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Simplemente sacar todo el plástico de nuestros océanos suena fácil, pero es un desafío extremadamente complejo. Hay muchas consideraciones, como las emisiones de los barcos utilizados para eliminar el plástico y la posible captura parcial de los peces y otros organismos marinos que afectarían el ecosistema.

Hemos encontrado plástico en todos los rincones del mundo que hemos visto, desde el Ártico hasta la Antártida, desde los puntos más altos en tierra hasta los océanos más profundos.

Desde su primer uso en 1907, el plástico ha estado apretando silenciosamente su alcance sobre nuestro planeta y todos sus habitantes del ecosistema. Basado en un estudio de 2017 publicado en Science Advances, aproximadamente un tercio de todos los desechos plásticos se arroja en la naturaleza, y solo el 9% se recicla en los Estados Unidos. Alrededor del 75% del plástico se tira, lo cual es equivalente a 4900 toneladas métricas de plástico, o 11 aviones de pasajeros Boeing 747-8.

Todo el plástico termina dañando el medio ambiente donde se libera o elimina; Los animales quedan atrapados o terminan consumiéndolo. Dado que el plástico no se descompone, persistirá en el medio ambiente durante décadas, si no siglos. Una solución es eliminar las piezas de plástico más grandes, como botellas de agua y bolsas de plástico, de espacios naturales. Esto es fácil de hacer en tierra, ya que simplemente podemos caminar y recoger el trozo de plástico.

Pero, ¿qué pasa con los 75 a 199 millones de toneladas de materia plástica que ya está en los océanos?

Para abordar este problema, la limpieza del océano, una no ganancia holandesa, ha tomado el asunto en sus propias manos, comprometiéndose a limpiar el plástico presente en los cuerpos de agua marina al «sacar» la basura de plástico flotante de los océanos.

¿Qué tan eficiente es este proceso y cómo afectará la vida marina?

El panorama general nos exige reformular la pregunta de «¿Podemos sacar el plástico de los océanos?» a «¿Deberíamos sacar el plástico en absoluto?»

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La cantidad de plástico en nuestros océanos

El plástico en nuestro océano está en todas partes, pero la mayoría se concentra en parches debido a las corrientes oceánicas rotativas (giros). Hay cinco giros y parches de basura, el más famoso de los cuales es el gran parche de basura del Pacífico, que cubre 1,6 millones de kilómetros cuadrados.

Los otros incluyen un parche en el Océano Índico, dos en el Atlántico, otro en el Océano Pacífico.

Cada giro tiene parches de basura de varios tamaños.

Los parches de basura que se muestran en el mapa mundial (créditos: OLHA1981/Shutterstock)

Los plásticos flotantes atrapados en estos parches continuarán circulando hasta que se desintegran en fragmentos más pequeños, lo que hace que sea cada vez más difícil de limpiar. Las bolsas de plástico se confunden con frecuencia con gelatina, una comida favorita de las tortugas marinas de Loggerhead. Los albatros alimentan gránulos de resina de plástico a los pollitos porque perciben que los gránulos son huevos de pescado. Los polluelos finalmente mueren de hambre o sufren ruptura órgana.

La investigación muestra que la mayoría de la arena de plástico en espiral en los giros y el gran parche de basura del Pacífico tiene décadas, pero resulta que más recientemente producido plástico permanece más cerca de las costas. Esto sugiere que una de las mejores formas de lidiar con los plásticos oceánicos puede ser a través de la limpieza de la playa.

La limpieza del océano

El objetivo de la limpieza del océano es eliminar el 90% de los desechos plásticos flotantes en el océano y hacer que el gran parche de basura del Pacífico sea «sin basura».

Su última y más funcional tecnología de limpieza, System-002, consiste en una barrera neta flotante de tres metros de profundidad que forma una gran U. El sistema en cuestión es impulsado por los barcos de Maersk.

Estrategia de la limpieza del océano para recolectar y eliminar el plástico del Gran Patch Pacific Plastic (créditos: Mascha Tace/Shutterstock)

Sin embargo, lo que se pasa por alto es que los barcos grandes utilizados para arrastrar la red de recolección tienen una huella de carbono considerable. Arrastrar redes a través del agua del océano con barcos masivos alimentados por combustibles fósiles aumenta la contaminación del aire y el clima. En su propio informe de evaluación de impacto ambiental, se puede ver en virtud de la Sección 5.0 que los dos buques operados por Ocean Cleanup liberan 600 toneladas métricas de dióxido de carbono por mes de limpieza, que es comparable a más de cien autos en la carretera durante todo un año.

