PRIMER ECOSISTEMA QUIMIOAUTÓTROFO
El primer ecosistema fue descubierto por un submarino tripulado por científicos en la grieta de los Galápagos. Las condiciones en las que se encontró fueron en 300c de temperatura y 280 kg/cm2.
La reacción química inicial consiste en la reducción de los sulfatos presentes en las sales marinas a sulfuros y la posterior oxidación bacteriana de estos; la bioxidacion del sulfuro permite obtener la energía necesaria para fijar carbono del dióxido de carbono del agua de mar, para la síntesis de moléculas orgánicas.
Estos ecosistemas fueron encontrados en el océano pacifico ahora también se conocen en el golfo de México.
En estos ecosistemas las bacterias quimio-autótrofas viven en aguas ricas en azufre, que resultan toxicas para otros organismos, las bacterias quimio-autótrofas se consideran productores alimenticios del ecosistema sus depredadores serian almejas, mejillones, cangrejos y pulpos.
Quimioautótrofo
Los organismos quimioautótrofos o quimiolitótrofos son aquéllos capaces de utilizar compuestos inorgánicos reducidos como substratos para el metabolismo respiratorio. Es una facultad exclusiva de las bacterias conocida con el nombre de quimiosíntesis.
La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende de determinadas sustancias inorgánicas en las reacciones de oxidación. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos. Todos son bacterias. Son microorganismos que cierran los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el planeta y devolviendo al sustrato las sustancias procedentes de la oxidación de materia de descomposición de los organismos muertos. De este modo, los restos de los seres vivos se transforman en sales minerales de nitrógeno o azufre que pueden ser de nuevo absorbidas por los vegetales.
Hábitat
Se encuentran en hábitats como los sedimentos profundos o alrededor de relieves submarinos o dorsales oceánicas donde la corteza terrestre es delgada y existen respiraderos hidrotermales o incluso salida de magma. Estas bacterias transforman los productos químicos de los respiraderos, tóxicos para muchos seres vivos, en alimento y energía, desempeñando el papel de organismos productores en el ecosistema de la zona afótica(la zona afótica va aproximadamente desde los 200 a 4.000 m ) del océano. A partir de estas bacterias pueden surgir pequeños cadenas tróficas basadas en la quimiosíntesis, en vez de en la fotosíntesis. En la industria también son muy apreciadas por contener enzimas que pueden soportar condiciones de elevada temperatura y presión. Algunas de ellas pueden convertir compuestos químicos peligrosos en otras formas menos nocivas para la vida y por ello son ideales para la limpieza de zonas con derrame de petróleo y, de forma general, en el tratamiento de residuos tóxicos.
En lugar de la fotosíntesis, los ecosistemas de los respiraderos obtienen su energía de compuestos químicos, en un proceso llamado "quimiosíntesis." Ambos métodos requieren de una fuente de energía (1), dióxido de carbono (2) y agua para producir azúcares (3). La fotosíntesis da como subproducto oxígeno gaseoso, mientras que la quimiosíntesis produce sulfuros (4).
Bacterias del océano profundo forman la base de una variada cadena alimenticia que incluye camarones, gusanos tubulares, almejas, peces, cangrejos y pulpos. Todos estos animales deben estar adaptados para soportar el ambiente extremo de los respiraderos -- oscuridad total; temperatura del agua variando entre 2°C (del agua marina ambiente) y 400°C (en las bocas de los respiraderos); presiones cientos de veces superiores que las de la superficie del mar; además de altas concentraciones de sulfatos y otros elementos nocivos.
Tipos de bacterias quimiosintéticas
Bacterias incoloras del azufre
Las bacterias incoloras del azufre oxidan azufre o compuestos reducidos de azufre. Son bacterias aerobias obligadas ya que necesitan oxígeno para la oxidación. Son las responsable de la transformación del sulfuro de hidrógeno (H2S), procedente de la descomposición de la materia orgánica, en sulfato (SO4-2) asimilable por las plantas, con lo que cierran el ciclo del azufre.1
La producción de sulfato origina unas condiciones extremadamente ácidas, con un pH inferior a 2;
bacterias púrpuras del azufre o bacterias rojas del azufre
Bacterias del nitrógeno
Las bacterias del nitrógeno oxidan compuestos reducidos de nitrógeno. Están ampliamente difundidas en el suelo y son las responsables de oxidar amoníaco (NH3), generalmente procedente de la descomposición de la materia orgánica (cadáveres, excreción), y transformarlo en nitratos (NO3-) asimilables por la plantas; cierran así el ciclo del nitrógeno. Pueden distinguirse las bacterias nitrosificantes y las bacterias nitrificantes.
• Bacterias nitrosificantes. Transforman en amoniaco en nitritos (por ejemplo, Nitrosomonas) y así obtienen su energía de la quimiosíntesis.
• Bacterias nitrificantes. Actúan a continuación de las anteriores, transformando los nitritos en nitratos (por ejemplo Nitrobacter)
• Rhizobium leguminosarum
Bacterias del hierro
Las bacterias del hierro oxidan compuestos de hierro ferroso (Fe2+) a férricos (Fe3+) con lo que transforman depósitos de carbonato de hierro en yacimientos de óxido de hierro.
