De la broma de la soda a los super humanos

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Recuerdo un episodio clásico de Los Simpson, donde Bart, harto de las bromas de su padre, decide vengarse con una lata de cerveza. Coloca la lata en un agitador mecánico para que, al abrirla, Homero reciba una explosión de espuma en la cara. Más allá del humor, la escena nos ofrece una excelente excusa para explorar dos fenómenos físicos interrelacionados: la solubilidad de los gases en líquidos y la presión parcial, conceptos que no solo explican cómo se carbonatan las bebidas, sino también cómo funciona el buceo autónomo y por qué los pulmones humanos necesitan protección bajo el mar.

Figura 1. La broma de la soda en Los Simpsons muestra cómo la ley de Henry explica la solubilidad del dióxido de carbono (CO₂) en las bebidas carbonatadas. Al abrir la lata, la presión disminuye y el gas se libera rápidamente. Estas bebidas, con su acidez y azúcar, engañan al paladar pero pueden contribuir a problemas de salud como obesidad y enfermedades cardiovasculares.

Cuando se sella una bebida gaseosa, como una soda o una cerveza, el fabricante introduce dióxido de carbono (CO₂) a una presión elevada. Este gas se disuelve en el líquido hasta alcanzar un equilibrio dinámico entre el gas disuelto y el gas en fase gaseosa. Este fenómeno está regido por la ley de Henry, que establece que, a temperatura constante, la cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre ese líquido.

A temperatura ambiente (20 °C), la constante de Henry para el CO₂ en agua es de aproximadamente 3.3 × 10⁻² mol/(L·atm). Esta constante representa la "capacidad" del líquido para disolver CO₂ bajo cierta presión. Cuanto mayor es la presión, más CO₂ se disuelve. Este equilibrio se mantiene mientras la lata esté cerrada. Pero si agitamos la lata o la abrimos bruscamente, el sistema se ve perturbado: la presión cae y la solubilidad del CO₂ disminuye. Como resultado, el gas se libera rápidamente en forma de burbujas, provocando el característico "¡boom!" de la efervescencia explosiva.

Además del efecto visual y sonoro, este fenómeno tiene un efecto químico interesante: la acidificación del líquido. Al disolverse en agua, el CO₂ reacciona para formar ácido carbónico (H₂CO₃), una especie inestable que se disocia parcialmente en iones hidrógeno (H⁺) y bicarbonato (HCO₃⁻):

CO₂ (aq) + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

Este aumento de H⁺ reduce el pH de la solución, es decir, la hace más ácida. Esto no es casual: muchas bebidas gaseosas están diseñadas para tener una acidez que realce su sabor. Nuestro paladar está biológicamente adaptado para detectar la acidez como señal de frescura o incluso de alerta ante alimentos potencialmente contaminados. Esta estrategia sensorial es tan efectiva que los fabricantes de refrescos optimizan sus fórmulas basándose en el equilibrio entre carbonatación y acidez.

Pero este mismo proceso, que en una lata de soda nos da un gusto refrescante, puede tener consecuencias trágicas en otras escalas. Tomemos como ejemplo el océano. En las últimas décadas, el aumento de emisiones de CO₂ atmosférico ha generado un incremento en la cantidad de este gas que se disuelve en el agua marina, siguiendo nuevamente la ley de Henry. Esta absorción ha provocado una disminución significativa del pH oceánico, un fenómeno conocido como acidificación oceánica.

Desde la Revolución Industrial, se estima que el pH promedio de los océanos ha disminuido en 0.1 unidades, pasando de aproximadamente 8.2 a 8.1. Este cambio puede parecer pequeño, pero dado que la escala de pH es logarítmica, representa un aumento de 30% en la concentración de iones H⁺. Se proyecta que para finales de este siglo el pH podría descender hasta 7.7 si las emisiones continúan al ritmo actual.

