Energia Radiada 4c284o

ENERGÍA RADIADA Radiación es la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas. La energía radiada se mueve a la velocidad de la luz y no requiere de algún medio para su propagación. La energía radiante se mueve a la velocidad C (≈300000 Km/s) El intercambio de calor irradiado por el Sol entre la superficie solar y la superficie terrestre ocurre sin que el espacio intermedio se caliente. Si colocamos una moneda bajo los rayos directos del sol notaremos que en pocos segundos la moneda se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y la moneda ocurre por radiación. Los seres vivientes son buenos emisores y absorbentes de energía por radiación. Por ejemplo, la piel del ser humano tiene una emisividad-absorbencia de 0.7 a 0.9, dependiendo de la pigmentación de la piel; la piel morena absorbe y emite más energía que la piel blanca. Para conocer la cantidad de calor transferido por radiación usamos la siguiente fórmula: q = e σ A [(T∞)^4 - (Tpiel)^4] En donde q es el calor transferido por radiación, e es la emisividad del sistema, σ es la constante de Stephan-Boltzmann (5.6697 x 10^-8 W/m^2.K^4), A es el área implicada en la transferencia, T∞ es la temperatura ambiental y Tpiel ^4 es la temperatura de la superficie del cuerpo (piel). Efecto De La Radiación Sobre Las Plantas La radiación solar produce dos tipos de procesos principales: los procesos energéticos (fotosíntesis); y los procesos morfogénicos (Urbano, 1999, Villalobos et al., 2002). La radiación solar es aprovechada por las plantas para realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis es transformación de energía radiante en energía química mediante la asimilación del carbono del CO2 del aire y su fijación en compuestos orgánicos carbonados. Según la forma de fijación del dióxido de carbono las plantas se pueden agrupar en tres tipos: C3, C4, y CAM. Si el primer compuesto estable en el que aparece fijado el carbono es de 3 átomos de carbono la planta se dice que es C3; por el contrario si es de 4 átomos de carbono se denomina C4, así en las C4, la ruta C3 está precedida

por una serie de etapas adicionales en las que tiene lugar una fijación preliminar del dióxido de carbono formando un compuesto de cuatro átomos de carbono; las plantas CAM presentan una ruta metabólica similar a las C4 pero muestran un desfase temporal entre la captación del dióxido de carbono y su fijación. Dentro de las C3 tenemos la mayor parte de las plantas superiores incluyendo cultivos de climas templados (trigo, cebada o girasol,…) del tipo C4 destacan especies de climas áridos y otras de climas templados cálidos o tropicales (maíz, azúcar o sorgo). En general, se consideran las C3 menos productivas que las C4. Una de las diferencias se encuentra en el hecho de que la fotorrespiración es muy activa en las plantas C3. La fotorrespiración se traduce en un consumo de oxígeno cuando están iluminadas y es muy importante en la agricultura de la zona templada; en un día caluroso y sin viento la concentración del dióxido de carbono sobre la planta decrece considerablemente debido a su consumo para la fotosíntesis, disminuye la relación dióxido carbono/oxígeno: disminuyendo la fijación del dióxido de carbono y aumentando la fotorrespiración. De la radiación global incidente sobre la superficie vegetal sólo una proporción es aprovechable para la realización de la fotosíntesis: PAR (radiación fotosintéticamente activa). La respuesta de las plantas es diferente en función de las diferentes longitudes de onda. La clorofila es el principal pigmento que absorbe la luz, otros pigmentos rios son el b -caroteno, compuesto isoprenoide rojo que es el precursor de la vitamina A en los animales y la xantofila, carotenoide amarillo. Esencialmente toda la luz visible es capaz de promover la fotosíntesis, pero las regiones de 400 a 500 y de 600 a 700 nm son las más eficaces. Así la clorofila pura, tiene una absorción muy débil entre 500 y 600 nm, los pigmentos rios complementan la absorción de la luz en esta región, suplementando a las clorofilas.   

620-700 nm (rojo): una de las bandas de mayor absorción de la clorofila. 510-620 nm (naranja, amarillo –verde-); de débil actividad fotosintética 380-510 nm (violeta, azul y verde): es la zona más energética, de intensos

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efectos formativos. De fuerte absorción por la clorofila. < 380 nm (ultravioleta). Efectos germicidas e incluso letales < 260 nm.

