In la década de 1960, el meteorólogo Edward Lorenz realizaba simulaciones meteorológicas en un sistema informático primitivo cuando se dio cuenta de que una pequeña diferencia en los redondeos conducía a predicciones climáticas extremadamente divergentes. Este fenómeno, conocido como el efecto mariposa, ilustra cómo pequeños cambios en las condiciones iniciales pueden producir resultados muy distintos.
Un mejor entendimiento de estas condiciones iniciales y de cómo el mundo biológico se acopla con el atmosférico puede mejorar las predicciones sobre el futuro del planeta, desde dónde se necesitarán paraguas en una temporada determinada hasta dónde podrían verse afectadas las necesidades eléctricas.
Hoy en día, los ordenadores son mucho más potentes que en la época de Lorenz, y los científicos utilizan un tipo especial de simulación que integra la física, la química, la biología y los ciclos del agua para intentar comprender el pasado y predecir el futuro. Estos modelos, llamados modelos de sistema terrestre (ESM, por sus siglas en inglés), tratan de considerar al planeta como un sistema compuesto por componentes que interactúan entre sí. Los primeros modelos físicos del clima se desarrollaron en las décadas de 1960 y 1970, y con el tiempo se han integrado mejor los modelos atmosféricos y oceánicos.
“Se trata de acoplar un modelo atmosférico, un modelo oceánico, un modelo de hielo marino y un modelo terrestre para obtener una imagen completa de un sistema físico”, explicó David Lawrence, científico senior en el Laboratorio de Dinámica Climática y Global del Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR). Estos modelos también van más allá de los componentes físicos del planeta, incluyendo la química y la biología.
Resultados Sorprendentes
Al hacerlo, los ESM pueden llegar a conclusiones sorprendentes. En 2023, por ejemplo, el Modelo de Sistema Terrestre Exascale de Energía (E3SM), desarrollado por el Departamento de Energía, descubrió que la forma de las cavidades en el hielo antártico afecta significativamente las mareas a muchos kilómetros de distancia, en la costa de América del Norte. Esta conexión, separada por hemisferios, es solo un ejemplo de cómo la inclusión de variables inesperadas puede influir en resultados del mundo real.
E3SM es uno de los principales modelos de sistema terrestre del mundo, en el que el DOE ha trabajado durante más de una década, liderado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. Sin embargo, bajo las propuestas de recortes presupuestarios de la administración del presidente Donald Trump, E3SM y la investigación sobre sistemas terrestres están en peligro. El sitio web del modelo ha sido despojado de información y los presupuestos federales propuestos han terminado con su uso futuro para actividades relacionadas con el clima, aunque no está claro cómo se desarrollará esto.
E3SM es más detallado que la mayoría de los modelos, ofreciendo resultados más precisos en un área determinada. Se utiliza para predecir eventos extremos, como inundaciones, y a diferencia de la mayoría de los otros modelos, para entender cómo el clima interactúa con el sistema energético, como cómo el clima extremo puede afectar la red eléctrica.
El DOE ya ha anunciado alrededor de 100 millones de dólares en financiación entre 2018 y 2022 para mejorar el modelo, una suma que no incluye los recursos destinados a su desarrollo inicial. Sin embargo, esas inversiones recientes pueden estar en duda. “No hay nada definitivo”, dijo Lawrence. Pero el presupuesto propuesto por la agencia reduciría tanto la financiación como las capacidades.
Mientras tanto, los expertos advierten que los recortes de financiación podrían significar que las capacidades de modelado se trasladen al extranjero, que algunas investigaciones nunca se realicen y que se pierda experiencia.
Andrew Dessler, profesor de ciencias atmosféricas en la Universidad de Texas A&M, señaló que países como China podrían alcanzar al nivel de EE. UU. “Sería muy difícil para ellos tener una organización científica más respetada que la de EE. UU.”, comentó. “Nuestras universidades de investigación son realmente la envidia del mundo, y nuestros laboratorios gubernamentales también.”
El Futuro de E3SM
Los científicos de E3SM buscan entender cómo cambia la Tierra con el tiempo y cuánto varían las condiciones dentro de proyecciones a largo plazo. Su objetivo es incorporar suficiente química, física y biología para crear un “gemelo digital” del planeta, modelando la Tierra de manera fiel a su forma real.
