google permite traducir estos mensajes con bastante dificultad pero está claro que al menos los últimos son solo avisos de cortes de luz y agradecimientos por el ahorro de energía. Nada de mantenerte al día de los problemas.

La segunda vía incluye valores de radiactividad mediante hojas en formato PDF que se van añadiendo poco a poco a una larga lista. Aunque se aportan medidas frecuentes son solamente de unos pocos sitios (Nearby MP-4, Main building, Main gate, West gate) y el formato es lo más incómodo que pudieron elegir para hacerse una idea de la evolución del problema. Menos es nada, por supuesto, pero debería ser mucho más, especialmente ahora que están apareciendo rastros de contaminación en el agua y los alimentos incluso a muchos kilómetros de distancia.
Por su parte, el Consejo de Seguridad Nuclear español proporciona informes diarios que son de agradecer. Tal vez es el sitio donde podamos seguir con más detalle, dentro de lo que cabe, la situación. 

[Foto] Cómo superar el problema de la profundidad de campo

De vez en cuando se encuentra uno con artistas de la programación que hacen cosas sorprendentes. Alan Hadley es uno de esos y su producto es CombineZP. CZP intenta solucionar el problema, habitual en macrofotografía, de tomas cuya mínima profundidad de campo impide sacar la totalidad del sujeto enfocado. Si tenemos poca luz, ese problema no tiene solución directa por lo que usaremos una estrategia distinta. La idea es tomar una serie de fotografías enfocando zonas sucesivamente más alejadas. CZP combinará esas fotos tomando la zona enfocada de cada una para generar una imagen final correcta.
Como acabo de enterarme del asunto no he tenido tiempo de hacer una prueba seria pero recordé que hace unos mese había tomado dos fotos de una mosca con cara de pocos amigos y que no había logrado enfocarla bien. Abajo tienen esas dos imágenes (pulsen encima para ampliar).

Toma 1, están enfocados el abdomen, las patas, la parte distal del ala izquierda y la roca. Tórax, cabeza y ala derecha están desenfocadas.  

Toma 2, la cabeza. el tórax y el ala derecha están bastante bien enfocadas, el resto (patas, roca...) está fuera de foco.

Esas fotos se hicieron a mano con el objetivo Hexanon de 50 mm tuneado como les comenté aquí. Como no había automatismos el enfoque se hizo acercando la cámara hasta que todo parecía en foco y la exposición por puro ensayo y error. Menos mal que el sujeto se quedó inmóvil un par de minutos.
Ambas tomas se introducen en CombineZP ("New stack"), se selecciona "All methods" en la lista siguiente y "Go" a continuación.
CZP hace un ajuste de las fotos para una correcta superposición y las combina. Un dato sorprendente es que no parece importarle que el sujeto sea de tamaño algo diferente. Tienen el resultado abajo:

Imagen combinada.

CZP ajusta también con bastante acierto la luminosidad y los contrastes.
Según su autor, el programa está preparado para combinar bastantes más tomas, con el único problema de la disponibilidad de memoria. En las pocas pruebas que he hecho, el programa se ha mostrado algo inestable sobre Windows 7 x64, tal vez por ser una aplicación de 32 bits con algún fleco suelto. Mañana espero probar algo más complejo, ya les contaré.

¿Realmente van los tsunamis a 500 km/h?

Siguiendo con el triste tema de la semana, supongo que a todos nos ha llamado la atención que se haya hablado de que un tsunami viaja a 500 o 600 km/h. Viendo la llegada de las olas a las costas de Japón es obvio que el frente de agua va rápido pero no a esa enorme velocidad. Sin embargo, la afirmación es correcta pero necesita una explicación que, además, nos ayudará a entender la enorme fuerza del fenómeno en la costa.

La gran ola de Kanagawa (Wikimedia Commons) 

Un tsunami tiene su origen en un movimiento del fondo marino que, simplificando, empuja el agua hacia arriba. El fondo marino que se desplaza a causa del terremoto transmite su energía al agua creando una onda de presión. Esta se desplaza como una esfera de radio creciente hasta que llega a la superficie. Allí solo queda la componente horizontal: una onda en superficie que se mueve sobre ella como cuando tiramos una piedra al agua.
La onda se mueve a una velocidad que depende de la profundidad de la masa de agua de la forma siguiente: v = sqrt(g · h), siendo sqrt la raíz cuadrada, g la aceleración de la gravedad y h la profundidad. Por ejemplo, sobre un océano de 3 km de profundidad, la velocidad será de 170 m/s, algo más de 600 km/h.
Sin embargo, en esta etapa el agua no se traslada, sólo la onda que, en alta mar, apenas se mostrará como una ondulación de uno o dos metros de altura como máximo, pasando frecuentemente desapercibida por los barcos.
El problema comienza cuando llega a profundidades menores donde, como plantea la fórmula, la velocidad se reduce, la energía se acumula y la altura de la ola aumenta. Al llegar a la costa la velocidad puede estar entre los 50 y los 100 km/h, según la topografía submarina, y la inmensa energía acumulada hace su efecto.

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.

Grandes terremotos desde 1900

Se han registrado 87 terremotos de magnitud 8 o mayor desde 1900. Al de Japón de hoy se le asigna 8,9 lo que le coloca en el quinto lugar. El mayor ocurrió en Chile el 22 de mayo de 1960 y con una magnitud 9,5 provocó 1650 muertes. Con 9,1, el terremoto de Sumatra del 26 de diciembre de 2004 mató a casi 230.000 personas, casi todos como consecuencia del posterior tsunami.
Si no fuera esta excepción hubiéramos tenido una semana normal en el mundo: 352 terremotos de 4,5 o más en los últimos 7 días.

Terremotos de magnitud 8 o superior desde 1900 (figura de Earthquake Hazards Program)

Disponible el libro sobre impacto del cambio climático en la flora española

Pueden descargarlo aquí (OECC) o alternativamente aquí (UEX). Es un PDF de 35 MB.
Y, ya puestos, he encontrado este sobre Centroamérica (PDF, 7 MB) hecho con métodos bastante diferentes pero igualmente interesante.