Lima.- 16 de Enero del 2015

Estamos estudiando los "oasis de neblina" en la costa peruana, conocidos como "lomas". Un autor importante en la materia es el profesor Juan Torres de la Universidad Agraria La Molina, quien ha trabajado el tema de la productividad primaria en las lomas. Por ello, antes de adentrarnos en sus investigaciones, creemos conveniente difundir  un poco de información básica sobre lo que es la productividad primaria de un ecosistema. Este artículo es la primera aproximación al asunto.

Energía y Ecología

La energía es la capacidad que tiene la materia para producir trabajo en forma de movimiento, luz o calor. Es el combustible del universo. Aunque los seres humanos privilegiamos el uso de la energía químicamente concentrada y de alta calidad, como el petróleo, en realidad toda la materia es energía en potencia. Recuerden la ecuación de Albert Einstein, según la cual la energía es materia que viaja a la velocidad de la luz. Pero esta no es la única interpretación que podemos tener de la energía, y tal vez, para nuestros fines prácticos en ecología, tampoco sea la más conveniente.

Encontramos energía en estado cinético, cuando hay movimiento de algún objeto. Sin embargo, los objetos que están en estado de reposo también presentan energía, llamada energía potencial. Por ejemplo, una laguna formada en la cumbre de una montaña andina, es energía en reposo. Debido a la altitud en que se encuentra, si se rebalsara el agua y bajaría la vertiente podría arrastrar rocas, vegetación e infraestructura humana. Esa capacidad de desarrollar trabajo es característica del despliegue energético. En general, el movimiento supone energía, que en mejores circunstancias puede aprovecharse, como cuando se coloca molinos u otros sistemas en cascadas para generar  electricidad, que también es energía.

Otra manera de entender la energía es la llamada energía química. Cuando las plantas aprovechan la luz solar para crecer y desarrollarse, generan un fruto. Este fruto es energía pero en otro estado, podríamos definirlo como un estado de alta calidad, el cual será aprovechado por seres vivos superiores como animales o seres humanos al alimentarse, obteniendo de esa forma, energía gracias a un proceso digestivo químico-biológico.

Si todo es energía ¿por qué no dejamos los combustibles fósiles?

La razón por la que no utilizamos cualquier clase de materia en la generación de energía es el costo que implica. Es más fácil utilizar carbón que utilizar una roca ígnea cualquiera. El carbón es una roca sedimentaria formada inflamable. Una vez que se realizó el trabajo necesario para que arda, esta roca mantiene su poder calorífico, transmitiendo calor. En cambio, una roca ígnea cualquiera no presenta ese poder calorífico ni de inflamabilidad. El costo de generar energía de cualquier roca u objeto en general es más elevado que el de generarla a partir de la materia inflamable, con alto contenido de carbono particularmente.

Sobre las finanzas ambientales y la política de recursos energéticos lea el artículo: “¿Qué es la crisis del Petróleo? Ideologías contradictorias y Futuro ecológico”

Hay otras fuentes energéticas de mayor calidad. Por ejemplo, la energía eólica que se obtiene del viento (aire en movimiento). Sin embargo, incluso ahora, la energía eólica para mover molinos y generar electricidad, es menos eficiente que el uso de combustibles fósiles desde el punto de vista económico a corto plazo. El costo de construcción de un complejo de energía eólica puede ser más alto que extraer carbón o petróleo. De tal manera que el libre mercado de la energía dará prioridad al consumo de energías fósiles, a pesar de los efectos nocivos que tenga en el planeta.

El Sol como fuente primaria de energía

Se supone que tras el “Big Bang”, la materia entró en movimiento en todas las direcciones y el universo empezó a aglomerar su materia progresivamente. La materia aglomerada curvó el espacio que la circundaba, distorsionando la trayectoria de los cuerpos, generando, entre otras cosas, las galaxias, sistemas solares, planetas, asteroides, etc.

Los materiales iniciales, menos pesados, que surgieron tras el “Big Bang” y que permiten la transferencia de energía son el hidrógeno y el helio,  precisamente los dos elementos que componen las estrellas, como El Sol. Esta estrella emite radiación naturalmente, gracias a su composición química.  La radiación del sol se compone de ondas electromagnéticas, que presentan un espectro visible, que es captado por nuestros sensores visuales (ojos) así como otras frecuencias no visibles (rayos infrarrojos y ultravioleta).

Este conjunto de ondas electromagnéticas emitidas por El Sol, llegan a los planetas generando interactividad entre sus elementos. Reacciones físicas, químicas, posteriormente biológicas, hasta nuestros días donde apreciamos la interacción humana. Valga la aclaración que la relación causa-efecto entre la energía solar y el comportamiento biológico no es mecánica, ya que la inteligencia en los organismos vivos permite cambiar el comportamiento en función a la conveniencia de una actividad, por lo que los seres vivos –más los seres humanos- tienen capacidad de reacción y decisión. En otras palabras, no se trata de autómatas.

