J467: Conversión biológica y características bioenergéticas de la radiación solar


La energía solar que llega a la biósfera (es de aproximadalemente 3 x 10^24 J/año) es captada y convertida en biomasa por los ecosistemas terrestre y acuático con una eficiencia del 0.1% ( aprox. 3 x 10^21 J/año) almacedándose en 200 Gt (peso seco) de material vegetal por año a expensas de la energía solar, pues aprox 30 GJ corresponde a la síntesis de aprox. 2 t de biomasa.

Cuando se compara la producción anual de biomasa con las reservas energéticas ya almacenadas en la propia biomasa y en los combustibles fósiles, resulta que dicha producción anual de biomasa es sólo un orden de magnitud mejor que las mismas.

Por otra parte, la energía solar que fija el reino vegetal es su conjunto es 10 veces mayor que la energía consumida como tal por la humanidad y unas 200 veces mayor que la energía consumida como alimento.

Aunque el sistema acuático cubre aprox. 2/3 de la superficie de la Tierra, produce aprox. la misma cantidad de biomasa que el terrestre, debido a que éste presenta una eficiencia que al menos duplica la del marino.

Teniendo en cuenta que la Tierra, con un diámetro del orden de 10^4 km, presenta una superficie de unas 5×10^10 ha, se puede calcular que el rendimiento medio de biomasa seca es de 4 t/ha.año, correspondiendo al menos 6 t/ha.año al ecosistema terrestre y 3 t/ha.año al acuático. Cabe mencionar que el rendimiento que puede alcanzar los bosques  es entre 10 y 40 t/ha.año y el de las algas entre 50 y 200 t/ha.año.

El fitoplancton o plancton que puede fotosintetizar, está constituido en su gran mayoría por microorganismos (seres pequeños que se miden en micrómetros) con un diámetro no menor de 20 micrómetros, principalmente: diatomeas, cocolitofóridos y dinoflagelados, aunque también se encuentran cianobacterias.

Debido a la distancia que la separa del Sol, la Tierra recibe aprox 10^(-9) de la energía irradiada por el mismo. Sólo parte de la energía solar que llega a las altas capas de la atmósfera terrestre alcanza la biósfera, unos 10^17 W, pues el resto es absorbido o se dispersa y refleja haciendo que nuestro planeta aparezca brillante a los ojos de un obsevador externo. Esta cantidad de energía que llega es unas diez mil veces la que actualmente consume la humanidad.

La fotobiología comprende una franja estrechísima de 300 a 1100 nanómetros, del a que dependen la visión, las taxias, los tropismos, la dormición, la floración, la maduración, y sobre todo la fotosíntesis que es la conversión biológica de la energía solar en energía química. Estos procesos no pueden tener lugar en la región ultravioleta o la del infrarrojo lejano, porque las radiaciones de estas longitudes de onda no son apropiadas para las reacciones fotobiológicas.

Los límites energéticos de la fotobiología se sitúan más o menos, entre 100 y 400 kJ/mol de fotones, siendo las radiaciones de longitud de onda inferior a 300 nm, es decir, con una energía superior a 400 kJ/mol, incompatibles con la vida porque pueden romper enlaces en las macromoléculas biológicas, tales como ácidos nucleicos y proteínas.

La distribución del espectro solar en la biósfera comprende un 51% de radiación infrarroja, un 40% visible y un 9% ultravioleta. El 83% de esa radiación solar cae dentro de los márgenes de la fotobiología, con un máximo hacia 575 nm (aprox. 200 kJ/mol).

 




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