El hierro ferrosos se oxida espontáneamente a pH neutro, pero no a pH ácido, con lo que estas bacterias deben vivir en ambientes ácidos para su supervivencia
Acidithiobacillus ferrooxidans
Bacterias del hidrógeno
Las bacterias del hidrógeno son quimioautótrofas facultativas capaces de utilizar hidrógeno molecular como fuente de energía
El hidrógeno es primero activado por la enzima hidrogenasa y transferido después al NAD(molécula que transporta hidrógeno para la síntesis de ATP) el cual es oxidado en la cadena respiratoria y se sintetiza ATP por fosforilación oxidativa.
CONVERSION ENERGETICA
En la conversión energética nunca se da el 100%, no toda la luz del sol que incide sobre la tierra produce carbohidratos, los cuales una vez consumidos nunca vuelven a ser 100% materia animal, de herbívoros o cualquier otro consumidor primario. Por ejemplo en un lago típico de cada 1000 cal aprovechadas por las algas fotosintéticas unas 150 son aprovechadas por animales que ingieren a las algas, 30 se integran al consumidor secundario (salmón), si una trucha se come a este solo adquiere 6 cal y si el humano consume a la trucha obtiene únicamente 1.2 cal. Estas cifras nos indican la conocida regla del 10% , donde nos explica que la energía en su transferencia varia de menos del 1% hasta mucho mas del 10%. Con esto se dan 2 casos de absorción de biomasa:
• Caso ideal : existe gran cantidad de productores y en cada nivel trófico desciende la cantidad de especies.
• Caso real: existen menos cantidad de productores que de consumidores primarios por lo que varios de estos se abastecen de solo 1 productor.
ENERGIA Y EL HUMANO
energía interna
la energia que utiliza para procesos corporales . Explicar proceso mitocondrial y absorcion de alimentos por la vacuola.
energía externa
La que usa en el funcionamiento de instrumentos tecnologicos y mantenimiento de sus patrones culturales.
ejemplos no de humanos
1) Los procesos internos se desencadenan a causa de la energía interna almacenada en el interior del planeta. Los procesos externos tienen su origen en la desigual distribución de la energía solar sobre la superficie terrestre. En ambos casos están sometidos a la influencia del campo gravitatorio d la Tierra.
2) Es el momento para hacer la distinción entre dos formas de energía que se usan en la ciudad, una es la energía metabólica, ( o somática) la que usan los seres vivos, un poco de esta es de fotosíntesis, la que usan las plantasde los parques, jardines, pero la mayor parte de la energía metabólica debe llegar desde afuera, imagínese cuantas hectáreas de trigo habría que plantar dentro de la ciudad para hacer el pan que todos los días se come, cuantas vacas habrían de criarse, y así cada alimento de consumodel principal componente de la biocenosis, que son los humanos y además sumemos las mascotas, que también dependen alimentariamente del suministro exterior.
Si vemos hacia atrás en el tiempo, además de carne, verduras, trigo, había que proveer pastos para los caballos que eran el motor del transporte, que si bien generan al respirar anhídrido carbónico, lo hacen en menor cantidad que los automotores, pero el estiércol era abundante.
Por otro lado la energía llamada extrametabolica, ( no somática)que es la que se usa para iluminación, transporte, calefacción, aireacondicionado, y piense Ud. las demás, la lista si bien no es infinita, es larga; En general viene como energía eléctrica fluyendo por cables, la energía fósil, (naftas, gas-oil, gas,), en tanques o por caños; otras formas, como leña, carbón, también luz, vientos, calor, frío, ...
La energia en el tiempo en relacion con el humano
Las plantas verdes, las algas y el fitoplancton fijan por fotosíntesis sólo la milésima parte de la energía de la radiación electromagnética que llega a nuestro planeta procedente del Sol. Pero gracias a esta pequeña fracción de energía solar se producen cada año, como promedio, varios kilogramos de materia orgánica seca por metro cuadrado de superficie. Una parte de esta materia es consumible como alimento por los seres humanos y los animales herbívoros, que a su vez sirven generalmente de alimento a los carnívoros.
Otra parte de la materia orgánica a que nos referimos está constituida por la madera, a la que pueden dársele diversos usos, uno de los cuales es el de servir como combustible, es decir, como fuente de energía térmica por combustión.
Los alimentos de origen vegetal, así como la madera y los residuos vegetales, acumulan en forma química de reserva cantidades de energía llegada del Sol poco tiempo antes. El viento y las corrientes de agua dependen también de esta energía solar de reciente arribo. Pero la energía que llegó a nuestro planeta hace cientos de millones de años fue la que se transformó en energía química y se acumuló en los combustibles llamados fósiles, como el carbón mineral, el petróleo y el gas natural, formados a partir de plantas y microorganismos sepultados desde entonces en las profundidades de la tierra.
