Elizabeth Bennet: la permanencia de un arquetipo literario en las pantallas contem poráneas

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Y sin embargo, en los fondos de Sanidad vegetal de organismos ofciales de la UE no aparece ninguna referencia a la utilización o recomendación del peróxido de hidrógeno H2O2 como herbicida, funcionalidad que hemos demostrado con respecto a otras especies acuáticas en trabajos previos (Del Moral-Martínez, J., et al., 2020; Jiménez, R., et al., 2020).

De esta manera, la hipótesis de nuestro trabajo plantea que una aplicación exógena adecuada de peróxido de hidrógeno (H2O2), de concentración de escasa o nula peligrosidad para el ser humano ni medio ambiente, pueda ser capaz de reducir la población de la planta acuática Lemna minor L. de manera signifcativa.

MATERIALES Y MÉTODOS:

• Población de Lemna minor L.

Vasos de precipitados de vidrio de 1000ml de capacidad llenos de agua recogida del río Guadiana de los primeros 15cm de la superfcie. Plantas visualmente sanas de Lemna minor L. recogidas en el mismo río y reproducidas vegetativamente en el laboratorio del colegio.

La unidad experimental está constituida por un recipiente con tantas plantas como sean necesarias para ocupar la mayor parte de la superfcie de cada vaso de precipitados -86.54cm2-, con una masa en gramos dentro del intervalo de [20, 25], con oxigenación continua mediante bombas de aireación y en condiciones de luz natural y temperatura ambiente. (Trabajo desarrollado en Badajoz -Extremadura- durante los meses de abril a mayo de 2021).

• Variables (5 repeticiones para cada variable ensayada)

A. Plantas pulverizadas con de H2O destilada (CONTROL)

B. Plantas pulverizadas con de H2O2 al 1,5 % en volumen.

C. Plantas pulverizadas con de H2O2 al 3% en volumen.

D. Plantas pulverizadas con de H2O2 al 4.5% en volumen.

Obs: el volumen de pulverización se estimó previamente para cubrir toda la superfcie de las plantas a tratar, resultando ser de 2ml por unidad experimental, constituyendo las disoluciones de peróxido de hidrógeno (H2O2) a partir de peróxido de hidrógeno al 30% de la marca Sigma-Aldrich.

• Magnitudes a considerar

- Masa total de planta viva y muerta por unidad experimental. - Superfcie de color verde en selección RGB, mediante el sofware libre de análisis de imagen ImageJ ®.

- pH de cada unidad experimental mediante el pH-metro portátil de marca Hanna.

Evaluación de la aplicación exógena de peróxido de hidrógeno (H2O2) para el control de la mala hierba acuática de los arrozales Lemna minor L.

• Observación de variaciones en la biodiversidad

Se tomaron alícuotas de 1ml por unidad experimental para observar bajo el microscopio óptico.

• Tiempo de valoración y procedimiento matemático de análisis

Se realizaron valoraciones durante 15 días y se analizaron mediante un ANOVA con un error experimental de α= 0,05 (95% de confanza), haciendo uso de

la aplicación on-line http://www.physics.csbsju.edu/stats/anova.html.

RESULTADOS

Tras obtener las distintas masas de las plantas de las unidades experimentales, y transformar los datos en porcentajes, se observan diferencias signifcativas, -con una p < 0.0001- (Tabla 1), entre los distintos tratamientos, refejándose una reducción en masa en torno al 40% con el tratamiento del 4,5% de H2O2 a los 15 días de su aplicación (Figuras 1 y 4).

Como el dato de la reducción en masa contempla también la masa de vegetal muerto que aún se encuentra en fotación, también se estimó la reducción de superfcie verde -que aún pudiese realizar fotosíntesis- que quedaba en cada recipiente, mostrando también diferencias altamente signifcativas -con una p < 0.0001- (Tabla 2) entre los distintos tratamientos, llegando en este caso a alcanzar reducciones superiores al 70% de superfcie verde, a los 15 días de su aplicación, para los tratamientos de 3% y 4,5% (Figuras 2 y 4).

El pH no varió signifcativamente al aplicar los tratamientos con respecto al control, siendo su intervalo de variación de [0’06, 0’37] durante el período de observación en las distintas unidades experimentales. Al fnalizar la experiencia, se observaron los valores de pH más elevados en todas las variables, situación que puede explicarse por el desarrollo de la actividad metabólica de las plantas en un medio acuático confnado sin renovación a un recipiente (Figura 3).