El balance de radiación a la hora de realizar estudios sobre la radiación sobre cubiertas vegetales se simplifica considerando que la radiación interceptada (PAR int ) se puede estimar a partir de la incidente por medio de la expresión: PAR int = e · PAR inc Donde, “e” es la eficiencia de la interceptación. La eficiencia será 1 cuando la cubierta vegetal no permita transmitir nada de radiación al suelo y toda la radiación incidente es interceptada, y 0 cuando no hay cubierta vegetal. Así, la eficiencia depende del grado de densidad de la cubierta vegetal de forma que la eficiencia, e, se puede expresar en función de la superficie foliar LAI (hojas verdes/superficie de terreno ocupado): e = emáx (1-e-k·LAI). Según aumenta el índice de área foliar LAI aumenta la eficiencia de la interceptación de la radiación hasta llegar a un valor máximo. A partir de ese valor máximo, variable según el cultivo y el medio, no se incrementa la interceptación de la radiación, de forma que un aumento de la superficie foliar no será beneficioso para aumentar el rendimiento. Una adecuada elección del marco de plantación o de la densidad de siembra será fundamental para obtener una acertada producción por unidad de superficie. La producción potencial final de un cultivo, expresada como materia seca total y considerando que no hay ningún otro factor limitante, será función de la cantidad de radiación fotosintéticamente activa interceptada. Se han establecido relaciones lineales entre la productividad potencial, expresada como materia seca aérea, y la cantidad de radiación interceptada (PARint). Comparando los datos de producción potencial con la real podríamos conocer a qué nivel de optimización se está. Se podría incluso rechazar la introducción de un cultivo en una zona atendiendo a los valores de radiación al esperarse producciones no rentables. En cuanto a los procesos morfogénicos la fotomorfogénesis hace referencia a la influencia de la luz sobre el desarrollo de la estructura de las plantas. Según la adaptación a las condiciones de iluminación las plantas se clasifican en: 1) heliófilas: caracterizadas por hojas pequeñas estrechas y rizadas; 2) umbrófilas: caracterizadas por poseer hojas amplias anchas y poco espesas; y 3) indiferentes: se acomodan tanto a zonas de sombra como a la luz.

La luz también es responsable de muchos movimientos o tropismos. Como regla general el tallo se dirige hacia la fuente de luz, la raíz lo hace alejándose de la fuente de luz, y la hoja adopta una posición en la que su parte ancha queda perpendicular a los rayos solares. Cualquier movimiento como respuesta a un estímulo luminoso se conoce como fototropismo. Otro concepto importante es el de fotoperiodismo (conjunto de fenómenos determinados por la duración del período de luz). Desde hace tiempo se conoce que la iniciación de la floración en muchas plantas depende de la longitud del día. Las plantas que requieren un período de luz largo para iniciar la floración superior a 14 horas se denominan de día largo (trigo, avena, etc.), y las que precisan de 8 a 10 horas para florecer se llaman de día corto (maíz, sorgo, etc.). Hay plantas que difieren en su respuesta a la longitud del día después de iniciada la floración, así la fresa es de día corto para la iniciación de la floración pero de día largo para la formación de los frutos (existen grandes diferencias intervarietales dentro de una especie). Las plantas tienen unas necesidades de iluminación según su naturaleza y estado de desarrollo. Cuando la luz no es suficiente para un desarrollo normal las plantas tienden al ahilamiento (tallos se hacen altos y delgados) y presentar clorosis y malformación de hojas. En el caso de cultivos de raíces y tubérculos tiende a producir una disminución del rendimiento y de la calidad; también influye en una disminución del aroma y dulzura de los frutos; de esta forma las fresas obtenidas en la vega de Aranjuez son más sabrosas y aromáticas que las que se pueden obtener en zonas con menor número de horas de sol. Por otro lado, una iluminación excesiva favorece el desarrollo de ramas. En cuanto a la germinación, es más rápida en la oscuridad que a la luz, excepto en algunas semillas de pequeño tamaño como las gramíneas para forraje.

