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APENDICE A
HISTORIA DE LA METEOROLOGIA
La historia de la meteorología está muy relacionada con la evolución de las ciencias físicas y
químicas, así como con el avance de la astronomía y la tecnología, pues en el caso particular de la
investigación de la atmósfera esta se ha basado en el registro y observación desde diversas plataformas y
sensores remotos, como son la radiosonda, globos, aviones, satélites, etc. En este apéndice, nos
concentramos en los científicos y sus descubrimientos, prestando menor atención a los complicados inventos
e instrumentos, que permitieron el avance de la meteorología; no se propone hacer un análisis exhaustivo de
todos los eventos históricos, por lo que el lector encontrará que faltan muchas cuestiones y personalidades
que de una u otra manera participaron en la formación de la meteorología. La historia de la meteorología se
puede subdividir en tres grandes etapas: 1) la etapa prehistórica, mitológica y de la edad media, en la que
el hombre creía que los fenómenos naturales eran mensajes y castigos de los dioses; 2) la etapa de la
observación y descubrimientos científicos, en la que el hombre logró superar las creencias religiosas y
filosóficas, para basar su conocimiento en la observación y análisis detallado de los fenómenos naturales y 3)
la etapa de modernización tecnológica, en la que el hombre se apoya en los avances de la tecnología, para
investigar las causas de los fenómenos meteorológicos, así como los posibles escenarios futuros.
1. Los primeros pasos: Prehistoria, Mitología y Edad Media
El hombre prehistórico fue, por necesidad de supervivencia, un observador de su medio ambiente; los
distintos fenómenos atmosféricos eran considerados como mensajes o castigos de los dioses, el hombre de
aquellos días se conformaba con aceptar los beneficios o perjuicios asociados, pero sin cuestionarse los
mecanismos o las causas de los fenómenos. No se conoce con exactitud cuando comenzó la observación
aplicada de los fenómenos meteorológicos, pero se puede suponer que fue en la misma época en que se
desarrolló el cultivo extensivo de la tierra; es decir, cuando la agricultura fue inventada, la que parece haber
comenzado en el año 5,000 a.C. El hombre prehistórico de esa época debió haber tomado en cuenta los
factores meteorológicos y climáticos, tales como la lluvia y la temperatura, para su producción agrícola y para
escoger su hábitat. En la antigüedad, sin las distracciones sociales de la época moderna (cines, teatros,
televisión, electricidad, etc.), el hombre primitivo solo podía ‘divertirse’ observando su medio ambiente, el
cielo, las estrellas, etc., de ahí que tenía mayores probabilidades de conocer mas y mejor los fenómenos
naturales, que el hombre moderno. El hombre antiguo probablemente atribuyó poderes sobrenaturales a los
cuerpos celestes; en el Antiguo Testamento, se puede ver a Jehová apareciéndose ante Moisés rodeado de
una tormenta de arena y acompañado de relámpagos. Sin embargo, muchos de estos brujos y profetas,
observadores y pronosticadores del estado del tiempo, eran continuamente perseguidos hasta la muerte,
pues sus conocimientos de la naturaleza atentaban contra las creencias religiosas de esas épocas.
El hombre primitivo fue un geógrafo y geólogo práctico y estuvo siempre perceptivo a todo lo que
pasaba a su alrededor; no es, pues, ilógico suponer que estuvo muy bien informado de las características de
los fenómenos naturales que lo afectaban, de modo que los podía usar para su beneficio, tales como un suelo
fértil, agua corriente y limpia, un clima agradable, etc. Antes de establecerse las comunidades humanas,
basadas en la agricultura, en el comercio y la industria, cada hombre era artífice de todas esas actividades
simultáneamente; el hombre primitivo estaba obligado a ser un ‘milusos’. Salía de su refugio cada mañana,
con la incertidumbre del tiempo que haría cada día, el tiempo meteorológico tendría gran importancia para las
actividades diurnas y podría haber sido un factor determinante para la alimentación e incluso supervivencia de
ese hombre prehistórico. Aunque no se tenían instrumentos de observación y registro, pudo predecir con
bastante precisión los cambios a corto plazo, dentro del círculo geográfico de su dominio. Fue también un
climatólogo empírico que tuvo conocimiento de las características de su región y de las diferencias cíclicas de
las estaciones.
Puede suponerse que el hombre antiguo abrigó pensamientos y temores sobre las fuerzas naturales
(geofísicas y atmosféricas) que continuamente afectaban su hábitat. Pudo ver los efectos de los huracanes y
de las tormentas e inundaciones sobre la tierra y el mar; el efecto de los terremotos y las erupciones
volcánicas, etc.; todo esto lo asociaron las culturas a sus dioses. Las culturas antiguas, como la de los
babilonios, buscaron una explicación a los fenómenos atmosféricos en la posición y movimiento de las
estrellas y la luna. Los antiguos gustaban de considerar el proceso del descubrimiento como la inspiración de
las musas o la revelación de los dioses del cielo, así nació el mito. Las fuerzas de la naturaleza fueron
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personificadas y deificadas; los profetas y magos, de las culturas ancianas,
asociaban el tiempo atmosférico al estado anímico de sus dioses, creían, por
ejemplo, en la mitología griega y romana; creían que Zeus, el dios de los cielos
y el mundo, cuando se enojaba desencadenaba las tempestades y lanzaba
rayos a sus enemigos o a los mortales; Eolo era el dios que controlaba los
vientos y Eos la diosa de la hermosa aurora. En la mitología escandinava, Tor
el dios del trueno y los relámpagos, y Frey el dios de la lluvia y la luz, eran
quienes controlaban las tormentas, el viento y demás fenómenos atmosféricos.
En la mitología egipcia Sati, la diosa del aire y del cielo, creaba los relámpagos.
En la mitología inca, Chuychu era la diosa del arco iris y Humanchuri el dios
del trueno. En la mitología maya, Chac era la diosa de la lluvia y Huracán el
dios del viento y el trueno. En la mitología azteca, Tláloc era el dios de la lluvia y el rayo.
La civilización griega dominó la mayor parte de la región mediterránea
durante unos mil años antes del nacimiento de Cristo. Los mitos griegos
figuran entre los mas bellos y sofisticados de nuestra herencia cultural, pero
son los griegos quienes introdujeron el camino opuesto de la observación
científica del universo. Desde el punto de vista de los grandes pensadores
griegos, el Universo era una máquina gobernada por leyes inflexibles; así pues,
los filósofos griegos se entregaron desde entonces al excitante ejercicio
intelectual de tratar de descubrir hasta que punto existían realmente leyes de la
naturaleza. Fue quizás el poeta griego Hesíodo (siglo VIII a.C.) quién alrededor
Tlaloc
del año 750 a.C. publicó las primeras reglas para el pronóstico del tiempo,
mientras que el gran médico Hipócrates (460-377 a.C.) escribía sobre los
efectos del clima en la salud humana. La palabra meteorología fue inicialmente empleada por los filósofos
griegos Platón (427-347 a.C.) y Plutarco (46-120 d.C), dándosele el significado de “lo que existe entre el
cielo y la tierra”. Posteriormente, Aristóteles (384-322 a.C.) formalizó esta concepción en sus libros sobre la
naturaleza. Particularmente en su tratado de meteorología (escrito en el año 340 a.C.) en que estudia los
fenómenos atmosféricos. Es a partir de este trabajo que se derivó el nombre de esta ciencia.
Aproximadamente en el año 600 a.C., Tales
(624-547 a.C.) fue el primero en afrontar este reto,
estableciéndose en la ciudad turca de Mileto, para
iniciar profundas observaciones de la naturaleza, fue
el primero en predecir un eclipse de sol en el año 585
a.C. El filósofo y astrónomo Anaximandro (610-547
a.C.) definió el viento como el aire en movimiento y
señaló las épocas de los equinoccios y los solsticios.
Hacia el año 450 a.C. el centro de la vida intelectual
griega se estableció en Atenas, donde alcanzó su
mayor nivel, posteriormente, en el siglo III a.C. con la
Socrates
Platón
Aristóteles
conquista de Egipto, por Alejandro Magno (356-323
a.C.), se inició un éxodo de eruditos y profesores hacia la ciudad de Alejandría. Los famosos griegos:
Sócrates (470-399 a.C.), Platón y Aristóteles, fueron los artífices en el avance de la filosofía, la ética, la
lógica y el gobierno; esto hizo que la descripción y explicación de los fenómenos naturales se basara en la
lógica mas que en el análisis experimental y científico. Esta nueva forma de estudiar el Universo fue
denominada por los griegos Philosophia (Filosofía), voz que significa ‘amor al conocimiento’ o simplemente
‘deseo de conocer’.
