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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de octubre, 2017

Sarah Mather, la desconocida inventora del periscopio

Por Mar Gulis (CSIC)

 Dibujo que aportó Mather para registrar su  patente en 1845 / Oficina de Patentes de EEUU

Hace 172 años, una estadounidense de la que apenas sabemos nada escribía lo siguiente: “La naturaleza de mi invención consiste en la construcción de un tubo con una lámpara unida a un extremo del mismo que puede ser hundido en el agua para iluminar objetos con el mismo, y un telescopio para ver dichos objetos y hacer exámenes bajo el agua…”. Así comenzaba la presentación de su patente Sarah Mather. Era el 16 de abril de 1845 y esta mujer había inventado el periscopio submarino.

Este instrumento óptico con forma de tubo permite, gracias a la utilización de prismas o espejos y basándose en la ley de la reflexión de la luz, la observación de una zona inaccesible a la visión directa. A través de su particular diseño, el periscopio posibilita que alguien que está oculto en una trinchera, un submarino u otro espacio diferente, vea sin ponerse al descubierto. Generalmente, mediante un volante en su extremo inferior el periscopio puede girar y así ampliar la observación a un campo de 360º. Si además se le añaden lentes con aumento, es posible observar a gran distancia. De ahí que su utilización sea frecuente en los submarinos, con el fin de ver sobre la superficie del agua mientras el vehículo se desplaza subacuáticamente.

Así, el periscopio ideado por Mather posibilitó a los buques de navegación marítima, ya en el siglo XIX, inspeccionar las profundidades del océano o saber a qué distancia y posición se encontraban determinados objetos sin que el observador fuera visto. Pero, “aunque su patente fue clave en la historia de la navegación submarina, apenas conocemos datos de la biografía de Mather”, cuenta Sara El Aissati, del Instituto de Óptica del CSIC y miembro del IO-CSIC OSA student chapter (IOSA).

En el Diccionario Biográfico de la Mujer en la Ciencia, una vasta obra que recoge la biografía de cerca de 3.000 mujeres científicas, “se sugiere que Mather se casó y que tuvo al menos una hija”, señala la investigadora. Pero no se conoce su fecha de nacimiento, ni cuándo murió, ni aparecen registradas otras patentes suyas. Tampoco parece existir ninguna imagen de esta inventora olvidada.

Una mujer observa a través de un periscopio a bordo de un submarino estadounidense / US Navy.

En el registro de su invención, la propia Mather explicaba la utilidad del artilugio: “La lámpara y el telescopio se pueden usar para diversos fines, tales como el examen de los cascos de los buques, para examinar o descubrir los objetos bajo el agua, para la pesca, la voladura de rocas para despejar los canales y otros usos”. De estas líneas puede deducirse que la inventora seguramente no se imaginaba el grado de sofisticación que alcanzaría su ingenio, pieza clave en la investigación marítima y en el desarrollo de la industria naval. Como recuerda El Aissati, “la primera noticia que se tiene de la utilización de un periscopio data de 1864, fecha en la que Thomas Doughty, ingeniero de la Armada de los EE UU, usó un tubo de hierro y unos espejos a bordo de un barco fluvial en la expedición al río Rojo”.

Hoy varios son los usos que se le dan a este invento. Más allá del ámbito militar, los periscopios siguen siendo utilizados para observar buques y aviones y así facilitar la navegación marítima y aérea; para realizar investigaciones e incluso en el ámbito de la publicidad, cuando se quieren conseguir determinadas imágenes en actos multitudinarios o simplemente difíciles de obtener.

Paradójicamente, “hasta 2011 a las mujeres estadounidenses no se les permitió servir en submarinos, a pesar de que fue una de ellas la que contribuyó a la modernización de los mismos con este invento”, afirma El Aissati.

Los biocombustibles pueden ser más nocivos que el petróleo

Por Joaquín Pérez Pariente (CSIC)*

Bajo las etiquetas ‘combustible ecológico’ y ‘diésel verde’ circulan por las ciudades del mundo occidental vehículos que utilizan como combustible sustancias obtenidas a partir de productos agrícolas. Son los denominados biocombustibles, en los que el prefijo ‘bio’ pretende resaltar sus bondades medioambientales. Sin embargo, la realidad es que los biocombustibles pueden llegar a ser incluso más nocivos que el petróleo por su emisión de gases de efecto invernadero, responsables del cambio climático que está experimentando nuestro planeta. La causa de ese daño medioambiental estriba en la forma en la que se obtienen.

