CAPITULO 2: ENERGIA Y PRODUCTIVIDAD

NIVELES TROFICOS Y CALIDAD DE ENERGIA

 

En el Modulo 3 se estudió una Red Alimenticia. En este Capítulo, consideraremos a las redes alimenticias como cadenas de transformaciones sucesivas de energía. Para investigar cambios de energía relacionados con la red alimenticia, frecuentemente es conveniente reorganizar la red en una simple cadena alimenticia. La cadena alimenticia puede ser dividida en niveles categóricos por los tipos de alimentos que los organismos consumen. Estos pasos son denominados niveles tróficos.

 

4.1 Una cadena alimenticia cuantitativa

Figura 4.1 Cadena alimenticia del bosque con niveles de transformación sucesiva de energía. Se omite la retroalimentación de los servicios.
 

La cadena alimenticia de un bosque se presenta en la Figura 4.1. La relación de energía entre las partes de una cadena, puede ser fácilmente observada. Aproximadamente 1 000 000 (1 millón) de joules de la luz solar son representados contribuyendo a la fotosíntesis. Parte de esta, es luz solar directa; parte es energía solar que cae en el océano para generar lluvia. Cerca de 1 % de esta energía es transformada, por los productores del bosque, en biomasa vegetal. En otras palabras, cerca de 10 000 joules de árboles nuevos y otras plantas son producidos por año. 999 000 joules se pierden como energía necesaria utilizada durante el proceso de producción. La eficiencia de uso de la energía solar, es por tanto:

La faja de eficiencia para la fotosíntesis, en diferentes especies de plantas, está entre 0,01- 2%. Estas eficiencias son bajas porque la luz solar es muy 'diluida', y son necesarios muchos pasos sucesivos y extensiva maquinaria celular (que contiene clorofila) para concentrarla y obtener una energía de alta calidad. Las plantas están envueltas en el proceso fotosintético desde hace varios billones de años, por lo tanto, esto debe ser la manera mas eficiente de usar la energía solar. Esta idea es importante cuando la energía solar es considerada como fuente de energía para sistemas humanos.

A cada nivel sucesivo de nuestra cadena alimenticia forestal, cerca de 10% de la energía disponible para aquel nivel, es convertida en nueva biomasa. Esta faja también se aplica a productores, los cuales consumen 90% de su propia producción durante la respiración.

1 000 000 joules de energía solar que sustentan el bosque en un año se convierten en: 10 000 joules de energía transformada (dentro del proceso fotosintético), de los cuales: 1000 joules es nueva biomasa del productor, la cual es consumida para producir: 100 joules de nueva biomasa del consumidor primario, la cual es consumida para producir: 10 joules de nueva biomasa del consumidor secundario, la cual es consumida para producir: 1 joule de nueva biomasa del consumidor terciario.

Esto puede ser resumido diciendo que, para producir 1 joule de consumidor terciario (como una serpiente) se necesitan 1 000 000 joules del sol y de lluvia.

 

4.2 Capacidad de sustentación

La capacidad de sustentación de un área, es la cantidad de varios tipos de organismos que pueden vivir en esta área sin perjudicar los recursos básicos. Generalmente, cuanto mas energía fluye hacia una área, mayor será su capacidad de sustentación. Con menos energía, la capacidad de sustentación es menor. Por ejemplo, si la cantidad de luz solar que llega al bosque es disminuida por causa de polvo en el aire, la capacidad de sustentación en la población del bosque se reduce. Recursos como los nutrientes también contribuyen a la capacidad de sustentación de la población.

La capacidad de sustentación de una área, para ciertos organismos, depende de donde están ubicados en la cadena alimenticia. Generalmente, una área puede soportar muchos productores (en el extremo izquierdo de la cadena alimenticia) y pocos consumidores de alta calidad (en el extremo derecho). Por ejemplo, en el hato ganadero de la Figura 4.2 crecerá mas pasto que ganado.

Figura 4.2 Cadena alimenticia de un hato de ganado, soportando seres humanos (a) con niveles de energía de transformación; (b) mostrando retroalimentación de servicios. Significado de las letras usadas: T, dientes; SM, estómago; MU, músculos.
 
4.3 Calidad de energía

Consideramos la energía de la derecha como de alta calidad, porque se utilizan muchos joules en el extremo izquierdo de la cadena para hacer pocos joules en la derecha. Un gramo de serpiente recibe mas energía para ser producida que un gramo de árbol; por tanto, la serpiente es energía de alta calidad. La calidad de energía es menor en la izquierda y aumenta en cada paso a lo largo de la cadena.

 

4.4 Relaciones de energía en un sistema simple de granja

Imagine una pequeña granja de ganado: en esta el granjero cultiva el pasto, el ganado pasta y luego, este es usado como única fuente de alimentos. La energía usada en la manutención del sistema proviene del trabajo del granjero. La cadena alimenticia para este sistema simple de una granja es representada en la Figura 4.2 (a).