Los primeros avances en el conocimiento de la naturaleza fueron en la astronomía; algunos filósofos,
como Aristóteles, creían que la tierra era el centro del universo y que todos los cuerpos celestes,
considerados como esferas, se movían alrededor de la tierra. Tales afirmó que la substancia fundamental del
Universo era el agua, diciendo que todo nace del agua; Anaxímenes (560-500 a.C.) al mismo tiempo,
sostenía que el aire era el elemento básico a partir del cual se formaron todas las substancias; un siglo
después Heráclito (576-480 a.C.) consideró que era el fuego el elemento mas importante; Empédocles (485430 a.C.) agregó la tierra y pensó que junto con el agua, el aire, y el fuego eran los cuatro elementos que
constituían el Universo. Aristóteles se apropió de la teoría de Empédocles, imaginando el mundo formado
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por cuatro capas que constituían los cuatro elementos de la materia: tierra (esfera sólida), agua (océanos),
aire (atmósfera) y fuego, atribuyéndoles propiedades fundamentales: húmedo, seco, frío y caliente, mas allá
de estas cuatro capas se encontraba el éter; incluyó la noción de que un elemento podría convertirse en otro,
como el agua líquida en vapor al hervirse. El astrónomo Heráclito del Ponto (388-315 a.C.) propuso que la
tierra giraba diariamente sobre su propio eje y que los movimientos diurnos de las esferas celestes eran
aparentes y no reales. El astrónomo Aristarco de Samos (siglo III a.C.) adelantó la notable visión de que el
universo era heliocéntrico, es decir, que el sol está en el centro y que todos los cuerpos celestes giran a su
alrededor. El filósofo Teofrasto (372-287 a.C) escribió el primer libro sobre pronóstico del estado del tiempo,
llamado el “libro de los signos”, el cual consistió de 200 reglas de observación para apreciar signos en el
tiempo atmosférico que sirvieran de base para predecirlo. Estas ideas geniales no prosperaron debido a que
los hombres de esos días se negaban a aceptar que no ocupaban el centro del universo.
Los griegos se vieron frenados en la comprensión de la naturaleza y
la energía por su gran resistencia a la experimentación y por la gran
escasez de instrumentación adecuada. La idea de que la materia (sólidos,
líquidos y gases) estaba compuesta de partículas invisibles e indivisibles
parece haber sido propuesta por los filósofos griegos Leucipo (siglo V a.C.)
y su discípulo Demócrito (460-370 a.C.), quienes creían que los átomos de
un elemento eran diferentes a los de otros elementos; aunque otros filósofos
creían que la materia era un continuo. Demócrito, quién no estaba de
acuerdo con la idea de los cuatro elementos básicos de Empédocles y
Aristóteles, creía que los cambios físicos se producían según la
descomposición y recombinación de los átomos de distintos elementos.
Demócrito
Arquímedes
Aristóteles fue uno de los filósofos
que rechazó la teoría atómica, lo cual impidió el avance de la física por varios
siglos. Sin embargo, no todos los estudiosos griegos estaban cerrados al
progreso de la ciencia. El matemático y físico griego Arquímedes (287-212
a.C.), hizo grandes avances en el conocimiento de la naturaleza, introdujo el
concepto de densidad de una substancia; es decir, el peso por unidad de
volumen de una substancia es en general diferente al peso por unidad de
volumen de otra substancia. Con esta idea se pudo identificar a los distintos
elementos en épocas modernas.
El principio de Arquímedes dice que ‘un cuerpo sumergido o flotando en un fluido es empujado
hacia arriba o sostenido por una fuerza igual al peso del fluido desalojado’. ‘Dame un punto sobre el cual
pueda apoyar una palanca y moveré al mundo’, esta junto con la palabra ‘eureka’ son atribuidas al gran sabio
Arquímedes. Mas tarde, Herón de Alejandría (siglo III-II a.C.), ingeniero e inventor griego, usando el
principio de Arquímedes, demostró la compresibilidad del aire, reforzando las ideas atomísticas de
Demócrito. Herón es conocido por la invención de la primera máquina de vapor, la ‘eolípila’, que se basa en
la evaporación del agua y su fuerza impulsora. La máquina de Herón consiste de una esfera, apoyada en su
eje, de manera que pueda girar; en el interior de la esfera se tiene agua que se calienta hasta la ebullición, el
vapor de agua al salir por dos tubos colocados en costados opuestos de la esfera, hace que gire a gran
velocidad. Este fue quizás el primer invento que relacionó el cambio de fase del agua con la generación de
energía cinética. El astrónomo y matemático griego Conón (300 a.C - ?) preparó un calendario donde señaló
los ortos y ocasos de las estrellas e incluyó algunos pronósticos meteorológicos. Poco tiempo después, el
astrónomo Claudio Ptolomeo (siglo II d.C.) escribió libros sobre el estudio de la geografía y el clima. El
astrónomo griego Hiparco de Nicea (190-125 a.C.), llamado el padre de la astronomía, descubrió la
precesión de los equinoccios.
Los antiguos griegos no estuvieron tan acertados en sus conocimientos sobre las ciencias de la tierra,
como lo estuvieron en física y en astronomía. No obstante, hicieron observaciones y registraron mucha
información referente a la tierra, los océanos y la atmósfera. Conocieron los efectos de la erosión debida al
viento, sobre la superficie de la tierra, y de los escurrimientos del agua de lluvia en la formación de rios y
cañones, etc.
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Los griegos, romanos e hindues usaron las veletas para señalizar la dirección de los vientos; la lluvia
fue medida y registrada por los griegos y los hindues, aproximadamente 5 siglos a.C. La predicción del estado
del tiempo, particularmente para un período largo, era mas bien parte de la astrología. Pero no todo era
esperar los designios y sentencias de los dioses, por ejemplo: los romanos tenían muy claro que cuando se
presentaban los truenos y relámpagos hacia el este, podían esperar ser favorecidos por los dioses, mientras
que cuando estos fenómenos se observaban hacia el oeste, significaba que los dioses estaban enojados en
su contra; ahora, podemos explicar esto, ya que en esas latitudes normalmente los fenómenos
meteorológicos se mueven del oeste al este. En realidad las ciencias atmosféricas fueron reconocidas hasta
la invención de los instrumentos básicos, tales como el barómetro y el termómetro en los siglos XVII y XVIII.
Durante la edad media (300-1,400 d.C.) se dió gran impulso a la alquimia, que era favorecida por los
reyes y señores feudales, buscando siempre el enriquecimiento, y el desarrollo de la física aplicada, a través
de las máquinas y la ingeniería de guerra, principalmente por el interés de los distintos reinos y feudos de
mantener un dominio sobre los pueblos más débiles. Unicamente los árabes fueron quienes desarrollaron
nuevos descubrimientos científicos. El concepto de peso específico (la relación entre el peso y el volumen
unitario) fue resultado del trabajo del físico árabe Al Hasan (965-1039), quién además analizó los fenómenos
de reflección y refracción de la luz y el efecto óptico del arcoiris. Durante el período de 300 a 1,400 d.C.,
florecieron las religiones, particularmente la cristiana; al principio, la Iglesia prohibió la lectura de la filosofía
natural de Aristóteles, pero en los años 1250’s, los clérigos y escolares habían aceptado las enseñanzas de
Aristóteles. Pasaron varios siglos antes de que la Iglesia cesase de decir como pensar y que creer respecto a
la naturaleza. El matemático y físico inglés John Peckham (1220-1292) realizó numerosas investigaciones en
meteorología y óptica atmosférica.
La única voz progresiva que se pudo oir en todo este primer milenio
después de Cristo, fue la de Roger Bacon (1214-1294), quién fue un pensador
inglés del siglo XIII. Bacon estaba convencido de que no era suficiente estudiar y
aprender de memoria la filosofía de los antiguos griegos, sino que era necesario
experimentar y razonar para descubrir la verdad de las cosas.
