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Título: EL SOL Y LA VIDA EN LA TIERRA
Autores: Biól. Nasif Nahle y Adip Said.
© 28 de enero de 2007 por Biology Cabinet. New Braunfels, TX.

CÓMO LA TIERRA SECUESTRA EL CALOR DEL SOL

FOTOSÍNTESIS

DIAGRAMA DE LA FOTOSÍNTESIS

NUESTRO SOL Y OTRAS ESTRELLAS HABITABLES

BIBLIOGRAFÍA

Published: January 28, 2007Update: None
El Sol y la Vida Sobre la Tierra © 2007, by Biology Cabinet.
All Rights Reserved.
Biology Cabinet Organization ® 1997.
CÓMO LA TIERRA SECUESTRA EL CALOR DEL SOL
Por Biól. Nasif Nahle

La Tierra almacena 697.04 W/m^2 de energía de un total de 1367 W/m^2 de energía entrante a la Tierra del espacio. Un 14% del calor entrante a la Tierra es absorbido por el aire.

Si el suelo absorbe calor y su temperatura ahora es de 348.15 K (75°C) y la temperatura del aire es 300.15 K (27 °C), ¿cuál sería el Δ T en la troposfera por la absorbencia-emisividad del CO2? Para saber la respuesta, tenemos que conocer primero la transferencia térmica del suelo al aire mezclado. Primero tenemos que obtener el número de Grashof y el coeficiente de transferencia térmica para esas condiciones en particular:

Número Grashof:

Gr L = g β (Ts – T ∞) D^3 / v^2

Gr L = (9.8 m/s^2) (2.857 x 10^-3 K^-1) (48 K) (1 m)^3 / (2.076 X 10^-3)^2 m^4 /s^2 = 0.699965 m^4/s^2 / (2.076 X 10-3)^2 m^4 /s^2 = 3.12 x 10^5

Coeficiente de Transferencia de Calor:

            k
Ћ =  ------- (Cp) [(Gr) (Pr)]^1/4
            D

0.03003 W/m*K
Ћ =  ------------------------ (0.60) [(3.12 x 10^5) (0.697)]^1/4 = 0.389 W/m^2*K
1 m

El traspaso térmico del suelo al aire es:

q = Ћ A (Ts – T ∞) = 0.389 W/m^2*K (1 m)^2 (48 K) = 18.7 W*s

18.7 W*s = 4.47 cal.

Si la m del aire = 1.18 kilogramos/m^3 y el Cp del aire a 300.15 K = 1005.7 J/kg*K (240.37 calorías), entonces:

Δ T = q / m (Cp) = 4.47 cal / (1.18 Kg/m^3) (240.37 cal) = 4.47 cal / 283.64 = 0.016 °C

Si 0.351 °C es el Δ T causado por la transferencia térmica por conducción del suelo al aire en mezcla total. Debemos calentar primero al suelo y a los océanos porque la energía absorbida por el aire seco es ínfima en comparación con la energía absorbida por el agua y el suelo:

La energía de la radiación Solar entrante absorbida por el aire seco es 697.04 W/m^2 X 0.14 (absorbencia del aire seco a T = 300.15 K, y P = 1 atmósfera) = 97.59 W/m^2 = 23.32 calorías.

Si la  del CO2 (obtenida empíricamente y por observación del mundo real) = 0.175, entonces,

El calor absorbido por CO2 = 0.175 (97.59 W/m^2) = 17.08 W/m^2 = 4.081 cal.

Δ T = q / m (Cp) = 4.081 cal / (678.6 mg/m^3) (208.17 cal) = 4.081 / 141.3 = 0.029 °C

Tomando en cuenta la mezcla total de aire seco, y despreciando la absorbencia de los suelos y de los océanos, el Δ T por Irradiación Solar absorbida-emitida por el CO2 sería de Solamente 0.029 °C.

Sin embargo, el cambio observado en la temperatura troposférica es de 0.52 °C; luego pues, la discrepancia es de 0.491 °C. Esto significa que los océanos y la tierra son la verdadera causa de la detención del calor en la Tierra, no la atmósfera por sí sola.

Si usted no aplica calor a la olla, las habas nunca se cocinarán. Si el Sol no fuera más resplandeciente, la Tierra no estaría calentándose. Favorablemente, nuestro Sol ahora es más brillante que 400 años hace y nosotros no debemos temer a un ciclo de la naturaleza que se ha dado a través de toda la existencia de nuestro Sistema Solar.