Durante cientos de miles de años, el hombre (Homo sapiens) –al igual que algunos de los homínidos inmediatamente anteriores a él– utilizó fundamentalmente dos fuentes de energía: su propia musculatura y la leña para hacer fuego. Hace varios miles de años comenzó a aprovechar el viento y la energía muscular de los animales que había domesticado; mucho después, a comienzos de nuestra era, comenzó a utilizar las corrientes de agua como fuentes de energía. Pero no empezó a explotar en gran escala los combustibles fósiles hasta la revolución industrial.
El alimento, fuente de energía
Para mantenerse en plena actividad, e incluso tan sólo para mantenerse vivo, el ser humano necesita absorber energía del medio circundante, principalmente mediante los alimentos que consume. Cuanto más intensa es la actividad que desarrolla, mayor es la cantidad de energía que necesita por unidad de tiempo. Así, por ejemplo, si medimos la energía en kilocalorías (kcal), las necesidades energéticas de un hombre promedio varían con la actividad que realiza, como se indica en la siguiente tabla:
kilocalorías por minuto (kcal/min)
En reposo (dormido) 1
Trabajo ligero 3,5
Trabajo duro 10,3-12,4
Se ha calculado que, como promedio, un hombre requiere consumir 3 000 kcal diarias para poder desarrollar una vida de considerable actividad, mientras que una mujer requiere 2 200, y un niño 1 800.
Además de transformar la energía que ha absorbido en la energía muscular requerida para realizar las actividades externas, el organismo humano la aprovecha para mantener en funcionamiento nuestros órganos internos, mantener la temperatura del cuerpo más o menos estable y compensar la energía que se pierde en las excreciones. En general, el balance energético de todos los animales de sangre caliente es similar.
El hombre, cazador y recolector
Hace unos 35 000 años –a fines del período de la prehistoria denominada paleolítico superior–, existía en el planeta un hombre de constitución física y capacidad mental muy parecidas a las nuestras. Ese hombre, que se alojaba en cavernas o en tiendas al aire libre, dependía casi exclusivamente de su inteligencia y de su propio esfuerzo físico para obtener el alimento cazando, pescando y recogiendo frutas, raíces, semillas y hongos silvestres.
Con el tiempo, se perfeccionaron las técnicas de caza y pesca con la utilización de dardos y arpones, y el empleo –hace quizá 25 000 años– del tiro con arco, que pudiera considerarse la primera máquina inventada por el hombre, donde la energía potencial acumulada en el arco al tensarlo con sus manos se transfería a la flecha en forma de energía cinética.
Posteriormente le sirvió, asimismo, para construir canoas ahuecando troncos de árboles.
Se ha calculado que, en las condiciones mencionadas, cuando el ser humano no disponía de otras fuentes de energía que las que podían suministrar su propio cuerpo y la leña, su consumo energético promedio era de 5 000 kcal/día, de las cuales alrededor de 2 000 correspondían al uso del fuego, es decir, a la conversión en calor y luz de la energía química liberada por combustión rápida de la madera y algunos residuos vegetales.
El hombre, agricultor
Desde el punto de vista energético, la gran revolución técnica que fue la agricultura le permitió al hombre almacenar la energía solar transfiriéndola a vegetales utilizables como alimento. También le dio al grupo humano la posibilidad de establecerse con carácter permanente en lugares fijos donde habitaba en chozas y cabañas construidas expresamente. Esto liquidó, por último, la fase nómada-recolectora y trajo consigo importantes cambios, tanto en lo material como en lo social. Esta etapa del desarrollo humano corresponde al período llamado Neolítico, el último en que se ha dividido la prehistoria.
En algún momento el ser humano puso a tirar del arado a algunos animales domesticados, en lugar de hacerlo él mismo, tal como lo había hecho antes, y a utilizarlos para arrastrar trineos o carros, con la ventaja de que, por ejemplo, un buey o un caballo pueden desarrollar de cuatro a diez veces más potencia muscular que un hombre.
Un ejemplo impresionante de este tipo de actividad se encuentra en un lugar de la actual Inglaterra llamado Stonehenge. Allí se realizó –probablemente entre los años 2700 y 1700 a.n.e.– una notable construcción de propósito ritual, según parece, con grandes piedras traídas desde incluso 320 km de distancia.
Se ha estimado que en la sociedad agrícola primitiva del Neolítico, donde se realizaban actividades como las descritas, el consumo energético medio del ser humano, ayudado en sus labores por la utilización de algunos animales domesticados y del fuego, llegó a ser de alrededor de 12 000 kcal/día; esto es, 2,5 veces mayor que el característico de la anterior fase cazadora y recolectora.
Las civilizaciones antiguas
En algún momento se desarrolló la tecnología del hierro, un material aún más duro y resistente que el bronce. Su obtención resultaba más económica, si bien era más difícil de trabajar. A partir de aquella tecnología, en que la fundición del mineral de hierro en presencia de carbón vegetal se combinaba con la forja, se produjo hace 3 000 años un hierro «acerado» con el que se fabricaron objetos utilitarios. En China, la denominada Edad del Hierro comenzó hacia el año 600 a.n.e., y en el Sur de África 800 años después.
