Flujo de Energía y Efecto Invernadero

La vida aquí en la tierra depende del flujo de energía procedente de las reacciones nucleares que tienen lugar en el corazón del Sol. Y es gracias a esta energía que ocurren las reacciones bioquímicas que son indispensables para todos los organismos. En el ecosistema todos los organismos están interrelacionados por el proceso de obtención de energía, pues la materia se recicla en un ciclo cerrado y la energía fluye generando organización en el sistema.

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¿Qué es la Energía? Los físicos definen la energía como la capacidad para realizar trabajo, es decir, lo que ocurre cuando una fuerza opera sobre un cuerpo a lo largo de una distancia. Pero también se puede decir que es la capacidad que tiene un cuerpo para producir un trabajo o provocar un cambio.

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Existen dos leyes termodinámicas que son de gran importancia cuando estudiamos la energía en cualquiera de sus formas. La primera ley establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino se transforma de una forma a otra. La segunda ley establece que ningún proceso de transformación de energía ocurre espontáneamente a menos que no haya una degradación de la energía de una forma concentrada a una forma dispersa.
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La cantidad de energía enviada a la Tierra por el Sol es de aproximadamente 13x1023 cal por año. Toda esta energía está constituida por radiación infrarroja, ultravioleta y luz visible. Un tercio de esta energía solar es devuelta al espacio en forma de luz, de los dos tercios restantes la atmósfera absorbe la radiación infrarroja y la capa de ozono se encarga de absorber gran parte de la luz ultravioleta.

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La energía restante es absorbida por la superficie terrestre y se convierte en calor. Parte de esa energía térmica absorbida sirve para evaporar las aguas de los océanos, produciéndose las nubes, que a su vez, originan lluvia y nieve.
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Por otro lado, una pequeña fracción (menos de 1%) de esa energía que penetra a la superficie terrestre, pasa de unos organismos a otros a través de una relación alimentaría llamada cadena alimentaría o cadena trófica. Ésta se inicia en los organismos vegetales, los cuales son capaces de producir moléculas complejas (carbohidratos como: glucosa, almidón, etc.) a partir de moléculas pequeñas y simples (CO2, agua). Ellos captan la energía luminosa procedente del Sol con su actividad fotosintética y la convierten en energía química (energía para sus propias necesidades). De esta manera la planta sintetiza su alimento (materia orgánica), que pone a disposición de otros organismos.
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En ese momento se puede observar que se ha cumplido con la primera ley de termodinámica, que establece que la energía puede ser transformada de una forma a otra. También hay que hacer notar que la mayor parte de la energía química que se procesa en el metabolismo de las plantas luego se disipa, se pierde en forma de calor en la respiración. De esta manera se cumple con la segunda ley de termodinámica, que establece que parte de la energía será disipada al exterior en una forma más diluida.
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Las plantas son devoradas por otros seres vivos que forman el segundo nivel trófico de los consumidores primarios (herbívoros). Éstos, a su vez, son devorados por los consumidores secundarios (carnívoros). También existen los omnívoros que consumen tanto plantas como animales. Pero las cadenas alimentarías no acaban con el depredador cumbre, sino que como todo ser vivo muere, existen necrófagos como algunos hongos y bacterias que se alimentan de los residuos muertos.
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Si bien, la energía asimilada en cada nivel trófico se pierde de nuevo en forma de calor en la respiración, una porción se convierte en biomasa. La biomasa o masa biológica es la cantidad de materia viva producida en un área determinada de la superficie terrestre o por organismos de un tipo específico. Como por ejemplo: los tejidos leñosos y herbáceos.
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En cada nivel trófico los organismos convierten menos energía en biomasa que la que reciben. Por lo tanto mientras más pasos se produzcan entre el productor y el consumidor final, la energía que queda disponible es menor. Es por ello que rara vez existen más de cuatro eslabones o cinco en una red trófica. Porque con el tiempo la energía que fluye a través de los niveles tróficos se pierde en forma de calor.
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Hasta aquí se han planteado algunos puntos sobre el flujo de energía que entra a nuestra superficie terrestre, ahora se hablará acerca de la energía que es devuelta al espacio.

