domingo, 29 de abril de 2012

La Anomalía del Atlántico Sur

El telescopio Hubble es un cilindro, tan grande como una casa, que orbita la Tierra a 600 kilómetros de altitud, viajando a una velocidad de 28.000 kilómetros por hora. Este instrumento de alta tecnología nos ha ofrecido dos décadas de imágenes increíbles; ha sido nuestra ventana al universo primitivo, una auténtica máquina del tiempo. Acceder al Hubble, poder utilizar su increíble poder para investigar el firmamento, es un privilegio al alcance de unos pocos privilegiados. Cada segundo cuenta.



Y, sin embargo, algo extraño sucede. Periódicamente, la NASA se ve obligada a desconectar los instrumentos del Hubble; en concreto, cuando sobrevuela la vertical de Brasil ¿Lo sabían?

En este artículo explicaremos el por qué. Creo que seré capaz de sorprenderles más de una vez.

Empecemos: la Tierra, nuestro planeta, es sumamente extraño, muy denso y activo; y sabemos realmente poco de lo que sucede en su interior.

Es probable que piense en la Tierra como un planeta rocoso, compuesto por una corteza sólida, cubierta mayoritariamente por agua y un interior caliente. Sin embargo, en realidad nuestro planeta comienza en la tenue atmósfera, que alcanza los 10.000 kilómetros de altitud. La atmósfera es, por consiguiente, muy grande, y representa un gran peso. Nuestros músculos y esqueleto aguantan la presión de toneladas de materia en forma de gases, fundamentalmente nitrógeno y oxígeno. Extienda su mano: sólo en la superficie de su palma se acumula un enorme peso en aire. ¿Sorprendido? Observe a un recién nacido; también soporta inconscientemente el empuje de esta masa ingente.

Nacemos soportando el peso (en realidad, la presión) de varios elefantes.

Hay diversas capas atmosféricas, con distintas densidades, composición y temperatura. Supongo que piensan que cuanto más nos elevamos, más frío hace. No es así necesariamente; a 300 kilómetros de altitud los gases absorben radiaciones, fundamentalmente rayos gamma y X altamente energéticos, que ionizan las moléculas y provocan temperaturas de hasta ¡1.500 grados! Pero, entonces, ¿por qué no arden los transbordadores espaciales, que suelen orbitar a esa altitud? En la "termosfera" la sensación de calor viene determinada por la densidad; y estamos en capas tan altas que la densidad molecular es bajísima.

Explicaré esta paradoja con un ejemplo: ya saben que en lo más alto del Everest muchos alpinistas utilizan bombonas de oxígeno. Sin embargo, en su cima la proporción de este gas es la misma que a nivel del mar; un 21% aproximadamente. Lo que cambia no es la cantidad de oxígeno, sino la densidad del aire. Ya dijimos que la atmósfera pesa, y mucho. La atmósfera es más densa cuanto más cerca se encuentra de la superficie de la Tierra. Las variaciones de densidad explican la temperatura en la termosfera, el denominado "mal de altura" a partir de los 3.000 metros de altitud, el que llueva o esté soleado (altas y bajas presiones) o un simple dolor de cabeza. La presión (y un canal de parto muy estrecho) nos obliga a nacer con los huesos del cráneo abiertos. Lo sé por experiencia; yo nací con craneosinostosis, con algunas fontanelas prematuramente cerradas. Mis padres se dieron cuenta cuando subíamos un puerto en automóvil; los cambios de presión atmosférica me provocaban un llanto terrible.

Lo dejamos aquí; volveremos a la atmósfera más adelante. En ella se producen otros fenómenos asombrosos. Pero si queremos averiguar la causa por la que debemos apagar el Hubble en las alturas debemos explorar territorios muy diferentes y casi desconocidos; las entrañas de nuestro planeta.


La Tierra está cubierta por una capa de roca sólida que llamamos "Corteza". La corteza tiene un espesor medio de unos 25 kilómetros, aunque le interesará saber que frente a la costa de Galicia, al norte de España, la corteza tiene un espesor mínimo: sólo 2 kilómetros separan la superficie del océano de la hirviente lava ¿Se lo imaginan? Esto es algo que sabe muy poca gente.

