Las Ciencias Atmosféricas abarcan una amplia gama de problemas científicos que sobresalen tanto por su complejidad como por su relevancia social. La naturaleza caótica de la Atmósfera representa un reto permanente para la comunidad científica y enmarca problemas que van desde la predicción numérica del tiempo hasta el estudio de la variabilidad climática en múltiples escalas espaciales y temporales. Las metodologías empleadas para abordarlos incluyen el desarrollo teórico, la modelación numérica, la observación directa y remota de variables atmosféricas y la experimentación bajo condiciones controladas de laboratorio.
La dinámica de fluidos geofísicos incluye el estudio, en el marco de las ecuaciones de Navier-Stokes, de la física de todos los flujos atmosféricos afectados por la rotación terrestre y por la estratificación del aire, incluyendo las distintas componentes de la circulación general de la Atmósfera y las ondas responsables de buena parte de la variabilidad sinóptica que se asocia con el estado del tiempo. Otras áreas de la física de la Atmósfera incluyen el estudio de la física de las nubes y los intercambios turbulentos de momento, calor y masa entre el Océano y la Atmósfera que ocurren en la capa planetaria y que son fundamentales para el entendimiento cabal del clima de la Tierra.
La comprensión de los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, oxígeno y agua −por nombrar solo algunos de los más importantes− implica el conocimiento de sus respectivas fases atmosféricas, en las que el vulcanismo, la dinámica atmosférica, procesos biológicos de diversa índole, la química de la Atmósfera y las actividades antropogénicas confluyen en interacciones complejas que sólo se pueden abordar plenamente a través de la investigación multidisciplinaria. Los estudios de la química de la Atmósfera también comprenden la evaluación de las diversas fuentes de contaminantes urbanos, así como del análisis de las fuentes, la distribución espacial y los sumideros de todas las especies de aerosoles que tienen efectos de primer orden sobre el balance radiativo del planeta y, en consecuencia, también en la modulación del clima a escala global.
Para esta rama de la Geofísica es prioritario el estudio y la predicción de los eventos extremos de origen atmosférico como las inundaciones y las sequías meteorológicas, las ondas de frío y calor y los ciclones tropicales, ya que sus impactos, aún con los avances tecnológicos contemporáneos, desgraciadamente todavía son casi siempre devastadores para la humanidad. En la última década, el estudio de las causas y los efectos del cambio climático, ambos relevantes en todas las Ciencias Atmosféricas, ha cobrado una trascendencia social pocas veces vista en la historia de la ciencia moderna.
Temas de Estudio
Las Ciencias Espaciales pueden definirse como el estudio del Sol, el medio interplanetario y los entornos ionizados magnéticos de los planetas y cuerpos menores; así como de los fenómenos de generación, transporte y disipación de energía, la transferencia de masa, y sus efectos en los entornos tanto terrestre como planetario dentro del espacio dominado por el Sol, la Heliosfera.
El Sol, además de emitir radiación electromagnética, emite partículas en forma continua. Este flujo de partículas cargadas se conoce como viento solar y viaja a velocidades del orden de 400 km/s, permeando todo el medio interplanetario hasta más allá de la órbita de Plutón. El viento solar es la continua expansión de la corona solar y es el plasma espacial más cercano que podemos estudiar. El dominio del viento solar se define como la heliosfera. La Física Espacial se encarga del estudio de los fenómenos físicos que ocurren en esta región de dominio del Sol.
La dinámica evolución del Sol, que presenta un ciclo de actividad de 11 años en promedio, produce una gran variedad de fenómenos energéticos y de gran escala que afectan al medio interplanetario y también a nuestro entorno geomagnético. Lo mismo ocurre con las magnetósferas de otros planetas, las cuales se ven influenciadas por la actividad solar. Fenómenos propios de esta actividad como las eyecciones de masa coronal, fulguraciones solares, ondas de choque, etc. pueden producir serias afectaciones en nuestra tecnología, por lo que su estudio es fundamental no sólo para prevenir estos daños sino también para comprender las causas que las producen. Se ha acuñado el término de Clima Espacial, que describe las condiciones en el espacio que afectan a nuestro planeta Tierra, así como los sistemas tecnológicos que utilizamos. Nuestro clima espacial es consecuencia del comportamiento del Sol, la naturaleza del campo magnético terrestre y atmósfera, y el lugar que ocupamos en el sistema solar.