También hay un problema de captura incidental (atrapando a los animales marinos mientras recoge plástico). Los plásticos flotantes libres son difíciles de sacar del agua sin enredar peces, tortugas y otra vida silvestre marina. Incluso cuando son arrojados al agua, estas criaturas generalmente mueren. Los organismos que se enredan en las malas sufren una capacidad obstaculizada para encontrar alimentos y evadir a los depredadores. Incluso si el organismo en realidad no muere, las lesiones, las limitaciones en el movimiento y una reducción en su capacidad de alimentación dañarán gravemente al animal.

Los científicos han expresado su preocupación por los efectos que puede tener esta tecnología de recolección pasiva en el Neuston, un tipo de biota que se detiene en la superficie del Océano Pacífico (esta investigación fue financiada por la limpieza del océano).

Los caracoles, los cangrejos, los dragones del mar y las medusas son parte de este ecosistema. Estas criaturas se encuentran con frecuencia viviendo en la superficie de los desechos plásticos. Como parte integral de la red alimentaria, Neuston establece vínculos ecológicos significativos entre varias comunidades oceánicas. Por ejemplo, el Neuston sirve como hábitat de guardería para especies de peces jóvenes, como el bacalao del Atlántico y el salmón, y es la fuente principal de alimentos para especies en peligro de extinción como las tortugas de torrentes.

Contaminación plástica ribereña

Según un estudio de 2017, el sistema global ribereño actualmente descarga 1,15 a 2.41 millones de toneladas de plástico en los océanos anualmente. Los 20 ríos contaminantes principales estaban principalmente en Asia, donde afectan el 21% de la población mundial y más de dos tercios (67%) de la aportación global anual. Además, más del 90% de las entradas de plástico provienen de los 122 ríos contaminantes principales, con 103 de ellos en Asia, ocho en África, ocho en América del Sur y Central, y uno en Europa.

Los ríos alrededor del mundo representan aprox. 2.4 millones de toneladas de contaminación plástica marina (créditos: usuario7264515/freepik)

Desde los ríos hasta nuestros vasos para beber, el plástico ha llegado a nuestras entrañas. El agua potable, incluida el agua embotellada y del grifo, es el contribuyente más significativo de plástico en la dieta humana, con la persona promedio que ingiere aproximadamente 1,769 pequeñas partículas microplásticas cada semana, basado en un informe de 2019 respaldado por la WWF.

Para frenar esta fuente de contaminación plástica marina, la limpieza del océano también ha desplegado embarcaciones solares llamados interceptores en la boca de ríos de plástico. La basura es recolectada por una barrera a medida que fluye el agua, se transfiere a una cinta transportadora y luego se arroja a una transmisión, que transporta la basura a una instalación de gestión de residuos. Ocho interceptores ya han sacado más de 2.2 millones de libras de plástico de los ríos en la República Dominicana, Jamaica, Vietnam, Indonesia y Malasia.

A partir de octubre de 2023, no tenemos datos sobre cuáles son los impactos de este enfoque.

Conclusión

La estrategia de limpieza del océano es nueva, pero el daño irónico que crea en el medio ambiente no es algo que debamos ignorar. El mejor enfoque para sacar el plástico de los océanos es «no concentrarse en la parte de corte», sino centrarse en la fuente original del plástico.

La cultura del desechable de hoy promueve el uso de plástico de un solo uso. De los 300 millones de toneladas de plástico producidos cada año en todo el mundo, la mitad es para artículos de un solo uso. Las latas, las botellas de agua, los contenedores de alimentos y cualquier otra cosa que use una vez y tirense son una gran parte del problema. Identificar este problema en su raíz es la forma más eficiente de resolverlo sin dejar que se intensifique más allá de nuestro control, hasta el punto en que los esfuerzos de limpieza son inútiles.

Referencias (haga clic para expandir)

1. Cressey, D. (2016, agosto). Botellas, bolsas, cuerdas y cepillos de dientes: la lucha por rastrear los plásticos oceánicos. Naturaleza. Springer Science and Business Media LLC.
2. LeBreton, LCM, Van der Zwet, J., Damsteeg, J.-W., Slat, B., Andrady, A. y Reisser, J. (2017, 7 de junio). Emisiones de plástico del río a los océanos del mundo. Comunicaciones de la naturaleza. Springer Science and Business Media LLC.
3. 565 fallado de apretón de manos de proxy – 10.1126
4. Sin plástico en la naturaleza:.
5. Vered, G. y Shenkar, N. (2021, septiembre). Monitoreo de la contaminación plástica en los océanos. Opinión actual en toxicología. Elsevier bv.

