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ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS Libro traducido y adaptado para la red Internet con autorización del autor

"Environmental Systems and Public Policy" Copyright: H. T. Odum et al. Ecological Economics Program. University of Florida, Gainesville 32611, USA. 1988.

Índice General Autores del libro e Introducción a la lectura Notas de los tradutores y adaptadores para Internet Derecho de uso de algunas imagenes (Editora CRC, EUA) Programas en Basic para Simulación de Ecosistemas Programas em Java para Simulação de Ecossistemas Este curso en Lengua Portuguesa

PARTE 1 - Principios y lenguaje simbólico Capítulo 1 - Sistemas y símbolos. Capítulo 2 - Flujos de energía y materiales a través de ecosistemas. Capítulo 3 - Cadena alimenticia del bosque de pinos. Capítulo 4 - Niveles tróficos y calidad de energía. Capítulo 5 - Producción y principio de la máxima potencia. Capítulo 6 - Modelos de crecimiento. Capítulo 7 - Mas modelos de crecimiento. Capítulo 8 - Simulando modelos cuantitativos. Capítulo 9 - Sistemas oscilatorios.

PARTE II - Tipos de ecosistemas Capítulo 10a - Océanos (primeira parte). Capítulo 10b - Océanos (segunda parte). Capítulo 11 - Estuarios. Capítulo 12 - Lagos y corrientes. Capítulo 13 - Zonas húmedas. Capítulo 14 - Biomas fríos. Capítulo 15 - Biomas de floresta templada Capítulo 16 - Biomas de desierto y praderas. Capítulo 17 - Biomas tropicales. Capítulo 18 - Sistemas agrícolas. Capítulo 19 - Plantaciones de florestas. Capítulo 20 - Sistemas urbanos.


PARTE III - El sistema económico Capítulo 21 - Culturas tribales primitivas. Capítulo 22 - Energía y economía. Capítulo 23 - Bases ambientales de la economía de los E.U.A. Capítulo 24 - Sistema económico de un Estado Capítulo 25 - Impactos económicos en el ambiente Capítulo 26 - Electricidad y combustibles Capítulo 27 - Fuentes alternativas de energía Capítulo 28 - Población y capacidad de sustentación Capítulo 29 - Intercambio internacional Capítulo 30 - Simulando el futuro Capítulo 31 - Un mundo de baja energía

PARTE IV - Apendices A. Programas de computador por Capítulos B. Notas de pie de página para análisis en los E.U.A. C. Conversiones útiles D. Lecturas sugeridas y de consulta E. Glosario F. Índice de referencias

Archivos de fotos Archivo de fotos de Ecosistemas Archivo de fotos sobre Energia

Dudas? Sugestiones sobre esta versión en español? Escriba para: Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada. E-mail: leia@fea.unicamp.br 29 de diciembre de 1997.Ultima revisão: 28de agosto de 2001


SISTEMAS AMBIENTALES Y POLíTICAS PÚBLICAS Texto sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad que integra conocimientos de Ciencias Básicas, especialmente: Medio Ambiente, Evaluación Energética, Economía, Políticas Públicas y Micro-computadores. (Este texto que deve ser acompañado con un suplemento preparado localmente con informaciones y actividades específicas para cada región geográfica). por H.T. Odum, E.C. Odum, M.T. Brown, D. LaHart, C. Bersok, J. Sendzimir y para ediciones internacionales: Graeme B. Scott, David Scienceman y Nikki Meith Derechos Reservados Programa de Economía Ecológica, Phelps Lab, Universidad de Florida, Gainesville Enero de 1988 Tradutores y adaptadores de la versión en portugués para Internet: Equipo de Laboratorio de Ingeniería Ecológica e Informática Aplicada ( LEIA ) Departamento de Ingeniería de Alimentos FEA, Unicamp Caixa Postal 6121 CEP 13083-970, Campinas-SP, Brasil Dr. Enrique Ortega-Rodríguez ortega@fea.unicamp.br M.S. Vito Comar vito@fea.unicamp.br Iuri Cunha Bueno iuri@fea.unicamp.br Isabel A. Rosa Laserna irosa@bo.net Elisa Ortega Miluzzi elisaverde@hotmail.com Belén Alapont Aznar bealaz@hotmail.com


Introducción El desarrollo de las actividades humanas consiguió cambiar para siempre nuestra visión de la tierra y el papel de los pueblos; ahora estamos aprendiendo a ver el ambiente y la sociedad como un sistema único. La educación que cada persona recibe, debería mostrar cómo está ligado el individuo a la economía, y su dependencia con los recursos y el medio ambiente. Con este texto vamos a aprender ciencia de una nueva forma, usando como ejemplos algunos de los problemas que más nos afectan en conjunto (políticas públicas). Usaremos diversas herramientas científicas para entender el funcionamento de nuestro mundo, entre ellas: los principios de la energía, los conceptos de la teoría general de sistemas, asi como programas de computador para hacer simulaciones del comportamiento de ecosistemas, para entender el mundo en el cual vivimos, las grandes controversias de nuestro tiempo, y políticas que pueden llevarnos a la prosperidad. De la misma forma que se llama 'microscópica' a la visión de las partes componentes de un sistema, la visualización de todos los sistemas es llamada visión macroscópica. El aprendizaje de las ciencias ambientales y de la economía con una visión unificada, nos ayuda a entender cual es el impacto de nuestras políticas en el bienestar de nuestro planeta. Primero, comenzaremos aprendiendo el lenguaje y los principios de los sistemas energéticos, pues la energía es necesaria para todo. En la Parte I están incluidos el diagrama de sistemas y los tipos básicos de sistemas. El alumno aprende a programar computadores para mostrar lo que el sistema hace en un determinado espacio de tiempo. En seguida, en la Parte II, presentamos los tipos principales de ecosistemas (biomas) de la Tierra, explicando sus características específicas y los problemas en relación a la economía humana. En la Parte III, se estudian los sistemas económicos humanos comenzando por la agricultura, silvicultura, y ciudades, considerando entonces los estados, las naciones y sus interrelaciones. Este libro considera los conflictos en la selección de políticas públicas en el uso de nuestros recursos y medio ambiente. Los cálculos de energía proveen formas de evaluar recursos y beneficios para poder escoger alternativas de administración de nuestro planeta. Normalmente enseñadas separadamente, ciencia, tecnología y políticas públicas se tornan en este libro una disciplina única y de relevancia en la formación universitaria. Buena lectura y que tenga una buena jornada !!!


Reconocimientos, nuevos desafios y otras informaciones Agradecimento al Professor Howard T. Odum Agradecemos al Dr. H.T. Odum y a sus colaboradores del Departamento de Ingeniería Ambiental y del Centro de Investigaciones de las Tierras Húmedas de la Universidad de Florida por la autorización para colocar este valioso material didáctico en la Internet para beneficio de los alumnos y profesores de los países de lengua española que están interesados en Educación Ambiental. Se trata de un texto didáctico sobre Sociedad y Medio Ambiente que consigue unificar várias ciencias, entre ellas: Ecología, Economía, Programación de computadores, Evaliación Energética de Proyetos y Políticas Públicas, usando una visión sistémica inovadora. Falta traducir y adaptar algunos materiales. En el Laboratorio de Ingeniería Ecológica de la Universidad Estatal de Campinas (LEIA/Unicamp) estamos trabajando actualmente en la adaptación de programas de computador en lenguaje Basic que constan en la versión original del libro. Pensamos en la posibilidad de que puedan funcionar en tiempo real en la Internet. Estos programas tienen como objetivo ayudar al alumno en el estudio de los conceptos teóricos vistos. En breve los iremos colocando, uno a uno, en la página web del curso. Reconocimiento a los Apoyos Institucionales recibidos en Brasil SAE e REENGE - Unicamp Agradecemos al Servicio de Apoyo al Estudiante (SAE) la beca para la estudiante Isabel Alejandra Rosa Laserna, actualmente Ingeniera de Alimentos, de la Universidad Privada del Valle, Cochabamba, Bolivia. También agradecemos al Programa de Re-Estruturación de la Enseñanza de la Ingeniería de Brasil (REENGE) financiado por FINEP y CNPQ, la beca para los alumnos Iuri Cunha Bueno (hoy Ingeniero de Alimentos haciendo Maestría en la Unicamp) y Daniel Kitawara Wada, alumno del último año de Ingeniería de Alimentos de la FEA - Unicamp. Tareas pendientes (nuevos desafios) Este material didáctico debe ser complementado con suplementos preparados localmente con informaciones y actividades específicas para cada región geográfica. Por ejemplo: Formación geológica y ecosistemas. Principales recursos bióticos y abióticos. Descripción de la ocupación humana del espacio físico a lo largo de la historia. Desafios humanos enfrentados: pasados, actuales y futuros. Balances de emergía de los sistemas naturales y de los sistemas


dominados por el hombre. Intercambio de emergía entre regiones del país y con el exterior. Índices emergéticos del país y de cada una de sus regiones. Capacidad de carga de cada región de acuerdo con el nível de calidad de vida de sus ocupantes. Invitamos a todas las personas interesadas, a colaborar en la preparación de estos materiales. Otros libros El Dr. Howard T. Odum forma parte de una familía que se ha dedicado al estudio y a la enseñanza de Ecología por várias generaciones. El y su hermano Eugene han publicado gran número de artículos en revistas especializadas y varios libros de circulación mundial, ellos cuentan con el reconocimiento de sus padres en el mundo entero y han merecido galardones internacionales, entre ellos el Premio Crawford, concedido por la Academia Sueca de Ciencias a los trabajos en el campo de Ecología, considerado equivalente al premio Nobel . Citamos seguidamente algunos libros recientes del Dr. HT Odum y sus colaboradores (indicando sus precios en el mercado). Cypress Swamps by Katherine Carter Ewel, Howard T. Odum (Editor) Hardcover, 472 pages, published by University Press of Florida, March 1, 1985 ISBN: 0813007143 List price: $49.95 Ecological and General Systems : An Introduction to Systems Ecology by Howard T. Odum Paperback, published by University Press of Colorado, April 1994 ISBN: 087081320X List: $49.95 Ecological Microcosms (Springer Advanced Texts in Life Sciences) by Robert J. Beyers, Howard T. Odum Hardcover, published by Springer Verlag, August 1993 ISBN: 0387979808 List: $79.95 Maximum Power : A Festschrift on Ecology, Energy, and Economy in Honor of Howard T. Odum by Charles A. S. Hall (Editor) Hardcover, published by University Press of Colorado, November 1995 ISBN: 0870813625 List: $49.95 Energy Basis for Man and Nature by Howard T. Odum Published by McGraw Hill Text, January 1981 ISBN: 0070475113


Environment, Power, and Society by Howard T. Odum Published by John Wiley & Sons, June 1971 ISBN: 047165275X Enrique Ortega Rodriguez, Vito Comar, Iuri Cunha Bueno Isabel A. Rosa Laserna, Elisa Ortega Miluzzi Laboratorio de Ingeniería Ecológica e Informática Aplicada ( LEIA ) Departamento de Ingenieria de Alimentos, FEA, Unicamp Caixa Postal 6121 CEP 13083-970, Campinas-SP, Brasil. Noviembre de 1997.

Autorización especial para uso de 18 figuras

En breve será lanzado en los Estados Unidos un nuevo libro de H. T. Odum que usa la metodología sistémica para analizar con profundidad las cuestiones ecológicas y sociales de una región de su país: el Estado de Flórida. El título del libro es: Environment and Society in Florida H. T. Odum, E. C. Odum, M.T. Brown Phelps Lab, Center for Wetlands University of Florida, Gainesville. Florida, USA. Cat#SL0802 - CRC Press, Boca Raton, Florida, EUA (1997).

Algunas figuras de ese nuevo libro tienen derechos de autor cedidos a la editora CRC Press y son usadas con autorización de ella en este texto en la Internet. La Editora CRC que tiene gran prestígio en el campo científico internacional, publicará en 1998 el libro didáctico sobre Medio Ambiente y Sociedad en el Estado de Florida, que da continuidad al libro de 1988, que analiza al país entero (EU) que estamos colocando en la red mundial de computadores para conocimiento del gran público. Como la editora citada posee copyright sobre algunas de las figuras usadas en el texto publicado en la Internet, el Dr. Howard T. Odum se ha comunicado con ella para obtener su autorización para usarlas en la página web. La autorización fue conseguida argumentando que las citaciones a los derechos de propiedad colocadas al pie de esas figuras ayudarán en la divulgación y la venta del mismo.

Aviso: 18 figuras usadas en el libro Curso de Ecosistemas y Políticas Públicas colocado en la Internet para uso público tienen copyright de la Editora CRC Press. Su uso en otras publicaciones está condicionado a la obtención de autorización expresa de esa Editora. 1. Figura 1.1 Animal en un bosque alimentándose de la biomasa y regresando nutrientes


2. Figura 1.3 Ejemplo simple de un ecosistema 3. Figura 1.9 Simbolos del lenguage de los flujos de energia 4. Figura 2.2 Ciclo del agua en el bosque 5. Figura 2.3 Ciclo del fosforo en el bosque 6. Figura 4.1 Cadena alimenticia 7. Figura 4.3 Cadena de trabajo geol贸gico 8. Figura 6.1 Crecimento exponencial 9. Figura 6.2 Crecimento y ajuste log铆stico 10. Figura 6.3 Sistema con flujo constante de energia 11. Figura 7.1 Tanque de almacenamiento con 3 posibilidades 12. Figura 7.2 Energia no renovable 13. Figura 9.3 Pulso en un ecosistema 14. Figura 10.14 Una playa t铆pica 15. Figura 12.21 Cambios que ocurren en un lago en varios dias seguidos 16. Figura 28.2 El mundo de 1800 a 2300 17. Figura 30.2 Modelo de las tendencias globales 18. Figura 30.4 Una regi贸n afectada por lo que acontece en el resto del mundo Figures reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS

PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAJE SIMBOLICO

CAPITULO 1. SISTEMAS Y SÍMBOLOS OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de las partes de un ecosistema (componentes vivos e inertes); 2. Nombrar los símbolos usados para hacer diagramas de ecosistemas y describir cada símbolo; 3. Construir un diagrama de un ecosistema (modelo simple) utilizando símbolos. 1.1 Sistemas. Un sistema es un grupo de partes que están conectadas y trabajan juntas. La tierra está cubierta de cosas vivas e inertes que interactuan formando sistemas, también llamados ecosistemas (sistema ecológico) . Un típico ecosistema contiene, cosas vivas como por ejemplo árboles, animales; y cosas inertes como sustancias nutrientes y agua. La superficie de la tierra, donde existen los seres vivos, se llama biosfera y contiene muchos pequeños ecosistemas como son bosques, campiñas, lagos y estepas. A todos los individuos de una especie de organismos, se los denomina población. Cada ecosistema contiene diversas poblaciones. Un ecosistema puede contener una población de árboles, una población de ardillas y una población de saltamontes. Las partes vivas de un ecosistema son llamadas comunidades. La comunidad está conformada por las poblaciones de muchas especies que interactuan unas con otras. 1.2 Procesos de un ecosistema. Algunos organismos son capaces de elaborar su propio alimento a partir de productos químicos, utilizando la energía solar; este proceso se denomina fotosíntesis. Las plantas que hacen los productos alimenticios se llaman productores. El alimento producido es utilizado por células vivas para hacer mas células y formar la materia orgánica, como lana y grasa. Los productos orgánicos de organismos vivos son, algunas veces denominados biomasa. Ciertos organismos consumen productos elaborados por los productores, a estos organismos se les denomina consumidores. Los consumidores pueden comer plantas (herbívoros), carne (carnívoros), ó asimilar materia orgánica muerta (descompositores, como hongos y bacterias). Luego de que el consumidor ha digerido y utilizado este alimento, restan pocos productos químicos de desecho. Estos productos de desecho, que se necesitan como


fertilizante para plantas, se denominan nutrientes. Cuando los consumidores liberan nutrientes y vuelven a ser utilizados por las plantas, nosotros decimos que han sido reciclados. La floresta es un ejemplo de un típico ecosistema. Los árboles y otras plantas productoras utilizan la energía solar y los nutrientes químicos para elaborar materia orgánica. Esta es comida por los consumidores que devuelven los nutrientes a la raíz de las plantas. La Figura 1.1 muestra esa parte del sistema forestal y las flechas muestran el flujo que siguen la energía, alimento y nutrientes.

Figura 1.1 Partes de una floresta Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

1.3 Símbolos. Los símbolos son sencillos y establecen gráficamente las relaciones de los sistemas. El primer grupo de símbolos que es necesario aprender se da en la Figura 1.2.


<> Figura 1.2 Símbolos La Figura 1.3 muestra un sistema forestal en estos símbolos. Estas unidades y caminos son las iguales que en la Figura 1.1, pero substituidas por símbolos: el sol es representado por el símbolo de fuente de energía, las plantas verdes son representadas por el símbolo de productores y los animales por el símbolo de los consumidores. Las flechas representan el flujo de energía de una unidad a otra. Muchos caminos cargan materiales y energía. Un modelo es el diagrama que muestra importantes relaciones en un vía simple.

<> Figura 1.3 Símbolos que representan partes de una floresta Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

La Figura 1.4 presenta otros dos símbolos. Un proceso de interacción (por ejemplo, la interacción de energía y materiales en la fotosíntesis) es representado en los diagramas de sistemas energéticos por un símbolo de interacción. Una cantidad (por ejemplo, un depósito de nutrientes) representada por símbolo de depósito en la Figura 1.4. Este símbolo tiene la forma de algunos tipos de tanques de agua.


<> Figura 1.4 Símbolos para Interacción y Depósito. Las partes y caminos internos hacia un productor o consumidor son diagramados en la Figura 1.5. El proceso de fotosíntesis muestra internamente al productor como una interacción que combina los nutrientes y la energía. La producción también necesita una cierta cantidad de plantas (depósito de biomasa de planta) para hacer el trabajo de fotosíntesis. Un consumidor también tiene un proceso de interacción y depósito. En el ejemplo del venado, el proceso de interacción es el de comer las plantas. El depósito es la biomasa del tejido del venado. Las partes y caminos internos de un consumidor son similares a los de un productor.

<> Figura 1.5 Partes internas de un productor y un consumidor. En la Figura 1.5 existen líneas que fluyen de los depósitos nuevamente a los procesos de interacción. Esto indica que el depósito de biomasa está envuelto en la producción de más biomasa. Una línea que retorna hacia la izquierda del diagrama se llama retorno, o retroalimentación.


La energía está disponible para realizar trabajo solamente cuando está relativamente concentrada. Cuando la energía se disipa, perdiendo su concentración y su capacidad de realizar trabajo útil, decimos que está dispersa. Algo de energía está siempre siendo dispersada de un depósito de energía concentrada y cuando es usada en un proceso de interacción. La dispersión de energía que acompaña todos los depósitos y procesos se muestra con el símbolo de sumidero de calor en la Figura 1.6. La energía dispersa no puede ser usada nuevamente.

<> Figura 1.6 Sumidero de calor. Mucha de la energía solar usada en el proceso de producción es dispersada durante su uso. Es necesario dispersar la mayoría de la energía solar incidente para poder producir un pequeño depósito de energía como biomasa. Cuando un animal consumidor come una planta, la mayoría de la energía del alimento es dispersada para mantener al animal con vida y operar los procesos de crecimiento. 1.4 Sistema forestal. Las partes de la vegetación expuestas en las figuras anteriores pueden ser integradas para mostrar un sistema forestal completo de forma simple, como se muestra en la Figura 1.7. La caja diseñada alrededor de los símbolos marca los límites del sistema. Solamente los símbolos de la fuente de energía y el sumidero de calor son diseñados fuera de los límites, esto es debido a que la primera es abastecida por una fuente externa al sistema, y en el sumidero de calor la energía es dispersada del sistema y no puede ser reutilizada.

<>


Figura 1.7 Ecosistema forestal diseñado con los símbolos. Debido a que parte de la energía solar fluye por la floresta sin ser utilizada, la línea del sol es diseñada con un brazo que sale nuevamente del sistema. Los nutrientes liberados por los consumidores se muestran reciclados hacia la izquierda volviendo nuevamente al proceso de producción de la planta. En resumen, los símbolos de energía muestran como están conectadas las partes productoras y consumidoras de un ecosistema, el uso de la energía, el reciclaje de materiales y el uso del depósito para ayudar a los procesos de producción. 1.5 El símbolo de transacción monetaria. En un sistema económico que incluye dinero, este es utilizado para pagar bienes y servicios. Como se muestra en la Figura 1.8, la energía fluye en una dirección (las líneas sólidas) mientras que el dinero fluye en dirección opuesta (línea interrumpida). La carne y las cosechas van desde la hacienda hasta la ciudad, y los dólares retornan para pagarlos.

<> Figura 1.8 Energía y dinero fluyen en dirección opuesta. Los símbolos con los caminos usuales de conexión se dan en la Figura 1.9. Siete de ellos son usados en este capítulo; los últimos tres se presentarán más adelante.


Figura 1.9 Símbolos de energía Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

Preguntas y actividades para el Capítulo 1 1. Defina: a. consumidor b. productor c. descompositor d. fotosíntesis e. población f. nutrientes g.dispersión de energía h. proceso de interacción i. depósito (almacenamiento) j. producción k. fuente l. biosfera 2. Use la Figura 1.7 para explicar el ecosistema forestal 3. Dibuje los 8 símbolos utilizados en este capítulo y explique que representa cada uno. 4. Trace la energía y nutrientes a través del diagrama de la floresta 5. Dibuje un diagrama propio, vendiendo 4 lápices a un amigo por un dólar.


6. Dibuje nuevamente la Figura 1.7.


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS

PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAGE SIMBÓLICO

CAPITULO 2. LOS FLUJOS DE ENERGÍA Y MATERIALES A TRAVÉS DE ECOSISTEMAS OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de las principales fuentes de energía y mostrar su flujo a través de una zona forestal; 2. Enunciar dos leyes de energía y explicarlas mediante ejemplos; 3. Definir las unidades de energía: kilocaloria y joules; Identificar y diagramar los principales elementos y productos de la fotosíntesis, y el consumo orgánico; 4. Trazar los ciclos de fósforo y nitrógeno en el ecosistema forestal; 5. Acompañar el flujo de agua en el ecosistema forestal; 6. Diagramar un ecosistema forestal que incluya las fuentes y los flujos de energía, fósforo, nitrógeno, agua, oxígeno y dióxido de carbono. 2.1. Un modelo más detallado del sistema forestal. En el Capítulo I se examinó un modelo muy simple de ecosistema forestal y se hizo una introducción de los símbolos para diagramar las partes y los procesos. En este capítulo continuaremos usando el mismo modelo, mostrando el almacenamiento y los flujos de desperdicios (residuos), nutrientes, dióxido de carbono y oxígeno. Para sobrevivir, un ecosistema necesita un abastecimiento continuo de materiales esenciales. Estos pueden venir de fuera del sistema, del reciclaje de los materiales o de ambos. Un diagrama de sistema puede ser usado para mostrar las fuentes y flujos, de los materiales mas importantes y de la energía. Un diagrama puede también diseñarse para mostrar las fuentes y flujos de cada tipo de material por separado. Generalmente, se puede resumir el proceso de producción de la fotosíntesis por las plantas verdes (por ejemplo: hojas de los árboles) con ayuda de energía solar, de la siguiente manera : (agua) + (dióxido de carbono) + (nutrientes)

(material orgánico) + (oxígeno)

El proceso de consumo orgánico por los consumidores (incluyendo fuego y consumo industrial de combustibles) ocurre en dirección contraria: (material orgánico) + (oxígeno)

(agua) + (dióxido de carbono) + (nutrientes)

Los procesos de producción y consumo en una floresta se muestran, con ayuda de símbolos, en la Figura 2.1.


Las partes y procesos mostrados en el diagrama del bosque (Figura 2.1) integran un ecosistema trabajando. Las diversas plantas verdes utilizan la energía del sol, agua y nutrientes del suelo y dióxido de carbono del aire para producir materia orgánica. Parte de la materia orgánica es alimento de insectos cuando aún esta verde, parte es consumida por microbios (organismos microscópicos) luego de caer al suelo, parte se quema en los incendios. Los consumidores usan oxígeno del aire y liberan nutrientes, dióxido de carbono y un poco de agua como subproductos. El viento es una fuente externa que abastece oxígeno y dióxido de carbono. Cuando el viento sopla a través de la floresta, lleva consigo cualquier exceso de dióxido de carbono acumulado por los consumidores.

Figura 2.1 Diagrama de producción fotosintética y del consumo orgánico en una floresta, mostrando fuentes, flujos de calor, reciclaje y el balance de entradas y salidas. (Los números en los caminos están en E6 joules por metro cuadrado de floresta por año). Después de algunos años, el ecosistema forestal puede entrar en equilibrio. El agua fluye de dentro hacia fuera del ecosistema; los nutrientes se mueven desde el suelo hacia los organismos vivos y vuelven a él nuevamente. Los organismos crecen, mueren, y se descomponen y sus nutrientes retornan al sistema. Si los depósitos permanecen constantes, con los flujos de entrada iguales a los de salida, se dice que el ecosistema está en estado de equilibrio. 2.2 Cuantificación de los flujos de energía.


La energía es necesaria para todos los procesos. La cantidad de energía puede ser medida por el calor liberado. Existen dos unidades comúnmente usadas para medir energía. La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado en la escala Celsius (grado centígrado). Una kilocaloria representa mil calorías. Un cuerpo humano libera cerca de 2500 kilocalorias por día, energía proporcionada por los alimentos consumidos. Por acuerdos internacionales, una unidad de energía diferente se está utilizando con mayor frecuencia, el Joule (J). Una kilocaloria es equivalente a 4186 joules. La energía es necesaria para todos los procesos en un ecosistema. La vegetación usa la energía del sol (energía solar) y pequeñas cantidades de otras fuentes. Las fuentes energéticas, depósitos y flujos en un ecosistema forestal están marcadas en el diagrama de la vegetación en la Figura 2.1. (las cantidades están en joules). El diagrama incluye algunos números elevados. Los números elevados con muchos ceros pueden representarse como el producto de la parte inicial del número multiplicado por 10 para cada cero. Por ejemplo: 627 000 puede ser representado como: 6.27 * 105 o, puede usarse el siguiente formato en los programas de computación: 6.27 E5 donde E5 (5 exponencial) significa multiplicar 10 * 5. Esto es lo mismo que adicionar 5 ceros. Esta última notación es usada en la Figura 2.1 para indicar el flujo de joules. 2.3 Colocando valores en los caminos del diagrama. Una buena manera de ver como los materiales, energía ó dinero fluyen dentro de un sistema, es escribir sus valores en los caminos del diagrama. Por ejemplo, los números en las líneas de flujo en la Figura 2.1 son las proporciones de flujo de energía por año. En la Figura 2.3 los números son gramos de fósforo fluyendo por el sistema, por metro cuadrado por año. A veces es útil mostrar las cantidades medias de los depósitos. Por ejemplo, en la Figura 2.3, el depósito medio de fósforo en la biomasa es de 10 gramos por metro cuadrado por año. 2.4 Las leyes de energía El diagrama energético de la floresta ilustra dos leyes fundamentales: La primera es la Ley de la Conservación de Energía que declara que la materia no puede ser creada ni destruida. En nuestro caso, significa que la energía que fluye hacia dentro de un sistema es igual a la energía adicionada al depósito mas aquella que fluye hacia fuera del sistema. En la Figura 2.1 los depósitos no están cambiando, la suma de las entradas es igual a la suma de las salidas de energía; los joules de energía que entran


al sistema de las fuentes externas, son iguales a los joules de energía que se dispersan por el sumidero. La segunda ley, es la Ley de Dispersión de Energía. Esta ley declara que la disponibilidad para que la energía realice algún trabajo se agota debido a su tendencia a la dispersión (se degrada). La energía también se dispersa de los depósitos de energía. Cuando presentamos el símbolo del sumidero de calor en el último capítulo, dijimos que los sumideros de calor eran necesarios para todos los procesos y depósitos. Los sumideros de calor son necesarios debido a la segunda ley. Observe los caminos de la dispersión de energía en el diagrama de la floresta en la Figura 2.1, los joules de energía que fluyen por el sumidero de calor no están disponibles para realizar mas trabajo porque la energía se encuentra demasiado dispersa; la energía que se dispersa es energía utilizada, no es energía desperdiciada; su salida del sistema es parte inherente y necesaria de todos los procesos, biológico o cualquier otro. 2.5 El ciclo del agua en la vegetación. Los ecosistemas necesitan agua. Los árboles de la vegetación absorben grandes cantidades de agua por las raíces, a través de los troncos, hasta las hojas, y la expulsa mediante poros microscópicos en las hojas en forma de vapor. Esta salida de agua se llama transpiración. La cantidad de agua que fluye a través de los árboles por el proceso de transpiración es mucho mayor a la pequeña cantidad de agua usada en la fotosíntesis. Parte del agua se evapora antes de alcanzar el suelo. La suma de la transpiración y de la evaporación es llamada evapotranspiración. La Figura 2.2 muestra los flujos y depósitos de agua en un metro cuadrado de un ecosistema forestal. Poca agua es almacenada (en depósito) comparada con la cantidad que fluye a través de todo el sistema (lluvia, lixiviación y transpiración). La Figura 2.2 es la parte del agua de la Figura 2.1.


Figura 2.2 Depósitos y flujos de agua en el ecosistema forestal de la Figura 2.1 Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

2.6 El ciclo del fósforo. Substancias químicas (nutrientes) son también necesarias para los depósitos y procesos de un ecosistema. Uno de los nutrientes más importantes para la construcción de organismos sanos es el fósforo. Generalmente el fósforo es más escaso que otros nutrientes, tales como el nitrógeno y el potasio. Si el sistema forestal no reciclase el fósforo, este se podría volver tan escaso, que limitaría el crecimiento de las plantas de la vegetación. Flujos y depósitos que contienen nutrientes ricos en fósforo están incluidos en la Figura 2.1. La entrada y el reciclaje del fósforo puede mostrarse por separado retirando del diagrama los ítems que no contienen fósforo. En la Figura 2.3 se muestran los caminos y depósitos restantes como el diagrama del ciclo del fósforo.

Figura 2.3 Ciclo del fósforo para el ecosistema diseñado en la Figura 2.1. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

El diagrama muestra la lluvia y las rocas como fuentes externas de fósforo. El fósforo está presente como fosfatos inorgánicos que las plantas usan para producir compuestos orgánicos necesarios para la vida. El fósforo en estos compuestos, participa de la biomasa que regresa a formas inorgánicas mediante los consumidores cuando ellos usan


la biomasa como alimento. El fósforo inorgánico liberado se vuelve parte de los depósitos de nutrientes en el suelo. Así, el fósforo se mueve en un ciclo circular como muestra la Figura 2.3. Parte fluye hacia fuera del sistema con las aguas que salen hacia la superficie del suelo o percola hasta la capa freática. El fósforo no tiene fase gaseosa en su ciclo. 2.7 El ciclo del nitrógeno. El elemento químico nitrógeno es esencial para todas las formas de vida y sus productos. Es uno de los elementos necesarios para hacer proteínas (músculos en carnes, nervios, cabellos, tendones, piel, plumas, seda, leche, queso, semillas y nueces, enzimas), y estructuras genéticas. El 78% del aire es gas nitrógeno, pero la mayoría de los organismos no pueden usarlo en esta forma. El nitrógeno en su estado gaseoso puede convertirse en formas utilizables (nitratos, nitritos, y amonio) por procesos especiales que necesitan energía. Por ejemplo, los procesos industriales usan combustible para convertir el gas nitrógeno en fertilizante de nitrógeno para las propiedades. La energía en los relámpagos convierte el nitrógeno en nitratos en la lluvia. Las plantas, algas y bacterias que pueden hacer esto son llamadas fijadoras de nitrógeno. Algunas plantas y árboles tienen nódulos que fijan nitrógeno usando azúcar que es transportado desde las hojas como fuente de energía. Las algas azul-verdes pueden fijar el nitrógeno usando la luz solar. Algunas bacterias pueden fijar el nitrógeno usando materia orgánica como fuente de energía. La Figura 2.4 muestra el ciclo del nitrógeno en los ecosistemas. Iniciando por los organismos fijadores de nitrógeno, el nitrógeno pasa a las plantas y luego, siguiendo la cadena alimentaria, para los animales. En las plantas y en los animales, el nitrógeno se encuentra en forma de compuestos orgánicos como las proteínas. El nitrógeno retorna al suelo en forma de desechos animales y por la descomposición de plantas y animales. Varias substancias de desechos que contienen nitrógeno, como la urea en la orina, son convertidas por bacterias en amonio, nitritos y nitratos; estos son usados nuevamente por las plantas para cerrar el ciclo. Algunos microbios devuelven el nitrógeno a la atmósfera como gas nitrógeno. Esto se llama desnitrificación.


Figura 2.4 Ciclo del nitrógeno en un ecosistema. 'M' representa los microbios. Diagramas parecidos pueden ser diseñados para cada substancia química utilizada en los procesos de producción y consumo, tales como el carbono y el oxígeno. En resumen, los diagramas simbólicos son una forma de representar los flujos dentro de los ecosistemas incluyendo energía, agua, y fósforo. El diagrama, con todos sus componentes, muestra como la energía y los materiales interactuan para formar un único sistema. Preguntas y actividades para el Capítulo 2. 1. Defina lo siguiente a. biomasa b. fijador de nitrógeno c. nutrientes d. transpiración e. kilocaloria f. joule g. estado de equilibrio h. microbios 2. Mencione tres funciones importantes del viento en el ecosistema forestal 3. Mencione dos fuentes de energía (aparte del sol) en el ecosistema forestal 4. Mencione dos consumidores en el ecosistema forestal 5. Diga la diferencia entre evaporación y transpiración


6. Explique por qué el fósforo es importante en el ecosistema forestal 7. Use la Figura 2.1 para explicar la Ley de Dispersión de Energía 8. Qué son las leyes de energía? 9. Escriba la ecuación de producción de la fotosíntesis y la de consumo orgánico. 10. Explique 'fijación de nitrógeno' y 'desnitrificación' 11. En la Figura 2.1, qué porcentaje de energía incidente es dispersada por el sumidero?


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PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAGE SIMBÓLICO

CAPITULO 3. CADENA ALIMENTICIA DEL BOSQUE DE PINOS OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de las partes y explicar los procesos del ecosistema forestal, usando el bosque de pinos como ejemplo; 2. Explicar como, muchas partes del árbol, reciben su alimento a partir de las hojas; 3. Trazar los caminos de la cadena alimenticia del bosque de pinos, conectando plantas, animales, suelo y microorganismos; 4. Nombrar y describir el símbolo para una función de interrupción o desvío; explicar como, el incendio en la floresta es un ejemplo; indicar como, el fuego es un consumidor, e identificar sus subproductos; 5. Explicar como, la retroalimentación que proviene de los animales puede controlar las plantas. En el Capítulo 2, los flujos de energía y materiales en ecosistemas, fueron estudiados usando la vegetación como ejemplo. En este capítulo estudiaremos con mas detalle los árboles, la cadena alimenticia, los descompositores, el control de las acciones de los animales y el fuego, y la forma en que el ecosistema del bosque de pinos se reorganiza con el tiempo. 3.1 Fotosíntesis y respiración de la planta. El azúcar producido por la fotosíntesis de la hoja alimentará otras partes del árbol. El azúcar pasa a través de delgados canales de las hojas hacia los brazos, tronco, raíz, flores y frutos. La Figura 3.1 muestra las hojas como productoras y el resto del árbol como consumidor. Las partes consumidoras del árbol mantienen las hojas, procesan nutrientes y agua provenientes del suelo y llevan a cabo la reproducción. En la noche, las hojas también se vuelven consumidoras, utilizando los depósitos de azúcar producidos durante el día anterior con la luz del sol. El proceso de consumo utiliza azúcar y oxígeno y libera dióxido de carbono, agua y nutrientes conforme se describió en el Capítulo 2. Ese proceso es también llamado respiración.


