{"id":706,"date":"2014-11-06T11:24:44","date_gmt":"2014-11-06T10:24:44","guid":{"rendered":"http:\/\/blogs.hoy.es\/ciencia-facil\/?p=706"},"modified":"2014-11-06T11:24:44","modified_gmt":"2014-11-06T10:24:44","slug":"estrategia-vegetal-ante-la-radiacion-solar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.hoy.es\/ciencia-facil\/2014\/11\/06\/estrategia-vegetal-ante-la-radiacion-solar\/","title":{"rendered":"Estrategia vegetal ante la radiaci\u00f3n solar"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>La vida en la Tierra depende, casi exclusivamente, del binomio Sol y vegetaci\u00f3n<\/strong>; en primer lugar porque gracias a la radiaci\u00f3n solar, junto con el efecto invernadero natural, se mantiene una temperatura adecuada para mantener la vida<\/strong> sobre nuestro planeta, en torno a los 16 \u00baC como temperatura media, y en segundo lugar porque, a trav\u00e9s de los vegetales, es como obtenemos ox\u00edgeno, combustible y alimentos<\/strong>, a trav\u00e9s de una ecuaci\u00f3n tan simple como:<\/span><\/p>\n

6CO2<\/sub> + 6H2<\/sub>O + 686 kilocalor\u00edas\/mol\u00a0\u00a0\u00a0=<\/span>\u00a0\u00a0C6<\/sub>H12<\/sub>O6<\/sub> + 6O2<\/sub><\/span><\/p>\n

, es decir:\u00a0\u00a0\u00a0 Di\u00f3xido de carbono + Agua + Energ\u00eda solar\u00a0\u00a0\u00a0=<\/span>\u00a0\u00a0Glucosa + Ox\u00edgeno<\/span><\/p>\n

, que en resumen es la ecuaci\u00f3n global de la fotos\u00edntesis<\/strong>. Adem\u00e1s las plantas consiguen de paso rebajar los crecientes niveles de CO2<\/sub> de la atm\u00f3sfera,\u00a0 ayudando por tanto a aliviar la tendencia al calentamiento global planetario, asociado al cambio clim\u00e1tico<\/strong>.<\/span><\/p>\n

Pero para que nosotros podamos aprovecharnos del potencial de la pareja Sol-Vegetaci\u00f3n, esa vegetaci\u00f3n debe desplegar su estrategia a la hora de captar la radiaci\u00f3n solar<\/strong>, para hacerse con la mayor y mejor energ\u00eda posible. Siguiendo esa estrategia, las plantas son selectivas, puesto que de todas las longitudes de onda que constituyen el espectro solar, pr\u00e1cticamente entre 0,3 y 4 micr\u00f3metros (1 micr\u00f3metro es la longitud equivalente a una millon\u00e9sima parte del metro), a las plantas s\u00f3lo les interesan para sus actividades fotosint\u00e9ticas<\/strong> las que est\u00e1n comprendidas entre los 0,4 y los 0,7 micr\u00f3metros, que constituyen la llamada PAR<\/strong> (siglas que corresponden a la Photosynthetically Active Radiation<\/strong>, es decir la parte de la radiaci\u00f3n incidente que es \u00fatil para la fotos\u00edntesis<\/strong>).<\/span><\/p>\n

Existe una notable similitud del proceso fotosint\u00e9tico que tiene lugar en las plantas, con el comportamiento de los colectores solares fabricados por el hombre para el aprovechamiento de la energ\u00eda solar; recordemos que existen b\u00e1sicamente dos tipos de colectores solares<\/strong>, los t\u00e9rmicos<\/strong>, que transforman la radiaci\u00f3n solar en calor que es transferido al fluido de trabajo circulante, y que captan fundamentalmente la radiaci\u00f3n infrarroja, y los fotovoltaicos<\/strong>, que transforman la radiaci\u00f3n solar en electricidad, liberando electrones de las c\u00e9lulas de silicio (componentes b\u00e1sicas de los m\u00f3dulos fotovoltaicos), y que trabajan con una banda del espectro visible, pr\u00e1cticamente coincidente con la PAR.<\/span><\/p>\n