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El fósforo es un recurso no renovable; Se estima que con la tasa actual de minería de fosfato y uso de fósforo, nos quedaremos sin fósforo en 50-100 años.

¿Sabía que el fósforo es un recurso no renovable? Solo hay una cantidad finita de fósforo en este planeta, y una vez que usamos esta cantidad, no se puede reemplazar.

Sin embargo, el fósforo es un nutriente crítico para la agricultura y la seguridad alimentaria. Las plantas necesitan tres nutrientes primarios: nitrógeno, fósforo y potasio. La producción de alimentos sostenidos requiere un suministro sostenido de estos nutrientes clave (junto con otros).

El fósforo es un nutriente esencial para las plantas (créditos: mikeygl/freepik)

El fertilizante de nitrógeno está hecho de nitrógeno atmosférico, del cual existe un suministro abundante. El potasio proviene de reservas de potasa, de las cuales hay cantidades finitas, pero todavía nos queda bastante. Se estima que a la tasa de uso actual, nos quedan unos 600 años de potasio para nuestro uso.

Sin embargo, estamos utilizando rápidamente nuestros suministros limitados de fósforo, a medida que continuamos fertilizando nuestros campos, y perdemos aún más ese fósforo a través de nuestros sistemas de aguas residuales.

Asegurar un suministro de fósforo a largo plazo es clave para la seguridad alimentaria global. ¿Qué pasará cuando usemos todo el fósforo en la Tierra? ¿Hay formas de hacer que nuestros suministros de fósforo duren más?

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¿Por qué las plantas necesitan fósforo y cómo lo obtienen?

El fósforo constituye algunas biomoléculas muy importantes. Es parte del ADN, el ARN y las moléculas que componen su membrana celular. También es una parte esencial de la respiración y la transferencia de energía en toda la vida, ya que es parte de la moneda energética de la célula: ATP (trifosfato de adenosina).

Las plantas necesitan fósforo para formar nuevas células vegetales a través de la división celular, lo que significa que las plantas necesitan que crezca. La deficiencia de fósforo conduce al crecimiento atrofiado y las hojas descoloridas.

Las plantas obtienen su fósforo del suelo. El fósforo regresa al suelo cuando la planta muere y decae. Esto es parte de un ciclo natural llamado ciclo de fósforo, que equilibra los niveles de fósforo en la Tierra.

Ahora, cuando cultivamos cultivos, es un poco diferente.

Las plantas usan fósforo del suelo cuando cultivamos cultivos, pero cada vez que cosechamos cultivos, el fósforo que la planta había usado y asimilado en sí mismo se elimina de manera efectiva. Transportamos esos cultivos a los consumidores en algún lugar lejano. Este fósforo que se elimina del suelo debe reponerse.

Los consumidores comen el alimento y el fósforo se excreta de sus cuerpos. En ese momento, el fósforo ingresa al sistema de aguas residuales urbanas junto con la excreta.

Los agricultores prefieren fertilizantes de fósforo mineral, que contienen una mayor concentración de fósforo (créditos: vitalii-petrushenko/freepik)

Tradicionalmente, los agricultores usaban estiércol y excreta humana para complementar el fósforo disponible naturalmente en el suelo. También se utilizaron fertilizantes hechos de desechos orgánicos (humanos e industriales), excretas de animales, subproductos de matadero y fuentes relacionadas. Sin embargo, con el aumento de la población, la urbanización y una demanda cada vez mayor de alimentos, a mediados del siglo XII, los agricultores cambiaron a fertilizantes de fósforo mineral, que contienen una mayor concentración de fósforo.

A nivel mundial, usamos 148 millones de toneladas de fósforo cada año.

El fósforo es un recurso no renovable

El fósforo no se puede sintetizar en el laboratorio. Proviene de fosforita mineral o fosfato de roca. Hay un estimado de 68 mil millones de toneladas de reservas de fosfato en el mundo, pero estas reservas no se distribuyen uniformemente. Tampoco son accesibles igualmente (y fácilmente) debido a las tensiones geopolíticas.

El fertilizante de fósforo se produce después de minería de fosforita o fosfato de roca, y luego tratarlo con ácido sulfúrico o ácido fosfórico. El fosfato de roca triturada también se usa como fertilizante, pero el fósforo en el fosfato de roca es muy insoluble.