<> Figura 3.1 Fotosíntesis y Transpiración de la planta Normalmente la producción de las hojas es mayor que el consumo por el resto de la planta. El árbol entero produce alimento suficiente para mantener otras partes del ecosistema, incluyendo animales y organismos del suelo. Para mostrar que la fotosíntesis y la respiración son partes del proceso de producción de la planta, un gran símbolo de producción es diseñado al rededor de todas las partes del árbol en la Figura 3.1. El sol y el viento proveen energía para ayudar a las hojas a transpirar el agua. Ese flujo de agua va por delgados canales en la madera de los troncos, transportando al mismo tiempo los nutrientes necesarios para la fotosíntesis de la hoja. En la Figura 3.1, el camino del agua y nutrientes es mostrado como un camino que se origina en la tierra y va hacia las hojas. 3.2 Materia orgánica del suelo y descompositores. Las plantas y animales eliminan materiales o mueren, sus restos caen al suelo como materia orgánica muerta. A ese material se le llama lecho. Están incluidos en el lecho las hojas muertas, ramas, troncos, excrementos de animales, plumas, etc. Muchas especies de animales del suelo, incluyendo una gran biomasa de gusanos, se alimentan del lecho, subdividiéndolo en pequeñas partículas. Hongos, bacterias y otros microorganismos usan la materia orgánica restante como comida. A esos consumidores se los llama descompositores porque desdoblan moléculas orgánicas complejas en nutrientes simples; producen nutrientes (como fosfatos, nitratos, potasio y muchas otras substancias químicas) que pueden nuevamente ser absorbidos por las raíces. 3.3 Fuego y el símbolo de interrupción ó desvío. En la Figura 3.2 hay un nuevo símbolo, el cual representa la acción de interrupción o desvío. Ese símbolo es usado para indicar que el camino se inicia o se termina, de acuerdo con algunas condiciones de control. Por ejemplo, el fuego es una acción de desvío, se inicia cuando la biomasa es suficientemente alta y algo enciende la llama, en la Figura 3.3 se representa con el símbolo de desvío. El fuego consume la biomasa y muchos nutrientes son liberados.


<> Figura 3.2 Símbolo de interrupción o desvío que puede ser iniciado o apagado. 3.4 Diagrama mas detallado del bosque de pinos. Un modelo mas detallado del ecosistema del bosque de pinos, está diseñado en la Figura 3.3. Incluye los símbolos de la Figura 3.1. Se refiere a los caminos del lecho, los depósitos de biomasa muerta, de microbios descompositores con su liberación de nutrientes y la interacción con los animales del suelo. 3.5 Estructura de la cadena alimenticia. En una cadena simple de alimentación la planta productora es comida por un consumidor de plantas (herbívoro), que a su vez puede ser ingerido por un carnívoro. El primero es un consumidor primario y el segundo es un consumidor secundario. Por ejemplo, la ardilla come semillas de pino, y el búho se come a la ardilla. En cada eslabón de la cadena alimenticia algún alimento se vuelve parte de los tejidos del próximo consumidor. Usualmente cadenas alimenticias simples están ligadas a otras cadenas alimenticias con caminos ramificados, que forman la Red Alimenticia. La cadena alimenticia del bosque de pinos se presenta en la Figura 3.3. 3.6 Control de retroalimentación. En la Figura 3.3 los caminos de retroalimentación muestran la acción de los consumidores para controlar las plantas, y la acción de los altos consumidores en controlar los mas bajos. Mientras el alimento se mueve de izquierda a derecha, la acción de control va de derecha a izquierda. El termino control de retroalimentación se refiere al servicio que hace el consumidor de nivel superior para los organismos inferiores. Por ejemplo, las abejas polinizan las flores mientras recolectan néctar; las ardillas plantan frutos de encina, y los pájaros transportan semillas. El control de la población es otro ejemplo del servicio de control de la retroalimentación. Cuando una especie de planta se torna numerosa, la población de insectos que se alimenta de ella, también aumenta. Al comer gran cantidad de plantas, los insectos pueden regular el número de plantas de aquella especie, permitiendo el aumento de otras especies. Como resultado, la vegetación mantiene una gran diversidad (diferentes especies) y mejor producción global. 3.7 Fuego.


En el bosque de pinos frecuentemente, cuando el tiempo esta seco, el fuego se propaga matando pequeños árboles jóvenes. Como los pinos resisten al fuego debido a una gruesa capa protectora, ellos sobreviven. La 'quema' regular mantiene el área del bosque de pinos. Al pasar muchos años entre 'quemas', mucha materia orgánica puede alimentar el fuego y cuando él viene, es tan caliente y quema tan rápido que consume todos los árboles y algunas veces hasta casas. Quemas frecuentes y controladas son uno de los caminos para prevenir fuegos destructivos. En áreas poco elevadas o húmedas, la ausencia de fuego permite que árboles de madera de ley crezcan, evitando que la luz llegue a las nuevas mudas de pino, y convirtiéndose en un bosque maduro de madera de ley (Vea la discusión sobre Sucesión en el Capítulo 15).

<> Figura 3.3 Ecosistema de bosque de pinos Preguntas y actividades para el Capítulo 3. 1. Definir los términos siguientes:


a. desvío b. respiración c. control de la población d. diversidad e. lecho f. cadena alimenticia g. retroalimentación 2. Use la Figura 3.3 para explicar el papel de los consumidores primarios, secundarios y terciarios en el ecosistema de la floresta. 3. Defina la cadena alimenticia y úsela en una frase completa. 4. Por qué los controles de retroalimentación son necesarios para la supervivencia de un ecosistema?. 5. Identifique los términos con el símbolo correcto:

a.

b.

_______ suelo _______ hojas

c.

_______ gavilán _______ lluvia

d.

_______ fuego _______ producción

e.

f. 6. Dé 2 ejemplos de control de retroalimentación o servicio. 7. Marque los siguientes animales con la letra del grupo al cual ellos pertenecen (algunos pueden pertenecer a más de un grupo).


a. consumidores primarios b. consumidores secundarios c. consumidores terciarios

_______ bĂşho _______ insectos _______ pĂĄjaros _______ sapos _______ serpientes _______ ratones

8. Describa 2 caminos de minerales que puedan ser reciclados en un ecosistema.


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PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAJE SIMBÓLICO

CAPITULO 4. NIVELES TRÓFICOS Y CALIDAD DE ENERGÍA OBJETIVOS: 1. Definir y hacer un diarama una cadena alimenticia, distinguiendo los niveles tróficos, (jerárquicos) usando símbolos de energía; 2. Ilustrar la capacidad de sustentación de un sistema; 3. Diferenciar entre energía y eMergía; 4. Calcular el valor para Transformidad en la cadena alimenticia de una vegetación; 5. Comparar la energía relacionada con la sociedad de manufactura moderna con la sociedad agrícola. En el Capítulo 3 se ha estudiado una Red Alimenticia. En este Capítulo, consideraremos a las redes alimenticias como cadenas de transformaciones sucesivas de energía. Para investigar cambios de energía relacionados con la red alimenticia, frecuentemente es conveniente reorganizar la red en una simple cadena alimenticia. La cadena alimenticia puede ser dividida en niveles categorizados por los tipos de alimentos que los organismos consumen. Estos pasos son denominados niveles tróficos. 4.1 Una cadena alimenticia cuantitativa.

<> Figura 4.1 Cadena alimenticia de la vegetación con niveles de transformación sucesiva de energía. Se omite la retroalimentación de los servicios. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.


La cadena alimenticia de una vegetación se presenta en la Figura 4.1. La relación de energía entre las partes de una cadena, puede ser fácilmente observada. Aproximadamente 1 000 000 (1 millón) de joules de la luz solar son representados contribuyendo a la fotosíntesis. Parte de esta, es luz solar directa; parte es energía solar que cae en el océano para enviar lluvia a la floresta. Cerca de un 1 % de esta energía es transformada, por los productores de la vegetación, en biomasa vegetal. En otras palabras, cerca de 10 000 joules de árboles nuevos y otras plantas son producidos por año. 999 000 joules se pierden como energía necesaria utilizada durante el proceso de producción. La eficiencia de uso de la energía solar, es por tanto: 10 000 1 000 000

=

1 100

ó

1%

La faja de eficiencia para la fotosíntesis, en diferentes especies de plantas, está entre 0,01- 2%. Estas eficiencias son bajas porque la luz solar es muy 'diluida', y son necesarios muchos pasos sucesivos y extensiva maquinaria celular (que contiene clorofila) para concentrarla y obtener una energía de alta calidad. Las plantas están envueltas en el proceso fotosintético desde hace varios billones de años, por lo tanto, esto debe ser la manera mas eficiente de usar la energía solar. Esta idea es importante cuando la energía solar es considerada como fuente de energía para sistemas humanos. A cada nivel sucesivo de nuestra cadena alimenticia forestal, cerca de 10% de la energía disponible para aquel nivel, es convertida en nueva biomasa. Esta faja también se aplica a productores, los cuales consumen 90% de su propia producción durante la respiración. 1 000 000 joules de energía solar que sustentan la vegetación en un año se convierten en: 10 000 joules de energía transformada (dentro del produtor fotosintético), de los cuales: 1000 joules es nueva biomasa del productor, la cual es consumida para producir: 100 joules de nueva biomasa del consumidor primario, la cual es consumida para producir: 10 joules de nueva biomasa del consumidor secundario, la cual es consumida para producir: 1 joule de nueva biomasa del consumidor terciario. Esto puede ser resumido diciendo que, para producir 1 joule de consumidor terciario (como una serpiente) se necesitan 1 000 000 joules del sol y de lluvia. 4.2 Capacidad de sustentación. La capacidad de sustentación de un área, es la cantidad de varios tipos de organismos que pueden vivir en esta área sin perjudicar los recursos básicos. Generalmente, cuanto mas energía fluye hacia un área, mayor será su capacidad de sustentación. Con menos energía, la capacidad de sustentación es menor. Por ejemplo, si la cantidad de luz solar


que cae en la vegetación es disminuida por causa de polvo en el aire, la capacidad de sustentación en la población de la vegetación se reduce. Recursos como los nutrientes también contribuyen a la capacidad de sustentación de la población. La capacidad de sustentación de un área, para ciertos organismos, depende de donde están ubicados en la cadena alimenticia. Generalmente, un área puede soportar muchos productores (en el extremo izquierdo de la cadena alimenticia) y pocos consumidores de alta calidad (en el extremo derecho). Por ejemplo, en el rancho de la Figura 4.2 crecerá más pasto que ganado.

<> Figura 4.2 Cadena alimenticia de un rancho de ganado, soportando seres humanos (a) con niveles de energía de transformación; (b) mostrando retroalimentación de servicios. Significado de las letras usadas: T, dientes; SM, estómago; MU, músculos. 4.3 Calidad de energía. Consideramos la energía de la derecha como de alta calidad, porque se utilizan muchos joules en el extremo izquierdo de la cadena para hacer pocos joules en la derecha. Un gramo de serpiente recibe mas energía para ser producida que un gramo de árbol; por tanto, la serpiente es energía de alta calidad. La calidad de energía es menor en la izquierda y aumenta en cada paso a lo largo de la cadena. 4.4 Relaciones de energía en un sistema simple de granja.


Imagine una pequeña granja de ganado: en esta el granjero cultiva el pasto, el ganado pasta y luego, este es usado como única fuente de alimentos. La energía usada en la manutención del sistema proviene del trabajo del granjero. La cadena alimenticia para este sistema simple de una granja es representada en la Figura 4.2 (a). Observe como se representado el ganado. El ganado realmente posee dos niveles tróficos en el interior de su cuerpo. Ellos comen pasto, que es previamente digerido por microorganismos en sus intestinos, luego los microorganismos y el pasto restante son digeridos y absorbidos por el ganado. Podríamos esperar que el ganado convierta cerca del 10% de la energía disponible para ellos en una nueva biomasa, pero debido a estos dos procesos de alimentación, el ganado convierte solamente cerca de un 1% de la energía del paso en carne y leche. En este sistema de granja, el granjero convierte 10% de la energía proveniente del ganado en trabajo con el cual mantiene el sistema. En el ejemplo de la vegetación (Figura 4.1) fueron necesarios 1 E6 joules de energía solar para producir 1 joule de actividad de la serpiente. En el sistema simple de la granja se necesita de la misma cantidad de energía solar para producir 1 joule de trabajo del granjero. En otras palabras, la serpiente y el granjero trabajan en niveles similares de calidad de energía. Ambos utilizan la energía de sus cadenas alimenticias para controlar sus sistemas. La retroalimentación en la Figura 4.2 (b) va de la hacienda hacia el ganado y de este al pastizal. La retroalimentación desde el granjero representa la administración en la forma de cría, rebaño, y protección del pastizal. El ganado también controla el pastizal alimentándose de las plantas. Esto mantiene el pasto, creciendo firme, y evita el crecimiento de arbustos y la proliferación de árboles. Esta retroalimentación, como aquella de los insectos en la vegetación, parece ser necesaria para la supervivencia de todos sistemas. Existen algunas sugerencias de que mucha energía podría ser ahorrada eliminando la carne de la cadena alimenticia humana, y alimentándose únicamente de vegetales. Cuando observamos la situación de la alimentación en este mundo de personas hambrientas, esto es una propuesta desafiante. Existe 100 veces mas energía disponible en el pasto, del que hay en el ganado en el ejemplo de la granja. Sin embargo, como se puede ver en todas las cadenas alimenticias, la energía es concentrada por trabajo en cada nivel. Para tener una dieta balanceada, alimentándose solo de plantas, los seres humanos necesitan realizar el trabajo de recolectar y concentrar energía que los animales hacen ahora. Cultivar y cosechar cereales, vegetales y nueces necesarios para una dieta saludable requiere una cantidad de energía muy grande. Además, el ganado puede digerir pasto, que los seres humanos no pueden. En muchas culturas, sin embargo, los seres humanos comen más carne de la que necesitan. La dieta más eficiente podría ser en su mayor parte vegetariana, con una pequeña y regular contribución de carne, para asegurar una nutrición equilibrada. 4.5 Relaciones de energía en la sociedad moderna. La Figura 4.2 representa la más baja energía en el mundo. El trabajo de los hombres es sustentado por una cadena alimenticia rural basada en pasto y ganado. En la sociedad


industrial moderna los hombres poseen una cadena de energía más larga. Ella converge más energía para cada ser humano. El servicio humano tiene una calidad de energía mucho mayor, haciendo posible servicios de gran calidad y efecto. La Figura 4.3 muestra la mayor y moderna cadena alimenticia, la cual se inicia con las plantas verdes produciendo materia orgánica; esta es transformada en carbón y óleo, luego en electricidad y combustible (como la gasolina), sustentando una población altamente educada. La Figura 4.3 muestra que 20 millones de joules solares son necesarios para un joule de servicio humano, 20 veces más que en el patrón simple de la granja en la Figura 4.2 (a).

Figura 4.3 Cadena energética de una población urbana, basada en combustible. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

4.6 eMergía solar. Toma mucha energía de baja calidad (solar) el hacer energía de alta calidad (combustible fósil). Por tanto, para comparar diferentes formas de energía, debe hacerse un cálculo. Este es generalmente realizado usando los joules de energía solar como punto de partida para determinar cuantos joules de energía solar toma el producir otra fuente de energía. Usamos la palabra eMergía para expresar la cantidad de energía solar utilizada para hacer un producto. Esta es expresada en eMjoules. Por ejemplo, si toma 40.000 joules de luz solar para producir 1 joule de carbón, la eMergia de un joule de carbón es 40.000 eMjoules solar. 4.7 Transformidad solar. La energía solar requerida para hacer un joule de algún tipo de energía es la Transformidad solar de aquel tipo de energía.. Las unidades son: eMjoules solares por joule (abreviado sej / J).


Transformidad solar de energía tipo A =

joules solares requeridos 1 joule de energía tipo A

En la Figura 4.1, 1 000 000 de joules solares generó 100 joules de consumidores primarios. Por tanto, la Transformidad solar de los consumidores primarios es: 1 000 000 joules solares = 100 joules de consumidores primarios

10 000 sej / J

La energía de los consumidores primarios es 10 000 veces más valorizada que la luz solar. El incremento hacia la derecha produce el aumento de la Transformidad en la cadena alimenticia . Vea la Lista de Transformidad en la Tabla 27.1 Preguntas y actividades para el Capítulo 4. 1. Defina los siguientes términos: a) eficiencia b) nivel trófico c) cuantitativo d) clorofila e) evolucionar f) capacidad de sustentación g) calidad de energía h) eMergía i ) eMjoules j) Transformidad 2. En la cadena alimenticia forestal, dónde está la mayor calidad de energía? Por qué? 3. Discuta la importancia de la retroalimentación en la Figura 4.2 (b). 4. Explique por qué los seres humanos son ubicados al final de la cadena alimenticia en la Figura 4.2 (b). 5. En términos de calidad de energía, cómo se comparan los seres humanos de la Figura 4.3 con los de la Figura 4.2 (b)? 6. Mil joules de energía solar fueron transformados en 10 joules de azúcar por algas en el agua. Cuál es la eMergia contenida en el azúcar? Cuál es su Transformidad? No olvide las unidades (J, sej, sej/J).


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAJE SIMBÓLICO

CAPITULO 5. PRODUCCIÓN Y PRINCIPIO DE LA MÁXIMA POTENCIA OBJETIVOS: 1. Explicar el proceso de producción usando símbolos de energía; 2. Comparar producción bruta y líquida; 3. Identificar factores limitantes externos e internos dentro de un sistema energético; 4. Explicar el principio de la máxima potencia. 5.1 Producción. Producción es el proceso por el cual dos o más insumos son combinados para formar un nuevo producto. Por ejemplo, nutrientes del suelo, agua, dióxido de carbono y luz solar son combinados para formar materia orgánica durante la fotosíntesis. Generalmente, producción industrial envuelve el uso de energía, trabajo, capital y materia prima para formar productos industrializados. En la Figura 5.1 se ilustra el proceso de producción. Observe el símbolo de interacción en punta, en el cual entran insumos y salen productos. Siempre que este símbolo es usado, significa que ese proceso de producción está ocurriendo. (Ingredientes necesarios conteniendo energía potencial)

Figura 5.1 Proceso de producción con dos insumos que interactuan. Durante el proceso de producción, cada entrada de insumos lleva energía de diferentes tipos y calidad. Durante la producción, esas energías son transformadas en una nueva forma. Parte de ella es degradada y perdida a través de calor. Transformaciones de energía como esa ocurren durante procesos de producción y son denominadas trabajo.


5.2 Producción Bruta y Líquida. Donde hay un proceso de producción seguido de un proceso de consumo - como en la fotosíntesis y respiración de plantas - debemos distinguir entre producción y producción menos su correspondiente respiración. En la Figura 5.2, producción bruta es la tasa real de producción de materia orgánica. Producción bruta es el flujo que sale del símbolo de interacción (5 gramos por día, en este caso). Producción neta es la producción realmente observada cuando producción y algo de respiración ocurren al mismo tiempo. En la Figura 5.2, la tasa bruta de producción de biomasa es 5 gramos por día y la tasa de respiración es 3 gramos por día. La producción líquida es igual la producción bruta menos la respiración. Por tanto, la producción líquida es 2 gramos por día.

Figura 5.2 Producción bruta y líquida. P, producción; R, respiración. En sistemas más complejos, como en la vegetación, donde existen varias etapas de producción y consumo, hay más de un tipo de producción líquida. Por ejemplo, producción líquida de madera, producción líquida de lecho, etc. La producción líquida también depende del tiempo en que es medida. Por ejemplo, en la noche muchas plantas consumen la mayor parte de aquello que produjeron durante el día. Su producción líquida durante el día es grande, pero su producción líquida, incluyendo la respiración de noche, es muy pequeña. Si se considerase la producción líquida durante todo un año, sería muy pequeña o aún cero. 5.3 Factores limitantes. La mayoría de los procesos de producción ocurren rápidamente cuando los insumos están disponibles en grandes cantidades. Con todo, la velocidad de una reacción es determinada por el reactivo menos disponible. Este reactivo es llamado factor limitante. Por ejemplo, la luz es necesaria para la fotosíntesis, por tanto este proceso se vuelve más lento y se detiene durante la noche; la luz del sol es el factor limitante que controla ese proceso.


En la Figura 5.3, aún aumentando el abastecimiento de nutrientes, no aumentará la producción. Este es un ejemplo de un factor limitante externo; está fuera del sistema.

Figura 5.3 El sol es el factor limitante en el proceso de fotosíntesis. En la Figura 5.2, aumentando la luz, los nutrientes se vuelven limitantes porque ellos quedan retenidos en la materia formada y no se reciclan rápido. Este es un ejemplo de factor limitante interno; limita porque el reciclaje no es suficientemente rápido. En la Figura 5.4, están graficados varios valores de producción en función de los nutrientes. Conforme aumentan los nutrientes, la tasa de producción aumenta. A pesar de ello, conforme la luz se vuelve limitante, la tasa de producción reduce su aumento. Este es un gráfico típico de factores limitantes. Esta curva también ilustra la ley del retorno decreciente en economía.

Figura 5.4 Gráfico de la tasa de producción (P) del proceso de la Figura 5.3 conforme los nutrientes aumentan y la luz se vuelve limitante. 5.4 El Principio de la Máxima Potencia. El Principio de la Máxima Potencia indica porqué ciertos modelos de organización de sistemas sobreviven y otros no. El principio explica porqué sistemas exitosos poseen redes de organización parecidos. Un proyecto que tuvo éxito es aquel que sobrevive a la prueba del tiempo. El principio dice que: Esquemas de sistemas que sobreviven son aquellos organizados de tal modo, que traen energía para sí lo mas rápido posible y utilizan esa energía para retroalimentarse y traer más energía. Otro modo de expresar este principio es:


Hay supervivencia en el planeamiento del sistema más adaptado; que es aquel que puede extraer para si el máximo de potencia, usándola para satisfacer sus otras necesidades. Los esquemas de sistemas que maximizan el poder de transformar energía en productos de alta calidad, son aquellos que retroalimentan para ayudar a ganar más energía, y la usan lo más eficientemente posible sin que el proceso reduzca el ritmo de su actividad. Diagramas de ecosistemas en capítulos anteriores tienen ejemplos de retroalimentación que aumenta el proceso de producción. Los sistemas que maximizan la potencia también son sistemas que retroalimentan a un sistema mayor, del cual hacen parte. Por ejemplo, las especies en un ecosistema están organizadas para ser parcialmente responsables del uso de todo el sistema de energía. En sistemas grandes, como la vegetación, un árbol usa energía solar para que sus hojas aumenten en tamaño y en número, y puedan captar mas energía del sol. El proceso del árbol auxilia el sistema de la vegetación, produciendo nutrientes, construyendo un micro-clima estable, reciclando nutrientes y proporcionando comida a los animales. Así, el árbol maximiza ambos: su propia potencia y la potencia de un sistema mayor al cual pertenece. Para maximizar la potencia en una actividad económica, recursos locales son usados y cambiados por recursos adicionales. Por ejemplo, consideremos una propiedad en la cual la zafra es plantada en la mejor época del año. Los mejores fertilizantes son utilizados y cuando la zafra sea cosechada, las personas la comprarán. Esta propiedad producirá suficiente retorno financiero para que el hacendado viva bien, mantenga el suelo y repita el proceso año tras año. Él también podrá expandir su sistema comprando haciendas menos eficientes. La exitosa administración de la propiedad sobrevivirá y será copiada por otros propietarios. Debido a que su trabajo ayuda a incrementar el consumo de la energía de toda la economía, este comportamiento es sustentado por la economía y sobrevive. Durante el tiempo de abastecimiento, abundante de energía, maximizar el crecimiento, maximiza la potencia. Así, durante las etapas iniciales de la secuencia, las comunidades incrementan su biomasa rápidamente. Cuando el abastecimiento de energía es estable, máxima potencia significa menos competición y un aumento en la diversidad y eficiencia. Como los recursos energéticos que se vuelven limitantes, el desenvolvimiento de la eficiencia a través de la diversidad maximiza la potencia útil. En una vegetación madura, cada organismo tiene su nicho y hay poca competición. Los organismos tienden a cooperar entre si en lugar de competir. En un sistema económico maduro la cooperación también es más común que la competición. Es de esperar, entonces, que cuando los combustibles fósiles se estén acabando y los países corran atrás de fuentes alternativas de energía, la tendencia de expansión y crecimiento entre ellos irá diminuyendo. Las relaciones entre las naciones serán, entonces, mas pacíficas. Preguntas y actividades del Capítulo 5. 1. Defina los siguientes términos:


a. trabajo b. producción bruta c. producción líquida d. factores limitantes e. principio de la máxima potencia f. ley del retorno decreciente g. competición h. nicho i. combustibles fósiles j. micro-clima 2. Discuta factores limitantes externos e internos. Dé un ejemplo de cada uno. 3. Distinga producción y trabajo. 4. Diseñe un gráfico mostrando la producción (fotosíntesis) y la respiración como una función del tiempo en un período de un día. 5. Explique el principio de la máxima potencia. 6. Diseñe un sistema que maximiza la potencia. Explique como su sistema usa el principio de la máxima potencia. 7. Ejecute el programa en factores limitantes listado en el Apéndice A. También está en el disquete que acompaña este libro. Explique que observa.


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CAPITULO 6. MODELOS DE CRECIMIENTO OBJETIVOS: El estudiante podrá elaborar un diagrama y dar un ejemplo de: 1. Modelo de crecimiento exponencial; 2. Modelo de crecimiento logístico; 3. Crecimiento de una fuente renovable con flujo constante. La biosfera está constituida de sistemas que cambian con el paso del tiempo. Ambos sistemas: ambiental y humano, pueden describirse por la forma de sus cambios. El modo por el cual el sistema cambia depende de la organización del sistema y del tipo de fuente de energía que está disponible. Por ejemplo, algunos ecosistemas aumentan en tamaño y complejidad mientras otros detienen su crecimiento. Algunas pequeñas ciudades pueden crecer y convertirse en ciudades grandes mientras que otras ciudades parecen permanecer del mismo tamaño durante décadas (ellas parecen haber alcanzado un estado de estabilidad). Otras ciudades disminuyen de tamaño y complejidad, industrias cierran, y los habitantes se trasladan. La organización de un sistema puede estudiarse diseñando un diagrama del sistema (modelo). A través de los tipos de fuentes de energía en un diagrama, podemos decir como el sistema crece o disminuye. Diseñaremos en un gráfico los cambios para cada tipo de sistema. 6.1 Modelo 1: Crecimiento Exponencial. El primer modelo se muestra en la Figura 6.1. Él representa el crecimiento de la población en una fuente de presión constante. La fuente de presión constante puede abastecer tanta energía como se necesita. Por ejemplo, piense en una población de conejos en crecimiento, con abastecimiento de alimento que no considera la rapidez con que ellos comen. Siga el flujo del diagrama para ver como la población de conejos aumenta, esta retroalimenta para traer mas energía (a través de más alimentación ) para procrear mas conejos. Si el sistema comienza con un conejo macho y una hembra, y ellos producen cuatro conejitos que a su vez producen ocho; y así, en la misma tasa de aumento, la próxima generación producirá 16, la próxima 32 , la próxima 64 y así sucesivamente. Como el número de conejos aumenta, ellos usan más de la fuente de energía y el número aumenta rápidamente.


Figura 6.1 Crecimiento exponencial de un sistema con fuente de energía que mantiene una presión constante. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

Puede verse que existe una aceleración del crecimiento de la población de conejos a lo largo de la misma concentración de abastecimiento de alimento. La curva de una población bajo estas condiciones se denomina crecimiento exponencial. El crecimiento exponencial aumenta en un constante porcentual en función del tiempo. En la práctica, la fuente de energía a presión constante no puede ser mantenida indefinidamente, entonces el crecimiento exponencial infinito es imposible. De cualquier manera, durante las primeras etapas del crecimiento de la población, cuando la demanda de alimento es pequeña (comparada con la cantidad disponible) la energía puede estar disponible a presión constante y el crecimiento puede ser exponencial. Pero eventualmente, el alimento podría volverse limitante y la situación necesitaría ser representada por un modelo diferente. 6.2 Modelo 2: Crecimiento Logístico. Las poblaciones creciendo inicialmente rápido en una fuente de presión constante, se vuelven tan numerosas que pierden su capacidad de crecer debido a interacciones entre los miembros de la población, resultando entonces un estado de equilibrio. Este tipo de crecimiento se llama crecimiento logístico. Crecimiento logístico es el balance entre producción en proporción a la población, y a las pérdidas en proporción a la oportunidad de interacciones individuales. El proceso de crecimiento puede ser entendido con el auxilio del diagrama de símbolos del modelo en la Figura 6.2. Un ejemplo es el crecimiento de levadura en el fermento del pan. Primeramente, el crecimiento de la población es casi exponencial. La


disponibilidad de alimento es constante y como la población crece esto implica comer más y más. Sin embargo, las células de levaduras se vuelven tan numerosas que sus productos comienzan a interferir con el propio crecimiento. Resultando un estado de equilibrio entre producción y pérdida de células.

Figura 6.2 Crecimiento logístico: Crecimiento de un sistema con una fuente de energía a presión constante y una auto-interacción en un drenaje de salida. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

En la Figura 6.2 se observa que parte de la producción del modelo, es la misma que aquella de la Figura 6.1. El abastecimiento de energía es una fuente de presión constante, y la población está extrayendo energía y retroalimentando para extraer más. El crecimiento de la población es por esta razón, al principio, exponencial. No obstante, la Figura 6.2 muestra que la población, por interacciones consigo misma, crea un drenaje acelerado de energía, el cual irá eventualmente a extraer energía suficiente para detener el crecimiento de la población. En estas condiciones, el gráfico muestra el crecimiento exponencial que disminuye, y eventualmente se nivela a un estado de equilibrio. Este sistema tiene una fuente de presión constante y un drenaje de autointeracción. Observe que en la Figura 6.2, la etiqueta en el símbolo de depósito es "cantidad". Nosotros continuaremos usando este termino genérico para denominar el contenido del depósito. Debemos recordar que "cantidad" puede referirse a números de población, biomasa, depósito de energía o para todos ellos. Otro ejemplo del modelo 2 (Figura 6.2 ) es el crecimiento de la población humana y sus servicios en la ciudad. El crecimiento puede aumentar exponencialmente hasta que la superpoblación de casas, calles, tiendas, y autos comience a aumentar los factores negativos de suciedad, ruido, crimen, y polución, y el coste de lidiar con esto se torne progresivamente mayor. Cuanto más crece la población, mayor es el drenaje, hasta que el crecimiento de la ciudad se nivela.


6.3 Modelo 3: Crecimiento en una fuente de flujo constante. Los ecosistemas utilizan muchas fuentes cuyo flujo es controlado por sistemas externos. Ejemplos de fuentes deflujo constante son el sol, la lluvia, el viento y las corrientes de ríos. Las poblaciones en los sistemas no pueden aumentar los flujos externos. Su crecimiento se limita a aquello que pueda ser mantenido por el flujo interno de energía. Un ejemplo es la utilización de la luz solar por los árboles, no hay nada que los árboles puedan hacer para aumentar o disminuir la incidencia de luz solar. Este tipo de fuente es también llamado fuente renovable. La Figura 6.3 muestra como este tipo de fuente es representado en un diagrama de símbolos. Un camino desde la fuente se muestra atravesando el sistema con parte de él saliendo nuevamente del sistema. El uso de la energía se muestra como una línea desde el lado del camino interno. Se puede pensar que esto es un caño conectado al lado de un

drenaje para retirar agua.

Figura 6.3 Crecimiento de un sistema con una fuente de energía de flujo constante. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

Ahora, considere el crecimiento que ocurre en esta fuente cuando el influjo es constante, y el bombeo está en proporción al número de la población que usa el caudal (Figura 6.3). El modelo es como el modelo de crecimiento exponencial excepto que hay una fuente de flujo constante en lugar de la fuente de presión constante. A medida que la población crece, el influjo es desviado más y más, hasta que casi todo es usado tan rápidamente como fluye hacia dentro. Despues de eso, ningún crecimiento es posible, y la población llega a un estado de equilibrio. Un importante ejemplo en la naturaleza es la sucesión, como el crecimiento de una vegetación. Cuando la vegetación es joven, la energía de la luz no es limitante. El


crecimiento de árboles pequeños es rápido y la mayoría del excedente de luz que pasa no es utilizada. Con el crecimiento de la vegetación, no obstante, los árboles utilizan más y más energía, y menos energía escapa de no ser utilizada. El crecimiento decrece y se detiene. La vegetación se vuelve un equilibrio entre crecimiento y descomposición. La sucesión es discutida en la introducción de la Parte II y en el Capítulo 15. Otro ejemplo de crecimiento, en una fuente de flujo constante, es la construcción de ciudades a lo largo de un río. Las ciudades usan agua para beber, producción agrícola, pesca y uso de aguas servidas tratadas. Nuevas ciudades pueden construirse hasta que toda el agua sea utilizada tan rápido cuanto fluya por el río. El gráfico de crecimiento de una fuente de flujo constante es una curva en " S " (Figura 6. 3). Esta tiene la misma forma que un crecimiento logístico (Figura 6.2) pero por una diferente razón. El modelo logístico no es limitado por su fuente (presión constante no limita el crecimiento) es limitado por la super-población. El modelo de fuente de flujo constante es limitado por la tasa de abastecimiento de su fuente. Preguntas y actividades para el Capítulo 6 1. Defina los siguientes términos: a. b. c. d. e. f. g.

modelo crecimiento exponencial fuente de presión constante aceleración logística drenaje auto-interactivo fuente renovable de flujo constante

2. Diseñe su propio modelo de un sistema de vida. Asegúrese de dar títulos a todas las partes de su modelo. 3. Dé tres ejemplos de sistema de vida que presenten crecimiento exponencial en sus etapas iniciales. 4. En un sistema de vida con crecimiento exponencial los niveles caen rápidamente a un estado de equilibrio. Cuales son las dos posibles causas? 5. Desarrolle un modelo apropiado en disquete de computador, disponible con este libro. El programa también está listado en el Apéndice A. Una explicación total de simulación se da en el Capitulo 8.


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAJE SIMBÓLICO

CAPITULO 7. MÁS MODELOS DE CRECIMIENTO OBJETIVOS: 1. Hacer un diagrama y explicar el modelo de un tanque de depósito (almacenaje) con flujo de entrada y salida; 2. Hacer un diagrama y explicar el modelo de una población con una fuente de energía no renovable; 3. Hacer un diagrama y explicar el modelo con ambas fuentes de energía: renovable y no renovable; 4. Explicar como cada uno de los tres modelos en este capítulo genera un gráfico de cantidad versus tiempo; 5. Dar ejemplos de cada uno de los tres modelos. En el Capítulo 6, se presentaron tres modelos, que son útiles para entender poblaciones y sistemas en crecimiento. En este capítulo se verán otros tres modelos para crecimiento en sistemas. 7.1 Modelo 4: Crecimiento en un tanque de depósito simple El cuarto modelo es para un tanque de depósito con una entrada, proveniente de una fuente de energía, y una salida. Como ejemplo, piense en un tanque de agua vacío ubicado en un lugar alto sobre la ciudad, con una entrada de flujo estacionario de agua y un drenaje a través del cual el agua sale. A medida que el agua entra, el tanque se llena. A medida que este se llena, el peso del agua crece y hace que fluya por el drenaje mas rápido. Eventualmente, el agua fluirá en la entrada y en la salida con el mismo caudal, y el nivel del agua permanecerá constante. Esta situación está representada en la Figura 7.1 (a). El gráfico muestra el cambio de la cantidad de agua que aumenta rápidamente, después disminuye y finalmente alcanza un estado estacionario algunas veces llamado equilibrio dinámico . El camino del flujo de salida es diseñado con un 'brazo'; el agua sale hacia la derecha y la energía dispersada sale a través del sumidero. Suponiendo que el tanque esté lleno desde el principio en lugar de vacío. Qué sucedería entonces? Como muestra la Figura 7.1 (b), si se empieza con un tanque lleno, el nivel disminuirá hasta alcanzar el mismo estado estacionario. Qué sucedería si la entrada de agua se cerrara? Como muestra la Figura 7.1 (c), el nivel del tanque disminuye rápidamente al principio y después lentamente, porque a medida que la cantidad de agua disminuye, su presión sobre el drenaje se vuelve menor. Un ejemplo en la naturaleza, es una corriente fluyendo constantemente hacia una laguna que también tiene una corriente fluyendo fuera de ella. Cuando la corriente


comienza a fluir, el lago se llena hasta un nivel donde el flujo de entrada se iguala al flujo de salida (Figura 7.1 (a)). La Figura 7.1 (b) ilustra la situación del lago despues de una lluvia fuerte. La cantidad de agua en el lago es grande (a causa de la lluvia) pero pronto regresa al nivel inicial. Si la corriente de entrada es repentinamente desviada, el agua en la laguna será drenada hasta agotarse, como se muestra en la Figura 7.1 (c).

