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La energía se define como la capacidad de producir trabajo. El comportamiento de la energía está descrita en las siguientes leyes. La primera ley de la termodinámica o la ley de la conser-

vación de la energía que dice: La energía ni se crea, ni se destruye, sólo puede transformarse de

una clase en otra. La luz, por ejemplo, es una forma de energía, puesto que puede transformarse en trabajo, calor o en energía potencial de alimentos, según la situación, pero no puede en cam- bio destruirse. La segunda ley de la termodinámica o la ley de la entropía, según Odum (1988) puede enunciarse de varias formas incluso de la siguiente: ningún proceso que implique trans- formación de energía se producirá espontáneamente, a menos que haya una degradación de la energía de una forma concentrada a una forma dispersa. Por ejemplo, el calor de un objeto ca- liente tenderá espontáneamente a dispersarse por los alrededores más fríos. La segunda ley de la termodinámica puede enunciarse asimismo como sigue: toda vez que alguna energía se dispersa siempre en energía calorífica no disponible, ninguna transformación espontánea de energía (la luz, por ejemplo) en energía potencial (protoplasma por ejemplo) es 100% eficiente. La entropía (de en,. en; trope, transformación) es una medida de la energía no disponible que resulta de las transformaciones. El propio Odum (1988) dice que el término es usado como índice general del desorden asociado a la degradación de la energía.

Los organismos, los ecosistemas y la biosfera entera poseen la. característica. termodinámica esencial de ser capaces de crear y mantener un grado elevado de orden interior, o una condición de baja entropía (medida de desorden o la cantidad de energía no disponible en un sistema). Se llega a una entropía baja por medio de la disipación continua de energía de alta utilidad (luz o alimentos, por ejemplo), que se convierte en energía de baja utilidad (calor, por ejemplo). En el ecosistema, el “orden”, en términos de una estructura compleja de biomasa, es mantenido por la respiración total de la comunidad, la que continuamente “elimina por bombeo el desorden”. De esta forma los ecosistemas y los organismos son sistemas termodinámicos abiertos, fuera del punto de equilibrio, que cambian continuamente energía y materia con el ambiente para dismi- nuir la entropía interna en la medida que aumenta la entropía externa (obedeciendo así a las leyes de la termodinámica).

Estas dos leyes de la termodinámica se ilustran muy bien en el ejemplo que Odum (1988) pre- senta a través de la hoja de roble (ver la figura 2.7). La diversidad de las manifestaciones de la vida va acompañada de cambios de energía pese a que no se cree o destruya energía alguna (primera ley de la termodinámica). Sin las transferencias de energía, que acompañan todos esos cambios, no podría existir ni la vida ni los ecosistemas.

La ecología se ocupa fundamentalmente de la manera que la luz se relaciona con los ecosistemas y la manera en que la energía es transformada al interior del sistema. Así pues, las relaciones entre plantas productoras y animales consumidores, entre los animales rapaces y sus presas, sin hablar de los números y las clases de organismos en un medio dado están limitadas y regidas todas ellas por 1as mismas leyes básicas que rigen los sistemas abióticos, como los motores eléc- tricos o los automóviles.

Día tras día, la luz y otras radiaciones que la acompañan, atraviesan la atmósfera y caen sobre la vegetación de la tierra. Cuando esta luz es absorbida por algún objeto que como resultado de ello

se calienta, la energía de la luz se ha transformado en otra clase de energía conocida como ener- gía térmica. La energía térmica se compone de las vibraciones y los movimientos de las molécu- las que forman el objeto. En este caso, la energía de la luz se convierte en energía térmica de la tierra y en energía cinética del aire en movimiento, que realiza el trabajo de elevarse el agua. La energía no ha sido destruida por la elevación del agua, sino que se convierte en energía poten-

cial, porque la energía latente que resulta de tener el agua a una determinada elevación puede

transformarse nuevamente en alguna otra clase de energía, dejando que el agua vuelva a bajar al pozo. Como se sabe, los alimentos producto de la actividad fotosintética de las plantas verdes contienen energía potencial, que cambia a otras formas cuando dichos alimentos son utilizados por organismos.

Figura 2.7 La conversión de la energía solar en energía alimentar (azúcares) por la fotosíntesis. A = B + C (primera ley); C es siempre menor que A, por causa de la disipación du- rante la conversión (segunda ley), según Odum (1988).

La segunda ley de la termodinámica se ocupa del traspaso de energía a un estado cada vez menos disponible y más disperso. Por lo que se refiere al sistema solar, el estado disperso de la energía es tal, que toda ella está en forma de energía calorífica uniformemente distribuida. Es decir, si se la abandona a sí misma allí donde experimenta el cambio, toda la energía tenderá finalmente a transformarse en energía calorífica distribuida a una temperatura uniforme. Únicamente una por- ción muy pequeña de la luz absorbida por las plantas verdes es transformada en energía potencial o de alimento; la mayor parte de aquella se transforma en calor, que luego sale de la planta, del ecosistema y de la biosfera. Todo el resto del mundo biológico obtiene su energía química po- tencial de las substancias orgánicas producidas por la fotosíntesis vegetal o por la quimiosíntesis de los microorganismos. Un animal, por ejemplo, absorbe energía potencial química de los ali- mentos y convierte una gran parte de ella en calor, para permitir que una pequeña parte de la misma se vuelva establecer en forma de energía potencial química de un nuevo protoplasma. A cada paso de la transferencia de energía de un organismo a otro, una gran parte de la energía se degrada en calor.

En la Tabla 2.2 se definen las unidades básicas y se dan factores de conversión y puntos de refe- rencia útiles para nuestro estudiante.

Tabla 2.2 Unidades de energía, con algunas aproximaciones eco lógicas útiles de acuerdo con Odum (1986).