Si somos rigurosos, recibe el nombre de biocombustible todo combustible de origen biológico. El más común es la madera, pero también son biocombustibles las grasas animales y los aceites vegetales que han servido para iluminar durante siglos nuestros hogares. Pero los que nos interesan son los que se utilizan hoy en día en vehículos de transporte, que son de dos tipos. Uno es el alcohol denominado etanol, el mismo que se encuentra en el vino o la cerveza, que se obtiene mediante fermentación de azúcares como los de la caña de azúcar, o los de los cereales, entre los cuales destaca el maíz. El segundo es el biodiesel, que se produce mediante una reacción química entre el alcohol denominado metanol y aceites vegetales. Aunque se pueden utilizar diferentes aceites como materia prima para fabricar el biodiesel, en la práctica en todo el mundo se elabora a partir de aceites de soja y palma y, en mucha menor medida, de colza, sobre todo en Europa.

Los defensores del empleo de biocombustibles líquidos como sustitutos de la gasolina y gasoil derivados del petróleo argumentan sus efectos beneficiosos de la siguiente manera. Las plantas de las que se extraen las materias primas necesarias para su elaboración absorben dióxido de carbono, el principal gas de efecto invernadero, durante su crecimiento. Cuando los biocombustibles se queman en un vehículo, se emite dióxido de carbono a la atmósfera. Pero eso no supone un problema, porque las plantas volverán a asimilarlo cuando crezcan de nuevo. Tendríamos así un ciclo cerrado de captura-emisión de ese gas, que por lo tanto no produciría ningún aumento de su concentración en la atmósfera.

 

Producción mundial de bioetanol y biodiesel en miles de barriles por día. En el caso del etanol, 100.000 barriles por día equivalen a 3 millones de toneladas de petróleo anuales, mientras que para el biodiesel equivalen a 4,9 millones. La cantidad total de biocombustibles producidos en 2016 equivalió a 86 millones de toneladas de petróleo.

Sin embargo, esa explicación tan simple oculta un conejo en la chistera, que salta fuera de ella en cuanto nos asomamos a su interior. Esas plantas productoras de biocombustibles no crecen precisamente en el desierto, sino que se cultivan en terrenos fértiles que previamente estaban cubiertos por selvas y sabanas. Esos grandes bosques tropicales y subtropicales se destruyen simplemente quemándolos, para sustituirlos por los cultivos destinados a la producción masiva de biocombustibles, como la soja y la palma. Esos gigantescos incendios, visibles desde los satélites que orbitan el planeta y en ocasiones objeto por ello de atención televisiva, liberan a la atmósfera enormes cantidades de dióxido de carbono: entre 200 y 300 toneladas por hectárea, entre 20.000 y 30.000 toneladas por cada kilómetro cuadrado. Así se deforestan cada año decenas de miles de kilómetros cuadrados, hasta tal punto que provocan unas emisiones de gases de efecto invernadero casi iguales a las provenientes de los vehículos que utilizan combustibles derivados del petróleo. Aunque los biocombustibles contribuyen todavía relativamente poco a esa deforestación global, su amenaza es tan grave que el Parlamento Europeo aprobó en el mes de abril de este año una resolución para eliminar el aceite de palma como fuente de biocombustibles para el año 2020.

Por si fuera poco, los agrocombustibles, como en realidad deberían denominarse los biocombustibles, compiten con la producción de alimentos porque, al igual que estos, necesitan terrenos fértiles donde cultivarse. Y se trata de una competencia desleal, porque si se quisiera sustituir con ellos solo una parte de los que provienen del petróleo, habría que producirlos en tal cantidad que toda la superficie de nuestro planeta no bastaría para ello. Ahí radica el verdadero problema, en que los terrenos cultivables ya escasean y no podemos permitirnos el lujo de malgastarlos en un mundo que no es capaz de alimentar decentemente a toda su población.

No hay ninguna duda de que es necesario buscar alternativas al uso del petróleo, pero los biocombustibles no son la respuesta.