Llamamos "Manto" a la capa de roca ardiente que representa un 80% del volumen total del planeta. Es un lugar que guarda secretos increíbles; les diré uno: la superficie de la Tierra acumula unos 1.300 millones de kilómetros cúbicos de agua, fundamentalmente en los océanos; pero en 1991 se anunció que el manto inferior, por debajo de los 670 km de profundidad, contiene tres veces esa cantidad de agua, en forma del mineral hidratado llamado serpentina. ¡Tres cuartas partes del agua de la Tierra se guarda a cientos de kilómetros de profundidad! ¿No les sorprende?

Cuanto más profundizamos, más enigmas salen a nuestro encuentro y menos respuestas tenemos. El núcleo es la parte más interna de la Tierra, con un radio de 3485 km. Se descubrió en 1905, pero no fue hasta 1936 que se anunció algo realmente sorprendente: hay un núcleo interno, una esfera con un radio de 1200 kilómetros, sólida e increíblemente pesada, compuesta de mineral de hierro y con una superficie ligeramente irregular, formada por innumerables y pequeñas montañas de cristal de metal llamadas dentritas. En su superficie (se supone que) son frecuentes las chispas eléctricas. Es, qué duda cabe, un lugar fascinante; más caliente que la superficie del mismo Sol. Sólo la ingente presión gravitatoria lo mantiene sólido.

Alrededor del núcleo interno circula un inmenso mar de metal líquido (hierro y níquel) de 2.200 kilómetros de profundidad. Inferimos que su estado es líquido porque no transmite las ondas sísmicas. El continuo rozamiento entre el núcleo sólido y su cobertura líquida provoca una enorme carga electromagnética. Lo veremos.

Pero antes, quisiera hacer mención al hecho de que vivamos en un planeta tan sumamente caliente. Dentro de la corteza la temperatura (el gradiente geotérmico) asciende rápidamente según descendemos, de 20 a 30 ºC por kilómetro; pero en el manto la temperatura aumenta a un ritmo mucho menor e irregular. ¿Por qué? ¿Por qué hay zonas calientes y frías en el interior del manto? ¿Por qué no hay un gradiente continuo tan intenso como en la corteza?

La única explicación, y dado que la roca es un mal conductor de calor, es que se produce una transferencia de calor por medio de una circulación (convección) de la masa del manto. Es decir, las rocas fluyen transmitiendo el calor del núcleo hacia las capas más altas. Según este modelo, las rocas calientes cercanas al núcleo, al ser menos densas, ascienden lentamente hacia la corteza (también llamada litosfera), en concreto hacia los bordes de placa convergente, en donde se enfrían e inician el descenso de nuevo hacia el núcleo, en un ciclo de subidas y bajadas que provoca la actividad volcánica y tectónica de nuestro planeta, fracturando la superficie y creando continentes.



En ocasiones, este flujo vertical localizado es especialmente caliente, y adopta la forma de una columna de hasta 400 km de diámetro que asciende con mayor rapidez. A este fenómeno lo llamamos "pluma". Imagíneselo: una columna convectiva inmensa de roca fundida que asciende desde el núcleo hacia la superficie, en donde se enfría, pero ejerce una poderosa presión. Como no puede ascender más, fluye hacia los lados, adoptando la forma de un hongo de hasta 4.000 kilómetros de diámetro. La presión es enorme, y eleva enormes volcanes como el Mauna Kea en Hawaii, que supera los 10 kilómetros de altura; la montaña más alta de nuestro planeta.

El problema surge cuando el sector central de la cabeza de la pluma, donde se concentra la mayor temperatura, genera una provincia ígnea gigante muy concentrada y explosiva en la superficie. Es decir: toda esta columna de energía calorífica se focaliza en un espacio de apenas 100 kilómetros. A este fenómeno lo llamamos "supervolcán".



Imagínese el parque natural de Yellowstone, en Estados Unidos; un lugar paradisíaco y muy turístico. Llegará un día en el que una caldera volcánica de 70 kilómetros de diámetro, hoy oculta por un lago, explosione, ocasionando un invierno nuclear en el planeta y arrasando parte de los Estados Unidos. Yellowstone preocupa, porque da señales de estar despertando. Es algo de lo que hablaremos en otro artículo.

