miércoles, 17 de julio del 2019 Fecha
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Evolución por la energía

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Energías de la Tierra    ~    Comentarios Comments (1)

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Cualquier cosa que podamos imaginar… ¡Podría estar en nuestro Universo!

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

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Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de El resplandeciente Sol

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de Entropía

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

Resultado de imagen de Diferentes formas de energías

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energíapotencia y fuerza.

Resultado de imagen de Empujar un bloque de piedra

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Resultado de imagen de Unidades de energía con nombres especiales

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Resultado de imagen de Reservas mundiales de material energético

Almacenamiento de energía
Energía de Magnitud
Reservas mundiales de carbón 200.000 EJ
Reservas mundiales de masa vegetal 10.000 EJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Carga de carbón de un camión de 100 t 2 TJ
Barril de petróleo crudo 6 GJ
Botella de vino de mesa blanco 3 MJ
Garbanzo pequeño 5 KJ
Mosca en la mesa de la cocina 9 mJ
Gota de agua de 2 mm en una hoja de árbol 4 μJ
Flujos de energía
Energía de Magnitud
Radiación solar 5.500.000 EJ
Fotosíntesis mundial neta 2.000 EJ
Producción mundial de combustibles fósiles 300 EJ
Huracán típico en el Caribe 38 EJ
La mayor explosión de bomba H en 1961 240 PJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Bomba de Hiroshima en 1945 84 TJ
Metabolismo basal de un caballo grande 100 MJ
Ingesta diaria de un adulto 10 MJ
Pulsación de una tecla del ordenador 20 mJ
Salto de una pulga 100 nJ

Resultado de imagen de Energía mecánica y cinética

Resultado de imagen de Energía cinéticaResultado de imagen de Energía cinética

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

Resultado de imagen de masa y energía son equivalentes

E: representa la energía

m: la masa

c: la velocidad de la luz en el vacío ¡casi 300 000 km/s!

Einstein nos dijo: “la masa y la energía son manifestaciones de una misma cosa”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c2, que en su versión más famosa se escribe como E = mc2; la ecuación más conocida de la física.

Resultado de imagen de La gravedad mantiene unido los planetas

El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Resultado de imagen de la energía del Sol se transforma en en energía química

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

Resultado de imagen de TerremotosResultado de imagen de Colisión de las placas continentalesResultado de imagen de Colisión de las placas continentalesResultado de imagen de Colisión de las placas continentales

La colisión entre las placas terrestres lleva a que las rocas conformantes de la corteza puedan romperse (fallarse) o bien plegarse. Este último proceso ocurre en aquellos estratos rocosos que se ven sometidos a altas presiones y temperaturas, que permiten que las rocas se tornen dúctiles. Las cadenas montañosas o cordilleras se generan por la colisión de las placas tectónicas y, por lo general, se localizan cerca de sus márgenes.

Potencia de fenómenos de corta duración
Flujos de energía Duración Potencia
Terremoto de magnitud 8 en la E. Richter 30 s 1’6 PW
Gran erupción volcánica 10 h 100 TW
Energía cinética de una tormenta 20 min 100 GW
Gran bombardeo de la 2ª Guerra Mundial 1 h 20 GW
Tornado medio en EE.UU. 3 min 1’7 GW
Los cuatro motores del Boeing 747 10 h 60 MW
La mayor máquina de vapor de Watt 10 h 100 KW
Carrera de 100 m 10 s 1’3 KW
Lavadora doméstica 20 min 500 W
Audición de un CD 60 min 25 W
Una vela 2 h 5 W
El vuelo de un colibrí 3 min 0’7 W

Resultado de imagen de El segundo principio de la termodinámica

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

emilio silvera

Los misterios de la Tierra

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Encuentros espaciales

La más destructiva intensificación temporal de los normalmente suaves flujos de energía geotectónica – erupciones volcánicas o terremotos extraordinariamente potentes – o de energía atmosférica – vientos o lluvias anormalmente intensas –, parecen irrelevantes se comparan con las repetidas colisiones del planeta con cuerpos extraterrestres relativamente grandes.

 

 

 

Hace unos seis mil años, en una región argentina denominada Campo del Cielo, se suscitó una lluvia de meteoritos, producto de la explosión en la atmósfera de un asteroide que pesaba unos 840 mil kilos. En la actualidad, se conserva uno de esos fragmentos, al cual se le denominó como “El Chaco”. Es el segundo más pesado del cual se tiene , pues en la báscula registra 37 toneladas.

 

 

 

 

En los primeros años del siglo XIX, varios exploradores se asentaron en Cape York, Groenlandia, en donde descubrieron que los habitantes de las tribus del lugar utilizaban armas punzocortantes hechas, supuestamente, con materiales de origen meteórico. Años más tarde, Robert E. Peary fue quien encontró los resquicios de un gran asteroide que golpeó la Tierra en la llamada “Edad de Hierro”. A esta gran piedra se le llamó Ahnighito, la cual fue venida al Museo Americano de Historia Natural, en donde actualmente se le observar.

 

 

 

 

Este meteorito cayó miles de años en Bacubirito, Sinaloa. Se dice que en 1863, varios pobladores de dicha localidad hallaron esta gran piedra, aunque no se dio a conocer al mundo sino hasta finales del siglo XIX, gracias a la labor periodística de Gilbert Ellis. Bacubirito pesa cerca de 20 toneladas; mide más de cuatro metros de largo y dos metros de ancho, características por las cuales lo convierten en el quinto meteorito más grande que ha caído en el planeta. Hoy en día se encuentra en la explanada del Centro de Ciencias de Culiacán.

 

 

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No sabemos un asteroide “asesino”, caerá sobre la Tierra. Los Encuentros espaciales, han sido relativamente frecuentes en la historia del planeta y, luego, no podemos asegurar que no se volverá a repetir, sino que, por el contrario, lo único que no sabemos es cuando pasará.

Existen simulaciones de lo que ser el choque del meteorito en la Tierra y, desde luego, no quisiera estar aquí cuando suceda. La Tierra está siendo bombardeada continuamente por invisibles partículas microscópicas de polvo muy abundantes en todo el Sistema Solar, y cada treinta segundos se produce un choque con partículas de 1 mm de diámetro, que dejan un rastro luminoso al autodestruirse en la atmósfera. También son relativamente frecuentes los choques con meteoritos de 1 metro de diámetro, que se producen con una frecuencia de, al , uno al año.