 

Joaquín Pérez Pariente es investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y es autor del libro Biocombustibles. Sus implicaciones energéticas, ambientales y sociales, editado por Fondo de Cultura Económica. La obra se presentará el día 19 en la librería Juan Rulfo (Madrid) a las 19:00 horas.

Las legumbres, aliadas en la lucha contra el cambio climático

Por Mar Gulis

Las legumbres son un alimento muy popular en nuestro país por su alto valor nutricional (pese a que su consumo está decayendo en los últimos años). Quizás menos conocido es que con ellas se producen harinas como sustituto del cacao, como el algarrobo, o que sus raíces se utilizan como especias (por ejemplo, el regaliz). Muchas legumbres se emplean además como alimento para animales (alfalfa, veza y trébol) o para la producción de principios activos medicinales, aceites, tinturas y fibras, entre otros productos. Como consecuencia, las leguminosas se encuentran entre los cultivos más importantes a nivel mundial, solo detrás de los cereales. Pero además las legumbres pueden ser aliadas en la lucha contra el cambio climático. Tal y como cuentan los autores del libro de divulgación Las legumbres (CSIC-Catarata), la clave está en que ayudan a fijar el nitrógeno orgánico, uno de los nutrientes, después del agua, más necesarios para el crecimiento de las plantas.

Cartel de la FAO realizado con motivo del Año Internacional de las Legumbres 2016.

En agricultura es muy habitual el uso de abonos nitrogenados. Sin embargo, además de su elevado coste, estos abonos tienen consecuencias medioambientales, ya que una cantidad significativa de ellos son emitidos al aire como óxido de nitrógeno, uno de los gases causantes del efecto invernadero y que, mezclado con el vapor de agua, produce la lluvia ácida. Su sustitución no es baladí si recordamos que, según el Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de la ONU, la agricultura es responsable de cerca del 14% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, un volumen similar al originado por el transporte.

El nitrógeno atmosférico es la forma más abundante de nitrógeno. Los únicos organismos capaces de transformarlo en nitrógeno orgánico son aquellos que poseen la enzima nitrogenasa. Estos organismos pueden realizar la transformación en solitario o en asociación con otros organismos, principalmente con plantas. En este sentido, la asociación simbiótica más importante se da entre unas bacterias del suelo denominadas rizobios y plantas de la familia leguminosae, de las que forman parte las legumbres. Su unión aporta cerca del 80% del total del nitrógeno atmosférico fijado de forma biológica.

La interacción leguminosa-bacteria y el establecimiento de la simbiosis son procesos de gran complejidad en los que intervienen numerosos factores estructurales, bioquímicos y genéticos. El establecimiento de la simbiosis comienza con el reconocimiento entre un rizobio determinado y su planta hospedadora, que consiste en un intercambio de señales químicas que activan recíprocamente programas genéticos específicos. El resultado exitoso de esta interacción es la formación de un órgano nuevo en la planta, el nódulo, donde se lleva a cabo la fijación biológica del nitrógeno atmosférico. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) calcula que las leguminosas pueden llegar a fijar entre 72 y 350 kilos de nitrógeno por hectárea y año.

Este proceso, además de ayudar al crecimiento de la planta, mejora la calidad nutricional de los suelos. Ese suelo queda ‘abonado’ y sigue siendo útil para cultivos posteriores, lo que permitirá a su vez reducir el uso de fertilizantes nitrogenados.

Además de enriquecer los suelos, incluir legumbres en los cultivos reduce el riesgo de erosión y aumenta su potencial de absorción de carbono. Igualmente, las leguminosas soportan mejor los climas extremos y son más resistentes que otros cultivos. Por su amplia diversidad genética permiten obtener variedades mejoradas capaces de adaptarse mejor a condiciones climáticas adversas. ¿Se les puede pedir más?

Mucho más sobre estas plantas en el libro Las legumbres  (CSIC – Catarata), coordinado por Alfonso Clemente y Antonio M. de Ron, de la Estación Experimental del Zaidín del CSIC y la Misión Biológica de Galicia del CSIC, respectivamente.