Fig. 7.1 Modelo 4 : Crecimiento, estado estacionario y declinio de un sistema de un tanque de depósito y una fuente de energía con flujo estacionario. (a) Inicio con tanque de depósito vacío ; (b) Inicio con tanque lleno ; (c) Inicio con estado estacionario, después corta la fuente de energía. Figure reprinted with permission from


Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

Otro ejemplo es la formación del lecho de hojas en la vegetación. Este lecho se forma por capas de hojas que continúan creciendo hasta que la proporción de pérdida por descomposición se iguala a la proporción de crecimiento por la caída de las hojas (Fig. 7.1 (a) ). Si una repentina brisa derriba gran cantidad de hojas en el piso, la variación en la cantidad total de hojas sería descrita por la Figura 7.1 (b). En algunos tipos de vegetación, las hojas dejan de caer en invierno; la pila de hojas entonces diminuye, como se muestra en la Figura 7.1 (c). 7.2 Modelo 5: Crecimiento en una fuente no renovable. Algunos sistemas dependen de recursos provenientes de fuentes no renovables; por ejemplo una población de escarabajos creciendo con la energía disponible de un tronco en descomposición (Fig. 7.2). Cuando la población de escarabajos es pequeña, hay una energía amplia y el crecimiento es exponencial. Más tarde, como el tronco empieza a disminuir de tamaño, el crecimiento de la población de escarabajos disminuye hasta que no queda más tronco- y ningún escarabajo. En el gráfico, la línea Q representa el número de la población. La línea N representa la energía restante en el tronco en determinado tiempo . Otro ejemplo es una ciudad minera, con un único recurso económico no renovable como un depósito de carbón. Ella se convertirá en una ciudad fantasma.

Figura 7.2 Modelo 5: Crecimiento de un sistema con una fuente de energía no renovable Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

7.3 Modelo 6 : Crecimiento en 2 fuentes. Nuestro sexto modelo tiene 2 fuentes, una renovable y otra no renovable (Figura 7.3). Ambas fuentes interactuan con la cantidad en el tanque, que crece y proporciona retroalimentación al proceso. Así crece utilizando ambas fuentes. Como la fuente no renovable se va consumiendo, el crecimiento declina hasta esta llegar a un estado estacionario, donde usa solamente la fuente renovable. El modelo está formado por la combinación de modelos de una fuente de energía no renovable (Figura 7.2) y una fuente (de caudal constante) renovable (Figura. 7.3).


Fig. 7.3 Modelo 6: Crecimiento en un sistema con dos fuentes de energía, una fuente no renovable y la otra renovable (caudal constante). Un ejemplo del Modelo 6 es una población de peces que viven en un lago, en el cual fue adicionada cierta cantidad de comida. Las dos fuentes de energía son: la energía solar que llega al lago a través del sol (renovable) y la fuente no renovable es la comida de pez arrojada en el lago. La población de peces crecerá exponencialmente al principio, hasta que la comida de peces se vuelva escasa, entonces, la población declinará hasta un nivel en que pueda ser sustentada por la cadena alimentaria basada en el uso de los rayos de sol (por el lago) para fotosíntesis. Otro ejemplo es el sistema económico creado por las sociedades humanas. Nuestro sistema económico ha crecido tanto en la extracción de combustibles fósiles (no renovables) como en fuentes renovables como el sol, la lluvia y el viento. Como las fuentes no renovables van a consumirse, nuestro sistema económico tendrá que disminuir en cantidad y llegar a un estado estacionario, viviendo apenas de la agricultura, silvicultura y energía hidroeléctrica, sustentadas por energías renovables. De todas maneras, si nuevos modelos son encontrados, habrá tambien necesidad de otro modelo, diferente. Preguntas y actividades del Capítulo 7. 1. Definir los siguientes términos: a. Equilibrio dinámico b. Recurso no renovable c. Recurso renovable 2. Haga su propio modelo de crecimiento en un tanque de depósito. Explicar si su modelo comienza o termina en un estado estacionario. 3. Haga un diagrama de la "Busca del Oro de 1849". Qué podría parecer el gráfico de su diagrama? Por qué ? 4. Por qué es importante conservar energía, y mantener constantes investigaciones en la búsqueda de formas renovables de energía ?


5. Explique cómo los sistemas de este Capítulo usan sus productos para incrementar el uso de energía. Cómo ilustra esto el principio de la Fuerza Máxima dada en el Capítulo 5? 6. Establecer los caminos que representan las pérdidas de depósito (almacenamiento) que están siempre presentes por causa de la segunda ley de la energía. 7. Si los tanques de depósito de estos modelos estuvieran inicialmente vacíos (Cantidad = cero), en qué modelos podría crecer la cantidad ? 8. Usando la agricultura como ejemplo, explicar cómo fuentes renovables y no renovables de energía interactuan y proporcionan alimentación? 9. Qué modelos en los Capítulos 6 y 7 representan mejor el crecimiento y sucesión en la vegetación? 10. Usando el disquete de computador disponible con este libro o los programas listados en el Apéndice A, ejecute los programas de simulación para los modelos en este Capítulo.


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CAPITULO 8. SIMULANDO MODELOS CUANTITATIVOS OBJETIVOS: 1. Escribir una ecuación para la variación de la cantidad, en un tanque de depósito donde existe un drenaje; 2. Usando una tabla, calcular la cantidad y flujo por hora, graficando los resultados en un eje de cantidad versus tiempo; explicando como estos cálculos son capaces de simular procesos representados por modelos; 3. Representar la simulación con un flujograma; 4. Escribir un programa en lenguaje BASIC que haga la misma simulación en un computador; 5. Preparar un modelo de producción-consumo, hacer una simulación y comparar con la simulación del computador. En este Capítulo se introducirá en las técnicas para simulación de modelos cuantitativos de sistemas. Primero, usando un modelo de tanque con agua, se harán los cálculos a mano y se preparará una tabla y un gráfico con los cambios en cantidad de agua almacenada en un tanque versus el tiempo. Aquellos que disponen de un computador podrán hacer los cálculos en el mismo. Esto se llama "ejecutar un programa". 8.1 Introducción. Los diagramas de energía son una manera de visualizar la forma en como se comportan los sistemas. Seis modelos de sistemas con diferentes tipos de fuentes de energía y depósito fueron introducidos en los Capítulos 6 y 7. Despues de la lectura del Capítulo y de los ejercicios, estará apto para hacer gráficos de cómo cada ecosistema responde en función del tiempo. El lenguaje simbólico de energía se tornará mucho más comprensible, sobre todo cuando se usen números reales para mostrar el comportamiento del sistema. El lenguaje de diagramas de energía, que hemos estado utilizando, son expresiones matemáticas. Con él hemos representado los procesos y sus relaciones. Ellos se convertirán en expresiones matemáticas cuando coloquemos números en los símbolos de proceso, depósito y en las razones de flujo, en cada trayectoria de energía. Si hacemos esto, tendremos un lenguaje próximo a aquel que los computadores consiguen comprender. Si tiene acceso a un computador, podrá hacer ejercicios de simulación de esta sección usando la máquina. Si tiene un acceso restringido, puede obtener una demostración de simulación de computador usando los programas del Capítulo 8, disponibles en el disco


que acompaña este libro. Si no tiene acceso a un computador, no se preocupe, podrá hacer los cálculos manualmente. 8.2 Coeficientes para parámetros simples. Para representar cuantitativamente lo que está sucediendo en un modelo, a cualquier hora, se escriben números sobre diagramas. Las razones de flujo se escriben sobre parámetros de líneas y las cantidades en depósito se escriben en los símbolos de depósito. Imagine un tanque conteniendo 20 litros (20 lt) de agua. Una manguera drena 10% del flujo de agua restante por hora. Durante las primeras horas, el tanque drenará 2 lt. de agua. Los diagramas para cantidad de energía de estos sistemas son así:

Figura 8.1 Modelo de tanque de drenaje. Este diagrama es la descripción cuantitativa de sistemas que se presenta así durante la primera hora. No obstante, al inicio de la segunda hora, las cosas cambian; la cantidad de agua restante en el tanque es ahora 18 lt y la razón de flujo de salida es 10% de esto, o sea 1.8 lt/hr. Como en cada hora que pasa más agua corre, los valores diminuyen. Debemos encontrar una ecuación para estos cálculos. • •

Primero, representamos la cantidad de agua en depósito con Q (y admitimos que Q cambiará con el tiempo). Segundo, describimos el flujo como un coeficiente de parámetro, llamado k, que indica la fracción de agua restante drenada por hora. Cuanto más grande el diámetro de la manguera, mayor es el coeficiente. En este ejemplo el coeficiente de parámetro es 0.1 (o 10%).

Note que: Flujo = coeficiente de parámetro x cantidad en depósito = k x Q donde: Coeficiente de parámetro = fracción decimal del flujo de depósito por unidad de tiempo. El modelo para el tanque con drenaje sería entonces así:

Figura 8.2 Modelo de tanque mostrando Q y kQ, k = 0.1. 8.3 Simulación manual.


La Tabla 8.1 muestra los cálculos del tanque de depósito y flujo por hora. Tabla 8.1. Cálculos horarios para el tanque con drenaje (Figura 8.2) Tiempo

Cantidad Q

Tasa de salida

(horas)

(litros)

(litros/hora)

0

20

2

1

18

1.8

2

16.20

1.62

3

14.58

1.46

4

13.12

1.31

5

11.81

1.18

k = 0.1

Vamos a examinar los cálculos que se hicieron para formar la Tabla 8.1. El proceso se calculó repitiendo una serie de sustracciones, paso a paso, del depósito. El proceso de hacer cálculos repetidos como este se llama iteración. El proceso en las Figuras 8.1 y 8.2 podría ser expuesto como sigue: La cantidad, a un intervalo de tiempo próximo, es la cantidad en el momento presente menos el flujo. (nuevo Q) = (anterior Q) - (k x Q) En otras palabras, la ecuación dice: El nuevo Q igualará al anterior Q menos k veces el anterior Q. Vamos escribir esta ecuación en la forma en como aparece en la pantalla de un computador, donde * significa multiplicación, e = significa "será igual". Q=Q-k*Q En el modelo del tanque con drenaje (Figura 8.1) el valor inicial para Q es 20 lt y k = 0.1 por hora. En la tabla 8.1 el inicio es indicado por la primera línea, cuando el tiempo es 0, y Q es 20 lt. 1. Para la primera hora:


Flujo de salida = k*Q = 0.1/hr * 20 lt = 2 lt/hr (2 litros por hora)

Al final de la primera hora el agua en el depósito se calcula por la sustracción: Nuevo depósito = depósito anterior - flujo habido en una hora Nuevo depósito = 20 lt - 2 lt Nuevo depósito = 18 lt 2. Para la segunda hora: Flujo

de salida = k*Q = 0.1 lt/hr * 18 lt = 1.8 lt/hr

Al final de la segunda hora: Nuevo depósito = depósito anterior- flujo en una hora Nuevo depósito = 18 lt - 1.8 lt Nuevo depósito = 16.2 lt La Tabla 8.1 muestra los cálculos para las primeras cinco horas. Si se extiende esta tabla para 20 horas y se gráfica los puntos sobre el eje se obtendría la siguiente figura:

Figura 8.3 Gráfico de la cantidad en depósito (Q) versus tiempo, como fue calculado en la Tabla 8.1, simulando el modelo en la Figura 8.2. 8.4 Diagrama de flujo. Cuando una serie de cálculos se hacen una y otra vez, se pueden escribir los pasos, del procedimiento de cálculo, como un diagrama de flujo. La Figura 8.4 es el diagrama de flujo para los cálculos que se hicieron en la Tabla 8.1. Leyendo desde el inicio hasta el fin, se instruye suministrar los números iniciales; trasladar los valores sobre un gráfico, calcular los valores después del intervalo de tiempo, retornar, graficar y calcular nuevamente, así sucesivamente hasta llegar a 20 horas.


La lista de pasos, en el procedimiento, se llama programa. El gráfico de flujo (Figura 8.4) es una manera de escribir un programa. Si se escribe una lista de instrucciones para un computador, se conoce como programa de computador.

Figura 8.4 Diagrama de flujo para cálculos en la tabla 8.1, el cual simula el modelo de la Figura 8.2. 8.5 Simulación de computador. (Si no tiene acceso a un computador vaya a la Sección 8.6). Primero, indicaremos cómo hacer una simulación en un computador Apple II. Para hacer que un computador realice cálculos, debe darle una lista de instrucciones en el lenguaje en el cual él esté programado para responder. Las palabras y símbolos que necesita usar para instruir un computador, se dan en la Tabla 8.2. Ellos son parte del lenguaje BASIC. Si pone un disquete que haya sido preparado para el computador, y enciende la máquina, estará listo para ser utilizado en las instrucciones del programa. Las instrucciones necesarias se dan en la Tabla 8.3, estas se numeran: 10, 20, 30, etc. Después de que el programa haya sido tecleado y esté almacenado en la memoria de trabajo en la pantalla, teclee RUN y el computador seguirá la lista de instrucciones hasta que los cálculos estén completos. Los números calculados a mano en la Tabla 8.1 se listarán en la pantalla. Para que el programa aparezca en la pantalla, teclee LIST. Para salvar el programa en un disquete, teclee SAVE y el nombre del programa.


Tabla 8.2. Algunas instrucciones en lenguaje BASIC COMANDO

Que hace

RUN

Ejecuta el programa, listando las instrucciones en orden numérica.

GO TO

Va a la instrucción designada por el número y lo ejecuta en el texto.

IF PRINT

Da una instrucción para realizar alguna cosa, como ir a otra línea. Muestra sobre la pantalla el valor numérico de las cantidades que se listaron.

PSET

Muestra sobre la pantalla un punto relativo a los nuevos valores de las variables.

END

Detiene el programa.

=

Dispone una cantidad igual para el que es especificada.

+

Adiciona la próxima cantidad.

*

Multiplica la próxima cantidad.

/

Divide entre la próxima cantidad.

<

Menor que.

>

Mayor que.

Si el computador es un Apple II que está conectado a una impresora y quiere imprimir el programa, teclee PR#1 y luego LIST. Para imprimir los cálculos, teclee PR#1 y luego RUN. Para volver a la pantalla teclee PR#0. Si el computador es compatible con IBM-PC, imprima el programa tecleando LLIST. Para imprimir los cálculos, teclee CTRL PRTSC y entonces RUN. Lo que sigue, es una explicación de las instrucciones en el programa (Tabla 8.3 y Figura 8.2) Primero, le decimos al computador el tamaño de las cantidades con las que se trabajarán al principio. Así, tenemos (en la Tabla 8.3): 10 Q = 20 (cantidad en depósito = 20). 20 k = 0.1 (coeficiente de parámetro = 0.1). 30 T = 0 (tiempo = 0). Luego le diremos al computador que imprima estos números: 40 PRINT T, Q, k*Q


Para seguir, le diremos al computador qué hacer con estos números: Q = Q - k*Q lo cual significa, "nuevo Q es igual al anterior Q menos k multiplicado por el anterior Q". (Note: * significa multiplicar, para evitar confusión sobre el significado de x). Habiendo hecho esto, se le dirá al computador avanzar en el tiempo una unidad: 60 T = T + 1 y entonces, si T es menor de 20, repetirá las instrucciones 40, 50 y 60: 70 IF T < 20 GO TO 40 El computador repite los cálculos para cada nuevo intervalo de tiempo, imprime los resultados y avanza el tiempo hasta llegar a T = 20. En este punto, cuando llega a la instrucción 70, no vuelve a 40, en lugar de eso, va a la línea 80 la cual dice: 80 END La secuencia entera de los cálculos lleva pocos segundos; los resultados son listados en la pantalla en forma de tabla. Ahora puede simular a mano. Tabla 8.3. Programa en BASIC para una simulación de modelo en la Figura 8.1 10

Q = 20

20

k = .1

30

T=0

40

PRINT T, Q, k*Q

50

Q = Q - k*Q

60

T=T+1

70

IF T < 20 GO TO 40

80

END

En la mayoría de los computadores, incluido Apple, las instrucciones 30 y 80 son innecesarias. Para obtener un gráfico en lugar de una tabla de resultados, podemos reemplazar el comando PRINT en la línea 40, por el comando PLOT. El comando PLOT varia con el tipo de computador, este instruye al computador a realizar un gráfico de puntos sucesivos con T en el eje horizontal y Q en el eje vertical. Se obtiene la Figura 8.3 dando al computador la siguiente instrucción: 40 HPLOT T,160-Q


Para poner el computador en modo gráfico y cambiar el color del fondo a blanco, se necesita otra instrucción: 5 HGR: HCOLOR = 3 En IBM PC las instrucciones son: SCREEN 1,0: COLOR 0,0 y PSET (T/0.07, 180-Q/200) , 3 La curva en la Figura 8.3 muestra que la tasa de flujo disminuye proporcional a la disminución de la presión de agua en el tanque. Un programa similar está en el Apéndice Tabla A.8. 8.6 Una simulación más compleja. Si pudo trabajar en la simulación del tanque con desagüe sin mucha dificultad, está listo para un modelo más complejo, Figura 8.5.

Figura 8.5 Diagrama de ecosistema. Este modelo representa cualquier ecosistema. Muestra que, la luz solar que llega a los productores, es capturada durante la fotosíntesis y se almacena como biomasa hasta ser consumida por tejidos animales o tejidos vegetales durante la noche. Ahora vamos a adicionar algunos datos. La incidencia de la luz del sol varia durante el año, puede proveer las siguientes cantidades de energía: Año

Estación

Luz solar (E3 joules/m2/estación)

1

Invierno

5 000


Primavera

10 000

Verano

15 000

Otoño

10 000

Si las plantas capturan y almacenan 1% de la energía solar disponible (k1 = 0.001), y si los animales consumen 20% de la energía total almacenada en los tejidos de las plantas (k2 = 0.2) , entonces el modelo cuantitativo se parece a la Figura 8.6.

Figura 8.6 Diagrama de ecosistema con coeficientes de parámetros. La simulación manual del sistema podría comenzar con Q=0.1. Haga los cálculos en cada línea de izquierda a derecha, para ver si puede reproducir los números de la Tabla 8.4. Trabajo para dos figuras significativas. Tabla 8.4. Cálculos para simulación manual del diagrama en la Figura 8.6. Las unidades son E3 joules/m2/estación. Año

Estación

Luz solar

Producción vegetal

Consumo Animal

Cantidad de materia vegetal

C=0.2*(anterior Q) P=0.001*S

Nuevo

Q=anterior Q+P-C

S

0

Comienzo

1

-

-

-

0.1

Invierno

5 000

5

0.2*0.1= 0.02

0.1+5-0.02=5.1

Primavera

10 000

10

0.2*5.1= 1.0

5+10-1=14

Verano

15 000

15

0.2*14= 2.8

14+15-2.8=26

Otoño


Invierno

2

Primavera etc......

Continúe los cálculos en otra hoja de papel hasta obtener datos de cinco años. Grafique los valores para luz solar y cantidad de materia vegetal sobre la Figura 8.7, continuando el gráfico iniciado arriba. Año: 1 2 3 4 5

inicio

Figura 8.7 Gráfico para los datos de la simulación del modelo del sistema P-R en la Figura 8.6 versus tiempo. 8.8 Computador para Simulación de Producción y Modelo de Consumo El modelo en la Figura 8.5, que fue "simulado manualmente" en la Figura 8.7, puede ser escrito para simulaciones en computador como se muestra en la Tabla 8.5. Los programas para este y otros modelos se incluyen en el disquete de computador disponible junto a este libro, y están listados en el Apéndice A. Tabla 8.5. Programa de computador en BASIC para el modelo P-R en la Figura 8.6.


(resultados multiplicados por 1000.) 10

Q = 0.1

20

k1= 0.001

30

k2 = 0.2

40

N=1

50

IF N = 1 THEN S = 5 000

60

IF N = 2 THEN S = 10 000

70

IF N = 3 THEN S = 15 000

80

IF N = 4 THEN S = 10 000

90

N = N +1

100

IF N = 5 THEN N = 1

110

PRINT T, S, P, C, Q

120

P = k1*S

130

C = k2*Q

140

Q=Q+P-C

150

T=T+1

200

IF T < 20 GO TO 50

Nota: Para que el computador use diferentes valores de luz solar, N se usa para cambiar los valores en cada estación. Para mandar al computador plotar gráficos, substituya el comando de la línea 110. Las instrucciones son diferentes para cada tipo de computador. Para Apple II, cambie lo siguiente: 5 HGR: HCOLOR = 3 6 HPLOT 0.0 to 0, 159 to 279, 0 to 0, 0 110 HPLOT T/0.07, 50- S/350 115 HPLOT T/0.07, 160- Q/0.5 200 IF T/0.07<320 GOTO 50 Para el IBM PC, los cambios serian: 5 SCREEN 1,0: COLOR 0,0 6 LINE (0,0)-(320,180),1,B 110 PSET (T/.07, 50-S/350)


115 PSET (T/.07, 180-Q/.5) 200 IF T/.07<320 GO TO 50 Para imprimir el gráfico en la hoja de papel, en el IBM presione la tecla SHIFT con la tecla PRINT SCREEN (PrtSc). Para Apple, hay varios programas especiales como el Printographer y el Beagle Brothers Triple Dump. 8.7 Discusión. El anterior gráfico de cantidad, muestra el crecimiento y el estado estacionario como en el Modelo 3 (Figura 6.3). El sol es una fuente renovable fija con flujo constante. En consecuencia, la producción de material vegetal aumenta rápidamente al principio, pero desde que el consumo animal es un porcentaje fijo del material vegetal disponible, los consumidores comienzan a aumentar rápidamente hasta que la producción y consumo son iguales. El crecimiento no es uniforme a causa de las variaciones de la luz solar y el pico de crecimiento vegetal está después del pico de luz solar porque hay un atraso en la formación del depósito de la energía (almacenamiento). Un ejemplo de este tipo de crecimiento es la sucesión ecológica. El crecimiento rápido de plantas en un campo abierto cambia a un crecimiento neto mas lento de arbustos y luego arboles, y culmina en un estado estacionario donde árboles y otros productores están en equilibrio con los consumidores. Preguntas y actividades para el Capítulo 8: 1. Defina los siguientes términos: a. b. c. d. e. f. g.

simulación cuantitativo coeficiente programa iteración ecuación diferencial BASIC

2. Haga el diagrama de una descripción cuantitativa de un tanque de depósito mostrando depósito y flujos. 3. Calcule los coeficientes de parámetro de su tanque de depósito, siendo la cantidad almacenada 100 litros y el primer flujo de 5 litros/hora. 4. Usando la Tabla 8.1 como guía, haga una lista de los datos de la pregunta #3 en forma de tabla, esta será extendida para un mínimo de 15 horas. 5. Use sus datos del #4 para graficar cantidad (Q) versus tiempo (T) sobre ejes cartesianos. 6. Grafique los valores para luz solar y cantidad de materia vegetal en la Figura 8.7, continuando el gráfico ya comenzado.


7. Explique por qué el gráfico que completó en la Figura 8.7 es semejante a un gráfico de sucesión ecológica. 8. Como probablemente sabe, hay mucho más sobre programación de computadores en lenguaje BASIC, pero Ud. sabe lo suficiente para simular los Modelos en los Capítulos 6 y 7. Inténtelo entonces.


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS PARTE I. PRINCÍPIOS Y LENGUAJE SIMBÓLICO CAPITULO 9. SISTEMAS OSCILATORIOS OBJETIVOS: 1. Definir y dar ejemplos de sistemas oscilatorios. 2. Diseñar 3 modelos para oscilación. 3. Diseñar el modelo de un ecosistema que periódicamente se queme; explicando cómo un mecanismo de desvío representa la acción del fuego. 4. Demostrar la simulación de modelos oscilatorios en un computador (si está disponible). 5. Comparar el concepto de oscilación de un ecosistema en crecimiento con el concepto de sucesión-clímax. En los Capítulos 6 y 7 se consideraron sistemas que sufren un período de crecimiento natural, después del cual alcanzan un estado estacionario. El proceso de sucesión es frecuentemente considerado en estos modelos. No obstante, muchos sistemas naturales no desarrollan estados estacionarios. Los sistemas considerados en este Capítulo trabajan de un modo diferente. En lugar de alcanzar gradualmente un nivel estacionario, desarrollan repetidas oscilaciones. En cualquier tiempo las cantidades están siempre aumentando ó disminuyendo. Como ejemplo se pueden ver las oscilaciones en poblaciones del ártico. Cuando la vegetación es abundante, pequeños mamíferos herbívoros (lemures) aumentan en número y la consumen hasta que el alimento escasea. Después, la población de estos mamíferos disminuye hasta que ocurre un nuevo crecimiento de la vegetación y el ciclo recomienza nuevamente. Así, los productores y consumidores aumentan y disminuyen, acompañando el desenvolvimiento uno del otro. Oscilaciones similares se observan en relaciones carnívoros-herbívoros, y relaciones entre hospedero-parásito; por ejemplo, las oscilaciones semanales de fitoplancton y zooplancton en el mar. En economía, las oscilaciones marcan las relaciones entre comerciantes que crean depósitos de bienes (oferta) y consumidores que compran estos depósitos (demanda). 9.1 Un Modelo de Oscilación Simple. Un ejemplo simple de un sistema de oscilaciones, es el modelo presa-predador de la Figura 9.1. Los matemáticos y ecologistas pioneros, que descubrieron las propiedades de este modelo, sugirieron que este tipo de relación podría explicar las oscilaciones observadas entre conjuntos de animales, tales como la liebre de nieve y su predador, el lince. Las oscilaciones regulares de estas poblaciones fueron medidas por conteo de pieles (crudas) en el Canadá por la empresa Hudson Bay Company, de 1845-1935. Como se muestra en el diagrama de sistemas de la Figura 9.1(a), existe una fuente de presión constante disponible para la población de presas. Cuando la población de presas comienza a crecer exponencialmente, la población de predadores crece rápidamente


haciendo que la población de presas se reduzca nuevamente. Con menos comida disponible la población de predadores disminuye. El gráfico de las dos poblaciones versus tiempo se muestra en la Figura 9.1(b).

Figura 9.1 Modelo de oscilación simple: predador-presa, mostrando a la presa (Q) siendo consumida por el predador (H). (a) Modelo; (b) resultados de la simulación; (c) la misma simulación anterior en un gráfico con las dos poblaciones. Para muchos sistemas de oscilación este modelo no es realista porque no incluye el reciclaje. También, el tiempo entre oscilaciones depende de la cantidad inicial de Q y H. En sistemas presa-predador de la vida real, el tiempo entre oscilaciones depende más de las relaciones entre predadores y presas, y menos de las cantidades iniciales.


9.2 Gráfico correlacionando las dos poblaciones. En lugar de graficar las dos poblaciones versus tiempo, como en la Figura 9.1 (b), se puede hacer un gráfico con la cantidad de una población sobre el eje horizontal y la cantidad de la otra población sobre el eje vertical. Como resultado del proceso de oscilación, se obtiene un gráfico circular de acuerdo con la Figura 9.1 (c). Este modo de graficar la población muestra que la oscilación se está repitiendo. 9.3 Modelo de desvío (Interruptor). Otro tipo de modelo de oscilación inicia la acción del consumidor con un camino de desvío que empieza cuando la cantidad de productos alcanza un valor limite. Este modelo se muestra en la Figura 9.2 (a) con un símbolo de un interruptor. Un ejemplo es el sistema de pastoreo y fuego. Cuando la biomasa llega a un nivel suficientemente grande, cualquier llama que aparezca en el sistema, sea por relámpagos o fósforos, genera un incendio. La materia orgánica se consume y muchos de los nutrientes retornan al suelo, quedando almacenados, para estimular un nuevo crecimiento de plantas. Este modelo es apropiado para la quema repetida de mudas de árboles de corteza gruesa en un bosque de pinos (Figura 3.3).


Figura 9.2 Modelo de desvío. Q, cantidad de pasto por m2; F, cantidad consumida por el fuego; G, cantidad limite de pasto que permite iniciar el proceso de quema; N, nutrientes en el suelo; E, energía. El patrón de comportamiento del pasto y de los nutrientes en relación al tiempo que resulta de este modelo, se muestra en la Figura 9.2 (b). La producción se extiende en un periodo largo, mientras que el consumo se realiza como un pico intenso que ocurre un tiempo muy corto. En el modelo de simulación de este sistema, representamos la acción de desvío con comandos IF en BASIC, por lo cual el computador responderá: IF Q > G THEN Q = Q - F Esto significa que cuando el pasto (Q) crece sobre el limite (G), el fuego se inicia. El pasto se quema hasta un nivel bajo de biomasa (Q - F). Después de eso comienza a crecer nuevamente. El listado del programa de simulación para un modelo de pasto-fuego se encuentra en la Tabla A.11 del Apéndice A. 9.4 Modelo de Pico de Consumo. La Figura 9.3 es un modelo importante que ha sido descubierto para aplicar en muchas partes de la biosfera incluyendo predadores y presas. Tiene más de un camino de consumo, uno de estos opera a bajos niveles de energía y uno a altos niveles de energía que se vuelve un consumo frenético. Existe un pico de consumo rápido. Como en el modelo de desvío, los nutrientes son reciclados. Como ejemplos tenemos el desarrollo de plantas y el consumo epidémico por una nube invasora de langostas, o insectos forestales que repentinamente consumen todas las hojas. Un ejemplo económico es el almacenamiento de bienes de un país, los cuales son consumidos por un conquistador.


Figura 9.3 Modelo de Pico. Q, productores; C, consumidores. (a) Diagrama de energía; (b) simulación. Figure reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.

Un modelo similar explica la oscilación de las reacciones químicas que generan bonitos diseños en soluciones de un laboratorio de química. Las oscilaciones en el tiempo tienen formas espaciales. Existe un interés mundial en la idea de que, mediante este tipo de sistema, las reacciones químicas desarrollan estructuras vivas. Uso de Planillas de Cálculo: Otra forma de simular modelos es permitiendo al computador realizar los cálculos en tablas de iteración (como la Tabla 8.4), usando una planilla de cálculos, como Excel, Quatro, Lotus para IBM PC, etc. Estos programas facilitan la visualización de los resultados y la impresión de los gráficos obtenidos. Preguntas y actividades del Capítulo 9 1. Definir los siguientes términos: a. predador


b. c. d. e. f.

presa oscilación fitoplancton zooplancton epidemia

2. Haga un diagrama de un sistema predador-presa. Identifique la presa y el predador. 3. Qué sucedería en su sistema predador-presa si la fuente de energía aumentase? 4. Qué sucedería en su sistema predador-presa si el número de presas en el sistema disminuyese? 5. Discuta una desventaja importante asociada al modelo de oscilación simple predadorpresa. 6. Haga un diagrama de un sistema oscilante que contenga una trayectoria de reciclaje de materiales. 7. Sobre qué condiciones es adecuado un 'incendio' en un sistema de oscilación típico? Haga mención del valor límite y reciclaje de nutrientes en su respuesta. 8. Ejecute los programas para las Figuras de este Capítulo. Vea el listado en las Tablas A.10-A.12.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS

INTRODUCCIÓN La Parte II introduce los principales tipos de ecosistemas. Donde quiera que haya condiciones similares, se desenvuelven ecosistemas similares. Un arrecife de coral en el Océano Indico es semejante a uno en el Océano Pacífico, se pueden encontrar los mismos tipos de plantas y animales aunque no exactamente las mismas especies. El desierto de la Argentina es parecido a desiertos en regiones de la misma zona climática en los Estados Unidos. Un tipo de ecosistema encontrado en climas similares por todo mundo se llama bioma. La Parte II describe los aspectos generales de los principales biomas. La Figura II.1 tiene un diagrama simplificado de los principales biomas terrestres; en él se muestra dónde se ubican en cada continente. En el segundo diagrama, se encuentran las principales zonas climáticas de la Tierra. Donde existen climas semejantes, los ecosistemas son semejantes. La zona climática determina el bioma existente. Conociendo los principales cinturones climáticos se facilita el conocimiento de los biomas. La latitud (distancia del Ecuador) y las posiciones este-oeste del continente son factores importantes que afectan la temperatura y la pluviosidad. Siempre hay variaciones en las condiciones locales dentro de un bioma. Por ejemplo, dentro de la vegetación septentrional de coníferas, existe un área baja que se llena de agua y se convierte en un pantano. Ese área se revela un poco diferente a la vegetación que la circunda. Diferentes rocas geológicas afectan la formación del suelo, causando diferencias locales. Los biomas se mezclan en sus fronteras, normalmente hay un gradiente a medida en que se cambia de un bioma a otro. En algunos lugares de la Tierra, se pueden encontrar diferentes biomas, unos cerca de los otros. La montañas elevadas son un buen ejemplo, ya que diferentes altitudes se caracterizan por temperaturas y regímenes pluviométricos propios. Al subir una montaña es posible observar algunas mudanzas climáticas al recorrer cientos de millas en dirección a los polos. Por lo tanto, en una montaña, se encuentran biomas de regiones frías a pocas millas de biomas de regiones calientes de baja altitud. En ciertos lugares de la Cordillera Andina ó las Montañas Rocosas, simplemente escalando se puede ir del desierto al bosque de coníferas, a la tundra, a condiciones polares, etc. A medida que se proceda a la descripción de varios biomas, consulte la Figura II.1 para familiarizarse con su localización en el hemisferio septentrional. Cuando se desenvuelve un nuevo ecosistema sobre un suelo abierto, o en un nuevo estanque (laguna), las especies se trasladan y son remplazadas por otras. Usualmente los ecosistemas son simples, al principio, pero van volviéndose cada vez más complejos a medida que se incluyen otros organismos. Las etapas en este desenvolvimiento son llamadas sucesión. Durante la sucesión normalmente existe un crecimiento en la


biomasa total, crecimiento del almacenamiento de nutrientes, y un aumento en la diversidad de las especies participantes.

Figura II.1 (a) Distribución típica de biomas en un continente virtual 1. Hielo Polar; 2. Tundra; 3. Bosque templado pluvial; 4. Taiga; 5. Bosque de Chaparral; 6. Praderas; 7. Desierto; 8. Bosque estacional; 9. Bosque subtropical perenne. 10 Sabana; 11. Selva tropical estacional; 12 Selva tropical pluvial. (b) Zonas de vientos y precipitación pluvial en un hemisferio. 13. Alta presión polar y aire descendente con algo de nieve; 14. Vientos polares del este; 15. Zona de frente polar y tormentas ciclónicas pasando de este a oeste, con lluvia pesada y nieve; 16. Vientos del oeste; 17. Alta presión subtropical y aire descendente con algo de lluvia; 18. vientos ascendentes del este; 19. Zona de convergencia intertropical, lluvias del cinturón ecuatorial Después de algún tiempo, el continuo crecimiento se detiene. Si las condiciones climáticas cambian levemente, el ecosistema puede variar muy poco y tiende a reproducirse por si mismo: los organismos que mueren son reemplazados por otros del mismo tipo. El ecosistema está entonces en un estado de equilibrio, esa etapa se denomina clímax. Las características del ecosistema maduro son la diversidad, un rico ciclo de nutrientes, gran almacenamiento de materia orgánica, y una compleja red de plantas y animales capaces de sobrevivir usando luz solar y otros recursos. En muchas áreas forestales, en terrenos limpios abandonados, primero crecen hierbas silvestres, luego árboles (coníferas) y finalmente árboles robustos formando un bosque (si se evitan incendios). En varias tierras húmedas recién devastadas, primero crecen plantas silvestres, luego sauces, y eventualmente llegan al clímax con árboles típicos de esas zonas. Los animales ejercen controles importantes en el proceso de sucesión, tanto en disponibilidad de semillas como de diversidad.