No se consiguieron refejar cantidades relevantes de microorganismos en las distintas muestras de agua del Guadiana, por lo que la infuencia de la aplicación de H2O2 a los mismos no pudo ser evaluada.

Comparando los datos con la experiencia similar desarrollada anteriormente para el control de la planta acuática potencialmente invasora, Linmobium

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Figura 01. Variación del porcentaje de masa de la población de L. minor en función del tiempo.

Figura 02. Variación del porcentaje de superficie verde de la población de L. minor en función del tiempo.

Figura 03. Variación de los valores de pH del agua, de las distintas unidades experimentales, en función del tiempo. Evaluación de la aplicación exógena de peróxido de hidrógeno (H2O2) para el control de la mala hierba acuática de los arrozales Lemna minor L.

Tabla 01.

ANOVA de variación de masa de los distintos tratamientos, obtenidos desde la aplicación online http://www.physics.csbsju. edu/stats/anova.html

Tabla 02.

ANOVA de variación de superficie verde del tapiz vegetal tras la aplicación de los distintos tratamientos, obtenidos desde la aplicación online http://www.physics.csbsju. edu/stats/anova.html laevigatum, se observan resultados similares, donde la aplicación de peróxido de hidrógeno reducía la masa en torno al 30% con el tratamiento del 4,5% de H2O2 a los 10 días de su aplicación, mientras que el tratamiento en Lemna minor, tuvo un éxito del 40% a los 15 días, variación que puede ser atribuida a las diferencias en tiempo de valoración y a las características de cada planta.

SOURCE OF SUM OF D.F. MEAN

VARIATION Squares

BETWEEN 6019. 3 Squares

2006.

ERROR

TOTAL 869.8 16 54.37

6889. 19

The probability of this result, assuming the null hypothesis, is 0.000 F

36.90

SOURCE OF SUM OF D.F. MEAN

VARIATION Squares

BETWEEN 1.8653E+04 3 Squares

6218.

ERROR 193.6 16 12.10

TOTAL 1.8847E+04 19

The probability of this result, assuming the null hypothesis, is 0.000 F

513.8

Figura 04. Aspecto de las unidades experimentales tras los 15 días del tratamiento.

CONTROL [1’5% H202] [3% H202] [4’5% H202]

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CONCLUSIONES

1. La aplicación de peróxido de hidrógeno de concentración al 4,5% en volumen muestra mayor efectividad que las de 1,5% y 3% en la reducción de la población de la planta acuática plaga de los arrozales Lemna minor L. 2. El pH inicial del agua empleada en el estudio no sufre variación relevante tras aplicar los distintos tratamientos. 3. No se han obtenido resultados para poder evaluar alteraciones en la biodiversidad tras la aplicación de los distintos tratamientos.

AGRADECIMIENTOS

A nuestros padres que nos han permitido invertir tiempo en esta investigación y han compartido nuestra ilusión por desarrollarla.

A nuestro Colegio, y especialmente a nuestros profesores D. Guillermo Pérez Patrón y D. Jerónimo Del Moral Martínez por diseñar y coordinar sus asignaturas en las que hemos podido realizar esta investigación.

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Análisis de datos de COPERNICUS para determinar el efecto de las restricciones de movilidad por la COVID-19 en la contaminación atmosférica

/ SEGUNDO PREMIO

AUTOR | MIGUEL SOTO MARTÍN

COORDINADOR | RAÚL MARTÍN GÓMEZ CENTRO | IES PINTOR ANTONIO LÓPEZ CIUDAD | TRES CANTOS-MADRID

RESUMEN |

Proyecto de investigación que estudia el efecto que han tenido las medidas de restricción de la movilidad en la calidad del aire a consecuencia de la pandemia de la COVID-19. Para el desarrollo de la investigación, se han analizado el NO2, CO, O3, SO2 y CH4 como indicadores de la contaminación atmosférica mediante los datos proporcionados por los satélites Sentinel del proyecto Copernicus. Se han descargado, procesado y analizado los datos, para ello se han implementado una serie de programas y algoritmos en los lenguajes de programación Python y R y en la herramienta Earth Engine, obteniendo resultados sobre la evolución de las variables contaminantes, antes, durante y después del confinamiento. Los resultados se han visualizado a través de mapas, mapas dinámicos, gráficos y tablas. También se ha creado una página web con diversa información del proyecto. Como conclusión, se puede demostrar, a través de los datos de Copernicus, que el confinamiento si ha afectado a la contaminación atmosférica, habiéndose observado una bajada en las concentraciones de las variables contaminantes, aunque se concluye que ha sido menor de lo que otros estudios han indicado.

