La radiación solar en la superficie terrestre

La proporción entre la radiación solar reflejada y absorbida según la zona del espectro es muy variable dependiendo del tipo de vegetación y de su grado de actividad. Así, por ejemplo, en un campo de cereales en su época de máximo crecimiento nos encontramos el siguiente flujo energético:

En los ecosistemas terrestres hay todavía muy pocos estudios de este tipo. Aunque la reflexión de cada tipo de vegetación se conoce bien a partir de la información captada por los satélites, no hay muchos trabajos que hayan analizado los demás aspectos del flujo.

En el ambiente marino, en cambio, se conoce mucho mejor lo que sucede con la luz una vez penetra en el agua. La reflexión se ha estudiado desde una perspectiva óptica. La cantidad de luz directa que es reflejada depende de su ángulo de incidencia: la reflexión crece al disminuir el ángulo de incidencia y empieza a ser muy considerable para ángulos menores de 30°. Para la luz difusa, en cambio, el porcentaje de reflexión es constante y se sitúa en torno al 17%.

La absorción es realizada por el agua pura, las sustancias disueltas y las partículas en suspensión vivas (plancton) o inertes que se hallan en concentración variable en la columna de agua. Casi toda esta absorción se transforma en calor, excepto aquella realizada por los organismos fitoplanctónicos en su actividad fotosintética.

El estudio de la variación de la luz en función de la profundidad es uno de los temas clásicos en la ecología marina y en la limnología porque ayuda a entender en parte la distribución del fitoplancton. La intensidad luminosa disminuye exponencialmente con la profundidad:

I_Z = I_O e ^{– k Z},

donde I_O es la luz incidente en superficie, I_Z la que llega a una profundidad z y k es el coeficiente de extinción de la luz (parámetro fundamental en ecología acuática porque indica directamente el grado de transparencia del agua). Para estimarlo, basta con medir la intensidad luminosa en la superficie y a una cierta profundidad utilizando un sensor de luz y sustituir los valores en la ecuación. Sin embargo, los sensores de luz son caros y muy frágiles, por lo que normalmente se hacen estimaciones aproximadas de k utilizando un disco de Secchi.

Para medir k por este método indirecto, se introduce el disco de Secchi en el agua, se baja lentamente hasta el punto donde deja de verse y se anota la profundidad (z[s], profundidad de visión del disco de Secchi). Se ha comprobado empíricamente que el disco de Secchi se deja de ver cuando la intensidad de la luz desciende aproximadamente hasta el 20% de la que hay en superficie (I_Z = 0,2 I_O), y por ello:

0,2 I_O » I_O e ^{– k Z[s]} ; 0,2 » e ^{– k Z[s]} ; ln (0,2) » -k z[s] ; k » 1,7/z[s]

Una vez se conoce el coeficiente de extinción de la luz, se puede calcular a qué profundidad llega una cantidad determinada de luz. Así, por ejemplo, la profundidad a la que llega el 1% de la luz, llamada profundidad de compensación, es z[c] = 2,86 z[s]. Este valor es importante porque se considera que a esta profundidad la respiración compensa la producción primaria y, por lo tanto, es la máxima profundidad en la que hay producción neta. Más adelante estudiaremos estos procesos con detalle.

En ecología marina, se suelen clasificar las áreas marinas según su transparencia: en aguas costeras con una z[s] entre 15 m y 20 m, en aguas oceánicas ricas con una z[s] de unos 30 m y en aguas oceánicas pobres u oligotróficas con una profundidad de visión del disco de Secchi de unos 50 m - 60 m.

Todo lo que acabamos de comentar afecta a la zona visible del espectro tomada de manera conjunta. Sin embargo, la transparencia del agua es diferente según la longitud de onda, y por ello hay bandas del espectro que se absorben más rápidamente que otras. La poca radiación UV que llega a la superficie de los ecosistemas acuáticos se absorbe en unas pocas micras, mientras que la infrarroja es absorbida en pocos centímetros. Sólo la radiación visible penetra en profundidad, pero no lo hace por igual en todos los colores. A 5 m sólo queda un 1% de rojo, mientras que este mismo porcentaje se alcanza a los 120 m para el amarillo y a mucha más profundidad para el azul. Como veremos más adelante, entre los organismos acuáticos se dan muchas adaptaciones relacionadas tanto con la intensidad luminosa global como con su distribución espectral según la transparencia del agua.