Desgraciadamente, las ideas de Bacon eran muy radicales, y sus
contemporáneos lo encarcelaron durante unos 15 años. Sus libros e ideas solo
fueron aceptados unos 300 años después de su muerte; fueron Bruno (15481600) Galileo, Copérnico y otros, quienes usando las enseñanzas de Bacon,
Bacon
pudieron desarrollar el método científico y el estudio sistemático de la naturaleza.
2. El renacimiento, 1400 - 1900 d.C: Observación y Descubrimientos Científicos
El renacimiento no solo marcó el final de la edad media, sino que dió inicio a la etapa del libre
pensamiento, sin los prejuicios religiosos o filosóficos puristas, que frenaron el avance científico durante miles
de años. Esta época se caracterizó por ser de fuerte apoyo al desarrollo del comercio y la cultura; fueron los
siglos de la exploración del mundo para ganar nuevas tierras y descubrir rutas comerciales hacia territorios
ricos. Fue la época de las grandes conquistas de América, Asia y Africa, de grandes guerras, epidemias y
devastaciones. Al comienzo del renacimiento, la Iglesia cristiana fue muy criticada y discutida, pués sus
clérigos excedían sus límites permitidos, con inmoralidad, corrupción, abuso de poder, etc. También hubo
rechazo a algunos de los dogmas básicos de la Iglesia, particularmente aquellos que iban en contra del
individuo, lo que dió origen al protestantismo, en el norte de Europa. Todo esto dió como resultado un gran
impulso a la investigación científica y de la filosofía, principalmente impulsados por el invento de la imprenta.
El sabio italiano Leonardo da Vinci (1452-1519) fue además de un gran visionario, un artista, ingeniero,
arquitecto y científico; sus planos para máquinas voladoras, submarinos y tanques militares se adelantaron en
tres o cuatro siglos a su época.
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Esta etapa, que también se conoce como la
revolución científica, empezó con la publicación de los
trabajos del astrónomo polaco Nicolas Copérnico
(1473-1543) sobre su teoría heliocéntrica, quién afirmó
que el sol, y no la tierra, debía de ser considerado como
el centro del Universo (no se debe olvidar, sin embargo,
que fue Aristarco de Samos, 2,000 años antes, quién
había dicho que el sol era el centro del Universo). No es
sino hasta el siglo XVI, con los grandes avances
científicos de Galileo Galilei (1564-1642) y con la
publicación de los trabajos de Newton, sobre las leyes
Copérnico
del movimiento de los cuerpos en la primera mitad del
Galileo
siglo XVIII, en que la sociedad empieza a aceptar que existen leyes científicas
que pueden explicar los fenómenos naturales. El nuevo método científico
enseña fundamentalmente a basarse en la experimentación, la observación
directa y el análisis matemático de los fenómenos. Aunque Herón y
Arquímedes ya habían usado la experimentación y el análisis matemático para
lograr sus descubrimientos, no fue sino hasta el siglo XVIII, cuando se tuvo la
libertad de emplear este método científico por la gran mayoría de los
investigadores. La filosofía popular, durante la primera mitad del siglo XVIII, fue
la de el filósofo inglés John Locke (1632-1704), quién sostuvo que el individuo
era producto de su medio ambiente y que el progreso del hombre solamente se
alcanzaría por mejoras de su medio ambiente.
Locke
Durante esta época se hicieron los principales descubrimientos de
lo que se conoce como la mecánica clásica. El físico y matemático Isaac
Newton (1642-1727) explicó el movimiento de todos los cuerpos (sólidos,
líquidos y gaseosos), fundamentado en los descubrimientos de Galileo y
otros. Mediante sus tres leyes de movimiento y la ley de gravitación
universal, ya no era necesario imaginar la existencia de fuerzas
sobrenaturales, para explicar el movimiento de los cuerpos.
Hasta los tiempos modernos se
consideraba el aire como una substancia
simple y homogénea. A principios del siglo
Newton
XVII, el químico flamenco Jan Baptista
Van Helmont empezó a sospechar que
existía cierto número de gases químicamente diferenciados. Van Helmont fue
el primero en emplear el término gas. La concepción de Demócrito, sobre la
naturaleza atómica de la materia no había recibido gran atención o apoyo,
hasta que el químico y físico irlandés Robert Boyle (1627-1691) investigó la
compresibilidad del aire y comprobó que cuando la presión sobre un gas
aumenta, su volumen disminuye proporcionalmente. La ley de Boyle,
propuesta en 1662, puede enunciarse así: ‘el volumen ocupado por una masa
de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión
Boyle
que se ejerce sobre ella’. Una explicación clara de esta propiedad elástica del
aire (y de la mayoría de los gases) es suponer que el aire esta constituido por
partículas materiales que están ampliamente separadas en un espacio ocupado por la masa gaseosa; cuanto
mayor es la presión menor será el volumen, por lo que las partículas se aproximan más y más entre si. Este
histórico descubrimiento fue el primer paso de una serie de descubrimientos sobre la materia que condujeron
eventualmente al desarrollo de la meteorología como ciencia. La victoria de la ciencia moderna no fue
completa hasta que se estableció un principio más esencial, o sea, el intercambio de información libre entre
todos los científicos. Hoy en dia no se considera ningún descubrimiento científico como tal si se mantiene en
secreto. Robert Boyle, un siglo después de Niccolo de Tartaglia (1500-1557) y Jerónimo Cardano (15011576), subrayó la importancia de publicar con el máximo detalle todas las observaciones científicas. Hoy, la
ciencia no es el producto de los individuos aislados, sino de la comunidad científica en su conjunto.
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En 1640 Galileo inventó un termómetro tosco que evolucionó en el más
preciso producido por el físico alemán Gabriel D. Fahrenheit (1686-1736) 75
años más tarde. Al mismo tiempo que Galileo construía el primer termómetro, el
físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) y el matemático italiano
Vincenzo Viviani (1622-1703), ambos discípulos de Galileo, en 1644,
inventaban el barómetro de mercurio, con el cual se podía medir la presión
ejercida por la atmósfera. Torricelli descubrió que la presión variaba de un dia
para otro. A los pocos años, el físico y matemático francés Blaise Pascal (16231662), en 1648 subió una montaña de 1,600 m con un barómetro y descubrió
que la presión atmosférica disminuía con la altura, el cual fue un descubrimiento
muy importante para el desarrollo de la meteorología. El principio de Pascal
Torricelli
dice: la presión ejercida sobre una parte de la
superficie de un fluido se transmite con igual
intensidad a toda la masa y en todas direcciones. Debido a la invención de
distintos aparatos de medición y a la fiebre de exploración y aventura de esa
época, los conocimientos sobre la atmósfera y el clima mundial se ampliaron
enormemente. Con estos inventos y descubrimientos se pudieron mejorar los
estudios meteorológicos; en 1654, Fernando II de Toscana propuso la creación
de la Meteorología Internacional, que desgraciadamente tuvo una duración muy
corta.
Hooke
En 1660 el científico inglés Robert Boyle y su
Pascal
joven ayudante Robert Hooke (1635-1703) construyeron una bomba de aire
mucho, mas eficaz que la inventada por el ingeniero alemán Otto von Guericke
(1602-1686), con la que efectuaron una serie de experimentos sobre el aire y la
combustión. Con este aparato de vacio, Boyle pudo demostrar la hipótesis de
Galileo al dejar caer un peso y una pluma dentro del aparato, demostrando que en
efecto todos los cuerpos caen con la misma velocidad en el vacio; también
demostró que el sonido no se propaga en el vacio y que no se puede presentar
combustion sin aire. Hacia 1660, el físico y matemático inglés Robert Hooke
señaló que la altura del barómetro de mercurio disminuía antes de una tormenta,
con ello se abrió el camino a la predicción del estado del tiempo o meteorología.
El físico francés Edmé Mariotte (1620-1684) fundó la física experimental,
hizo estudios profundos sobre la naturaleza del aire y el movimiento de las aguas. El
físico francés Dionisio Papin (1647-1714) inventó una marmita de vapor
comprimido y un barco a vapor con rueda de paletas.
