Investigación Cientifica

Recipiente del Premio Nobel Mario Molina: Química atmosférica para el cambio de política global

por Bonnie Denmark, M.A./M.S.

Mas de 300,000 individuos llenaron las calles de Nueva York el 21 de Septiembre del año 2014, en el People’s Climate March (Marcha Popular de Clima) y así mismo cientos de miles mas fueron parte de eventos similares alrededor del mundo. El espectáculo incluía estrellas de Hollywood, políticos, ambientalistas, profesionales de salud, grupos religiosos, sobrevivientes de la Super Tormenta Sandy y Nativos Americanos en tocados tradicionales. En pie y en carrozas utilizando biocombustible, algunos estaban cantando, otros tocaban tambores o shofares. La Madre Tierra apareció en el desfile en muchas formas, algunas con ojos morados y a veces junto con el lema “Ama a tu Madre”. Pircards lee “Salven a nuestros muñecos de nieve” y “No heredamos la Tierra de nuestro ancestros, la pedimos prestado de nuestros nietos.” Secretario General de la ONU Ban Ki Moon se unió junto a la marcha utilizando una camiseta “Estoy a favor de la acción climática”.

Climate march
Figura 1: Demonstradores participan en la Marcha Popular de Clima. image © South Bend Voice

La demostración fue un llamado urgiendo a los líderes del mundo para tomar acción contra en el cambio climático. Fue tres días después de que el Centro Nacional de Datos Climáticos de EEUU reportó el Agosto mas caliente en la historia (NOAA, 2014) y justo unos días antes de la Cumbre Climática de las Naciones Unidas con la meta de reunir a lideres mundiales para trabajar a en un acuerdo legal de clima global.

Un científico que ha hecho su vida trabajando haciendo campaña para la política global para proteger el ambiente es químico atmosférico Jose Mario Molina-Pasquel y Henríquez, aunque informalmente utiliza Mario Molina, el primer científico nacido en México en ganar un Premio Nobel en la Química. Molina sabe mas que cualquier otra persona que cuando personas se unen para trabajar hacia un gol común, grandes pasos pueden ser hechos. Antes de empezar su misión personal de parte de la sensibilización y políticas del cambio climático, su investigación sobresaliente acerca de la capa de ozono llevó a un tratado internacional para prohibir químicos hechos por el hombre que estaba destruyendo la capa protectora de la Tierra.

Molina speech
Figura 2: Dr. Molina discutiendo su trabajo en la reunión Laureada Lindau Nobel del año 2012. image © Centro Mario Molina

Ciencia para el bien de la sociedad

Los intereses de Molina en la ciencia comenzaron cuando el era un niño, primero leyendo biografías de científicos famosos y después progresando con la emoción de observar amebas y paramecios con su propio microscopio de juguete. Mientras se sofisticaba un poco mas, convirtió su baño a un laboratorio, en donde con guía de su tía que era química, pudo realizar experimentos de nivel universitario cuando solo tenia once años (Organización Premio Nobel, 2011).

Después de la secundaria y la universidad en México y los estudios de posgrado en Alemania y Francia, Molina entró a un programa de doctorado en la Universidad de California Berkeley. Molina recuerda sus años en Berkeley como unos de los mejores de su vida. La investigación fue bien emocionante y el ambiente era intelectualmente estimulante en los 1960s y 1970s, Berkley era un lugar importante para protestas en contra de la Guerra de Vietnam y el centro de ideas radicales. El proyecto de investigación de Molina, el cual involucra láseres químicos, no le agradaba a los estudiantes activistas. El clima socio-político en Berkley causo que Molina pensara en el impacto que la ciencia tenia en la sociedad por primera vez. En un ensayo autobiográfico para la Fundación Nobel, escribe:

Estaba consternado por el hecho de que láseres químicos de alto poder estaban siendo desarrollados en otros lados como armas; yo quería estar involucrado con investigaciones que eran útiles para la sociedad, pero no para propósitos potencialmente dañinos. (molina 2007)

