Radiación Solar y su Influencia en los Organismos

La radiación solar, un factor ambiental crucial, actúa como recurso para los productores primarios fotosintéticos y determina la temperatura, una condición vital para todos los organismos. Este documento se enfoca en la radiación solar como recurso.

Balance Global de la Energía

La Tierra intercepta la energía solar, pero solo una fracción es absorbida. El balance energético se distribuye de la siguiente manera:

• 25% es reflejada por la atmósfera.
• 25% es absorbida por la atmósfera.
• 5% del 50% restante es reflejado al espacio.
• 45% es absorbido por la superficie terrestre (calentando tierra y agua).
• Un pequeño porcentaje (aproximadamente 0.1%) se utiliza en la fotosíntesis.

Finalmente, este 45% absorbido regresa a la atmósfera, principalmente en forma de calor. La radiación solar (proveniente de una superficie a 6000ºC) es de onda corta, mientras que la emitida por la superficie terrestre (a 15ºC) es de onda larga.

Espectro de la Radiación Solar

Dentro del rango completo de radiación solar que alcanza la atmósfera terrestre, las longitudes de onda entre 400 y 700 nm (nanómetros, la milmillonésima parte de un metro) constituyen la luz visible. Este rango es crucial para la fotosíntesis en las plantas, representando el 44% de la radiación solar que llega a la superficie terrestre. Sin embargo, existen pigmentos fotosintéticos en procariotas, como la bacterioclorofila (con absorción máxima a 850 nm), que operan en otras longitudes de onda.

Las longitudes de onda más cortas que el espectro visible corresponden a la radiación ultravioleta (UV), dividida en:

• UV-A: entre 315 y 380 nm.
• UV-B: entre 280 y 315 nm.

Las longitudes de onda más largas que el espectro visible son las infrarrojas:

• Infrarroja cercana: 740 a 4000 nm.
• Infrarroja lejana (radiación térmica): 4000 a 100,000 nm.

La composición de la luz que llega a la superficie terrestre difiere de la que llega a la atmósfera. La capa de ozono estratosférica absorbe longitudes de onda, especialmente las violetas y azules. Los gases atmosféricos dispersan estas longitudes de onda cortas, generando el color azul del cielo. El vapor de agua dispersa todas las longitudes de onda (color blanco de las nubes), y el polvo atmosférico dispersa la radiación de onda larga (tonalidades rojizas y amarillentas). Debido a esta dispersión, gran parte de la radiación solar llega a la Tierra como luz difusa.

Factores que Afectan la Cantidad de Recurso Lumínico en Plantas

La cantidad y calidad de luz que recibe una planta dependen de varios factores:

• Factores astronómicos: Perpendicularidad de los rayos solares, espesor atmosférico atravesado y duración del día/noche. Estos factores varían según la latitud y la estación, y son predecibles, permitiendo respuestas genéticas en las plantas.
• Factores topográficos: Orientación y pendiente del terreno.
• Presencia de plantas vecinas: La sombra generada por otras plantas es un factor menos predecible, ante el cual las plantas responden fenotípicamente.

Intercepción de la Luz por la Cubierta Vegetal

La cubierta vegetal intercepta la luz, modificando la intensidad de la radiación recibida. La luz interceptada puede ser reflejada, absorbida o transmitida. Las hojas reflejan entre el 6 y el 12% de la radiación fotosintéticamente activa (y el 70% de la infrarroja, pero solo el 3% de la UV). Transmiten entre el 10 y el 20% de la radiación y absorben el resto para la fotosíntesis.

La luz se absorbe rápidamente en el agua; solo el 40% penetra un metro en un lago. En un bosque, la cantidad de luz que llega al suelo depende de:

• Cantidad de hojas (densidad foliar): Se expresa como el índice de superficie foliar (ISF o LAI, por sus siglas en inglés), que relaciona el área superficial foliar (m²) con la superficie del suelo (m²). Un ISF de 2 indica 2 m² de superficie foliar por cada m² de suelo. Mayor ISF implica menos luz llegando al suelo.
• Posición de las hojas: Las hojas horizontales generan autosombreado. La inclinación influye en la distribución vertical de la luz y en la cantidad reflejada y absorbida.

La ley de Beer modela matemáticamente la atenuación de la luz en función de la superficie foliar.

Las plantas en sotobosques sombríos sobreviven gracias a las «salpicaduras de sol» (rayos solares que penetran brevemente) y a la radiación difusa. Estos aportes pueden representar el 70-80% de la energía solar que llega al suelo del bosque.

Los cambios estacionales afectan drásticamente la superficie foliar. En bosques caducifolios, la caída de hojas en otoño permite una mayor penetración de luz, influyendo en la fenología de las plantas. La floración primaveral aprovecha el aumento de luz antes del cierre completo del dosel.

Ley de Beer

La Ley de Beer estima la luz disponible a una altura (i) en la capa vegetal:

LDi = e^-ISFi*k

Donde:

• LDi: Luz disponible a la altura i (proporción de la luz que llega a la parte superior del dosel, entre 0 y 1).
• e: Base del logaritmo neperiano.
• ISFi: Índice de superficie foliar por encima de la altura i.
• k: Coeficiente de extinción de luz (medida de absorción y reflexión por las hojas).

Un exceso de luz puede causar fotoinhibición, reduciendo la actividad fotosintética al dañar las estructuras vegetales.