 

 

 

 

 

Pero los impactos, incluso con meteoritos mayores, producen solamente efectos locales. Esto es debido a que los meteoritos que deambulan por la región de asteroides localizada Marte y Júpiter están girando alrededor del Sol en el mismo sentido que la Tierra, de manera que la velocidad de impacto es inferior a 15 Km/s.

Marte y Júpiter hay cientos de miles de cuerpos pequeños que orbitan alrededor del Sol llamados asteroides. podemoas encontrarlos más allá de Plutón, llamado cinturón de Kuiper, y que en este caso reciben el de objetos transneptunianos y que están hecho de hielo. Ceres es el asteroide más grande y 913 km de diámetro.

 

 

 

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El cráter de Arizona, casi perfectamente simétrico, se formó hace 25.000 por el impacto de un meteorito que iba a una velocidad de 11 Km/s, lo que representa una potencia cercana a 700 PW. Estas gigantescas liberaciones de energías palidecen cuando se comparan con un choque frontal con un cometa típico. Su masa (al menos de 500 millones de toneladas) y su velocidad relativa (hasta 70 Km/s) elevan su energía cinética hasta 1022 J. Aunque se perdiera un diez por ciento de esta energía en la atmósfera, el impacto sería equivalente a una explosión de unas 2.500 bombas de hidrógeno de 100 megatones. Está que un fenómeno de estas características produciría impresionantes alteraciones climatológicas. Sin embargo, no es seguro y sí discutible que un impacto parecido fuese la causa de la extinción masiva del cretácico, siendo lo más probable, si tenemos en cuenta el periodo relativamente largo en que se produjo, que se podría explicar por la intensa actividad volcánica de aquel tiempo.

 

 

 

 

La frecuencia de impactos sobre la Tierra disminuye exponencialmente con el tamaño del objeto. Muchas toneladas son las que recibimos cada año de pequeños fragmentos de todo pero, cuando estos van aumentando de tamaño, los sucesos de espacian de manera sustancial

Aproximadamente, cada cincuenta o sesenta millones de años se produce una colisión con un cometa, lo que significaría que la biosfera, que ha evolucionado durante cuatro mil millones de años, ha debido superar unos cuarenta impactos de este tipo. Está claro que ha salido airosa de estas colisiones, ya que aunque haya sido modificada, no ha sido aniquilada.

 

 

 

 

Esperemos que imagen no la podamos ver nunca en directo

 

Igualmente, la evolución de la biosfera ha sobrevivido a las explosiones altamente energéticas de las supernovas más “cercanas”. Dado que en nuestra galaxia se produce por término medio la explosión de una supernova cada 50 , el Sistema Solar se encuentra a una distancia de 100 parsecs de la explosión cada dos millones de años y a una distancia menor de 10 parsecs cada dos mil millones de años. En este último caso, la parte alta de la atmósfera se vería inundada por un flujo de rayos X y UV de muy corta longitud de onda, diez mil veces mayor que el flujo habitual de radiación solar, lo que implica que la Tierra recibiría, en unas pocas , una dosis de radiación ionizante igual a la que recibe anualmente. Exposiciones de 500 roentgens son setales para la mayoría de los vertebrados y, sin embargo, los diez episodios de esta magnitud que se han podido producir en los últimos 500 millones de años no han dejado ninguna consecuencia observable en la evolución de la biosfera.

 

 

 

          La imagen de arriba corresponde a un suceso que ninguno quisiéramos que ocurriera

Si suponemos que una civilización avanzada podría preparar refugios la población durante el año que transcurre ente la llegada de la luz y la llegada de la radiación cósmica, se encontraría con la inevitable dosis de 500 roentgens cada mil millones de años, tiempo suficiente para permitir el desarrollo de una sociedad cuyo conocimiento le sirviera para defenderse de un flujo tan extraordinario y de consecuencias letales.

nos queda tiempo, hablemos de… ¡La fotosíntesis! Y, sus consecuencias.


 

Todo el Oxígeno de la Atmósfera terrestre procede del oxígeno que desprenden los organismos autótrofos la fotosíntesis.

 

La fotosíntesis es el principal proceso bioquímico que consigue pasar materiales desde el biotopo hasta la biocenosis de un ecosistema. Una vez incorporados parte de los organismos autótrofos, los heterótrofos (por ejemplo, los animales) solo tienen que aprovecharse de aquellos; con la existencia de pequeñas cantidades de agua, todo está preparado para que el ecosistema entero comience a funcionar. Además, siempre habrá animales depredadores, carnívoros, que seguirán aprovechando los materiales de otros.

La conocida ecuación básica que describe la reacción endotérmica por la cual se sintetiza una molécula de glucosa a partir de sus seis moléculas de CO2 y H2O, y 2’8 MJ de radiación solar, es una simplificadísima caja negra. Una caja negra más realista sería la siguiente:

106 CO2 + 90 H2O + 16 NO3 + PO4 + nutrientes minerales + 5’4 MJ de radiación = 3’258 g de protoplasma (106 C, 180 H, 46 O, 16 N, 1 P y 815 g de cenizas minerales) + 154 O2 + 5’35 MJ de calor disipado.

Sin macronutrientes ni micronutrientes no se producir fitomasa, que está compuesta por los nutrientes básicos necesarios para todos los seres heterótrofos: azúcares complejos, ácidos grasos y proteínas.

 

 

Para entender esta caja negra hay que comenzar por destacar la acción de unos pigmentos sensibles a la luz los cuales destacan las clorofilas. Éstas absorben la luz en dos bandas estrechas, una entre 420 y 450 nm, y la otra entre 630 y 690 nm. Así, la energía necesaria para la fotosíntesis sólo procede de la radiación azul y roja a la que corresponde menos de la mitad de la energía total de la insolación. Esta parte de la radiación fotosintéticamente activa (RFA) no se utiliza en reducir CO2, sino en la regeneración de compuestos consumidos durante la fijación del gas.

