Svante Arrhenius (1859-1927)
Por Steve Graham. Enero 18, 2000*
Fuente: The Nobel Prize
Hace más de cien años, el científico sueco Svante Arrhenius planteó la importante pregunta: “¿Está la temperatura media del suelo influenciada de alguna manera por la presencia de gases absorbentes de calor en la atmósfera?” Arrhenius se convirtió en la primera persona en investigar el efecto que tendría duplicar el dióxido de carbono atmosférico en el clima global. Esta pregunta fue debatida a lo largo de la primera parte del siglo XX y sigue siendo una preocupación principal para los científicos del planeta hoy en día.
Irónicamente, la educación y formación de Arrhenius no fueron en investigación climática, sino en electroquímica. Su tesis doctoral sobre la teoría química de los electrolitos en 1884 fue inicialmente considerada mediocre por su comité de evaluación, pero más tarde fue aclamada como un trabajo importante en relación con la teoría de la afinidad. En 1891, Arrhenius fue uno de los fundadores y el primer secretario de la Sociedad Física de Estocolmo, un grupo de científicos cuyos intereses incluían la geología, la meteorología y la astronomía. Su asociación con esta sociedad más tarde estimularía su interés en la física cósmica, es decir, la física de la Tierra, el mar y la atmósfera. En 1903, Arrhenius fue galardonado con el Premio Nobel de Química por su trabajo en la teoría electrolítica de la disociación. En los años posteriores a su reconocimiento internacional, Arrhenius dio conferencias por toda Europa y fue elegido miembro de numerosas sociedades científicas.
Aspectos biográficos
Arrhenius nació el 19 de febrero de 1859 en Uppsala, Suecia. Hijo de Svante Gustav y Carolina Thunberg Arrhenius, quienes eran luteranos. Su padre había sido topógrafo para la Universidad de Uppsala. A los tres años de edad, Arrhenius aprendió a leer por sí mismo sin la ayuda de sus padres y, observando cómo su padre sumaba números en sus libros de contabilidad, se convirtió en un prodigio en aritmética. Más tarde en su vida, Arrhenius desarrolló una profunda pasión por los conceptos matemáticos, el análisis de datos y el descubrimiento de sus relaciones y leyes.
Después de que su tesis doctoral fuera criticada en la Universidad de Uppsala, se trasladó a Alemania con la ayuda de Wilhelm Ostwald, donde estableció su reputación internacional como científico. Regresó a Suecia en 1905 y se convirtió en director del Instituto Nobel de Química Física. Arrhenius ayudó a negociar los estatutos de la Fundación Nobel y desempeñó un papel importante en las primeras decisiones sobre la selección de los galardonados en física y química.
Después de haber ganado el premio Nobel de química en 1903, en 1904 impartió en la Universidad de California un curso de conferencias cuyo objetivo era ilustrar la aplicación de los métodos de la química física al estudio de la teoría de las toxinas y antitoxinas, las cuales fueron publicadas en 1907 bajo el título Immunochemistry (Inmunoquímica). También dirigió su atención a la geología (el origen de las eras glaciales), la astronomía, la cosmología física y la astrofísica, explicando el nacimiento del Sistema Solar como resultado de una colisión interestelar.
Investigación inicial
Una conexión entre fenómenos químicos y eléctricos se hizo evidente en el mundo de las ciencias del siglo XIX, pero no estaba claro cuál era exactamente esta relación. Svante Arrhenius estudió cómo se conduce la corriente eléctrica en soluciones químicas. En 1883 propuso una teoría según la cual, cuando la sal de roca (que está compuesta de sodio y cloro) se disuelve en agua, se descompone en átomos de sodio con cargas eléctricas positivas y átomos de cloro con cargas negativas. Estos átomos cargados eléctricamente, llamados iones, permiten que la solución conduzca electricidad.
Investigación de Arrhenius sobre el Dióxido de Carbono
Arrhenius realizó muy poca investigación en los campos de la climatología y geofísica, y consideraba cualquier trabajo en estos campos como un hobby. Su enfoque básico era aplicar el conocimiento de principios científicos fundamentales para dar sentido a las observaciones existentes, mientras postulaba una teoría sobre la causa de la “Edad de Hielo”. Más tarde, su trabajo geofísico serviría como catalizador para el trabajo de otros.