Como un añadido del proyecto inicial, se ha utilizado el método desarrollado en esta investigación para realizar un estudio de la contaminación atmosférica ocasionada por el volcán Cumbre Vieja de La Palma a través de Copernicus, obteniendo como resultado diversos mapas y datos de los indicadores de calidad del aire y sobre el desplazamiento de los gases a otras áreas del planeta.

ABSTRACT |

Research project that studies the effect that mobility restriction measures have had on air quality as a result of the COVID-19 pandemic. For the development of the research, NO2, CO, O3, SO2 and CH4 have been analyzed as indicators of air pollution using data provided by the Sentinel satellites of the Copernicus project. The data has been downloaded, processed and analyzed, using a series of programs and algorithms that have been implemented in the Python and R programming languages and in the Earth Engine tool. Different results have been obtained on the evolution of the polluting variables, before, during and after the lockdown. These results have been visualized through maps, dynamic maps, graphs and tables. In addition, a web page has been created with various information about the project. In conclusion, it can be shown, through the Copernicus data, that the lockdown has affected air pollution, having observed a decrease in the concentrations of the polluting variables, although it is concluded that it has been less than other studies have indicated.

As a continuation of the initial project, the method developed in this research has also been used to carry out a study of atmospheric pollution caused by the Cumbre Vieja volcano of the La Palma through Copernicus, obtaining as a result various maps and data on air quality indicators and on the displacement of gases to other areas of the planet.

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INTRODUCCIÓN

La pandemia de coronavirus en la que estamos inmersos está haciendo que se replanteen muchos paradigmas de nuestro estilo de vida actual. Los colegios, las universidades, las empresas, industrias y organizaciones están cambiando la forma de realizar sus actividades habituales. Nadie se imaginaba que en tan poco tiempo cambiaría, de forma tan signifcativa, nuestra forma de estudiar, de trabajar o de realizar nuestro ocio o relaciones interpersonales.

Uno de los efectos visibles, derivados de estos cambios de hábitos, se ha visto refejado en la contaminación, y en especial en la contaminación atmosférica, aunque también ha afectado a la contaminación del agua, del suelo y en la contaminación acústica, entre otras.

Se ha planteado realizar este trabajo de investigación con objeto de cuantifcar el efecto que las restricciones de movilidad han tenido en la contaminación del aire. Para llevarlo a cabo, se ha realizado el estudio de varios indicadores asociados a los principales elementos contaminantes obtenidos a través del proyecto Copernicus, un proyecto de la Comisión Europea lanzado con el objetivo de observar la Tierra desde el espacio, para entender mejor los cambios ambientales que se producen, de forma que se pueda contribuir a la protección del medio ambiente, la salud y seguridad de los ciudadanos.

ANTECEDENTES

Debido a la problemática social generada por la pandemia, toda la comunidad científca se ha puesto a trabajar intensamente en proyectos que, además de los que intentan buscar una solución defnitiva al virus mediante la vacuna, intentan conocer el comportamiento del virus para así poder predecir su evolución y sus posibles efectos. Así, durante estos últimos meses, se han realizado infnidad de proyectos relacionados con la COVID-19, muchos de ellos en el ámbito del análisis de datos, la informática y las matemáticas.

Igualmente, desde la Comisión Europea, a través del proyecto Copernicus, se está realizando un importante esfuerzo para fomentar la investigación a través de los datos que proporcionan a través de la observación espacial de la Tierra mediante una red de satélites, con el objeto de entender mejor los cambios ambientales que se producen, los motivos de esos cambios y la infuencia de estos en nuestras vidas. Copernicus proporciona una serie de datos y servicios de forma gratuita para que la comunidad científca los pueda utilizar en sus respectivas áreas de aplicación. Tras conocer las posibilidades que ofrece Copernicus, junto con la preocupación sobre el medio ambiente, han incentivado al autor a abordar un proyecto de investigación sobre esta temática.