Marruecos tiene la mayoría (> 70%) de las reservas globales de fosforita. Otros países con reservas de fosforita incluyen China (5%), Siria (3%), Argelia (3%) y los Estados Unidos, Rusia, Sudáfrica, Jordania y Egipto (3%cada uno).

Aunque Marruecos tiene las mayores reservas, no es el mayor productor de fósforo, principalmente debido a las tensiones políticas. China es el mayor productor de fosfato, y se estima que a la tasa actual, sus reservas de fosfato se agotarán en 35 años. China también ha limitado la exportación de fósforo para asegurar su suministro doméstico. Estados Unidos tiene valor de reservas de fósforo que quedan (estimadas en 2009).

Peak Phosphorus: ¿Qué es?

El concepto de fósforo máximo se introdujo en 2009 y estima el punto en el que la producción de fósforo de buena calidad alcanzará un nivel máximo. La investigación estima que esto sucederá para 2033.

Más allá de este punto, la calidad del fósforo disminuirá, y el costo de producir más fósforo será mayor que la ganancia. Como resultado, la producción disminuirá o el precio aumentará significativamente.

El 90% del fosfato de roca que se extrae se usa para la producción de alimentos (alimento humano y alimento para animales).

Se estima que con la tasa actual de minería de fosfato y uso de fósforo, nos quedaremos sin fósforo en 50-100 años. Sin embargo, con la creciente población global y los hábitos alimenticios cambiantes que conducen a la necesidad de producir más alimentos, la demanda de fósforo aumentará, y podríamos quedarse sin fósforo incluso antes.

¿Hay una solución?

Necesitamos fósforo para la seguridad alimentaria. Esto significa que necesitamos encontrar una manera de continuar manteniendo un suministro constante de fósforo en el suelo agrícola. La solución puede estar en el lado de la oferta o en el lado de la demanda.

Por el lado de la oferta, la exploración de más reservas, así como las innovaciones en la forma en que extraemos fósforo, pueden proporcionar formas de extender este recurso finito.

Por otro lado, hay un margen significativo de mejora en el lado de la demanda.

Actualmente, existe un gran problema con el uso excesivo de fertilizantes, lo que conduce a muchos desechos. Solo alrededor del 20% del fósforo que usamos en la agricultura se utiliza en la producción de alimentos. El resto se desperdicia a través del agua de escorrentía de los campos y conduce a la eutrofización de los sistemas de agua subterránea.

El exceso de fertilizante conduce a la eutrofización de los sistemas de agua subterránea (créditos: Dimitrios Karamitros/Shutterstock)

Comprender la genética del uso eficiente de fósforo por las plantas puede conducir al desarrollo de variedades de cultivos que usan fósforo de manera más eficiente y necesitarán menos fertilizante de fósforo para un rendimiento óptimo.

Además, las opciones dietéticas también tienen una implicación en la cantidad de fósforo. Una dieta vegetariana utiliza significativamente menos fósforo que una dieta a base de carne.

Fósforo de reciclaje

Al mismo tiempo, hay oportunidades significativas para reciclar el fósforo que utilizamos. Los ejemplos de fósforo de reciclaje incluyen el fósforo en recuperación del estiércol y la excreta humana.

Cuando los agricultores usan estiércol, parte del fósforo usado por los cultivos destinados a convertirse en alimento animal se devuelve al suelo. Sin embargo, el suministro de estiércol en regiones con suelo enriquecido con fósforo a menudo es alto, y en áreas con suelo deficiente en fósforo, es limitado.

Necesitamos encontrar una manera de mantener un suministro constante de fósforo para la agricultura. (Créditos: Pixel-Shot-Com/Freepik)

Los humanos excretan casi el 100% del fósforo consumido en sus alimentos y la mayor concentración de este fósforo está en la orina. La excreta humana a menudo termina en sistemas de eliminación de aguas residuales urbanas y vías fluviales. Actualmente, solo el 10% de la excreta humana se circula nuevamente al sistema agrícola.

Otras formas de reciclar fósforo, incluidos los residuos de cultivos de arado en el campo, así como el compostaje de desechos de hogares, plantas de procesamiento de alimentos y minoristas de alimentos.

Conclusión

Hoy no hay un reemplazo viable para el fertilizante de fósforo.

Dada la importancia del fósforo para garantizar la seguridad alimentaria, necesitamos un esfuerzo más enfocado para reducir el desperdicio, optimizar el uso y reciclar el fósforo de manera eficiente. Aunque los ensayos a pequeña escala para recuperar el fósforo de los desechos y las excretas existen, llevará muchos años hacerlo en una escala lo suficientemente grande como para apoyar la producción agrícola global.