Después de graduarse de UC Berkeley, Molina pudo perseguir un proyecto que tenia conflicto con su ideología evolutiva cuando se hizo estudiante de postdoctoral en UC Irvine. Su mentor, F. Sherwood “Sherry” Rowland, estaba interesado en explorar una nueva dirección también. De los posibles proyectos que Rowland sugirió, uno en particular despertó el interés de Molina. Rowland pensó que valdría la pena ver mas detalladamente a los clorofluorocarbonos, o CFC’s, los cuales eran liberados a la atmosfera de una gran variedad de productos de consumidor. Estos componentes químicos son inertes en la atmósfera baja; es decir, que no reaccionan con otros químicos. Aceptados por su seguridad y estabilidad, los CFC’s fueron utilizados en productos como refrigerantes y espuma de poliestireno para pulverización de aerosol. Molina estaba inmediatamente atraído al proyecto, viendo las implicaciones practicas.

Juntos, Molina y Rowland se embarcaron en un viaje de descubrimiento para contestar la pregunta: “¿Qué pasa cuando la sociedad libera gases inertes en la atmósfera?” Dentro de tres meses, se dieron cuenta que esto no era solamente una pregunta científica para un problema ambiental potencialmente serio concerniendo un agotamiento sustancial de la capa de ozono. Lo que ellos descubrieron, en las palabras de Rowland, fue que “sistemas biológicos enteros, incluyendo humanos, estaría en problemas de rayos ultra-violeta.” (Wilson, 2012).

Molina and Rowland
Figura 3: Rowland y Molina. (Sherwood Rowland Papers at the UC Irvine Archives) image © Regents of the University of California

Molina continuó su investigación mientras que Rowland estaba en Vienna en un sabático primaveral. En unas llamadas y cartas frenéticas entre ellos, los dos refinaron su teoría del desgaste del ozono. En los primeros meses después de hacer la conexión entre CFC y el Ozono, la esposa de Rowland supuestamente le preguntó como iba su investigación. Rowland contestó “Va muy bien. Solo que significa el fin del mundo” (Jones, 1988).

Punto de Comprensión

After considering the impact of science on society, Molina shifted his focus to

CFC’s: Compuestos Milagrosos

Los CFC’s se han hecho extremadamente populares mucho antes que Molina y Rowland decidieron enfocarse en estos químicos; de hecho, eran algo fijo entre estos productos de consumidor incluso antes de que Mario Molina había nacido. En 1935, la compañía química DuPont adopto el lema “Mejores cosas para una mejor vida… por medio de la química” y nada se miraba mas genuino que la promesa de esas palabras. Cuatro años antes la compañía había descubierto clorofluorocarbonos o CFCs y los lanzaron bajo el nombre Freón. Estos compuestos milagrosos prometieron ser una alternativa segura y ambientalmente amigable para refrigerantes utilizados en ese entonces, el cual tenia una record no favorable de ser inflamable, corrosivo y tóxico – y hasta letal – para humanos.

En el año 1938, el Freón había capturado 15 por ciento del mercado de refrigerantes y estaba en crecimiento. Después DuPont encontró que el Freón era un propulsor ideal y para el año 1968 las ventas anuales de latas de aerosoles con CFC alcanzaron 2.3 mil millones de unidades (Fisher, 1990). El éxito comercial y nuevas aplicaciones potenciales de CFC’s se miraban imparables. Eso es hasta que Molina y Rowland dijeron en un artículo en 1974 en la revista Nature que estos productos que se pensaban ser benignos que habían arrasado a nivel mundial se habían comido la capa protectora de la Tierra, exponiendo a humanos y otros seres vivientes a daños potenciales debido a la radiación (Molina y Rowland, 1974).

Molina consideró como los CFCs no serian removidos de la atmósfera por reacciones naturales debido a que eran inertes, si no que a lo largo de varias décadas estarían emigrando hacia arriba por medio de difusión hasta que eventualmente alcanzaron la estratósfera. La estratósfera es la capa de la Tierra que comienza 8 a 16 km (5 a 10 millas) sobre la superficie de la tierra. En la estratósfera baja se sienta la capa de ozono , una faja de gas de ozono (O3) concentrado que absorbe mucho de la radiación ultravioleta peligrosa (Figura 4). Mientras mas delgada la capa de ozono, mas rayos ultravioleta B llegan a la superficie de la Tierra, el cual lleva a la cáncer de piel, cataratas y una respuesta de inmunización debilitada en humanos, y así mismo daño en el ecosistema marino, plantas y ciertos materiales (EPA, 2010).