La síntesis de fitomasa en el ciclo reductor del fosfato pentosa (RPP) – un proceso con varios pasos de carboxilación por catálisis enzimática, reducción y regeneración – tiene que empezar con la formación de trifosfato de adenosina (ATP) y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), que son los dos compuestos que suministran energía a todas las reacciones biosintéticas. La síntesis de las tres moléculas de ATP y las dos de NADP que se necesitan para reducir molécula de CO2 requiere de diez cuantos de radiación solar con longitud de onda próxima al pico rojo de absorción de la clorofila (680 nm). El carbono procedente del CO2, combinado con el hidrógeno del agua y con los micronutrientes, dará lugar a nueva fitomasa que contiene 465 KJ/mol.

 

 

La cantidad de energía de un cuanto de luz roja es de 2’92×10-19 J (el producto de la constante de Planck, 6’62×10-34 por la frecuencia de la luz, que a su vez es el cociente la velocidad de la luz y la longitud de onda).

Un einstein (definido como un mol o de Avogadro, 6’02×1023) de fotones rojos tiene una energía aproximadamente igual a 17 Kg. Suponiendo que la RFA es el 45% de la luz directa, la eficiencia global de la fotosíntesis es del 11%, que equivale a 456/(1.760/0’43). Esta eficiencia se reduce por lo en una décima parte más si tenemos en cuenta la reflexión de la luz en las hojas y la pérdida que supone atravesar la cubierta vegetal. Ninguna planta, sin embargo, se acerca siquiera a esta eficiencia teórica, porque parte de la luz absorbida por las clorofilas (generalmente, el 20 – 25 por ciento) vuelve a ser emitida en forma de calor, debido a que los pigmentos no pueden almacenar la luz y las reacciones enzimáticas no se producen con suficiente velocidad como para utilizar completamente el flujo de energía incidente. En la respiración se cede el carbono fijado en el metabolismo de la planta y en el mantenimiento de las estructuras que la soportan.

 

 

 

 

La luz y el calor que en una pequeña fracción recibinmos de la energía solar, posible todas estas maravillas en nuestro planeta. La vida incluida.

Para cada especie, la tasa con la que se pierde carbono está determinada principalmente por el tipo de fotosíntesis. Así, existen diferencias sustanciales las plantas C3 y C4. La respiración a escala de una comunidad o ecosistema depende del estado de crecimiento, y varía entre del 20 por ciento en plantas jóvenes en rápido crecimiento, hasta más del 90 por ciento en bosques maduros.

Con una pérdida del 25 por ciento para la reacción, y otro tanto para la respiración, la eficiencia fotosintética es ligeramente superior al 5 por ciento. En este punto, las estimaciones teóricas y los valores reales coinciden, ya que el valor medio de fotosíntesis neta en plantas muy productivas y en óptimas y durante cortos periodos de tiempo, oscila entre el 4 y el 5 por ciento. La mayoría de las plantas rinden en función de los nutrientes, especialmente nitrógeno y agua, o por las bajas temperaturas en las regiones de mayor altura y latitud. Los mejores rendimientos en sistemas naturales muy productivos, como los humedales y los cultivos, están entre el 2 y el 3 por ciento. En otros ecosistemas, como los pantanos tropicales templados y los bosques templados, el rendimiento de la transformación es del 1’5 por ciento, y en las praderas muy áridas sólo del 0’1 por ciento. Globalmente, la producción anual es, al menos, de 100.000 millones de toneladas de fitomasa, que se sintetizan con un rendimiento medio del 0’6 por ciento.

 

Producción primaria global en el año comprendido entre septiembre de 1997 y agosto de 1998. SeaWiFS Project, NASA/Centro de vuelo espacial Goddar de la NASA y ORBIMAGE.  En Biología se conoce como producción primaria a la producción de materia orgánica que realizan los organismos autótrofos a través de los procesos de fotosíntesis o quimiosíntesis. La producción primaria es el punto de partida de la circulación de energía y nutrientes a través de las cadenas tróficas.

 

La fotosíntesis en los océanos, muy afectada por la escasez de nutrientes, es incluso menos . La productividad medie es de poco más de 3 MJ/m2 y se realiza con un rendimiento fotosintético del 0’06 por ciento. La media ponderada total es 0’2 por ciento, es decir, que sólo uno de cada 500 cuantos de energía solar que llega a la superficie de la Tierra se transforma en energía de biomasa en de tejido vegetal.

La mayor de esta energía se almacena en forma de azúcares simples, que contienen más energía, y que sólo se encuentran en las semillas.

La mayor parte de la fitomasa está en los bosques. En los océanos, los principales productores son los organismos que componen el fitoplancton, que son muy pequeños y flotan libres. Su tamaño varía algo menos de 2 y 200 μm de diámetro y están formados por cantidades variables de bacterias y protoctistas eucarióticos. Las cianobacterias cocoides son tan abundantes en algunas aguas oligotrópicas que pueden ser las responsables de la mayor parte de la producción de fitoplancton.

 

 

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Los protoctistas fotosintetizadores varían entre los más pequeños flagelados pigmentados ( las criptomonas y crisofitos), hasta las diatomeas y dinoflagelados, que son mayores (más de 10 mm) y generalmente dominantes. Las diatomeas están formadas por células sin flagelos, con paredes de silicio amorfo mezclados con otros compuestos orgánicos. Presentan una sorprendente y amplia variedad de diseño, desde las que tienen simetría central (las de forma radial son las dominantes en el océano), a las pennadas (simetría lateral), y otras forman largas cadenas.

La productividad de fitoplancton está controlada por la temperatura del agua y por la disponibilidad de radiación solar y nutrientes. La temperatura no es determinante, porque muchas especies son muy adaptables y consiguen una productividad similar en distintos ambientes. Aunque es frecuente la adaptación a diferentes lumínicas, tanto el volumen como en contenido en clorofila de las diatomeas aumenta con la intensidad de la luz. En el mar abierto, la mayor limitación es la cantidad de nutrientes disponibles.

las carencias que más limitan la producción de fitoplancton está la de nitrógeno, el macronutriniente más importante, la de fósforo, y la de algunos otros micronutrientes clave como el hierro y el silicio.