Referencias (haga clic para expandir)

1. (2022, 15 de septiembre). Acercándose al máximo fósforo. Naturaleza plantas. Springer Science and Business Media LLC.
2. Cordell, D., Drangert, J.-O. y White, S. (2009, mayo). La historia del fósforo: seguridad alimentaria global y alimentos para el pensamiento. Cambio ambiental global. Elsevier bv.
3. Países con las mayores reservas de fosfato.
4. Por qué el fósforo es importante.
5. Conceptos básicos de fósforo | Manejo integrado de cultivos.

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Descubra el cautivador mundo de la sincronización, donde los pequeños osciladores crean armonía en la naturaleza y la vida cotidiana. Sumérgete en el ritmo intrigante que convierte el caos en orden.

¿Alguna vez te has preguntado por qué las luciérnagas se iluminan juntas en la noche, o cómo tu corazón mantiene su ritmo estable? Estos fenómenos intrigantes se basan en sincronización, un concepto cautivador que exploraremos de manera simple y identificable.

El término «sincronización» se origina en las antiguas palabras griegas «syn» (que significa «juntos») y «cronos» (que significa «tiempo»). En términos comunes, significa cosas que funcionan juntas en un momento perfecto, como un baile bien coordinado.

Aprendamos más sobre el ritmo oculto que transforma el caos en la sinfonía bellamente coordinada de la vida que nos rodea.

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La maravilla de la sincronización

Imagine la sincronización como una forma de que las cosas se muevan juntas en perfecta armonía, casi como si estuvieran bailando con la misma melodía. Es como si todos siguieran los mismos pasos en una rutina de baile. Piense en ello como un equipo bien coordinado que trabaja para un objetivo común, guiado por el ritmo de pequeños osciladores.

Pero, ¿por qué las cosas se sincronizan? La sincronización ocurre cuando diferentes partes o entidades se influyen entre sí, lo que hace que se muevan al unísono. Es como si todos reconocieran un ritmo oculto creado por estos osciladores que guía sus acciones, convirtiendo lo que podría parecer una actividad aleatoria y caótica en una actuación sincronizada con un ritmo claro y compartido.

Las espectaculares sincronizaciones de la naturaleza

La naturaleza proporciona algunos de los ejemplos de sincronización más encantadores en nuestras vidas, algunos de los cuales se explican a continuación:

Luciérnage

Imagine una cálida noche de verano con luciérnagas iluminadas la noche. Estos pequeños insectos crean una pantalla mágica, cada uno después de un ritmo interno y observando a otros de cerca para mantenerse sincronizados.

Las luciérnagas iluminan el cielo. (Créditos: Anoke/Shutterstock)

Es como si todos estuvieran leyendo del mismo guión, creando un fenómeno fascinante en perfecta armonía. Esta increíble sincronización es posible por sus relojes biológicos internos, que son como temporizadores finamente sintonizados que orquestan sus increíbles espectáculos de luces.

La órbita y la órbita de Moon

Mire hacia arriba en el cielo nocturno y notará que el mismo lado de la luna siempre se enfrenta a la tierra. Esto se llama bloqueo de marea, por el cual la luna ha aprendido a moverse con gracia con nuestro planeta, mostrando la sincronización celestial.

Una vista artística del bloqueo de marea. Puedes ver que un lado de la luna siempre se enfrenta a nuestra tierra. (Créditos: Smurrayinchester/Wikimedia Commons)

La mayoría de las lunas grandes en nuestro sistema solar están bloqueadas con sus planetas, un fenómeno que ocurre en unos pocos cientos de miles de órbitas.

Sincronización en nuestro cuerpo

Dentro de su cuerpo, la sincronización está en el corazón de mantener la salud y el equilibrio. Sus trabajos internos son una sinfonía de actividades orquestadas por su reloj biológico y sus pequeños osciladores:

Ondas cerebrales

Dentro de su cerebro, las neuronas se comunican recibiendo turnos enviando señales guiadas por osciladores neurales. Piense en ello como un grupo de amigos que trabajan juntos para resolver un rompecabezas. Cuando las neuronas se sincronizan, su cerebro opera de manera eficiente. Esta sincronización es crucial para pensar, recordar y aprender, transformar una mezcla de pensamientos en patrones organizados sobre los que se pueden actuar.