Matrix acústico: una habitación donde el sonido nunca vuelve

Mar Gulis (CSIC)

Quizá recordéis la mítica escena de Matrix (1999) en la que Morfeo (Laurence Fishburne) y Neo (Keanu Reeves) aparecen en una habitación en blanco, que resulta ser un programa en el que pueden simular la realidad. “¿Esto no es real?”, pregunta Neo tocando un sillón. “¿Qué es real? ¿Cómo defines real?… Si hablas de lo que puedes sentir, de lo que puedes oler, probar y ver… lo real son impulsos eléctricos que tu cerebro interpreta”, le contesta el Guía al Elegido. Bien, en esta ocasión vamos a hablar de lo que puedes oír y de una habitación como la de Matrix, pero ubicada en el Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información Leonardo Torres Quevedo (ITEFI) del CSIC, en Madrid.

Al cruzar la puerta, una tiene la impresión de entrar en un espacio muy peculiar. La sensación acústica es “la de estar colgado de un globo a 1.000 metros de altura”, explica el físico del CSIC del Grupo de Acústica Ambiental Francisco Simón. Y es así, todo sonido emitido en esta habitación nunca vuelve, queda absorbido por unas paredes, suelo y techo de grandes cuñas de lana de vidrio.

Cámara anecoica del Instituto Leonardo Torres Quevedo / CSIC Divulga.

Esta cámara anecoica (sin eco ni reverberación) de 220 metros cúbicos sirve para crear campos acústicos virtuales que, como en la habitación de Matrix, simulen una realidad sonora. Esto es muy útil para el diseño de salas de música, dado que pueden reproducir cómo sonaría un violín, por ejemplo, en un espacio antes de construir el recinto, para simuladores de juego, que intentan que te des la vuelta con el sonido de un libro que se cae detrás de ti, para el cine… Los primeros en usar este tipo de tecnología fueron los militares con simuladores de vuelo y la industria del automóvil, que tiene muy en cuenta cuál es el sonido que quiere que emitan sus vehículos.

Cuando se construyeron estas cámaras, en los ’70, esta instalación era absolutamente pionera. Ahora empresas como Google, Microsoft o Telefónica tienen sus cámaras anecoicas. En ellas, las compañías prueban las características acústicas de sus dispositivos, como la potencia o cantidad del sonido que emite cualquiera de sus aparatos, y la directividad, es decir, en qué dirección lo hacen.

Y aquí, ¿podríamos escuchar el silencio total? “Tendríamos que congelarnos del todo para hacerlo”, bromea Simón. “Aquí está nuestro cuerpo, escuchamos el aire salir y entrar de los pulmones, nuestras tripas; si nos calláramos, escucharíamos nuestro corazón”, concreta.

Cámara reverberante del Instituto Leonardo Torres Quevedo / CSIC Divulga.

Cerca de esta cámara encontramos su opuesta: la habitación reverberante, un espacio en el que se busca que el sonido se expanda por todo el espacio y reverbere en todas direcciones. Para ello, hay colgados unos grandes paneles de metacrilato que producen el máximo número posible de reflexiones del sonido. Este espacio de 210 metros cúbicos se usa para sumergir en él materiales de construcción y caracterizarlos. Así, cuando un sonido llega a un material para edificación podemos ver si “rebota”, entra dentro y se disipa o lo traspasa y llega al otro lado. Por eso, aquí se realizan mediciones de absorción acústica de materiales y objetos de mobiliario.

En esta sala, solo escuchamos reverberación, no eco. La diferencia entre el eco y la reverberación es cuestión solo de tiempo: si el sonido tarda en volver menos de 50 milisegundos, lo percibimos como un sonido continuado, si tarda más, escuchamos dos sonidos; se produce el eco.

De hecho, ya en los años 60 y 70 se realizaron en este centro muchos estudios sobre aislamiento en la edificación: aislamiento al ruido aéreo de puertas, ventanas, barreras acústicas, suelos, techo, etc. No se trata de una cuestión baladí: una diferencia de 3 decibelios supone el doble de energía en el sonido que estábamos escuchando.

Por cierto, este mismo mes de octubre se cumplen diez años de la publicación de las condiciones acústicas exigidas en el Código Técnico de Edificación con las que se endurecieron las prestaciones acústicas que deben satisfacer los edificios, ofreciendo a constructores, administración y usuarios herramientas para que las viviendas que se construyen hoy día planteen menos problemas a sus habitantes y proporcionen un nivel de confort adecuado.