Observe como es representado el ganado. El ganado realmente posee dos niveles tróficos en el interior de su cuerpo. Ellos comen pasto, que es previamente digerido por microorganismos en sus intestinos, luego los microorganismos y el pasto restante son digeridos y absorbidos por el ganado. Podríamos esperar que el ganado convierta cerca de 10% de la energía disponible para ellos en una nueva biomasa, pero debido a estos dos procesos de alimentación, el ganado convierte solamente cerca de 1% de la energía del paso en carne y leche. En este sistemade granja, el granjero convierte 10% de la energía proveniente del ganado en trabajo con el cual mantiene el sistema.

En el ejemplo del bosque (Figura 4.1) fueron necesarios 1 E6 joules de energía solar para producir 1 joule de actividad de la serpiente. En el sistema simple de la granja se necesita de la misma cantidad de energía solar para producir 1 joule de trabajo del granjero. En otras palabras, la serpiente y el granjero trabajan en niveles similares de calidad de energía. Ambos utilizan la energía de sus cadenas alimenticias para controlar sus sistemas.

La retroalimentación en la Figura 4.2 (b) va de la hacienda hacia el ganado y de este al pastizal. La retroalimentación desde el granjero representa la administración en la forma de cría, rebaño, y protección del pastizal.

El ganado también controla el pastizal alimentándose de las plantas. Esto mantiene el pasto creciendo firme y evita el crecimiento de arbustos y la proliferación de árboles. Esta retroalimentación, como aquella de los insectos en el bosque, parece ser necesarias para la sobrevivencia de todos los sistemas.

Existen algunas sugerencias de que mucha energía podría ser ahorrada eliminando la carne de la cadena alimenticia humana, y alimentándose únicamente de vegetales, esto es una propuesta desafiante. Existe 100 veces mas energía disponible en el pasto, del que hay en el ganado en el ejemplo de la granja. Sin embargo, como se puede ver en todas las cadenas alimenticias, la energía es concentrada por trabajo en cada nivel. Para tener una dieta balanceada, alimentándose solo de plantas, los seres humanos necesitan realizar el trabajo de recolectar y concentrar energía como los herbívoros hacen ahora. Cultivar y cosechar cereales, vegetales y nueces necesarios para una dieta saludable requiere una cantidad de energía muy grande. Además, el ganado puede digerir pasto, que los seres humanos no pueden.

En muchas culturas, sin embargo, los seres humanos comen mas carne de la que necesitan. La dieta mas eficiente podría ser en su mayor parte vegetariana, con una pequeña y regular contribución de carne, para asegurar una nutrición balanceada.

 

4.5 Relaciones de energía en la sociedad moderna

La Figura 4.2 representa la mas baja energía en el mundo. El trabajo de los hombres es sustentado por una cadena alimenticia rural basada en pasto y ganado. En la sociedad industrial moderna los hombres poseen una cadena de energía mas larga. Ella converge mas energía para cada ser humano. El servicio humano tiene una calidad de energía mucho mayor, haciendo posible servicios de gran calidad y efecto. La Figura 4.3 muestra la mayor y moderna cadena alimenticia, la cual se inicia con las plantas verdes produciendo materia orgánica; esta es transformada en carbón y óleo, luego en electricidad y combustible (como la gasolina), sustentando una población altamente educada. La Figura 4.3 muestra que 20 millones de joules solares son necesarios para un joule de servicio humano, 20 veces más que en el patrón simple de la granja en la Figura 4.2 (a).

Figura 4.3 Cadena energética para una población urbana, basada en combustible
 
4.6 Energia solar

Toma mucha energía de baja calidad (solar) el hacer energía de alta calidad (combustible fósil). Por tanto, para comparar diferentes formas de energía, debe hacerse un cálculo. Este es generalmente realizado usando los joules de energía solar como punto de partida para determinar cuantos joules de energía solar toma el producir otra fuente de energía.

Usamos la palabra eMergia para expresar la cantidad de energía solar utilizada para hacer un producto. Esta es expresada en eMjoules. Por ejemplo, si toma 40.000 joules de luz solar para producir 1 joule de carbón, la eMergia de un joule de carbón es 40.000 eMjoules solar.

 

4.7 Transformidad solar

La energía solar requerida para hacer un joule de algún tipo de energía es la Transformidad solar de aquel tipo de energía.. Las unidades son: eMjoules solares por joule (abreviado sej / J). Transformidad solar de energía tipo A = joules solares requeridos 1 joule de energía tipo A En la Figura 4.1, 1 000 000 de joules solares generó 100 joules de consumidores primarios. Por tanto, la Transformidad solar de los consumidores primarios es: 1 000 000 joules solares = 10 000 sej / J 100 joules de consumidores primarios La energía de los consumidores primarios es 10 000 veces mas valorizada que la luz solar. El incremento hacia la derecha produce el aumento de la Transformidad en la cadena alimenticia .

Tomado de :

http://gea.ucauca.edu.co



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