Una imagen artística de la sincronización de las ondas cerebrales. (Créditos: usuario19987712/freepik)

Vale la pena señalar que ciertas afecciones médicas, como la epilepsia, pueden estar relacionadas con un nivel excesivo de sincronización en la actividad cerebral, lo que destaca que la sincronización no siempre tiene efectos positivos.

Ritmo cardíaco

Las células especializadas de su corazón, conocidas como células de marcapasos, envían señales que crean un ritmo constante, similar a un tambor de tocas en la música. Cuando estas células trabajan juntas, su corazón funciona suavemente, asegurando la circulación sanguínea adecuada. Sin embargo, si pierden su ritmo, es como una banda que se desarrolla fuera de sincronización, lo cual no es bueno para la salud de su corazón. Esta sincronización es vital, convirtiendo una acción de bombeo potencialmente caótica en un latido confiable y organizado.

Sincronización en la vida cotidiana

Piense en su rutina diaria, desde despertarse hasta acostarse, y se dará cuenta de que la sincronización está a su alrededor. Es como el conductor invisible de una sinfonía, asegurando que diferentes elementos funcionen juntos sin problemas. Aquí hay algunos ejemplos diarios:

Relojes de péndulo

Los relojes de péndulo son ejemplos clásicos de sincronización en la vida cotidiana. Los péndulos girantes de estos relojes se mueven hacia adelante y hacia atrás de manera coordinada. Logran la sincronización a través del acoplamiento mecánico de sus péndulos, y esta sincronización asegura que mantengan un tiempo preciso.

Un reloj de péndulo. (Créditos: elementos AZ-Blt/Envato)

Música y movimiento

¿Alguna vez has notado cómo tocas naturalmente tu pie al ritmo cuando escuchas tu canción favorita? Eso es sincronización en acción. La música establece el ritmo, y casi inconscientemente sigues. Es como mover su cuerpo a una melodía familiar, convirtiendo pasos aleatorios en un baile coordinado.

Dispositivos eléctricos

Sus dispositivos, como teléfonos inteligentes y computadoras, están llenos de pequeños componentes que trabajan juntos, al igual que un equipo que colabora en un proyecto. Se sincronizan para realizar tareas como enviar mensajes o jugar juegos sin problemas.

Peatones en un puente

Imagine cruzar un puente ocupado con otras personas. Puede parecer que todos están bailando con el mismo ritmo que todos se mueven juntos, pero evitan toparse entre sí. Esta coordinación tácita es la sincronización en el trabajo.

Aplausos en conciertos

Cuando asiste a un concierto y aplaude, puede notar que sus aplausos comienzan a alinearse con los que lo rodean. Es como una alegría comunitaria que naturalmente cae en armonía, creando un sonido unificado.

Audiencia aplaudiendo en un concierto. (Créditos: natali_brill/freepik)

La sincronización, guiada por los osciladores, es un concepto esencial que trae orden a nuestro mundo. Muestra cómo los elementos aparentemente no relacionados pueden armonizar cuando están influenciados por ritmos compartidos y sistemas oscilatorios en nuestras experiencias cotidianas.

La ciencia detrás de la sincronización: osciladores y acoplamientos

Ahora, salgamos de la naturaleza y en nuestra vida cotidiana para ver cómo la sincronización está a nuestro alrededor, a menudo guiada por los osciladores.

Osciladores son los jugadores clave en sincronización. Son elementos que se repiten, como un péndulo oscilante, un disparo de neuronas o incluso el flasheo de las luciérnagas. Cada oscilador tiene su ritmo o frecuencia natural.

Un ejemplo de movimiento oscilatorio de nuestra vida diaria. Un niño balanceándose en un columpio. (Créditos: Lunamarina/Freepik)

Acoplamientospor otro lado, representan las interacciones entre estos osciladores. Los acoplamientos son cómo los osciladores se influyen entre sí. Por ejemplo, los péndulos en una superficie o neuronas compartidas conectadas en una red.

La magia ocurre cuando los osciladores interactúan a través de los acoplamientos. Esta interacción se puede describir con precisión utilizando modelos matemáticos, como el modelo Kuramoto.

El modelo de Kuramoto: desbloqueando los secretos de la sincronización

En el ámbito de las matemáticas, el modelo Kuramoto, desarrollado por Yoshiki Kuramoto en la década de 1970, se destaca como un marco fundamental para comprender la sincronización. Este modelo considera dos factores críticos: la fuerza del acoplamiento entre los osciladores y la diversidad de sus frecuencias innatas.