Durante la sucesión inicial, las plantas crecen y se produce mucha más materia orgánica de lo que se consume. Después, en el clímax, hay más consumidores, y gran parte de lo que es producido se consume en el mismo año. Cada bioma tiene etapas características de sucesión y modelos característicos de clímax. Ejemplos y más discusiones sobre sucesión y clímax se abordarán con mayor detalle en el Capítulo 15. El clímax de un ecosistema no es permanente, porque existen ciclos climáticos que causan cambios en el bioma. Por ejemplo, cuando periodos de hielo vienen y van, las zonas climáticas que controlan el ecosistema también vienen y van. Además, hay ciclos de renovación causados por las oscilaciones en la actividad de vida de organismos dentro del ecosistema. Por ejemplo, los pastizales constituyen un depósito de vegetación que es consumido por manadas de rumiantes de vida libre o por el fuego. Cada bioma posee diferentes modelos de oscilaciones. Vea los modelos de oscilación del Capítulo 9. Después de que el clímax es perturbado por un factor externo o interno, la sucesión opera nuevamente. Las aguas azules de mar abierto, los campos de algas, y los pantanos de agua salada son ejemplos de ecosistemas similares en el océano, que se desarrollaron a partir de condiciones semejantes. Donde el uso humano de la naturaleza es parecida, se desarrollan ecosistemas similares de control humano, como son las plantaciones forestales y sistemas agrícolas, algunas veces denominados agro-ecosistemas. Este tipo de ecosistema también está incluido en la Parte II.


Figura II.2 Relaci贸n de biomas en relaci贸n a la temperatura y precipitaci贸n. Fuente: "Ecoscience: Population, Resources, Enviroment.", Paul R. Ehrlich, and John P. Holden, W. H. Freeman, New York, 1977.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPÍTULO 10. EL OCÉANO OBJETIVOS: 1. Distinguir entre ecosistemas: oceánico, de plataforma continental, de arrecifes de coral, de algas marinas, costa rocosa, playa y duna; 2. Discutir la importancia del plancton en el ecosistema marino; 3. En un mapa oceánico, verificar los efectos de la fuerza Coriolis en dirección de las corrientes marítimas; 4. Diseñar un modelo de ecosistema marino, usando símbolos de energía; 5. Explicar la diversidad en un arrecife de coral; 6. Hacer una lista de los componentes de la línea de arrastre; 7. Explicar el proceso de sucesión en un ecosistema de dunas. Setenta y uno por ciento de la superficie terrestre está cubierta por mares y océanos. El océano es importante para el mundo, crea lluvias, mantiene temperaturas adecuadas para la vida y sustenta la pesca.

Figura 10.1 Zonas Oceánicas. Las Figuras 10.1 y 10.2 muestran zonas oceánicas. Cada zona tiene un ecosistema con organismos especialmente adaptados para vivir allí. En la Figura 10.1, comenzando


en la costa a la izquierda, se encuentran hacia la derecha: dunas, playa, plataforma continental, un arrecife de coral y la zona oceánica.

Figura 10.2 Relaciones de los relieves oceánicos. 10.1 Ecosistema oceánico: El agua de la zona oceánica o mar abierto rodea continentes mas allá de las plataformas continentales, donde el fondo del mar cae drásticamente. Debido a la pureza de las aguas profundas (respecto a partículas, limo y materia orgánica) la luz penetra profundamente. Las plantas pueden fotosintetizar hasta a 100 m de profundidad. Solamente alguna luz azul se dispersa nuevamente a la superficie, es por eso que el agua parece azul oscuro; desde los satélites los océanos azules parecen casi negros. Las corrientes de agua en el océano, son principalmente guiadas por los vientos predominantes que inciden en el agua. Los flujos de vientos se muestran en la Figura II.1b. Las corrientes marítimas guiadas por esos vientos van en grandes círculos como muestra la Figura 10.3. La corriente del lado oeste del océano es muy fuerte. Un ejemplo en la Florida es la corriente del golfo, que llega a velocidades de 2 a 20 km por hora hacia el norte.


Figura 10.3 Corrientes marinas. En profundidades mayores existe una contracorriente con las aguas del fondo que vuelven hacia el ecuador. Esas aguas son muy frías, cerca del punto de congelamiento del agua marina (casi 2 C más frío que el punto de congelamiento del agua dulce). Las aguas más profundas del ecosistema oceánico, son ricas en nutrientes provenientes de la descomposición, en el pasado, de materia orgánica. Esa materia fue llevada al fondo del mar por migración animal y por movimiento de las aguas profundas. Ese movimiento es llamado corrientes de resurgencia. El plancton (organismos suspendidos en el agua) se mueve junto a estas corrientes. A pesar de que la vida en el área oceánica sea dispersa, también es diversa e interesante. Tiene muchos tipos de minúsculo fitoplancton. El zooplancton se mueve hacia la superficie durante la noche, cuando no es tan visible para los carnívoros, y hacia el fondo durante el día. Muchos animales mayores, incluyendo peces, también se mueven hacia la superficie y al fondo (hasta 800 metros) en su ciclo diario; son auxiliados por grandes y turbulentos remolinos generados por las corrientes, vientos, olas y mareas. Esos organismos reflectan el sonar (ondas sonoras), que las embarcaciones usan para visualizar el fondo del mar, pareciendo un falso fondo marino que sube en la noche y desciende de día. Observe la capa de dispersión en la Figura 10.4.


Figura 10.4 Migración diaria de la capa de organismos. Los alimentos convergen a través de la cadena alimenticia en peces que nadan rápido, como el atún. La enorme variedad de animales marinos (como el pez espada y el delfín) son importantes atracciones para turistas. El sistema oceánico tiene algas del tipo sargazo-marrón que forma columnas paralelas en dirección al viento. Olas guiadas por el viento causan remolinos que mueven el sargazo flotante por esa líneas, donde aguas superficiales convergen y giran para volver por su camino. Muchos de los animales que flotan en ese ecosistema son azul-brillante, como la medusa "caravela portuguesa". La Figura 10.5 es un diagrama de un ecosistema marino. La organización del ecosistema tiene la misma forma básica de otros sistemas; tiene fuentes externas, productores y consumidores. Como sea, en el sistema oceánico, la turbulencia es de especial importancia pues provee las misturas, verticales y horizontales, de nutrientes y gases. La turbulencia es agua con muchos remolinos circulares y corrientes que cambian de dirección constantemente. Vientos y diferencias de presión del agua mantienen el agua en constante movimiento. Esas energías se muestran en el diagrama de sistema, como remolinos turbulentos y corrientes de resurgencia.


Figura 10.5 Diagrama de un ecosistema marino mostrando flujos de energía dentro y fuera del agua profunda. El diagrama muestra el flujo de la turbulencia en dirección al fitoplancton y zooplancton. La turbulencia mantiene el plancton en movimiento, ayudando a proveer sus necesidades y llevando a la superficie a aquellos que están en el fondo del mar. El fitoplancton es el productor en el ecosistema marino (diatomeaceas, dinoflagelados y otras algas microscópicas). El zooplancton está compuesto por animales en suspensión, que en su mayor parte se alimenta del fitoplancton. En estos se incluyen muchos tipos de organismos, desde protozoarios microscópicos hasta medusas. El diagrama del ecosistema marino también ilustra como funciona la circulación para proveer nutrientes, los materiales perdidos de la red alimenticia marina se dirigen a las aguas profundas antes de su descomposición. Descomposiciones subsiguientes liberan los nutrientes de la materia orgánica. El agua marina de resurgencia devuelve esos nutrientes perdidos a la superficie donde estimulan el crecimiento del fitoplancton, y desde allí, toda la cadena alimenticia. La áreas de resurgencia proveen ricas zonas pesqueras. Observe la Figura 10.6.


Figura 10.6 Corrientes, costa continental, y áreas de resurgencia importantes para la pesca. Mapa de: Espensade, E.B., ed., 1950, Goode's School Atlas. Rand McNally, NY. Resumen de corrientes oceánicas, resurgencia y costas continentales de: Scientific American, 1971, Oceanography, W.H. Freeman, San Francisco. Las ballenas dependen de cardúmenes de pequeños camarones llamados krill para alimentarse (Figura 10.7). Viviendo de fitoplancton en aguas fértiles, el "krill" se desarrolla en enormes masas. Especialmente en aguas árticas y antárticas, fuertes corrientes concentran fitoplancton para alimentar el krill. Normalmente, la energía que pasa a través de la cadena alimenticia requeriría varios pasos intermedios para pasar de organismos tan pequeños como el fitoplancton a organismos tan grandes como las ballenas, pero las fuertes corrientes hacen que menos pasos sean necesarios. Debido a los muchos años de caza indiscriminada, es posible que haya apenas un décimo de la población original de ballenas hoy en día; y algunas especies están corriendo peligro de extinción. Tratados internacionales han reducido la caza de ballenas, y algunas poblaciones están restableciéndose. Aparentemente, otros peces, aves marinas y gaviotas comen el krill que no es aprovechado.


Figura 10.7 Red alimentaria de ballena y atún, mostrando el importante papel de las corrientes. Dónde y cómo las personas se encuadran en este sistema?. 10.2 Ecosistema de plataforma continental. El ecosistema de plataforma continental no es tan profundo como el sistema de las aguas azules, ya que desde la playa el declive desciende hasta 200 metros; así, las aguas costeras se ven más influenciadas por los vientos calientes y fríos de la tierra; los sedimentos y nutrientes son arrastrados por el movimiento de las aguas en la playa. Los animales de las zonas profundas son reemplazados por los muchos tipos de animales que viven en y sobre el fondo arenoso. El agua de la costa continental es mas turbia y por eso parece mas verde, en ella el fitoplancton realiza más procesos fotosintéticos. La plataforma continental también tiene corrientes circulares, estas son en parte originadas por los ríos. Al entrar los ríos entran en el mar, sus aguas viran hacia la derecha debido a que la Tierra está rotando en dirección contraria. Ese giro hacia la derecha es llamado fuerza de Coriolis. En el hemisferio sur, la fuerza de Coriolis gira hacia la izquierda. Las poblaciones de plancton y larvas de importantes especies (como camarones, cangrejos y peces) pueden permanecer en la misma área, moviéndose junto con las aguas costeras en patrones circulares.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPITULO 10 OCÉANOS. Segunda parte Muchas de la especies costeras, cuando están listas para procrear, emigran a mar abierto donde hay condiciones uniformes de salinidad y temperatura. Las fases juveniles generalmente retroceden y crecen en estuarios (desembocadura de ríos en el mar, donde hay alimento en abundancia a causa de las corrientes). Vea Figura II.1. Para hacer la Figura 10.5 apropiada para el ecosistema costero, la caja de aguas profundas debe ser sustituida por la fauna y flora del fondo del mar (también denominada bentos). Ellos reciben una lluvia de coliformes fecales, células de plantas y otras materias orgánicas de la superficie, que es filtrado del agua o consumido directamente del fondo arenoso. Las acciones de esos animales y de los microbios (que ayudan al consumo del alimento orgánico) liberan nutrientes inorgánicos que los remolinos devuelven al fitoplancton de la superficie. Algunas veces se comenta que si las personas administrasen el mar con más eficiencia, podría producir mucho más alimentos; eso es exagerado, la mayoría de los océanos tienen muy pocos nutrientes y sus redes alimenticias son dispersas. Una gran fertilidad se encuentra en zonas de resurgencia y en las plataformas continentales. Allí, los consumidores de desechos, en el fondo poco profundo, son el comienzo de diversas cadenas alimenticias. La mayoría de productos marinos de comercio mundial -peces, cangrejos, langosta y mariscos- se obtienen en la plataforma continental. Esas áreas tienen un alto movimiento pesquero. La cantidad de peces marinos pescados alrededor del mundo mostró un aumento pronunciado en la cosecha de 1900 a 1970, después de la cual el crecimiento fue más lento (Figura 10.8). Dispositivos de pesca mecánicos y navíos de beneficiamiento pesquero traen tanto pez, que el número de algunas especies ha sido severamente disminuido. Hubo incremento de costos de combustibles para barcos y menos áreas que no fueron sobrepescadas.


Figura 10.8 Crecimiento de la pesca en el mundo, 1950-1982 Todo sistema renovable que abastece energía, necesita de retroalimentación para reciclaje y control para sobrevivir. Como vemos en la Figura 10.9, los hombres han retirado productos del océano, pero no ha repuesto nada al sistema, salvo los nutrientes en aguas servidas. De cualquier manera, aún con una mejor administración, el océano no puede resolver los problemas alimenticios de nuestro mundo sobrepoblado.

Figura 10.9 Productos pesqueros sin retroalimentación . 10.3 Arrecifes de coral. A lo largo de la costa, y en el fondo de aguas poco profundas y templadas (sobre los 20° C), donde las ondas y corrientes son fuertes, se desarrollan los ecosistemas de arrecifes de coral. Una alta diversidad de plantas y animales construyen plataformas de piedra calcárea con sus esqueletos, la mayoría de los arrecifes de coral son colonias de medusas que forman esqueletos de piedra calcárea debajo de sus cuerpos. Algas calcáreas rojas y verdes también forman esqueletos que contribuyen a la formación de los arrecifes.


Figura 10.10 Arrecife de coral Los corales obtienen la mayoría de su alimento y energía, para formación del esqueleto, a través de la fotosíntesis de algas simbióticas llamadas zooxanthellae, que viven en sus tejidos. También capturan pequeños organismos con sus células urticantes. Los nutrientes producidos por el metabolismo de esos alimentos son utilizados por el zooxanthellae. La alta densidad poblacional en los arrecifes requiere fuertes corrientes y/o la acción de las olas para abastecer de oxígeno la respiración, nutrientes para el crecimiento, carbonatos para los esqueletos y otros alimentos. Algunas de las características de los ecosistemas de arrecifes de coral se dan en las Figuras 10.10 y 10.11. Su principal característica, la alta diversidad de coloración de sus animales y plantas, es difícil de expresar en el papel. Hay muchas relaciones simbióticas entre los organismos. Como en otros sistemas con alta diversidad, hay muchos tipos de organismos pero pequeñas poblaciones de cada tipo.


Figura 10.11 Ecosistemas de arrecifes de coral. M.O. partículas de materia orgánica en el agua. Los varios corales, mariscos, esponjas y algas se fijan unos a otros para formar complejas superestructuras porosas, en las cuales viven otros animales. Cuando los corales mueren, los esqueletos de piedra calcárea son luego invadidos por algas no simbióticas de vida libre. La estructura del arrecife es una fuente rica de alimento para varios consumidores, como por ejemplo el pez papagayo, que utiliza el coral vivo y muerto como fuente de alimento. Los pepinos de mar digieren fragmentos de arrecifes. Partículas de materia orgánica (residuos) en la arena calcárea, entre los corales, son consumidos por crustáceos y pequeños peces. Son comunes los grandes carnívoros, como las "morenas" que viven en los arrecifes, y barracudas y pequeños tiburones que viven en sus márgenes. Las especies comestibles de los arrecifes de coral son vulnerables a la pesca, porque hay muchos tipos de organismos, pero sus poblaciones son pequeñas y son fácilmente sobrepescadas. Muchas especies están desprotegidas, porque los arrecifes son rasos y el agua clara; por ejemplo, la langosta espinosa ha sido pescada en exceso por buzos y pescadores con redes. La manutención de la población de langostas depende de soltar gran número de larvas en el agua para que sean esparcidas por varias millas. Cuando las poblaciones de langostas se vuelven escasas en áreas muy extensas, el número de larvas puede estar bajo el mínimo necesario para mantener las poblaciones de esta área. Parece necesario establecer acuerdos internacionales para que la productividad de la pesca no decaiga excesivamente y la industria pesquera continúe viable. Si bien las temperaturas y regímenes de iluminación varían poco durante el año, hay ciclos periódicos de reproducción y vida; algunas veces se presentan picos de consumo y crecimiento. Por ejemplo, una epidemia de un tipo de estrella de mar gigante y


carnívora, Acanthaster, puede consumir corales, dejando tras de si un arrecife desierto de cabezas blancas de coral. 10.4 Campos de algas marinas. A lo largo de la costa rocosa poco profunda, donde las aguas son frías y las ondas son favorables, como en el litoral de California, se desenvuelven ecosistemas de algas. Se trata de un alga gigante y marrón sujeta al fondo, tiene hojas carnudas y largas que alcanzan la superficie y que poseen bolsas llenas de gas que las mantiene en la superficie. La producción fotosintética es grande. Vea las Figuras 10.12 y 10.13. Hay muchos animales típicos del ecosistema de algas, tales como el "pez alga", madreperlas y nutrias marinas. Los erizos de mar cortan las algas libres, haciendo necesario un nuevo crecimiento. Cuando el "pez alga" se pesca en exceso, los erizos aumentan en número y las algas se reducen. Esas pescas excesivas causan oscilaciones en el sistema.

Figura 10.12 Ecosistemas de algas.


Figura 10.13 Ecosistemas de algas. 10.5 Ecosistemas de incrustaciones sobre rocas en entre-mareas. Donde las rocas u otras superficies duras se encuentran entre alta y baja marea (zona de entre-marea), se desarrolla un ecosistema especial con organismos fijos y que pueden vivir por algunas horas tanto dentro como fuera del agua. Las plantas son de igual manera resistentes al resecamiento, son algas fijas de color rojo y marrón. La mayoría de los animales poseen esqueletos protectores, tales como crustáceos, ostras y mejillones. La comunidad de organismos se adapta para utilizar los nutrientes y partículas de alimentos que son arrastrados por la marea y rompientes de olas. También forman parte del sistema los peces predadores, que ingresan cuando la marea es alta. 10.6 Playas. Los ecosistemas de playas son importantes como atracción turística y como un lugar donde la energía de las olas es utilizada. Las playas se forman cuando hay un abastecimiento de arena y energía de olas regulares que conservan la playa organizada y limpia. Mucha de la arena que forma parte de las playas fue traída por la corriente marina a través de millones de años, esa corriente se genera en la zona de rompimiento de las olas que vienen hacia la playa de forma angular. Las olas envían su energía en corrientes a lo largo de la playa llevando arena en la dirección en que esas olas rompen. Vea las Figuras 10.14 y 10.15 La playa es un fantástico filtro. Cada rompimiento de ola esparce agua a través de la arena y cuando el agua retorna, está filtrada; la playa es algo semejante al filtro de grava


usado en redes de tratamiento de agua. El espacio entre granos contiene animales minĂşsculos y microbios que consumen materia orgĂĄnica y retornan nutrientes al agua.

Figura 10.14 Zonas en una playa tĂ­pica


Figura 10.15 Sistema de las playas. M.O.= materia orgánica. Con la marea alta, los escombros flotantes se reúnen en dirección a las líneas de arrastre de la corriente. Esos escombros incluyen sargazos, otras plantas marinas, troncos, gajos (que fueron a parar al mar a través de los ríos), y todos los tipos de basura humana. Minúsculos crustáceos incrustados, viven en esas líneas de arrastre. Las olas mantienen la forma de la playa de acuerdo con la intensidad de su fuerza. Fuertes rompientes hacen que la arena de la playa sea gruesa, porque la arena fina es arrastrada con el agua. En este siglo hubo un aumento general del nivel mundial del mar, aproximadamente 30 cm. Algunas estructuras construidas cerca al mar han sido amenazadas por el movimiento marino; para detener la arena se construyeron defensas de rocas, con el objetivo de eliminar el flujo normal de nueva arena por la corriente, que causa mas erosión en la playa. 10.7 Ecosistemas de dunas de arena. En dirección a la costa desde las playas, en áreas sin disturbios, se encuentran las dunas de arena. Son grandes colinas de arena construidas por arena de la playa cargada por el viento. La sucesión de las dunas de arena sigue los mismos pasos descritos anteriormente. Plantas pioneras, tales como hiervas y avena de mar, crecen primero. Sus semillas son fácilmente transportadas por pájaros y pequeños animales. Esas hiervas


altas sostienen la arena arrastrada por el viento, sus largas raíces fibrosas alcanzan el agua del subsuelo (agua de lluvia que penetra a través de los poros de la arena). El agua fresca recogida en las dunas es suficiente para sustentar pequeñas comunidades de personas. Debido a que el agua fresca es menos densa que el agua salada, la primera flota sobre la otra manteniéndose separadas. Para cada pie de agua fresca en las dunas sobre el nivel del mar, hay 40 pies de la misma bajo el nivel del mar. Cuando demasiada agua fresca se retira, el agua salada puede fluir por los lados o por abajo. Esto se llama intrusión de agua salada, o cuña salina. Esto empobrece las dunas como abastecedoras de agua dulce. Donde las dunas no han sido alteradas por muchos años, se desarrolla una vegetación marítima. La espuma de las tempestades marinas tiende a matar las hojas. Pero la vegetación desenvuelve una espesa cobertura superior que protege las hojas interiores de la espuma salada. Esa vegetación hace que la costa marina sea estable y segura al paso de tempestades. Si la vegetación es retirada y las dunas se destruyen, la arena comienza a moverse con el viento y se vuelve inestable, eliminando la protección contra la invasión del mar cuando suceden grandes tempestades. Las dunas y playas deben ser capaces de ajustarse a las mareas y tempestades, y conservar su capacidad de reformarse para mantener el sistema saludable; además la zona de la playa debe ser amplia, libre de pavimentación y de tipos exóticos de vegetación. Las casas deberían construirse sobre plataformas, así la arena podría moverse entre las mismas. Ya que las plantas de las dunas no son muy resistentes a vehículos, los buggies deberían ser prohibidos. La vegetación natural da un ambiente bonito y un buen hábitat para muchos animales. Preguntas y actividades del Capítulo 10 1. Defina los siguientes términos: a. ecosistema oceánico b. plataforma continental c. arrecifes de coral d. playas e. dunas de arena f. corriente del golfo g. campo de algas 2. Dé tres razones por las cuales un océano es un ecosistema valioso. 3. Describa tres ejemplos de la diversidad en un arrecife de coral. 4. En varias áreas, las playas son de gran valor recreativo. Ellas son de importancia vital para la tierra. Describa como las playas protegen el terreno . 5. Explique como la arena forma parte importante de la playa. 6. Describa un modelo del ecosistema oceánico usando los símbolos de energía.


7. Describa por qué y como la fuerza Coriolis afecta los océanos del mundo . 8. Describa la sucesión de un sistema de dunas.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPÍTULO 11 ESTUARIOS OBJETIVOS: 1. Nombrar las plantas y animales representativos encontrados en los estuarios. 2. Hacer una lista de las características de un sistema de estuario. 3. Diseñar el diagrama de energía de un estuario. 4. Describir como se forma un arrecife de ostras. 5. Comparar un arrecife natural de ostras con un arrecife comercial. 6. Diseñar un diagrama de energía de un ecosistema de arrecife natural de ostras. 7. Diseñar un diagrama de energía de un típico sistema de cultivo de ostras. 8. Comparar diversidad versus productividad en las planicies de algas de fondo. Un estuario es un área a lo largo de la costa donde un río se junta al mar. Los estuarios están siempre rodeados de tierras húmedas: ciénagas con pastos halotolerantes ó pantanos con árboles de raíces aéreas que permanecen dentro del agua la mayor parte del tiempo. El estuario es rico en energía y nutrientes, posee un gran número de plantas y animales. Esta riqueza se debe en parte a las corrientes de agua dulce y agua salada. 11.1 Típico sistema estuario. Las fuentes de energía externa de un sistema de estuario son: el agua dulce de los ríos y el agua salada del océano que viene con la marea. El estuario recibe energía cinética (movimiento) del agua; la marea entra, se mezcla con el agua del río, y se va. Las olas formadas por el viento ayudan en la mezcla de agua dulce con agua salada, y así a la energía cinética del estuario. La energía cinética aumenta la productividad del estuario por causa de la circulación de nutrientes, comida, plancton y larvas. Los estuarios tienen una ‘explosión’ de productividad en la primavera y una alta tasa de crecimiento en el verano. Las especies de ostras y cangrejos comerciales son principalmente de estuarios. Muchos tipos de camarones comercialmente importantes, en su etapa adulta viven y procrean próximos a los estuarios, y entran a estos cuando son larvas. El sábalo procrea en la naciente de los arroyos y mientras es joven pasa por el estuario en su camino al mar, creciendo rápidamente en el tiempo que pasa por allí. Debido a la gran cantidad de larvas de especies marinas que crecen en los estuarios, son considerados usualmente como una 'maternidad'. Muchos invertebrados viven en el lodo de las ciénagas. La ciénaga ofrece excelente protección para las larvas y los pequeños peces que van y vienen con las mareas.


La Figura 11.1 es el diagrama de energía de un estuario, en él se muestra el rol de la energía cinética. Las células de fitoplancton se mantienen suspendidas por el movimiento. El movimiento ayuda en la fotosíntesis de las plantas trayendo nutrientes, como dióxido de carbono (CO2 ), nitrógeno (N), y fósforo (P). Así, la energía cinética ayuda al proceso de reciclaje. La agitación también mantiene las partículas de materia orgánica en suspensión y en movimiento, de forma que los animales del fondo pueden capturarlas y alimentarse de ellas actuando como filtros naturales.

Figura 11.1 Diagrama de energía de un estuario. M, microorganismos; N, nitrógeno; P, fósforo; Desechos: materia orgánica muerta y microbios; bentos, animales del fondo: cierto tipo de ostras, cangrejos de río, y gusanos. Comb., combustibles. La marea y el río también traen al ecosistema nutrientes, dióxido de carbono, desechos, zooplancton, peces, huevos y larvas de varios animales. La proliferación de más especies es la manera en que el ecosistema puede desenvolver mayor complejidad . Los pequeños animales, del tamaño de una cabeza de alfiler, que están suspendidos en el agua, constituyen el zooplancton; presente en el agua durante la noche, tiende a esconderse en las partes bajas y oscuras del ecosistema durante el día. El zooplancton come fitoplancton y materia orgánica en suspensión, sirviendo a su vez de alimento a pequeños peces. Principalmente peces del grupo del arenque, incluyendo sardinas, anchoas, sábalo, etc, comen el zooplancton y algo de fitoplancton.


Otra rama de la red alimenticia se encuentra en el fondo. Cae materia orgánica del plancton, y especialmente del bolo fecal del trato digestivo de los animales, también de plantas muertas del fondo. Los microorganismos consumen esta materia orgánica. Los ríos traen en el sedimento que arrastra, arena y barro que formarán el lodo en el cual muchas de las comunidades ecológicas del fondo (bentos) viven. La mezcla de materia orgánica y de microbios que la descomponen se denomina desecho. Los desechos son una rica fuente de alimento para otros organismos del fondo. Los grandes carnívoros (cangrejos, camarones y peces), son capturados y vendidos por los pescadores. Como ejemplos de peces del fondo podemos citar el lenguado y el bacalao pequeño. El papel del gobierno es controlar la pesca por reglamentos y permisos. Estas reglas determinan cuando está permitida la pesca. Muchas especies de pájaros forman parte del ecosistema del estuario, volando hacia dentro y hacia afuera del estuario. Las gaviotas se alimentan de animales que viven en el lodo del estuario y de la playa durante la marea baja. Aves, como la garza, se alimentan en los pantanos, y los pájaros zambullidores, como pelícanos y cormoranes, se alimentan en el agua. Algunos organismos del estuario están especialmente adaptados para resistir las constantes variaciones de salinidad. Deben sobrevivir a niveles de salinidad de 0 %0 (partes por mil) en el agua dulce a 36%0 en el agua tropical de los océanos. Como la energía debe ser usada principalmente para la adaptación a las variaciones de salinidad se da menos importancia a la producción de biodiversidad,y existen menos especies en los estuarios que en los ríos ó en el mar abierto. Pero, a causa de la alta fertilidad, existe una mayor producción de las especies presentes. A la derecha de la Figura 11.1 está representada la pesca. Los barcos reciben divisas de la economía, combustibles y bienes y servicios para su manutención. Se utilizan también recursos humanos en los procesos de pesca. El dinero es parte de este sistema ecológico-económico, ingresa por la venta del pescado y es utilizado en la compra de combustible, bienes y servicios. 11.2 Arrecifes de ostras. Las ostras se fijan unas a otras, construyendo montes de conchas. Cuando las ostras del fondo mueren, las larvas se fijan a las conchas viejas, aumentando el tamaño del arrecife. Con la construcción de los montículos, las ostras tiene un mejor acceso a las corrientes que traen comida y llevan los residuos. Las industrias que cosechan ostras ayudan a mantener el tamaño del arrecife colocando nuevamente las conchas vacías. Este es un ejemplo de retroalimentación al sistema natural realizado por una parte de la industria pesquera. La Figura 11.2 muestra cómo las mareas y los ríos causan corrientes y traen nutrientes inorgánicos y materia orgánica. La interacción de las corrientes y de la materia orgánica produce un flujo de comida para las ostras adultas. Las ostras adultas hacen el arrecife de conchas donde las larvas que crecen se fijan y se hacen adultas. La población de ostras se mantiene baja debido a la predación natural, enfermedades y


cosecha. El taladro (drill en inglés) es un caracol que perfora la concha de las ostras comiendo la parte interna. El taladro aumenta de número cuando la salinidad del arrecife es moderadamente constante; cuando el flujo de agua dulce causa grandes variaciones de salinidad, la población disminuye.

Figura 11.2 Ecosistema de un arrecife de ostras. L, larvas; C, taladros carnívoros; E, enfermedades; M, microorganismos; Mat Org., materia orgánica Los arrecifes de ostras de estuarios comerciales tienen una alta productividad. La diversidad y competitividad se mantienen bajas debido a la constante fluctuación de la salinidad. Otro hábitat comercial está en la zona de entremarea, donde la exposición alternada al aire mantiene otras especies al margen. Sin embargo, los arrecifes de ostras en la zona de entremarea no pueden filtro-alimentarse cuando la marea está baja, esto impide que estos tipos de arrecife crezcan tan rápido cuanto los arrecifes de estuario en aguas profundas. La ostras también viven y crecen en plataformas de perforación y próximos a arrecifes, pero la diversidad de especies es alta y la producción es poco comercial. Un nuevo método de cultivo consiste en colocar una balsa con un estante por debajo, donde las ostras crecen. Algunos arrecifes de ostras se contaminan con bacterias y virus que fueron filtrados del agua contaminada del estuario. Estas ostras pueden ser útiles porque abastecen al


estuario de larvas y se limpiarán nuevamente si se vuelven a colocar en aguas no contaminadas. 11.3 Planicie de algas. Los estuarios rasos, de uno ó dos metros de profundidad, reciben luz suficiente para producir un denso lecho de plantas de fondo, llamado planicie de algas. Estas pueden ser especies de agua dulce, en la zona superior; otras especies en zonas de baja salinidad; y especies halo-tolerantes adaptadas a zonas de alta salinidad. En algunas bahías donde el índice pluviométrico es bajo, la salinidad puede alcanzar valores mayores a la media del agua del mar, que es de 3,5%. Pocas especies están adaptadas a salinidades de 4,5% y 5,0%, pero su productividad puede ser muy alta. Preguntas y actividades para el Capítulo 11 1. Defina los siguientes términos: a. estuario b. maternidad c. invertebrados excavadores d. filtro-alimentación e. sedimento f. salinidad g. partes por mil h. fertilidad i. arrecife j. zona de entre marea k. desechos 2. Dé ejemplos de tipos de plantas y animales encontrados en el estuario. 3. Discuta las características físicas del estuario. 4. Diseñe un diagrama de energía de un ecosistema de estuario. 5. Cómo se forma un arrecife de ostras? 6. Dé dos razones para la alta productividad de las planicies de algas.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS Capítulo 12 ESTANQUES Y CORRIENTES DE AGUA OBJETIVOS 1. Describir tres ecosistemas acuáticos de agua dulce. 2. Diseñar el diagrama de un estanque, mostrando los productores, los consumidores y los flujos de agua. 3. Comparar y contrastar lagos eutróficos y lagos oligotróficos. 4. Diferenciar entre corriente y manantial. 5. Explicar porqué los ciclos del oxígeno y del dióxido de carbono varían en el día y la noche. 12.1 Estanques. Existen muchos tipos de estanques: a veces se forman cuando los canales se llenan de agua, algunos en áreas bajas de antiguas corrientes, otros en depresiones creadas al derretirse glaciares. Existen también depresiones en terrenos donde el caudal de agua del subsuelo sale a la superficie creando estanques superficiales. Estos son estanques naturales. Los humanos también son responsables de la creación de estanques para uso recreativo o para agricultura; indiferente a su estructura física original, tienen los mismos patrones ecológicos (Figuras 12.1 (a) y 12.1 (b)). Los estanques contienen tres grupos de productores: fitoplancton (pequeñas algas suspendidas), plantas y algas benticas (del fondo). Algunas algas están adheridas a las hojas y tallos de las plantas. Los drenajes traen al estanque de las áreas circundantes materia orgánica y nutrientes disueltos. El dióxido de carbono necesario para la fotosíntesis proviene del aire y de la descomposición de materia orgánica. En zonas calcáreas, calcio y carbonato se adicionan al agua por la disolución de rocas calcáreas. El dióxido de carbono y los carbonatos reaccionan formando bicarbonato. El agua con bicarbonato, calcio y magnesio se denomina agua dura. Los estanques de aguas blandas pueden encontrarse en áreas exentas de rocas calcáreas. En estos ecosistemas hay una gran variedad de pequeñas criaturas herbívoras que se alimentan de plantas y algas. Los peces (herbívoros y carnívoros) viven en lagos y estanques que no se secan. Insectos, huevos de zooplancton, semillas de plantas, esporas de algas y microorganismos, e insectos voladores adultos son arrastrados al estanque por corrientes de aire. Los pájaros y grandes predadores, como serpientes, vienen y van.


Figura 12.1 (a) Componentes de un estanque de agua dulce. El nivel de agua se eleva y cae naturalmente, dentro de los límites del estanque. Este fenómeno se traduce en un proceso enormemente diversificado de generación de pantanos y charcos. Estas condiciones ayudan a mantener la diversidad del ecosistema acuático y previene de la concentración excesiva de nutrientes. Esta zona es un buen hábitat para la vida salvaje. La variación de las condiciones secas y húmedas, es importante para ciclos vitales de muchos organismos. La época donde el agua cubre el suelo se denomina hidroperiodo. A medida que el hombre se desenvolvió alrededor de los lagos, quiso mantener el nivel de agua constante para que sus muelles y botes puediesen estar a mano. Muchos lagos se estabilizaron utilizando controladores de flujo. El efecto ha sido la reducción de tierras húmedas y de la vida salvaje a lo lago de los márgenes del lago. En varios casos es necesario restablecer las fluctuaciones naturales del nivel de agua.


Figura 12.1 (b) Ecosistema de un estanque que muestra el almacenamiento y flujo de energía. Herbívoros: larvas de insectos, caracoles, peces. Animales del fondo: gusanos, larvas de insectos, langostinos, peces. Pequeños predadores: insectos, platelmintos, sapos, peces, salamandras. Grandes predadores: peces, serpientes. M: microorganismos. 12.2 Aguas eutróficas y oligotróficas. El agua con una elevada concentración de nutrientes se denomina eutrófica, y aquella con baja concentración de nutrientes: oligotrófica. Estos términos son útiles cuando se describen ecosistemas de estanques. La máxima cantidad de gas que puede disolverse en el agua (nivel de saturación) depende de la temperatura. Por ejemplo, el agua dulce saturada con oxígeno a 21°C contiene 9 ppm (partes por millón) de oxígeno; cuando la temperatura aumenta, la cantidad de oxígeno disuelto disminuye, causando un excedente que se difunde fuera del agua. Si la temperatura disminuye, el potencial de saturación del agua aumenta.


En aguas eutróficas, durante un día soleado, la fotosíntesis es rápida y en consecuencia, el oxígeno y la materia orgánica se forma rápidamente. La cantidad de oxígeno puede fluctuar entre 30 ó 40 ppm. Algo de oxígeno se difunde hacia fuera del sistema, pero la mayor parte se utiliza en la respiración animal y vegetal. En el proceso de descomposición de desechos y disolución de materia orgánica, los microbios consumen la mayor cantidad del oxígeno producido durante el día. Esto puede bajar el nivel de oxígeno en 1 ó 2 ppm al final de la noche. El nivel más bajo de oxígeno determina la capacidad de sustentación del estanque para muchos organismos.

Figura 12.2 Cambios en la concentración de oxígeno, materia orgánica y nutrientes en un estanque oligotrófico (líneas punteadas) y en un estanque eutrófico (líneas sólidas) a lo largo de dos días (con sus noches). Los datos de oxígeno varían de 0 a 30 ppm. La Figura 12.2 muestra esos cambios. La variación en estanques oligotróficos es menor debido a que poseen bajos niveles de nutrientes para estimular la fotosíntesis. Como el segundo día fue nublado, menos luz solar incidió en el estanque y a la fotosíntesis fue menor, ocasionando menos producción de oxígeno y materia orgánica. Plantas y animales respiran día y noche, usando oxígeno y materia orgánica para producir nutrientes. Ocasionalmente, una matanza de peces puede seguir a un periodo de varios días nublados. La respiración es mucho mayor a la producción de oxígeno y algunos peces mueren por falta de oxígeno. Existen peces que poseen vejigas de aire que funcionan como pulmones. Algunos peces que viven en la superficie pueden respirar tragando aire. Aves acuáticas (como patos, garzas y cormoranes) vienen a lagos eutróficos para alimentarse.