El astrónomo inglés Edmundo Halley (1656-1742)
propuso explicaciones para los vientos alisios y otros
movimientos de la atmósfera, basados en la distribución
de la temperatura y la rotación terrestre. En 1752 el
Papin
científico y estadista Benjamín Franklin (1706-1790)
descubrió que los rayos y truenos eran provocados por las
cargas eléctricas de las tormentas, en una forma similar
como son las descargas producidas por las máquinas electrostáticas, y que podía
existir un tipo de vientos giratorios alrededor de un centro de baja presión.
En 1670 el italiano Francesco de Lana proyectó una ‘máquina voladora’,
sustentada por cuatro grandes esferas de cobre. Este proyecto inspiró el primer
Halley
aerostato desarrollado en 1709 por el jesuita brasileño Lourenco de Gusmáo
(1685-1724), aproximadamente 74 años antes que los hermanos franceses Montgolfier, Jose Miguel (17401810) y Santiago (1745-1799), inventores del globo aerostático en 1783.
El físico francés Guillaume Amontons (1663-1705) se dedicó a trabajar en el diseño de barómetros
y termómetros. El termómetro de agua lo inventó Galileo en 1593; en 1710 el físico francés René Reaumur
(1683-1757) desarrolló un nuevo termómetro basado en una combinación de alcohol y agua. El físico
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germano-holandés Gabriel Daniel Fahrenheit fabricó varios instrumentos meteorológicos e hizo un gran
aporte a la meteorología en 1714 al sustituir el alcohol por mercurio en los termómetros; también construyó el
primer termómetro de mercurio de alta precisión. El físico sueco Anders Celsius (1701-1744) inventó la
escala termométrica centesimal que lleva su nombre.
Durante el período de 1750 a 1900 se hicieron numerosos descubrimientos atmosféricos, derivados
del auge que cobró la meteorología y de la creación de redes de observación; como por ejemplo, la que
promovió la Sociedad Meteorológica Palatina, entre 1780 y 1792, que constó de 33 estaciones,
principalmente en las distintas ciudades europeas. El físico francés Jacques Charles (1746-1823) estudió la
variación de la presión de los gases a volumen constante; descubrió el hidrómetro termométrico.
El ingeniero y físico escocés William John Rankine (1820-1872)
creó la escala Rankine para medir la temperatura y es considerado, con otros
científicos, uno de los fundadores de la termodinámica. Joseph Louis GayLussac (1778-1850) inventó un barómetro de sifón. John Leslie (17661832), físico y matemático escocés, descubrió el termómetro diferencial, un
nuevo tipo de higrómetro. La investigación de la física atmosférica condujo a
la invención de la máquina de vapor, la que permitió usar un método distinto
de los naturales, como el viento, las corrientes marinas o simplemente el
remo, para transportarse. Con ello se inició la revolución industrial y la
aceleración del conocimiento científico y el desarrollo tecnológico.
Newcomen, en 1720, fue el primero en descubrir un dispositivo práctico
utilizando el vapor de agua y la presión atmosférica.
Watt
Gay-Lussac
50 años mas tarde, el ingeniero escocés James Watt (1736-1819) usó
estos principios para inventar y perfeccionar su máquina de vapor en 1782, dándole
un verdadero auge a la revolución industrial. Al comenzar la revolución industrial en
1750, se inició un período conocido como el romanticismo, en el que surgieron
distintas formas de gobierno, como el capitalismo, el socialismo y el comunismo. A
principios del siglo XIX, las máquinas de vapor eran empleadas como fuerza motriz
de centenares de industrias europeas y las manufacturas no dependieron mas de la
fuerza del aire, del agua ni de la fuerza humana y animal!. se inició la ingeniería
para la construcción de caminos, canales, puertos y ciudades modernas. Se
inventaron el telégrafo, el teléfono, y la radio.
Por los años de 1750, el químico inglés Joseph Black (1728-1799)
descubrió que la atmósfera era una mezcla de gases, más bien que un simple
gas, al advertir que una vela encendida dentro de un recipiente con aire, producía
CO2, pero se extinguía inmediatamente después. El químico francés Antoine
Laurent Lavoisier (1743-1794), llamado el padre de la química moderna,
estableció la ley de la conservación de la materia: la materia no se crea ni se
destruye; en la década de 1770, fue el primero en comprobar que el aire era
una mezcla de gases, descubrió la composición del aire y el papel del oxígeno en
la respiración humana.
Priestley
Posteriormente en 1772 Daniel Rutherford
Lavoissier
(1749-1819) extendió los experimentos con este gas
sin combustible, que resultó ser el nitrógeno, y que constituye aproximadamente el
80 % de la atmósfera terrestre. El nombre de nitrógeno le fue dado por el químico
francés Jean Antoine Chaptal (1756-1832). Posteriormente el químico inglés
Joseph Priestley (1733-1804) descubrió que el oxígeno era combustible, pues al
hacer experimentos calentando algo de óxido de mercurio, obteniendo oxígeno,
observó que este gas hacía que las cosas ardieran con mucho más brillo y más
fácilmente que con ningún otro gas. Simultáneamente, el químico sueco Carl
Scheele (1742-1786) participó en el descubrimiento de distintos elementos y gases
como el oxígeno, el cloro, el nitrógeno, el bario, el manganeso, y el tungsteno.
Priestley descubrió además que los animales (ratones) podían vivir más tiempo en
210
un medio de oxígeno que en cualquier otro gas; de esta manera llegó a combinar otros
gases para tener un aire con características muy parecidas al aire atmosférico. Sin
embargo, fue el científico inglés Henry Cavendish (1731-1810), el primero en
determinar con precisión la composición del aire seco. El químico suizo Christian
Schoenbein (1799-1868) descubrió el ozono. La verdadera naturaleza del calor fue
ignorada por los científicos durante miles de años y solo hasta la época del físico y
Cavendish
químico inglés Joseph Black se intentó algo constructivo para hacer averiguaciones
acerca de la naturaleza de esta forma tan común de energía. Durante muchos años se
consideró el calor como de naturaleza material, o una forma de materia que podía pasar de los cuerpos
calientes a los más frios; el término calórico fue usado para designar un fluido peculiar que no era ni pesado
ni visible.
Black fue el primero en distinguir la diferencia entre intensidad de calor (el
valor que se mide con el termómetro) y cantidad de calor (la cantidad de energía
calorífica contenida en los cuerpos). También observó que una cantidad definida de
calor desaparece cuando se producen ciertos cambios de estado de la materia (de
hielo a agua líquida, por ejemplo) y reaparece cuando se produce el cambio de
estado opuesto, utilizando el término de calor latente, para definir este tipo de calor.
James Watt aplicó este concepto en su máquina de vapor, aprovechando la ventaja
de las grandes cantidades de energía del calor latente absorbidas por el agua cuando
se vaporiza.
Conde de Rumford
Benjamín Thompson, conde de Rumford (1753-1814), haciendo investigaciones sobre el calor y la
luz, descubrió que la materia contiene una cantidad inagotable de calor; es decir, la materia tiene tanto calor
como materia tiene el cuerpo. Esto lo descubrió Thompson al observar el calor producido al taladrar un
cañón, sumergido en agua, el que continuamente producía calor.
Cuando quedó establecida la idea de que la energía
calorífica podía resultar de un movimiento mecánico
(fricción), el físico inglés James Joule (1818-1889) pudo
determinar el equivalente mecánico del calor, calculando
su valor al medir la cantidad de trabajo que era preciso
realizar por un dispositivo mecánico para producir
determinada cantidad de energía calorífica; encontrando que
4.186 julios de trabajo mecánico producen 1 caloría de calor.
Poco después el químico francés Sadi Carnot (1796-1832),
Joule
en su obra “Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego”
Sadi Carnot
publicada en 1824, propuso el ciclo termodinámico ideal y reversible que lleva
su nombre. Estos resultados condujeron a la idea de que la energía puede convertirse de una forma a otra sin
perderse o crearse. Esta es la primera ley de la termodinámica o principio de conservación de la
energía, que puede atribuirse a los trabajos de Joule, del físico y fisiólogo alemán Hermann Ludwig
Helmholtz (1821-1894) y al físico y médico alemán Julius Robert Mayer (1814-1878) quién en 1842
escubrió el principio mecánico de la energía y calculó teóricamente el equivalente mecánico del calor, casi
simultáneamente con Joule. Finalmente,
en 1851, el físico y matemático Lord Kelvin
(1824-1907), postuló las leyes de la
termodinámica, haciendo referencia a los
trabajos de Carnot y Joule.