Aquí está la parte intrigante: cuando los osciladores tienen frecuencias innatas variables, requieren acoplamientos fuertes para sincronizar. Básicamente, deben prestar mucha atención el uno al otro. Sin embargo, si los osciladores tienen frecuencias cercanas entre sí, incluso los acoplamientos débiles pueden conducir a la sincronización.

El modelo Kuramoto también revela un fenómeno de transición de fase fascinante. A medida que aumenta la resistencia de acoplamiento entre los osciladores, hacen la transición de repente del comportamiento caótico y no sincronizado a la sincronización armoniosa. Es como si alguien hubiera cambiado un cambio de trastorno a pedido, guiado por los principios de los osciladores y acoplamientos.

Metronómicos que caen en sincronización

La sincronización, guiada por osciladores y acoplamientos, no es solo una curiosidad científica; Tiene profundas implicaciones. Los investigadores ahora están utilizando este conocimiento para explorar la teoría de la información semántica: comprender cómo la vida y el universo obtienen significado de la armonía y la sincronización.

Entonces, ahora has explorado el cautivador mundo de la sincronización, donde los pequeños osciladores orquestan el ritmo oculto que transforma el caos en un baile de orden bellamente coreografiado. Ya se trate de luciérnagas que se iluminan la noche, las neuronas en su cerebro trabajando juntas o los osciladores en su canción favorita, la sincronización, guiada por estos notables sistemas oscilatorios, es un concepto esencial que aporta orden a nuestro mundo aparentemente caótico.

Has dado un paso al mundo intrigante de los ritmos ocultos, pero si te sientes sincronizado con este tema, ¡hay mucho más que aprender sobre los secretos de la sincronización!

Referencias (haga clic para expandir)

1. Conceptos fundamentales de sincronización.
2. ¿Cómo se sincronizan las luciérnagas? Los estudios sugieren un nuevo …
3. Las ondas cerebrales sincronizadas permiten un aprendizaje rápido.

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El GPS en los teléfonos celulares se basa en satélites, pero se mueven mucho más rápido y experimentan mucha menos gravedad que los teléfonos mismos. Por lo tanto, surgen errores en la medición del tiempo y la distancia, que deben corregirse en función de las teorías de la relatividad.

Es fácil encontrar nuestro camino en las ciudades con un teléfono o automóvil habilitado para GPS en estos días. También es igual de simple subir una foto en las redes sociales con una etiqueta de ubicación. Sin embargo, ¿sabía que se necesita la teoría especial y general de la relatividad para determinar que está dentro de un café específico, en lugar de solo algún lugar de una ciudad?

La teoría especial de la relatividad es la que dice que la luz se mueve a una velocidad constante, lo que hace que las cosas se acorten, mientras que el tiempo pasa más lento a alta velocidad. Fue presentado por Einstein en 1905 y se usa para determinar cosas como la edad de las estrellas y de qué están hechos.

Pero para algo tan mundano como decirle a la gente que estás en una cafetería, ¿por qué necesitaríamos usar la legendaria teoría especial de la relatividad?

¿Y por qué necesitaríamos la teoría general de la relatividad tampoco?

Esa teoría corrigió la ley de gravedad de Newton de la que la mayoría de nosotros aprendimos en la escuela secundaria y le dimos un cambio de imagen moderno.

La teoría general se utiliza para diversos fines, desde determinar la órbita del mercurio hasta la evolución del universo y la energía oscura.

¿No se siente exagerado usar armas tan enormes de nuestro arsenal intelectual para determinar que estás tomando café en un café?

El sistema GPS se puede utilizar para ubicar con precisión la posición de uno, por lo que ha encontrado un gran uso en nuestra vida cotidiana. (Créditos: usuario6613750/freepik)

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¿Cómo funciona el GPS?

El sistema de posicionamiento global o GPS comienza con su teléfono recibiendo una señal de 4 de los 24 satélites que orbitan la Tierra. ¿Por qué 4? Bueno, tres de ellos se usan para determinar su posición y la cuarta se usa para corregir la posición determinada. Pero, ¿cómo se establece exactamente las señales de recepción de estos satélites?

El tiempo que lleva una señal emitida por el satélite para llegar a su teléfono definirá su distancia de ese satélite. Ahora se sabe que su posición está a cierta distancia de ese satélite; De hecho, podría estar en cualquier lugar de la superficie de una esfera con el satélite en el centro.

Cuando se conoce la distancia entre usted y el segundo satélite, su posición ahora se conoce dentro de la intersección de dos esferas. Una vez que el tercer satélite se conecta al teléfono, ha sido identificado. Así es como los satélites pueden determinar exactamente dónde se encuentra.

