Energía solarCapítulo 54. Ecosistemas
Energía solar
La vida en la Tierra depende de la energía del Sol, que es también responsable del viento y del conjunto de condiciones meteorológicas. Cada día, año tras año, la energía del Sol llega a la parte superior de la atmósfera terrestre. Sin embargo, a causa de la atmósfera, sólo una pequeña fracción de esta energía alcanza la superficie terrestre y queda a disposición de los organismos vivos.
La atmósfera que se encuentra sobre la superficie terrestre y a través de la cual ingresa la energía solar consiste en cuatro capas concéntricas que se distinguen por sus diferentes temperaturas.
Las cuatro divisiones principales de la atmósfera.
Las cuatro divisiones principales de la atmósfera son la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera. Los límites entre ellas están determinados por cambios abruptos en la temperatura media. La capa de ozono, de tanta importancia, se encuentra localizada principalmente en la estratosfera.
De la energía solar entrante, aproximadamente el 30% es reflejado hacia el espacio por las nubes y el polvo de la troposfera próximos a la superficie terrestre. Otro 20% de la energía es absorbido por la atmósfera. De éste, el 17% es capturado en las capas inferiores, principalmente por el vapor de agua, el polvo y las gotitas de agua en suspensión. Esta absorción de la radiación § calienta ligeramente la atmósfera, aunque gran parte de la energía se acumula como calor latente en el ozono en la estratosfera y en la mesosfera. Este porcentaje, aunque pequeño, es de importancia crítica porque representa a la mayor parte de la radiación ultravioleta. Las radiaciones ultravioletas y otras radiaciones de alta energía dañan a las moléculas orgánicas y, si alcanzaran la superficie terrestre en grandes cantidades, serían letales para la mayoría de las formas de vida terrestre.
El 50% restante de la radiación entrante alcanza la superficie terrestre. Una pequeña proporción de ésta es reflejada por las superficies claras, pero la mayoría es absorbida. La energía que absorben los océanos calienta la superficie del agua, evaporando moléculas de agua e impulsando el ciclo del agua §. La energía solar absorbida por la Tierra se vuelve a irradiar desde la superficie como ondas de longitud más larga (infrarroja), o sea, como calor. Los gases de la atmósfera son transparentes para la luz visible, pero el dióxido de carbono y el agua, en particular, no son transparentes para los rayos infrarrojos. Como resultado de ello, el calor queda retenido en la atmósfera y calienta la superficie terrestre.
La pérdida y la ganancia de calor se mantienen en un delicado equilibrio. Un incremento en la reflexión de la Tierra, un espesamiento de su cubierta de nubes, un aumento o disminución del contenido de CO2 de su atmósfera o una disminución en su capa de ozono produciría como respuesta un cambio de todo el sistema. La naturaleza y el resultado de estos cambios, particularmente los incrementos registrados en la concentración de CO2 atmosférico y el adelgazamiento de la capa de ozono, son temas actuales de intenso interés y preocupación.
La cantidad de energía que reciben las distintas partes de la superficie terrestre no es uniforme. Este es el factor fundamental que determina la distribución de la vida en la Tierra. En las cercanías del Ecuador, los rayos del Sol son casi perpendiculares a la superficie terrestre y este sector recibe más energía por unidad de superficie que las regiones al norte y al sur, mientras que las regiones polares reciben el mínimo. Además, dado que la Tierra, que está inclinada sobre su eje, rota una vez cada 24 horas y completa una órbita alrededor del Sol más o menos cada 365 días, el ángulo de incidencia de la radiación y, por lo tanto, la cantidad de energía que alcanza a diferentes partes de la superficie, cambia hora tras hora y estación tras estación.
Radiación solar.
Un haz de energía solar que incide en la Tierra cerca de uno de los polos se extiende sobre un área más amplia de la superficie terrestre que un haz similar que incide cerca del Ecuador.
Cambios de temperaturas en un ciclo anual.
En los hemisferios norte y sur las temperaturas cambian en un ciclo anual porque la Tierra está ligeramente inclinada sobre su eje en relación con su órbita alrededor del Sol. En invierno, en el Hemisferio Norte, el Polo Norte se encuentra inclinado hacia el lado opuesto al Sol, disminuyendo el ángulo con que los rayos solares inciden en la superficie y disminuyendo también la duración de las horas de luz, lo cual da como resultado temperaturas más bajas. En verano, en el Hemisferio Norte, el Polo Norte está inclinado hacia el Sol. Nótese que la región polar del Hemisferio Norte está continuamente oscura durante el invierno y continuamente iluminada durante el verano.
Las variaciones de temperatura en la superficie terrestre y la rotación de la Tierra establecen los principales esquemas de circulación del aire y de las precipitaciones. Estos esquemas dependen, en gran medida, del hecho de que el aire frío es más denso que el aire caliente. En consecuencia, el aire caliente se eleva y el aire frío desciende. Cuando el aire asciende, se encuentra bajo menor presión y, en consecuencia, se expande; cuando un gas se expande, se enfría. El aire más frío retiene menos humedad, así que, al elevarse, su vapor tiende a condensarse y a caer en forma de lluvia o de nieve.
El aire es más cálido a lo largo del Ecuador, la región calentada más intensamente por el Sol. Este aire se eleva creando un área de baja presión (zona de calmas) que atrae aire desde el norte y desde el sur del Ecuador. A medida que el aire ecuatorial asciende, se enfría, pierde la mayor parte de su humedad, y luego cae a latitudes de aproximadamente 30° norte y sur; se trata de aire seco que condiciona la existencia de la mayoría de los grandes desiertos del mundo. Este aire se calienta, absorbe humedad, se eleva nuevamente y se desplaza hasta aproximadamente una latitud de 60° (norte y sur); este es el frente polar, otra área de baja presión. Un tercer cinturón, más débil, que se eleva en el frente polar, desciende nuevamente en los polos, dando lugar a regiones en las cuales, al igual que en las otras zonas de aire descendente, virtualmente no hay precipitaciones. El movimiento de rotación de la Tierra desvía los vientos causados por estas transferencias de aire desde el Ecuador a los polos, creando los principales patrones de distribución de ecosistemas.
La superficie de la Tierra es recorrida por cinturones de corrientes de aire.
Los cinturones de corrientes de aire que recorren la superficie de la Tierra determinan los patrones principales de disitribución de vientos y precipitaciones. En el esquema anterior, las flechas de color azul oscuro indican la dirección del movimiento del aire dentro de cada cinturón; las flechas verdes señalan regiones de aire ascendente que se caracterizan por precipitaciones elevadas; y las flechas marrones indican las regiones de aire descendente, caracterizadas también por escasas lluvias. El aire seco que desciende sobre las latitudes alrededor de 30º, tanto en el norte como en el sur, es el responsable de los grandes desiertos del planeta. Los vientos predominantes en la superficie de la Tierra, indicados por las flechas negras, muestran la desviación que la rotación de la Tierra introduce en las trayectorias de las corrientes de aire dentro de los cinturones individuales.
Estos esquemas planetarios son modificados localmente por diversos factores.
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