Este ha resultado ser un tema de interés para la comunidad científca, pues paralelamente a esta investigación, se han ido publicando otras investigaciones

Análisis de datos de COPERNICUS para determinar el efecto de las restricciones de movilidad por la COVID-19 en la contaminación atmosférica

y artículos científcos sobre ello, que analizan la situación en distintos lugares del mundo: Inglaterra (Liza Selley, Santos Leal, & Martins, 2021), Nueva York (USA) (Bashir, y otros, 2020), China (Xu, 2020), India (Sharma, y otros, 2020), São Paulo (Brasil) (Nakada & Urban, 2020), Italia (Fattorini & Regoli, 2020) y otros lugares.

También en España se han realizado interesantes investigaciones como las llevadas a cabo por científcos de Ecologistas en Acción con título “Efectos de la crisis de la COVID-19 en la calidad del aire urbano en España” (Ecologistas en Acción, 2020), por miembros del CSIC centrada en la ciudad de Barcelona titulada “Changes in air quality during the lockdown in Barcelona (Spain) one month into the SARS-CoV-2 epidemi” (Tobías, y otros, 2020) c, la de investigadores de Valencia (Briz-Redón, Belenguer-Sapiña, & Serrano-Aroca3, 2020) titulada “Changes in air pollution during COVID-19 lockdown in Spain: A multi-city study”, o la del grupo de investigación Genyo de la Universidad de Granada, titulada: “DatAC: A visual analytics platform to explore climate and air quality indicators associated with the COVID-19 pandemic in Spain” (Martorell-Marugán, y otros, 2020).

Incluso desde Copernicus y la ESA (Agencia Espacial Europea), viendo el interés científco de estas investigaciones, han creado una herramienta RACE (Rapid Action on COVID-19 and Earth Observation) (ESA; European Commission, 2020) con el objeto de ayudar a los investigadores y a las autoridades públicas de los estados, a realizar posibles investigaciones y a tomar las acciones correctivas oportunas, durante estos tiempos tan complicados.

Este proyecto, aunque se interrelaciona con todos los anteriores, es diferenciador puesto que centra la investigación en Europa y obtiene los datos directamente desde el satélite Sentinel-5P de Copernicus, en lugar de utilizar los datos de las estaciones de medición terrestre, aunque se utilizarán estos últimos también para validar las conclusiones.

HIPÓTESIS, OBJETIVOS Y METODOLOGÍA

Debido a la paralización de la actividad industrial y comercial durante los primeros confnamientos, era de esperar una bajada general de las concentraciones de gases contaminantes en la atmósfera. A partir de esta observación y de las preguntas formuladas previamente sobre ello, se han planteado inicialmente las siguientes hipótesis de trabajo: 1. El confnamiento por la COVID-19 ha afectado signifcativamente a la contaminación atmosférica.

2. La contaminación atmosférica afecta a la propagación del virus.

Aunque había indicios de que la segunda hipótesis podría ser cierta (Srivastava, 2020), fnalmente durante el desarrollo del proyecto nos ha faltado datos empí-

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Figura 01. Tareas de experimentación y desarrollo del proyecto. ricos y herramientas para poder investigarla, así que el proyecto se ha centrado fundamentalmente en el estudio de la primera hipótesis, que si se ha podido investigar profundamente a través de los datos e información que nos proporciona Copernicus. Por lo que la investigación se ha centrado fundamentalmente en comprobar si esta primera hipótesis es verdadera o falsa y en cuantifcarla.

El objetivo planteado con este proyecto es investigar sobre la posible correlación entre la COVID-19 y los efectos de la contaminación atmosférica en Europa, a consecuencia de la reducción de la movilidad que se ha producido durante el confnamiento que ha tenido lugar en muchos países del mundo.

Aunque en un principio se había planteado realizar la investigación para todos los países de Europa, los problemas en el procesamiento del volumen de datos utilizados y la capacidad de almacenamiento requerida para guardarlos, ha obligado a cambiar los objetivos iniciales, reduciendo el área de estudio fnalmente a estos 15 países de Europa Occidental: Alemania, Austria, Bélgica, Chequia, Croacia, Dinamarca, Eslovenia, España, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Reino Unido, y Suiza. Dentro de España también se han analizado las comunidades autónomas y las provincias. El cambio en los objetivos inicialmente planteados no resulta relevante para las conclusiones fnales, puesto que la muestra de países es lo sufcientemente amplia y signifcativa por lo que los resultados se podrían extrapolar a otros países del entorno.