La energía muscular del hombre y los animales, así como la directa del Sol, transferida a la madera, y la del viento para mover las embarcaciones se emplearon ampliamente en la antigüedad, pero no fueron las únicas. En particular, comenzó a utilizarse también la energía hidráulica con fines productivos. Esta energía, ya fuese por caída del agua en movimiento o por su impacto sobre los álabes de una rueda de madera, se empleaba para hacer girar las piedras o muelas con que se molía el grano (maíz, trigo, centeno...) destinado fundamentalmente a la elaboración de pan. Se estima que la energía suministrada por la corriente de agua a una rueda era poco más o menos equivalente a la que entregaba un burro que la moviera, como en los molinos más antiguos.
Quizá la aplicación más impresionante de la energía hidráulica en la antigüedad fue la realizada entre los siglos ii y iii de nuestra era bajo la dominación romana en una población del Sur de Francia, cerca de Arles, llamada Barbégal. Se trataba de una gran fábrica de harina que empleaba 16 ruedas de agua, cada una de las cuales generaba, como promedio, una potencia de 2 kW, equivalente a casi 29 kcal/min, con lo cual se calcula que toda la instalación debió de producir unas nueve toneladas métricas de harina por día.
De la Edad Media al Renacimiento
En la Europa feudal se produjeron importantes avances técnicos vinculados con la actividad agropecuaria, como el incremento de la disponibilidad de terrenos para la agricultura por desecación de pantanos. Otro adelanto de importancia lo constituye la difusión en Europa, a partir del siglo xii, de la collera de tipo moderno para el caballo –originada en China–, que permitió extraerle a la bestia una potencia de tiro tres o cuatro veces mayor que con el arnés de siglos anteriores. Esto se explica porque este último tendía a estrangular al animal cuando tiraba de una carga pesada. El uso de la collera permitió también atar varios caballos de forma que tirasen de una carreta simultáneamente y a plenitud, algo que no habían logrado los romanos.
La invención del arado pesado con ruedas, tirado por grupos de seis a ocho bueyes, o de dos a cuatro caballos, cuyo uso se generalizó a partir del siglo xi, permitió roturar las pesadas tierras húmedas del Norte de Europa, que no habían podido ser aradas anteriormente.
Como consecuencia, a partir del siglo xvii se produjo una aguda escasez de madera en Europa occidental, sobre todo en las Islas Británicas, donde para la realización de las actividades industriales que se servían de la energía térmica hubo que empezar a quemar hulla. Hasta entonces se había utilizado muy poco en Europa este carbón mineral, extraído de las entrañas de la tierra, porque era considerado sucio y dañino para la salud, pese a que desde el siglo xi los chinos habían venido usándolo como combustible sin mayor problema. La hulla habría de ser el combustible por excelencia en los países más desarrollados hasta que cedió esta condición al petróleo, bien entrado el siglo xx. Una y otro constituyen fuentes de energía no renovables, es decir, que llegará un momento en que se agotarán.
Crecimiento acelerado del consumo de energía
Para concluir nuestra exposición daremos algunos datos comparativos, tomados de la literatura sobre el tema, que si bien no brillan por su exactitud al menos sirven para dar una visión de conjunto del desarrollo del aprovechamiento de la energía por el hombre en el período que nos ocupa.
Se ha estimado que hacia el año 1400, es decir, entre fines de la Edad Media y comienzos del Renacimiento, el consumo energético per cápita era de 26 000 kcal/día. De ellas, aproximadamente 23 % correspondía a la alimentación; 46 % a las labores domésticas, el comercio y otros servicios; 27 % a la agricultura y la industria, y 4 % al transporte.
Algo que salta a la vista es la tendencia a un crecimiento exponencial del consumo de energía per cápita con el desarrollo de la sociedad, un hecho que se evidencia aún más a partir del comienzo de la revolución industrial a mediados del siglo xviii, tendencia insostenible, promovida sólo por el desarrollo de las sociedades consumistas actuales, y que es necesario llevar a límites admisibles en beneficio del futuro de la humanidad.
EL HOMBRE ACTUAL
Los hábitos del hombre moderno, que pasa días enteros sentado frente a un escritorio o una pantalla, hacen inevitable que la aptitud física se pierda con la edad. Pero, ¿debe ser eso motivo de preocupación? Desde luego que sí, porque la inactividad también pone en riesgo la salud y la vida. El movimiento es parte normal de la vida del ser humano: nadie que haya visto corretear a los niños puede dudarlo. De adultos, sin embargo, nuestra natural inclinación y capacidad para el ejercicio se van minando a fuerza de desempeñar trabajos sedentarios, gozar de cómodos medios de transporte y practicar pasatiempos estáticos, como leer o ver televisión. Es necesario, pues, emprender un ejercicio planeado, no sólo para mantenerse en forma, sino para contrarrestar los efectos nocivos de la vida sedentaria, entre ellos la hipertensión y la acumulación de colesterol en las arterias. Otra finalidad es simplemente sentirse mejor; el ejercicio constante alivia la tensión muscular y el estrés, lo que promueve el bienestar físico y mental.