Layers of ozone
Figura 4: La capa delgada de gas de ozono que sirve como la barrera que protege de la luz ultravioleta. image © NASA

Debido a que ningún proceso natural eliminaría CFC’s de la atmósfera, Molina siguió con conocimiento de cómo trabaja la difusión. Examinar el peso de moléculas CFC comparadas con otros compuestos en la atmósfera de la Tierra, Molina estimaba cuanto se tardarían los CFC en alcanzar la estratosfera dado su tiempo de vida estimado de 40 a 150 años. El y Rowland postularon de que las moléculas CFC alcanzaran la capa de ozono, la radiación ultravioleta desintegraría a las moléculas, liberándolas de átomos de cloro. Sin embargo, estos átomos de cloro libre en la estratosfera no eran inertes - ellos reaccionarían con las moléculas de ozono con efectos destructivos (Molina y Rowland, 1974).

Molina calculaba las reacciones químicas que ocurrirían una vez que las moléculas CFC se desasociaran por radiación ultravioleta. En la química, el término desasociar significa descomponer una molécula y convertirla en átomos o moléculas mas simples, liberándolas para recombinarse en nuevas maneras. Molina miró mas de cerca lo que harían los átomos de cloro (Cl) una vez que fueran liberados de la molécula CFC. Descubrió un impacto potencialmente desastroso en la capa de ozono.

Punto de Comprensión

When CFCs became part of consumer products, they were

Cálculos aleccionadores

¿Como puede ser afectada la capa de ozono por los CFC’s una vez que han sido desintegrados en la estratosfera? El modelo de Molina predijo que los átomos de cloro (Cl) que se liberaron de los clorofluorocarbonos reaccionarían con moléculas del ozono (O3), formando un compuesto cloro-oxigeno (ClO) y el oxígeno molecular (O2):

O3 + Cl -> ClO + O2

Oxígeno molecular también se desintegra en la estratósfera, produciendo átomos de oxigeno solitarios (O):

O2 -> O + O

A pesar de que el Cl reacciona a ClO, átomos sencillos de cloro (Cl) también son producidos cuando el ClO reacciona con los átomos de oxigeno que se forman cuando el oxigeno molecular se desasocia (ver la reacción anterior). Por ende:

ClO + O -> Cl + O2

En otras palabras, los átomos de cloro reaccionan para desintegrar moléculas de ozono, pero aun permanecen incluso cuando el ozono ya estaba desintegrado para que puedan destruir mas ozono. Esto significa que el cloro sirve como un catalizador para la reacción del ozono con oxígeno atómico: Produce O2 mientras que el cloro en si no es afectado. Por ende, los átomos de cloro pueden causar daño extensivo a la barrera de ozono a largo plazo. De hecho, cada átomo de cloro que se libera puede destruir mas de 100,000 moléculas de ozono (Fisher, 1990).

En vez de diseñar un experimento de laboratorio para explorar su hipótesis, Molina y Rowland utilizó su conocimiento de la química para construir un modelo para predecir lo que podía suceder. Esto es un ejemplo de modelación prescriptiva, un método comúnmente utilizado por científicos. En la modelación prescriptiva, los científicos toman la información que ya tienen acerca como trabaja el universo para realizar predicciones acerca de lo que puede ocurrir si sucede x y si sucede y.

Punto de Comprensión

Free _____ atoms break down ozone molecules.