En los años 1860, el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) y el físico
austriaco Ludwig Boltzmann(1844-1906) dejaron finalmente en el olvido el término
calórico; demostrando ambos, independientemente, que la temperatura de un gas
estaba directamente relacionada con la energía cinética de sus moléculas.
Kelvin
211
Laplace
Después de calcular los efectos del sol y la luna
sobre las mareas oceánicas, durante 1773, el astrónomo y
matemático francés Pierre-Simón Laplace (1749-1827)
intuyó que también en el fluido atmosférico se deberían
presentar mareas. Laplace encontró, después de obtener
y analizar registros de la presión atmosférica superficial
durante 8 años, que la presión tenía un período de 12
horas, posiblemente asociado a una influencia solar. A
diferencia de las mareas oceánicas, principalmente
Boltzmann
influenciadas por la atracción gravitacional de la luna, las
mareas atmosféricas parecen ser afectadas por el efecto térmico de la radiación
solar.
El matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) estudió la dinámica de
los fluidos. El físico suizo Horacio de Saussure (1746-1799) ideó el higrómetro
como se conoce actualmente. El astrónomo Joseph Leverrier (1811-1877) se
dedicó gran parte de su vida a las investigaciones en meteorología.
John Dalton (1766-1844), químico y físico inglés,
muy interesado en la meteorología, estudió las propiedades
químicas del aire; en 1800 dió a conocer la ley de las
presiones parciales que dice: en una mezcla de gases,
uno cualquiera de ellos ejerce la misma presión parcial que
Bernoulli
la que ejercería solo ocupando el volumen total de la
mezcla. Dalton era conocedor de la teoría atómica de Demócrito y se apropió de la
palabra átomo para designar las partículas extremadamente pequeñas. El físico y
químico inglés John Frederic Daniell (1790-1845) estudió ampliamente el clima
artificial.
Dalton
Poco después de que la teoría atómica de Dalton fue publicada, el físico y químico francés Joseph
Louis Gay-Lussac dió un paso importante en el conocimiento sobre la combinación de distintos átomos para
formar moléculas, al descubrir la ley sobre la dilatación térmica de los gases. Gay-Lussac descubrió que
cuando los gases se combinan para formar nuevos productos, los volúmenes de los gases que reaccionan y
el volumen del nuevo producto pueden ser expresados por pequeños números enteros.
Por ejemplo, dos volúmenes de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para formar
dos volúmenes de vapor de agua. Después, en 1811, el físico italiano Amadeo
Avogadro (1776-1856), que había estado estudiando el comportamiento de los gases,
llegó a la conclusión que estos no estaban constituidos por átomos separados, como lo
habían creido Dalton y Gay-Lussac, sino que todos los gases están formados por
moléculas de dos o más átomos y que el espacio que ocupa cierta cantidad de ellos
depende de la temperatura y presión que soportan, por lo que propuso la hipótesis que
establece que ‘volúmenes iguales de cualquier gas, bajo las mismas condiciones de
presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas (moléculas)’, esta
Avogadro hipótesis se conoce como la Ley de Avogadro.
El físico alemán Rudolph Clausius (1822-1888) es uno de los fundadores de
la termodinámica y se le deben los principios de la teoría cinética de los gases. En 1746
el matemático francés Jean d’Alembert (1717-1783) publicó sus estudios sobre las
causas de los vientos. El primer intento de conseguir penetrar en la más alta atmósfera
libre desde la superficie de la tierra fue emprendido en 1804. En ese año los científicos
franceses Jean Baptiste Biot (1774-1862) y Joseph Gay-Lussac ascendieron en un
globo hasta una altura por encima de 3,000 m, bajaron con muestras de aire rarificado;
la falta de oxígeno limitó fuertemente un ascenso mayor de humanos. Hicieron medidas
y observaciones de la atmósfera y anotaron los efectos de la altitud sobre los animales
que les acompañaban (solo siglo y medio más tarde, los satélites artificiales terrestres
fotografiaban la atmósfera completa desde más allá de la tierra y transmitían la
212
Clausius
información a la superficie). En ese tiempo, Dalton encontró que el aire se calentaba cuando se le comprimia
y se enfriaba cuando se le permitía expandirse; es decir, había descubierto los procesos adiabáticos en la
atmósfera. Hutton, un geólogo escocés, descubrió que podía producir nubes a escala del laboratorio y
llovizna por el enfriamiento de una cantidad de aire saturada. Hasta finales del siglo XVIII, parecía que lo más
cerca que el hombre conseguiría estar nunca en la atmósfera superior era la cumbre de las montañas; con
esta idea, en 1749 el astrónomo escocés Alexander Wilson acopló termómetros a cometas, con la confianza
de poder medir las temperaturas atmosféricas a cierta altura. En 1782 los hermanos Montgolfier
consiguieron elevar un aerostato, llenándolo con aire caliente. Un año después de esto, el americano John
Jeffries realizó un viaje sobre Londres, provisto de un barómetro y otros instrumentos, así como de un
dispositivo para recoger muestras de aire.
Examinando gráficas de modelos de circulación atmosférica, el meteorólogo norteamericano James
Espy (1785-1860) usó los modelos de Franklin de vientos en tormentas para determinar que un centro de
presión baja tenía una corriente de aire de flujo en espiral hacia el interior y era arrastrada por la circulación
atmosférica general. Espy fue uno de los primeros científicos en proponer que el proceso de convección
produciría nubes, en 1850 descubrió que la liberación de calor latente en la condensación del vapor de agua
jugaba un rol muy importante en el crecimiento de las nubes convectivas, también reconoció que algunas
nubes dejan de crecer por la ausencia del movimiento ascendente al encontrar capas estables en niveles
superiores. En 1735 el meteorólogo inglés George Hadley (1685-1768) propuso la existencia de una
circulación convectiva entre los polos y el ecuador, para explicar el origen de los vientos alisios. Un siglo
después, en 1835, el meteorólogo norteamericano William Ferrel (1817-1891) y el matemático e ingeniero
francés Gustave-Gaspard de Coriolis (1792-1843) dedujeron la causa por la que los vientos eran desviados
(aparentemente) hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, el llamado
efecto (o fuerza) de Coriolis. En 1851 el físico francés Jean-Bernard Foucalt colocó un enorme péndulo,
que se balanceaba colgado de la bóveda de una iglesia de París, pudiendo demostrar que la tierra giraba en
relación al movimiento del péndulo, que se mantenía constante respecto a las estrellas fijas. Poco después en
1857 el meteorólogo holandés Christopher Buys-Ballot (1817-1890) notó que, en el hemisferio norte, un
observador mirando hacia donde fluye el viento, tendría la presión alta a su derecha; mientras que en el
hemisferio sur, el observador tendría la presión alta a su izquierda. Este efecto se conoce como la Ley de
Buys Ballot. El físico y meteorólogo francés Henri Bénard (1874-1939) estudió las circulaciones convectivas
del aire. El físico inglés Adán Walker (1731-1821), inventor de un anemómetro y del primer pluviógrafo.
En 1892 se diseñaron y lanzaron globos no tripulados, provistos de instrumentos. El meteorólogo
francés León-Philippe Teisserenc de Bort (1855-1913) se dedicó a estudiar la atmósfera con globos
equipados con instrumentos, realizando las primeras observaciones sistemáticas de la atmósfera superior;
sugirió que la atmósfera podía estar formada por solo dos capas: la troposfera, desde la superficie hasta unos
12 km de altura, con todos los gases conocidos y conteniendo los fenómenos meteorológicos como
tormentas, lluvia, vientos, etc. y una segunda capa, la estratosfera, sin fenómenos meteorológicos y
compuesta de solo helio e hidrógeno.
De la misma forma en que los trabajos sobre meteorología de Espy habían sido anticipados por
Franklin, así había ocurrido en cierta medida, con los descubrimientos del oceanólogo norteamericano
Matthew Fontaine Maury, pués Franklin ya había estudiado la corriente del Golfo. Maury logró el apoyo de
muchos capitanes de buques para colectar datos sobre las corrientes y la atmósfera de los océanos; su
trabajo le condujo a la creación del Observatorio Naval de los Estados Unidos.