 

 

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Los medios productivos de la Tierra están en la capa superficial y la capa inmediatamente inferior de los océanos. En el mar abierto, las concentraciones más altas de nutrientes se encuentran entre los 500 y los 1.000 metros, a bastante más profundidad que la zona eufórica, capa en la que penetra la luz solar y que se extiende a unos 100 metros en las aguas transparentes.

El pequeñísimo tamaño de los productores dominantes es una adaptación eficaz a la escasez de nutrientes, ya que cuanto mayor sea el cociente entre la superficie y el volumen, y más lento el hundimiento de las células de fitoplancton en la capa eufórica, mayor es la tasa de absorción de nutrientes.

las corrientes elevan a la superficie las aguas frías y cargadas de nutrientes, la producción de fitoplancton aumenta sustancialmente. Las aguas costeras de Perú, California, noroeste y sudoeste de África, y de la India occidental son ejemplos destacados de ascensión costera de aguas frías. También se dan casos de ascensión mar adentro en la mitad del Pacífico, cerca del ecuador y en las aguas que rodean la Antártida. Otras zonas altamente productivas se encuentran en las aguas poco profundas cercanas a la costa que están enriquecidas por el aporte continental de nutrientes. Este enriquecimiento, con una proporción N/P muy descompensada, es especialmente elevados en los estuarios adonde van a parar grandes cantidades de aguas residuales y fertilizantes.

 

 

 

 

Las diferentes medidas de la productividad en las aguas oligotróficas de los mares subtropicales y de las aguas eutróficas con corrientes ascensionales, varían entre de 50 gC/m2 y 1 gC/m2, más de un orden de magnitud. Las estimaciones de la producción global de fitoplancton están comprendidas 80.000 y 100.000 millones de toneladas, que representan entre dos tercios y cuatro quintos de la fitomasa total terrestre. Contrasta con el resultado anterior el hecho de que, dado el corto periodo de vida del fitoplancton (1 – 5 días), la fitomasa marina represente sólo una pequeña fracción de todo el almacenamiento terrestre.

La distribución espacial del fitoplancton muestra zonas delimitadas que se extienden a escala local y global. La exploración desde los satélites es, con gran diferencia, la que permite detectar con mayor precisión las concentraciones de clorofila y la que ha posibilitado obtener las pautas de la distribución de fitoplancton. En las aguas que rodean la Antártida se observa claramente una distribución asimétrica en dos bandas casi concéntricas. La mejor distribución se explica por el hecho de que se deba a corrientes circumpolares y a la abundancia de ácido silicílico. las zonas de mayor riqueza de fitoplancton se encuentran cerca de los continentes donde los ríos arrastran abundantes nutrientes disueltos.

 

 

Figura 4-3 > Ejemplo de cadena trófica” width=”484″ height=”383″ border=”1″ /></p>
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La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.

El fitoplancton es la base energética de las intrincadas pirámides tróficas. Las cadenas alimenticias en el océano, generalmente, son redes complicadas. Una gran parte de la fitomasa disponible no la consumen directamente los herbívoros, sino que primero se almacena en depósitos de materia muerta que, transformada por bacterias, se convertirá en alimento otros seres heterótrofos.

 

 

Diatomeas vistas a través de un electrónico.

La gran producción de fitoplancton puede alimentar grandes cantidades de zoomasa. El kril, pequeños crustáceos parecidos a las quisquillas que se alimentan de diatomeas, son los organismos más abundantes en la superficie del mar; sus densas acumulaciones pueden contener mil millones de individuos y su producción anual de zoomasa quizá llegue hasta los 1.300 millones de toneladas. Esta prodigiosa cantidad de zoomasa sirve de alimento a focas, calamares y peces, así como a los mayores carnívoros de la biosfera, las especies de ballenas con barbas que se alimentan filtrando el agua.

emilio silvera

¿La Tierra? ¡Una maravilla de la Naturaleza!

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Las corrientes de convección son movimientos que describen los fluidos. Cuando éstos se calientan, se dilatan y ascienden. Al llegar esos materiales a la corteza terrestre se enfrían debido a que esta capa tiene una baja temperatura. Al enfriarse los materiales, se contraen y descienden alcanzar el núcleo de la Tierra, donde el proceso volverá a comenzar.

Toda energía térmica actúa sobre los materiales provocando el movimiento de estos, generando elevadas presiones que llevan a transformaciones en la estructura de los materiales. En ocasiones, estas presiones se liberan bruscamente. Todos hemos podido contemplar las consecuencias devastadoras de tales acontecimientos.

Parece una locura, pero… ¿qué es la Tierra? La astronomía nos dice que es un planeta de tamaño medio que orbita una estrella no demasiado especial. Desde nuestro punto de vista es el ejemplo más exacto -obviamente- de lo que se ha bautizado como “planetas del tipo terrestre”. Los indígenas de muchas regiones -y los ecologistas- lo llaman “la madre tierra”. En la literatura se lo ha llamado “el planeta azul”, “el planeta de agua”, “el zafiro celeste”, “el orbe cerúleo” y otros nombres poéticos. Los biólogos saben que -por ahora- es el único lugar conocido que alberga la vida.

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Una definición más estructural nos dirá que se compone de cierta cantidad de minerales, que tiene una corteza, un manto, un núcleo de hierro, y que lo rodea una atmósfera y su superficie está cubierta en un 75% por agua. Pero la definición más impactante es una que hasta ahora no sospechábamos: la Tierra, afirma el geofísico J. Marvin Herndon, es una gigantesca planta natural de generación nuclear. Nosotros vivimos en su delgada coraza, mientras a algo más de 6.000 kilómetros bajo nuestros pies se quema por la fisión nuclear una bola de uranio de unos ocho kilómetros de diámetro, produciendo un intenso calor que hace hervir el metal del núcleo, lo que produce el campo magnético terrestre y alimenta los volcanes y los movimientos de las placas continentales.