Un articulo de revista que cambiaria al mundo

Molina y Rowland publicaron sus encuentros en un articulo de tres paginas llamado “Fregadero estratosférico para chlorofluoromethanes: Destrucción del ozono catalizada por átomo de cloro” en la edición de Junio del año 1974 de la revista Nature. Señalaron que habían suficientes CFC’s para disminuir la concentración de ozono en la capa protectora por varios porcentajes, una disminución significativa (Molina & Rowland, 1974). Para poner el numero en perspectiva, investigadores de Harvard reportaron que por cada diminución fraccional en la capa de ozono, las incidencias de cáncer en la piel incrementan 3 veces (Harvard University, 2012).

Tres meses después, otro científicos corroboraron en forma impresa lo que encontraron Molina y Rowland. En un artículo de septiembre del año 1974 en Science, investigadores de la Universidad de Michigan afirmaron que el ozono seria desplazado hacia abajo tan pronto como 1985 (Cicerone, Stolarski y Walters, 1974). Esa misma semana, el New York Times publicó una historia de portada acerca de una investigación por científicos de Harvard Michael B. McElroy y Steven C. Wofsy, que también habían llegado a cálculos que apoyaban las afirmaciones de Molina y Rowland y también decían que la reducción de la capa de ozono podría ser hasta 3 por ciento para el año 1980 y 16 por ciento para el año 2000 (Sullivan, 1974).

Para Molina y Rowland, no fue suficiente mantener sus encuentros dentro de la comunidad científica. Dado la seriedad del tema, se dieron cuenta de que la única oportunidad para que el problema se tratara era que los resultados sean compartidos con los medios y los creadores de políticas. Hablaron con periodistas, publicaron mas artículos acerca del tema, presentaron en conferencias y testificaron en audiencias legislativas (Molina, 2007).

Hubo una reacción negativa severa de la industria. Incluso la comunidad científica estaba escéptica. Molina y Rowland habían básicamente creado una nueva disciplina – química atmosférica – y sus cálculos no habían sido corroborados por medio de observación. Debido a que los CFC’s se tardan varias décadas en emigrar hacia arriba en la estratósfera, Molina y Rowland hablaban del daño que pasaría en el futuro. Rowland notó que la comunidad científica se distanciaba, lo que era evidente por una ausencia de invitaciones para dar discursos durante 10 años después de que el artículo de Nature fue publicado. Pero el desaire no le molestaba debido a que el sabía que estaban en lo correcto (Barringer, 2012).

Evidencia fuerte finalmente llegó en la década de los 80s – 11 años después – cuando científicos ingleses confirmaron un adelgazamiento extremo de la capa de ozono sobre el Polo Sur que apareció en la primavera del Antártico (alrededor de Octubre). El “agujero de la capa de ozono” comenzó a aparecer cada año, midiendo 20 por ciento de agotamiento en 1982 y un 30 por ciento en 1983. (La figura 5 muestra los cambios en el agujero en 21 años). Molina admite que “Caímos en un problema de proporciones globales” (Wilson, 2012).

Ozone depletion
Figura 5: Una serie de imágenes de NASA del agujero del ozono de 1979 al 2010. image © NASA

Punto de Comprensión

The idea developed by Molina and Rowland was _____ by the scientific community.

El Protocolo de Montreal: Una respuesta global para la crisis ambiental

La comunidad internacional respondió promulgando el Protocolo de Montreal de Sustancias que Disminuyen la Capa de Ozono en 1989. Este acuerdo requería la eliminación gradual de químicos producidos por humanos que dañaban la capa de ozono. Después de varias adiciones y correcciones a lo largo de los años, en el año 2010, el Protocolo de Montreal se convirtió en el primer tratado internacional que fue firmado por todos los 196 miembros de las Naciones Unidas. El ex Secretario General de las Naciones Unidas Kofi Annan describió el Protocolo de Montreal como “quizás el acuerdo internacional mas exitoso hasta la fecha” (Naciones Unidas, 2014).

