Energia en los ecosistema

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Imagen:Fue en 1961 cuando por vez primera un hombre, el cosmonauta ruso llamado Yuri Gagarin, vio la Tierra desde el espacio. Al describir lo que veía comentó: "desde el espacio contemplaba una bonita vista de la Tierra, que tenía un precioso halo azul muy visible. Pasaba suavemente de un azul pálido a azul, azul oscuro, violeta hasta un negro absoluto. Era un cuadro magnífico". Desde entonces cientos de vuelos espaciales nos han familiarizado con la espectacular imagen del planeta azul, nuestro hogar. El único que conocemos que acoja vida.
La Tierra posee unas características muy especiales en comparación con los demás astros que forman parte del Sistema Solar. Tiene agua abundante, la que le da, vista desde el espacio, un característico color azul, y tiene una atmósfera en equilibrio con el agua y con los seres vivos. Su superficie sólida está formada por gigantescas placas litosféricas en movimiento constante. La energía que recibe del Sol es la óptima para la vida. Ni es excesiva, como para evaporar el agua y hacer desaparecer la atmósfera, ni es tan poca que mantuviera el agua helada.
Gracias al avance de la ciencia podemos no sólo conocer muchas características de nuestro planeta, que veremos con detalle en este capítulo y los próximos, sino que también vamos conociendo detalles de la azarosa historia del planeta. Desde su formación en los orígenes del sistema Solar, hasta la actualidad, muchas cosas han cambiado en el planeta. Los choques con gigantescos meteoritos y otras catástrofes han dejado su huella, pero sobre todo la lenta pero continuada acción de la atmósfera, la hidrosfera; el desplazamiento de las placas y la importante actividad de los seres vivos son los que han modelado la Tierra tal como hoy la conocemos.

Imagen:Dado que la energía del Sol siempre ingresa en la atmósfera, si toda la energía se almacenara en el sistema Tierra-Atmósfera, la Tierra se podría recalentar. Así, la energía se debe liberar de nuevo en el espacio. Por lo general, esto es lo que sucede. La radiación recibida regresa como radiación terrestre y da lugar a un balance térmico, llamado balance de radiación.
La figura muestra el balance de radiación (térmico) de la atmósfera. De cada 100 unidades de energía que ingresan en la atmósfera, 51 son absorbidas por la tierra, 19 por la atmósfera y 30 reflejadas nuevamente al espacio. Las 70 unidades que absorbe el sistema Tierra-atmósfera (51 + 19 unidades) son irradiadas nuevamente al espacio como una radiación de onda larga.
Radiación y balance térmico promedio anual de la atmósfera para 100 unidades de radiación solar recibida.
DISTRIBUCIÓN DEL CALORLa Tierra, en su totalidad, experimenta grandes contrastes entre el calor y el frío en cualquier época. En el Ecuador, soplan brisas tropicales cálidas mientras que en las regiones polares se forman capas de hielo. De hecho, debido a las extremas diferencias de temperatura entre el ecuador y los polos, el sistema Tierra-atmósfera se asemeja a un "motor térmico" gigante. Los motores térmicos dependen de los contrastes caliente-fríos para generar energía. Como se verá más adelante, este "motor térmico" mundial influye en los principales modelos de circulación atmosférica a medida que el aire caliente se traslada a áreas más frías. Diversas áreas de la Tierra que reciben diferentes intensidades de insolación representan una gran parte de este desequilibrio del calor. Como se dijo anteriormente, la latitud, las estaciones y la duración de la luz del día hacen que la intensidad de insolación recibida varíe según el lugar.



 TRANSPORTE DE CALORAdemás de la radiación, el calor se transmite por conducción, convección y advección. Estos procesos afectan la temperatura de la atmósfera cercana a la superficie terrestre. La conducción es el proceso por el cual se transmite el calor a través de la materia sin que esta en sí se transfiera. Por ejemplo, el asa de una sartén de hierro se calienta debido a la conducción de calor del mechero de la estufa. El calor es conducido de un objeto más caliente a uno más frío. La transferencia de calor a través de la convección se produce cuando la materia está en movimiento. El aire que se calienta a través de una superficie terrestre calentada (por conducción) se elevará porque es más liviano que el del ambiente. El aire calentado se eleva y transfiere el calor verticalmente. Así mismo, el aire en altura más frío se hundirá porque es más pesado que el aire del ambiente. Esto va de la mano con el aumento del aire y es parte de la transferencia de calor por convección. Los meteorólogos también emplean el término advección para denotar la transferencia de calor que se produce principalmente por el movimiento horizontal antes que por el movimiento vertical del aire (convección).
DISTRIBUCIÓN MUNDIAL DEL CALORComo se ha mencionado anteriormente, la distribución mundial de la insolación está estrechamente relacionada con la latitud. La insolación total anual es mayor en el ecuador y disminuye hacia los polos. La imagen muestra la cantidad de radiación solar absorbida por la Tierra y la atmósfera (línea punteada) en comparación con la onda larga de radiación que sale de la atmósfera (línea negra). La cantidad de insolación recibida anualmente en el ecuador es cuatro veces mayor que la recibida en cualquiera de los polos. A medida que los rayos solares se desplazan estacionalmente de un hemisferio a otro, la zona de insolación diaria máxima posible se mueve con estos. Para la Tierra como un todo, las ganancias de energía solar equivalen a las pérdidas de energía que regresan al espacio (balance térmico). Sin embargo, como la región ecuatorial obtiene más calor que el que pierde y como los polos pierden más calor que el que obtienen

(como lo señala la figura), algo debe suceder para que el calor se distribuya de manera más uniforme alrededor de la Tierra. De otro modo, las regiones ecuatoriales seguirían calentándose y los polos enfriándose. Por lo tanto, para lograr un equilibrio, las circulaciones atmosféricas y oceánicas realizan una transferencia continua de calor a larga escala (de latitudes bajas a altas).

ImagenSe denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética Q emite (espectro de emisión o absorbe (espectro de absorción una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar Los espectros se pueden observar medianteespectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda la frecuencia  y la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos  y los pasando por la luz ultravioleta , la luz visible  y los rayos infrarrojos hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck  mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo  (véase Cosmología física ) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito  y continuo.

Infrarrojo :Las ondas infrarrojas están entre el rango de 0,7 a 100 micrómetros. La radiación infrarroja se asocia generalmente con el calor. Estas son producidas por cuerpos que generen calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos láseres.

Las señales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas y otros cuerpos y para guías en armas, en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los controles remotos de los televisores, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor. En últimas fechas se ha estado implementando conexiones de área local LAN  por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estándares de comunicación estas conexiones han perdido su versatilidad.

Espectro visible : Por arriba de las radiaciones infrarrojas tenemos a lo que comúnmente llamamos luz. Es un tipo especial de radiación electromagnética que tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrómetros. La unidad usual para expresar las longitudes de onda es el Ángstrom Los intervalos van desde los 8.000 Å hasta los 4.000 Å donde la onda más corta es la del color violeta.
La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse y transmitirse a través de fibras ópticas lo cual representa una ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar más información.
Por otro lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de láser.

Ultravioleta La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nm. El sol  es una importante fuente emisora de rayos en esta frecuencia, los cuales causan cáncer de piel a exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son más en el campo de la medicina.

Rayos X La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).

Rayos gamma La radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.