Las aguas oligotróficas soportan menos biomasa. Los lagos claros, con pocas algas y plantas flotantes no tienen mucha variación en la disolución de oxígeno. Usualmente son buenos hábitats para peces como la trucha. El desarrollo de asentamientos humanos provocó la descarga de enormes cantidades de aguas residuales, residuos de agricultura y escombros de carreteras a los lagos y ríos. Haciendo a las aguas eutróficas aún más eutróficas, y pudiendo hacer eutróficas las aguas oligotróficas. Con estas condiciones de riqueza de nutrientes, nuevas especies de plantas toman ventaja de las oportunidades. La introducción de plantas exóticas, como los jacintos de agua y las aquileas asiáticas, se extiende donde quiera que las condiciones nutritivas sean exageradas. Estas plantas han sido tratadas como pestes: bloquean el movimiento de los botes e interfieren con la pesca y otras actividades recreativas. En aguas más profundas, la acumulación de materia orgánica se hace tan pesada que en climas nublados se consume mucho oxígeno y se da una matanza de peces. Tentativas de remover estas plantas no han sido exitosas, la utilización de herbicidas pone material vegetal en descomposición en la superficie del estanque. Los descompositores liberan nutrientes y estimulan nuevamente el crecimiento del mismo tipo de plantas. El envenenamiento rompe muchos otros aspectos del ecosistema. Criar peces herbívoros, también acelera el ciclo de regeneración de nutrientes y plantas. La mejor solución es "simple": mantener los nutrientes 'extra' fuera de las aguas navegables y de recreación. A medida que los fertilizantes se hagan cada vez más caros, habrá un uso más eficiente y menos residuos. Se han realizado muchos esfuerzos para conservar y reciclar nutrientes, eventualmente la mayoría de las aguas residuales de agricultura y desechos serán recicladas para fertilizar bosques, cosechas y pastizales. Un método para recolectar estos nutrientes ha sido desarrollado utilizando tierras húmedas naturales: pantanos y charcos. Con la ubicación de estas tierras húmedas entre las aguas residuales y ríos y lagos, los nutrientes pueden filtrarse para crecimiento de árboles de pantanos y para mantener "cinturones verdes" y áreas de vida salvaje. Aún existen estanques oligotróficos en zonas donde el drenaje de aguas incluye únicamente agua de lluvia ó captación de agua de suelos arenosos pobres en nutrientes. A pesar de que su fertilidad no sea tan grande y la razón de crecimiento sea bajo, la variedad y diversidad de su flora y fauna es grande. Estos lagos están rodeados de pasto y juncos, y tienden a ser abiertos. Son excelentes áreas para recreación. 12.3 Corrientes de agua. En el flujo de agua, Figura 12.3, la red alimenticia empieza con las algas y con restos (palos, hojas, insectos muertos, etc.) de la tierra. Las algas absorben los nutrientes para la fotosíntesis y estas a su vez son consumidas directamente por microbios. Muchas corrientes de agua que fluyen en zonas rocosas ó áreas arenosas son oligotróficas. Pueden convertirse en eutróficas si reciben suficientes nutrientes de depósitos minerales, aguas residuales y drenaje de pastizales. Algo del residuo es descompuesto por microbios, y otro tanto fluye corriente abajo. La contribución de restos de tierra es especialmente importante en pequeñas corrientes de bosques, donde el


agua superficial está en la sombra y la población de algas es muy pequeña; en estas corrientes, los restos orgánicos son el soporte primario para la cadena alimenticia. Los insectos de agua dulce pasan la mayor parte de su vida en el agua como larvas. Por ejemplo, cuando las 'moscas de Mayo' maduran, vuelan en un gran enjambre a través del agua. Despues de aparearse, las hembras depositan sus huevos en el agua. Las larvas de insectos se alimentan en el lodo orgánico de los desechos, y pueden ser comidos por peces carnívoros. Algunos peces como el salmonete, TARPOON (tarpão, camarupim) y anguilas se reproducen en el mar y se trasladan a corrientes de agua dulce. Otros peces, como el sábalo y el salmón viajan en contra corriente; se reproducen corriente arriba y los jóvenes regresan al mar donde viven la mayor parte de su vida antes de volver corriente arriba para reproducirse. Existen muchos tipos de corrientes: Las corrientes de pantanos de aguas negras drenan cenagales (tierras húmedas que reciben principalmente agua de lluvia), bahías y regiones pantanosas de tierras altas. Estas aguas contienen agua de lluvia y materia orgánica resultante de la descomposición de turba pantanosa. Generalmente tienen aguas blandas (son ácidas y no contienen mucho carbonato de calcio). La materia orgánica de los pantanos es el producto de las hojas y madera que se descomponen muy lentamente. Si bien las corrientes pueden ser negras o de color café, esto no significa que tengan una falta de oxígeno letal porque la descomposición es bastante lenta. El oxígeno en estas corrientes esta cerca de la saturación media. Es un equilibrio entre la cantidad usada y la cantidad difundida desde el aire. En corrientes montañosas la turbulencia y las rocas son muy importantes. Vea la Figura 12.3. Las elevaciones geológicas forman montañas desde las cuales caen piedras que son "trabajadas" en la corriente: las piedras interactuan con el flujo de agua. La fuerza de empuje del agua hace que las rocas choquen unas con otras fragmentándose y transformándose en sedimento fino. Los animales y las plantas están tan adaptados que pueden resistir o evitar la turbulencia. El principal productor en este tipo de ecosistemas son algas que crecen en la lama de la superficie de las rocas. Las corrientes montañosas son muy rápidas y rocosas para muchas plantas enraizadas. Las larvas de insectos viven bajo las rocas de estas corrientes para protegerse de los predadores y de la turbulencia. Las rocas y diques canalizan el flujo de agua corriente abajo, como se muestra en la Figura 12.3. Dióxido de carbono, oxígeno y nutrientes se mezclan con el agua y son usados por organismos acuáticos. En los sectores más calmados de las corrientes, viven pequeños peces que consumen microbios y larvas de insectos. Las pequeñas truchas utilizan las corrientes montañosas como guarderías, despues de la migración al río. Las anguilas viven cerca de la orillas de las corrientes, comiendo pequeños peces y compitiendo con las truchas por larvas e insectos.


Las anguilas se reproducen en el mar y regresan a las corrientes de agua dulce cuando tienen aproximadamente un metro de longitud. El salmón viaja en sentido contrario, se reproduce en el cascajo de corrientes montañosas, y sus jóvenes descendientes migran hacia el mar donde maduran retornando a la corriente para reproducirse. Cuando las aguas alcanzan las tierras bajas, su velocidad disminuye y se depositan sedimentos. Se desarrolla así una planicie inundada donde pueden crecer plantas de tierras húmedas. Existen corrientes turbias que cargan sedimentos en lugares en que los ríos drenan áreas de suelos arcillosos. Los ríos tienden a ser turbios, con arcilla en suspensión, comúnmente amarillo en épocas de gran drenaje. Generalmente los peces de estos ríos están adaptados a la turbidez. Cuando las aguas de los ríos bajan, los sedimentos se

depositan contribuyendo a la fertilidad del suelo local.

Figura 12.3 Diagrama de una corriente de montaña. Los ríos de marea fluyen dentro del mar y reciben los efectos de la marea en sus puntos más bajos. El agua salada del océano no sube muy lejos en el curso del río, pero


forma una capa de sal en sus orillas a lo largo de varias millas. Estos ríos fluyen con un pulso rítmico, fluyendo lentamente cuando la marea en la boca es alta y corriendo rápidamente cuando la marea es baja. 12.4 Manantiales. Algunos ríos reciben una gran cantidad de aguas de manantial, son bastante claros por lo cual son favorables para practicar buceo y otras actividades acuáticas. Algo de agua se infiltra a través de áreas de arena porosa, rocas calcáreas ó rocas de basalto hasta aguas subterráneas, estas pueden surgir como un gran volumen de agua pesada y clara de manantial. Este flujo de agua tiene un moderado nivel de nitratos y fosfatos. Como el agua es clara, la penetración de luz es buena, y se desarrollan corrientes muy productivas con algas, plantas enraizadas, larvas de insectos y peces. A medida que estas corrientes fluyen por varias millas, recogen desechos y disuelven materia orgánica, convirtiéndose en corrientes similares a las otras. Otros manantiales tienen diferentes componentes químicos. Algunas corrientes salen del suelo sin oxígeno y soportan interesantes ecosistemas de algas verde-azules y bacterias sulfúricasblancas. Estos manantiales tienen pequeñas poblaciones de peces que tragan aire de la superficie, manteniendo las burbujas en sus gargantas. Preguntas y actividades del Capítulo 12. 1. Defina los siguientes términos: a. agua blanda b. agua dura c. agua subterránea d. bentica e. hidroperiodo f. acuático g. eutrófico h. oligotrófico i. nivel de saturación j. turbidez k. infiltración l. sedimento m. larvas 2. Discuta las diferencias entre ecosistemas de corrientes y estanques. 3. Diseñe el diagrama de energía para un estanque. 4. Discuta como un lago oligotrófico puede convertirse en eutrófico. 5. En qué se diferencia una corriente de un manantial ? 6. Discuta cómo es importante la vida animal y vegetal en la determinación de las características físicas de los ecosistemas de agua dulce (disolución de gases).


8. Por qué los niveles de oxígeno y de dióxido de carbono en una estanque, varían en la noche y la mañana?.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS Capítulo 13 Tierras húmedas (WETLANDS) OBJETIVOS 1. Definir tierras húmedas. 2. Identificar las partes de un ecosistema de tierras húmedas. 3. Diferenciar entre tierras húmedas de agua dulce y de agua salada, y entre ciénaga y pantano. 4. Hacer una lista de los valores económicos de las tierras húmedas. Las tierras húmedas son áreas con inundaciones intermitentes. La vegetación que predomina es diferente de aquellas áreas sin inundaciones. Cuando los suelos se saturan de agua, el acceso al oxígeno atmosférico se restringe y los suelos se hacen anaerobios. Las raíces comunes no pueden respirar y la mayor parte de las plantas no pueden vivir allí. Las plantas de zonas húmedas han desarrollado una adaptación especial. Algunas, como los mangles, llevan aire a sus raíces a través de tubos especiales; otros como el gomero negro, realizan parte de su proceso respiratorio en ausencia de aire. Fabrican un producto no oxidado que se transporta a lo alto del tronco para ser oxidado. Los cipreses tienen raíces especiales (llamadas rodillas) que crecen sobre la tierra a través de las cuales intercambian algo de dióxido de carbono y oxígeno. 13.1 Características de las tierras húmedas. A las tierras húmedas de vegetación herbácea se las denomina ciénagas, y pantanos a aquellas con árboles y arbustos. Existen muchos tipos de tierras húmedas con vegetación variada. El tiempo que dura la inundación (hidroperiodo), la profundidad de la inundación y los nutrientes disponibles determinan el tipo de vegetación. Existen muchas controversias acerca del uso de la tierra y clima para mantener los pantanos y las ciénagas. Sorprendentemente, muchos pantanos conservan el agua, en especial aquellos que están en regiones montañosas planas que reciben principalmente agua de lluvia. Si bien las plantas deben transpirar vapor de agua desde sus tejidos al aire, algunos árboles de turberas transpiran menos que otras plantas. Por lo tanto, en los pantanos se pierde menos agua que en superficies abiertas de lagos. La adaptación de estas plantas ayuda a mantener el área húmeda y conservar el agua. La mayor parte del agua puede filtrarse hasta depósitos ó ríos de agua subterránea. Es por ello que los esfuerzos de drenar pantanos para economizar agua son acciones mal orientadas. Debido a que las tierras húmedas reciben agua de tierras altas, actúan como filtros naturales que absorben nutrientes, turbidez y microorganismos muertos. Estudios


recientes demuestran que las aguas servidas pueden ser vertidas en ciénagas y pantanos, proporcionando así un tratamiento natural del agua. El crecimiento en esas zonas de productos útiles al ser humano, como madera y turba, es sustentable, y se ahorrarían millones de dólares en costos de tecnología de tratamiento. Algunas áreas han tenido este tipo de tratamiento de control de aguas residuales por 40 años ó mas, pero solo ahora se entiende cuan bien trabaja este sistema. Como la energía es utilizada en varias adaptaciones especiales para la vida en las tierras húmedas, la diversidad de especies de plantas en estas áreas es menor que en una vegetación ordinaria. La variedad de insectos, pájaros y otros animales, debe ser mucho mayor. 13.2 Pantanos de agua dulce. La Figura 13.1 muestra las principales características de un ecosistema pantanoso. Compare con la Figura 15.1 que es el diagrama de un bosque de tierras altas. Se puede ver que algunas características son similares, como hojas, tallos, raíces, lecho, evapotranspiración, insectos y pájaros. El papel del agua es diferente en el pantano, ya que en este causa sedimentos y turba, acumulando y almacenando nutrientes y otras sustancias.


Figura 13.1 Principales características de un pantano planicie inundada de río. 13.3 Marismas y manglares. Las tierras húmedas cubiertas temporalmente por agua salada, tiene una vegetación característica. En áreas con heladas durante el invierno, predominan las plantas de marisma. En áreas más tropicales sin heladas, las tierras húmedas de agua salada desarrollan manglares (con árboles de agua salada). En la Figura 13.2 se exponen las principales características de este tipo de ecosistema. El agua corre en forma de ríos y las mareas permiten la entrada y salida del agua salada. Los cambios de marea también intercambian con mar abierto: peces, plancton y larvas jóvenes de animales, y cargan consigo materia orgánica, polución y sedimentos. La energía de las mareas interactua con las plantas haciendo una red de canales para que el agua pueda fluir libremente.


Figura 13.2 Ecosistema de tierras húmedas de agua salada. Las plantas de las ciénagas y los mangles tienen una forma especial de obtener agua dulce a partir del agua salada que baña sus raíces. Algunas usan luz solar para transpirar agua y la succión en el tallo extrae agua de las raíces, dejando algo de sal atrás. Otras plantas utilizan los productos de la fotosíntesis como energía para segregar sal de sus hojas. Como la energía se utiliza para adaptación al medio salino, existe menos diversidad en estos ecosistemas. La evaporación de agua y la transpiración realizada por las hojas, deja sal en el suelo. Los cambios de marea y el agua de los ríos 'lava' la sal del suelo. Sin embargo, si la sal se acumula, las plantas se quedan enanas ó mueren. En la Figura 13.2 la presión de la sal mata a las plantas, produciendo hierba muerta y un almacenamiento de turba. Las partículas pequeñas de plantas muertas adicionan materia orgánica que fluye hacia adentro con el agua de los ríos y mareas, y sirve de alimento a mariscos de filtroalimentación y ostras. Las partículas grandes son alimento de cangrejos, caracoles y gusanos.


Las marismas, con varias especies de pastos, se encuentran a lo largo de la costa donde no existen olas agresivas y el agua es tranquila. En la zona por debajo ±30 grados de latitud, donde no existen heladas mortales, crecen también manglares. Los árboles de los manglares tienen raíces muleta para sostenerlos sobre el agua y en suelo húmedo. A partir de las semillas flotantes que logran adherirse al suelo se desarrollarán nuevas plantas. Cuando las ciénagas y los manglares reciben nutrientes minerales, tienden a crecer rápidamente y mandar materia orgánica a los estuarios. En otras situaciones pueden recibir materia orgánica de drenajes de tierra. El consumo de la materia orgánica devuelve los nutrientes minerales al estuario. De esta manera las plantas y árboles actúan como amortiguadores y mantienen el balance de nutrientes y materia orgánica en el agua que las rodea. La vegetación de las tierras húmedas de la costa ayudan a reducir la erosión durante inundaciones y mareas tempestuosas. Plantas y árboles actúan como barreras, reduciendo los daños producidos por los fuertes vientos. Estos ecosistemas son muy importantes como "cinturones verdes" y como refugios de vida salvaje, proveen áreas de refugio para mamíferos y pájaros. Preguntas y actividades del Capítulo 13. 1. Defina los siguientes términos: a. tierras húmedas b. anaerobio c. ciénagas d. oxidado e. pantano f. transpiración g. aguas residuales ó aguas servidas h. amortiguador i. erosión 2. Discuta las características del ecosistema de tierras húmedas. 3. Explique las diferencias entre pantano y ciénaga. 4. Haga un diagrama de un ecosistema específico de tierras húmedas de agua salada. Use la Figura 13.3 como guía. 5. Haga una lista y discuta las principales razones por las cuales las tierras húmedas tienen importancia ecológica y económica. 6. Discuta la relación simbiótica entre las tierras húmedas de agua salada y los estuarios.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS Capítulo 14. Biomas fríos OBJETIVOS: 1. Conocer tres tipos de biomas fríos por nombre, condiciones climáticas y biota (organismos vivos). 2. Describir los patrones típicos de crecimiento de la tundra. 3. Diseñar el modelo de un bioma frío usando símbolos de energía. Cada bioma se ha desarrollado como adaptación a una de las zonas climáticas, estos climas resultan de la forma en que están organizados los sistemas mundiales de vientos y corrientes marinas. La Figura II.1 explica la localización de los principales biomas terrestres y las principales zonas climáticas que producen estos biomas. La zona de altas presiones en el polo está acompañada de aire descendente, que se calienta por compresión, disolviendo las nubes; como resultado, el cielo está generalmente claro, y la radiación de calor que sale, hace que esta tierra sea muy fría. El mar en el Polo Norte permanece constantemente congelado, pero las placas de hielo se mueven al- rededor. En el Polo Sur, hay suficiente nieve para mantener una cubierta de nieve-hielo permanente. En lugares como Groenlandia, Islandia, y montañas de Alaska y Sud América (lejos de los polos) hay glaciares permanentes debido a frentes polares que producen aún más nieve. En el límite polar de los continentes existen varios biomas distintivos. Existe hielo polar en ambos polos. En dirección al ecuador, el verano es suficientemente largo para que en tierras más altas la nieve se derrita y se desarrolle algo de vegetación; a este bioma se le denomina tundra. En el hemisferio sur se encuentran menos tundras debido a que existe menos masa continental en esa latitud. Aún más lejos de los polos, el suelo permanece descongelado y el frente polar produce lluvias y nieves periódicas, como resultado se obtiene el desarrollo de un bioma forestal. Los bosques más cercanos al Polo Norte son bosques perennes de coníferas como el abeto; este tipo de bioma se denomina taiga. Tipos similares de ecosistemas se encuentran en regiones de la tierra donde existen montañas suficientemente altas, que tienen bajas temperaturas y condiciones similares de nieve y hielo. 14.1 Hielo polar. En campos de hielo permanente se encuentran ecosistemas simples. Sobre la nieve antigua se desarrollan algas, los nutrientes tienden a concentrarse a medida que nieve y hielo se evaporan. Algunas de estas algas son de color rojo brillante. Existen ecosistemas marinos activos en el hielo y en el agua, debajo del gran mar de hielo que cubre el océano polar. Un ecosistema diversificado de algas y pequeños


consumidores, viven en el lado inferior del hielo; estos sistemas utilizan luz solar que penetra en el hielo durante el verano, como fuente de energía. Las aguas que fluyen por debajo del hielo también acarrean materia orgánica producida en otros lugares, abasteciendo alimento para una gran población de peces. Muchos mamíferos marinos viven de pescado; así, focas, orcas y osos polares están en la cumbre de la cadena alimenticia polar. 14.2 Tundra. Al sur del hielo polar, donde la superficie se derrite por una corta temporada, se desarrolla la tundra. Este ecosistema se caracteriza por una alfombra de musgo y líquenes esparcidos junto a hierbas de floración y arbustos bajos. Durante el verano, alrededor de 10 a 15 cm de la tierra se descongela. El suelo, por debajo de esa profundidad permanece helado y se denomina permafrost. El proceso alternado de congelamiento y fusión en la superficie del suelo, produce un pequeño ciclo, durante el cual el nivel de suelo se eleva y baja nuevamente. Este movimiento ayuda al ciclo de nutrientes. Durante el corto verano, el sol permanece en el cielo por aproximadamente 24 horas cada ida, Esto significa que las plantas pueden continuar con la fotosíntesis la mayor parte del tiempo. Grandes cantidades de productos de la fotosíntesis se producen y almacenan en esta estación. La materia orgánica acumulada es capaz de sostener a los consumidores. El leming, un pequeño roedor, está capacitado para prosperar este ambiente hostil, escondiéndose bajo la nieve y comiendo materia vegetal almacenada. El leming sostiene consumidores de orden más elevado en la cadena alimenticia, como búhos de nieve, zorros y lobos. Vea la Figura 14.1.


Figura 14.1 Ecosistema de la tundra. La cobertura de nieve causa una acción de interrupción que impide que la vegetación tenga acceso al sol, el caribú a la vegetación y los carnívoros a los lemings. Despues de que la nieve cubre las plantas, el caribú emigra al sur seguido por los lobos. Los búhos de nieve y muchos otros pájaros también emigran. En años de escasez los carnívoros emigran al sur. Este ecosistema muestra las oscilaciones discutidas en el Capítulo 9. A medida que la vegetación aumenta, el número de lemings aumenta y el número de sus consumidores también aumenta. Entonces, a medida que su fuente de alimento se reduce, la población de lemings decrece rápidamente. Como los carnívoros se han hecho abundantes, los leming son comidos también rápidamente. Con menos lemings, el alimento disponible para cada leming es mayor, y la población empieza a incrementarse nuevamente. Este ciclo en particular, toma de siete a diez años. 14.3 Taiga. Al sur de la tundra se encuentra un bioma forestal frío. Este área tiene veranos más largos y una mayor cantidad de especies de plantas y animales que en la tundra. Así como la tundra tiene solamente plantas pequeñas como productores, la taiga es un bosque perenne. Coníferas perennes están adaptadas a esta área y pueden continuar con la fotosíntesis aún cuando la temperatura baja a nivel de congelamiento. Esta vegetación


es capaz de soportar poblaciones de grandes animales. Conejos, venados, alces y roedores son capaces de utilizar los productos de la vegetación y mantener grandes poblaciones. Las grandes poblaciones son aptas para soportar una extensa variedad de carnívoros. Son comunes a esta área el lince, el puma, lobos, osos y variedades de halcones y águilas. Diseminados dentro de la vegetación taiga existen numerosos lagos, en áreas bajas dejadas al retirarse los glaciares cientos de años atrás. Las plantas acuáticas en estos lagos y lagunas son importantes para soportar la gran cantidad de aves acuáticas que emigran en verano. Estos lagos también soportan al gran miembro de la familia de los venados, el alce. En el hemisferio sur existe una vegetación fría, generalmente perenne, que se asemeja a la taiga del hemisferio norte. Aquí, los árboles haya con pequeñas hojas substituyen el abeto de los bosques del norte. 14.4 Ecosistemas de las altas montañas. Debajo de los campos helados, en la cumbre de altas montañas, se encuentran las tundras alpinas. Por debajo de la tundra alpina está el timberline (palabra en ingles que quiere decir: línea imaginaria en las montañas sobre la cual no crecen árboles) y una vegetación similar a la taiga. El hielo, la tundra y los primeros bosques debajo del timberline en las altas montañas son comparables al ecosistema polar, pero existen importantes diferencias. Si bien la temperatura es fría, la duración de los días y noches no son tan largas como en las regiones polares. Estos ecosistemas de altas montañas usualmente tienen un largo verano y pequeños extremos en temperaturas. Las plantas sobre el timberline son pequeñas y adaptadas a heladas durante la noche y deshielos durante el ida. En los trópicos, estas hermosas zonas de plantas con grandes hojas se denominan páramos. Preguntas y actividades del Capítulo 14. 1. Defina los siguiente términos: a. polar b. taiga c. tundra d. permafrost e. timberline 2. Haga una lista de los cuatro biomas fríos y describa cada bioma en términos de clima y biota. 3. Discuta los patrones de producción y consumo en la tundra 4. Diseñe el diagrama de energía de uno de los cuatro biomas fríos estudiados en este Capítulo.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPÍTULO 15. BIOMAS FORESTALES TEMPLADOS OBJETIVOS 1. Describir los climas producidos por los bosques templados estacionales, chaparrales, bosques subtropicales perennes y bosque pluvial templado. 2. Localizar en el mapa las áreas del mundo donde se encuentran los bosques templados estacionales, chaparrales, y bosques subtropicales perennes. 3. Especificar los principales tipos de plantas que se encuentran en los bosques templados estacionales, chaparrales, bosques subtropicales perennes y bosques pluviales templados. 4. Listar los principales tipos de animales que se encuentran en bosques templados estacionales, chaparrales, bosques subtropicales perennes, y bosques pluviales templados. 5. Diseñar un diagrama de energía de los bosques templados que muestre el papel que cumplen los incendios periódicos. 6. Describir sucesión forestal, incluyendo el clímax del fuego. Biomas Forestales Templados Diversos tipos de vegetación se desarrollan en latitudes intermedias, llamadas zonas templadas cuando reciben una adecuada cantidad de lluvia. Esos bosques pueden ser tanto estacionales como perennes. El tipo de vegetación que se desarrolla, depende de los índices pluviométricos y del clima del área. 15.1 Bosque templado estacional. Un bosque templado estacional se desarrolla en áreas que poseen inviernos fríos y veranos prolongados. Existen cuatro estaciones distintas en esas áreas; las plantas y animales que se encuentran en ellas están adaptadas a esos cambios. En los bosques estacionales, los árboles dominantes pierden sus hojas en el otoño, existe una gran diversidad en el sub-bosque (arbustos silvestres, plantas herbáceas y mudas), así como muchos tipos de árboles de hojas largas (Figura 15.1) Los bosques estacionales producen hojas, frutas, castañas y semillas en abundancia que constituyen alimento de una gran variedad de animales en el verano. En otoño, cuando los días se hacen más cortos y la temperatura disminuye, las hojas de los árboles estacionales cambian de color. Este cambio de color es causado por la reabsorción de la clorofila de las hojas, hasta quedar de color rojo, amarillo y naranja. En el invierno, las hojas muertas forman un lecho debajo de la nieve y los árboles permanecen estériles. Muchos de los pájaros emigran buscando climas más cálidos. Muchos animales pequeños hibernan y otros desarrollan un pelaje pesado para soportar el frío. En primavera, el bosque responde a días más largos y de temperatura cálida. Los árboles


utilizan los nutrientes almacenados en el verano anterior para producir nuevas hojas y flores. Los pájaros que emigraron, vuelven al nido, y la población de insectos se activa y crece rápidamente.

Figura 15.1 Ecosistema de un bosque estacional. La vida está dominada por el ciclo periódico de caída de las hojas en otoño y retoño en primavera. M, microbios. N, nutrientes. Los bosques templados estacionales se desarrollan en zonas donde la media anual de lluvia es 75-150 cm por año, y es distribuida uniformemente. Esta distribución de lluvia permite la descomposición de materia orgánica y el retorno gradual de los nutrientes al suelo. Las raíces ayudan a abrir rocas para hacer partículas de tierra (Figura 15.1). La tierra de esa vegetación es también rica en humus formado por las hojas caídas. La rica tierra color café, formada en esta vegetación, hace que sean excelentes regiones para la vida humana. Muchas de las áreas del este de los Estados Unidos estuvieron un día cubiertas por bosques estacionales, actualmente están cubiertas de granjas y ciudades. Los bosques estacionales se encontraban también por toda Europa, y en partes de Asia y Australia.


Los árboles de los bosques estacionales, muestran las diferencias que ocurren en sus tasas de crecimiento anual debido a la variación de los procesos fotosintéticos periódicos durante los anillos que forman en la corteza. Esos árboles son capaces de maximizar el uso de la luz solar disponible durante la primavera y el verano, para almacenar alimento en sus raíces y en tallos subterráneos, y conservar agua durante el invierno. Los árboles de esos bosques crecen en capas o estratos. Los árboles: haya, maple, roble y nogal son muy comunes en la bóveda (árboles altos cuyas hojas superiores obtienen luz solar directa) de los bosques estacionales. Estos árboles predominantes, en sus etapas de crecimiento inicial son capaces de crecer a la sombra de árboles más viejos, reemplazando eventualmente la bóveda. También se desarrolla un sub-bosque diversificado que contiene arbustos y pequeños árboles como el cornejo. En el suelo del bosque hay helechos, musgo, hiervas y brotes. Los animales silvestres deben estar adaptados a los cambios periódicos de temperatura y abastecimiento de comida. Los bosques estacionales soportan un gran número de herbívoros, porque los árboles proveen hojas, brotes y semillas. También sustentan muchos mamíferos comunes como venados, ardillas, ratones, zorrillos, raposas y mapaches. Antes de la intervención humana, había también gatos monteses, osos pardos y lobos. Se puede también encontrar muchas variedades de insectos y arañas en gran cantidad. 15.2 Chaparral. Una zona templada llamada chaparral se desarrolla en altitudes intermedias en el lado oeste de los continentes . Esas áreas tienen inviernos lluviosos y veranos secos. Ese tipo de clima se encuentra a lo largo de la costa del Mediterráneo y en California, América del Sur y Australia. Los largos periodos secos que se presentan durante todo el verano hacen que el área sea susceptible al fuego. El fuego selecciona aquellas especies que son capaces de regenerarse rápidamente después del paso del fuego. Los árboles que se encuentran en esas regiones tienen hojas duras y menos de cinco metros de altura. Un árbol característico de los chaparrales australianos es el eucalipto. Los árboles y plantas se adaptan para minimizar las pérdidas de agua en el verano. Muchos de los animales encontrados en los chaparrales son migratorios y viven en el área solamente durante el invierno y periodos de lluvia. La mayoría de los animales encontrados en el área no tienen colores llamativos y se camuflan con la apariencia del paisaje. Liebres, ratones silvestres y diversos tipos de lagartos, son habitantes permanentes de esos pequeños bosques. 15.3 Bosque subtropical perenne. En la costa este de los continentes, en locales subtropicales como Florida en Estados Unidos, existen dos estaciones lluviosas con largos periodos ocasionales de sequía. Esa área desarrolla una compleja vegetación de gran diversidad. Los árboles perennes como el roble, tienen pequeñas hojas que conservan humedad, adaptadas a los largos períodos ocasionales de sequía. Algunos de los árboles son estacionales.


Estos bosques subtropicales perennes incluyen diversos niveles de plantas, desde la cumbre hasta la base. Las hojas de la copa de los árboles están adaptadas al brillo del sol, siendo pequeñas, gruesas y pesadas, y las hojas que viven en la parte sombría son más largas y finas. Algunas especies, como el cornejo, son ocupantes permanentes del sub-bosque. Se pueden encontrar también plantas epífitas que crecen en los árboles y otras plantas, como por ejemplo musgos, líquenes y orquídeas. La caída de las hojas se da con la misma intensidad en otoño, como en primavera; este lecho forma una reserva de materia orgánica que incluye semillas capaces de germinar y restaurar el bosque en desenvolvimiento inicial. Además de la caída fija de las hojas (dos gramos de hojas por metro cuadrado por día), existe también una constante pérdida de palos de antiguas ramas, troncos, etc. Un complejo sistema de microorganismos trabaja en el reciclaje de biomasa. En el bosque hay una complicada red de insectos: herbívoros, insectos succionadores, carnívoros, abejas que facilitan la polinización, y descompositores como las hormigas que consumen desechos y los digieren. Los pájaros, ratones y ardillas ayudan en el control de la población de insectos y transporte de semillas. Diversos insectos se alimentan de distintas partes de cada tipo de árbol o planta. Los insectos están adaptados al papel de consumir cualquier exceso. Si alguna planta crece demasiado, sus insectos consumidores ú organismos de enfermedades aumentarán hasta que el balance de las especies alcancen nuevamente el equilibrio. Como la mayoría de los insectos y enfermedades son específicas para ciertas especies, también decrecerán en número cuando las especies de plantas vuelven a su densidad normal. En un bosque diverso, aún cuando un tipo de árbol sucumbe a enfermedades e infestaciones de insectos, el ecosistema no se destruye. Cuando los bosques son devastados, la sucesión tiene que reiniciarse nuevamente (estos son ejemplos de sistemas oscilantes simulados en el Capítulo 9). 15.4 Bosque pluvial templado. Donde los vientos occidentales y tempestades se mueven del océano hacia la costa montañosa al oeste de los continentes, se desarrollan las florestas templadas húmedas. Estas áreas reciben gran cantidad de lluvia, y la temperatura es moderada por los vientos marítimos. Existen también épocas en el verano en que el aire seco continental está presente, incrementando la transpiración. En estas zonas se desarrollan árboles gigantes. La superficie de los árboles está cubierta de musgo y vegetación exuberante, respondiendo a las condiciones de humedad. Un ejemplo de este tipo de bioma es el bosque templado de Seattle, Estado de Washinton en E.U.A. Otros bosques pluviales templados se encuentran a lo largo de la costa oeste de Nueva Zelandia, Canadá y Chile. 15.5 Sucesión forestal. La sucesión forestal es la secuencia de etapas que se desarrollan después de disturbios cuando las fuentes de semillas y animales están próximos. Si la condición inicial fuera suelo desnudo, la sucesión consistirá en la acumulación de reservas en el suelo, crecimiento de la población microbiana, y desarrollo de las propiedades que se encuentran en un ecosistema maduro. Las características del ecosistema maduro son: alta diversidad, reciclaje de nutrientes, reserva de materia orgánica en el suelo, y plantas


y animales que utilizan la mayor parte de la luz solar y otros recursos. La madurez característica de un ecossistema se denomina clímax. En latitudes templadas, principalmente en áreas de pluviosidad moderada y sin vegetación, la sucesión se inicia con el rápido crecimiento de plantas silvestres, como hiervas y gramíneas. Una hierva silvestre es una planta que tiene un alto índice de productividad neta, pero desenvuelve una estructura que no dura mucho tiempo. Las primeras hiervas silvestres cubren el suelo rápidamente, ayudan a capturar la energía solar, lluvia, y nutrientes, e inician la acumulación de materia orgánica en el suelo hasta que mueren y decaen. En un año o dos, esas primeras hiervas silvestres son reemplazadas por gramineas de mayor tiempo de vida y arbustos, como la morera. Si las fuentes de semillas están por los alrededores, después de varios años surgen pinos, que en corto tiempo sobrepasan la vegetación gramínea cubriéndola de sombra. Las especies de pino dependen mucho del tipo de suelo y humedad del área. Como los bosques de pinos se hacen sombríos, surgen retoños de árboles de madera dura. Clímax del Fuego. Los relámpagos y los seres humanos usualmente inician incendios. Muchos pinos son resistentes a estos, debido a la espesa corteza que poseen los árboles maduros y las largas hojas aciculares (en forma de espinos) de los brotes tiernos y árboles jóvenes. Los incendios que no son muy intensos, como el fuego de lento movimiento en el suelo cuando la vegetación no está muy seca, elimina los brotes de árboles de gran porte que tienen una corteza fina sensible al fuego. Si los incendios son regulares (intervalo de pocos años), el ecosistema permanece en la fase de pinos. El lecho de hojas espinosas de pino es muy inflamable, haciendo que el bosque sea más susceptible al fuego. Ese tipo de bosque de pinos se llama clímax del fuego. Cuando la vegetación rastrera se quema, se libera fósforo y potasio que va al suelo, pero el nitrógeno se expele en forma de gas. Para reponer este nitrógeno al suelo, bosques de sub-clímax de fuego desarrollan hiervas y arbustos fijadores de nitrógeno. Si los incendios se mantienen alejados por diez ó veinte años, los pequeños arbustos y retoños se hacen más densos. Entonces, si un incendio comienza en un período seco y de viento, dará como resultado un muy destructivo fuego en auge que puede matar los pinos así como el sub-bosque. Muchos reglamentos de contaminación del aire dificultan el control del fuego deliberado, aún durante períodos húmedos y sin viento. Los destructivos fuegos en auge pueden destruir todos los árboles en áreas donde antiguamente incendios frecuentes evitaban fuegos perjudiciales. Clímax. Si se evitan las quemas por un periodo muy largo, como en áreas bajas de suelo húmedo, el sub-bosque mixto de madera de ley comienza también a dominar la bóveda. Los pinos no se reproducen bajo esas condiciones de oscuridad. De esta manera surge una gran y compleja diversidad forestal. Se mantendrá un micro-clima húmedo el cual dificulta el fuego. Las condiciones de oscuridad son adecuadas para las especies de árboles de gran porte de manera que el sistema tiende a reproducir por si mismo. Cuando el bosque adquiere estas características se dice que está en el clímax.