Gracias en gran parte al trabajo innovador Molina y Rowland, el cual llevó a cooperación internacional, el Protocolo de Montreal ha tenido mucho éxito en reducir sustancias que disminuyen el ozono en un 98 por ciento. Esta reducción ayudo a evitar millones de casos de cáncer de la piel y decenas de millones de casos de cataratas, junto con daño de cosechas y de vida marítima. Como dijeron las predicciones de Molina y Rowland, la capa de ozono se disminuyó durante las décadas de 1980 y 1990 antes de estabilizarse alrededor del fin del milenio. En septiembre del año 2014, mas de 25 años después de que el Protocolo fue promulgado, un grupo de 300 científicos, incluyendo a Molina, determinaron que la capa de ozono estaba finalmente recuperándose por primera vez desde el año 1980 y estaba en el camino correcto para la recuperación para mediados de este siglo (UNEP, 2014).

Ciencia sin fronteras

El trabajo revolucionario de Molina y Rowland les ganó el Premio Nobel en la Química en el año 1995, el cual compartieron con otro químico atmosférico, Paul J. Crutzen. Molina siente una responsabilidad para utilizar su posición como un ganador del Premio Nobel de asegurarse que sus encuentros científicos tienen un impacto en la sociedad y afectan la política pública. “Las personas lo escuchan mas a uno” dice el, “pero uno tiene que utilizar esto con sabiduría” (Organización Premio Nobel, 2011).

Viviendo y trabajando en los Estados Unidos le permitió a Molina a tener el impacto mas grande en la sociedad, entonces se hizo ciudadano de EEUU naturalizado. Esto le permitió a el a trabajar en laboratorios nacionales. tener mas acceso a recursos, y tener una mayor influencia en la política internacional (UNAM, 1995). En efecto, actualmente sirve en el Consejo de Asesores en Ciencia y Tecnología y en el año 2013 fue otorgado la Medalla Presidencial de la Libertad por Barack Obama (Figura 6). El trabajo de Molina, sin embargo, trató problemas que no tienen fronteras. Viendo la urgencia en aumentar el conocimiento científico en países desarrollados, donó la mayoría de su dinero del Premio Nobel a científicos y educadores científicos trabajando en estas partes del mundo. “La ciencia es una buen medio para unificar a personas del mundo,” dijo en una entrevista en el año 1995 (UNAM).

Molina award
Figura 6: Mario Molina recibe la Medalla Presidencial de la Libertad de parte de Barack Obama. image © Whitehouse.gov

Pero a Molina no se le han olvidado sus raíces Mexicanas y espera que su premio impulse investigación científica en México. En el año 2005, el estableció el Centro Mario Molina para Estudios Estratégicos en Energía y en el Ambiente en la Ciudad de México para tratar problemas ambientales complejos. Como un asesor de la política climática al presidente Enrique Peña Nieto, Molina fue instrumental en empujar a través de una ley “ambiciosa” de cambio climático en el año 2012. El celebra la mejora de la calidad de aire en su nativa Ciudad de México, la cual se conocía anteriormente como la ciudad mas contaminada del mundo (Organización Premio Nobel, 2011).

Molina también tiene un interés en alentar a estudiantes de minoría para perseguir carreras en la ciencia. En su juventud, había un escasez de estudiantes Latinos famosos para admirar debido a que, como el relata en una entrevista con estudiantes para celebrar Herencia Hispana, “no había tanta tradición de ser científicos en nuestra cultura” (Scholastic, 1998). Incluso en su adultez, el continuaba a creer de que “Tenemos muy pocos científicos viniendo de, por ejemplo, orígenes hispanos y es claramente algo que necesita ser mejorado” (Thomson, 1995). Molina promueve esta meta por medio de participación en la Sociedad para el Avance de Científicos Chicanos y Nativos Americanos y del programa Escolar de la Sociedad Química Americana, el cual alienta grupos subrepresentados para hacerse científicos (UCSD, n.d.).

Evitando catástrofes, un problema a la vez

Durante las ultimas décadas, Molina había puesto su atención en el cambio climático y a la disminución de la capa de ozono: Ambos son temas globales, ambos son resultados de actividades humanas, y ambos necesitan ser tratados a un nivel político. El mira ambos problemas como pruebas innegables de lo que están haciendo las actividades humanas a la Tierra en una escala global, pero reconoce de que los problemas que esta tratando ahora serán mas difíciles de resolver que el problema con la capa de ozono. La ciencia del cambio climático es mas complejo y controversial, y afortunadamente el cambio climático puede ser un problema tanto político como de ciencia.