El químico inglés Sir William Ramsay (1852-1916) junto con el físico y
químico Lord Rayleigh (1842-1914) descubrieron en 1894 el Argón y al año
siguiente el Helio. Poco después, Ramsay con Travers descubrieron los demás
gases raros de la atmósfera. Por su parte, Rayleigh explicó el color azul del cielo y
los procesos de convección que se forman en las nubes altocumulus, también
derivó una ecuación lineal para los movimientos del flujo calentado en su parte
inferior.
Hacia el final del siglo pasado había surgido la idea de acumular datos del
tiempo atmosférico y climatológico de muchos lugares de la tierra para fines de
eventual si no inmediata predicción del tiempo meteorológico futuro. Leverrier
213
Rayleigh
inició la idea de transmitir datos meteorológicos telegráficamente como base para la predicción de las
tormentas de las que se sabía seguían una trayectoria con sentido de oeste al este en las latitudes medias.
En la última parte del siglo XIX este plan fue activado por subdivisiones políticas en varios paises y pronto
empezaron a funcionar oficinas meteorológicas. En 1873, se formó el primer comité internacional, que poco
tiempo después evolucionó para convertirse en la Organización Mundial Meteorológica de las Naciones
Unidas. A partir de esa fecha, numerosos paises crearon sus respectivos servicios meteorológicos. En el
caso particular de México, durante 1877 se creó el Observatorio Meteorológico y Astronómico Nacional, poco
después en 1901 se forma el Servicio Meteorológico Nacional, bajo la dirección del Ing. Mariano Barcena,
quién coordinaba las investigaciones sobre el clima y el tiempo atmosférico.
El climatólogo y biólogo ruso-alemán Wladimir Köppen (1846-1940) dedicó su vida al estudio del
clima y su relación con la vegetación; es autor de varios trabajos sobre climatología. Su primera gran
clasificación climática en 1900 se basó en las zonas de vegetación. Sus estudios climáticos son
fundamentalmente empíricos y basados en los valores medios de la precipitación y la temperatura, para cada
región del mundo.
La importancia de la radiación solar como fuente del calentamiento y energía para los fenómenos
atmosféricos fue reconocida desde 1686 con los trabajos de Halley. Hacia 1800, el astrónomo inglés William
Herschell (1738-1822) realizó un experimento tan sencillo como interesante; en un haz de luz solar que
pasaba a través de un prisma, mantuvo un termómetro junto al extremo rojo del espectro, observando que la
columna de mercurio ascendía. Evidentemente, existía una forma de radiación invisible a longitudes de onda
que se hallaba por debajo del espectro visible, descubierto por Newton en 1666. La radiación descubierta
por Herschel recibió el nombre de radiación infrarroja, por debajo del rojo. Aproximadamente por la misma
época, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter exploró el otro extremo del espectro, descubrió la radiación
ultravioleta, más allá del violeta.
Wien
La naturaleza física de la radiación solar fue entendida a partir de los
trabajos de el físico alemán Gustav Kirchhoff (1824-1887) en 1860; del físico
inglés James Maxwell, quién en 1864 elaboró una teoría que predecía la
existencia de toda una familia de radiaciones asociadas a los fenómenos eléctricos
y magnéticos: la radiación electromagnética; el físico austriaco Joseph Stefan
(1835-1893), quién hizo estudios de la radiación electromagnética, descubriendo la
ley de Stefan en 1879; de Boltzmann en 1884; de Wilhelm Wien (1864-1928)
físico alemán, quién investigó la radiación del cuerpo negro y estableció la ley
sobre la repartición de las radiaciones emitidas en función de la temperatura en
1895 y del físico alemán Max Planck (1858-1947), quién desarrollo la teoría
cuántica a principios del siglo XX.
En relación al desarrollo de la dinámica atmosférica, todos los avances científicos fueron logrados
gracias al trabajo y esfuerzo de muchos investigadores, entre los que destacan: el astrónomo polaco Nicolás
Copérnico (1473-1523), el astrónomo danés Tycho Brahe (1546-1601), el astrónomo alemán Johann
Kepler (1571-1630), el físico italiano Galileo Galilei (1564-1642), y el físico y matemático inglés Isaac
Newton (1642-1727), quién propuso las tres leyes de movimiento de los cuerpos; todos ellos precedidos por
los sabios griegos Arquímedes (287-212 a.C), Euclides (330-275 a.C.) y Pitágoras (582-497 a.C.). Aunque
las leyes de Newton dan una explicación de la relación entre la masa, la fuerza y la aceleración de los
cuerpos, estas no aclaran mucho sobre la naturaleza, ni las causas, de las fuerzas que actúan sobre la
atmósfera. Las leyes de Newton (del movimiento), de Boyle y Charles (de los gases) y de Joule (de la
conservación de la energía), forman los principios fundamentales, para poder dar una explicación de los
fenómenos termodinámicos y dinámicos en la atmósfera. Con estos principios se sentaron las bases para el
desarrollo de la hidrodinámica y aerodinámica clásicas, iniciadas a mediados del siglo XIX, casi
simultáneamente con el desarrollo de los principios de la termodinámica. Algunas de los mas importantes
contribuciones se debieron a los trabajos del matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782); del matemático
suizo Leonardo Euler (1707-1782); del matemático francés José Luis Lagrange (1736-1813) y del
astrónomo francés Pierre-Simón Laplace (1749-1827), quienes comenzaron a examinar las consecuencias
de las leyes de Newton en el movimiento de fluidos ideales (sin fricción); poco después se hicieron notorias
grandes diferencias con los fluidos reales y el efecto de la fricción, por el ingeniero inglés Osborne Reynolds
(1842-1912), el meteorólogo inglés William Napier Shaw (1854-1945) y el físico irlandés George Stokes
214
(1819-1903). Posteriormente se estudiaron las propiedades turbulentas, de inestabilidad
y térmicas convectivas de los fluidos, por el físico y filósofo austriaco Ernest Mach
Ekman
(1838-1916), el físico inglés John William Strutt Lord Rayleigh (1842-1919), los físicos
alemanes V.Ekman (1874-1954) y Ludwig Prandtl (1875-1953); por los ingleses
O.Sutton y Geoffrey I. Taylor (1886-1975), el físico húngaro-americano Theodore Von Karman (1881-1963)
y los rusos A.N. Kolmogorov (1903-1967) y Aleksandr Obukhov (1918-), quién realizó valiosas
investigaciones sobre la teoría de la turbulencia y su aplicación a la meteorología.
3. El Desarrollo Moderno y Tecnológico de la Meteorología.
En la actualidad, en el siglo XX, aún hay una gran cantidad de fenómenos naturales que no se han
explicado e incluso que son prácticamente impredecibles. Cuantas veces se oye decir que los meteorólogos
de la radio o televisión pronostican que habrá lluvia, y sin embargo, se tenga un cielo completamente
despejado de nubes!. Es muy fácil decir que los meteorólogos son más bien ‘mentirólogos’, pués parece que
la mayoría de las veces no le ‘atinan’ al tiempo. En realidad, lo que pasa es que nunca se repiten las mismas
condiciones atmosféricas, de tal manera que el pronóstico meteorológico solo se puede hacer estimando una
cierta probabilidad de que suceda tal evento, pero muy difícilmente con una probabilidad del 100 %.
La variación de la composición y estructura de la atmósfera en la altura fue inicialmente detectada en
el siglo XVII, al notarse las variaciones en las montañas; sin embargo, fue a partir del inicio del siglo XX, con
el uso de distintos instrumentos, cuando se empezaron a medir los distintos parámetros atmosféricos. En
1900 el meteorólogo francés Léon-Philippe Teisserenc de Bort (1855-1913) observó por primera vez la
atmósfera por medio de globos, descubrió una fuerte inversión de la temperatura, a partir de la cual se inicia
la estratosfera, donde la temperatura disminuía con la altitud hasta unos 15 kilómetros, para después
continuar aumentando. A partir de este descubrimiento, se continuo la observación de las otras capas
atmosféricas, tanto por medio de globos, como cohetes, particularmente para el estudio de la mesosfera y
termosfera. Unos años mas tarde, Kennelly y Heavyside descubrieron la ionosfera
(la región de la estratosfera que contiene una alta concentración de iones). La
presencia de capas ionizadas en la atmósfera superior fue muy estudiada por el físico
inglés Edward Appleton (1892-1965) quién descubrió las capas E y F en la
ionosfera. El origen de la ionización fue descubierto por Hess, quién encontró que la
atmósfera estaba continuamente bombardeada por partículas y radiación de alta
energía provenientes del espacio exterior y del sol. En 1958 los satélites
norteamericanos y soviéticos registraron unos anillos de radiación, en forma de dona,
que rodean la Tierra a una distancia entre 700 y 48,000 km de la superficie terrestre;
fue el físico norteamericano James Van Allen quién descubrió los cinturones de
radiación de alta energía que circundan la tierra. La existencia de la ozonosfera fue
Appleton
inicialmente propuesta por por el físico inglés Hartley en 1880 y posteriormente
descubierta a principios del siglo XX; fue el físico inglés Sidney Chapman en 1930
quién estudió los procesos fotoquímicos para explicar la generación del ozono.
