CAPITULO 4.
NIVELES TRÓFICOS Y CALIDAD DE ENERGÍA
OBJETIVOS:
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 categorizados 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 de la vegetación con niveles de
transformación
sucesiva de energía. Se omite la retroalimentación de
los servicios.
Figure reprinted with permission
from
Environment and Society in
Florida - (Cat#SL0802)
Copyright CRC Press, Boca Raton,
Florida - 1997.
La cadena alimenticia de una vegetación 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 enviar lluvia a la floresta. Cerca de un 1 % de esta energía es transformada, por los productores de la vegetación, 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:
10 000 = 1 ó 1% 1 000 000 100La 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 la vegetación en un año se convierten en:
10 000 joules de energía transformada (dentro del produtor 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 un 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 cae en la vegetación es disminuida por causa de polvo en el aire, la capacidad de sustentación en la población de la vegetación se reduce. Recursos como los nutrientes también contribuyen a la capacidad de sustentación de la población.
La capacidad de sustentación de un área, para ciertos organismos, depende de donde están ubicados en la cadena alimenticia. Generalmente, un 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 rancho de la Figura 4.2 crecerá más pasto que ganado.
Figura 4.2 Cadena alimenticia de un rancho 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 se 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 del 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 un 1% de la energía del paso en carne y leche. En este sistema de granja, el granjero convierte 10% de la energía proveniente del ganado en trabajo con el cual mantiene el sistema.
En el ejemplo de la vegetación (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 la vegetación, parece ser necesaria para la supervivencia de todos sistemas.
Existen algunas sugerencias de que mucha energía podría ser ahorrada eliminando la carne de la cadena alimenticia humana, y alimentándose únicamente de vegetales. Cuando observamos la situación de la alimentación en este mundo de personas hambrientas, 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 que los animales 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 más carne de la que necesitan. La dieta más eficiente podría ser en su mayor parte vegetariana, con una pequeña y regular contribución de carne, para asegurar una nutrición equilibrada.
4.5 Relaciones de energía en la sociedad moderna.
La Figura 4.2 representa la más 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 más larga. Ella converge más 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 de una población urbana,
basada en combustible.
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Florida - (Cat#SL0802)
Copyright CRC Press, Boca Raton,
Florida - 1997.
4.6 eMergía 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 eMergía 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 AEn 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 primariosLa energía de los consumidores primarios es 10 000 veces más valorizada que la luz solar. El incremento hacia la derecha produce el aumento de la Transformidad en la cadena alimenticia .
Vea la Lista de Transformidad en la Tabla 27.1
Preguntas y actividades para el Capítulo 4.
1. Defina los siguientes términos:
3. Discuta la importancia de la retroalimentación en la Figura 4.2 (b).
4. Explique por qué los seres humanos son ubicados al final de la cadena alimenticia en la Figura 4.2 (b).
5. En términos de calidad de energía, cómo se comparan los seres humanos de la Figura 4.3 con los de la Figura 4.2 (b)?
6. Mil joules de energía solar fueron transformados en 10 joules
de azúcar por algas en el agua. Cuál es la eMergia contenida
en el azúcar? Cuál es su Transformidad? No olvide las unidades
(J, sej, sej/J).
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