Los gases analizados han sido: NO2, O3, CO, SO2, CH4 que son los proporcioUna vez procesados y tratados los datos con los diferentes programas realizados se han obtenido como resultado:

nados por el satélite Sentinel-5P, aunque también se han utilizado otros datos proporcionados por la EEA (European Environment Agency, 2020).

Para el desarrollo de la investigación se ha seguido el método científco y se han desarrollado una serie de programas en los lenguajes Python y R, que junto con la herramienta Earth Engine, han permitido obtener una serie de resultados en las diferentes tareas de la fase de experimentación y desarrollo del proyecto:

Análisis de datos de COPERNICUS para determinar el efecto de las restricciones de movilidad por la COVID-19 en la contaminación atmosférica

Figura 02. Comparativa del NO2 antes (1-15 feb. 2020) y después (16-30 jun. 2020) del confinamiento (elaboración propia).

RESULTADOS

• 120 mapas 120 mapas (24 mapas x 5 indicadores): Un mapa para cada indicador estudiado y para cada quincena durante los 6 primeros meses del 2019 y del 2020. • 75 gráfcos 75 gráfcos comparativos por indicador y país (15 países x 5 indicadores) y otros 75 gráfcos con los datos sólo del año 2020: Una gráfca por cada indicador y elemento comparando la situación de los 6 primeros meses del 2019 y 2020. • 19 mapas en Earth Engine donde se compara la situación antes y después del confnamiento en 14 ciudades europeas y otros lugares. Una página web

(https://miguelsoto.eu/proyectoBE) que recoge información del proyecto y que dispone de información más detallada para España a nivel de Comunidades Autónomas y Provincias con datos obtenidos de repositorios de datos públicos.

Con todos estos resultados se ha podido comprobar que, en la mayoría de los casos estudiados, los indicadores analizados disponen de valores menores después del confnamiento que antes de este, aunque no todos los gases han tenido un comportamiento equivalente.

El contaminante en el que mejor se observa el cambio es el dióxido de nitrógeno (NO2, ha sido el indicador que más rápido ha refejado la reducción de la movilidad producida en el primer confnamiento. El NO2 ha disminuido de forma considerable justo al poco de producirse las restricciones en comparación con otros elementos como, por ejemplo, el O3 o el CO. Comparando un periodo de tiempo antes del confnamiento con otro posterior (una vez que las restricciones se empiezan a fexibilizar) tenemos estos mapas que se muestran en la Fig.2.

Más concretamente, en países que fueron inicialmente más golpeados por la pandemia y que, consecuentemente, tuvieron medidas más duras como puede

33º CERTAMEN JÓVENES INVESTIGADORES / Tecnología e Ingeniería 

ser el caso de España o Italia, vemos que, de febrero a junio de 2020, la concentración de NO2 media baja un 26,5% y un 50.2% respectivamente. Si hacemos una estadística general, de febrero a junio de 2020, la concentración de NO2 baja en media un 20% en los distintos países que hemos analizado.

Figura 3. Tabla de medias de valores (‘mol m-2’) del NO2 para diferentes periodos de tiempo.

Figura 4. Evolución del NO2 en España.

Si la comparación la hacemos localmente con ciudades como Madrid, Barcelona o la zona norte de Italia, se puede apreciar una gran diferencia de la situación del NO2, antes y después del confnamiento como se muestra en la Fig.5.

Ha resultado curioso que el O3 ha tenido su máximo justamente en el inicio del confnamiento (mes de marzo), pero fnalmente ha disminuido hasta llevar al valor mínimo de todo el periodo estudiado en el mes de junio (véase Fig.6).

Algo similar ha ocurrido con el CO (Fig.7). Llama la atención que este contaminante ha subido bastante en 2020 con respecto a sus valores 2019 y eso que, una vez pasado el confnamiento, ha tenido el mínimo del periodo analizado en todos los países. Esto indica que, para este contaminante, proveniente principalmente de la combustión de combustibles fósiles y la oxidación atmosférica

O3

CO

Análisis de datos de COPERNICUS para determinar el efecto de las restricciones de movilidad por la COVID-19 en la contaminación atmosférica 

Figura 05. Comparativa de Madrid antes y después del confinamiento (elaboración propia con Earth Engine). del metano, se refejan más lentamente los cambios en la atmósfera puesto que, como ocurre con el CH4, es un gas más estable y tiene una duración mayor.