En una persona que está en forma, la sangre transporta mayor cantidad de oxígeno a los músculos, permitiéndoles trabajar más tiempo sin que les sobrevengan calambres. La gran afluencia de oxígeno se debe a una mayor capacidad de transporte de la sangre, que es consecuencia, a su vez, de un eficiente intercambio de oxígeno y bióxido de carbono en los pulmones. La capacidad de los músculos para extraer el oxígeno de la sangre también aumenta con el ejercicio, ya que éste incrementa el número de mitocondrias (partes de las células encargadas de producir energía a cambio de oxígeno y glucosa) presentes en ellos. Un músculo ejercitado es capaz de realizar más trabajo, y para ello no se esfuerza tanto como antes del acondicionamiento. Además, puede trabajar más tiempo y producir más energía sin acumular ácido láctico ni padecer calambres.
Como el corazón es un músculo, también se beneficia con el acondicionamiento. La tarea del músculo cardiaco es bombear sangre a todo el organismo: primero a los pulmones, donde ésta toma oxígeno, luego de vuelta al propio corazón y, por último, a los demás órganos y tejidos. La bomba cardiaca realiza este trabajo por medio de latidos (contracciones y dilataciones), que son perceptibles en el pulso.
La mayor o menor afluencia de sangre al cuerpo no sólo depende de la frecuencia con que late el corazón, sino de la cantidad de sangre que éste bombea en cada latido. Como el músculo cardiaco adquiere elasticidad con el ejercicio, sus contracciones se vuelven más eficientes e impulsan más sangre; así, hacen falta menos latidos para suministrar la misma cantidad de oxígeno sanguíneo al cuerpo, y el corazón puede trabajar más despacio que antes de ponerse en forma. La disminución del ritmo cardiaco se hace notoria después de unas semanas de acondicionamiento.
CONSUMO ENERGETICO HUMANO
El ingreso energético de un organismo tiene que superar sus gastos. Lo mismo que estos otros organismos, los seres humanos también dependemos casi con exclusividad de la energía solar, pero existe la importante diferencia de que, merced de la tecnología, ha sido posible aprovechar energía almacenada durante millones de año. Solo en el ultimo decenio se ha descubierto que no solo son finitos, sino que es probable que pronto se agoten.
El define la energía como la capacidad de efectuar un trabajo, en cuya realización se gasta tal energía.
Entre las formas más comunes de energía ligadas al desarrollo de las formas de vida en el planeta se cuentan: la energía solar, mecánica, eléctrica, química, calorífica o térmica, cinetica, potencial y una forma utilizada exclusivamente por el hombre: la energía nuclear.
Ya que cualquier tipo de energía puede transformarse en calor, este representa una forma apropiada de medición de las cantidades de energía presentes.
Una unidad de calor o energía usada comúnmente es la caloría que como ya se dijo, se define como la cantidad de calor necesario para elevar 1°C la temperatura de un gramo de agua. Se requieren 75000 calorias para alcanzar temperatura de ebullición de alrededor de un litro de agua desde su temperatura ambiente. Ya que existe lo que se conoce como “equivalente mecanico del calor”, que es la conversión de calorías a joules, se tiene que una caloría es equivalente a 4.185 joules; por tanto, para alcanzar la ebullición de ese litro de agua, se tendría que realizar un trabajo equivalente a 320 000 joules.
Las sociedades humanas siempre han requerido de diversas fuentes de energía, las se han diversificado, sobre todo después de la revolucion industrial, cuando aparecieron lamaquina de vapor, el uso del vapor para el movimiento de la rueda de molinos, etc.
El ser humano transforma la energía en trabajo y este, a su vez, en potencia.
El siglo IV a. C. se invento la rueda de molino; en el siglo XII d.C., se incremento el caudal de energía disponible con la invención de molino de viento. Los siglos XVII y XVIII d.C. vieron nacer las maquinas de vapor, lo que permitió la consolidación de le revolución industrial. En las centurias posteriores, las maquinas de vapor se tronaron en las fuentes básicas de energía para la industria y el transporte; se construyeron los ferrocarriles y, finalmente, surguieron las turbinas de vapor y agua para generar la electricidad, sentándose asi las bases eléctricas del siglo XX. Esto se complemento con el motor de combustión interna como fuente de energía automotriz; todos estos avances resultaron fundamentales para los sistemas industriales que existen en la actualidad.
En lo que se refiere al consumo de energía para procesos internos, el hombre, como cualquier otro heterótrofo, depende de alimentos ricos en energía y materia carbonada provenientes de la fotosíntesis. Cuando el ser humano se estableció en sociedades primitivas, probablemente su consumo energético se limitaba a satisfacer su requerimiento de energía interna.
Con el tiempo, al requerir energía para sus procesos externos descubrió, por ejemplo, la energía contenida en la madera y la libero por medio del fuego. Asimismo, empezó a emplear los tejidos animales o la fuerza del trabajo de estos.