Este es un objetivo ambicioso, especialmente dado que alcanzar incluso el actual estado menos parecido a un gemelo tomó más de 10 años de desarrollo y ajustes de software. “Los modelos son muy grandes en términos de la cantidad de código que hay”, dijo Lawrence.
Alrededor de 30 años atrás, científicos del NCAR comenzaron a trabajar en el modelo comunitario basado en una fundación existente en la agencia. En la construcción del modelo comunitario, colaboraron con investigadores del DOE, que co-patrocinaron el modelo. Sin embargo, el DOE decidió seguir prioridades de investigación ligeramente diferentes.
Una de estas prioridades, que comenzaron a perseguir en 2014 con el lanzamiento oficial del proyecto, involucró aprovechar ordenadores potentes. Además de estudiar el clima y la energía, el DOE también se encarga de las armas nucleares y posee algunos de los superordenadores más potentes del mundo.
Tras alrededor de una década de desarrollo, los científicos de E3SM lograron su objetivo principal en 2023: una simulación terrestre construida para un superordenador exascale. Después de una revisión programada para más adelante este año, el proyecto comenzará su cuarta iteración en 2026.
E3SM ha sido útil tanto para investigadores del DOE como para investigadores independientes, quienes utilizan el modelo para responder a sus propias preguntas. Por ejemplo, el investigador ambiental Yi Yao utilizó E3SM para entender cómo la irrigación afecta no solo al planeta, sino también a las personas.
Yao descubrió que la irrigación contribuye a la “calidez húmeda”, que es esencialmente la humedad, tanto natural como provocada por el ser humano. “Los agricultores que trabajaban en el campo, su salud—su vida incluso—puede estar en peligro por la calidez húmeda”, explicó. La irrigación, de hecho, ha sido propuesta como una estrategia para gestionar el calor, al enfriar la temperatura de la superficie, algo que su estudio demuestra que no sería efectivo.
El trabajo de Yao comparó resultados de una variedad de ESM, lo cual es una práctica común en el campo y parte de la razón por la que tener múltiples modelos es importante. “Obviamente, la física del mundo, la biología del mundo, la química del mundo, solo hay una versión de eso”, explicó Lawrence. “Pero cómo se representa eso es tan complejo que no hay una sola respuesta.” Interpolar entre diferentes respuestas ayuda a los científicos a aprender más de lo que podrían de un solo modelo.
Otros científicos han utilizado recientemente E3SM para descubrir que el aumento de las temperaturas promedio puede convertir tierras agrícolas en generadores de carbono en lugar de sumideros de carbono, que las lluvias intensas empujan nutrientes hacia el Golfo de México, y que los huracanes del Pacífico que inicialmente se dirigen hacia el oeste pero luego giran hacia el norte disminuyen el número de incendios forestales en el suroeste estadounidense.
Más allá de grandes preguntas climáticas, los modelos de sistema terrestre como E3SM también son útiles a un nivel más práctico. Esto es especialmente cierto a medida que los científicos trabajan para hacerlos más confiables con el tiempo, “para que realmente puedas usarlos para tomar todo tipo de decisiones, ya sea qué vas a hacer en tus vacaciones de verano o cómo vas a lidiar con el aumento del nivel del mar en tu región”, dijo Lawrence. Sin embargo, cuán útiles y disponibles serán los ESM estadounidenses en los próximos años depende de la financiación y su desaparición. En general, la investigación climática en el DOE ha estado en la mira de la administración Trump.
Según la reciente solicitud de presupuesto del DOE, E3SM seguirá existiendo, pero aparentemente sin una de sus principales razones de ser. “Cualquier actividad del Modelo de Sistema Terrestre Exascale de Energía (E3SM) que involucre el clima está terminada”, señala la solicitud de presupuesto de 2025, aunque no está claro cómo un modelo climático puede evitar el clima.
Yao observó que sería muy difícil excluir completamente el clima, dado que la atmósfera es un componente importante del sistema terrestre. El documento señala “inversiones en el refinamiento adicional de la ciencia que sirva a las prioridades de la administración”, y detalla la tecnología que se utilizará para avanzar en el modelo, como la inteligencia artificial y ordenadores más potentes.
En 2026, el presupuesto propuesto reduce la financiación del DOE para la modelización de sistemas terrestres y ambientales de alrededor de 110 millones de dólares a 30 millones de dólares. “La financiación se consolidará bajo este subprograma para centrarse en apoyar la investigación de mayor prioridad de la administración”, señala el documento, aunque no especifica cuáles son esas prioridades.