Este aumento de acidez interfiere con la capacidad de los organismos calcificadores —como los corales, moluscos y algunos tipos de plancton— para producir sus estructuras de carbonato de calcio (CaCO₃). En medios ácidos, el CaCO₃ tiende a disolverse, debilitando a los organismos que dependen de él para sobrevivir. A su vez, estos cambios alteran toda la cadena trófica marina, afectando desde los pequeños crustáceos hasta las industrias pesqueras que dependen de ellos.

Figura 2. El equipo de buceo Aqua-Lung permite respirar aire comprimido bajo el agua mediante un tanque y un regulador de presión que adapta el gas a la presión ambiental. La ley de Henry explica cómo el nitrógeno se disuelve en la sangre, causando riesgos como la enfermedad por descompresión si no se controla el ascenso.

Figura 4. La escafandra de Siebe (1818) fue un casco metálico hermético con peto y chaqueta de cuero, diseñada para soportar la presión hidrostática y permitir la respiración mediante un tubo conectado a la superficie. Su diseño mejoró la movilidad y seguridad bajo el agua, sentando las bases para futuros avances en buceo, como el uso de mezclas de gases para evitar la narcosis por nitrógeno.

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) ha advertido que la acidificación oceánica podría comprometer la seguridad alimentaria global, ya que una gran parte del pescado que consumimos depende de ecosistemas frágiles como los arrecifes de coral. Aquí vemos cómo un mismo principio químico —la solubilidad de gases en líquidos— puede generar tanto una burbuja festiva como una crisis ecológica.

Curiosamente, este fenómeno también se vuelve peligroso cuando trasladamos nuestro cuerpo al interior del océano. En el buceo, otra vez se aplica la ley de Henry. A medida que un buzo desciende, la presión hidrostática aumenta. Por cada 10 metros de profundidad, la presión se incrementa en 1 atmósfera. A 40 metros bajo el agua, un buzo experimenta 5 atmósferas de presión, lo que significa que la solubilidad del nitrógeno (N₂) —que constituye aproximadamente el 78% del aire respirado— aumenta considerablemente en la sangre y tejidos corporales.

Este aumento en la concentración de nitrógeno disuelto no genera problemas mientras el buzo permanezca a esa presión. Sin embargo, si asciende demasiado rápido, el nitrógeno se libera de forma súbita, formando burbujas en la sangre, un fenómeno conocido como síndrome de descompresión o "mal de los buzos". Estas burbujas pueden bloquear vasos sanguíneos, provocar dolor intenso, parálisis o incluso la muerte. Para prevenir este riesgo, los buzos deben realizar paradas de descompresión, permitiendo que el gas se libere lentamente, en equilibrio con la disminución de presión.

Este desafío físico-químico ha sido enfrentado por la ingeniería del buceo durante más de un siglo. Los primeros buzos utilizaban trajes pesados con cascos de bronce y aire bombeado desde la superficie. Uno de los avances clave fue la creación del Aqua-Lung por Jacques Cousteau y Émile Gagnan en 1943, un sistema que incluye un tanque de aire comprimido y un regulador de presión que permite al buzo respirar aire a la misma presión que el entorno marino.

Figura 5. Jacques Cousteau (1910-1997) fue un pionero en la exploración submarina y la conservación marina. Inventó el equipo de buceo autónomo, el Aqua-Lung, que permitió a los humanos explorar el océano a grandes profundidades. Cousteau documentó sus descubrimientos en numerosos documentales y libros, promoviendo la conciencia sobre la protección de los ecosistemas marinos y la vida submarina.

El regulador es un componente esencial del equipo de buceo. Ajusta la presión del aire que entra en los pulmones para igualarla a la presión externa. Sin él, los pulmones humanos colapsarían bajo la presión del agua o, en sentido opuesto, podrían expandirse peligrosamente al ascender, causando una embolia pulmonar. La física del gas, nuevamente, se vuelve un asunto de vida o muerte.