Figura 06. Tabla de medias de valores (‘mol m-2’) del O3 para diferentes periodos de tiempo.

Figura 07. Tabla de medias de valores (‘mol m-2’) del CO para diferentes periodos de tiempo.

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El SO2SO , un contaminante fundamentalmente de origen antropogénico y que tiene una afección muy negativa en la salud humana y en el clima, también ha aumentado sus valores desde 2019 a 2020, pero ha refejado rápidamente el efecto del confnamiento bajando ya en el mes de abril y mayo (Fig.8).

Figura 08. Tabla de medias de valores (‘mol m-2’) del SO2 para diferentes periodos de tiempo.

CH4El Metano (CH ), el contribuyente al efecto invernadero más importante después del CO2, según los datos obtenidos, ha tenido un comportamiento desigual en la península ibérica que en el resto de países europeos. Si bien el resto de Europa ha disminuido tras el confnamiento, en España y Portugal, justo disminuyó en abril, en pleno confnamiento, pero aumentó en seguida en junio. De todas formas, los cambios en el CH4 han sido menores que en otros gases, debido a que es un gas estable y duradero, por lo que, los efectos que ha podido tener el confnamiento se refejan más lentamente. También hay que destacar que este gas ha tenido un crecimiento entre el primer semestre de 2020 con respecto al de 2019, algo que resulta preocupante.

Figura 09. Tabla de medias de valores (‘1e-9’) del CH4 para diferentes periodos de tiempo. Análisis de datos de COPERNICUS para determinar el efecto de las restricciones de movilidad por la COVID-19 en la contaminación atmosférica

CONCLUSIONES

La realización de un confnamiento tan restrictivo en el primer semestre de 2020 ha supuesto una gran oportunidad para realizar estudios como este sobre el medio ambiente que de otra manera no habrían sido posibles.

Analizados los resultados para los distintos indicadores contaminantes estudiados en esta investigación, a partir de datos de Copernicus, se puede afrmar que, aunque no era el objetivo directo de ellas, las medidas de confnamiento y reducción de la movilidad han tenido un efecto positivo en la atmósfera, reduciendo los valores de prácticamente todos los contaminantes durante el periodo analizado.

Ahora bien, no todos los indicadores han reaccionado de la misma manera, hay algunos como el NO2 que rápidamente han refejado los cambios, pero hay otros como el O3, el CO o el CH4 que han tardado más. Esto es consecuencia de que son gases más estables y tienen una duración mayor, por lo que se tarda más tiempo en visualizar los cambios.

Con los datos obtenidos, la reducción de los gases contaminantes no ha sido tan importante como se podría esperar después de unos confnamientos tan restrictivos donde se paró la mayor parte de la actividad empresarial y se redujo considerablemente el uso de vehículos, incluidos aviones, así como indicaban previamente otros artículos sobre el tema (Xu, 2020) (Bashir, y otros, 2020) (Tobías, y otros, 2020) y otros autores. Pero esta conclusión también ha sido indicada por publicaciones más recientes (Shi1, y otros, 2021) donde también concluyen que “las mejoras en la calidad del aire fueron más limitadas de lo que sugerían informes previos”.

Se observa también que algunas de las zonas donde se propagó el virus al inicio con mayor contundencia, eran zonas con abundante contaminación. Lo que lleva a identifcar la contaminación del aire como un posible factor para la propagación del virus (Srivastava, 2020). Pero en este estudio no se ha podido profundizar en la investigación de esta hipótesis, pues habría que realizar un estudio más profundo, ya que hay otros muchos factores que también intervienen en la transmisión del virus, que no se han estudiado aquí.

Ha sido una sorpresa el resultado obtenido sobre que los valores medios de contaminantes durante el primer semestre de 2020 han sido mayores que durante el mismo periodo de 2019. Esto a pesar de las duras medidas restrictivas llevadas a cabo en 2020. Hay que llamar la atención sobre este dato, pues es un indicador de alarma en cuanto al crecimiento que la contaminación está teniendo año tras año, por lo que es urgente tomar medidas de políticas ambientales que protejan el medio ambiente y que permitan romper esa tendencia cuanto antes. es urgente tomar medidas de políticas ambientales que protejan el medio ambiente y que permitan romper esa tendencia cuanto antes.