En 1895, Arrhenius presentó un artículo a la Sociedad Física de Estocolmo titulado “Sobre la influencia del ácido carbónico en el aire sobre la temperatura del suelo”. Este artículo describía un modelo de balance energético que consideraba los efectos radiativos del dióxido de carbono (CO2) y el vapor de agua en la temperatura superficial de la Tierra, y las variaciones en las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico. Para avanzar en sus experimentos, Arrhenius dependió en gran medida de los experimentos y observaciones de otros científicos, incluidos Josef Stefan, Arvid Gustaf Högbom, Samuel Langley, Leon Teisserenc de Bort, Knut Angstrom, Alexander Buchan, Luigi De Marchi, Joseph Fourier, C.S.M. Pouillet y John Tyndall.
Arrhenius argumentó que las variaciones en los componentes traza, en particular el dióxido de carbono, de la atmósfera podrían influir en gran medida en el presupuesto de calor de la Tierra. Utilizando los mejores datos disponibles para él (y haciendo muchas suposiciones y estimaciones necesarias), realizó una serie de cálculos sobre los efectos en la temperatura de aumentar y disminuir las cantidades de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre. Sus cálculos mostraron que “la temperatura de las regiones árticas aumentaría alrededor de 8 a 9 grados Celsius si el ácido carbónico aumentara de 2,5 a 3 veces su valor actual. Para alcanzar la temperatura de la era del hielo entre los paralelos 40 y 50, el ácido carbónico en el aire debería reducirse a 0,62 a 0,55 de su valor actual (reduciendo la temperatura de 4 a 5 grados Celsius).”
(Gráficos por Robert Simmon, basados en datos de NOAA y el Instituto Goddard de Estudios Espaciales)
Teoría del Invernadero
Durante los siguientes diez años, Arrhenius continuó su trabajo sobre los efectos del dióxido de carbono en el clima y publicó un libro técnico en dos volúmenes titulado Lehrbuch der kosmischen Physik (“Manual de Física Cósmica”) en 1903; pero esta obra no fue ampliamente leída, ya que era un libro de texto para una disciplina que aún no existía. Unos años más tarde, Arrhenius publicó “Mundos en Formación“, un libro no técnico que alcanzó una audiencia más amplia. En este libro, Arrhenius describió por primera vez la “teoría del invernadero” de la atmósfera, afirmando que la temperatura de la Tierra es aproximadamente 30 grados más cálida de lo que sería debido a la “acción de protección térmica de los gases contenidos en la atmósfera,” una teoría basada en ideas desarrolladas por Fourier, Pouillet y (especialmente) Tyndall. Sus cálculos demostraron que si la atmósfera no tuviera dióxido de carbono, la temperatura superficial de la Tierra descendería alrededor de 21 grados Celsius, y que esta atmósfera más fría contendría menos vapor de agua, resultando en una disminución adicional de temperatura de aproximadamente 10 grados Celsius. Es importante notar que Arrhenius no estaba muy preocupado por el aumento de los niveles de dióxido de carbono en ese momento, sino que intentaba encontrar una explicación para los cambios de temperatura en latitudes altas que pudieran atribuirse al inicio de las eras glaciares y los períodos interglaciares.
Para 1904, Arrhenius se preocupó por los rápidos aumentos en las emisiones antropogénicas de carbono y reconoció que “el pequeño porcentaje de dióxido de carbono en la atmósfera puede, con los avances de la industria, cambiarse a un grado notable en el transcurso de unos pocos siglos.” Eventualmente, sugirió que un aumento en el dióxido de carbono atmosférico debido a la quema de combustibles fósiles podría ser beneficioso, haciendo los climas de la Tierra “más equitativos,” estimulando el crecimiento de las plantas y proporcionando más alimentos para una población más grande. Esta visión difiere radicalmente de las preocupaciones actuales sobre los efectos dañinos del calentamiento global causado por las emisiones industriales y la deforestación. Hasta alrededor de 1960, la mayoría de los científicos descartaban la noción como inverosímil, pensando que los humanos pudieran afectar significativamente las temperaturas globales promedio. Sin embargo, hoy sabemos que los niveles de dióxido de carbono han aumentado alrededor del 25 por ciento, una tasa mucho más rápida de lo que Arrhenius predijo inicialmente, y las temperaturas globales promedio han aumentado aproximadamente 0.5 grados Celsius.
Referencias:
- Svante August Arrhenius. The Nobel Prize Museum (revisado 2024)
- Fleming, James Rodger, 1998: Historical Perspectives on Climate Change, Oxford University Press, Oxford, 194 pp.
Basado en artículo publicado en Earth Observatory de NASA– 18 de enero de 2000.