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA La vida depende de las características concretas de nuestra atmósfera, de su composición, su temperatura y su capacidad de protegerla de sus radiaciones que la perjudican. Por otra parte, la atmósfera tiene un importante papel en el calentamiento de la tierra. La atmósfera es como la manta de la tierra; si no hubiera atmósfera, la temperatura del planeta seria de 22 º C bajo cero. "Si no hubiera atmósfera, la temperatura del planeta sería de 22º C bajo cero" En este sentido debemos recordar que la atmósfera no se comporta como un receptor pasivo de las sustancias contaminantes sino que las distribuye, las dispersa o las concentra según una serie de factores como son el viento, la lluvia, las inversiones o la turbulencia. Por lo que respecta a las especies vivientes, lo que más nos interesa de la atmósfera es justamente la franja que está en o con la corteza terrestre, aquella que se solapa parcialmente con la biosfera. Pero se ha de tener en cuenta que esta franja en o con la tierra no es independiente de las capas superiores, alguna de las cuales tienen una importancia fundamental en el desarrollo de la vida. La meteorología es la ciencia del estudio de la atmósfera, de su comportamiento en el tiempo y de los fenómenos atmosféricos. La predicción del tiempo atmosférico es sólo una rama de la meteorología. La meteorología general estudia también la estructura y composición de la atmósfera, la transferencia de calor, las ondas acústicas la formación de nubes, la electricidad atmosférica y la contaminación atmosférica. El aire que respiramos está compuesto básicamente por dos elementos: el nitrógeno y el oxígeno en una proporción muy aproximada de 4 a 1. En concreto, el nitrógeno ocupa el

78,084% del volumen del aire mientras que el oxígeno ocupa el 20,946%. También están presentes otros componentes en proporciones menores. El nitrógeno es una sustancia inerte que no reacciona con facilidad. De hecho, el nitrógeno reduce los efectos del oxígeno, un elemento muy activo.

Gases encontrados en cantidades fias en el aire El oxígeno, en cambio, es muy reactivo y es, por ejemplo, el responsable de los procesos de oxidación. Las combustiones, una forma rápida de oxidación, son posibles gracias a la presencia de oxígeno. También la respiración de los seres vivos, animales y plantas es una forma de oxidación y es posible gracias a la contribución de este elemento. El resto del total, casi un 1%, está constituida por una serie de gases, el más importante de los cuales, cuantitativamente, es el argón. En proporciones mucho más pequeñas encontramos algunos otros gases como el neón, el criptón, y el xenón. También hay pequeñas proporciones de hidrógeno y óxido nitroso. Otros gases se encuentran en cantidades variables. El vapor del agua puede varias desde un 0% en zonas desérticas, hasta un 4%. Se encuentra concentrado en las partes bajas y su proporción disminuye en altura. Es también el responsable de la formación de nubes, interviene en muchos fenómenos meteorológicos y tiene una importancia capital en el intercambio energético entre la atmósfera y la superficie terrestre a causa de sus cambios de estado y de la absorción de

ciertas radiaciones. La tierra es el único planeta que tiene una atmósfera donde el agua se puede encontrar en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Su importancia, en cuanto al desarrollo y mantenimiento de la vida en el planeta, es fundamental. El dióxido de carbono está presente en la atmósfera en una proporción muy pequeña, alrededor de 0,03 % de media. Pero tiene un papel muy importante en el balance de radiación del sistema Sol-Tierra-atmósfera porque colabora en el calentamiento de la tierra en un proceso que se denomina efecto invernadero. Contribuye de una manera decisiva en el mantenimiento de la vida en formar parte del proceso de la fotosíntesis.

Gases que se encuentran en cantidades variables en el aire Otros componentes variables de la atmósfera son el monóxido de carbono (CO), producto de combustiones incompletas, el metano, el amoníaco, el ozono, el dióxido de nitrógeno. A parte de estos componentes se debe considerar la presencia de elementos originados por la actividad humana o de los seres vivos y también de los procedentes del sol, los océanos, los ríos o los volcanes: partículas, polen, bacterias, polvo, humos, gases diversos, sales, y unos cuantos más, en proporciones mucho más pequeñas.