Cuando se trata de cambio climático, la ciencia fundamental esta bien establecida. De hecho, 97 por ciento de los científicos climáticos están de acuerdo que el clima esta cambiando y que los humanos son la causa. Sin embargo, algunos oficiales gubernamentales politizan el tema e ignoran la ciencia detrás de ello. Una de las misiones principales de Molina es de comunicarse con escépticos.

La base del sistema climático esta bien entendido, pero los detalles – por ejemplo, las predicciones acerca de exactamente cuantos grados puede cambiar la temperatura – son mas complicados. Molina compara nuestro entendimiento científico del cambio climático como un rompecabezas: “Muchas piezas hacen falta y algunas quizás pueden estar en el lugar equivocado, pero existe poca duda de que la imagen esta clara, es decir, de que el cambio climático es una amenaza seria que necesita ser tratada urgentemente” (US Senate Select Committee Hearing, 2010).

Molina recalca que no tiene sentido requerir certidumbre antes de tomar acción. Seria suficiente saber que existe un gran riesgo inaceptable a la Tierra si no controlamos acciones humanas para contribuir el cambio climático. No es sabio continuar “lo de siempre”, especialmente cuando se trata del ambiente, debido a que es a menudo necesario de tomar acción hacia una amenaza que no se puede ver. El ofrece el ejemplo: “Cuando usted maneja su carro, se utilizan cinturones de seguridad y se tienen bolsas de aire – y no solo porque hay una certidumbre de que estará involucrado en un accidente… No tiene sentido requerir incertidumbre” (Entrevista Nobel. 2014).

Para cerrar la brecha entre la ciencia y el gobierno, Molina ha embarcado en una misión trotamundos para comunicar la ciencia del cambio climático en una manera entendible de transmitir la importancia de un problema, junto con consecuencias y posibles soluciones. El dice que uno de los desafíos mas grandes es evitar desinformación y conceptos erróneos.

Molina at JJAY
Figura 7 image © John Jay College

”Nuestro planeta es pequeño y tenemos demasiadas personas para continuar de vivir de la manera que vivimos” dice Molina. Si los humanos no cambian su dependencia a energías fósiles, nos encontraremos con mayores riesgos, tal como cambio climático abrupto, el cual puede tener resultados desastrosos (Organización Premio Nobel, 2014). Secretario General de la ONU Ban Ki Moon reporto, “No existe un Plan B porque no tenemos un Planeta B” (Westbrook, 2014).

Molina, como siempre un optimista, esta seguro de que podemos tratar con el problema trabajando juntos. El dice que tenemos el poder para hacer algo acerca del cambio climático global; no es muy tarde ni muy caro. Todos los sectores – científicas, economistas, políticos, el público – debemos unirnos para trabajar hacia un plan, y con urgencia debido a que el costo es menos con el problema ahora en comparación a ser forzados a lidiar con los impactos de un problema que se deja sin tratar por mucho tiempo (Yale Environment 360, 2014). Dice “Los científicos pueden representar los problemas que pueden afectar el ambiente basándose en evidencia disponible, pero su solución no es la responsabilidad de científicos, si no que de la sociedad entera” (Centro Mario Molina, n.d.).

Resumen

Este módulo traza la vida de la investigación científica de Mario Molina, el primer químico nacido en México en ganar el Premio Nobel. Trabajando con F. Sherwood Roland, la investigación innovadora que llevó al tratado internacional para la eliminación gradual de químicos hechos por humanos que son dañinos para la capa protectora de la Tierra. Como resultado, las sustancias que agotan la capa de ozono fueron reducidas en un 98 por ciento. Desde entonces Molina ha estado haciendo campaña para avanzar la investigación científica en países en vísperas de desarrollo, y el avance internacional en políticas que salvaran a la Tierra.

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Bonnie Denmark, M.A./M.S. “Recipiente del Premio Nobel Mario Molina” Visionlearning Vol. SCIRE-1 (9), 2015.