No sólo en el manto, también dentro del océano metálico que forma el núcleo exterior encontramos un fenómeno similar: columnas convectivas fluyen desde el ardiente centro sólido hacia la superficie del núcleo líquido, proyectando enormes cantidades de calor (energía) hacia el manto. La dinámica que acaba en Hawaii, Yellowstone o con un terremoto en Chile comienza en lo más profundo del planeta. La Tierra es un planeta muy activo, que irradia calor y genera energía electromagnética.


Pero, ¿lo hará siempre?

El calor de nuestro planeta tiene su origen, por una parte, en el pasado tempestuoso de la joven Tierra, sometida al bombardeo de partículas; además, el núcleo interno, al cristalizarse y volverse sólido, generó un calor que continúa presente, aunque se debilita con el tiempo. De hecho, el núcleo sólido crece a razón de 1 milímetro por año. No parece mucho, pero es una prueba de que la Tierra irradia al espacio más calor del que genera. La Tierra, por tanto, se enfría. Disponemos todavía de una fuente importante de calor que genera la desintegración radioactiva de los isótopos de uranio (U), torio (Th) y potasio (K). Pero este combustible no durará siempre.



¿Qué final nos aguarda? Es fácil saberlo, basta con mirar a Marte; un planeta que en su pasado tuvo actividad tectónica (hay volcanes), campo magnético y una superficie con océanos de agua líquida (vemos lechos de ríos y mares). Hoy es un paraje yermo y seco, frío y muerto. Marte se enfrió muy rápido porque es mucho más pequeño que la Tierra. Además, no sufrió un episodio tan traumático como el choque que dio origen a la Luna, ni está sometido a tensiones gravitatorias tan importantes como las que nos atan a nuestro satélite. La Tierra se mantuvo muy activa durante muchos millones de años, cuando la luna orbitaba a una altitud de apenas 25.000 kilómetros y aceleraba la rotación del planeta, de manera que los días duraban sólo cuatro horas. Tuvimos una adolescencia muy inquieta, y ello nos ha mantenido calientes y activos de mayores.

En definitiva, la Tierra es un planeta muy especial. Por ello contiene vida.

Volvamos al interior ardiente; querría comentar algo sobre el elemento llamado oxígeno.

Una diferencia fundamental entre el núcleo y el manto es el comportamiento de este elemento muy común en nuestro planeta. En el núcleo, el oxígeno se une al hierro y níquel para formar diversos tipos de aleaciones. A resultas de esta unión, el oxígeno asume las propiedades del metal y hace del núcleo un entorno altamente conductor. Además, este espacio energético y conductor se encuentra aislado por un manto en el que el oxígeno se une a los metales de manera diferente, formando óxidos; es decir, compuestos con baja conductividad.

En definitiva, tenemos un núcleo muy caliente, altamente conductor, en el que un océano metálico rota a una velocidad mayor que la misma Tierra y con un eje inclinado unos 10 grados con respecto al planeta. Las celdas convectivas metálicas del núcleo reaccionan químicamente cuando entran en contacto con los óxidos del manto, por lo que se dan fuertes gradientes (variaciones) de temperatura en esa zona de tránsito núcleo/manto, lo cual genera más energía, que se irradia hacia el exterior a través de las corrientes convectivas del manto, formando finalmente una marea electromagnética inmensa.

Por decirlo de manera sencilla: vivimos sobre una especie de dinamo descomunal que genera un gran campo electromagnético, tan fuerte que supera con mucho las capas más exteriores de la atmósfera, creando así un escudo invisible que nos protege frente a las radiaciones cósmicas ¿No es la Tierra un planeta sorprendente? Una fuerza invisible atraviesa todo el manto, la corteza y se eleva muy por encima de la atmósfera, alcanzando los 60.000 kilómetros de altura. Allí se encuentra con una poderosa marea proveniente de nuestra estrella: el viento solar.

El viento solar es un flujo de partículas cargadas, muy energéticas, principalmente protones, electrones y núcleos de helio, en forma de plasma muy poco denso, que viaja a un promedio de 450 km por segundo. Esta energía se detiene y desvía por efecto del escudo electromagnético generado desde el núcleo terrestre, en una región llamada magnetosfera y que alcanza desde los 500 a los 60.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. La mayor parte de las partículas chocan contra el escudo y rodean el planeta sin adentrarse en la atmósfera, dejando un rastro energético en forma de cola que alcanza los 300.000 kilómetros de largo. Como la cola de un cometa.