Evolución de los continentes

Sabemos que el mundo orgánico y el inorgánico están conectados: los factores vivos e inanimados interactúan constantemente y están en continuo cambio, son interdependientes. El Universo está en movimiento, expandiéndose, y los distintos elementos que lo componen, forman una cohesión dinámica en permanente evolución. Aún estamos lejos de conocer sus secretos… sin embargo, contamos con una ventaja para poder desvelar los múltiples secretos que rodean nuestro “mundo”, la materia “inerte” es el ciclo más primario de la materia de que, por evolución, se convierta en eso que llamamos vida. Cuando en algunas formas de vida está presente la Inteligencia y una consciencia de SER, se comienza un nuevo ciclo, el de tratar de saber sobre todas las cosas que nos rodean y, el Planeta Tierra, nuestra casa, no podía ser una excepción.

              La Tierra vista el Espacio, es una auténtica maravilla. ¡Si pudiéramos contemplar así nuestra Galaxia!

En un lugar parecido a , hace miles de millones de años, nació la Tierra ignea y sus hermanos, el resto de los planetas del Sistema Solar. Se enfrió con el paso del Tiempo, y, a partir de la materia inerte, surgieron aquellas simples células replicantes que evolucionaron hacia la mente. Esa ha sido la obra más grandiosa del Universo., hasta donde podemos saber, toda vez que, confinados aquí en éste pequeño y maravilloso planeta, los seres conscientes no han podido evolucionar hasta el punto de comprobar si, en otros mundos, existe realmente la vida.
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Pero se hablaba de lo que produce el campo magnético terrestre y alimenta los volcanes y los movimientos de las placas continentales. Veamos de dónde surge esta imagen. Hay que imaginar a la Tierra primordial como un esférico, una bola recién formada y ardiente de elementos en estado líquido que se condensaron del disco que rodeaba nuestro sol. Los metales más densos se hundieron por la atracción de la gravedad, mientras que los elementos más livianos flotaron y quedaron más cerca del exterior de la esfera y en la superficie. Dentro de nuestro planeta, la densidad depende exclusivamente del número y el peso atómico de los átomos. El uranio es muy denso, 19 gramos por centímetro cúbico, porque tiene el mayor número y peso atómicos en la naturaleza, de modo que, siendo la sustancia más densa en una esfera de materiales fundidos, debió terminar a la fuerza en el centro de ella. En el centro de la Tierra. Las implicaciones de esta hipótesis relativamente nueva del georreactor son muy amplias. No sólo influye en la manera en que vemos a la Tierra y a la formación de planetas en general, sino que hasta habría que revisar el origen mismo de las estrellas.

El impulsor de la idea. Hace poco se estrenó la película The Core (“El núcleo”), relacionada con este tema. El doctor J. Marvin Herndon, de 58 años de edad, alto y robusto, estuvo allí y fue tratado como una estrella. Él vive en un suburbio de San Diego llamado Scripps Ranch, en los Estados Unidos de Norteamérica, en una casa repleta de antigüedades. Está casado con una científica de computación y tiene tres hijos ya crecidos. Tiene un doctorado en química nuclear de la . De 1975 a 1978 hizo un postdoctorado en la Universidad de California en San Diego con Harold Urey, ganador del Premio Nobel de química en 1934, y con Hans Suess, desarrollador del método de datación por carbono 14. Estuvo un año como investigador en esa Universidad, pero renunció. Desde entonces, se dedicó a investigar independientemente. Veamos lo que dijo en una entrevista.

J. Marvin Herndon. Licenciado en Física en 1970

- Dr. Herndon, he leído que usted cree que Marte posee un georreactor muerto, basándose en la evidencia de que no posee campo electromagnético. ¿Podría contar sus especulaciones con respecto a otros planetas del Sistema Solar, incluyendo los gigantes gaseosos?

- Originalmente llegué a la idea de reactores de fisión de escala planetaria considerando los gigantes gaseosos. Cuando iba a la escuela, me dijeron que los planetas no producen energía; sólo reciben energía del sol y la vuelven a irradiar. Pero a fines de los sesenta los astrónomos descubrieron que Júpiter irradia hacia el espacio más o menos el doble de la energía que recibe el sol. Luego se encontró que Saturno y Neptuno irradian cantidades prodigiosas de energía generada internamente. Durante veinte años los planetólogos creyeron que habían tenido en consideración y eliminado todas las fuentes planetarias posibles de energía, decidiendo que la energía extra que irradiaban venía del colapso gravitatorio original producido hace unos 4.500 millones de años. Cuando empecé a pensar en este problema alrededor de 1990, esa explicación no me parecía razonable.

Júpiter está compuesto en un 98% de hidrógeno y helio y ambos gases son medios de transmisión de calor extremadamente eficientes. Luego pensé que todos esos gigantes gaseosos tienen los ingredientes necesarios para formar un reactor nuclear de escala planetaria, una fuente de energía que no se había considerado antes. Júpiter, Saturno y Neptuno irradian cantidades prodigiosas de energía generada en su interior y poseen atmósferas muy turbulentas; Urano irradia muy poca o ninguna energía y su atmósfera aparece sin rasgos. (Especulación: ¿se habrá apagado el reactor nuclear de Urano?)

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     Lo cierto es que, vivímos encima de un reactor nuclear natural

Luego de que se publicó el artículo científico sobre los gigantes gaseosos en Naturwissenschaften, pensé que no es necesario hidrógeno frenar a los neutrones; esa chispa de comprensión me llevó a comenzar a desarrollar el concepto de que hay un reactor nuclear de fisión en el centro de la Tierra, que publiqué por primera vez en 1993. No tenemos evidencia directa -aún- de que Marte tenga o no un reactor nuclear. Sin embargo, Marte tiene el volcán más grande del Sistema Solar, el Monte Olympus. Tuvo alguna vez la fuente de energía que se requiere para formar un volcán. parece que el interior de Marte podría no estar congelado. Interesante.

La luna Io de Júpiter posee actividad volcánica. He leído recientemente que la interacción de marea con Júpiter no aporta suficiente energía. Uno puede especular con la posibilidad de que haya un reactor nuclear involucrado, pero en este momento sería sólo especulación. Hay un reporte reciente que sugiere que el interior de nuestra Luna no estaría del todo congelado. Hay evidencia paleomagnética que sostiene la idea de que la Luna tuvo su propio campo magnético durante sus primeros 500 millones de años de vida. Necesitamos evidencia sólida.

