Unidad IIUnidad IIFundamentos de Ingeniería Fundamentos de Ingeniería

Ambiental IAmbiental I

Procesos ambientales naturalesProcesos ambientales naturales

Flujo de Energía en los Flujo de Energía en los ecosistemasecosistemas

Planeta Tierra = Sistema Abierto

Flujo de Energía

La energía fluye a través de un ecosistema en una serie de transformaciones.

La base del ciclo de la energía es la energía solar.Un 50% de la energía de las radiaciones solares es

interceptada por las nubes. Las nubes emiten la mitad de esta energía, es decir, un 25 % del total. Un 27% de la energía

permanece retenida en las nubes, mientras que el 23% restante llega a la corteza terrestre.

Flujo de EnergíaFlujo de Energía

Flujo de EnergíaFlujo de Energía

Energía Solar

Energía Calórica

Atmósfera

Energía Calórica

Energía Calóric

a

Descripción general y Descripción general y componentes gaseososcomponentes gaseosos

La atmósfera es la capa gaseosa que cubre la Tierra y que se mantiene atrapada a ella por la fuerza de atracción gravitacional. En términos relativos al tamaño de la Tierra, cuyo radio es alrededor de 6400 km, el espesor de la atmósfera es muy pequeño considerando que el 99% de su masa se concentra en los primeros 30 km sobre la superficie de la Tierra.

Descripción general y Descripción general y componentes gaseososcomponentes gaseosos

Cerca de la superficie terrestre la atmósfera seca (sin vapor de agua) está compuesta en un 99% de su volumen por: Nitrógeno (78.1%) Oxígeno (20.9%).

El 1% restante se reparte entre un conjunto de otros gases: Argón (A) 0.93% Dióxido de carbono (CO2) 0.033% Neón (Ne) Helio (He)

con concentraciones aún menorescon concentraciones aún menores..

Estructura de la AtmósferaEstructura de la Atmósfera

TROPOSFERA:TROPOSFERA: capa mas cercana a la capa mas cercana a la superficie donde ocurren los superficie donde ocurren los fenómenos meteorológicos. fenómenos meteorológicos.

ESTRATOSFERA:ESTRATOSFERA: se extiende hasta se extiende hasta unos 45 km. En ella la temperatura unos 45 km. En ella la temperatura aumenta con la altura hasta un valor aumenta con la altura hasta un valor cercano a 0°C. cercano a 0°C.

MESOSFERA:MESOSFERA: en esta capa la en esta capa la temperatura disminuye con la altura, y temperatura disminuye con la altura, y culmina a unos 80 km de altitud donde culmina a unos 80 km de altitud donde la temperatura es del orden de -90°C. la temperatura es del orden de -90°C.

TERMOSFERA:TERMOSFERA: desde la mesopausa desde la mesopausa hasta un nivel superior no bien hasta un nivel superior no bien definido la temperatura vuelve a definido la temperatura vuelve a aumentar con la altura.aumentar con la altura.

(Fuente: LUTGENS Y TARBUCK)(Fuente: LUTGENS Y TARBUCK)

La AtmósferaLa Atmósfera

La atmósfera esta sujeta al bombardeo de La atmósfera esta sujeta al bombardeo de radiación y de partículas con gran energía radiación y de partículas con gran energía provenientes del sol y de la radiación provenientes del sol y de la radiación cósmica del espacio exterior. Esta energía cósmica del espacio exterior. Esta energía tiene efectos químicos importantes, tiene efectos químicos importantes, especialmente en los limites exteriores de la especialmente en los limites exteriores de la atmósfera.atmósfera.

Fotodisociación - FotoionizaciónFotodisociación - Fotoionización

Fotodisociación -Fotodisociación - FotoionizaciónFotoionización

Flujo EnergéticoFlujo Energético

La radiación electromagnética es clasificada en "bandas", de acuerdo a su longitud de onda. Como se observa, a medida que pasamos de longitudes de onda muy cortas hacia aquellas muy largas, se pasa de rayos cósmicos, gamma, X, ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio.

La energía que se recibe del Sol se La energía que se recibe del Sol se recibe en forma de radiaciónrecibe en forma de radiación

Flujo EnergéticoFlujo Energético

Ray

os c

ósm

icos

AzulVerdeAmarilloAnaranjadoRojo

Violeta0,4

0,5

0,6

0,7R

ayos

X,

, etc

.

Ultr

avio

leta

Ray

os in

frar

rojo

s

Rad

io

Longitud de ondaen micrones.