El físico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) sugirió que los cambios
pequeñisimos en el contenido de CO2 de la atmósfera podían originar los cambios
climatológicos, que varían desde un amplio mundo tropical hasta las extensas
edades glaciares. Una teoría mas reciente expuesta por el oceanógrafo
norteamericano William Ewing supone que cuando el clima llegó a ser bastante
caliente para fundir el hielo en el ártico, el vapor de agua entró en la atmósfera y
proporcionó nieve para formar los glaciares en las regiones continentales.
Arrhenius
215
Los físicos suizos Auguste y Jean-Felix Piccard (1884-1962) fueron de
los primeros que ascendieron a la estratosfera en un globo, alcanzando una altitud
aproximada de 17 km, en 1931, y de las profundidades submarinas con su
batiscafo. En 1938, un globo, llamado Explorer II, llegó hasta los 20 km, y en 1960,
los globos tripulados habían alcanzado ya alturas de mas de 34 km, mientras que
los no tripulados ascendieron hasta cerca de los 47 km. Con todas estas nuevas
formas de exploración, se pudo descubrir y explicar la estructura vertical de las
distintas variables atmosféricas.
Hacia los comienzos del siglo XX, dos
Piccard
investigadores usaron los cohetes (que habían sido
uspor los chinos en el siglo XIII) para estudiar la atmósfera superior y
inventados
el espacio exterior (con anterioridad, el escritor francés Julio Verne había
imaginado un cañón con un dispositivo de lanzamiento para su viaje de la tierra
a la luna): el físico ruso Konstantin Tsilkovski (1857-1935) y el físico
norteamericano Robert Goddard (1882-1945). Goddard, en los años 1934 y
1935, logró construir un cohete con autopropulsión a base de oxígeno líquido,
con una velocidad máxima de cerca de 884 km/hr. El 4 de octubre de 1957, las
Tsilkovsky
teorías de Tsilkovsky fueron hechas realidad por la
Unión Soviética al poner en órbita el primer satélite: El Sputnik I, iniciándose la era
espacial. Poco después el científico alemán Wernher Von Braun (1912- ), el 31 de
enero de 1958, puso en órbita el primer satélite artificial de Estados Unidos: El Explorer
I. Desde entonces, ambos paises han lanzado cientos de satélites de todo tipo: para
comunicación, de televisión, científicos, etc. En particular, el primer satélite
meteorológico, El Tiros I fue lanzado el 1 de abril de 1960, por los Estados Unidos, con
el que se obtuvieron miles de fotografías de la nubosidad terrestre y se pudieron hacer
las primeras investigaciones de los fenómenos meteorológicos de distintas regiones del
mundo donde aún no se tenía información; por ejemplo, se pudieron hacer
Braun
observaciones de la zona de generación de huracanes, la evolución de los mismos, etc.
Hacia fines de la década de los 1960’s, los servicios meteorológicos de los distintos paises usaban con
regularidad las imágenes de satélite para hacer sus predicciones.
Por si solos, los cohetes no hubiesen sido de tanta trascendencia en la investigación de la atmósfera,
de no ser por otro invento paralelo, que fue la telemetría, que fue aplicada por primera vez en 1925 a la
investigación atmosférica en un globo, por el científico ruso Piotr A. Moljanov. Básicamente, esta técnica de
‘medir a distancia’ permitió que los investigadores tuvieran acceso a la información de zonas remotas en la
atmósfera, los océanos y el espacio exterior, hasta la época vedadas. Con estas nuevas formas e
instrumentos de observar la atmósfera superior, el geofísico inglés Sidney Chapman investigó por primera
vez las características de la ‘mesosfera’ en 1950.
Robert Billwiller (1849-1905), meteorólogo suizo, introdujo el sistema de avizos telegráficos
rutinarios sobre el estado del tiempo y sobre pronósticos del tiempo en Europa. Durante la Segunda Guerra
Mundial, tanto los japoneses como los estadounidenses, descubrieron la existencia de la ‘corriente de chorro,
localizada en las latitudes medias a una altura promedio de 8-12 km, donde se observan vientos con
intensidades de 800 km/hr, que soplan de oeste al este,
La Oscilación del Sur fue descubierta por Sir Gilbert Walker, en la década de 1920. Walker fue uno
de los primeros meteorólogos en aplicar las técnicas estadísticas para analizar y predecir los fenómenos
meteorológicos. Más tarde se descubrió la circulación tridimensional este-oeste, relacionada con la Oscilación
del Sur, siendo llamada “Circulación Walker”.
A principios de 1940, los norteamericanos Vincent Joseph Schaefer (1906- ) e Irving Langmuir
(1881-1957), fueron de los primeros científicos que trabajaron la modificación del estado del tiempo; en 1946
un avión arrojó anhídrido carbónico (hielo seco) sobre un banco de nubes. Se creé que estos experimentos
dieron lugar a la primera precipitación atmosférica artificial de la historia. Bernard Vonnegut (1914-?) físico
norteamericano, analizó las propiedades del hielo y sus aplicaciones; comprobó que los cristales de yoduro de
plata sirven como partículas higroscópicas que pueden producir lluvia artificial.
216
Alfred Wegener (1880-1930) geofísico y meteorólogo alemán, escribió
varios libros sobre la atmósfera, el clima y el origen de los continentes y los
océanos. En 1906, Wegener usó por primera vez papalotes y globos para estudiar
la atmósfera polar. Publicó en 1915 uno de los libros más controversiales e
influyentes de la ciencia moderna: El origen de continentes y océanos, en donde
plantea su famosa teoría sobre la deriva continental.
A finales del siglo XIX y principios del XX, la comunidad científica le dió
una gran atención al estudio de los fenómenos atmosféricos, particularmente al
pronóstico del estado del tiempo, gracias a la invención de distintos instrumentos y
Wegener
aparatos de observación y medición y por la organización de redes locales de
observación. Algunos de los conceptos de mayor impacto fueron por ejemplo aquellos por el grupo de
científicos noruegos como el físico Vilhelm Bjerknes (1862-1951), el físico Jacob Bjerknes (1897-1975) y
Tor Bergeron (1891-1959), con sus modelos de circulación atmosférica, al demostrar los efectos dinámicos
de las variaciones de densidad, tan importantes en el movimiento de la atmósfera y los océanos; también
observaron que, a través del movimiento de las nubes, las distintas perturbaciones atmosféricas se pueden
desarrollar y evolucionar a grandes vórtices (tales como las tormentas extratropicales) o perturbaciones en los
vientos del oeste en la alta tropósfera, con la que posteriormente pudieron desarrollar su teoría de los frentes
meteorológicos, basada en el movimiento de las masas de aire. Cuando se aplicaron estos conocimientos a
la meteorología operacional, se mejoraron considerablemente los pronósticos del estado del tiempo.
Poco después el meteorólogo sueco Carl Gustav Rossby (1898-1957) y
otros ampliaron estos conceptos para desarrollar la teoría de las ondas planetarias y
las corrientes de chorro en la alta tropósfera, las cuales fueron observadas durante
la II guerra mundial. Posteriormente fue evidenciado la fuerte conección entre los
sistemas ondulatorios de la alta troposfera con el desarrollo de los distintos
fenómenos en la superficie.
En la actualidad hay satélites artificiales meteorológicos orbitando la tierra
que observan continuamente la atmósfera y la superficie de la tierra, que transmiten
información e imágenes de los distintos parámetros atmosféricos y oceánicos. La
Organización Meteorológica Mundial tiene a su cargo la coordinación de los
programas mundiales para operar la red mundial de datos atmosféricos.