Es sabido por todos que nuestra Tierra está envuelta por una capa gaseosa llamada atmósfera. Esta capa actúa como una especie de manta de aire que mantiene caliente a la Tierra. Si la Tierra no estuviese envuelta en esta capa la tierra sería demasiado fría para que pudiera existir la vida. La atmósfera mantiene caliente a la Tierra caliente gracias a las pequeñas cantidades de Dióxido de carbono, Metano, Ozono y otros gases conocidos como gases de efecto invernadero presentes en ella, que absorben la radiación infrarroja que emite la superficie terrestre (y también la radiación infrarroja proveniente del Sol). Las radiaciones rebotan entre la mezcla de moléculas que componen a la atmósfera hasta que finalmente escapan al espacio sideral.

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En 1827 el matemático francés Jean B. J. Fourier comparó la influencia de la atmósfera terrestre con un invernadero. ¿Cómo funciona un invernadero? En él, los rayos de luz entran por amplias ventanas (de cristal o plástico) y éstas evitan que el calor salga al exterior de nuevo. Por eso dentro del invernadero se mantiene una temperatura cálida para cultivar frutas y hortalizas que al aire libre no podrían vivir. De forma análoga los gases que forman la atmósfera de la Tierra sirven como las paredes de cristal de un invernadero para mantener el calor.
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Como se dijo anteriormente la luz solar no se utiliza directamente, sino en forma de calor. La fuente de calor para la atmósfera es la superficie del suelo calentada por la luz solar que luego es emitida como radiación infrarroja hacia el espacio. La atmósfera terrestre es capaz de retener el 40 % de la radiación emitida por el suelo. El resultado de todo esto es que hay una gran cantidad de energía circulando entre la superficie de la Tierra y la atmósfera, y esto provoca un calentamiento de la misma.
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Sin embargo, las actividades humanas realizadas durante estos últimos siglos de revoluciones industriales y, especialmente las ultimas décadas, han disparado la presencia de estos gases (por ejemplo la concentración atmosférica del CO2 se ha incrementado en un 30%) y han añadido otros con efectos invernadero adicionales, además de causar otros atentados ecológicos como la destrucción de la capa de ozono.

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Así, si seguimos propiciando la combustión de grandes cantidades de carbón, petróleo y gas natural; y talando nuestros bosques, el efecto invernadero se incrementará lo que originará un aumento de la temperatura en la superficie terrestre, es decir, un recalentamiento global.
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En 1992, las Naciones Unidas realizaron la Primera Convención sobre el Cambio Climático. Desde 1980, científicos y representantes de diversos países se habían estado reuniendo para determinar cómo se producía este cambio y qué se podía hacer para frenarlo. Los resultados se dieron a conocer en la Cumbre de la Tierra, realizada en Río de Janeiro, Brasil, en 1992. El acuerdo fue firmado por 154 países. ¿Qué plantea el Acuerdo de Río? La necesidad de frenar el cambio climático, reduciendo las emisiones de gases de invernadero. Esto significa disminuir la cantidad de combustibles fósiles utilizados (petróleo, gas natural, carbón), y proteger los bosques (ellos atrapan y consumen el dióxido de carbono). También significa disminuir nuestro consumo de energía, y buscar otras fuentes energéticas que no produzcan gases de invernadero (energía solar, energía del viento, del agua o de las olas del mar).

Bibliografía:

Audesirk,T., Audesirk, G & Byers, B (2003). Biología. México: Pearson Educación de México, S.A de C.V.

Curtís, H. (2000). Biología. México: Mc Graw-Hill Interamericana.

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Imágenes tomadas de:

http://www.spirit-alembic.com/Issue2/sun-earth-cover.jpg
http://www.profisica.cl/conceptos/conceptos.php?id=9
http://activahogar.com/images/medioambiente1.jpg
http://www.cientec.or.cr/ciencias/radiaciones.html
http://www.carampangue.cl/Biocarampangue/3PEB-Flujo-de-energia-1.jpg
http://www.tecnun.es/asignaturas/ecologia/Hipertexto/04Ecosis/04-6Bio.jpg
http://www.melillasostenible.org/cc02.php