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Figura 10. Comparativa de Madrid antes y después del confinamiento (elaboración propia con Earth Engine).

ADDENDA

Como continuación del proyecto inicial, también se ha utilizado el método y las herramientas desarrolladas en esta investigación para realizar un estudio de la contaminación atmosférica ocasionada por el volcán Cumbre Vieja de La Palma a través de los datos proporcionados por Copernicus.

Como resultado se han obtenido diversos mapas y datos de los indicadores de calidad del aire, donde cabe destacar la contaminación producida por las 250.000 toneladas de SO2 que el volcán ha vertido a la atmósfera hasta el 4 de octubre (Europa Press, 2021). Estas grandes cantidades de SO2, aunque parece que no representan un problema actualmente para los humanos ya que el gas se desplaza a grandes alturas, sí que puede ser un problema añadido para el cambio climático, debido a la potencial infuencia que tiene en el clima en especial cuando reacciona con el vapor de agua produciendo ácido sulfúrico, siendo uno de los causantes de la lluvia ácida. En las imágenes generadas a partir de los datos de Copernicus, se puede ver claramente los altos niveles de SO2 que genera el Cumbre Vieja y su desplazamiento a lugares remotos.

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REPRESENTANTE CERTAMEN COMPETITIVO INTERNACIONAL DE INVESTIGACIÓN EXPORECERCA JOVE EN BARCELONA

Tecnología e Ingeniería 

Investigaciones acerca del asentamiento espacial en órbita

/ SEGUNDO PREMIO

AUTOR | ANDREY PARRILLA PROKOPYEV

COORDINADORA | ROSA MARÍA PARRILLA AMAT CENTRO | COLEGIO INTERNACIONAL SEK-ALBORÁN CIUDAD | EL EJIDO-ALMERIMAR-ALMERÍA

RESUMEN |

En el presente trabajo se analiza una de las posibles vías para perdurar en el espacio: el asentamiento espacial en órbita (es decir, crear una estructura capaz de sustentar vida humana y que orbite alrededor de un cuerpo). De esta forma, esta investigación tiene dos fines principales: (1) definir las condiciones que debe cumplir esta estructura para satisfacer las necesidades humanas y (2) crear un programa informático que ofrezca aquella estructura que menos recursos necesite. Este trabajo puede ayudar a reducir los costes del asentamiento (que es el principal problema de esta vía), reducir el tiempo que se tarda en calcular las medidas exactas de la base y minimizar los errores matemáticos que pueden surgir en los cálculos.

ABSTRACT |

In the present work, one of the possible ways to live in space is analyzed: freespace-settlement in orbit (that is, creating a structure capable of sustaining human life and that orbits around a body). Thus, this research has two main purposes: (1) to define the conditions that this structure must meet to satisfy human needs and (2) to create a computer program that offers the structure that requires the least resources. This work can help reduce settlement costs (which is the main problem of free-space-settlements), reduce the time needed to decide the exact measurements of the base and help to minimize mathematical errors that might have come up in the calculations.

33º CERTAMEN JÓVENES INVESTIGADORES / Tecnología e Ingeniería

INTRODUCCIÓN

Existen unos claros incentivos para explorar y asentarnos en el espacio: la supervivencia humana en caso de un desastre global, satisfacer la curiosidad intelectual humana o la cantidad prácticamente ilimitada de recursos valiosos que hay en el espacio.

Como consecuencia, deberíamos por lo menos plantear cómo podríamos explorar o perdurar en el espacio. Las soluciones más corrientes suelen ser (1) las naves espaciales y (2) los establecimientos en un planeta. La primera tiene el inconveniente de no ser sufcientemente práctica (al no ser viable a gran escala). Ante la segunda, tenemos que cada planeta tiene demasiadas características únicas y distintas a las de la Tierra, haciendo muy difícil que sea compatible con nosotros.