Rossby
La predicción meteorológica es una ciencia compleja que requiere, para su precisión, de una
observación frecuente de estados del tiempo en todo el planeta. Antes de la era espacial resultaba imposible
lograr estas condiciones, ya que se carecía de redes de observatorios en las regiones selváticas, mares,
océanos y montañas, y se contaba solo con pocas estaciones meteorológicas terrestres que proporcionaban
información puntual y ocasional. En muy pocas veces se obtenía información basada en el sondeo vertical
mediante globos meteorológicos. La utilización de satélites meteorológicos se inicia en los años sesenta, y
actualmente se cuenta con dos tipos de satélites meteorológicos, los puestos en órbita polar, que se mueven
alrededor de la tierra a una altura de 1,000 km pasando por los polos 1 vez cada 24 horas y los puestos en
órbita geoestacionaria, situados a 36,000 km sobre la superficie terrestre, los cuales están fijos con respecto
al ecuador terrestre, moviéndose con ellos. Estas nuevas plataformas de observación telemétrica han
revolucionado la investigación y operación meteorológica.
Los satélites contribuyen también a la pronta detección y observación del desenvolvimiento de
tempestades. Con ayuda de satélites de comunicación, se estableció a nivel mundial un sistema de alarma
para alertar la población y así evitar o reducir las pérdidas de vidas humanas y daños materiales.
En los comienzos del siglo XX la ciencia de la meteorología sentó sus fundamentos teóricos. A partir
del siglo XVII hasta principios del siglo XX, las leyes de movimiento, formuladas por Newton, y las leyes de
termodinámica, fueron adaptadas para describir el movimiento de la atmósfera en la tierra en rotación y los
procesos del aire y el vapor de agua. Sin embargo, poco avance se logró en el área del pronóstico
meteorológico; los pronósticos se hacían en forma intuitiva, los meteorólogos analizaban ejemplos pasados
similares, para proponer la posible evolución del fenómeno. Sin embargo, este método subjetivo, simple y
modesto, no era suficiente para cubrir las necesidades operativas, pués siempre se encontraba un desarrollo
217
diferente en la evolución del fenómeno, el tiempo meteorológico es tan variable, que nunca parece repetirse
en la misma forma.
Los meteorólogos han sabido desde hace mucho tiempo que el método de casos análogos no está
basado en principios científicos. En 1901 el meteorólogo americano Clevelan Abbe, propuso cambiar los
métodos subjetivos y empíricos del pronóstico del tiempo a métodos matemáticos y científicos. Tres años
después, el físico noruego Vilhelm Bjerknes, independientemente, propuso la misma idea. Sin embargo,
estos dos científicos estaban fuertemente limitados por los bancos de datos, que en esa época no incluían la
atmósfera superior, ni datos sobre los océanos, por lo que no pudieron encontrar un camino para hacer un
pronóstico matemático del estado del tiempo.
Pocos años después, el matemático inglés Lewis Fry Richardson (18811953) encontró un camino y pudo establecer las bases matemáticas para el
pronóstico numérico del estado del tiempo, en su libro publicado en 1922;
desgraciadamente, sus métodos matemáticos requerían una gran cantidad de horashombre de cálculo (incluso meses) de trabajo, por lo que no pudo lograr buenos
pronósticos. Después del invento de las computadoras, se pudo descubrir cuales
fueron los errores que Richardson cometió en esos primeros cálculos. El físico
húngaro John Von Neumann (1893-1957) profesor de la Universidad de Princeton,
organizó un grupo de trabajo en 1946 para desarrollar el primer modelo
Lorenz
computacional de pronóstico del tiempo, con ayuda de la computadora llamada
MANIAC (analizador matemático, integrador numérico y computadora). En 1922
Jacob Bjerknes y el físico noruego Halvor Solberg (1895- ) compararon la evolución de un ciclón
extratropical con la amplificación de una onda. Poco después Solberg analizó el problema de la ciclogénesis
como un problema de inestabilidad de ondas, el cual fue crucial para el entendimiento de la teoría del caos,
propuesta por Edward Lorenz.
En 1949 el meteorólogo inglés E.T. Eady notó que casos muy similares, podían evolucionar de
manera totalmente diferente, pequeños errores en las observaciones o en el análisis, podían crecer a
grandísimas diferencias en el pronóstico de los siguientes dias. La teoría de ciclogénesis de Solberg no pudo
ser completa, pués no se tenían observaciones de la atmósfera superior. Con la invención de la radiosonda
en 1927, por el meteorólogo finlandés Vilho Vaisalla (1899-1969), se pudo recolectar los datos necesarios y
en 1937 Jacob Bjerknes pudo descubrir ondas en la atmósfera superior. Dos años mas tarde, Carl-Gustaf
Rossby, quién fundó el Departamento de Meteorología en el Instituto Tecnológico de Massachussetts en
1928, proporcionó la primera teoría matemática para explicar las ondas atmosféricas, que fueron nombradas
ondas de Rossby. Durante la II Guerra Mundial, se dió un fuerte avance a la red de observaciones de altura,
por lo que fue posible obtener la primera imagen tri-dimensional de una tormenta extra-tropical. En 1944
Jacob Bjerknes y Jorgen Holmboe propusieron una teoría sobre la dinámica de estos ciclones extratropicales. Poco después, en 1944, el meteorólogo americano Jule Charney, un estudiante de Holmboe, usó
la teoría de Bjerknes-Holmboe y las ondas de Rossby para estudiar la ciclogénesis de las tormentas,
usando un modelo numérico, el cual fue probado hasta 1950, cuando se usaron las primeras computadoras.
Sin embargo, durante las siguientes dos décadas la tecnología de las computadoras avanzó
enormemente, mientras que el pronóstico numérico del estado del tiempo, prácticamente no evolucionó. Este
resultado, hizo suponer al matemático y meteorólogo americano Edward Lorenz, desde principios de los
1960’s, que el problema radicaba en la naturaleza misma de la atmósfera y no en la capacidad de los
modelos numéricos o las computadoras, es decir en el caos propio de los fenómenos de la atmósfera.
Conforme se fueron mejorando las observaciones de la atmósfera, a partir de la II guerra mundial, se
fueron también mejorando las teorías y modelos atmosféricos para la comprensión y el pronóstico
meteorológico. Durante las últimas décadas, las escuelas Americana y Europea, principalmente, han logrado
un gran avance en el conocimiento de las ciencias atmosféricas, todo lo cual a revelado la necesidad de
cambiar muchos conceptos antiguos sobre la circulación general de la atmósfera. Se ha hecho posible aplicar
los principios de la hidrodinámica y la termodinámica al problema del pronóstico meteorológico y
climatológico, generándose distintos modelos computacionales que regularmente proporcionan sus
pronósticos a la industria, al comercio, al gobierno y al público en general.
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Los métodos para hacer la predicción meteorológica han evolucionado a grandes pasos desde la II
Guerra Mundial, como consecuencia de los avances tecnológicos: en computación, en observación por
radares y satélites, y en telecomunicaciones. Se han inaugurado muchas universidades y centros de
investigación especializados en la meteorología. En escala local, los datos se transmiten principalmente por
teletipo y radio simultáneamente a distintos centros receptores alrededor del mundo; en cuestión de mas o
menos una hora, se tienen formados los bancos de datos usados para el diagnóstico y la predicción del
estado del tiempo. El Sistema Global de Telecomunicaciones de la Organización Meteorológica Mundial tiene
la función principal de certificar la calidad y validez de los datos originales (de superficie, de altura, de
satélites, de aviones, de boyas, de buques, de radiosondeo). En el término de unas 2 horas después de las
observaciones, se han dibujado mapas meteorológicos del estado del tiempo en los centros meteorológicos y
aeropuertos alrededor del mundo, los cuales son transmitidos a los usuarios. Hasta hace unos pocos años,
los mapas meteorológicos eran preparados y dibujados por meteorólogos expertos en pronóstico; en la
actualidad los mapas y pronósticos meteorológicos son preparados en forma automática por grandes
sistemas computacionales; no obstante, aún con todos estos avances tecnológicos y computacionales, la
última decisión sobre el pronóstico meteorológico la toma e hombre, cuya imaginación, experiencia e intuición
aún no logra ser igualada por las máquinas.
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