La solicitud de presupuesto de la Fundación Nacional de Ciencias también indica que su financiación para el NCAR, que supervisa el laboratorio donde trabaja Lawrence, “reducirá pero continuará apoyando la investigación para refinar los modelos de clima y sistema terrestre y para comprender mejor la evolución de los incendios forestales”. El gobierno federal terminó una subvención que apoyaba una actualización del modelo, aunque gran parte del trabajo ya se había completado.
La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica propuso una reducción de financiación de alrededor del 25 por ciento, siendo muchos de los recortes relacionados con el cambio climático. Para muchos expertos en el campo, el futuro de esta investigación puede parecer impredecible, como el clima mismo.
T estos recortes han generado preocupación entre los científicos a nivel global. En Europa, donde Yao está basado, lo que sucederá con los ESM estadounidenses es motivo de gran preocupación. “Este es el tema de cada mesa de almuerzo aquí”, comentó.
“Es bastante triste”, añadió, “porque EE. UU. siempre ha sido un líder en el campo.”
Sin embargo, es difícil para los científicos estadounidenses liderar si no pueden describir su trabajo, ya que algunas orientaciones gubernamentales ahora prohíben ciertos términos clave. Un informe de mayo de un periódico local indicó que un documento interno del Laboratorio Lawrence Livermore había señalado que el laboratorio “ha sido dirigido a reformular o eliminar palabras y frases específicas de todos los medios externos, páginas web y comunicaciones públicas”. Esos términos incluían “cambio climático”. Cuando se le preguntó por correo electrónico sobre el informe, Jeremy Thomas, un oficial de información pública de Lawrence Livermore, respondió: “No podemos comentar sobre el informe de The Independent.”
Según Dessler, estos recortes no son solo una negación del cambio climático en términos científicos. “Hay un impulso para deshacerse de la ciencia que puede ser utilizada para regular”, afirmó, ya sea en relación con pesticidas o carbono.
Sin embargo, incluso si los modelos se reducen en EE. UU., pueden existir opciones para mantenerlos en funcionamiento, por ejemplo, duplicando sus capacidades en otros lugares. Esto ya ha sucedido en el lado de los datos: durante la administración Trump, había temores de que el gobierno borrara datos climáticos, por lo que personas como John Baez, un matemático emérito de la Universidad de California, Riverside, respaldaron esos datos. En la administración actual, otros han tomado medidas, creando archivos como el proyecto “Safeguarding Research & Culture”, que ha recopilado una variedad de conjuntos de datos y publicaciones y se ha asegurado de que sean públicos y accesibles.
Los científicos podrían teóricamente hacer algo similar para los ESM. “Puedes restablecer ese modelo”, dijo Baez. “Así que si algún gobierno europeo decide asumir la responsabilidad de este modelo exascale, puedo imaginar que eso se haga.” Sin embargo, Lawrence advirtió que para ser útil, un modelo necesita estar acompañado de personal con la experiencia científica y técnica relevante para ejecutarlo.
Pensar que otros países podrían reunir todos esos ingredientes a la vez podría ser optimista. “No es como si esta fuera la única responsabilidad que se está dejando caer en el regazo de otros países”, dijo Baez, “y si tendrán los fondos y la energía para perseguir todo esto, es poco probable.”
Dessler señaló que si E3SM desaparece o no recibe apoyo, la gente podría utilizar CESM, que tiene los mismos orígenes tecnológicos. Además, existen otros ESM, que siguen siendo avanzados incluso si no son exascale.
Para Dessler, la posible obsolescencia de un modelo específico no es el problema. “Creo que el problema mucho más grande es que simplemente van a eliminar el trabajo que se está realizando en el DOE sobre el clima”, afirmó.
Y esa eliminación incluye personas. “Lo que realmente es preocupante, creo, es la pérdida de capital humano”, agregó.
“No puedes generar un científico de la nada”, continuó. “Se necesita años para formar un científico, y para producir un científico senior se requieren décadas. Así que si no tienes científicos senior, estarás en problemas durante mucho tiempo.”
Entender cómo esa variable cambiante afectará al planeta probablemente requerirá un modelo aún más poderoso que un ESM.
“Creo que esa es realmente la historia”, concluyó Dessler.
Este artículo fue publicado originalmente en Undark. Lea el artículo original.
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