Las hiervas silvestres y especies pioneras están disponibles en los bosques en clímax para repetir la sucesión si un árbol es derribado y deja un espacio libre, y si sucede un desastre natural como un huracán o si el bosque fuera talado por seres humanos de forma racional. Si es talado excesivamente puede perder la capacidad de renovarse con facilidad. Cada clima y suelo de un área tiene etapas particulares de sucesión. En la zona templada de bosques estacionales, bosques subtropicales perennes y bosques tropicales húmedos son clímax forestales. Los chaparrales y los bosques de pinos son bosques de clímax de fuego. Preguntas y actividades para el Capítulo 15 1. Definir los siguientes términos: a. estacional b. bóveda c. sub-bosque d. hibernación e. humus f. estrato g. templado h. chaparral i. bosque subtropical perenne j. clímax del fuego k. tolerancia al fuego l. anillos m. epífita 2. Compare los climas de los bosques estacionales, chaparrales, bosques subtropicales perennes y bosques pluviales templados. 3. Nombre las plantas que están localizadas en el bosque templado estacional y los chaparrales. 4. Explique cómo, los cambios climáticos en los bosques estacionales, se manifiestan en los ciclos de crecimiento anual de los árboles y comportamiento estacional de animales. 5. Explique cómo los incendios influyen en la vegetación de los chaparrales y en el bosque de pinos de sub-clímax de fuego. 6. Explique qué bosques generalmente tienen mejor suelo, peor suelo, y despues diga como el clima ayuda a determinar la calidad del suelo. 6. Identifique el tipo de bosque que está más próximo a su casa. Si no fuera uno de los vistos en el Capítulo 15, vea cuanto y en qué dirección tendría que viajar para estar en uno de esos bosques. 7. Investigue el proceso de sucesión de su área. Haga un viaje de campo para observar las diferentes etapas.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPITULO 16. Biomas de Praderas y desiertos OBJETIVOS: 1. Explicar la importancia de la evapotranspiración y de la pluviosidad en bosques transformados en ecosistemas de pradera. 2. Describir las condiciones necesarias para se desarrolle un desierto. 3. Localizar los desiertos y praderas en mapas. 4. Discutir la importancia de las heladas en relación a la formación de un nuevo suelo. 5. Explicar la importancia de la frecuencia de incendios en praderas en desenvolvimiento. 6. Diferenciar entre los tipos de praderas con pasto alto, praderas de mechones (o estepas) y planicies con pasto pequeño. 7. Diferenciar entre los tipos de desiertos de latitudes templadas y subtropicales. 8. Describir el proceso de transformación de un bosque de arbustos espinosos en un desierto. Al sur de los bosques templados en el hemisferio norte, se sitúan los biomas de desiertos y praderas. Estos biomas se caracterizan por un clima donde la evapotranspiración es similar a la cantidad de lluvia. Los suelos son generalmente secos, hay poco drenaje, y el agua disponible es insuficiente para sustentar el bioma forestal. 16.1 Praderas templadas. En latitudes de los vientos del oeste y tormentas ciclónicas, conforme uno viaja desde la costa oeste de los E.U.A. con dirección este, la pluviosidad diminuye y el bosque da lugar a las praderas. Estaban originalmente dominadas por grandes manadas de herbívoros tales como el bisonte y el antílope. En la Figura 16.1 está esquematizado el ecosistema de una pradera. La última Era Glacial desempeñó un importante papel en la formación del suelo de las grandes praderas. Los glaciares, al avanzar, empujaron enormes cantidades de tierra a su alrededor. La diferencia de temperatura entre el frente del glaciar y el aire circundante, causó fuertes vientos que arrastraron la tierra. Este material arrastrado por el viento, denominado loess, fue acumulado en gruesas capas sobre las Grandes Planicies. La acumulación de loess dió origen a una espesa capa de tierra en la cual pudieron desarrollarse las praderas. El ecosistema de una pradera debe sus características, en parte, a los incendios periódicos. La Figura 16.1 tiene dos señales de control para las dos condiciones necesarias para producir un incendio. El primero es para la biomasa muerta, el pasto crece y después se seca. La segunda es un relámpago para comenzar el fuego.


Figura 16.1 Ecosistema de una pradera. H= manadas de herbívoros de gran porte tal como el bisonte; M = microorganismos descompositores; B = pájaros inmigrantes, C = carnívoros tales como coyotes y lobos. Durante el invierno, el agua cae en forma de nieve. En la primavera, cuando la nieve se derrite, los pastos están aptos para crecer verdes y brillantes debido a toda el agua disponible. Pero el agua no está disponible fácilmente el resto del año. Conforme el verano llega y se va, las hojas altas de pasto se secan y mueren, convirtiéndose en materia orgánica. Esta materia orgánica seca se incendia fácilmente durante las tempestades. El fuego corre por las planicies restituyendo los nutrientes al suelo en forma de ceniza, y así se hacen útiles para el crecimiento del pasto de la próxima primavera. Los pastos no mueren por el fuego debido a que poseen partes subterráneas con capacidad de crecer. Otras formas de vegetación, como árboles y arbustos, mueren por causa de la deficiencia de agua o por el paso del fuego. Por esta razón, los incendios tienden a sustentar el ecosistema de una pradera. Donde las condiciones para el crecimiento son mejores, se desarrollan las praderas de pastos altos. Esta vegetación crea una turba maciza de materia orgánicadebido a la densa red de raíces del pasto. Cuando las plantas mueren, no son completamente consumidas. La combinación de loess profundos y materia orgánicaturbosa da como resultado una de las formas más ricas de suelo para agricultura. Las Grandes Planicies de los Estados Unidos son el principal ejemplo de esta acumulación y son algunas veces llamadas "la cesta de pan del mundo" a causa de la gran vegetación que pueden soportar. Su riqueza dio como resultado la actual falta de praderas en los Estados Unidos. Muchas de las praderas originales de este país están ahora bajo cultivo, y existe


la tendencia de transformar las pocas praderas naturales que restan en Parques Nacionales, para asegurar la no extinción de estos ecosistemas. Aunque los campos puedan parecer monótonos al observador casual, no es así. Antes de la agricultura, los campos fueron continuamente controlados por grandes manadas de herbívoros. Los desechos fecales de estas manadas enriquecían el suelo y permitían a la naturaleza sustentar una amplia diversidad de animales silvestres. La mayoría de los pequeños animales de las planicies estaban adaptados a una vida subterránea, donde las condiciones a lo largo del año son relativamente estables. El lado oeste de los continentes es dominado por praderas demechones o estepas. Muchos de estos mechones tienen más de cien años. Esta vegetación tiene aglomeraciones de pastos separados por áreas relativamente áridas. Cada mechón de pasto es un pequeño micro-ecosistema con sus propios productores, consumidores, descompositores y ciclos nutritivos que absorben el rocío de los vientos húmedos. Otro tipo de ecosistema de pradera son las planicies de pasto pequeño. Se encuentran en zonas más altas y frías, donde la pluviosidad anual es menor que 50 cm por año. El pasto en estas áreas tiende a ser uniformemente distribuido. 16.2. Desiertos. El ecosistema desértico se desarrolla en lugares donde la pluviosidad es muy escasa. Los desiertos varían dependiendo de los patrones pluviométricos, temperatura y substratos (rocas, arena, residuos volcánicos, etc.). Los desiertos de latitudes templadas están distantes de las fuentes oceánicas de humedad. Son fríos y hiela en el invierno, pero son calientes y secos en el verano. La vegetación se presenta en grupos, y está adaptada a una variedad de maneras de conservación de la poca humedad disponible. Muchas plantas del desierto, como el cactus, almacenan agua en la pulpa de sus troncos cubiertos con espinos, para evitar ser comidos por los animales. Otras no tienen hojas, pero concentran la clorofila en los troncos, esto evita la pérdida de agua por la reducción del área superficial expuesta a los vientos secos. Algunas plantas desenvolvieron una estrategia de reproducción que elimina su exposición a las severas condiciones durante la mayor parte del año. Cuando raramente llueve, las flores crecen rápidamente, dan semillas y mueren. Entonces, las semillas se esparcen hasta que comienza el próximo ciclo de lluvias. Los ovillos de maleza (tumbleweed), típicos del desierto norteamericano, son en realidad esqueletos de plantas muertas. Conforme ruedan junto con el viento, sus semillas se sueltan del esqueleto, esparciéndose alrededor de una gran área y aumentando las oportunidades de obtener agua. Los animales también usan esta estrategia para sobrevivir en las severas condiciones del desierto. Cuando llueve, se desarrollan lagunas temporales, aparecen rápidamente pequeños crustáceos llamados camarones de agua salada que crecen rápidamente debido a la materia orgánica acumulada, que posiblemente se conservó en esas depresiones durante mucho tiempo. Los camarones se desarrollan, se unen y ponen huevos antes de que las lagunas queden totalmente secas. Los huevos son resistentes a


la deshidratación y pueden ser conservados durante años antes de ser expuestos al agua y repetir el ciclo. Estos huevos, por ser muy livianos, son arrastrados por el viento, ayudando así a que su población se disemine. En algunos lugares del desierto, los huevos de camarones de agua salada se reúnen en depresiones o contra objetos fijos, haciendo fácil su recolección para ser usados como alimento vivo de peces en acuarios; simplemente colocándolos en un depósito de agua, se abren y proveen una fuente de comida instantánea. Los desiertos subtropicales son muy calientes, secos y algunas veces con poca vegetación. Pero hay presencia de vida. El alga terrestre vive en hendiduras en la arena, pequeños insectos se alimentan de ella y forman una completa cadena alimenticia. En el desierto del Sahara (África), el principal predador es un pequeño mamífero llamado topo dorado, no más grande que un ratón. Este topo obtiene todo su alimento y humedad de los insectos que come mientras excava en la arena. En ciertos lugares de estos desiertos, el agua situada en las profundidades brota en la superficie formando oasis. Estos oasis sustentan una exuberante vegetación en medio de los desiertos, y están tan alejados unos de otros que pueden tener diferentes especies de plantas y animales. Los desiertos sufren cambios en su apariencia. El sector en donde llegan las corrientes de vientos, la arena es arrastrada y llevada lejos. Este lado del desierto no tiene nada excepto rocas áridas y sustenta poca vida pues no hay suelo. En el otro lado del desierto, la arena arrastrada por el viento se deposita formando grandes dunas móviles. No hay una considerable vegetación, porque seria rápidamente cubierta por la arena. 16.3 Bosque de arbustos espinosos. El bosque de arbustos espinosos es característico de zonas donde llueve poco pero regularmente y donde se realiza pastoreo de animales. La presencia de animales que pastan actúa como un proceso de selección natural que mantiene la vegetación comestible recortada y evita su crecimiento; esto permite a la vegetación espinosa y no comestible hacerse la especie dominante. Este es un problema creciente en las áreas excesivamente pobladas por cabras. Ya que el pastoreo excesivo puede dar como resultado la diminución de la productividad total del ecosistema, debe revisarse si es o no un buen uso de la tierra. Preguntas y actividades del Capítulo 16 1. Defina los siguientes términos: a. evapotranspiración b. loess c. praderas templadas d. estepas e. oasis f. desiertos g. bosque de espinos 2. Describa las condiciones necesarias para que se desarrolle un desierto.


3. Cuál fue la contribución de los glaciares a la fertilidad de las Grandes Planicies ? 4. Cuál es el papel que desempeñan los incendios para mantener las praderas ? 5. Cómo distinguiría una estepa de las planicies de pasto pequeños ? 6. Cuál es la diferencia entre los desiertos de latitudes templadas y los desiertos subtropicales?


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS Capítulo 17. Biomas Tropicales OBJETIVOS: 1. Localizar los biomas tropicales en el globo. 2. Diferenciar las condiciones climáticas de las selvas tropicales húmedas, selvas nubladas, selvas monzónicas y sabanas tropicales; 3. Relacionar las condiciones climáticas de la selva tropical húmeda con su biota; 4. Comparar las adaptaciones de la biota en la selva monzónica con las de la biota en la sabana tropical. Los ecosistemas tropicales se encuentran entre las latitudes 22 grados Norte y 22 grados Sur. Los ecosistemas predominantes en la mayoría de las áreas tropicales son las selvas tropicales y las sabanas. 17.1 Selva tropical pluvial. La selva tropical pluvial puede ser encontrada en extensas áreas de tierras bajas de la Cuenca Amazónica (América del Sur), en las Indias Orientales y en la Cuenca del Congo (África Occidental). El clima es caliente y húmedo durante todo el año. La precipitación sobrepasa los 7 cm mensuales y las temperaturas varían poco. Ningún otro bioma terrestre tiene un clima tan uniforme. Pocos, de los muchos aspectos del ecosistema de las selvas tropicales pluviales están representados en la Figura 17.1. Una exuberante vegetación cubre la topografía de la selva tropical pluvial. Bajo los árboles más altos (bóveda) está la sub-selva: árboles pequeños adaptados a la sombra. Más abajo aún, están las hierbas y retoños tolerantes a condiciones sombrías. Entretejidas en las ramas de los árboles se encuentran las lianas (trepadoras tropicales silvestres). Las ramas de los árboles y las enrredaderas sirven como soporte para las plantas epífitas; este tipo de planta crece adherida a los árboles, pero extrae sus nutrientes del agua que gotea de estos. Las epífitas más comunes en la selva tropical pluvial son las orquídeas, bromelias y helechos. La densa capa de árboles perennes absorben la mayor parte de la luz, en consecuencia pocas plantas crecen en el piso de la selva, generalmente libre de vegetación. Únicamente a lo largo de los ríos o en los limites de los claros hay una espesa muralla de vegetación que se extiende hasta el piso. La mayor parte de la producción forestal contribuye a mantener una intrincada red de raíces y de troncos macizos, que a su vez sustentan los pesados árboles en el suelo encharcado. Debido a las altas temperaturas y a tantos tipos de insectos, hongos y bacterias, las hojas se descomponen tan rápido como caen al piso, por ello se puede observar que en cualquier momento existe únicamente una fina capa de lecho vegetal.


La vida animal en la bóveda es abundante. Entre los moradores de las copas de los árboles están las serpientes, sapos arborícolas, lagartos arborícolas, un gran número de insectos, pájaros y mamíferos. Las selvas tropicales pluviales producen muchas maderas de ley valiosas y bellas, como son el ébano, la caoba, el jacarandá y otros. Cientos de otros productos útiles al hombre provienen de especies de la selva tropical pluvial - caucho, cacao y el curare (un extracto resinoso utilizado como relajante muscular ó para envenenar flechas). Las selvas tropicales pluviales contienen la mayor reserva mundial de genes, algunos de ellos muy valiosos, aún no utilizados por la sociedad humana. El enorme crecimiento de las poblaciones humanas en las regiones tropicales está causando una rápida destrucción de sus selvas. La mayor parte de las especies de la selva tropical pluvial no puede vivir separadas del complejo que integra. Se extinguen cuando se las separa de su hábitat. Cual será el futuro de la humanidad si destruimos la vida que la naturaleza tardó millones de años en producir ? Las principales categorías de especies se presentan en la Figura 17.1, sin embargo cada símbolo representa centenas de especies. Observe algunos de los siguientes caminos: primero, la lluvia llega a las plantas epífitas en la copa de los árboles, antes de mojar el suelo. Las abejas y los pájaros controlan la polinización, y los murciélagos, tucanes y papagayos controlan la distribución de las semillas. Las semillas distribuidas por los animales crecen, convirtiéndose en árboles de sub-selva; estos, a su vez se transforman en grandes árboles con copa. Los animales ayudan al proceso de descomposición, que recicla los nutrientes absorbidos luego por los árboles, a través de sus raíces.


Figura 17.1 ecosistema de la selva tropical pluvial 17.2 Selvas nubladas. A medida que se sube al nivel de las nubes en las montañas tropicales (cerca de 1000 a 1500 m), la humedad aumenta hasta alcanzar 100% de humedad relativa. La evapotranspiración se hace mínima. Las selvas en esas montañas se llaman selvas nubladas. Son pequeñas selvas con lluvias estacionales y neblina casi todo el año, permanecen encharcadas aún cuando la precipitación no es grande, y presentan una gran población de epífitas. Como hay poca evapotranspiración, 90% de la lluvia se drena y puede ser utilizada por las poblaciones de las tierras bajas. Las selvas nubladas proveen excelente protección contra erosión. 17.3 Selvas tropicales estacionales. En la India y en el Sudeste Asiático ocurre una inversión anual de los vientos denominado monzón. Se debe al calentamiento y enfriamiento periódico de las tierras del Tíbet. Los monzones de verano llevan el aire tropical pluvial a la India. En el invierno, el viento se invierte y lleva aire caliente hacia las montañas de Asia Central donde se encuentran las selvas pluviales. Ese aire caliente seca las selvas, y para la primavera, el ambiente está caliente y reseco. Animales, como la pitón y las serpientes, se esconden e inactivan hasta que los vientos cambian de dirección y las lluvias


vuelven. Como muchos árboles pierden sus hojas en la estación seca, el bioma puede describirse como selva tropical estacional (selva monzónica). Las selvas estacionales típicas están en Asia Meridional; selvas semejantes se encuentran en África y en América del Sur. Se encuentran en un cinturón, entre la selva tropical pluvial y la sabana. Esas áreas tienen pluviosidad suficiente para soportar las selvas tropicales pluviales, pero tienen cortas estaciones secas. Muchos de los árboles de la bóveda pierden sus hojas durante la época seca y por ello más luz alcanza el nivel de la sub-selva perenne. Los árboles expuestos a cambios periódicos, almacenan reservas alimenticias, que son utilizadas para promover el brote de las hojas. Muchos de esos árboles pueden resistir la desfoliación (destrucción de las hojas) provocada por herbicidas. Su supervivencia se observó despues del lanzamiento masivo de herbicidas en las selvas tropicales, durante la Guerra de Vietnam. Mientras que los manglares perennes no sobrevivieron porque tenían pocas reservas; tuvieron que crecer a partir de brotes. En biomas más tropicales, la vegetación a nivel del suelo está tan dispersa que una persona puede andar para cualquier dirección fácilmente. Sin embargo, después de que una selva fue cortada, su rápida regeneración produce una densa vegetación que es difícil de penetrar. Algunas veces, la palabra jungla es apropiada. Más tarde, son obscurecidas por el surgimiento de los árboles de la bóveda. 17.4 Sabanas Tropicales. Las sabanas son praderas tropicales con una pequeña cantidad de árboles o arbustos dispersos. Se desenvuelven en regiones de alta temperatura, que tienen marcada diferencia entre las estaciones seca y húmeda. En la estación húmeda el crecimiento es rápido, pero se secan y bajan en calidad durante la estación seca. Las sabanas tropicales cubren áreas extensas en América del Sur, África, India, Sudeste Asiático y Australia Septentrional. En África, la sabana es el hogar de grandes mamíferos herbívoros (cebras, ñus, antílopes, elefantes) que son controlados por grandes carnívoros, tales como leones, leopardos y chitas. Los restos de las víctimas de esos predadores son removidos por hienas y buitres. El fuego regular es importante para este sistema, de él depende la manutención de las praderas en lugares donde las manadas no son tan numerosas. Un diagrama de este ecosistema sería similar al de la Figura 16.1. El crecimiento animal y vegetal en la sabana tropical, depende de las distintas alteraciones periódicas. Los grandes animales emigran en busca de agua, y sus ciclos reproductivos corresponden a la disponibilidad de crecimiento de nuevas plantas suculentas. Muchos animales se reúnen en grandes manadas. Es necesario una gran área de producción fotosintética para alimentar estos grandes animales de alta calidad. Preguntas y actividades del Capítulo 17 1. Defina los siguientes términos: a. selva tropical pluvial b. enrredaderas


c. epífitas d. arborícola e. selva monzónica f. Sabana 2. Haga una lista de las principales áreas del mundo, donde existan selvas tropicales pluviales. 3. Por qué en las selvas tropicales pluviales la capa de lecho es tan fina? 4. Dé los nombres de varios animales arborícolas que pueden encontrarse en la selva tropical pluvial. 5. Relacione las características de una selva nublada. 6. Diseñe una cadena alimenticia de la sabana africana. 7. Contraste y compare los patrones de temperatura y de precipitación de la selva tropical pluvial, de la selva tropical pluvial estacional y de la sabana tropical.


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPITULO 18. SISTEMAS AGRÍCOLAS OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de las diferencias entre prácticas agrícolas intensivas de alta energía y prácticas agrícolas de baja energía. 2. Hacer una lista de las tres clases de mayor importancia de los productos alimenticios agrícolas y dar ejemplos de cada una. 3. Dar ejemplos del control natural de biodiversidad. 4. Haces una lista de los factores limitantes en la administración efectiva de pastizales. 5. Dar ejemplos de como los niveles de nutrientes afectan la producción. Los sistemas agrícolas son la principal fuente mundial de alimentos para la población. Estos sistemas, algunas veces llamados agro-ecosistemas, normalmente consisten de varias partes y procesos. Incluyen: un área de cultivo (con suelos formados por procesos geológicos y ecológicos previos), producción y equipamentos para siembra y cosecha, limpieza del terreno y zafra. Es necesario un mercado para comprar la producción y proveer el dinero para la adquisición de combustibles, fertilizantes, mercaderías y servicios que mantienen funcionando el sistema. Un agro-ecosistema es un sistema en el que el ser humano actúa como administrador y consumidor. En un ecosistema salvaje los animales actúan como consumidores y administradores. Los organismos salvajes esparcen constantemente semillas e invaden el territorio de los agro-ecosistemas. Si los granjeros no controlasen los agroecosistemas con pesticidas, limpiando la tierra, arando y otros métodos, el ecosistema salvaje se restablecería por si mismo. Las granjas pueden prosperar debido al valor de trabajo realizado previamente por el ecosistema salvaje en el desarrollo del suelo. La mayoría de los granjeros gradualmente agotan el suelo aunque este sea fertilizado. La rotación del suelo para volver a la sucesión natural se llama usualmente ciclo sin cultivo y es un método para reestructurar el suelo. Primitiva, la agricultura de baja energía usa el trabajo humano y de animales de la granja sin combustible o maquinaria eléctrica. La agricultura intensiva moderna envuelve un gran flujo de combustible y maquinaria eléctrica; toma mucha energía el producir todos los bienes y servicios, así como también el procesamiento y transporte de productos. Este tipo de agricultura necesita más recursos para conseguir mayor rendimiento (productos producidos) por persona, por área, y por dólar. Una de las cuestiones más importantes de nuestro tiempo es saber si la agricultura será substituida por un sistema que use menos energía. Se predijo que esto podría suceder cuando combustibles y otros recursos sean insuficientes y requieran mucho trabajo para obtenerlos.


Dos siglos atrás, la mayoría de las propiedades eran altamente autosuficientes con operaciones familiares. Un granjero producía de acuerdo con la propia necesidad y solamente vendía algunos productos. Ahora, la mayoría de las personas en las ciudades compran sus alimentos de mercados altamente diversificados. Estos mercados obtienen alimentos de muchas granjas intensivas diferentes, cada una de ellas especializada y con producción en masa de algunos productos para venta. La agricultura intensiva "moderna" usa insumos de alto costo, tales como fertilizantes, maquinarias y pesticidas. No existen sistemas completamente autosuficientes. Sin embargo, hay un progresivo interés en volver a métodos menos intensivos usados antiguamente. Si esto continua por ese rumbo, la adquisición de ese tipo de energía (fertilizantes, servicios , etc.) decrecerá. Las granjas alternarán el uso de la tierra para que el suelo pueda reabastecerse de nutrientes. Los tipos más importantes de agro-ecosistemas mundiales pueden ser clasificados en tres categorías : cosecha de raíces (batata, mandioca, camote, etc.) que son los alimentos principales en muchos países de latitudes tropicales ; cosecha de granos (maíz, trigo, avena, cebada, arroz, centeno) alimentos de mayor producción en latitudes templadas y en climas de monzones; producción de carne (ganado, carneros, aves, etc.), común en países con economía altamente desarrollada y en muchos países fríos. La producción de raíces es en su mayoría de carbohidratos; estos abastecen el 'combustible' necesario, pero no las proteínas, vitaminas, etc., requeridos para una dieta equilibrada. Los granos proveen algunas proteínas. La dieta de carnes (como en los Estados Unidos y Europa) contienen más proteínas de lo necesario y a veces son descritas como dietas de lujo. 18.1 Pastos de ganado. En la Figura 18.1 se muestra cómo opera el sistema de pastoreo. La fuente de energía renovable necesaria para el sistema es el sol, el viento y la lluvia. El fertilizante es añadido. El pasto y el trébol son utilizados para el consumo directo del ganado y la producción de heno para almacenar alimento en el invierno y periodos de seca. Los bienes y servicios se usan en todos los procesos de la granja. Se muestra el ganado en todos sus ciclos de reproducción y procreación. Se muestra también el rendimiento. A la derecha del diagrama están los flujos de energía del proceso económico en el que circula dinero. Las aplicaciones de equipamento, trabajo, fertilizantes, pesticidas, bloques de sal, etc., se pagan con el dinero obtenido con la venta del ganado. Se puede ver el dinero de las ventas yendo al depósito de dinero del granjero y a partir de allí se aplica. (Vea sección 1.5 para revisar el símbolo de transacción monetaria).


Figura 18.1 Diagrama de un sistema de pastizales Es necesaria una administración efectiva de las tierras de pastoreo para producir el mayor número de ganado saludable en el menor tiempo posible. Dos limitantes particulares requieren una administración cuidadosa: (1) Los niveles de nutrientes de muchas tierras son bajos, especialmente los niveles de nitratos y fosfatos; y (2) Los pastos no crecen en la misma proporción a lo largo de todo el año. Esto significa que la capacidad de pastoreo varia temporalmente. La capacidad de abastecimiento se refiere a la cantidad de ganado que un pasto de ganado puede soportar con todos los animales relativamente saludables y en el pastoreo se proporciona cantidad suficiente de alimento. (Figura 18.2 ).

Figura 18.2 Patrón estacional de pasto y producción ganadera en climas con lluvias de verano. El excedente de verano es usado como forraje de ganado en el invierno.


Algunos fosfatos provienen del agua de lluvia, y el fosfato adicional de la aplicación de fertilizante con superfosfato (que se fabrica con fosfato de roca). Los niveles de nitrato se suplementan con fertilizante de nitrógeno y por el crecimiento de tréboles fijadores de nitrógeno en los pastizales. En algunas áreas, trazas de los elementos cobalto y molibdeno se deben adicionar para prevenir enfermedades nutricionales del ganado. Un ejemplo periódico de crecimiento del pasto, en muchas áreas de producción de ganado, se muestra en la Figura 18.2. La producción de pasto es limitada en el invierno a causa de las bajas temperaturas. Los granjeros son capaces de aumentar su rebaño más de lo que la producción normal de pasto puede soportar (excedente de la cosecha de pasto de verano y otoño). Además, algunas áreas se irrigan en épocas secas. Cada práctica administrativa, como la adición de fertilizantes y en la cosecha de heno, es altamente mecanizada y requiere combustibles. Como el costo de energía de combustibles fósiles aumenta, algunos granjeros están viendo que es más económico emplear una estrategia de administración de baja energía. Esto incluye el acabar con la producción de heno casi por completo y aumentando tanto ganado como puede soportar la capacidad de sustentación natural del pasto. Los niveles de nutrientes del suelo y niveles de alimentación en el invierno son revisados en monitores cuidadosamente. De esta manera el ganado recibe solamente una dieta de supervivencia durante el invierno. El rendimiento con esta estrategia es más bajo, sin embargo, la inversión en la producción es también más baja. Esta inversión se refiere al tiempo, esfuerzo o dinero utilizado para ganar futuros beneficios lucrativos. El retorno financiero puede ser el mismo o mayor que en la estrategia de administración de alta energía. La administración de baja energía requiere más mano de obra. 18.2 Agricultura auto-suficiente La Figura 18.3 es un modelo de agro-ecosistema familiar que es más auto-suficiente que el sistema de pastoreo de ganado (Figura 18.1). La granja mostrada en el diagrama recibió un premio por el alto grado de autosuficiencia, comparable a granjas de los colonizadores pioneros. Sin embargo, esta granja necesita de una gran aplicación de energía y bienes de la economía principal. La economía de supervivencia en la sociedad actual probablemente requiere que se realicen algunas compras externas. Existen dos notables diferencias entre el agrosistema de la familia Taylor (Figura 18.3) y el sistema de pasto del ganado. (1) La granja de la familia Taylor es muy diversificada (con muchas cosechas y especies diferentes de ganado) y (2) las únicas compras hechas de la economía principal son equipamentos y algún alimento para puercos. No hay necesidad de fertilizantes ya que el estiércol del ganado es reciclado como abono. Los Taylor no usan tractores, en su lugar cuentan con bueyes para el cultivo y arado. Usan máquinas simples y económicas que consumen poco combustible fósil. Su granja produce casi toda la comida necesaria para la familia de cuatro personas que viven en ella. Ellos exportan comida suficiente para alimentar casi 16 personas y usan el dinero obtenido para adquirir algunas mercaderías fuera y pagar la hipoteca y los impuestos del uso de su tierra. El modelo de la granja de Taylor podría ser común en el futuro, cuando la energía se haga cada vez más escasa.


En el pasado, las granjas industriales aumentaron mucho en tamaño y requirieron una aplicación alta de energía empleando pocos trabajadores. Las granjas en el futuro podrían ser más diversificadas y utilizar mayor cantidad de personas; los habitantes producirían principalmente para satisfacer sus propias necesidades y exportar algunos productos para obtener dinero.

Figura 18.3 Diagrama de la granja Taylor, un agro-ecosistema de relativa autosuficiencia (Burnett, 1978) Preguntas y actividades para el Capítulo 18. 1. Defina lo siguiente: a. agro-ecosistema b. agricultura de baja energía c. agricultura intensiva o de alta energía d. diversidad e. adquisición de entrada f. rotación de la tierra g. fijador de nitrógeno o fijación de nitrógeno h. capacidad de sustentación i. rendimiento j. inversión 2. Diga al menos dos diferencias entre la práctica de la agricultura intensiva de alta energía y la práctica de la agricultura de baja energía.


3. Cuáles son las tres clases de productos alimenticios agrícolas más importantes en el mundo? De ejemplos de cada clase. 4. Cuáles son los dos factores limitantes en la administración efectiva de tierras de pastoreo? 5. De dónde proviene el fósforo del suelo? 6. De dónde proviene el nitrógeno del suelo?


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPITULO 19. PLANTACIONES FORESTALES OBJETIVOS: 1. Definir monocultivo y aplicar este concepto a plantaciones forestales; 2. Comparar producción bruta y neta en plantaciones de pinos y bosques naturales; 3. Identificar algunas técnicas de manejo de vegetación; 4. Describir la contribución de un bosque maduro en la economía humana. Para maximizar la producción de productos forestales para fines comerciales (este tipo de producción es también llamada silvicultura), se realizan las plantaciones de árboles, que incluyen pinos y eucaliptos, usando los mismos principios de la agricultura. La tierra se prepara, se añade fertilizante, se planta y se va quitando la hierba frecuentemente hasta que los árboles logran imponerse a las plantas competidoras. En pocos años los árboles pueden cosecharse tal como una producción agrícola. Las plantaciones forestales requieren mayor administración que un bosque natural, y por lo tanto, mayor uso de energía directa e indirecta, sin embargo también rinde más. Las plantaciones proveen la materia prima a industrias de papel y embalajes, así como madera para construcciones; producen también paneles pequeños de madera, sin embargo estas pueden ser compactadas y formar madera prensada y grandes vigas. 19.1 Plantaciones de pino. La Figura 19.1 muestra los principales aspectos de una plantación de pinos. Observe que el trabajo se reparte entre los flujos de entrada provenientes del medio ambiente y la retroalimentación proveniente de la economía, tanto en la plantación, eliminación de hierbas, podado y aplicación de productos químicos. Para maximizar el peso, los árboles se plantan inicialmente muy próximos unos a otros para que sus copas den sombra a las ramas mas bajas. Pero, luego deben ser diezmados para dar un crecimiento más rápido por árbol. Los árboles se cortan cuando son lo suficientemente grandes para hacer papel, varas, postes y madera para construcción. Lotes de varios acres se cortan de una sola vez, esta es una práctica que reduce los costos. Los sistemas de plantación son algo similares a los modelos naturales de sucesión de pinos, excepto que la administración humana tiende más hacia el monocultivo (con aglomeraciones densas) en comparación a patrones naturales mas diversos. Extensas áreas con solamente una especie de cultivo se denominan monocultivos.


Figura 19.1 Sistema de plantación de pinos Muchos monocultivos, eventualmente desarrollan epidemias de insectos (plagas). En muchas áreas del mundo, el uso intensivo de insecticidas en spray ha generado variedades de pestes químicamente resistentes, que hacen la agricultura y la reforestación bastante complicadas. Prácticas de manejo que intensifican la diversidad pueden proveer mejor protección contra insectos epidémicos; la plantación principal puede ser de apenas una especie de árboles, sin embargo se promueve una gran biodiversidad en los arbustos que coexisten con ellos. Ya que los bosques no manejados proveen productos útiles casi sin costo, es importante estimular la sucesión natural donde no exista una plantación u otra práctica de agricultura. Esto significa, mantener áreas de bosque natural como fuente de semillas y reservas de genes (genes de todos los organismos que lleven consigo todas las características inherentes a su especie). Algunas veces, la necesidad de simplificar las plantaciones y de mantener reservas del patrimonio genético entran en conflicto. Continuamente se levantan polémicas para justificar ó criticar el uso de pesticidas para la eliminación de hierbas o aniquilación de insectos. Las técnicas de manejo que usan pesticidas, herbicidas y fertilizantes, hacen uso de energía en forma intensiva y son muchas veces destructivos. Un ejemplo de esta polémica es la preocupación de que productos químicos usados en manejo forestal sean nocivos para el ser humano cuando alcanzan mantos acuíferos subterráneos Para evitar este problema, se realizan investigaciones de métodos biológicos de control de pestes y reabastecimientos de nutrientes. Por ejemplo, las leguminosas, que son fijadoras de nitrógeno, se pueden plantar antes de trasplantar los plantones. Se pueden plantar plantones inoculados previamente con mycorrhizeae (hongo especial de raíces), que incrementa la capacidad de los plantones de absorber nutrientes del suelo, reduciendo la necesidad de


fertilizantes. Para disminuir el uso de herbicidas, se pueden plantar árboles muy próximos unos de otros, esto hace que los rayos solares no alcancen a las plantas competidoras y permite que plantas débiles, susceptibles a enfermedades y plagas, sean eliminadas más tarde. 19.2 Comparación del rendimiento de un plantación forestal y un bosque maduro no administrado La plantación mostrada en la Figura 19.1 es más simple que el bosque natural de pinos en la Figura 3.3, y tiene mayor participación humana. La comparación entre un bosque natural maduro y una plantación, se muestra en la Figura 19.2. El bosque natural automantenido tiene cinco veces más producción bruta (510 E3 joules/m2/día) que una plantación (100 E3 joules/m2/día), pero menos de la mitad del rendimiento (42 E3 joules/m2/día en la plantación, comparada con 22 E3 joules/m2/día en el bosque natural). En el bosque natural casi toda la materia orgánica de la fotosíntesis va al trabajo que favorece la producción bruta, como por ejemplo: la diversidad y el reciclaje. Muchos de los nutrientes se obtienen mediante acción microbiana en el lecho. El crecimiento de nuevas plantas ocurre por reforestación natural. Una gran diversidad de árboles y organismos protegen contra epidemias de enfermedades, insectos y contra la sobrepoblación de cualquier especie. Excepto por la protección, el manejo de bosques maduros cuesta casi nada. Por tanto, los rendimientos de un bosque natural son muy altos en términos de gasto de dinero, pero se necesitan grandes periodos de tiempo para que haya regeneración despues del corte.