CONTENIDO DE GASES EN EL SUELO Componentes del Suelo. Fase Gaseosa. La fase gaseosa o "atmósfera del suelo" está constituida por un gas de composición parecida al aire cualitativamente pero con proporciones diferentes de sus componentes. Ella permite la respiración de los organismos del suelo y de las raíces de las plantas que cubren su superficie. También ejerce un papel de primer orden en los procesos de óxido reducción que tienen lugar en el suelo. El contenido en oxígeno del aire del suelo oscila entre el 10 % y el 20 % y nunca alcanza el 21 % del aire atmosférico. La discrepancia mayor entre ambos gases se encuentra en el contenido en dióxido de carbono en el que el aire del suelo contiene, como mínimo, diez veces más que el atmosférico oscilando entre el 0.2 % y el 3.5 %, cantidad que puede superarse ampliamente en suelos mal aireados. Composición media Componente Gas del suelo Oxígeno 10 – 20 % Nitrógeno 78,5 – 80 % Dióxido de carbono 0.2 – 3.5 % Agua Saturado Otros <1%

Aire 21 % 78 % 0.03 % Variable >1%

Los principales gases contenidos en el suelo son el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono. El primero de estos gases es importante para el metabolismo de las plantas porque su presencia es necesaria para el crecimiento de varias bacterias y de otros organismos responsables de la descomposición de la materia orgánica. La presencia de oxígeno también es vital para el crecimiento de las plantas ya que su absorción por las raíces es necesaria para sus procesos metabólicos.

La razón principal de esta discrepancia hemos de buscarla en la respiración de las raíces de las plantas y de los microorganismos del suelo; sin olvidar el dióxido de carbono desprendido en la transformación de la materia orgánica. El intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera se produce por difusión entre ambos. No obstante existen procesos que favorecen este intercambio y que se conocen como respiración del suelo. Ésta se realiza primordialmente por los cambios de volumen que experimenta la fase sólida del suelo en las alternancias térmicas producidas entre el día y la noche; también se ve favorecida por los periodos de lluvia que desalojan la práctica totalidad del aire existente, que es absorbido de la atmósfera a medida que el agua

va

abandonando el suelo a través de la macroporosidad del mismo que es el dominio de los gases.

La importancia de la respiración de los organismos en la composición de la atmósfera del suelo, se pone de manifiesto por las diferencias estacionales que se observan en el contenido de dióxido de carbono, cuyos máximos corresponde a los periodos de máxima actividad. Estas diferencias se acrecientan en los suelos cultivados pues el

efecto de la respiración radicular es el más intenso. Para un mismo año y terreno, los

contenidos en dióxido de carbono llegan a cuadruplicarse en las áreas en que el suelo está cultivado respecto al que está en barbecho. La importancia de la transformación de la materia orgánica en el contenido en dióxido de carbono del aire del suelo, se pone de manifiesto cuando comparamos las composiciones de suelos sometidos a una aplicación de enmiendas orgánicas con los no sometidos a las mismas. Un importante factor regulador del dióxido de carbono del aire del suelo es el sistema carbonato-bicarbonato y la presencia de calcio en la solución del suelo. El primero modifica su distribución, pues en las zonas en que la presión parcial del dióxido de carbono es elevada se produce la transformación del carbonato cálcico en bicarbonato soluble, que migra en el perfil hasta llegar a zonas donde la presión parcial es menor y desprende el gas y se transforma de nuevo en carbonato que se concentra, dando lugar a la formación de horizontes cálcicos. Cuando no existen carbonatos en el suelo, si hay calcio en la solución, parte del dióxido de carbono es fijado en la formación de carbonato cálcico.

Es un fenómeno semejante al que genera el equilibrio del dióxido de carbono y del oxígeno en la atmósfera a nivel mundial. En este caso son los mares los encargados de los intercambios con una importante función del sistema citado. En el caso del dióxido de carbono se produce una gran absorción por parte del plancton que elimina un contenido semejante de oxígeno. En ambos casos es necesario un desplazamiento de las masas de aire, pues mientras que el mayor consumo de oxígeno y desprendimiento de dióxido de carbono se produce en el hemisferio norte, las mayores masas de agua están en el hemisferio sur. Un papel semejante tiene la masa boscosa, si bien se ha exagerado su función benefactora. Es cierto que realizan una gran depuración fotosintética, pero no es menos cierto que ello lleva consigo la generación de una ingente cantidad de biomasa que en una gran parte acaba en el suelo; la mineralización de esa masa vegetal desprende una enorme cantidad de dióxido de carbono, como vimos en el caso de los suelos estercolados. El aprovechamiento maderero reduce las emisiones de dióxido de carbono y favorece el efecto depurador, siempre que esto no implique la destrucción del bosque, como suele suceder.