Aquí en la imagen observamos a La Fosa de las Sirenas se extiende a lo largo de 25 000 km al sudoeste de la región volcánica de Tharsis, en la que se encuentra el Monte Olimpo, el volcán más alto de nuestro Sistema Solar. La Fosa de las Sirenas es un sistema de fosas tectónicas formadas por las fuerzas internas de la corteza marciana durante la elevación de la región de Tharsis. Se apreciar una fosa tectónica en la imagen, como dos líneas paralelas que cruzan de arriba abajo, ligeramente a la izquierda del centro de la imagen.

- aspecto interesará a los lectores. ¿Podría estallar el georreactor y destruir el planeta que lo contiene?

- No. lograr una explosión hace falta uranio o plutonio muy puros, de “grado armamentístico”. Las impurezas que tiene el uranio natural, incluyendo el U-238, lo impiden. Hay alguna tontería en la web que se refiere a que el calentamiento global podría causar la explosión del georreactor. Es un sinsentido. Seudociencia.

- Fuera de la posibilidad de que el georreactor se apague, ¿hay algún otro peligro para la vida?

- Los únicos elementos que se pueden fugar del núcleo son muy livianos. Los elementos livianos que produce la fisión son poco abundantes y, si es que son radiactivos, típicamente tienen una vida media .  A diferencia de otras fuentes potenciales de energía de escala planetaria, que sólo pueden variar muy gradualmente a lo largo del tiempo y en una sola dirección, un reactor nuclear es capaz de tener una producción variable de energía, como hice notar en mi artículo de 1994 en la Royal Society of London.

Los científicos deberían empezar a preguntarse cómo se podría detectar esa fuente variable de energía de la Tierra y cómo pueden afectar estas variaciones la superficie de nuestro planeta. La corriente de El Niño, por ejemplo, ¿puede ser afectada por variabilidad? ¿Las eras glaciares? No estoy sugiriendo que lo sean, pero se debe mantener la mente abierta. Por ejemplo, en los modelos del calentamiento global se asume que el flujo de calor que surge del interior es constante. ¿Lo es? Son interrogantes que los científicos deben hacerse.

¿Qué podría causar esa variación de la energía, si existiese?

Proceso de la fusión nuclear

- En un reactor de fisión nuclear, se divide el núcleo de uranio y otros elementos en una reacción en cadena, partiendo los átomos típicamente en dos partes.  Esos productos de la fisión absorben neutrones y, si se los deja allí, frenarán la cadena de reacción de los neutrones y, por fin, apagarán el reactor. Pero los productos de la fisión tienen más o menos la mitad de atómico y la mitad de peso atómico que el combustible de uranio. A las presiones que prevalecen en las profundidades de los planetas, la densidad es función del número y el peso atómicos. Los productos de la fisión serán, entonces, menos densos que el uranio y tenderán, por gravedad, a migrar hacia fuera del reactor mientras que el uranio se concentra dentro. Uno puede imaginar que en un caso ideal se produce un equilibrio. Pero si la producción de subproductos de la fisión excede su ritmo de remoción, la potencia de salida del reactor se reducirá hasta que los subproductos tengan la posibilidad de migrar por gravedad fuera de la zona del reactor. Luego la potencia volverá a crecer.

Reactor de fusión Tokamak

- Estuve pensando que, si se prueba que es cierta, esta teoría de los georreactores planetarios se debe aplicar a todos los cuerpos planetarios del universo. Estoy seguro de que usted debe conocer la ecuación de Drake que intenta estimar el de inteligencias que podrían existir en el universo, algo que se tiene en gran consideración en el SETI. ¿Se debería agregar un nuevo valor a esta fórmula que represente el tiempo esperado de vida del georreactor en un planeta tipo Tierra?

- Pienso que a la gente le gustaría mucho encontrar evidencias de vida en algún lugar del universo. Pero los hechos siguen mostrando que la Tierra es el único planeta en la que se la ha encontrado. Yo no creo que se pueda asignar una posibilidad a un suceso que se ha observado sólo una vez. No estoy de ninguna manera contra los esfuerzos de encontrar evidencias de vida, pero pienso que la gente debe ser objetiva en tema.

- ¿Ha imaginado ejemplos extraños de fisión natural? Por ejemplo, los físicos han teorizado todo de cosas peculiares, como agujeros negros en miniatura e incluso con de rosquilla [toroide]. ¿Podría existir algún tipo diferente de reactor natural de fisión en algún lugar del universo?

¿Hace 2000 millones de años una civilización desconocida, usaba reactores nucleares en África?
No hace mucho tiempo que contamos aquí que hace 2.000 millones de años, en la Tierra, se produjo un fenómeno de reacciones nucleares expontáneas que fueron descubiertas posteriormente, en nuestros días.

- Yo trato de hacer ciencia paso a paso, una idea siguiendo a la otra. No tengo razón esperar que existan tipos inusuales de reactores en el universo. Por otra parte, pienso que aún sabemos muy poco sobre los reactores nucleares ordinarios a escala planetaria. ¿Y quién sabe qué podremos aprender finalmente.

- “Descubrí, para mi sorpresa, que no sólo pude estar hombro a hombro con las estrellas, sino que me trataron como una estrella, entrevistándome a lo largo de la alfombra roja en el estreno mundial de la película The Core. Es un gran éxito para la Ciencia”.

Lo cierto es que, la Naturaleza,  nunca dejará de sorprendernos.

emilio silvera

Energías de la Tierra

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File:Ojos del Salado summit.jpg
                                 El volcán Nevado Ojos del Salado, en la frontera entre Argentina y Chile, es el más alto del planeta

Los volcanes

La unívoca asociación de los volcanes activos con las zonas de subducción de las grandes placas tectónicas permite localizar casi todas las erupciones recientes alrededor del océano Pacífico y, sobre todo, en América central, Sudamérica, Filipinas, Japón y Kamchatka. Una categoría menos común incluye los volcanes asociados a los puntos calientes, las placas tectónicas se ven atravesadas por flujos magmáticos procedentes del manto, a la cual pertenecen los volcanes de Hawai y África central.