Figura 19.2 Comparación entre un bosque natural (a) y una plantación forestal (b).Los números se refieren a las unidades de energía. La retroalimentación de la economía (Bienes y servicios) para la cosecha se expresa en equivalentes de madera, para comparar con rendimientos madereros. La Figura 19.2 muestra que la plantación forestal necesita entrada de fertilizante, plantío, corte y algún otro trabajo. Cuando se expresa como equivalentes madereros, cerca de 20 E3 joules/m2/día en contribuyen la economía. En otras palabras, se añaden nuevas fuentes de energía. Cuando se usa más energía externa, cambia el concepto y el nombre del sistema productivo: la "silvicultura" reemplaza al bosque natural. En retribución a esta inversión, el bosque manejado produce cerca de 42 E3 joules/m2/día. Así, se duplica el rendimiento de producción del sistema que ha sido modificado por los administradores del bosque que operan en la economía externa. Este cálculo es una forma de mostrar que las plantaciones de pinos hacen una buena contribución a la economía (pero no a la biodiversidad). Los cálculos realizados en bases energéticas, seguirán siendo válidos pues los precios de los insumos y productos varían mucho (esto


incluye a los combustibles fósiles). De cualquier manera, el rendimiento por dólar de la energía utilizada será menor conforme los fertilizantes se hagan más caros. La eMergia neta de vegetación se considera en el Capítulo 27 . El bosque maduro es más auto-administrable y rinde menos. Provee muchos servicios que no siempre son reconocidos aún cuando ellos contribuyen, indirectamente, a la economía. Estos servicios incluyen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

reconstitución de suelos concentración de nutrientes protección de los cursos de agua hábitats para la vida silvestre proporcionan áreas de recreación limpieza del aire depósitos de carbón y turba manutención de reservas genéticas para la sucesión y usos futuros

Los bosques naturales, algunas veces son cosechados por talado selectivo, solo se remueve un pequeño número de árboles maduros; así, el bosque permanece en su fase de clímax. De cualquier manera, cortar y remover madera de un bosque maduro, sin afectar otros componentes del sistema forestal, es muy difícil. Frecuentemente el talado selectivo toma los mejores árboles, dejando como reserva los genéticamente inferiores para producción de semillas; esto significa que, en el siguiente crecimiento, los árboles serán inferiores. Preguntas y actividades para el Capítulo 19. 1. Defina lo siguiente a. monocultivo b. silvicultura c. epidemiad. banco de genes e. mycorrhizae 2. Indique tres artículos domésticos que antiguamente eran hechos de productos forestales, pero que en nuestros días sean sintetizados de combustibles fósiles. Desde el punto de vista de los recursos, cree que es mejor continuar desarrollando productos, o retomar el uso de recursos renovables? Explique su respuesta. 3. Por qué es importante reservar bancos de genes saludables en poblaciones naturales? 4. Usando los datos de la Figura 19.2, compare la plantación de pinos con el bosque natural: producción bruta, producción neta, inversiones desde la economía y producción para el mercado.


5. C贸mo influencian a la poblaci贸n animal los monocultivos como plantaciones de pinos?


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PARTE II. TIPOS DE ECOSISTEMAS CAPITULO 20. SISTEMAS URBANOS OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de las características más utilizadas en la determinación del local para una ciudad 2. Definir el concepto de jerarquía relacionada a las ciudades 3. Trazar el flujo de energía dentro de una ciudad 4. Explicar como los barrios residenciales se organizan, usando palabras y diagramas Usualmente no se piensa que las ciudades sean ecosistemas, sin embargo desde el punto de vista de la teoría de sistemas, las ciudades presentan muchas características que se observan en otros ecosistemas como áreas forestales y praderas; solo que la intensidad de actividades es mucho mayor. Las ciudades presentan muchas características de los ecosistemas naturales, por ejemplo: producción, consumo, concentración de energía, descomposición y ciclo de materiales. Además de eso, el consumo de bienes, energía y materias primas son mucho mayores en las ciudades, mientras que la producción de alimentos y fibras se encuentra más en las áreas rurales vecinas. La producción industrial de bienes de consumo ocurre, de forma centralizada, en áreas urbanas. 20.1 Desarrollo urbano. El desarrollo de áreas urbanas es similar en todo el mundo. En la antigüedad, las ciudades eran pequeños poblados rodeados por tierras para agricultura. El diagrama en la Figura 20.1 muestra la relación entre áreas agrícolas y un poblado. El alimento y otros productos de tierras vecinas son llevados a la ciudad y esta abastece herramientas y bienes manufacturados para las granjas.


Figura 20.1 Diagrama de la relación entre ciudades y áreas de soporte. Antiguamente las ciudades eran pequeñas y dependían de las tierras agrícolas de los alrededores para abastecerse de alimentos. La basura era reciclada para proveer nutrientes a la agricultura. Observe en el diagrama, la trayectoria de los residuos que son reciclados de las ciudades a los campos de cultivo. En muchas culturas, en todo el mundo, los agricultores recogían los residuos de las ciudades durante la noche. Este procedimiento era muy importante en el pasado, antes de la disponibilidad de fertilizantes. Operando de esa forma, granjas y ciudades componían un ciclo cerrado y los nutrientes eran reciclados para mantener la productividad de las tierras. Con la llegada de los fertilizantes esta práctica ha sido abandonada. Con el aumento de la población y el uso de energía, las ciudades crecieron, y las tierras vecinas fueron utilizadas para crecimiento urbano. El reciclaje de los nutrientes no se continuó. Dos de los más serios problemas asociados al desarrollo urbano son: la pérdida de tierras agrícolas, convertidas en calles y construcciones, y la polución de los ríos, lagunas y lagos debido a que en ellos se descarga de la basura, en lugar de ser reciclada con propósitos productivos. 20.2 Ciudades planeadas. Localizadas en puntos estratégicos de la región, para la convergencia de bienes, servicios y energía. Es en las ciudades de hoy, donde la mayoría de la población vive. Antiguamente, las ciudades se localizaban próximas al mar, donde facilidades portuarias podrían ser desarrolladas, o en los cruces de las más importantes rutas terrestres. Con el crecimiento de la población, las regiones vecinas fueron desenvolviéndose, y nuevos caminos y pequeñas poblaciones se construyeron. Hoy, el área rural, carreteras y ciudades son el resultado del modelo de crecimiento de las poblaciones y del uso de energía. La organización espacial de las ciudades es algunas veces organizada en jerarquías. La jerarquía es la organización de objetos o elementos en una serie gradual. Las ciudades de una determinada región parecen estar organizadas de forma que las menores dan soporte a las mayores. Hay muchas ciudades pequeñas esparcidas por la región, algunas de tamaño medio y apenas una o dos grandes. En la Figura 20.2 se presenta un mapa que muestra diferentes tamaños de ciudades, observe como el número de ciudades pequeñas, medias y grandes parece concordar con la idea de jerarquía.


Figura 20.2. Mapa de una región mostrando el tamaño y la localización de ciudades. Una razón para la organización jerárquica de las ciudades en una región, es la distribución de bienes y servicios. Las ciudades mayores reciben y manufacturan bienes, y actúan como puntos de distribución. La variedad de bienes y servicios que pueden encontrarse en las grandes ciudades se distribuyen en las de tamaño medio, que a su vez los distribuye para las menores.


Figura 20.3. Diagrama de la jerarquía de las ciudades en una región. Otra razón para la jerarquía de las ciudades es la convergencia de energía. En la Figura 20.3, la energía va de las pequeñas poblaciones rurales hacia las de tamaño medio y luego a las grandes ciudades. En otras palabras, la jerarquía resulta de la convergencia de energía. Muchas poblaciones pequeñas sustentan una ciudad grande; exactamente como pequeños roedores e insectos sustentan un ave de rapiña. De hecho se puede visualizar la organización jerárquica de las ciudades en una región, como un ecosistema de red alimenticia. La retroalimentación de las grandes ciudades hacia las menores es el necesario intercambio de servicios, que ayudan al control de la red en su totalidad. No solo las ciudades de una región son organizadas en jerarquías. Cada ciudad en si es un arreglo de jerarquía espacial. El centro de la ciudad es más concentrado, tiene grandes construcciones, mayor densidad de personas, y gran flujo de energía. Alrededor del área central hay anillos que, a medida que se alejan, tienen cada vez menos concentración de actividades. Hay puntos de intensa actividad en esos anillos, como shoppings y parques industriales, pero son pocos y alejados. Las calles que se alejan del centro se vuelven menores y con menos tráfico. Frecuentemente, ellas conectan puntos de intensa actividad con otros, y con el centro de la ciudad. Este arreglo se ve fácilmente en la noche, las luces de la ciudad toman la forma de una estrella con el centro en el vértice y las luces de las calles principales como los brazos. 20.3 Diagrama de energía de una ciudad. La producción industrial de una ciudad se procesa por el sector comercial, algunos productos se venden a personas que viven en la ciudad, otros se consumen en el sector gubernamental, y algunos son exportados a otros mercados. Las personas proporcionan el trabajo para la industria, comercio y servicios estatales. Los diferentes departamentos del gobierno, como salud, educación y policía, tienen influencia controlada en otros sectores de la ciudad; para pagar por esos servicios, el gobierno cobra impuestos a personas, comercio e industria. Todas las ciudades tienen conexiones con el gobierno estatal y federal. Además de eso, se recibe dinero, aportado por las ciudades y gobiernos locales, para programas como correos, modernización urbana, escuelas comunitarias, tribunales etc.


Figura 20.4 Diagrama de energía de una ciudad Muchos de los recursos obtenidos por la exportación de bienes, se usan para adquirir otros bienes, servicios y combustible. El término "circulación de dinero" se oye frecuentemente y es exactamente eso lo que el dinero hace: circula a través de la economía de la ciudad una y otra vez. Fluye hacia dentro por la exportación de productos y la contribución de fuentes estatales y federales, y fluye hacia fuera en forma de impuestos y en forma de compras de bienes, servicios y combustibles. Las energías renovables del sol, vientos y lluvia (mareas y olas, si la ciudad es costera) son importantes para la industria tanto como directamente para la población. Todos apreciamos la vegetación y la vida salvaje en los parques y jardines de áreas residenciales, pero tal vez no somos consientes de que estas energías renovables hacen mucho más por la ciudad. Los vientos alejan el humo industrial. El agua de los ríos, tierras inundadas y mareas, se usa para llevar consigo los desechos sólidos y líquidos de industrias y casas. En las ciudades, las aguas servidas son primero procesadas en estaciones de tratamiento y luego liberadas al ambiente. Esto se muestra en la Figura 20.4, bajo a la derecha, donde los desechos almacenados se procesan y liberan, dejando la ciudad. Otro flujo que llega a la ciudad y que tiene un gran efecto, es el de la migración de personas; muchas ciudades han tenido un aumento en la población. Este flujo de entrada presiona todas las partes de la ciudad: el gobierno debe proveer más protección policial, caminos, bibliotecas y escuelas; áreas restantes de tierra libre son usualmente pavimentadas o se construyen casas o parques. Para pagar por los servicios adicionales requeridos por la creciente población, el gobierno eleva los impuestos, ya que los impuestos recaudados no consiguen acompañar la demanda de servicios. Cuando la


ciudad se vuelve muy grande, las personas comienzan a buscar otros lugares y se mudan en busca de impuestos más bajos y una "mejor calidad de vida". Como los combustibles se vuelven cada vez más difíciles de encontrar, y más caros, las personas comienzan a mudarse, primero hacia los suburbios y después a zonas rurales. A medida que el presupuesto de la ciudad decrece, los servicios diminuyen y la ciudad tiende a descentralizarse. Las personas que se queden podrían tener jardines, su propio abono e ir en bicicleta al trabajo. Habría menos movimiento y mucho menos crímenes. Algunas industrias ya están dejando el centro de la ciudad, se mudan a locales con más energía natural para ser utilizada, más espacios abiertos, construcciones más baratas, y generalmente un mejor estilo de vida para sus empleados. 20.4 Zona residencial: Principalmente un sistema consumidor. El diagrama en la Figura 20.5 muestra una típica zona residencial. El patrón de comportamiento es similar al de otros ecosistemas. El sol y la lluvia son usados por los pastos y jardines. Parte de la energía solar produce un aumento en la temperatura del ambiente (a veces, llamado micro-clima). Las brisas, que son características de muchas partes en el mundo, tienen el efecto de enfriar el micro-clima, arrastrando parte del calor generado por la transpiración de las plantas. Los nutrientes del suelo también son necesarios para la producción de pastos, arbustos y árboles. Cuando el pasto se corta y se retira, los nutrientes perdidos deben ser repuestos con fertilizante. Muchos insectos son considerados plagas, no solo aquellos que se alimentan de la vegetación, también aquellos que incomodan al ser humano. Cuando se los combate con pesticidas, hay efectos colaterales sobre pájaros, ardillas y otros pequeños animales del sistema, no solo porque los insectos que componen su alimentación son diezmados, también porque reciben directamente el efecto del veneno. En el diagrama, la interacción de los pesticidas en dirección a las pérdidas desde los insectos y pájaros muestra sus muertes. Obviamente, el componente más importante de la zona residencial son las personas. Ellas son los consumidores finales del sistema de la Figura 20.5. El objetivo de este sistema es el soporte para los humanos. Las personas combinan los flujos de ingreso (agua, electricidad, combustible, bienes, alimentos, muebles y accesorios) para producir el bienestar social deseado.


Figura 20.5. Sistema vecinal de tipo residencial con casas y áreas verdes. Las áreas residenciales alrededor de las ciudades son sistemas consumidores de electricidad, agua, bienes y servicios; que utilizan como pago el dinero recibido a cambio de los servicios prestados por las personas. Todos los días, por lo menos un miembro, a veces dos o tres de cada familia, trabaja en la industria, comercio o gobierno. Así, la zona residencial provee la mano de obra para otros procesos productivos en el sistema de economía moderna. Su principal producto es, por tanto, el servicio. Otros "productos" son las aguas servidas, el drenaje urbano y la basura. Las aguas servidas, cuando están muy concentradas y se colocan en lugares errados, se consideran como poluyentes y pueden ser nocivas para el medio ambiente. El drenaje urbano generalmente lleva consigo restos de pesticidas, fertilizantes y otros productos químicos, que causan tensión en algunos ecosistemas de los alrededores. Y la basura, cuando se colecta y se deja en locales centrales como depósitos y rellenos sanitarios, presenta problemas debido a la concentración de productos químicos tóxicos que penetran en mantos acuíferos. Compare el diagrama de la zona residencial en la Figura 20.5 con aquel de la granja de los Taylor en la Figura 18.3. La granja no necesita tanto la economía vecina como una típica casa en una comunidad residencial. Cuando los combustibles escaseen, y los bienes y servicios comprados, en áreas urbanizadas, encarezcan, la granja de los Taylor se convertirá en un modelo a seguir. Las gramíneas pueden sufrir una transformación


radical, y la vegetación exótica y de los jardines podrá ser reemplazada por plantas nativas. Preguntas y actividades para el Capítulo 20. 1. Definir: a. convergencia b. jerarquía c. pagos de transferencia d. micro-clima e. circulación de dinero f. polución g. substancias tóxicas 2. Cuáles son los factores que determinan la localización de una población o ciudad? 3. Describa la jerarquía espacial de una ciudad dentro de una región. 4. Describa los materiales que se retroalimentan desde las grandes ciudades hacia las pequeñas. 5. Por qué está previsto que en el futuro las ciudades se descentralizarán? 6. Por qué las zonas residenciales son generalmente consideradas consumidoras? 7. En la Figura 20.2 cuente el número de ciudades de los cuatro tamaños diferentes. Haga un gráfico Tamaño vs. Número para mostrar la jerarquía (coloque el tamaño de la ciudad en el eje X, y el número en el eje Y).


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO La economía es el sistema total de recursos y energía de una cultura. Muy frecuentemente, la economía de una región o país se piensa como su moneda. En realidad, la economía de un área, es la manera en la cual sus recursos y energías se administran. La economías modernas son bastante complejas, tienen una variedad muy grande de energía y recursos para explorar. Las culturas primitivas, por otro lado, tenían una economía muy simple, estudiándolas podemos lograr una mejor comprensión de las relaciones de la energía y recursos de la economía moderna. En la Parte III exploraremos la economía de las sociedades pre-industrial y moderna, y las energías que las conducen. Luego examinamos fuentes de energía alternativa para el futuro, y discutiremos como puede ser el estilo de vida y la economía del futuro.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPÍTULO 21. CULTURAS TRIBALES PRIMITIVAS OBJETIVOS: 1. Relacionar los sistemas culturales de los indios Norteamericanos con su medio ambiente 2. Comparar las relaciones entre indios primitivos y la naturaleza, y las relaciones de las civilizaciones modernas con la naturaleza 3. Describir el papel de los humanos en los sistemas regenerativos de la naturaleza 4. Discutir conflictos entre culturas por reservas de energía 5. Diagramar las conexiones de energía de indios primitivos y la naturaleza 21.1 Economía de caza y recolección. La economía de las culturas primitivas dependía de la caza y de la recolección de fruta. En estas economías existía una pequeña necesidad de dinero para comida, ropa e instrumentos, que eran obtenidos directamente del medio ambiente. Durante la era Pleistocénica (entre 1 y 9 millones de años atrás) el clima era mucho mas frío y América del Norte era el hábitat para muchos grandes animales tales como mamuts, mastodontes y camellos. Los nativos primitivos eran cazadores y recolectores. Cazaban animales, consumían la carne y utilizaban partes, como hueso y cuero, para confección de instrumentos y ropas. Recolectaban vegetales como raíces, frutas y nueces de los alrededores para adicionarlos a su dieta. La economía de estas culturas era basada exclusivamente en flujos de energía renovable concentrados en materias animales y de plantas salvajes. El diagrama en la Figura 21.1 muestra la relación de esos indígenas primitivos con su medio ambiente. La economía se basaba en la energía solar, cultivando plantas y sustentando la cadena alimenticia en animales de los cuales los indios dependían. Su economía era una economía de energía solar, y no podía mantener una gran población. Los indios primitivos ocupaban la cumbre de esta cadena alimenticia. Como se vió en la red alimenticia de la vegetación (Capítulo 3) y la transformación de energía en los trópicos (Capítulo 4), el papel del consumidor final, que se apoya en cadenas alimenticias basadas en la energía solar, es limitada por la productividad del medio.


Figura 21.1 Relaciones de los indígenas primitivos y su medio ambiente En áreas donde el medio era productivo, las culturas indígenas probablemente se instalaban en pequeños asentamientos, esparcidos ampliamente en todo el territorio. Muchas culturas indígenas tenían territorios que eran bien vigilados para asegurar que habría suficiente caza y otros géneros alimenticios para abastecer a la población. Donde el ambiente no era tan productivo, las culturas indígenas eran nómadas y se movían de un lugar a otro en busca de caza y otros alimentos. 21.2 Economía agrícola primitiva. El manejo de las semillas y otros géneros alimenticios condujo al establecimiento de asentamientos humanos más permanentes. Poblaciones indígenas crecieron con la capacidad de cultivar zafras y aumentar la productividad del medio. El diagrama en la Figura 21.2 ilustra la nueva conexión entre los indios y su ambiente, que se desenvolvió despues de que la agricultura ganase importancia.


Figura 21.2 Nuevas relaciones entre indígenas y su medio ambiente, despues del desarrollo de la agricultura En ese entonces, los indios no recogían solamente alimentos salvajes como raíces, nueces y caza, también cultivaban alimentos. Como resultado del crecimiento poblacional de los indígenas que comenzaron a permanecer en una sola área, los animales de caza fueron completamente exterminados. Esta es una teoría que explicaría la extinción de muchos animales de Europa y de América. Despues del desarrollo de la agricultura (entre 6000 y 2000 a.C.) las culturas indígenas ganaron mayor complejidad. Su economía se basaba aún en procesos que utilizaban energía solar, pero estaban capacitados para aumentar el flujo de energía de su economía, a través de la manipulación de su medio ambiente inmediato. En vez de recolectar cereales y raíces, los cultivaban, aumentando la producción. Existen fuertes evidencias razonables de que varias culturas indígenas en toda América del Norte comenzaron a negociar con otras; muy frecuentemente, negociaban alimentos que tenían en abundancia, instrumentos e información. Algunas culturas incluso tenían monedas simples, como cascos raros y piedras, que se usaban en el comercio. 21.3 Contactos europeos con culturas indígenas. En el tiempo de la colonización europea de América del Norte en 1500, las culturas indígenas nativas americanas habían desarrollado sistemas sociales relativamente complejos, adaptados a su medio ambiente. Varios eran granjeros consumados, mientras que otros vivían de la abundancia de su medio, sin necesidad de cultivar zafras. Con el aumento de la influencia de culturas europeas, las culturas nativas de indios americanos fueron substituidas y un nuevo sistema cultural dominó el medio. Esta nueva cultura, introducida desde el exterior, tenia una gran eMergia y fue capaz de explotar con mayor rapidez el medio ambiente que las culturas indígenas.


El diagrama de la Figura 21.3 muestra las relaciones entre esas dos culturas en conflicto. Mientras las culturas indígenas se basaban principalmente en el flujo de energía solar, las culturas invasoras se basaban en las energías e informaciones importadas del "viejo mundo", también del flujo de energía solar y los depósitos de energía en la vida salvaje, madera y suelos. Los nuevos moradores no tenían gran preocupación en mantener los recursos, porque se trasladaban a otros lugares cuando los recursos se agotaban, este proceso solo alcanza un punto de exhaustión ahora. Las culturas más intensivamente energéticas, es decir, las que usaban más eMergia, desplazaban aquellas de menos energía. Hubo muchos conflictos directos por los recursos del medio. Los indios norteamericanos veían a los nuevos moradores acabando con los animales de caza que fueron una vez abundantes, cortando áreas forestales para construir casas y desmatando la tierra para el cultivo. Con tecnologías nuevas, como machados y arados, traídas del viejo mundo, la nueva cultura podía manipular el medio ambiente para un grado más avanzado que el modelo de cultura indígena. Con armas, la nueva cultura podía controlar a los indios. Las enfermedades provenientes de Europa, desempeñaron un importante papel en la exterminación casi total de los indios norteamericanos. En un periodo de tiempo relativamente corto, la mayoría de los nativos americanos fueron retirados del medio. Se necesitó solamente 100 años para que los colonos europeos se difundieran de costa a costa, estableciendo asentamientos humanos y explotando los recursos. La energía solar, base económica de los indígenas americanos, fue substituida por una economía que explotaba las riquezas, exportando mucho para el viejo continente a cambio de instrumentos e informaciones. La exportación e importación de mercaderías, información y tecnología, y la inmigración de personas, mostrado en la Figura 23.1, son los factores que hicieron de la nueva economía, una economía más energética, apta para substituir la economía indígena.


Figura 21.3 Relaciones entre dos culturas en conflicto por los mismos recursos. Este diagrama ilustra el inicio de la economía moderna, donde el dinero (líneas entrecortadas) desempeña un importante papel, y el comercio con otras naciones es una fuente importante de energía. Estudiaremos la economía moderna en el Capítulo 24. 21.4 Aprendiendo del pasado. En el Capítulo 4 se introdujo el principio de retroalimentación realizado por el consumidor de más alta calidad, para mantener el modelo de productividad básico en el sistema. Se dieron ejemplos de granjeros fertilizando sus plantaciones y pájaros dispersando semillas. De manera similar, el modelo del indígena nativo de humanidad y naturaleza, puede haber envuelto acciones humanas con bases culturales, que resultaron en estabilidad para el consumidor humano. El consumidor en retribución puede haber efectuado un trabajo especial para el medio ambiente - trabajo que requiere inteligencia, habilidad para viajes y resistencia por largos periodos de tiempo. El desarrollo de diversidad a través del desmonte, quemas periódicas, dispersión de semillas y prácticas agrícolas de rotación son un ejemplo del papel de las tribus en la organización del medio. Los principios envueltos en las relaciones modernas entre humanidad y naturaleza son básicamente similares. Hombres y mujeres deben retribuir servicios al medio con el


fin de mantener productividad, diversidad, estabilidad y modelos de supervivencia a largo plazo. De varias maneras podemos aprender de culturas pasadas y su relación con el medio, y desarrollar un estado de equilibrio entre humanidad y naturaleza. Preguntas y actividades para el Capítulo 21. 1. Defina las siguientes expresiones: a. caza y recolección b. exterminio c. domesticación d. viejo mundo 2. Discuta 3 grandes diferencias entre la cultura indígena primitiva americana y la cultura moderna. 3. Cuáles fueron algunas de las consecuencias que derivaron del aprendizaje del cultivo de la tierra por los pueblos nativos de Norteamérica? 4. Cómo, las colonias europeas, retiraron a las tribus nativas de la competencia por la energía y los recursos? 5. Indique 3 mecanismos de retroalimentación utilizados por civilizaciones primitivas para organizar el medio. 6. Discuta la importancia de importación e inmigración europea hacia las colonias. Cómo esas entradas modificaron América del Norte?


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 22. ENERGÍA Y ECONOMÍA OBJETIVOS: 1. Explicar la relación entre flujo de energía y flujo de dinero 2. Explicar cómo el dinero paga por el trabajo humano y no por los recursos naturales 3. Identificar tres sectores y explicar las actividades de cada uno 4. Dar un ejemplo de exterioridad 5. Distinguir entre energía de alta calidad y baja calidad 6. Describir el efecto de la inflación en el poder de compra 7. Contraste el flujo de dinero por los caminos de energía a través de la economía y gobierno El sistema económico de una región o de un país se caracteriza por los flujos de energía, materiales y servicios que se pagan con dinero. Se dice que el dinero acompaña el curso de estos flujos, y puede ser considerado como un dispositivo de contabilidad de la economía. No es dinero si no la energía y los materiales los que hacen el trabajo de la economía. El dinero apenas provee una forma conveniente de facilitar los flujos de energía y ayuda a distribuir la energía a través de la economía. En este Capítulo se estudian las relaciones entre energía y dinero, y el sistema económico se describe como un sistema de energía donde flujos de dinero pueden permitir monitorear los flujos principales de energía que dirigen la economía. 22.1 eMergía solar y calidad de energía. Cuando consideramos la habilidad de diferentes formas de energía para contribuir con la economía, debemos tener en cuenta la calidad de energía de cada forma. Una manera de hacerlo es substituir cada fuente de energía por una cantidad de energía solar necesaria para realizar el mismo trabajo, o sea, referido como la eMergia de esa fuente de energía. Como muestra la Figura 22.1, esto equivale a 40000 joules de acción directa o indirecta de la luz solar a través de plantas y actividad geológica, para producir un joule de carbón. Un joule de carbón puede usarse para producir 1/4 joule de electricidad. Esas proporciones pueden utilizarse para convertir carbón y electricidad en equivalentes solares: El equivalente solar de 1 joule de carbón es 40000 eMjoules solares sej.; el equivalente solar de 1 joule de electricidad es 160000 eMjoules solares. Un modo fácil de explicar la secuencia es colocar las energías de baja calidad en la izquierda y las de alta calidad a la derecha, como se hizo en otros diagramas. Un sistema que es eficiente, usa energía de alta calidad para propósitos donde el efecto es grande, siempre que la energía requerida para desarrollar energía de alta calidad sea grande. Energía de alta calidad se usa generalmente donde puede servir


como un amplificador de energía de baja calidad. Por ejemplo, la electricidad se usa en granjas para controlar y facilitar el trabajo humano y no como una fuente de luz para producir fotosíntesis (reemplazando al sol).

Figura 22.1 Cadena de calidad de energía, usada para calcular eMjoules solares para generar 1 joule de carbón y 1/4 joules de electricidad. 22.2 Presupuesto de eMergia en los Estados Unidos. La Figura 22.2 muestra un diagrama del presupuesto de eMergía de los EUA en el año de 1980. Los números representan eMergía solar, calculada a partir de la medición de los flujos de energía multiplicados por sus Transformidades. Vea la sección 4.7 y la Tabla 27.1.

Figura 22.2 Fuentes de energía de los EUA en 1980. Vea la Tabla 23.1. Los combustibles incluyen minerales. Las fuentes renovables incluyen eMergía solar equivalente en las mareas y lluvias (la lluvia incluye sol directo y vientos). El valor de eMjoules solares del viento, sol, lluvia y mareas para todo país es de 8.2 E23 eMjoules solares (sej). por año. Esto está marcado en el flujo de la fuente denominada Renovable. La eMergía solar de combustibles y del suelo consumida por


año es 52,0 E23 sej, y está marcada en los flujos de las fuentes denominadas Combustible y Suelo. La eMergía solar en las importaciones de la economía de los EUA fue 6,1 E23 sej. La eMergía consumida por E.U.A. en 1980 se obtiene de sumar la eMergia solar de todas las fuentes en uso y corresponde a 66,3 E23 sej por año. Es importante incluir las energías renovables así como las no renovables, de combustibles y suelo, cuando describimos el total de energía de un país. Esas energías renovables son muy importantes para el total de la economía, sin ellas no existiría comida, fibras, o vida salvaje para apreciar. Frecuentemente, cuando se analiza el perfil de energía de un país, la prensa y otras organizaciones incluyen solamente la energía que se consume; esto es una seria omisión, pues claramente deja fuera mucha de la energía que se maneja en el país. La cantidad de eMergía de fuentes renovables y de eMergía del suelo que es consumida al año es igual a 18.2 E23 sej. Esto está cerca del 27% del consumo de eMergía anual de los EUA. 22.3 Relación entre energía y dinero. Cuando el flujo de dinero y energía se muestran en un mismo diagrama, como en la Figura 22.3 (y en la Figura 1.8), la relación es fácil de ver: la energía y el dinero fluyen en direcciones opuestas. En el "sistema económico" simple, diagrama de la Figura 22.3, los productos (carne y cosechas) de la granja fluyen hacia las ciudades y en retribución el granjero obtiene algún dinero, que fluye en dirección opuesta, regresando a la granja. El granjero usa el dinero obtenido de la venta, para comprar el combustible, maquinaria y fertilizantes necesarios de la ciudad. Nuevamente, el dinero fluye opuestamente al flujo de la mercadería de la ciudad hacia la granja.


Figura 22.3 Energía y dinero fluyen en direcciones opuestas. El flujo de energía y dinero en la Figura 22.3 forman un ciclo. Esto es algunas veces referido como un ciclo de cambio. La energía, en forma de productos agrícolas y carne, se vende, y energía en la forma de combustible, maquinaria y fertilizantes, se compra; el dinero fluye alrededor en un ciclo contrario. En este caso, el dinero es el medio de cambio. El precio es la relación entre el flujo de bienes y dinero y se define como la cantidad de dinero para comprar una unidad de bienes o servicios. En economías muy simples, donde no existe dinero, los bienes se intercambian por bienes, y ningún dinero cambia de manos; esto se llama permuta. En este tipo de economía, la energía se intercambia directamente por energía. Imagine un granjero intentando cambiar productos agropecuarios por un tractor o combustible, seria algo bastante difícil. Esta es una de las principales razones por la cual el dinero existe: hace este tipo de intercambios posibles. Frecuentemente las personas pierden la noción del hecho de que son los recursos naturales los que hacen que la economía se mueva. Y así, erróneamente buscan dinero, en lugar de la energía que con él compran. Otra relación interesante entre la energía y el dinero es que el dinero siempre paga por el trabajo y servicios humanos, y no por el trabajo de la naturaleza. Por ejemplo, cuando se compra gasolina, el dinero que se gasta va al dueño de la gasolinera. Cuando él compra más gasolina, paga al distribuidor, que paga a la refinería, que paga a la compañía de petróleo extractora del petróleo bruto. En la Figura 22.3 el dinero circula entre granjas y la ciudad. Qué dinero puede comprar la cantidad de sol, lluvia y combustible utilizado? La Figura 22.4 muestra que dinero y energía fluyen en direcciones opuestas. Como quiera que sea, el dinero utilizado para comprar combustible de la refinería paga servicios humanos y no el combustible del suelo.

Figura 22.4 Dinero pagado por el trabajo de llevar combustible a los usuarios.


En transacciones económicas, el dinero se intercambia por energía, algunas veces ésta no es fácil de ver cuando se hace la compra. Por ejemplo, dinero se intercambia por servicios como los de un médico, la energía de una pequeña acción está siendo cambiada en la transacción. No obstante, existe mucha energía empleada en todas las tecnologías con las que el médico cuenta para proveer un servicio a sus pacientes. La eMergia mide las energías que contribuyeron al servicio. 22.4 Relación norteamericana de eMergía-dolar Algunas veces es fácil medir la eMergía que se acarrea en una transacción, como cuando se compra gasolina en una gasolinera. En otros casos, la eMergía adquirida no es tan fácilmente calculada, como cuando se trata de servicios, en estos casos es necesario estimar la eMergía en la compra usando la relación eMergía-dolar. Esta relación es una estimativa de la energía requerida para circular un dólar en la economía. La Figura 22.5 muestra que 66.3 E23 sej. fueron usados en el soporte de la economía de los EUA en 1980, y 2.6 trillones (2.6 E12) de dólares circularon. La relación eMergíadolar para los EUA en 1980, es la relación de estos dos flujos y es equivalente la 2.6 E12 sej. por dólar.

Figura 22.5 eMergía total y flujo de dólar (PIB) en la economía de los EUA en 1980. Usando la relación eMergía-dolar, es posible estimar la cantidad de eMergia que se gasta en el soporte de la actividad económica humana. Por ejemplo, en 1980 una persona produjo y gastó U$ 15000; multiplicando por 2.6 E16 sej./$ la eMergía total utilizada ese año en sustentar esa persona fue 3.9 E16 sej. Su presupuesto personal de energía, ese año, probablemente era solo de 4 E9 joules (25000 Calorías * 365 días * 4186 J/Cal). La diferencia entre 3.9 E16 y 4 E9 joules representa toda la energía usada en su sustento, por máquinas de granja, plantas de producción de energía eléctrica,


industria, y también energía natural del sol, lluvia, viento y aún de elevaciones geológicas. El flujo de dólares se denomina Producto Interno Bruto (PIB) y es usado por muchos como una medida de productividad total de la economía. La circulación de dólares, PIB en la Figura 22.5, es el dinero gastado por los consumidores en la compra de bienes y servicios en la economía. De cualquier manera, como la inflación cambia el valor del dólar de un momento a otro, una mejor medida de la actividad económica total podría ser la eMergía solar total utilizada en el soporte de la economía. 22.5 eMergía e inflación. La idea de la relación eMergía-dolar también nos permite explicar la inflación. Funciona de esta manera: el poder de compra del dólar es la cantidad de bienes y servicios que se puede comprar con un dólar. La relación eMergía-dolar expresa este poder adquisitivo. En 1980 un dólar compró 2.6 E12 sej. de bienes y servicios. Ahora imagine qué sucedería en la Figura 22.5, si la eMergía que fluye hacia la economía disminuyera; existiría menos energía fluyendo para el mismo número de dólares: la relación eMergía-dolar cambiaría. Un dólar tendría menos eMergía y, por tanto, compraría menos. La pérdida del poder adquisitivo se denomina inflación. Obviamente también es posible alterar la relación eMergía-dolar cambiando el número de dólares en circulación. Algunas veces se imprime más dinero; personas y gobierno tienden a pedir préstamos de dinero, lo cual incrementa el numero de dólares en circulación sin aumentar la cantidad de energía que fluye, pero aumenta la tasa de inflación futura. En 1980 los EUA (y el mundo) experimentó ambos, una reducción en la cantidad de combustibles utilizados y un aumento del flujo de dinero - y un aumento de la inflación. Entonces el Banco de Reserva Federal disminuyó la cantidad de dinero disponible aumentando la tasa de interés sobre sus préstamos. Esto redujo la inflación. El deterioro del valor del dólar a causa de la inflación se muestra en la Figura 22.6. Este gráfico muestra el poder adquisitivo en términos de eMergía.