Pues bien, la fotos\u00edntesis tiene lugar en dos etapas, en la primera de las cuales la radiaci\u00f3n impacta en las mol\u00e9culas de clorofila \u201ca\u201d<\/strong>, cuyos electrones son lanzados a niveles energ\u00e9ticos superiores, dando lugar as\u00ed a una peque\u00f1a corriente el\u00e9ctrica, de manera similar a lo que ocurre en los m\u00f3dulos fotovoltaicos<\/strong>. (NOTA<\/span><\/strong>: La clorofila \u201ca\u201d<\/strong> es el pigmento implicado directamente en la captaci\u00f3n y transformaci\u00f3n de la radiaci\u00f3n naranja-roja, mientras que la clorofila \u201cb\u201d<\/strong> lo hace para la violeta-azul).<\/span><\/p>\n

\u00a0\"\"<\/a><\/span><\/p>\n

Por otra parte, en cuanto a la decisi\u00f3n de las plantas<\/strong> al elegir como fuente de vida y energ\u00eda para su desarrollo esas longitudes de onda, entre los 0,4 y los 0,7 micr\u00f3metros<\/strong>, en la banda del espectro electromagn\u00e9tico, coincidiendo pr\u00e1cticamente con el espectro visible<\/strong> de la radiaci\u00f3n solar, es una decisi\u00f3n acertada<\/strong> por varias razones. En primer lugar por razones de disponibilidad<\/strong>, ya que fuera de esa banda las radiaciones est\u00e1n sometidas dentro de la atm\u00f3sfera a una fuerte absorci\u00f3n, bien por parte del ox\u00edgeno y del ozono para las de menor longitud de onda que la PAR, bien por parte del vapor de agua y del di\u00f3xido de carbono para las de mayor longitud de onda.<\/span><\/p>\n

Tambi\u00e9n por razones de seguridad y log\u00edstica<\/strong> es acertada la elecci\u00f3n; por seguridad<\/strong>, ya que las altas energ\u00edas asociadas a la radiaci\u00f3n ultravioleta, podr\u00edan poner en peligro los enlaces del hidr\u00f3geno, y otros igualmente d\u00e9biles, que mantienen la configuraci\u00f3n espacial y las relaciones entre las grandes y complejas mol\u00e9culas org\u00e1nicas que forman el entramado de los seres vivos; y por log\u00edstica<\/strong>, ya que, m\u00e1s all\u00e1 de la PAR que le interesa a la planta, la radiaci\u00f3n infrarroja se absorbe por el agua que constituye la gran masa de la vegetaci\u00f3n provocando un calentamiento, que si bien constituye una aportaci\u00f3n energ\u00e9tica inmediata para la planta, no le es \u00fatil sin embargo para la conversi\u00f3n y almacenamiento, a m\u00e1s largo plazo, que la planta pretende conseguir.<\/span><\/p>\n

En la segunda de las etapas de la fotos\u00edntesis tienen lugar una secuencia de complejas reacciones, como consecuencia de las cuales la energ\u00eda captada por la vegetaci\u00f3n es transformada en energ\u00eda qu\u00edmica, que es transferida a las mol\u00e9culas dise\u00f1adas para el transporte y almacenaje en la propia planta. Podr\u00eda aducirse aqu\u00ed que el paralelismo entre las plantas como colectores solares y los propios colectores fruto de la tecnolog\u00eda humana, se rompe al no estar presente en \u00e9stos la parte equivalente a la segunda etapa de la fotos\u00edntesis.<\/span><\/p>\n

\u00a0La respuesta est\u00e1 en que el hombre no sabe c\u00f3mo conseguirlo, o al menos no a costes razonables, de manera que el almacenamiento estacional e interanual que la planta hace de la energ\u00eda solar es una asignatura pendiente para los t\u00e9cnicos humanos, y si bien la investigaci\u00f3n en este campo contin\u00faa abierta, siguiendo varias l\u00edneas, pero sobre todo la fotoqu\u00edmica que imitar\u00eda en buena medida la segunda etapa de la fotos\u00edntesis, lo cierto es que en la pr\u00e1ctica la acumulaci\u00f3n inter-estacional ni siquiera se intenta para los colectores t\u00e9rmicos, y que para los fotovoltaicos se recurre a los acumuladores el\u00e9ctricos (bater\u00edas) convencionales, de gran peso y volumen, y con p\u00e9rdidas importantes asociadas a la auto descarga.<\/span><\/p>\n