Las señales de tres satélites se pueden usar para señalar con precisión donde estamos en la superficie de la tierra. (Créditos: MacRovector/Freepik)

¿Cómo afecta la relatividad especial la ubicación del GPS?

Hasta ahora, podríamos haber usado las matemáticas básicas presentes en el momento del Euclides para obtener estos puntos de datos. Donde entra la teoría de la relatividad de Einstein es que el reloj en el satélite no marca exactamente a la misma velocidad que un reloj en la Tierra. De hecho, las teorías generales y especiales de la relatividad afectan las velocidades del reloj, pero veamos la teoría especial para comenzar simple, antes de pasar a los efectos de la teoría general.

La teoría especial de la relatividad de Einstein dice que dado que el satélite se mueve a aproximadamente 4000 m/s, mientras que los relojes en el ecuador de la Tierra se mueven debido a la rotación planetaria a aproximadamente 465 m/s, los relojes satélite debería Corre un poco más lento que los relojes del ecuador.

Si bien no son realmente más lentos debido a los efectos de la teoría general de la relatividad, tiene un efecto general sobre cómo se experimenta el tiempo.

No son solo los relojes que cambian su frecuencia; Todo en el satélite, desde la vibración de un átomo hasta la frecuencia de la electricidad, cambia debido a una mayor velocidad. Si este efecto no se corrige de manera artificial, entonces habría un error de navegación de 2.13 km/día.

Esto significa que si subiera al Monte Everest durante 3 días con la ayuda de GPS, llegaría al glaciar Ronghuk el tercer día, ¡que está a unos 6 km de la cima!

Corrección de los errores

Los errores que surgen en el tiempo y la distancia son transmitidos por el satélite y las correcciones requeridas se calculan utilizando una relatividad especial por el software para que cuando intente ir al Monte Everest, realmente alcanzará el pico y no a un glaciar a seis kilómetros de distancia. Sin embargo, ese no es el único efecto relativista que tiene lugar cuando se trata de GPS.

La tela del espacio-tiempo alrededor de la tierra está distorsionada debido a su masa. Los relojes funcionan más rápido en los lugares donde hay más distorsión. (Crédito de la foto: Vchal/Shutterstock)

Existe una segunda teoría de la relatividad, llamada la teoría general de la relatividad, que renovó la teoría de la gravedad. Esta es la teoría sobre la cual se basa nuestra comprensión actual del cosmos.

La teoría general de la relatividad entra en juego

Debido a los efectos de esta relatividad general, los relojes en el satélite, que están bajo mucho menos gravedad que los relojes en el ecuador, funcionarán más rápido. La teoría anterior de la relatividad especial tuvo el efecto contrario, por lo que si este aumento y disminución fuera de igual magnitud, simplemente se cancelarían entre sí.

Desafortunadamente, la frecuencia del reloj aumenta mucho más de lo que sería compensado por la disminución que discutimos anteriormente. Nuevamente, esto no es solo relojes; Incluso si una persona fuera y se quedara en un lugar con mucha menos gravedad, como la luna, parecería vivir más tiempo que sus homólogos en la tierra. En ese caso, sin embargo, la diferencia en la gravedad no es lo suficientemente significativa como para marcar una diferencia notable en la edad o la apariencia humana.

Sin embargo, dado que todo se reduciría, desde su movimiento y su metabolismo hasta sus procesos celulares y atómicos, no experimentarían más tiempo que nosotros. Del mismo modo, estos relojes funcionarían más lentamente como resultado del cambio de frecuencia gravitacional, lo que básicamente significa que marcarían a una velocidad diferente a una intensidad de gravedad diferente.

El error de sincronización causado por este efecto es mucho más grande que el causado por el movimiento del satélite. De hecho, conduciría a un error de navegación de aproximadamente 13.7 km/día. Esta vez estaría 40 km dentro del Tíbet 3 días después de comenzar por el pico del Monte Everest.

Estos errores basados ​​en gravitacionales se corrigen de la misma manera que los anteriores. Si bien hay otros efectos en el juego, es simplemente sorprendente que necesitemos usar la misma teoría para determinar la masa de una estrella de kilómetros de distancia y encontrar un buen restaurante en una nueva ciudad.

Referencias (haga clic para expandir)

1. IS-GPS-200H.
2. La teoría de la relatividad de Einstein, vital para el GPS, visto en …
3. Efectos relativistas en el sistema de posicionamiento global.
4. Relatividad y el sistema de posicionamiento global.