A diferencia de la astrofísica, la física espacial cuenta con mediciones in-situ obtenidas por misiones espaciales que desde hace algunas décadas han tenido como propósito medir las condiciones del viento solar en diferentes puntos de la heliosfera, así como también obtener mediciones remotas en diferentes rangos de longitud de ondas de diversos fenómenos que ocurren en el Sol.
Temas de Estudio
El estudio de la dinámica de las cuencas de agua de nuestro planeta (océanos, lagos, lagunas, ríos), incorpora de manera fundamental los procesos que determinan la interacción que existe entre el aire y el agua, y de manera más específica la que existe entre la atmósfera y el océano, ambientes que representan los dos fluidos más importantes en la Tierra.
En esta sección abordamos la investigación científica y aplicada que nos permite entender de manera más profunda, la interacción que existe entre procesos en general (incluyendo bio-geo-químicos y ecológicos) y entre ambientes en el amplio sentido, sin dejar a un lado el estudio particular de fenómenos característicos que se llevan a cabo en nuestros mares y otros cuerpos de agua. Se considera de gran importancia la generación de nuevo conocimiento acerca de los procesos oceanográficos de mayor relevancia, tanto esos que influyen directamente en el estado natural del océano, como aquellos que indirectamente implican cambios en el sistema de la Tierra y que potencialmente afectan a la sociedad en general.
Los fenómenos oceanográficos que deseamos entender mejor, presentan escalas espaciales que varían desde micras hasta globales, y escalas temporales desde segundos hasta milenios. La variabilidad natural de estos procesos en conjunto con las características hostiles del ambiente marino, imponen retos que podrán abordarse y resolverse en la medida que mejoremos nuestras capacidades técnicas e intelectuales.
Temas de Estudio
La Tierra no puede concebirse como un ente aislado, su interrelación con la atmósfera, la biosfera, la hidrósfera y el espacio exterior, son imprescindibles para entender cómo funciona nuestro planeta y cómo el hombre puede adaptarse a las condiciones ambientales que día con día evolucionan dentro de una dinámica global que le permite vivir con cierta armonía con el entorno natural y social.
El estudio de la Tierra Sólida es fundamental en ese ciclo, ya que nos permite explorar cómo operan los sistemas terrestres y cómo se interrelacionan con los procesos que ocurren tanto en el interior de la Tierra (internos) como en la superficie terrestre (externos), involucrando toda una variedad de procesos químicos, físicos, biológicos y geológicos. Los enfoques metodológicos que se emplean para su estudio involucran diversas técnicas de prospección geológica, geoquímica y geofísica con escalas muy variadas que van desde micrométricas hasta planetarias, y escalas de tiempo de milisegundos a millones de años.
La geodinámica terrestre estudia las transformaciones de la estructura interna de la Tierra con relación a las fuerzas que actúan en su interior, para lo cual se requiere el empleo de métodos geofísicos como la sismicidad, gravimetría, magnetismo, etc. La interacción de esas fuerzas internas con los agentes externos, nos permite entender cómo ha sido modelada la superficie terrestre y explicar cómo ha sido la distribución de sus recursos y sus características fisiográficas. El trabajo multidisciplinario de los diferentes campos de las geociencias permite entender cómo funciona la Tierra, cuáles son sus recursos y cómo podemos aprovecharlos y cuidarlos para que perduren por largo tiempo, tanto en lo referente al sector energético (hidrocarburos, geotermia, solar, eólica, etc.), como a la minería, o a recursos como el agua y los suelos, los cuales todos en su conjunto son imprescindibles para que el hombre pueda vivir. Asimismo, los fenómenos derivados de esa geodinámica y su interacción con el medio ambiente se manifiestan continuamente y los efectos derivados de ellos impactan al planeta a través de terremotos, erupciones volcánicas, tsunamis, deslizamientos de tierra, etc., muchas veces con consecuencias desastrosas para el hombre y la sociedad. Los avances que las geociencias puedan tener en los próximos años, nos permitirán explicar mejor su funcionamiento y, de esta forma, podremos ayudar a encontrar nuevos recursos energéticos, minerales, y materiales útiles al hombre, a proteger el medio ambiente y evitar su degradación progresiva, a mitigar los efectos de los fenómenos naturales, y a aprovechar y conservar mejor los recursos hídricos, entre otras cosas.