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FOTOSÍNTESIS
Por Adip Said

Sin la luz, la vida no sería posible en la Tierra. Lo mismo podemos decir del agua y del bióxido de carbono.

El bióxido de carbono es un compuesto orgánico formado por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno (O=C=O).

El bióxido de carbono (CO2) es un componente natural de la atmósfera y su densidad es de 679.97 mg/metro cúbico de aire. Su concentración en la composición del aire es apenas del 0.032%; sin embargo, es el compuesto orgánico más importante para el sostenimiento de la biosfera (conjunto de todos los seres vivientes en la tierra).

Sin el CO2 la vida de los organismos fotosintéticos y de los animales no sería posible, pues el CO2 sirve como base para la formación de compuestos orgánicos que son nutrientes para las plantas y los animales.

A través de la fotosíntesis, los organismos con clorofila toman el CO2 atmosférico o disuelto en agua para formar moléculas más complejas, como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

La fórmula general de la fotosíntesis es la siguiente:

6CO2 + 6H2O + Luz = C6H12O6 (glucosa) + 6O2

El bióxido de carbono (CO2) es fijado en el tejido conectivo del cloroplasto. Luego, el bióxido de carbono fijado se utiliza en el citoplasma para sintetizar sacarosa. (Vea el Resumen Gráfico de la Fotosíntesis).

El organismo con clorofila absorbe luz, CO2 y agua del entorno. La molécula de agua se rompe y el Hidrógeno de dicha molécula se adhiere a las moléculas de bióxido de carbono para formar glucosa. El Oxígeno de las moléculas de agua es liberado al ambiente, en tanto que la energía proporcionada por los fotones queda atrapada en los enlaces de la molécula de glucosa.

Cualquier cadena alimenticia comienza con los organismos productores, esto es, con los organismos que producen su propio alimento. A estos organismos se les llama autótrofos. Los vegetales son autótrofos porque producen su propio alimento, usando como materia prima agua, bióxido de carbono y luz.

Se ha determinado experimentalmente que la densidad de bióxido de carbono para el desarrollo óptimo de toda clase de plantas es el de 895 mg/metro cúbico de aire (cerca de 500 ppmv).

Algunas plantas crecen mejor en ambientes con muy altas densidades de bióxido de carbono; por ejemplo las pteridofitas y ciertas especies de coníferas se desarrollan mejor en ambientes húmedos con 5000 ppmv de bióxido de carbono.

El Bióxido de Carbono no es un contaminante atmosférico ni del agua porque no es perjudicial ni venenoso. El bióxido de carbono no trabaja fisiológicamente como el oxígeno, pero no intoxica; esto significa que el bióxido de carbono no puede ser puesto por las células en lugar del oxígeno, pero el CO2 no las mata como lo hace el monóxido del carbono.

Una sola diferencia existe entre el bióxido de carbono y el monóxido de carbono, un átomo de oxígeno menos en el monóxido de carbono. Por esa pequeña diferencia, uno de ellos es tóxico, el monóxido de carbono, mientras que el otro es vital para los seres vivientes, el bióxido de carbono.

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NUESTRO SOL Y OTRAS ESTRELLAS HABITABLES
Por Biól. Nasif Nahle

El Sol es una estrella de la clase G2V (5800 K) de la clasificación espectral de Morgan-Keenan.

TABLA 7

La estrella Alpha Centauri es una estrella de la clase G2V. Esto la hace ser una estrella muy parecida al Sol. Es el candidato más asequible para ser explorado a través de nuestros instrumentos por su relativa cercanía con respecto a nuestro Sistema Solar (4.36 años luz de distancia). El único detalle que ensombrece el panorama es que se trata de una estrella doble. Su compañera es una enana K1V (5300 K). Las dos estrellas se encuentran separadas por unas 23 UA en promedio, distancia suficiente como para permitir la disposición de órbitas planetarias estables. Si en ese sistema binario hubiese planetas con seres vivientes inteligentes, ellos verían a nuestro Sol como una estrella de primera magnitud entre las constelaciones de Perseo y Casiopea. Seríamos su punto de referencia sideral…

Para ser incluidas como estrellas aptas para generar y sostener seres vivientes, los Exobiólogos hacen un inventario de las características físicas de las estrellas, como espectro de emisión de luz, intensidad luminosa, temperatura, tamaño, rotación, estabilidad nuclear y proporción metálica.