Durante ese periodo las sociedades humanas simples que no obtenían energía de los combustibles fosiles presentaban una relación entre las calorías invertidas y las calorías generadas similar a la que prevalece en el reino animal. Los recolectores y cazadores recuperaban de 5 a 10 calorias por cada una que consumían. En la agricultura primitiva, que no usaba fertilizantes, se recuperaban 20 calorias por cada caloría invertida(en las poblaciones naturales cada caloría que consume un organismo produce de 2 a 20 calorias). Esta norma general resulta de sorprendente aplicación, ya que el consumo energético de algunos organismos es exageradamente alto; por ejemplo, el colibrí consume 330 calorias/minuto.
A finales del siglo XIX, por cada caloría consumida –incluyendo el trabajo humano, el combustible para maquinaria agrícola, transporte de alimentos y costo energético de los fertilizantes- podía generarse aproximadamente una caloría. En la actualiad, en las “sociedades de alto desarrollo tecnológico”, por cada caloría que se invierte se recibe 0.1 calorias. Este costo energético no incluye la calefacción, iluminación o funcionamiento de autos particulares ni otros instrumentos superfluos como los abrelatas eléctricos.
Hoy en dia, en el ámbito mundial las sociedades no presentan un desarrollo equitativo, pues mientras que existen sociedades de cazadores, como los esquimales, y agricultores primitivos, como los habitantes de Nueva Guinea, e incluso países que no han cambiado el modo de desarrollo agrícola por el industrial, también existen países altamente industrializados. Esta situación acarrea muy diversos índices de consumo energético per capita; aunque 30% de la población mundial consume las cuatro quintas partes de la energía generada en todo el mundo, solo 6 % de ella, que vive en E.U.A., consume 35 % de la energía mundial.
Este inmenso abuso del consumo energético solo pudo fundarse en el empleo de materiales cuyas moléculas son muy ricas en energía: los denominados combustibles fosiles, como el gas, carbón y petróleo. Dichas fuentes de energía externa provienen originalmente de la luz solar, ya que son producto de la descompocision de residuos biológicos en el subsuelo y mueven poderosas maquinas que han sustituido la fuerza de trabajo de los animales. Por tanto, el hombre tecnológico emplea la energía para hacer funcionar maquinas industriales, turbinas eléctricas, autos, camiones, naves espaciales, etc; aunque también activa focos, cuchillos eléctricos, televisosres, etc. Todos estos aparatos soportan el nivel de vida de los países sumamente industrializados, pero en muchos casos representan un consumo grotesco y superfluo de energía.
ENERGIA SOLAR
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.
ENERGÍA EÓLICA
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.
El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.
ENERGÍA MECÁNICA
Es la energía que se debe a la posición o al movimiento de un objeto. Cuando el agua de una represa se desprende, la energía potencial se convierte en energía cinética y la suma de ambas conforma la energía mecánica. Cuando se realiza trabajo para dar cuerda a un mecanismo de resorte, el resorte adquiere la capacidad de realizar trabajo sobre los engranajes de un reloj, de un timbre o de una alarma.
En cada uno de estos casos se ha adquirido algo. Este “algo” que adquiere un objeto le permite hacer trabajo.
Puede darse en la forma de una comprensión de los átomos del material de un objeto; puede ser la separación física de cuerpos que se atraen; puede tratarse de un reordenamiento de cargas eléctricas en las moléculas de una sustancia. Ese “algo” que permite a un objeto realizar trabajo es energía . Igual que el trabajo, la energía se mide en joules.
ENERGÍA CINÉTICA
Si tú empujas un objeto, puedes ponerlo en movimiento. Un objeto que se mueve puede, en virtud de su movimiento, realizar trabajo. El objeto tiene energía de movimiento, o energía cinética
(EC ). La energía cinética de un objeto depende de su masa y su rapidez. Es igual al producto de la mitad de la masa por el cuadrado de la rapidez.
Cuando lanzas una pelota, realizas trabajo sobre ella a fin de imprimirle rapidez. La pelota puede entonces golpear algún objeto y empujarlo, haciendo trabajo sobre él. La energía cinética de un objeto en movimiento es igual al trabajo requerido para llevarlo desde el reposo hasta la rapidez con la que se mueve, o bien, el trabajo que el objeto es capaz de realizar antes de volver al reposo.
Se puede deducir este hecho de la siguiente manera: Si se multiplica la expresión F = m.a (Segunda ley de Newton) a ambos miembros de la igualdad por la distancia d. Donde d es la distancia en un movimiento en línea recta con aceleración constante.
La energía cinética subyace a otras formas de energía en apariencia distintas como el calor (movimiento aleatorio de las moléculas), el sonido (que consisten en vibraciones rítmicas de las moléculas de aire) y la luz (que surge del movimiento de electrones en el interior de los átomos).
ENERGIA ELÉCTRICA
La energía eléctrica es la transportada por la corriente eléctrica.
Es la forma de energía más utilizada en las sociedades industrializas. Si miras a tu alrededor, verás multitud de objetos que usan la energía eléctrica para su funcionamiento. Esto se debe a estas características:
• Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energía (lumínica: bombillas; calorífica: estufas).
• Es posible transportarla a largas distancias con bajos costes y rendimiento relativamente alto (no se pierde excesiva energía).