File:Pahoeoe fountain original.jpg

                                                             Fuente de lava de 10 metros de altura en un volcán de Hawái

Las erupciones históricas más conocidas son las Théra, en Grecia (alrededor del 1.500 a. C.), del Vesubio en Italia (79 a. C.) y del Cracatoa (1.883 d. C.) en Indonesia, y el del monte St. Helens en el estado de Washington en 1.980. Éste último caso es la erupción volcánica mejor estudiada hasta la . Se conoce, no solamente el volumen de los depósitos expulsados (0’18 Km3) y de lava (0’5 Km3), también un detallado desglose de la energía relacionada con la erupción.

El Vesubio: En Italia, se encuentra ubicado uno de los volcanes que más devastación ha causado en la historia. Hace siglos, este volcán hizo erupción destruyendo Pompeya y Herculano, matando a 25 mil personas. Según los registros, mucha gente fue petrificada viva.

File:MSH82 st helens spirit lake reflection 05-19-82.jpg

                                                       del Monte St. Helens tomada el 19 de mayo de 1982.

Los flujos de calor dominan en el proceso: la energía térmica de los expulsados, las avalanchas, los chorros de agua, los flujos piroplásticos y las nubes de ceniza, dan un total de 1’66 EJ, cerca de veinte veces la energía cinética total de la erupción.

El 18 de mayo de 1.980, el volcán del monte St. Helens desarrolló, durante nueve horas de erupción, una energía total de 1’7 EJ, lo que equivale a una potencia media de 52 TW, es decir, unas cinco veces el consumo anual mundial de energía en el sector primario en los primeros años noventa. Aún más potentes fueron las de Bezymyannyi, Kamchatka, en 1.956 (3’9 EJ), y la de Sakurajima, Japón, en 1.914 (4’6 EJ). La mayor erupción que tuvo lugar en el siglo XIX fue la del volcán Tambora, en 1.815, que liberó más de 80 EJ de energía (basado en los depósitos de cenizas) que es un orden de magnitud a los anteriormente mencionados. Pero incluso la más potente erupción conocida es irrelevante comparada con las sucedieron hace varios vientos de miles de años, y que a su vez, son pequeñas comparadas con las erupciones magmáticas más antiguas.

yellowstone1

                                                                    Cuando Yellowstone estalle…

Debajo del parque de Yellowstone, una monstruosa pluma de roca caliente levanta la tierra y la hace temblar. Las pasadas erupciones tuvieron una potencia comparable a la de mil montes Helens. El futuro es imprevisible.

Entre las de diez calderas jóvenes, enormes cráteres formados en las gigantescas erupciones que se produjeron en el último millón de años, están la de Yellowstone (formada hace 600.000 años, con un diámetro de 70 Km y 1.000 m3 de material expulsado, principalmente piedra pómez y cenizas), y la de Toba (situada en el noroeste de Sumatra, formada hace 75.000 años, de casi 100 Km de anchura y con más de 2.000 m3 de material eyectado).

                                                                Decan Traps de la India

Un prolongado periodo de erupciones volcánicas que empezó hace 66 millones de años – varios cientos de millones de años de cataclismos que lanzaron a la atmósfera enormes cantidades de cenizas y produjeron dos millones de Km3 de lava, creando la inmensa Decan Traps de la India – parece ser la causa, al menos tan plausible como la colisión de la Tierra con un asteroide, de la masiva extinción que se produjo en la frontera del cretácico y el terciario.

Aunque las erupciones históricas han supuesto una considerable pérdida en vidas humanas (cerca de 250.000 desde 1.700), pérdidas materiales enormes y han sido una de las causas más importantes de los cambios climáticos temporales, ninguna de estas consecuencias está claramente correlacionada con la energía total liberada en las mismas. Las emisiones térmicas son casi siempre dominantes, de una a tres órdenes de magnitud mayores que todos los demás flujos de energía, y se dividen en varias clases de flujos diferentes. En algunas erupciones, la mayor parte de la energía térmica liberada está asociada con la emisión de nubes de cenizas que se elevan hasta la estratosfera; así las cenizas de la erupción del monte St. Helens se elevaron a 20 Km, y otras hasta los 30 Km, e incluso más, con cambios atmosféricos locales y espectaculares puestas de Sol y uno o dos años con temperaturas más bajas de las habituales en algunas regiones. En Nueva Inglaterra, por ejemplo, no hubo verano en 1.816.

En otras erupciones, la mayor parte de la energía térmica es transportada por las corrientes piroclásticas. Estas corrientes se forman por explosión y están compuestas por partículas volcánicas, cuyos tamaños varían entre los μm y metros, y gases calientes. Alcanzan temperaturas cercanas a los 1.000º C, se propagan a velocidades de hasta 300 m/s y se extienden a distancias de cientos de kilómetros del lugar de origen.

                                                                          Monte Pelée, 1902

En la erupción del monte Pelée, isla de Martinica en 1.902, estas nubes incandescentes acabaron con la vida de 28.000 personas. En las erupciones de los volcanes hawaianos, el flujo de calor está predominantemente asociado a la emisión de lavas que se desplazan lentamente; así, en la erupción del Mauna Loa en 1.950, con una energía liberada de magnitud parecida a la del monte St. Helens, no se produjeron desplazamientos de lodos, avalanchas ni nubes de cenizas.

Siendo espectaculares y a devastadoras, las erupciones volcánicas representan una fracción muy pequeña de la energía térmica que mueve la geotectónica terrestre. Suponiendo que en total aflora 1 Km3/año de lava continental y que las erupciones oceánicas contribuyen con otros 4 Km3/año, el calor global perdido anualmente está de los 800 GW, lo cual representa solamente el 2 por ciento del flujo geotérmico terrestre global. La grandiosidad de estos fenómenos está enmascarada en ámbitos de límites regionales, que a nivel global son casi insignificantes.

emilio silvera

Energías de la Tierra

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                                 El volcán Nevado Ojos del Salado, en la frontera entre Argentina y Chile, es el más alto del planeta

Los volcanes

La unívoca asociación de los volcanes activos con las zonas de subducción de las grandes placas tectónicas permite localizar casi todas las erupciones recientes alrededor del océano Pacífico y, sobre todo, en América central, Sudamérica, Filipinas, Japón y Kamchatka. Una categoría menos común incluye los volcanes asociados a los puntos calientes, donde las placas tectónicas se ven atravesadas por flujos magmáticos procedentes del manto, a la cual pertenecen los volcanes de Hawai y África central.