(escala logarítmica)

sol

Visible0,39 - 0,76 µm

0,1

1

10

100

0,01

0,001

Flujo EnergéticoFlujo Energético

Flujo de energía en los Flujo de energía en los ecosistemasecosistemas

De la cantidad de luz solar que finalmente De la cantidad de luz solar que finalmente alcanza la superficie terrestre, el planeta alcanza la superficie terrestre, el planeta sólo aprovecha por medio de la fotosíntesis sólo aprovecha por medio de la fotosíntesis entre el 1 y el 2%.entre el 1 y el 2%.

La FotosíntesisLa Fotosíntesis es el proceso mediante el es el proceso mediante el cual los vegetales fijan la luz solar y la cual los vegetales fijan la luz solar y la transforman en energía química para ser transforman en energía química para ser utilizada por los organismos vivos.utilizada por los organismos vivos.

Flujo de energía en los Flujo de energía en los ecosistemasecosistemas

Flujo de energía en los Flujo de energía en los ecosistemasecosistemas

6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

C6H12O6 + 6 O2 38 ATP + 6CO2 + 6 H2O + Calor

Flujo de Energía en los Flujo de Energía en los EcosistemasEcosistemas

Herbívoros

Carnívoros

Productores Red

ucto

res

100% energía solar ingresa al ecosistema

El 100% de la energía que ingresa al ecosistema retorna al espacio como calor.

Tejidos muertos

Tejidos muertos

Tejidos muertos

2 % energía para fotosíntesis

98% energía

Ecosistema

Calor

Calor

Flujo de energía en los Flujo de energía en los ecosistemasecosistemas

La primera ley expresa que: la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma de energía a otra.

La segunda ley expresa: que cuando la energía cambia de una forma a otra, parte de ésta se convierte en calor perdido no útil. Como resultado se requiere un abastecimiento constante de energía para mantener un sistema.

Leyes de la Termodinámica

Ley del Diezmo Ecológico

“La energía total contenida en un nivel trófico del ecosistema alcanza un valor de, aproximadamente, un décimo de la energía correspondiente al nivel trófico anterior”

Flujo de EnergíaFlujo de Energía

Flujo de EnergíaFlujo de Energía

Flujo energético en un sistema Flujo energético en un sistema industrial industrial

Gases a la chimenea

Combustible Caldera

Vapor

TurbinaElectricidad

Generador

Aire

Agua

Condensador

Bomba

Agua de enfriamiento

Cuando se habla de producción de un ecosistema se hace referencia a la cantidad de energía que ese ecosistema es capaz de aprovechar. Una pradera húmeda y templada, por ejemplo, es capaz de convertir más energía luminosa en biomasa que un desierto y, por tanto, su producción es mayor.

Productividad de los ecosistemasProductividad de los ecosistemas

Producción de energíaProducción de energía

Para entender la producción de energía es Para entender la producción de energía es necesario conocer los siguientes conceptos:necesario conocer los siguientes conceptos:

Producción primaria:Producción primaria: Es la cantidad de energía Es la cantidad de energía fijada por los vegetales en la fotosíntesis.fijada por los vegetales en la fotosíntesis.

Producción bruta:Producción bruta: Energía total asimilada por el Energía total asimilada por el organismo.organismo.

Producción neta:Producción neta: Energía que se utiliza en Energía que se utiliza en crecimiento y reproducción, esa es la cantidad de crecimiento y reproducción, esa es la cantidad de energía que queda después de descontar los energía que queda después de descontar los gastos de energía en respiracióngastos de energía en respiración

Productividad PrimariaProductividad Primaria

Productores

Respiración Tejidos corporales

Energía Solar no aprovechada

Producción primaria neta de algunos Producción primaria neta de algunos ecosistemas naturales y agrícolasecosistemas naturales y agrícolasDescripción del ecosistemaDescripción del ecosistema Productividad primaria neta Productividad primaria neta

(g materia orgánica / m(g materia orgánica / m22. año). año)

TundraTundra 400400

DesiertoDesierto 200200

Selva TropicalSelva Tropical Hasta 2800Hasta 2800

Estanques de agua dulceEstanques de agua dulce 959 – 1500959 – 1500

Mar abiertoMar abierto 100 100

Arrecife de coralArrecife de coral 49004900

Campo de maízCampo de maíz 1000 – 60001000 – 6000

ArrozalArrozal 340 – 1200340 – 1200

Campo de caña de azúcarCampo de caña de azúcar Hasta 9400Hasta 9400

Fuente: Atlas y Bartha 1998