Frente a esto, surge una alternativa (que será aquella sobre la que versará este trabajo). Esta vez, en lugar de centrarnos en los propios planetas, se propone la idea de construir grandes estructuras que orbiten alrededor de un cuerpo y que sean capaces de sustentar vida humana. Alrededor de 1980, el físico Gerard O’Neill analizó a fondo estas ideas y diseñó junto a sus compañeros diversas estructuras viables en el espacio capaces de mantener la vida humana en el espacio, como el “Toro de Stanford”, el “Cilindro de O’Neill” o la “Esfera de Bernal” (O'Neill, Johnson y Holbrow, Space Settlements: A Design Study 1976).

Sin embargo, los diseños siguen siendo demasiado costosos y bastante difíciles de realizar en la práctica. Concretamente, en 2018, se llegó a la conclusión de dos problemas principales (Marotta y Globus 2018): los asentamientos espaciales en órbita (1) necesitan millones de toneladas para la protección de la radiación, (2) no es económicamente viable traer los materiales desde la Tierra, sino que deberían recolectarse de asteroides o cuerpos celestes.

OBJETIVOS Y ANTECEDENTES

En este informe intentaremos reducir el coste que pueden suponer estas estructuras. Para ello, hacemos un análisis técnico de qué condiciones debería satisfacer esta construcción (en términos matemáticos) y posteriormente creamos un algoritmo que calcule aquella que requiera menos recursos. Es decir, nosotros daríamos una serie de parámetros a este programa relacionados con la habitabilidad del mismo (por ejemplo, el número de habitantes que habría, el número de metros cuadrados por persona, entre otros) y dicho programa nos proporcionaría las dimensiones específcas de la base que necesite menos recursos.

NECESIDADES HUMANAS

Para poder realizar el análisis matemático con el que generaremos el programa informático, necesitamos saber qué necesidades humanas debemos satisfacer

Investigaciones acerca del asentamiento espacial en órbita

con la estructura. De esta manera, encontramos dos tipos: (1) aquellas que dependen del tamaño de la estructura y (2) aquellas que dependen de su forma.

En cuanto a las primeras, podemos mencionar los ejemplos de la nutrición o un sistema de refrigeración (que regule la temperatura). El punto a destacar es que estas necesidades simplemente requieren que haya cierto espacio en la estructura dedicado a ello (que se traduciría en aumentar el número de metros cuadrados por persona).

En cuanto a las segundas, encontramos una necesidad principal: la gravedad. Existen numerosos problemas en caso de que viviésemos durante tiempos prolongados en una situación de ingravidez: problemas relacionados con la pérdida de masa ósea (Stavnichuk, y otros 2020) (Grimm, y otros 2016); serias complicaciones relacionadas con la pérdida de masa muscular y dolor de espalda (Burkhart, Allaire y Bouxsein 2019); complicaciones en el sistema central nervioso (especialmente aquellas relacionadas con la percepción y la orientación) y la visión (Clément, y otros 2020).

ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA

Como veíamos previamente, la estructura debe proporcionar una especie de gravedad artifcial. Existen tres maneras para lograr este fn: (1) la aceleración lineal (es decir, propulsar una nave espacial en una dirección en línea recta con una determinada fuerza para que las personas sintiesen una aceleración), (2) a través del magnetismo, y (3) gracias a la rotación. De estos tres, el segundo es aquel menos estudiado y aquel que se cree menos viable. Asimismo, para el primero, necesitaríamos demasiada energía para proporcionar el impulso necesario durante tiempos muy prolongados. De esta manera, nos quedamos con el último, obtener la gravedad artifcial gracias a la rotación de la estructura.

Una nave en rotación produce la sensación de gravedad en su interior. La rotación desplaza cualquier objeto del interior hacia sus paredes, obteniendo la apariencia de un empuje gravitacional dirigido hacia el exterior. Esta “fuerza” consiste realmente en la manifestación de los objetos dentro de la nave intentando viajar en línea recta debido a la inercia.

Si bien esto logra solventar el problema que teníamos con respecto a la gravedad artifcial, puede suscitar la aparición de otra difcultad: los efectos giratorios en la salud de las personas. Concretamente, un elevado número de revoluciones por minuto podría hacernos pensar que causarían mareos, náuseas y desorientación en los humanos. No obstante, estudios de 2017 verifcan que, aunque a algunas personas puedan costarles adaptarse durante las primeras horas o días, generalmente se adaptan de una forma relativamente rápida y sin excesivos problemas hasta las seis revoluciones por minuto (Globus y Hall, Space Settlement Population Rotation Tolerance 2017). De aquí obtenemos nuestra primera condición: