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Fue en 1961 cuando por vez primera un hombre, el cosmonauta ruso llamado Yuri Gagarin, vio la Tierra desde el espacio. Al describir lo que veía comentó: "desde el espacio contemplaba una bonita vista de la Tierra, que tenía un precioso halo azul muy visible. Pasaba suavemente de un azul pálido a azul, azul oscuro, violeta hasta un negro absoluto. Era un cuadro magnífico". Desde entonces cientos de vuelos espaciales nos han familiarizado con la espectacular imagen del planeta azul, nuestro hogar. El único que conocemos que acoja vida.
Nuestro planeta es algo especial. contienes características muy especiales si los comparamos con los planetas del sistema solar. Tiene agua abundante, la que le da, vista desde el espacio, un característico color azul, y tiene una atmósfera en equilibrio con el agua y con los seres vivos. Su superficie sólida está formada por gigantescas placas litosféricas en movimiento constante. La energía que recibe del Sol es la óptima para la vida. Ni es excesiva, como para evaporar el agua y hacer desaparecer la atmósfera, ni es tan poca que mantuviera el agua helada.
Gracias al avance de la ciencia podemos no sólo conocer muchas características de nuestro planeta, que veremos con detalle en este capítulo y los próximos, sino que también vamos conociendo detalles de la azarosa historia del planeta. Desde su formación en los orígenes del sistema Solar, hasta la actualidad, muchas cosas han cambiado en el planeta. Los choques con gigantescos meteoritos y otras catástrofes han dejado su huella, pero sobre todo la lenta pero continuada acción de la atmósfera, la hidrosfera; el desplazamiento de las placas y la importante actividad de los seres vivos son los que han modelado la Tierra tal como hoy la conocemos.
Radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta de l menor de 360 nm, lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares provocando cambios de las moléculas. Especialmente las de menos de 300 nm pueden alterar moléculas muy importantes para la vida como el ADN, y provocarían daños irreparables si no fuera porque son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono.
El ozono, O3, absorbe con gran eficacia las radiaciones comprendidas entre 200 y 330 nm, por lo que la radiación ultravioleta de menos de 300 nm que llega a la superficie de la Tierra es insignificante. Así se comprende la alarma producida cuando se comprobó que este ozono situado en las capas altas de la atmósfera estaba disminuyendo su concentración por efecto de algunos contaminantes
b) Luz visible
La radiación correspondiente a la zona visible cuya l está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos, como veremos.
La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada.
c) Radiación infrarroja
La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. No logra interferir con los enlaces de las moléculas y su efecto se queda en acelerar las reacciones o aumentar la agitación de las moléculas, es decir es lo que llamamos calor y produce aumento de temperatura.
El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotitas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas
Balance energetico
Energía radiante del Sol
La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta procede del Sol. La energía que nos llega de nuestra estrella es una radiación electromagnética que se comporta, a la vez, como una onda, con su frecuencia, y como una partícula, llamada foton.
La energía que llega al exterior de la atmósfera es una cantidad fija, llamada constante solar. Su valor es de 1,4 · 103 W/m2, lo que significa que a 1 m2 situado en la parte externa de la atmósfera, perpendicular a la línea que une la Tierra al Sol, le llegan 1,4 · 103 J cada segundo. Es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda (l ) entre 200 y 4000 nm. Se distingue entre radiación ultravioleta, luzvisible y radiación infrarroja
Energia radiante y vida
luminación
Los organismos vivos no necesitan tanta luz y satisfacen sus necesidades con muchos meno. Por ejemplo las algas no pueden utilizar más de 10 000 luxes y las plantas terrestres pueden sobrevivir con sólo 200. Para los tactismos, los fotoperíodos o la visión son suficientes fracciones de lux.
En el agua la luz es atenuada y absorbida mucho más que en la atmósfera. Dependiendo del número de partículas en suspensión que tenga el agua, la desaparición de la luz es más o menos rápida, pero, en general, para los 50 o 100 metros de profundidad ya se ha extinguido casi toda la luz y de ahí para abajo no pueden vivir los vegetales.
Al profundizar en la masa de agua la luz se hace más azulada o azulado-verdosa porque unas longitudes de onda son absorbidas por el agua antes que otras.
El color azul del agua y del cielo se producen por la dispersión de la luz en las moléculas de agua y en otras partículas muy pequeñas.
Tanto en la atmósfera como en el agua una fracción importante de la luz está polarizada y bastantes animales usan el plano de polarización para orientarse.
Pigmentos
Llamamos pigmentos a un grupo especial de moléculas sensibles a la luz. La radiación luminosa de longitudes de onda entre los 360 nm (violeta) y los 760 nm (rojo), no actúa sobre la mayoría de las moléculas químicas, pero si lo hace con las que tienen dobles enlaces coordinados que, por su estructura química, absorben con facilidad los fotones de luz.
Moléculas de este grupo de los pigmentos, son, por ejemplo, la clorofila, los carotenos, los pigmentos de la retina, etc.
Efectos de la luz sobre los organismos sin mediar receptores especializados.
La luz regula muchos procesos fisiológicos, incluso sin que el organismo posea receptores especializados para captarla. Así, por ejemplo, la sucesión de las fases de la vida de muchos seres: nacimiento, maduración, floración, fructificación, reproducción, etc.; o las emigraciones de las aves, o las concentraciones de hormonas o el nivel de actividad del sistema nervioso, etc.; están regulados por la luz
El cambio en la duración del día y la noche sirve para regular estos procesos, pero no hay reglas claras y generales de un mismo tipo de comportamiento como respuesta a unas mismas variaciones de iluminación. Así, unas plantas florecen cuando el día se acorta y otras cuando se alarga. En otras lo que influye es la duración del período de oscuridad continuo, sin interrupciones de iluminación. Desde hace más de un siglo se sabe, por ejemplo, que las gallinas ponen más huevos cuando se les mantiene iluminadas, lo que se usa en las granjas avícolas para aumentar la producción.
Fotosíntesis.
La fotosíntesis es un proceso esencial para la vida ya que es el que permite aprovechar la energía radiante procedente del sol y convertirla en la energía química que el metabolismo necesita.
Analizaremos con detalle su eficiencia cuando tratemos de la productividad de los ecosistemas. Veremos que la eficiencia de la fotosíntesis es muy baja. Cuando se analiza el proceso fotosintético teóricamente se ve que podría llegar a valores de un 9% de asimilación de la energía radiante que llega a las hojas; pero la realidad es que, aun en óptimas condiciones de crecimiento, eficiencias muy normales son las del orden del 1% o lo que es lo mismo del 0,2% de la energía total que llega a la parte alta de la atmósfera. Las plantas está bien adaptadas al uso de luz difusa y de relativamente baja intensidad y son mediocres usando luz de alta intensidad (mediodía).
La explicación más probable de por qué son incapaces de usar mejor la luz es que su desarrollo se encuentra limitado, principalmente, por la escasez de algunos elementos químicos en el suelo. Por tanto, las plantas, en su evolución no han necesitado desarrollar mecanismos de fotosíntesis más eficientes ya que la energía era abundante y no necesitaban optimizar su aprovechamiento.
Visión y táxis.
Táxis es el uso de la luz por los organismos para orientar sus movimientos o su crecimiento.
Las plantas, por ejemplo, crecen hacia la luz y si se les cambia la posición del foco que las ilumina se mueven hasta enfrentar sus hojas de nuevo a la luz. Otros seres vivos huyen de la luz, por ejemplo la lombriz de tierra.
La visión se produce gracias a que células pigmentadas especializadas como los conos y bastones de la retina del ojo son sensibles a la luz. Estas células poseen pigmentos excitables por la radiación luminosa y convierten esta excitación en una señal nerviosa que viaja por el nervio óptico hasta las zonas del cerebro especializadas en la visión. Otras partes del ojo como el cristalino, córnea, iris, etc. preparan y dirigen los rayos de luz para que incidan sobre la retina y así se pueda formar bien la imagen.
Las células de la retina llamadas conos dan una buena visión de los colores y necesitan más iluminación que los bastones que son células que pueden dar imágenes en gris con mucho menos iluminación. Los animales diurnos tienen abundancia de conos y pocos bastones, mientras que en los que deben ver en la oscuridad predominan los bastones.
Emisión de luz
La capacidad que tienen algunos organismos de emitir luz se llama biofotogénesis. Muchos seres vivos, desde algunas bacterias y hongos hasta especies de peces e insectos, pasando por ejemplos en casi todos los grupos de invertebrados, son capaces de producir luminiscencia.
En el mar son muy abundantes los organismos con esta capacidad. En las aguas dulces y en tierra son mucho menos frecuentes. Es muy conocida por su espectacularidad la producción de luz en varias especies de insectos coleópteros, por ejemplo las luciérnagas.
La luz que emiten suele ser verdosa y "fría" porque no va acompañada de radiaciones infrarrojas. La suelen producir con una reacción en la que intervienen dos sustancias llamadas luciferina y luciferasa.
Calor y temperatura: sus influencias ecológicas.
Energía que llega a la superficie
a) Energía absorbida por la atmósfera
En unas condiciones óptimas con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, como mucho las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanza la superficie. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por la atmósfera. La energía que llega al nivel del mar suele ser radiación infrarroja un 49%, luz visible un 42% y radiación ultravioleta un 9%.
En un día nublado se absorbe un porcentaje mucho más alto de energía, especialmente en la zona del infrarrojo.
b) Energía absorbida por la vegetación
La vegetación absorbe en todo el espectro, pero especialmente en la zona del visible, aprovechando esa energía para la fotosíntesis.
El motivo por el que la temperatura se mantiene constante es porque la Tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energía que recibe. Si la energía devuelta fuera algo menor que la recibida se iría calentando paulatinamente y si devolviera más se iría enfriando.
Por tanto la explicación del efecto invernadero no está en que parte de la energía recibida por le Tierra se quede definitivamente en el planeta. La explicación está en que se retrasa su devolución porque, aunque la cantidad de energía retornada es igual a la recibida, el tipo de energía que se retorna es distinto. Mientras que la energía recibida es una mezcla de radiación ultravioleta, visible e infrarroja; la energía que devuelve la Tierra es, fundamentalmente infrarroja y algo de visible.
EFECTO INVERNADERO
Las radiaciones que llegan del sol vienen de un cuerpo que está a 6000ºC, pero las radiaciones que la superficie devuelve tienen la composición de longitudes de onda correspondientes a un cuerpo negro que esté a 15ºC. Por este motivo las radiaciones reflejadas tienen longitudes de onda de menor frecuencia que las recibidas. Están en la zona del infrarrojo y casi todas son absorbidas por el CO2, el vapor de agua, el metano y otros, por lo que se forma el efecto invernadero. Así se retrasa la salida de la energía desde la Tierra al espacio y se origina el llamado efecto invernaderoque mantiene la temperatura media en unos 15ºC y no en los -18ºC que tendría si no existiera la atmósfera.
Resistencia al calor.
Las temperaturas altas (a partir de 45 - 60ºC) desnaturalizacionla mayoría de las proteínas lo que supone graves alteraciones en la vida y, en muchos casos, la muerte del organismo. Algunas bacterias de aguas termales viven hasta a 90ºC, pero la mayoría de los organismos tienen su límite vital entre los 40 y los 60ºC.
Energía interna de la Tierra
La temperatura va aumentando en el interior de la Tierra hasta llegar a ser de alrededor de 5000ºC en el núcleo interno. La fuente de energía que mantiene estas temperaturas es, principalmente, la descomposición radiactiva de elementos químicos del manto,
Radiación cósmica.
A la parte alta de la atmósfera llega una radiación de longitudes de onda muy cortas que proceden de diferentes puntos del Universo. La llamada radiación cósmica primaria está formada por electrones de alta energía. Cuando incide sobre las moléculas que se encuentran en la alta atmósfera se convierte en radiación secundaria que son rayos ultravioleta.
Las moléculas de oxígeno (O2) absorben las radiaciones primaria y secundaria de menos de 200 nm convirtiéndose en ozono (O3). A su vez el ozono absorbe las radiaciones de hasta 300 nm y, de esta manera, gracias al oxígeno y al ozono, la Tierra se encuentra protegida contra las radiaciones cósmicas más peligrosas.
Las sustancias radiactivas.
La llamada radiactividad está formada por un conjunto de radiaciones de onda corta y, por tanto, de mucha energía y gran capacidad de penetración. Su origen puede ser natural, pero las mediciones indican que han aumentado en los últimos años por algunas actividades humanas, sobre todo por las explosiones nucleares.
Estas radiaciones, bien usadas, son muy útiles en medicina, en la industria y en la investigación científica. Tienen muchas aplicaciones y se usan desde para curar cánceres hasta para revisar soldaduras o esterilizar alimentos. Pero, como veremos, la contaminación con sustancias radiactivas es especialmente peligrosa, porque cantidades minúsculas pueden emitir radiaciones mortales o muy dañinas.
Resistencia al calor.
Las temperaturas altas (a partir de 45 - 60 ºC) se desnaturalizan la mayoría de las proteínas lo que supone graves alteraciones en la vida y, en muchos casos, la muerte del organismo. Algunas bacterias de aguas termales viven hasta a 90ºC, pero la mayoría de los organismos tienen su límite vital entre los 40 y los 60ºC.
Regla de Bergmann.- Las especies propias de zonas con clima frío tienen, por término medio, individuos de mayor tamaño que las de regiones relativamente cálidas. En la figura tamaño en cm de varias especies de pingüinos que viven en distintas latitudes.
Regla de Allen.- En las especies típicas de las zonas frías, las partes sobresalientyes del cuerpo, como son las orejas, hocico, pico, etc. son más pequeñas que en las de habitats cálidos. En la figura se ilustra esta regla con el ejemplo de las liebres y los zorros.
R
Resistencia de los organismos al frío.
Las temperaturas bajas suponen una disminución de la velocidad de las reacciones químicas y una ralentización del metabolismo. También conllevan la congelación del agua y eso imposibilita la vida activa.