\u00a0\"\"<\/a><\/span><\/p>\n

De toda la energ\u00eda solar que alcanza el suelo<\/strong>, la parte incluida en la PAR var\u00eda en cada momento en funci\u00f3n de una serie de factores como pueden ser la \u00e9poca del a\u00f1o, la latitud del lugar, las condiciones atmosf\u00e9ricas (presencia de nubosidad, polvo, aerosoles, etc.) y otros, pero puede estimarse como valor medio orientativo que la PAR supone el 50% de la radiaci\u00f3n solar global<\/strong>. Esto convierte a la agricultura y la silvicultura<\/strong> en los principales usuarios de la energ\u00eda solar para la humanidad<\/strong>, suministrando a \u00e9sta alimentos, materias primas y energ\u00eda en forma de biomasa. <\/span><\/p>\n

Hace a\u00f1os el aprovechamiento de la biomasa con fines energ\u00e9ticos se limitaba a la combusti\u00f3n de los residuos resultantes de la utilizaci\u00f3n primaria, sin embargo son cada vez m\u00e1s frecuentes en la actualidad los denominados \u201ccultivos de energ\u00eda<\/strong>\u201d, es decir plantaciones encaminadas a obtener como producto base la biomasa , para ser convertida posteriormente en energ\u00eda bien mediante combusti\u00f3n directa, bien a trav\u00e9s de su conversi\u00f3n, en combustibles l\u00edquidos o gaseosos, susceptibles de ser utilizados en motores de combusti\u00f3n interna.<\/span><\/p>\n

En general, el rendimiento<\/strong> asociado al funcionamiento de las plantas como colectores solares, es bajo<\/strong>, aunque eso depende del cultivo de que se trate, as\u00ed como de la distribuci\u00f3n y geometr\u00eda de sus hojas. En algunos cultivos densos, con hojas elevadas y orientadas adecuadamente, pr\u00e1cticamente toda la PAR es absorbida; sin embargo entre las hojas superiores y las inferiores del mismo cultivo, o bien entre las hojas de dos o m\u00e1s cultivos situadas en planos horizontales diferentes y superpuestos, las cosas suceden de forma muy compleja<\/strong>.<\/span><\/p>\n

\u00a0\"\"<\/a><\/span><\/p>\n

Finalmente, entre otras varias respuestas de la estrategia de las plantas ante la insolaci\u00f3n, existen dos que resultan de gran inter\u00e9s, una es el fototropismo<\/strong> (crecimiento de las plantas orientado a la luz), y otra el seguimiento \u201calt-azimutal\u201d<\/strong> diario que es capaz de desarrollar el girasol<\/strong> (Helianthus annuus, o flor del sol anual) a lo largo del fotoperiodo<\/strong> (tiempo durante el que la planta dispone de luz suficiente para su desarrollo), manteniendo orientada su cabeza hacia el disco solar, de orto a ocaso, consiguiendo con ello la m\u00e1xima recepci\u00f3n posible de radiaci\u00f3n solar directa. La explicaci\u00f3n de estos dos fen\u00f3menos, absolutamente naturales, se basa en una serie de procesos bioqu\u00edmicos y biof\u00edsicos cuya comprensi\u00f3n resulta m\u00e1s o menos laboriosa, dependiendo de los conocimientos que se tengan, pero cuya reproducci\u00f3n a escala industrial, operativa desde el punto de vista humano, resulta enormemente compleja.<\/span><\/p>\n

En el caso particular del seguimiento por parte del girasol del movimiento aparente del disco solar a trav\u00e9s del cielo, parece que la planta conoce perfectamente la Ley de Lambert<\/strong> (la intensidad luminosa que llega a una superficie es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de dicha superficie al foco luminoso y directamente proporcional al coseno del \u00e1ngulo formado por los rayos luminosos y la normal a la superficie<\/em>), de forma que toma las medidas necesarias para maximizar la incidencia de energ\u00eda.<\/span><\/p>\n

El conseguir ese mismo resultado para los heliostatos de una central solar de concentraci\u00f3n, para un concentrador parab\u00f3lico, o bien para un simple colector t\u00e9rmico o fotovoltaico, requiere la puesta en operaci\u00f3n de complicados sistemas de programaci\u00f3n, detecci\u00f3n y seguimiento en base a servomecanismos, con tal cantidad de fallos en la pr\u00e1ctica que la contemplaci\u00f3n simultanea de un campo de heliostatos, programados para el seguimiento, y de un campo de girasoles nos hacen pensar en lo mucho que nos queda por aprender de la naturaleza.<\/strong><\/span><\/p>\n

Adolfo Marroqu\u00edn Santo\u00f1a<\/span><\/a><\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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