Sin embargo, no todos los humanos necesitan tanques para bucear. La tribu Moken, que habita las costas del sudeste asiático, es capaz de bucear a profundidades de hasta 20 metros sin equipo especializado. Estudios científicos han demostrado que los Moken poseen una visión submarina extraordinaria y una adaptación fisiológica notable. Sus músculos torácicos son capaces de resistir la presión del agua, permitiendo inmersiones prolongadas sin los efectos adversos del nitrógeno disuelto. Al no usar tanques con aire presurizado, evitan la entrada de gases a presión elevada, lo que disminuye el riesgo de sufrir descompresión.

Esta capacidad biológica se relaciona con un control refinado de la homeostasis del cuerpo y una respuesta adaptativa al entorno. Mientras los buzos occidentales dependen de la tecnología, los Moken han desarrollado una solución evolutiva que combina resistencia física, entrenamiento respiratorio y conocimiento empírico del océano.

Figura 6. La tribu Moken, "gitanos del mar", habita costas de Tailandia y Birmania y destaca por su habilidad para bucear hasta 20 metros sin equipo. Su excepcional visión subacuática es una adaptación biológica que mejora la refracción de la luz. Además, poseen músculos torácicos fuertes y tolerancia a la presión hidrostática, permitiéndoles soportar largas inmersiones para pescar y recolectar.

La relación entre los gases, los líquidos, la presión y el cuerpo humano es, por tanto, profundamente interconectada. Desde una simple lata de soda hasta los confines del océano, la química de disolución de gases está en juego, guiada por la ley de Henry, pero también limitada por nuestros órganos, nuestras herramientas tecnológicas, y nuestras adaptaciones culturales y biológicas.

Lo que comienza como una broma en la televisión —una lata que estalla en la cara de un padre— es en realidad un reflejo satírico de un proceso físico que ha modelado industrias enteras: desde la producción de bebidas y la ingeniería submarina hasta la crisis ecológica global. La carbonatación, la presurización, la efervescencia, la acidez, la descompresión, y la respiración forman parte de una misma narrativa científica: la del equilibrio químico entre el gas y el líquido, y la forma en que ese equilibrio puede ser manipulado, aprovechado o, en ocasiones, poner en riesgo nuestra salud y la del planeta.

En otras palabras, la próxima vez que abras una soda agitada y salpique tu camisa, recuerda que no estás presenciando solo una broma: estás frente a una lección completa de fisicoquímica, fisiología, y cambio climático.

Referencias

Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.

Brubakk, A. O., & Neuman, T. S. (2003). Bennett and Elliott's Physiology and Medicine of Diving (5th ed.). Saunders.

Caldeira, K., & Wickett, M. E. (2003). Anthropogenic carbon and ocean pH. Nature, 425(6956), 365-365.

Council, J. (2023). US Divers Scuba Legacy. Journal of Diving History, 31(117).

Duarte, C. M., Hendriks, I. E., Moore, T. S., Olsen, Y. S., Steckbauer, A., Ramajo, L., ... & McCulloch, M. (2013). Is ocean acidification an open-ocean syndrome? Understanding anthropogenic impacts on seawater pH. Estuaries and Coasts, 36, 221-236.

Dujic, Z., & Breskovic, T. (2012). Impact of breath holding on cardiovascular respiratory and cerebrovascular health. Sports Medicine, 42, 459-472.

Gislén, A., & Schagatay, E. (2011). Superior underwater vision shows unexpected adaptability of the human eye. Was man more aquatic in the past, 164-172.

Gislén, A., Dacke, M., Kröger, R. H., Abrahamsson, M., Nilsson, D. E., & Warrant, E. J. (2003). Superior underwater vision in a human population of sea gypsies. Current Biology, 13(10), 833-836.

Hanauer, E. (2023). The 80th Anniversary of the Aqua-Lung. Journal of Diving History, 31(117).

Hogan, D. W. (1972). Men of the sea: coastal tribes of South Thailand's west coast. Siam Society.

IMDb. (1993). The Simpsons – Bart gets an elephant (S4E18).

Michael Jr, E. D., & Harder, T. (1956). Effects of Aqua Lung on Circulation of Adults While on Dry Land. Research Quarterly. American Association for Health, Physical Education and Recreation, 27(4), 403-408.