Aun así, con todo el poder de reacción y decisión que poseamos, no podemos prescindir de la energía solar porque se encuentra en la base de todas las actividades. Sin energía solar ningún proceso se daría tal como lo entendemos, y el final de la biósfera llegaría más temprano que tarde.

Sin embargo El Sol existe, y todavía le quedan –según los entendidos- varios miles de millones de años de existencia antes que se extinga. Retomando la hilación energética, las plantas del planeta receptan la energía solar y la utilizan como su alimento –junto con el agua y algunas sales minerales- creando su propia estructura fisonómica en base a estos componentes. Los tallos, los frutos, las hojas, las raíces, se crean por la energía del sol que permite la síntesis de alimentos gracias a la luz y la temperatura.

¿Qué es la productividad primaria y cuál es su importancia?

La energía que llega a la tierra se pierde de varias maneras. Resulta interesante destacar que a medida que los estratos superiores de la cadena trófica (animales) van consumiendo a los estratos inferiores (plantas), la energía se va concentrando y adquiere mayor calidad. Sin embargo, es más la cantidad de energía que no puede aprovecharse y termina perdiéndose a modo de calor, respiración o sin uso. Verbigracia, la energía del sol. Esta es demasiado grande para que toda sea aprovechada por las especies, por lo tanto estas no aprovechan toda la energía que el sol brinda. Igual ocurre con los animales, por eso defecan.

Mucha de esta energía la perdemos mediante la transpiración, la respiración, así como por la segunda ley de la termodinámica, donde todo cuerpo con una temperatura determinada, por encima del cero absoluto (-273.5°C), transmite calor a un cuerpo con una temperatura inferior.

Aun cuando el 90% de la energía recibida proveniente del sol no es aprovechada por las plantas, el 10% restante, le vale para sus requerimientos biológicos como energía.

“Sólo cerca de la mitad de la energía radiante total del Sol es absorbida y cuando mucho 5% (10% de la energía absorbida) puede ser transformada por la fotosíntesis en bruto, bajo las condiciones más favorables”. (E. Odum y Barrett, 88, 2006)[1].

Sin embargo, a pesar de ser muy pequeña la energía aprovechada en términos porcentuales, es la mayor base energética que posee el planeta Tierra: la vegetación. A esta generación de energía en forma de plantas se le denomina: productividad primaria. Para poder medirla, necesitamos hacer algunas equivalencias, que se muestran a continuación:

Caloría por gramo (gramocaloría ó gcal): Energía calorífica necesaria para aumentar la temperatura de 1 centímetro cúbico de agua en 1°C (el agua se encuentra a 15°C).

Kilocaloría o kilogramo por caloría (kcal): Energía calorífica necesaria para aumentar la temperatura de 1 litro de agua en 1°C (el agua se encuentra a 15°C). Equivale a 1000 calorías.

Unidad térmica británica (BTU en inglés): Energía calorífica necesaria para aumentar la temperatura de 1 libra de agua en 1° Fahrenheit.

Julio (J): Energía necesaria para elevar 1 kilogramo a una altura de 10 centímetros ó 1 libra a una altura aproximada de 9 metros.

Kilovatio/hora (kWh): Cantidad de energía eléctrica suministrada en 1 hora por una potencia constante de 1000 vatios = 3.6 x 10⁶ julios.

Cuadro 1. Aquí vemos cuantas kilocalorías contiene un gramo de alimento o biomasa. Fuente: “Fundamentos de Ecología”, Odum et al, 2006.

Entonces, como practican muchos investigadores, podemos calcular la productividad energética de un ecosistema  a partir de su biomasa, es decir, pesando la materia y realizando las conversiones adecuadamente. Para pesar la materia orgánica, es recomendable llevarla a la estufa, quitarle el agua (materia seca) y de ser posible separar las cenizas (sin cenizas). El peso calculado de la materia seca convertido a unidades de energía es la productividad primaria.

Conceptos fundamentales de productividad primaria

Productividad primaria bruta (PPB).- Es la tasa total de fotosíntesis, incluyendo la materia orgánica empleada para la respiración en el período de medición.

Productividad primaria neta (PPN).- Es la tasa de almacenamiento de materia orgánica en los tejidos vegetales que queda realmente en la planta, descontando la materia orgánica que se ha perdido como resultado del proceso de respiración-transpiración de la planta. La respiración la calificaremos como la variable “R”. Por lo tanto, la ecuación de la productividad primaria neta es: (PPN=PPB-R).