Las estrellas más o más frías no deben excluirse de la lista, pues podría haber siempre un planeta en órbita a una distancia tal que no experimentaría grandes embates de radiación cósmica o lo suficientemente cercanas a la fuente como para tener suficiente energía disponible para la vida. El problema propuesto por quienes excluyen a las estrellas calientes es que éstas se consumen más rápidamente que las estrellas de baja o mediana temperatura; sin embargo, la mayoría de los biólogos pensamos que la vida media de una estrella no es impedimento para la emergencia de vida en alguno de sus planetas. Es posible que los seres vivientes emerjan en un mundo con las condiciones apropiadas y que continúen su evolución por varios cientos de millones de años, siempre y cuando la estrella que les proporcione energía permanezca activa y estable durante ese tiempo.

El ejemplo más claro lo tenemos en la propia Tierra, en donde, aunque la biodiversidad se vigorizó a lo largo de 3.3 mil millones de años, la mayor multiplicidad de los seres vivientes ocurrió en un período de 500 millones de años (correspondiente al período Paleozoico). Cualquier estrella de las clases F, G y K que tenga planetas habitables -en un sistema en donde pudiese haber ocurrido la abiogénesis primordial- que esté activa y cuasi-estable al presente, será una estrella aceptable en la lista.

En cuanto a su lugar en una galaxia, los sistemas estelares que pudieran poseer planetas habitables deben estar en una zona libre de la influencia gravitacional dinámica de otras estrellas. Por ejemplo, las órbitas planetarias en los sistemas dentro de cúmulos globulares serían altamente inestables. Ello causaría una variabilidad climática desequilibrada. Los seres vivientes no sobrevivirían en un lugar en donde por una semana se gozaría de un cálido verano y a la siguiente semana se sufriría un gélido invierno. O en un planeta con un día de congelante temperatura y otro con un abrasante calor.

Así mismo, la posición más protegida en una galaxia sería cualquier zona alejada del centro, que estuviese libre de aglomeraciones de cuerpos cósmicos y lo suficientemente aislada de las emisiones de alta energía del núcleo galáctico, apartada de hoyos negros y de paquetes densos de polvo intergaláctico, en las márgenes de la galaxia, pero no totalmente aislados, sino en una región en donde hubiera otros sistemas estelares a no menos a dos años luz de distancia. Los brazos de las galaxias, llamados metafóricamente “suburbios galácticos”, serían los sitios más ventajosos para la presencia de sistemas estelares habitables.

Resumiendo, las zonas habitables estarían situadas en las márgenes externas de las galaxias y en sistemas estelares de las clases F y G. Este conocimiento optimiza nuestra búsqueda, pero reduce las posibilidades de encontrar planetas extrasolares con seres vivientes, pues la mayoría de las estrellas (el 78%) son de la clase M (enanas rojas) y de las nuevas clases L (enanas de Litio) y T (enanas de metano).

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BIBLIOGRAFÍA

Boyer, Rodney. Concepts in Biochemistry. 1999. Brooks/Cole Publishing Company: Thomson Corporation; Stamford, CT.

Callen, Jean-Claude. Biologie Cellulaire. Des Molécules aux Organisms. Cours et questions de révision. 1999. Dunod. Paris, France.

Campbell, Neil A., et al. Biology. Addison Wesley Longman, Inc. 1999, Menlo Park, CA.

Krupp, Marcus A. and Chatton, Milton J. Current Medical Diagnosis and Treatment. 1984; Lange Medical Publications. New York, NY.

Lodish, H., Berk, Arnold, et al. Molecular Cell Biology. 1999. W. H. Freeman and Company; New York, New York.

McGrew, Jay L., Bamford, Frank L and Thomas R. Rehm. Marangoni Flow: An Additional Mechanism in Boiling Heat Transfer. Science. Vol. 153. No. 3740; pp. 1106 - 1107. 2 September 1966.

Pitts, Donald and Sissom, Leighton. Heat Transfer-Second Edition. © 1998 McGraw-Hill Companies Inc.

Wilson, Jerry D. College Physics-2nd Edition; Prentice Hall Inc. 1994.

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