Pero no todas las partículas cargadas se desvían; algunas quedan atrapadas girando en espiral a lo largo de las líneas de fuerza de uno a otro polo magnético, sobre capas altas de la atmósfera. En estas zonas las partículas interaccionan con los gases de la atmósfera, y, en consecuencia, cada tipo de gas desprende un espectro óptico característico al ser irradiado. Al conjunto de estos espectros (colores) lo denominados aurora boreal en el hemisferio Norte y aurora austral en el hemisferio Sur. Es un espectáculo increíble.

Pero, además del viento solar, la Tierra sufre otro tipo de bombardeo energético. Se lo denomina radiación cósmica, y su origen es incierto.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas (fundamentalmente protones, partículas alfa y electrones) muy energéticas y potencialmente peligrosas. Su fuerza deriva de su velocidad, cercana a la de la luz. Pueden tener su origen en supernovas o en explosiones gamma; pero recientes estudios parecen demostrar que nacen en agujeros negros supermasivos. Sea como fuere, estos rayos cósmicos también son desviados en su mayor parte por el escudo magnético de la Tierra.

¿Qué sucedería si no existiera la magnetósfera? En primer lugar, el elemento agua (H2O) sufriría un bombardeo de partículas energéticas que a la larga disociarían los dos átomos de hidrógeno del átomo de oxígeno. El hidrógeno, enormemente volátil, se perdería en el espacio, y los océanos desaparecerían. ¿Fue esto lo que sucedió en Marte? ¿La pronta desaparición de su escudo electromagnético acabó con el agua en su superficie? Muchos científicos así lo creen.

Pero la radiación estelar afectaría muy especialmente a la biosfera. El código genético se vería seriamente alterado por la radiación cósmica, y las mutaciones se sucederían. La química orgánica sufriría el embate de partículas que romperían su equilibrio extremadamente delicado. A la larga, la vida sería inviable.

La radiación es peligrosa y dañina. Los astronautas del programa Apolo relataron la experiencia de percibir intensos destellos de luz dentro de los globos oculares, con los párpados cerrados. Es la respuesta de la retina al ser bombardeada por partículas subatómicas altamente energéticas, algo el cerebro traduce como destellos de luz. Según un estudio realizado en el año 2001 por la NASA, al menos 39 astronautas expuestos a misiones de alto riesgo han sufrido alguna forma de cataratas en los ojos. En la aviación comercial, los técnicos de cabina y pilotos reciben un informe anual en el que se especifica la cantidad de radiación que han recibido. No es en absoluto una excepción que pilotos o azafatas enfermen de cáncer tras una vida en las alturas. ¿Sabían que tienen prohibido donar sus órganos? Se considera que están dañados tras una larga exposición a la radiación y a los cambios de presión. Piense en ello la próxima vez que se suba a un avión: la azafata que le atiende trabaja casi a diario a 10.000 metros de altitud. Es algo que, a menudo, pasa factura. ¿Sabían que una azafata, tras un vuelo trasatlántico, tiene casi dos tallas más de ropa? Su cuerpo está hinchado por la retención de líquidos y los efectos de los cambios de presión. No recuperan su figura hasta pasadas unas 48 horas.

Pero es hora de ofrecer una respuesta al misterio del Hubble. ¿Por qué se apaga cuando sobrevuela Brasil?

La respuesta es: porque en esas latitudes la cantidad de radiación es mucho más alta de lo normal, y todos los instrumentos en órbita se suelen ver afectados. Es un lugar peligroso y único, y tiene un nombre: "La anomalía del Atlántico Sur". Y preocupa.

Ya explicamos que el viento solar y los rayos cósmicos se desvían en la magnetopausa, a 60.000 kilómetros, y rodean el planeta. Pero una cantidad significativa se adentra en la magnetosfera. También dijimos que algunas partículas se desvían hacia los polos causando auroras; pero queda todavía una cantidad importante de radiación que adopta la forma de un toroide; es decir, una curva (un carrusel) que gira alrededor del eje de rotación del campo magnético. A estas estructuras se las denomina "Cinturones de radiación de Van Allen".