File:Pahoeoe fountain original.jpg

                                                             Fuente de lava de 10 metros de altura en un volcán de Hawái

Las erupciones históricas más conocidas son las Théra, en Grecia (alrededor del 1.500 a. C.), del Vesubio en Italia (79 a. C.) y del Cracatoa (1.883 d. C.) en Indonesia, y el del monte St. Helens en el estado de Washington en 1.980. Éste último caso es la erupción volcánica mejor estudiada hasta la fecha. Se conoce, no solamente el volumen de los depósitos expulsados (0’18 Km3) y de lava (0’5 Km3), sino también un detallado desglose de la energía relacionada con la erupción.

 

El Vesubio: En Italia, se encuentra ubicado uno de los volcanes que más devastación ha causado en la historia. Hace varios siglos, este volcán hizo erupción destruyendo Pompeya y Herculano, matando a 25 mil personas. Según los registros, mucha gente fue petrificada viva.

File:MSH82 st helens spirit lake reflection 05-19-82.jpg

                                                       Imagen del Monte St. Helens tomada el 19 de mayo de 1982.

Los flujos de calor dominan en el proceso: la energía térmica de los productos expulsados, las avalanchas, los chorros de agua, los flujos piroplásticos y las nubes de ceniza, dan un total de 1’66 EJ, cerca de veinte veces la energía cinética total de la erupción.

El 18 de mayo de 1.980, el volcán del monte St. Helens desarrolló, durante nueve horas de erupción, una energía total de 1’7 EJ, lo que equivale a una potencia media de 52 TW, es decir, unas cinco veces el consumo anual mundial de energía en el sector primario en los primeros años noventa. Aún más potentes fueron las de Bezymyannyi, Kamchatka, en 1.956 (3’9 EJ), y la de Sakurajima, Japón, en 1.914 (4’6 EJ). La mayor erupción que tuvo lugar en el siglo XIX fue la del volcán Tambora, en 1.815, que liberó más de 80 EJ de energía (basado en los depósitos de cenizas) que es un orden de magnitud superior a los anteriormente mencionados. Pero incluso la más potente erupción conocida es irrelevante comparada con las sucedieron hace varios vientos de miles de años, y que a su vez, son pequeñas comparadas con las erupciones magmáticas más antiguas.

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                                                                    Cuando Yellowstone estalle

Debajo del parque de Yellowstone, una monstruosa pluma de roca caliente levanta la tierra y la hace temblar. Las pasadas erupciones tuvieron una potencia comparable a la de mil montes Saint Helens. El futuro es imprevisible.

Entre las cerca de diez calderas jóvenes, enormes cráteres formados en las gigantescas erupciones que se produjeron en el último millón de años, están la de Yellowstone (formada hace 600.000 años, con un diámetro de 70 Km y 1.000 m3 de material expulsado, principalmente piedra pómez y cenizas), y la de Toba (situada en el noroeste de Sumatra, formada hace 75.000 años, de casi 100 Km de anchura y con más de 2.000 m3 de material eyectado).

                               Decan Traps de la India

Un prolongado periodo de erupciones volcánicas que empezó hace 66 millones de años – varios cientos de millones de años de cataclismos que lanzaron a la atmósfera enormes cantidades de cenizas y produjeron dos millones de Km3 de lava, creando la inmensa Decan Traps de la India – parece ser la causa, al menos tan plausible como la colisión de la Tierra con un asteroide, de la masiva extinción que se produjo en la frontera del cretácico y el terciario.

Aunque las erupciones históricas han supuesto una considerable pérdida en vidas humanas (cerca de 250.000 desde 1.700), pérdidas materiales enormes y han sido una de las causas más importantes de los cambios climáticos temporales, ninguna de estas consecuencias está claramente correlacionada con la energía total liberada en las mismas. Las emisiones térmicas son casi siempre dominantes, de una a tres órdenes de magnitud mayores que todos los demás flujos de energía, y se dividen en varias clases de flujos diferentes. En algunas erupciones, la mayor parte de la energía térmica liberada está asociada con la emisión de nubes de cenizas que se elevan hasta la estratosfera; así las cenizas de la erupción del monte St. Helens se elevaron a 20 Km, y otras hasta los 30 Km, e incluso más, con cambios atmosféricos locales y espectaculares puestas de Sol y uno o dos años con temperaturas más bajas de las habituales en algunas regiones. En Nueva Inglaterra, por ejemplo, no hubo verano en 1.816.

En otras erupciones, la mayor parte de la energía térmica es transportada por las corrientes piroclásticas. Estas corrientes se forman por explosión y están compuestas por partículas volcánicas, cuyos tamaños varían entre los μm y varios metros, y gases calientes. Alcanzan temperaturas cercanas a los 1.000º C, se propagan a velocidades de hasta 300 m/s y se extienden a distancias de cientos de kilómetros del lugar de origen.

                                                                          Monte Pelée, 1902

En la erupción del monte Pelée, isla de Martinica en 1.902, estas nubes incandescentes acabaron con la vida de 28.000 personas. En las erupciones de los volcanes hawaianos, el principal flujo de calor está predominantemente asociado a la emisión de lavas que se desplazan lentamente; así, en la erupción del Mauna Loa en 1.950, con una energía liberada de magnitud parecida a la del monte St. Helens, no se produjeron desplazamientos de lodos, avalanchas ni nubes de cenizas.

Siendo espectaculares y a veces devastadoras, las erupciones volcánicas representan una fracción muy pequeña de la energía térmica que mueve la geotectónica terrestre. Suponiendo que en total aflora 1 Km3/año de lava continental y que las erupciones oceánicas contribuyen con otros 4 Km3/año, el calor global perdido anualmente está cerca de los 800 GW, lo cual representa solamente el 2 por ciento del flujo geotérmico terrestre global. La grandiosidad de estos fenómenos está enmascarada en ámbitos de límites regionales, que a nivel global son casi insignificantes.

emilio silvera