Se denominan centros o centrales de generación las instalaciones donde de transforma la energía primaria o secundaria en energía de consumo. Si esta energía de consumo es eléctrica, la central recibe el nombre de central eléctrica.
Una vez generada, esta energía de consumo debe ser trasportada hasta los puntos donde se necesite. Ya en ellos, será distribuida: viviendas, alumbrado de las calles, industrias, etc.
ENERGÍA QUÍMICA
Es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que por su violencia pueden desarrollar algún trabajo o movimiento. Los alimentos son un ejemplo de energía química ya que al ser procesados por el organismo nos ofrecen calor (calorías) o son fuentes de energía natural (proteínas y vitaminas). Los combustibles al ser quemados producen reacciones químicas violentas que producen trabajo o movimiento.
ENERGIA NUCLEAR
Es la energía del átomo y se usa entre otras cosas para producir electricidad. Para obtener electricidad de la energía nuclear, existe un proceso denominado fisión nuclear.
En este proceso se rompen núcleos atómicos y así se libera la energía contenida en su interior, ésta calienta agua y la transforma en vapor que mueve turbinas y genera electricidad. La cantidad de energía liberada por fisión nuclear es muy grande, pero peligrosa (recuerda el desastre de Chernobyl).
Tanto su generación, como su manejo y desechos presentan graves riesgos de contaminación letal por radiación, además la base mineral para obtenerla, el uranio, no es renovable.
Este sistema se usa en algunos países desarrollados y en otros más cercanos, por ejemplo en Argentina, para producir electricidad.
Durante los últimos decenios, se han alcanzado logros importantes en campos de la energía y el medio ambiente, la medicina, la agricultura y la industria, entre otros, en los que se aplican ampliamente las tecnologías nuclear y de las radiaciones. Su utilización nos permite, por ejemplo, detectar, localizar, representar visualmente y medir lo que nuestros ojos no pueden ver; destruir células y gérmenes cancerígenos; localizar recursos hídricos, entre otros.
Energía eolica Se mide en megavatios (mwh)
Energía cinetica Masa/velocidad
Energía electrica Watts
Energía mecanica Newtons
Energía quimica Calorías
Energía nuclear kilotones
Combustibles fósiles
El petróleo crudo se compone principalmente de hidrocarburos y de compuestos con azufre nitrógeno u oxigeno; los hidrocarburos están constituidos, en su mayor parte por alquenos y algunos compuestos aromaticos .
El gas natural natural se compone de hidrocarburos graciosos producidos por los combustibles fosiles acumulados en los depósitos de la litosfera. Su composición registra fundamentalmente gas metano, algo de etano, propano y butano.
El carbono es una forma de materia solida vegetal que se deposito en capas rocosas y que, sometido al calor y la presión, sufrió una desintegración parcial. Se considera que la mayor parte se genero en los pantanos de Turba. Esta formado de carbono y una diversidad de hidrocarburos los cuales se pueden quemar al aire y utilizar como combustible. Cuando este material se quema en ausencia de aire se produce un residuo de carbono impuro llamado Coque , usado en la fabricación de acero.
Los humanos necesitamos energía para cualquier función que desarrollamos. Las casas se deben calentar, se necesita energía para el desarrollo de la industria y la agricultura e incluso en nuestro cuerpo existe un flujo constante de energía. Todos los procesos que nos proporcionan con los lujos y comodidades en nuestra vida diaria requieren de un gasto energético. Esto es un proceso industrial que puede desarrollarse mediante el uso de diferentes fuentes. Estas fuentes pueden ser renovables y no renovables. Las fuentes de energía renovable se reemplazan con el tiempo y por lo tanto no desaparecen fácilmente. Sin embargo las fuentes de energía no renovable están amenazadas y pueden desaparecer si el uso es alto.
Hoy en día, se usan muchas fuentes de energía renovables, por ejemplo energía solar, eólica e hidráulica. Irónicamente, hoy en día todavía utilizamos como mayores recursos energéticos aquellos provenientes de fuentes de energía no renovable, o combustibles fósiles. Al no ser renovable estas fuentes tendrán una tendencia a subir de precio hasta niveles en los que no será económicamente satisfactorio su utilización.
Los combustibles fósiles consisten en depósitos de organismos fósiles que en una ocasión estuvieron vivos. La materia orgánica se forma durante siglos. Los combustibles fósiles consisten principalmente en uniones de carbón e hidrogeno. Existen tres tipos de combustibles fósiles que pueden usarse para la provisión energética: carbón, petróleo y gas natural.
Petróleo
El petróleo (del griego: πετρέλαιον, "aceite de roca") es una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo.
Es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos anóxicos de mares o zonas lacustres del pasado geológico, fueron posteriormente enterrados bajo pesadas capas de sedimentos. La transformación química (craqueo natural) debida al calor y a la presión durante la diagénesis produce, en sucesivas etapas, desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos). Estos productos ascienden hacia la superficie, por su menor densidad, gracias a la porosidad de las rocas sedimentarias. Cuando se dan las circunstancias geológicas que impiden dicho ascenso (trampas petrolíferas como rocas impermeables, estructuras anticlinales, márgenes de diapiros salinos, etc.) se forman entonces los yacimientos petrolíferos.