Como es algo confuso, lo simplificaré: hay un lugar, correspondiente al cinturón de Van Allen interior, en el que el escudo magnético se sitúa sólo a unos 600 kilómetros de la superficie de la Tierra. Corresponde al centro (ecuador) magnético, que se encuentra a unos 450 kilómetros al sur del ecuador geográfico; es decir, Brasil. En este lugar la Tierra recibe mucha más radiación procedente del espacio, tanta que debemos apagar el Hubble y nos vimos obligados a rediseñar el escudo de la Estación Orbital, para protegerla cuando pasa por esta zona tan peculiar.

En la anomalía del Atlántico Sur el choque de las ráfagas de partículas provocan una cantidad significativa de protones de alta energía. Además, esta zona de choque de partículas subatómicas debe funcionar como un acelerador de partículas, y las colisiones producen antiprotones. La nave espacial PAMELA, lanzada el 2006, se dedicó a buscar un cinturón de radiación de antiprotones. Los encontró, en efecto, en el sumidero de la anomalía del Atlántico Sur. Una anomalía que mide unos 560 kilómetros y cuya forma varía con el tiempo.


¿Tiene efectos para la salud esta debilidad en el escudo magnético? Hay estudios que parecen demostrar una correlación entre la intensidad de la radiación recibida y la incidencia en patologías cardíacas, pero es un ámbito de investigación que apenas si ha comenzado. Se esperan estudios sobre malformaciones genéticas, cáncer de piel, problemas oculares u otras patologías. Pero llama la atención la importancia que se le concede a este tema desde la NASA y la ESA.

Uno de los proyectos más importantes para el año 2012 es el lanzamiento en julio del proyecto Swarm desde el Cosmódromo de Plesetsk, al norte de Rusia. Se trata de tres satélites de la ESA que medirán el campo magnético. ¿Por qué preocupa tanto este tema?

Algo está sucediendo: según una investigación de la universidad de Oregón, tras 400 años de estabilidad, el Polo Norte Magnético parece haber recorrido cientos de kilómetros desde el norte de Canadá hacia el interior del Océano Glaciar Ártico en apenas cien años,. En un comunicado del Gobierno de Canadá, de continuar con este ritmo, el polo norte magnético podría alcanzar Siberia en menos de un siglo. Esta aceleración podría indicar que algo sucede en el geomagnetismo terrestre.

Pero hay un dato mucho más preocupante: el campo magnético que nos protege de la radiación se está haciendo progresivamente más débil, y se desvanece con una velocidad asombrosa. Esta es la razón fundamental por la que el estudio del campo magnético ha pasado a ser un asunto prioritario. Los datos son asombrosos: a partir de mediciones que se iniciaron en 1845, se ha producido una merma en el escudo del orden del 10% en los últimos 160 años, ¡y de un 5% en los últimos 10 años! Se calcula que la intensidad del campo magnético terrestre era un 40% mayor en tiempos de Cristo.

En el caso de la anomalía del Atlántico Sur, los datos simplemente son increíbles: el campo magnético se ha debilitado ¡un 25% en un siglo! ¿Se dan cuenta? Los habitantes de estas zonas de Brasil, Uruguay o, en ocasiones, Chile podrían estar recibiendo una cantidad considerable de radiación.

¿Por qué está sucediendo este fenómeno, y que puede indicar? Parece claro que algo ocurre con las corrientes convectivas del interior de la Tierra. De hecho, se ha comprobado que la intensidad de los flujos en la zona correspondiente al ecuador magnético ha disminuido en intensidad y frecuencia. El dato de que los polos se estén desplazando es otra pista. Cada vez más, los científicos afirman que asistimos a una "inversión completa de los polos del planeta Tierra".

A principios de los años 60 los geofísicos descubrieron que el campo magnético de la Tierra cambia de polaridad; es decir, el polo norte magnético se convierte en el polo sur y viceversa. Por decirlo de alguna manera, la Tierra da la vuelta. Nuestras brújulas apuntarían entonces al sur.