Pero cuando los organismos están casi totalmente deshidratados, la vida puede permanecer latente en muchos de ellos incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto. Así, por ejemplo, se ha comprobado que las larvas de algunos insectos acuáticos resisten, desecadas, desde -270ºC hasta +120ºC e incluso la acción del alcohol absoluto y reviven luego al volver a hidratarse.
Placas litosfericas:
La superficie de la Tierra abarca 510 · 106 km2 de los que tres cuartas partes están cubiertos por las aguas y sólo 149 · 106 km2 son continentes emergidos.
Litosfera
La parte sólida más externa del planeta es una capa de unos 100 km de espesor denominada litosfera que está formada por la corteza más la parte superior del manto.
En las zonas oceánicas la corteza es más delgada, de 0 a 12 km y formada por rocas de tipo basáltico. La corteza que forma los continentes es más gruesa, hasta de 40 o 50 km y compuesta por rocas cristalinas, similares al granito, menos densas que las que forman la corteza oceánica, con abundancia de cuarzo* y feldespatos*. La corteza continental es la capa más fría y más rígida de la Tierra, por lo que se deforma con dificultad.
Placas litosféricas
La litosfera se encuentra dividida en placas que están moviéndose a razón de unos 2 a 20 cm por año impulsadas por corrientes de convección que tienen lugar en la astenosfera.
Hay siete grandes placas principales además de otras secundarias de menor tamaño. Algunas de las placas son exclusivamente oceánicas, como la de Nazca, en el fondo del océano Pacífico. Otras, la mayoría, incluyen corteza continental que sobresale del nivel del mar formando un continente.
Se denomina astenosfera a la parte superior del manto, situada inmediatamente por debajo de la litosfera. Está formada por materiales que, debido a la temperatura y presión a las que se encuentran, están en estado semifluido y tienen capacidad de desplazarse lentamente. Las diferencias de temperatura ente un interior cálido y una zona externa más fría producen corrientes de convección que mueven las placas
La Tectónica Global* estudia como estas placas van formándose en las dorsales oceánicas y hundiéndose en las zonas de subducción. En estos dos bordes, y en las zonas de roce entre placas (fallas de transformación), se producen grandes tensiones y salida de magma que originan terremotos y volcanes.
Pangea. Unión y disgregación de los continentes
Los continentes, al estar incrustados en placas de litosfera móviles, no mantienen una posición y forma fijas, sino que se están desplazando constantemente transportados por la placa a la que pertenecen.
Pero hay una diferencia fundamental entre la parte oceánica de una placa y la parte continental. La primera puede subducir y empujada por el movimiento de la placa, introducirse por debajo de otra placa hasta desaparecer en el manto. Pero la porción continental de una placa no puede hacer esto, porque es demasiado rígida y gruesa. Así pues, cuando dos continentes arrastrados por sus placas colisionan entre sí, acaban fusionándose uno con el otro, mientras se levanta una gran cordillera en la zona de choque.
Ha habido épocas de la historia de la Tierra en la que la mayor parte de los continentes han estado reunidos, después de chocar unos con otros, formando un gran supercontinente al que se le llama Pangea. La última vez que sucedió esto fue a finales del Paleozoico y principios del Mesozoico.
Durante el Mesozoico este supercontinente fue disgregándose originando los continentes que ahora conocemos. Primero se dividió en dos grandes masas continentales:Laurasia al norte y Gondwana al sur, separadas por un océano ecuatorial llamado Tethys. Durante el Mesozoico, hace unos 135 millones de años, empezó a formarse el océano Atlántico al ir separándose América de Europa y Africa.
Influencia del movimiento de las placas sobre la distribución de los seres vivos
Los desplazamientos de los continentes y los cambios climáticos y de nivel del mar que han provocado, han tenido una gran influencia en la evolución que han seguido los seres vivos en nuestro planeta.
Así por ejemplo, en lugares que han permanecido aislados del resto de las tierras firmes mucho tiempo como es el caso de Australia o Madagascar, rodeadas por mar desde hace más de 65 millones de años, han evolucionado formas de vida muy especiales, como, por ejemplo, los marsupiales (canguros) y otras especies endémicas*.
Otra manifestación de la influencia de los cambios de posición de los continentes sería el de las diferencias de flora y fauna entre América del Norte y América del Sur. Estos dos continentes han permanecido aislados durante decenas de millones de años y se unieron hace unos 3 millones de años, cuando emergieron del mar las tierras que forman el istmo de Panamá. En este caso se comprueba que los seres vivos de América del N y del S difieren entre sí mucho más de lo que sería lógico si América hubiera estado unida desde hace más tiempo.
Otro ejemplo de como pueden influir los movimientos de los continentes está también relacionado con la formación del istmo de Panamá, pues originó un fuerte cambio climático responsable de la formación del casquete de hielo del Artico, hace unos 2,5 millones de años.
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