En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación en diversos parámetros como color y viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos como la gasolina hasta líquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad (entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorífica, etc. Estas variaciones se deben a la diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que componen la mezcla.
Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
El refinado de petróleo
El petróleo es una mezcla de productos que para poder ser utilizado en las diferentes industrias y en los motores de combustión debe sufrir una serie de tratamientos diversos. Muy a menudo la calidad de un Petróleo crudo depende en gran medida de su origen. En función de dicho origen sus características varían: color, viscosidad, contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede ser utilizado tal cual. Se hace, por tanto, indispensable la utilización de diferentes procesos de tratamiento y transformación para la obtención del mayor número de productos de alto valor comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el proceso de refino de petróleo o refinación del petróleo.
Carbón
El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón se formó durante el período carbonífero (hace 280 a 345 millones de años).
Formación del carbón
El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxígeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación. Los geólogos estiman que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por el proceso de diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.
Los depósitos de carbón están frecuentemente asociados con el mercurio. Hay otra teoría que explica que el carbón se forma con emanaciones continuas de gas metano en las profundidades de la tierra.
En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.
Si, por ejemplo, un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o por una transgresión marina, y los vegetales muertos y caídos se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.
En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.
Gas natural
El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano que, según estimaciones, pueden suponer una reserva energética muy superiores a las actuales de gas natural.
Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.
Perspectivas en torno al uso futuro de la energía
Es indispensable encontrar una alternativa que sustituya a los fertilizantes minerales de alto costo energético; la opción es usar materiales orgánicos como fertilizantes en gran escala, combinados con fertilizantes minerales.
Informes de algunos investigadores afirman, además, que el uso indiscriminado de fertilizantes minerales puede contribuir a la contaminación del ambiente, aunque esto requiere de mayor estudio.A pesar de que los resultados de emplear materiales orgánicos como fertilizantes no se compara favorablemente con los de los fertilizantes minerales, debe insistirse en que el beneficio puede presentarse a largo plazo con la lenta liberación de nutrientes vegetales (especialmente nitrógeno), mejoramiento de las condiciones físicas y bioquímicas, reducción de la erosión del suelo, etc.
Cada barril de petróleo, cada tonelada de carbón y cada kilogramo de uranio que se consumen representan fuentes múltiples de deterioro ambiental. La Tierra ha sufrido mutilacioes y daños por la minería y el establecimiento de vías de comunicación. La refinación del petróleo y el consumo de combustibles producen una grave contaminación atmosférica y un desequilibrio térmico, lo cual puede afectar considerablemente, a mediano y largo plazos, la totalidad de los ecosistemas y modificar e gran proporción el clima mundial.
Para conservar la comodidad del mundo moderno, preservando la calidad de vida y la pureza del planeta, los países imperialistas , como los integrantes de las fuerzas multinacionales de la guerra del Pérsico, dejen de utilizar a los páises del Tercer Mundo como sus centros de experimentación de cualquier tipo de adelantos tecnológico, y que tampoco los consideren como sus centros de acopio de todas las materias primas provinientes de la explotación desaforada de recursos naturales endógenos, mientras que los suyos permanecen inalterados.
En la actualidiad, el consumo humano de energía en todo el mundo es muy desigual: por ejemplo, mientras los esquimales y los habitantes de la Nueva Guinea generan 20 calorías por cada una que consumen, la población de los Estados Unidos de América, que sólo asciende a 6% de la mundial, consume 35% de la energía producida en la Tierra y genera 0.1 calorías por cada caloría consumida.
Este disímbolo consumo de energía permite evaluar el nivel de industrialización, desarrollo y calidad de vida de los diferentes grupos humanos que subsisten en la superficie terrestre en los albores del siglo XXI.
Hasta antes de 1973, algunos investigadores afirmaban que los países pobres buscaban con ansiedad entrar en la "era del petróleo", pero el incremento de los países de éste les "garantizó" que con él no cubrirían la mayor parte de sus necesidades de energía. Los mismos autores también prevén que para el año 2025 la humanidad deberá satisfacer, a partir de recursos solares, el 75% de sus demandas energéticas; además, reconocen que para el mismo año la energía nuclear no tendrá la posibilidad de satisfacer la mayor parte de las demandas energéticas humanas.
En cuanto a la contaminación, un procedimiento viable para aminorarla consistiría en reducir las fuentes emisoras, al abatir el consumo de energía; se ahorraría una enorme cantidad de combustible si la población de los países que los poseen colocara sus termostatos a 20°C en invierno y a 25°C en verano, es decir, que no rebasaran por mucho las temperaturas ambientales de dichos periodos. Las casas habitación debieran ser por igual pequeñas para que no implicaran enormes gastos de calefacción.
Otras medidas para combatir la contaminación serían: que se desperdiciara lo menos posible la gasolina en el uso del automóvil particular; que se ocupara, al menos ocasionalmente, la bicicleta; que entre otras acciones, se reciclaran algunos productos, como vidrio, papel, cartón, basura orgánica, etc. CONCLUSIONES
