El fin del negacionismo sobre el calentamiento global

La Resonancia de Fermi y la mecánica cuántica explican el efecto invernadero del CO2. Aunque el tema no se discute en las cumbres sobre el cambio climático organizadas por las Naciones Unidas, un trabajo reciente de científicos de la Universidad de Harvard, publicado en la revista The Planetary Science Journal, demuestra con el uso de la teoría cuántica las razones del efecto invernadero del CO2. Utilizando principios de la teoría cuántica, fundamenta sin dejar dudas por qué el CO2 es un gas de efecto invernadero tan eficiente.

El trabajo explica por qué actúa de manera tan eficiente como gas de efecto invernadero y, en lugar de basarse solo en datos espectroscópicos empíricos, analiza la mecánica molecular del CO2: sus vibraciones y rotaciones. Muestra que el fenómeno conocido como “resonancia de Fermi” entre modos vibratorios juega un rol clave.

¿En qué consiste la resonancia de Fermi? El “modo de estiramiento simétrico” (v1) en el CO2 ocurre con una frecuencia aproximadamente doble que la del “modo de flexión” (v2), es decir, v1 = 2 v2. Esta cercanía hace que ambos modos, estiramiento y flexión, no sean independientes, sino que se acoplen mediante interacciones no lineales, mezclando sus funciones de onda, lo que se conoce como resonancia de Fermi.

Como resultado, esa mezcla altera la estructura de las bandas de absorción del CO2 en el infrarrojo medio (del orden de los 15 micrones), que es la región en la que la Tierra emite calor al espacio; una zona clave para la observación térmica y la espectroscopía molecular.

Esto demuestra, en forma simplificada, que la energía retenida por el aumento de CO2 es la que eleva la temperatura de la Tierra. A través de desarrollos matemáticos, los autores llegan a valores similares a los de los mejores modelos matemáticos de simulación.

Al incorporar la resonancia de Fermi al análisis espectroscópico, logran derivar una fórmula analítica aproximada para el forzamiento radiativo (o ganancia de energía retenida por el aumento de CO2) con base en las propiedades moleculares del gas.

Estiman que la mitad de su forzamiento radiativo puede atribuirse directamente al efecto de la resonancia de Fermi en esta molécula. Utilizando dichas fórmulas, obtienen un aumento de temperatura de la superficie global de 2,2 K al duplicar la concentración de CO2, un valor muy similar a las mejores estimaciones de los modelos climáticos completos.

¿Cuáles son las implicancias de este descubrimiento? Explica que el CO2 tiene un efecto invernadero tan marcado no solo por su abundancia o la forma de sus bandas de absorción, sino porque, gracias a la resonancia de Fermi, la mecánica cuántica interna de las moléculas favorece esa absorción.

Además, plantea que con condiciones atmosféricas o moleculares diferentes en otros planetas, la eficacia de un gas podría variar mucho si no existiera ese “accidente” cuántico de mezcla de modos. En otras palabras, para el efecto climático, importa el sistema molecular del gas.

Desde el punto de vista metodológico, muestra que se puede obtener una buena estimación de los forzamientos radiativos basándose en una aproximación analítica moderada, sin depender exclusivamente de grandes simulaciones numéricas.

Como fortaleza, el estudio proporciona un vínculo directo entre la física cuántica molecular y el clima planetario, y con una fórmula relativamente simple que arroja resultados similares a los modelos complejos, aporta transparencia conceptual y confianza en la física cuántica.

Esto cierra la puerta a la incredulidad de los negacionistas, ya que la teoría cuántica despeja toda duda sobre su rigor científico y refuta las especulaciones y generalizaciones esgrimidas sobre glaciaciones de la Tierra.

Por lo tanto, ya no quedan dudas: para que la vida sea sustentable en el planeta, debemos descarbonizar la matriz energética. Es imprescindible impulsar las acciones necesarias para remediar la situación crítica actual y comprometernos a respetar los límites temporales del Acuerdo de París, ya que la amenaza se cierne sobre todos.

Así lo demuestran los informes del Observatorio Copernicus de la Unión Europea, que evidenciaron que los años 2023 y 2024 fueron los más calurosos de la historia y, 27 años antes, se superaron los límites de ese acuerdo, que establecían permanecer por debajo de 1,5 °C de temperatura media a 2050.

Más de la mitad de los días superaron el límite de 1,5 °C y dos de ellos sobrepasaron los 2 °C, lo que, de no revertirse, desencadenaría cambios irreversibles. Esto indica la urgente necesidad de rectificar el rumbo.

Como limitación, el trabajo no considera todos los modos vibratorios secundarios ni todas las bandas calientes, efectos de interacción con otras moléculas ni efectos dinámicos en la atmósfera (nubes, variabilidad, etc.). El cálculo se realizó bajo la condición de “cielo claro”, sin nubes, aerosoles ni comportamiento dinámico de la atmósfera global.

Por ello, los autores recomiendan precaución al aplicar sus resultados a otros planetas, debido a las múltiples variaciones en la estructura espectroscópica, presión, temperatura y composición. El estudio demuestra que un detalle molecular aparentemente menor, como la resonancia de Fermi entre los modos vibratorios del CO2, tiene implicancias significativas en su capacidad para retener calor en la atmósfera terrestre.

Esta conexión entre la microfísica molecular y el macroclima planetario explica por qué el CO2 es tan central en el cambio climático de la Tierra y, basados en la física cuántica, abre el camino para pensar el clima planetario en otros mundos.

El autor es Director del Comité del Comité de Asuntos Energéticos del CARI