1. El Sol fuente primaria de energía

La Tierra, además de ser el ecosistema mayor, es el más maduro y complejo. La energía solar que ingresa a este sistema, es la fuente primria de toda la energía en el planeta. Se estima que el flujo de esta energía puede mantenerse durante otros 5000 milllones de años. Del total de la energía solar que ingresa en forma continua al planeta, solo un 46% aproximadamente alcanza la superficie terrestre y de este porcentaje apenas el 1% es utilizado por los organismo fotoautotrófos. Todos los demás seres vivos en el planeta dependemos del flujo de esta energía para vivir. El resto de la energía que ingresa hasta la superficie, es reflejada a la atmósfera, en forma de calor. Las zonas verdes de la Tierra tales como los bosques, reflejan menos energía solar que aquellas claras como los polos -un ecosistema nevado refleja mas del 90% de esta energía-, lo que promueve aún más su enfriamiento. Otros factores que influyen sobre la calidad de luz reflejada son las nubes, la omposición atmosférica y el ángulo de incidencia del Sol.   

Una vez que la energía solar ingresa al ecosistema, los organismos fotoautotrófos (fitoplancton en los ecosistemas acuáticos o vegetales en los ecosistemas terrestres), captan la energía solar y la transforman mediante el proceso de fotosíntesis en energía química, según la siguiente reacción química.  

                                                   Imagen 1: Relaciones Tróficas 

Energía y leyes de la termodinámica 

La energía se define como la capacidad de efectuar trabajo y puede ser de varios tipos: calorífica (como la que emana del gas que se quema en una estufa), química (la que está almacenada en los enlaces químicos de los compuestos) o lumínica (como la que irradia el Sol), entre otras.

La energía se mide en calorías o julios. Una caloría (que se abrevia cal) se define como la cantidad de energía que se requiere para que la temperatura de un gramo de agua aumente de 14.5 a 15.5°C. Por su parte, un julio (o joule, que se abrevia J) es la energía necesaria para levantar una masa de 1 gramo a 1 cm de altura contra la fuerza de gravedad de la Tierra. Una caloría equivale a 4.184 J, por lo que 1 J = 0.239 cal. Los ecólogos miden la energía en kilocalorías (1 kcal = 1000 cal) o en kilojulios (1 kJ = 1000 J). En general, los materiales vivos contienen entre 2.0 y 6.0 kcal/g (de 10 a 20 kJ por g; cuadro 1).

                                             Cuadro 1. Materiales

                                             Material                           kJ/g                    kcal/g
                                       Aceite vegetal                          38.0                      9.0
                                      Arroz (semillas)                        14.3                      3.4
                                   Chocolate confitado                      21.4                      5.1
                                       Hojas de fresno                        20.1                      4.8
                            Hojuelas de maíz azucaradas              16.8                      4.0
                                       Frijol (semillas)                        13.9                      3.3
                                   Leche entera de vaca                     2.4                      0.6
                       Leña de tepozán (Buddleia cordata)           18.9                      4.5
                                  Nopalitos (Opuntia sp.)                  11.1                      2.6
                                    Saltamontes machos                   22.9                      5.5
                       

Las leyes de la termodinámica expilcan el flujo de energía en los ecosistemas. La primera ley establece que la energía no se puede crear ni destruir, sino únicamente transformar de un tipo a otro. La segunda ley explica que en cada transferencia de energía una parte de ella se degrada como calor. Por ello, el planeta requiere al aporte continuo de energía solar, para sostener la vida. Conforme a las leyes de la termodinámica, todo ecosistema presenta un balance energético que se expresa mediante la siguiente ecuación:

                               

                              Q        ₌       Q_H  + Q_{E   +}   Q_G        +      Q_H  + Q_E

                           _{_____       __________     _____             ________} 

                               100%                  52%             46%                    < 2%

                         Q₌ Radiación          Q₌ Flujo de calor               Q_M= Fotosíntesis  

                               Solar neta              que se dispersan         Q_M= Metabolismo

                                                       Q_G= Energía solar

                                                              que llega a

                                                              la superficie

 

La interpretación de la ecuación indica que del total de la energía solar que ingresa al planeta, una parte (46%) es recibida por la superficie marina o terrestre, cerca del 2% es utilizada para el proceso de fotosíntesis y los procesos metabólicos de los seres vivos, el resto se pierde en forma de calor (52%).