En absoluto es un fenómeno inusual: durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años. No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente, porque la secuencia no es regular. Las capas de lava que se solidifican en el fondo del océano dejan grabada en sus estructuras de cristales metálicos la polarización de ese momento. Es un registro fiel del campo magnético: basta con observar hacia dónde se orientan los cristales. Sabemos que la inversión no es un fenómeno inmediato; son necesarios cientos, sino miles de años. La pregunta es: si estamos en medio de un proceso de inversión, ¿qué efectos puede tener para la vida?

En mi opinión, el asunto no tiene la trascendencia catastrófica que se le quiere dar. Durante la inversión el campo magnético no se desvanece: se debilita. Se hace más complicado, con fases de debilidad y alternancia en las zonas de mayor y menos protección. En todo caso, contamos con la protección de la capa de ozono, que absorbería buena parte de la radiación.

La mejor prueba es que registro fósil no muestra extinciones ni grandes cambios en flora ni fauna durante los periodos de inversión; tampoco la cantidad de isótopos de oxígeno muestran cambios climáticos, del tipo periodos glaciales. Por supuesto, la inversión de polaridad del campo magnético no tiene efecto alguno sobre la inclinación del eje de rotación del planeta.

Además, los últimos episodios de inversión coincidieron con la presencia del homo erectus, un homínido muy evolucionado que utilizaba el fuego, tenía múltiples herramientas y cocinaba. Un antepasado muy cercano. Sobrevivió al menos a tres procesos de inversión de la polaridad magnética.

Los mayores problemas pueden provenir de la tecnología. Tanto los artefactos que tenemos en órbita como los sistemas electrónicos en tierra pueden verse seriamente afectados. Pero tendremos tiempo suficiente para protegernos de los efectos de la radiación.

Para finalizar, una última consideración. Una cosa es fomentar el catastrofismo vacuo, y otra es no advertir de algunos problemas adyacentes que pueden darse en determinadas zonas del planeta. En este momento coinciden en el tiempo dos fenómenos: la debilidad del campo magnético en la zona del Atlántico sur, y una fortísima actividad solar que durará al menos un año más. Creo que las personas que viven en la zona afectada o que la visitan deberían tomar más precauciones de las habituales con la radiación solar. En particular, se debe evitar la exposición directa en las horas centrales del día, muy especialmente los niños, y no confiar en exceso en la protección de una sombrilla o en las propiedades de una crema solar. Ciertas formas de radiación golpean con fuerza incluso a la sombra, y las cremas no son una panacea.



Estos consejos en realidad son extrapolables a cualquier lugar del planeta los próximos dos años. El ciclo solar por el que pasamos tiene una intensidad enorme, y lo inteligente es protegerse de una exposición excesiva.


Sin catastrofismo, pero con inteligencia. Y recuerde que la piel guarda memoria de la radiación que recibe. No se extrañe si el sol "pica" con fuerza este año.

Protéjase de él.

Antonio Carrillo

4 comentarios:

  1. Gracias Antonio. No conocia los motivos del desplazamiento de la vertebral de energia que hoy se halla en Sudamerica, y que antigüamente estaba en Asia, y sigue moviendose : Ni mas ni menos que el desplazamiento propio a lo largo del tiempo del escudo magnetico terrestree.

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  2. Por favor corregir este parrafo:"La presión es enorme, y eleva enormes volcanes como el Mauna Kea en Hawaii, que supera los 10 kilómetros de altura; la montaña más alta de nuestro planeta."

    Verificar datos:la cima del Monte Mauna Kea es de 13.796 pies o sea 4.205 m.
    El Monte Everest (Nepal-China) mide 8.850 m sobre el nivel del mar. Creo que está de más decir que es el más alto del mundo.

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  3. rectifico: Monte Mauna Kea 4205m sobre el nivel del mar y más de 6000m por debajo del nivel del mar, Desde su base es la montaña más alta.

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  4. Datos correctos, no obstante, la altura de las montañas se miden a nivel del mar siempre (es una convención aceptada en todos los medios científicos. Porque sino también se podría decir que el monte Cimborazo (Ecuador) es el más alto, si se mide desde el centro del planeta... o que fulano la tiene más larga porque se la mide desde los riñones... es que estos norteamericanos...

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