Figura 22.6 Relación de flujo de eMergía (sej./año) por flujo de dólares (PIB). Incluye la eMergía de lluvia y eMergia de combustibles, hidroeléctricas y plantas nucleares. 22.6 Sectores de la economía global. En la Figura 22.3 se muestra una economía simple con dos sectores. El primer sector fue la granja y el segundo sector la ciudad. Esta es una forma de simplificar bastante la economía: amontonar todas las actividades agrícolas en el sector granja, mientras que todo el sector industrial, comercial, doméstico y gobierno están amontonados en el sector ciudad. No obstante, el diagrama está incompleto porque no incluye el trabajo que el medio ambiente hace en soportar la actividad económica humana. En otras palabras no incluye el sector de medio ambiente. El diagrama en la Figura 22.7 muestra los sectores de la agricultura y ciudad, y otro llamado tierras naturales que incluye vegetación, pantanos, praderas, y otros bienes naturales. Estos sistemas naturales son el sector ambiental de la economía, que provee muchos "servicios gratis" a la actividad humana. La circulación de dinero aún permanece en el sector agrícola y urbano, mientras que nada de dinero circula de otros sectores al medio ambiente. Sin embargo, existe una retroalimentación de la ciudad para el ambiente, que representa el reciclaje de los nutrientes de las aguas servidas y otros desperdicios, además de otros esfuerzos para controlar el ecosistema natural.


Figura 22.7 La economía como tres sectores, uno operando sin pago en dinero. Los flujos de energía y dinero a través de esta economía simple, son fáciles de entender. Muy frecuentemente es deseable obtener más detalles acerca de la economía, y muchos más sectores surgen de los tres sectores básicos del diagrama. De esta forma, la economía recibe el nombre de "red de interacciones". 22.7 Red de la economía. La economía forma una red que converge energía al sector de consumidores humanos, como una red de un ecosistema que converge a los altos consumidores. En la Figura 22.8 la economía fue dividida en seis sectores, con energía fluyendo hacia los sectores de alta calidad, que son el gobierno y el doméstico. La energía natural renovable fluye en el sector de producción, el cual incluye pesca, agricultura, vegetación, turismo y recreación. Los combustibles internos como petróleo, carbón y gas, y materiales naturales como fosfatos, arenas, grava, cal y hierro, están incluidos en un símbolo de almacenaje (porque son no renovables). Estos se usan en el sector industrial para producir artículos como máquinas, ropas y aparatos domésticos. Muchas mercaderías se importan directamente del sector comercial. Las utilidades producen energía eléctrica del carbón, petróleo, gas y combustible nuclear. El petróleo y la gasolina son adquiridas por el sector doméstico para calefacción y uso en transporte automovilístico. La producción de todos los sectores se distribuye a través del sector comercial hacia el sector doméstico. El gobierno controla los otros sectores a través de leyes y reglamentaciones y ofrece servicios como seguridad, salud, educación, bienestar y subsidios.


La cantidad de dinero que fluye a lo largo de cada camino de energía dentro de la economía, excepto en dirección al gobierno, es determinado por el precio. El precio es determinado por la oferta y la demanda. Por ejemplo, cuando hay escasez de naranja comparada con la demanda, el precio sube: más dinero va a los productores de naranja.

Figura 22.8 Red económica norteamericana. Las líneas sólidas son los flujos de energía. Las líneas punteadas son los flujos de dinero. El flujo de dinero por el sector del gobierno es más complicado. Flujos desde el gobierno se determinan principalmente por mecanismos políticos y no por los precios. De la mayor parte de los sectores se recaudan impuestos dentro de depósitos de dinero, y luego se distribuyen como servicios. El flujo de dinero no sigue los productos y servicios pues la cantidad de dinero gubernamental para cada sector puede no relacionarse directamente con la cantidad de servicios del gobierno en ese sector. Cuando las personas (a través de sus políticos) quieren estimular alguna parte de la economía, el gobierno suministra asistencia. Como ejemplo, los subsidios dados al agricultor se muestran en el diagrama como una línea llena, fluyendo del gobierno hacia el sector agrícola.


22.8 Tabla de entrada-salida. La circulación de dinero (líneas punteadas) en la Figura 22.8 se puede representar de otra manera, mostrada en la Figura 22.9. Esta es una tabla de entrada-salida para la economía de los E.U.A. Cada caja corresponde al flujo de dólares de un camino en el diagrama de red. La suma de las columnas es el dinero que el sector paga por bienes consumidos en ese sector. La suma de las filas en sentido horizontal es el dinero pagado a cada sector por los bienes producidos en ese sector.

Exportación Agricultura, Mat.prima, Industria Comunicac. hogares gobierno Total silvicultura, utilidades, transporte, pesca refinerías comercio Importación

0

1

3

17

3

9

4

37

Agricultura, silvicultura, pesca

3

17

0

31

3

6

0

60

Materia prima, servicios, refinerías

2

1

15

15

5

10

2

50

Industria

23

13

10

331

124

157

74

732

Comunicación, transporte, comercio

9

12

7

90

127

304

20

569

Hogares

0

11

10

224

242

138

82

707

Gobierno

0

5

5

24

65

83

49

231

Total

37

60

50

732

569

707

231

2386

Figura 22.9 Tabla simplificada de entradas y salidas de la economía americana en 1967. Los números están en billones de dólares por año que fluyen entre los sectores, como se muestra en el diagrama de la Figura 22.8. Los números fueron ajustados para hacer un estado estacionario (no crece, ni declina). El Producto Nacional Bruto fue de 750 billones de dólares por año (suma de los flujos a través del sector doméstico y gobierno menos los flujos dentro del gobierno y entre las casas). Desde el punto de vista del consumidor humano, los dólares, que entran como rendimientos y salen como pagos directos o indirectos a la vida personal, son los flujos más importantes. Como una medida de la actividad económica que converge en los humanos, el flujo a través del último sector (residencias y gobierno) de la Figura 22.9 es llamada Producto Interno Bruto. En la Figura 22.9 es la suma de los flujos a través de las columnas hacia las casas y el gobierno. Esos consumidores se denominan demanda final. La importación y exportación están incluidos en la tabla, y se muestran como flujos transversales al límite del sistema en la Figura 22.8.


Una tabla de entrada-salida también puede usarse para representar otros flujos entre sectores, tales como materiales. Por ejemplo, una tabla de entrada-salida para un ecosistema puede tener datos sobre un flujo de carbono en el alimento, desde un sector de la economía natural a otro. Como la tabla de entrada-salida representa fácilmente el flujo de dinero entre sectores, el diagrama de red en la Figura 22.8 representa mejor el flujo total de energía. El diagrama muestra los flujos de entrada desde el exterior que dirigen el sistema, y que eventualmente se tornan degradables y se dispersan en el sistema. Las posiciones en el diagrama, de izquierda a derecha, indican calidad energética. Preguntas y actividades del Capítulo 22. 1. Defina: a. calidad energética b. eMergía c. amplificador d. intercambio e. precio f. PIB g. sector h. inflación 2. Por qué el flujo de energía y el flujo de dinero van en direcciones opuestas en un diagrama energía-economía? 3. Haga una lista de varios tipos de bienes que el dinero puede comprar. 4. Liste tres tipos de cosas dadas a una red económica, que no puedan pagarse con dinero. 5. Describa los tres sectores que aparecen en la Figura 22.9. 6. Calcule una razón entre la eMergia y dólar para 1983. 72.6 E23 solar en joules fueron utilizadas para degradar en calor en un año y 3.3 trillones de dólares circularon. Qué es la relación eMergía-dolar? 7. Calcule una proporción eMergía-dólar para 1983. Se utilizaron y degradaron en forma de calor 72.6 E23 joules de energía solar en un año, y circularon 3.3 trillones de dólares. Qué es la proporción eMergía-dólar? 8. Dé un ejemplo de energía de alta calidad. 9. Ordene en orden de calidad energética: luz del sol, calor disipado, electricidad, madera y trabajo humano. 10. Si la tasa de inflación permanece la igual, cuánto dinero precisaría para comprar un coche de 10.000 dólares en tres años? Use la tasa de inflación para este año (o use 4%) y asuma que será constante por tres años. Si la tasa de inflación aumenta 1% al año, cuánto costaría el carro en tres años? 11. Cuando su familia paga impuestos al gobierno, qué esperan ellos de retribución? 12. Describa el efecto de la inflación en: -destrucción de bienes. -destrucción de las actividades soporte de la vida del ambiente. -guerra. -cantidades crecientes de préstamos. -reducción del contra flujo de energía. -polución de la agua y aire.


13. Usando la tabla entrada-salida calcule: -Cuánto del rendimiento de la agricultura, pecuaria, pesca y sector forestal va a la exportación? (ubique agricultura, vegetación y pesca en la parte superior izquierda; ir hacia la derecha hasta llegar a la columna "exportación". La respuesta es 3 billones de dólares). Cuál es el porcentaje de esto sobre el rendimiento total? -Cuál el % de renta industrial que viene de ventas para el gobierno? -Existe un balance en el comercio? (compare importación y exportación).


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS

PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 23. BASES PARA EL DESARROLLO DE LA ECONOMÍA DE LOS ESTADOS UNIDOS OBJETIVOS: 1. Hacer un diagrama de un sistema económico; 2. Dar un ejemplo de sistema macro-económico y otro de sistema micro económico; 3. Explicar cuánto valor es adicionado a un producto cuando es procesado; 4. Definir valor de mercado y valor macro-económico; 5. Describir el método para determinar el valor macro-económico de recursos naturales; 6. Identificar las principales energías renovables y no renovables que dirigen la economía. 23.1 Base de recursos para la economía. La economía de un estado o de una nación depende de su soporte ambiental, que consiste en varios recursos "de acceso libre" como el sol, viento, lluvia, marea, migración de animales, etc. y de recursos existentes dentro de sus fronteras, como depósitos de minerales, madera, peces, suelos, y, también, de las importaciones. En este Capítulo esos recursos son evaluados usando el concepto de eMergia y se estima su contribución a la economía de los Estados Unidos. 23.2 Sistema de uso económico. Todo el sistema económico de un estado o nación se denomina sistema macroeconómico, como se muestra en la Figura 22.8. Cuando una categoría de actividad económica se estudia por separado, esta se denomina sistema micro - económico. Como ejemplo, en la Figura 23.1, se muestra un sistema micro - económico para el procesamiento y uso de la madera de un bosque. La parte de la economía que está directamente relacionada al proceso de la madera que proviene de un bosque es separada del resto de la economía para mostrar con cuanto contribuye. En este ejemplo, la madera del bosque crece, se corta y se transforma en el producto final. Con la ayuda del sol y nutrientes, la madera forestal se introduce a la economía y se procesa paso a paso, cambiando de mano, hasta que finalmente se vende al consumidor final. El dinero paga apenas servicios humanos (líneas punteadas). Por ejemplo: los árboles son inicialmente cosechados por un leñador, él los vende a un aserradero y usa el dinero obtenido para comprar combustibles, máquinas y otros servicios. El aserradero, a su vez, vende la madera tratada a un depósito de madera, y usa el dinero para comprar combustible, mercaderías, servicios y así sucesivamente. A cada paso a lo largo del


camino recorrido por el producto final, se hacen mas servicios elevando así su precio. El precio que se paga en cada transacción mide la contribución humana, no el trabajo del medio ambiente. El dinero pagado por un nuevo servicio en cada paso es el valor adicionado.

A - leñador D - manufactura de muebles B - aserradero E- tienda de muebles C - maderera F - personas en la economía

Figura 23.1 Proceso de productos del medio ambiente destinados a una economía Observe que la energía de todo el proceso incluye (en la izquierda) las energías renovables como sol, viento y lluvia, la energía almacenada en los nutrientes, y que los recursos renovables y no renovables (en la derecha) son los que manejan la economía principal. El trabajo de la naturaleza para el crecimiento de la madera es dirigido por los recursos renovables y no renovables, y esas energías contribuyen al sistema económico del cual la madera hace parte. 23.3 Valor de mercado y valores macro-económicos. La Figura 23.1 muestra diferentes tipos de valores ($). El valor usado más comúnmente es el valor de mercado, definido como el valor que las personas están dispuestas a pagar voluntariamente. La economía suele comenzar cuando el leñador vende madera y recibe el pago. El dinero pagado es el valor de mercado de la madera bruta, poco procesada. Se suele pensar que el valor de mercado pagado a la primera persona, o sea al leñador, es el valor del producto. Este es con seguridad un valor, pero el valor mayor es todo dinero que circula en la economía como resultado de la introducción de la madera en el sistema económico. Conforme la madera es procesada para la venta al por mayor, para vendedores y fabricantes de muebles hay un aumento en el precio de mercado.


La contribución del sistema ambiental en la producción de madera se cuantifica mediante la eMergia solar de los insumos ambientales; el trabajo de la naturaleza puede ser considerado como la suma de la energía transferida por los rayos solares y otros insumos energéticos a través de los años de crecimiento de los árboles. La eMergia solar de la madera puede ser comparada con la eMergia solar usada por toda la economía para descubrir cual es la contribución de la madera en la economía total. Por ejemplo, en algunos países la madera corresponde a un 10% del total de eMergia solar usada en el país. En este texto el valor macro-económico de la madera es definido como todo el dinero circulante en la economía debido al uso de la madera, este valor se puede estimar multiplicando el PIB (Producto Interno Bruto) por la fracción de eMergia nacional que corresponde a la madera. El valor macro-económico de la madera es más alto que su valor de mercado. En otras palabras, la madera mantiene más la economía de lo que podría juzgarse por su valor de mercado. Cuando un recurso como la madera es abundante, la gente está dispuesta a pagar menos. Como los precios son bajos, cualquiera tiene acceso a ella y por lo tanto es bastante usada. Cuanto más barata es, más contribuye con la economía y el padrón de vida. Su valor macro-económico es alto. Al contrario, los precios de mercado son altos cuando un recurso es escaso y su valor macro-económico es menor. 23.4 Análisis energético de la base de recursos ambientales de los Estados Unidos. Toda región, estado o país tiene diferentes perfiles de recursos, los cuales contribuyen a la cultura y ocupación de su población. En general, los perfiles de recursos de cada región le dan un carácter único a su economía . Como fue discutido en el Capítulo 22, los recursos renovables de una región contribuyen con una considerable cantidad al presupuesto total de energía, y tienen un importante efecto en la economía. La combinación de la economía de la naturaleza y la economía humana debe incluir todas las fuentes de energía, sean estas renovables, de importación, o de reservas internas.


Figura 23.2 Fuentes norteamericanas de energía en 1980. El cálculo de la eMergía solar de todas las fuentes de energía, que constituyen la base energética de una economía, es llamado análisis eMergético de las bases de recursos de una región. Un análisis eMergético para los Estados Unidos se da en la Figura 23.2 y en las Tablas 23.1 y 23.2. Todas las fuentes de energía y reservas fueron evaluadas en eMjoules solares. Los valores numéricos en la Figura 23.2 fueron calculados en las Tablas 23.1 y 23.2. Tabla 23.1 El uso de energía por los E.U.A. en 1980

Fuente

Flujo de energía en EUA (1980 )

Transformidad (#)

eMergia solar en EUA (*)

sej/J E18 J/año

E22 sej/año

Valor macroeconómico, 1980 (†) E9 $ /año

Recursos renovables " de acceso libre" Luz solar directa

44 800.0

1

4.5

17.3


Luz solar indirecta Vientos

163.0

663

10.8

41.5

Olas

10.9

25 400

27.7

106.5

Energía potencial

63.3

8 900

56.2

216.2

Pureza química

41.7

15 400

64.4

247.7

Marea absorbida

7.6

23 600

18.0

69.2

13.6

29 200

39.5

151.9

Madera

4.7

34 900

16.4

63.1

Carbón

18.0

39 800

73.5

282.7

Petróleo

18.7

53 000

98.5

378.8

Gas natural

23.6

48 000

113.3

435.8

T

1.4 E16 sej/T

7.1

27.3

Mineral de fierro

69.6 E12 g

8.5 E 8 sej/g

5.9

22.7

Bauxita

1.5 E12

8.5 E 8 sej/g

0.1

0.4

Energía nuclear

9.1 E17

15.9 E4

14.5

55.8

Suelos

5.9 E14

6.25 E4 sej/g

100.0

384.6

15.5

53,000

82.0

315.4

1.1

48.000

5.0

19.2

8.5E8 sej/g

3.6

13.8

61.0

234.6

Lluvias

Ciclo geológico Uso de reservas almacenadas

Fosfato

5.0 E6

g

g

Recursos adquiridos de otros países Combustibles líquidos Gas natural Minerales Bienes y servicios

4.2E12

g

(#) eMjoules solares estimados para generar un joule de energía de este tipo. sej/T significa eMjoules solares por tonelada. (*) eMergia solar de las fuentes de energía norteamericanas. Desde que esos recursos son producidos como subproductos de otros, ellos no deben ser adicionados como si hiciesen parte de contribuciones separadas. (†) Valor macro-económico en 1980, obtenido dividiendo la eMergia solar (en la columna 3) entre la relación eMergia /$ de los Estados Unidos [2.6E12 sej/$]. Anotaciones en Apéndice B.


Tabla 23.2 Recursos almacenados para el desenvolvimiento de los Estados Unidos en 1980. Recursos almacenados

Energía almacenada

Transformidad (#)

E20 J

sej/J

eMergia solar almacenada

Valor macroeconómico (*) , 1980

E22 sej

E9 $

Madera

0.47

34 900

165

634.6

Carbón

117.00

39 800

46 600

179 230.8

Agua de subsuelo

1.90

41 000

770

2 961.5

Gas natural

2.95

48 000

1 410

5 432.1

Petróleo

1.71

53 000

910

3 500.0

1.8 E8 T

1.4 E16 sej/T

250

961.5

Superficie del suelo

7.35

63 000

4 630

17 807.7

Uranio

2.95

1.9 E3

53

203.8

Fosfato

Extrac. minera (He)

?

(#) eMjoules solares estimados para generar un joule de energía de ese tipo. (*) Valor macroeconómico en 1980 (relativo al valor del dólar en ese año), obtenido dividiendo la eMergia solar en la columna 3 por la relación eMergia/$ de los E.U.A. Anotaciones en el Apéndice B.

En la segunda columna de la Tabla 23.1 se da el flujo de energía para cada fuente. Los datos fueron obtenidos por medio de cálculos estadísticos abstractos. Las fuentes y los cálculos se encuentran en el Apéndice B. La columna 3 lista valores numéricos para la Transformidad de varias fuentes energéticas. Las transformidades fueron calculadas del análisis de un diagrama energético de la red de flujos de energía en la biosfera. En la cuarta columna de la Tabla 23.1 está la eMergia solar en cada flujo, que es el producto de la energía en la columna 1 y la Transformidad en la columna 2. La eMergía solar de cada fuente está escrita en el diagrama de recursos de la Figura 23.2. Finalmente, en la quinta y última columna, el valor macro-económico de cada recurso para la economía está estimado en dólares. El cálculo se hizo dividiendo los valores eMergéticos (columna 3) por la relación eMergía/dólar de la Sección 22.4. Los valores en la última columna son una estimación de la cuota de la economía total atribuida a cada recurso. Los valores numéricos de la Tabla 23.2 fueron calculados de la misma forma que aquellos en la Tabla 23.1. 23.5 Bases ambientales para la economía de los Estados Unidos.


Como muestra la Figura 23.2 y la Tabla 23.1, los más importantes flujos de eMergía son las lluvias, combustibles líquidos y gases, y bienes y servicios. La mayor contribución de una reserva interna son los vastos depósitos de carbón y el segundo viene de los suelos. El uso más frecuente de las reservas internas, es el uso del gas natural. Algunas perspectivas de la relativa contribución de cada fuente de eMergia son posibles una vez que se realice un análisis de eMergia para la nación. Por ejemplo, observe la contribución relativamente pequeña que hacen la luz solar directa y vientos en el presupuesto eMergético total cuando se compara con el uso de combustibles. Es difícil imaginar que podríamos, algún día, substituir los combustibles que en gran parte mueven la economía norteamericana. Y como veremos en el Capitulo 27, muchas fuentes como estas, y otras, podrían no ser suficientemente grandes para mantener los niveles actuales de consumo de nuestra sociedad. El alto valor de los depósitos de la superficie terrestre, justifica la creciente atención que se ha dado a las pérdidas de calidad del suelo causadas por una mala práctica de agricultura. Hay más eMergía depositada en la superficie del suelo que en otras reservas combinadas, excepto el carbón. Preguntas y actividades para el Capítulo 23 1- Defina los siguientes términos. a. Sistema micro-económico b. Sistema macro-económico c. Valor de mercado d. Análisis de eMergía e. Valor macro-económico f. Valor adquirido 2- Usando el diagrama de la Figura 23.1, muestre qué tipos de reservas se usan para el desarrollo de los siguientes productos finales (y liste cada etapa del procesamiento). -libro de registro -caja de cereal -revista • Escoja uno de los productos de la pregunta 2 y describa cuanto valor se atribuye a cada etapa del procesamiento para elaborarlo. • Explique en cuatro pasos como calcular el valor macro-económico de una reserva de carbón, y el carbón usado anualmente en los Estados Unidos. Ahora haga los cálculos actuales (usando las Tablas 23.1 y 23.2). • Haga los cálculos preliminares del flujo de eMergía solar en la población de la Figura 23.2. La inmigración legal en 1980 fue de 531 000 personas. Si cada una de estas personas llevaba un promedio de eMergía/persona de 0.4 E16 joules de energía (Tabla 29.1), Cual es el flujo de eMergía en la inmigración? Qué relación es esta, del total de eMergia usada en los E.U.A. en 1980?. (Para el total sume los flujos externos e internos)


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 24. SISTEMA ECONÓMICO DE UN ESTADO O PROVINCIA DENTRO DE UN PAÍS (Ejemplo: Estado de Florida en Estados Unidos) OBJETIVOS: 1. Hacer una lista de los componentes envueltos en un diagrama energético (simple) de un Estado dentro de un país. 2. Describir las interrelaciones entre la imagen de un Estado, su medio ambiente y su habilidad para atraer personas e inversiones. 3. Describir los varios sectores de la economía de un país. 4. Describir las relaciones entre la economía de un país y el uso de energía En los Capítulos anteriores se analizó la base ambiental para la economía de los Estados Unidos. Las economías locales más pequeñas (Estados o regiones menores aún como los Condados) también son dirigidas en parte por los recursos del medio ambiente. En algunos casos, son energías almacenadas en forma de agua del subsuelo o bosques, en otros casos son flujos de energía como ríos, mareas y olas. En este Capítulo se examina la economía de un Estado, incluyendo el papel de los recursos naturales en atraer inversiones externas. Muchos Estados dependen mucho de la energía y bienes importados porque no pueden obtenerlos por sí mismos. Otros Estados tienen algunos bienes o recursos en exceso, y los exportan a Estados donde esos recursos existen en poca cantidad. De esta manera, las economías de los Estados están conectadas unas con otras, y constituyen la economía de los Estados Unidos. 24.1 Diagrama de un Estado. Diagramar la energía de un Estado ayuda a combinar la información en componentes, procesos, causas y efectos. Incluyendo en diagrama todos los trazos que se conocen acerca del sistema, y mostrando los caminos de interacción entre trazos, es posible obtener una mejor comprensión de sistemas complejos como la de los Estados. Observar el sistema de una sola vez, con todos sus componentes y procesos, es útil para entender el sistema global y como cada componente encaja formando el todo. Un diagrama panorámico de un Estado Norteamericano típico (Florida) puede verse en la Figura 24.1. Para diseñar el diagrama, primero se determina y diseña la fuente principal de energía externa y los recursos almacenados. A continuación se adicionan los componentes principales, procesos, y sub-sistemas. Las fuentes de energía y los componentes internos se ordenan por mayor calidad de energía, de izquierda a derecha. Despues de diseñar los componentes se trazan los caminos del flujo de energía conectando los componentes y mostrando las interacciones.


El diagrama panorámico contiene, de izquierda a derecha, áreas verdes y granjas rurales, sectores industriales y de comercio, residencias de los consumidores, gobierno y centros de información. Las áreas verdes y las granjas rurales reciben los flujos de energía del sol, viento, lluvia y procesos geológicos. Estos sistemas son las áreas de fotosíntesis de las plantas, donde el crecimiento de la vegetación se suma al almacenamiento en zonas forestales y medios salvajes o se cosecha y se consume. Las áreas costeras reciben las olas y mareas como generadoras de servicios valiosos para el medio ambiente y para el sistema económico. <>

Figura 24.1 Diagrama general de un Estado. Los componentes del sistema en la derecha son los sectores consumidores, localizados principalmente en las ciudades. Estos sectores se ven afectados por la migración de personas, influencias gubernamentales y la disponibilidad de combustibles fósiles. En áreas donde existe una inmigración progresiva, la creciente población genera nuevos centros urbanos de comercio e industria. La energía y recursos que se exportan se intercambian con dinero, que fluye dentro del "depósito de dinero" en la economía local. Este dinero, se utiliza para adquirir


bienes, servicios y combustibles de fuentes externas. Se pagan impuestos federales y se reciben transferencias de pagos federales. 24.2 Atracción e imagen. La mayoría de las personas tienen en mente un cuadro de como es un Estado. Este cuadro mental constituye la imagen del Estado, con el cual las personas se ven atraídas para visitarlo o inmigrar. La Figura 24.1 muestra un "depósito" de imagen que está conformado por todos los componentes independientes del sistema Estado. Los sistemas rural y de medio ambiente, como bosques, costas, montañas y granjas, así como los sistemas urbano y gubernamental completan la imagen. En la Figura 24.1, el depósito de imagen actúa para incrementar el flujo de turistas e inmigrantes. Cuanto mejor imagen tiene una región o Estado, más atraídas se sienten las personas. Gran parte de la zona meridional de los Estados Unidos, algunas veces llamada "cinturón del sol", tiene una buena imagen, y atrae más y más personas. Los Estados costeros no solamente tienen vegetación y áreas rurales, también tienen recursos naturales como estuarios y playas que le proporcionan una mejor imagen, comparado con Estados del interior. Otros Estados que tienen climas cálidos, sin polen ni humedad, atraen por esos motivos a personas que sufren asma o tienen problemas de salud. En resumen, la imagen ayuda a atraer inversiones en dinero de fuentes externas. Los Estados con buena imagen atraen industrias que quieren expandirse o situarse en Estados con mejor imagen. Los inversionistas individuales están siempre buscando buenas inversiones, y Estados con buenas imágenes usualmente son buenas inversiones, siempre y cuando estén en proceso de crecimiento. A medida que se atrae personas, la industria y el comercio se suman a la economía local, en muchos casos la imagen comienza a decaer. La aglomeración de personas, el crecimiento de espacios abiertos y la pérdida de valores ambientales, como agua limpia y aire puro, causan el deterioro de la imagen. Otras áreas con mejores imágenes alejarán las inversiones de aquellas cuya imagen esté en deterioro. 24.3 El patrón básico de un Estado. Cuando se estudia la complejidad de todo el diagrama de la Figura 24.1, es fácil confundirse sobre lo que es realmente importante. Una forma de ver el sistema de un Estado se muestra en el diagrama agregado de la Figura 24.2. Aquí, los artículos producidos en el Estado se exportan a cambio de dinero, este es utilizado para adquirir combustibles, bienes, y servicios del exterior. El papel que los recursos naturales juegan en la economía de un Estado, se muestra en la Figura 24.2 La forma en que la imagen y las exportaciones se generaron primero que las fuentes del medio ambiente fue significativa. El dinero de la venta de las exportaciones y las inversiones monetarias, atraídas por su buena imagen, fueron usadas para adquirir importaciones de combustible, bienes y servicios necesarios. Los impuestos y la transferencia de pagos fluyen de y desde el gobierno. La transferencia de pagos es dinero que proviene del gobierno federal para gastos militares, cheques de seguridad social, productos educativos, etc. Observando el diagrama, es evidente que el


cuidado con el uso del medio ambiente es importante para asegurar que la economía permanezca fuerte y competitiva. Una economía fuerte se hace posible a través de una buena imagen que atraiga inversiones externas, y la exportación de bienes y servicios basados en los recursos del medio ambiente del Estado.

Figura 24.2 El patrón básico de la economía de un Estado. 24.4 Uso de combustibles y la economía de un Estado. Ya que mucha de la eMergía de los Estados modernos proviene de los combustibles, la vitalidad de la economía, que es la habilidad de resistir y permanecer competitiva, depende de la energía consumida para fines útiles. Esto se demuestra en el gráfico de la Figura 24.3, donde fue graficado el Producto Bruto de un Estado (PBE), en este caso Florida, versus el consumo de combustibles. Comenzando con el año 1960, cada punto del gráfico representa un año diferente.


Figura 24.3 Correlación entre la economía y el consumo de combustibles, Estado de Florida (Zucchetto, 1984). El gráfico muestra claramente que entre los años 1960 y 1978, hubo una relación directa entre el PBE y el consumo de energía. Cada año se fue perfeccionando la economía del Estado, produciendo más que el año precedente. Cada año de incremento de producción requirió un aumento similar en el consumo de energía. 24.5 Comercio exterior. Como la mayoría de los Estados no producen todo lo necesario para sus procesos productivos y de consumo, deben importar combustibles, bienes y servicios de otros Estados. Los Estados productores de gas y petróleo, como Texas, Louisiana y Alaska, exportaron durante años petróleo que tenían en gran cantidad para abastecer las necesidades de otros Estados. Los Estados que tienen buenos suelos y clima, exportaron productos agrícolas a aquellos que no eran tan afortunados. La madera de los bosques del sur y noroeste era importada por otros Estados para fabricar papel y la construcción de casas y otras edificaciones. Como se vió en la Figura 24.2, en orden de compra de productos importados, un Estado tiene que vender exportaciones, o de alguna manera atraer inversiones en dólares. Comúnmente se dice que la balanza de pagos se mantuvo constante. Esto es, que el flujo de dólares que sale a pagar las importaciones está equilibrado por el flujo de dólares provenientes de la venta de exportaciones, inversiones u otras fuentes. Algunos Estados, especialmente los costeros, realizan comercio extensivo con otros países. Los Estados costeros meridionales importan mucho petróleo y otras materias primas de Centro y Sud América, y a cambio venden productos terminados, como maquinarias y equipos electrónicos. 24.6 Minería y extracción mineral.


A través de millones de años, los procesos geológicos acumularon algunos metales y otros materiales como carbón, petróleo y gas natural. Cuando existen concentraciones suficientemente altas, se procede a su extracción. Donde estos depósitos están cerca de la superficie se realiza una excavación a cielo abierto, removiendo la capa superior del suelo y excavando para extraer los depósitos. El medio ambiente es desestructurado por el proceso de minería, generalmente se crea una polémica con posiciones conflictivas sobre cuanta extracción minera debe realizarse y como reorganizar el nuevo medio ambiente despues de este proceso. Algunos materiales que son extraídos mediante minería de veta superficial son: hierro, cobre, rocas de fosfato, bauxita y muchos metales menos comunes. En Estados donde los recursos minerales están concentrados, se extrae mucho más de lo que puede ser usado por el Estado y la mayor parte se exporta a otras regiones. Algunos Estados están cuestionando la degradación ambiental que se sufre localmente a raíz de la minería, cuando los recursos se embarcan a otros lugares, beneficiando otras economías. Se propusieron impuestos adicionales y se colocaron en los recursos exportados para ayudar a pagar por las pérdidas ambientales y la restauración del medio. 24.7 Agricultura y silvicultura. En los Estados meridionales y del noroeste de Estado Unidos la silvicultura es el sector principal de la economía. Muchos campos vírgenes de bosques fueron cortados desde hace un siglo, y actualmente un segundo crecimiento, y administración, de bosques de pinos de rápido crecimiento son la principal fuente de madera. Los grandes bosques del este de los Estados Unidos, fueron cortados en los primeros días del nacimiento de esta nación, algunos nunca fueron reforestados y se convirtieron en tierras para agricultura. Cuando se corta y no se replanta, un valioso recurso se agota. En algunos casos, bosques de madera de ley de alta calidad fueron cortados y reemplazados por pinos de rápido crecimiento de madera más débil. Toma mucho tiempo el crecimiento de árboles de madera de ley como la encina, el roble y el nogal, de este modo en los bosques administrados, en su lugar se plantan pinos, que incrementan el rendimiento por acre. La producción agrícola varía de un Estado a otro. Cada región del país, debido a su combinación particular de clima, topografía (perfil geográfico: montañas y valles) y suelos, es apropiado para diferentes cosechas. Los Estados de las Grandes Planicies norteamericanas son la "canasta del pan" porque en ellos la producción de granos es extensiva. Al sur de los Estados Unidos las principales agro-indústrias son de algodón, arroz, soja, cítricos y ganado. En Florida y la zona meridional de California crecen frutas y hortalizas, que en el invierno pueden alcanzar precios bastante altos. 24.8 Industrias. Hasta hace poco tiempo, la mayor parte de las industrias en los Estados Unidos se concentraban en el noroeste. La industria automotriz estaba concentrada alrededor de Los Grandes Lagos en Michigan, cerca de los abastecimientos de acero y con acceso a vías de transporte. A medida que el área comenzó a sobrepoblarse, la contribución del medio ambiente disminuyó y se requirieron más servicios humanos para obtener


comida, agua y recreación. El manejo de desperdicios se hizo cada vez más caro. Los impuestos aumentaron. El crecimiento económico de esa región comenzó a declinar a medida que sus atractivos para la industria disminuyeron. Es posible que eso haya sucedido a causa de la creciente densidad de la población y la sobre-explotación de los recursos naturales. Recientemente, a medida que se iniciaron nuevas industrias, se buscaron otras localizaciones. Muchas de estas nuevas industrias, como la industria de computadoras, se localizaron en áreas con climas amenos y con otras ventajas naturales para sus trabajadores. 24.9 Crecimiento económico. La economía de los Estados Unidos ha crecido lentamente en los últimos años (algunos años crece, otros años no crece en absoluto, e incluso algunos años decrece); existen Estados que tienen índices de crecimiento altos a expensas de otros Estados. Algunas zonas del "cinturón del sol" han crecido con índices superiores a un 10%, en cuanto otras áreas han disminuido su actividad económica. Como se mostró en la Figura 24.3, el crecimiento de la economía está directamente relacionada al crecimiento de las fuentes de energía. Si hay un incremento en la disponibilidad de energía en el futuro, podrá existir un potencial para crecer más; pero probablemente, a medida que los recursos disminuyan, el crecimiento global se nivelará y el desarrollo de regiones se irá equilibrando por regiones que tienen actividades económicas en decadencia. Aquellas regiones y Estados que tienen una buena base ambiental pueden mantenerse atractivos durante bastante tiempo y pueden crecer más despues de que el crecimiento de otros se haya detenido. Muchas personas sostienen la visión utópica ("sociedad de la información") de que la economía puede operar con continuo crecimiento, sustituyendo los recursos a medida que son usados por la información y los servicios humanos. El factor restrictivo es que se requieren muchos recursos para mantener los sistemas de información y educación (y estos no sustituyen las materias primas). Otras personas creen que nuevos tipos de recursos (energía y materiales) serán descubiertos para substituir aquellos ya consumidos. Hasta la fecha, no existen en vista nuevos tipos de recursos que se hayan comprobado, sean tan ricos como los combustibles consumidos actualmente. Vea los Capítulos 26 y 27. Preguntas y actividades del Capítulo 24. 1. Defina los siguiente términos: a. b. c. d.

Producto Bruto de un Estado imagen minería de veta superficial topografía

2. Liste diez fuentes externas -en orden decreciente de calidad de energía- que se manejen en su región.


3. Qué efectos puede tener una buena imagen, en el número de inversionistas interesados en un Estado? 4. Cuál es la fuente de producción, ventas, servicios e imagen en su región? 5. Cuál es la relación entre la economía de un Estado y su consumo de energía?


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS

PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 25. IMPACTO DE LA ECONOMÍA EN EL MEDIO AMBIENTE OBJETIVOS: 1. Explicar y hacer un diagrama de cómo la economía se integra al medio ambiente; 2. Distinguir entre el uso de subproductos y residuos; 3. Construir un diagrama del ciclo del azufre y los efectos de la combustión; 4. Explicar problemas con dióxido de carbono, ozono, lluvia ácida y basura química tóxica; 5. Sugerir caminos para mejorar el tratamiento actual de las basuras sólidas. Como se demuestra en la Figura 25.1, la economía no solamente recibe energía y materias primas del medio ambiente, como fue dicho en el Capítulo 23, también influencia en el medio ambiente generando residuos y cambiando de comportamiento. Por ejemplo, los seres humanos amplían las fronteras, usan química en la agricultura y cambian el medio con carreteras, vías de tren, líneas de electricidad y redes de comunicación. En otras palabras, la economía y medio ambiente están relacionadas íntimamente. Muchos problemas con el impacto ambiental pueden ser resueltos reconociendo los ciclos geológico-ambientales naturales, el medio de obtener provechosamente materiales y devolver materiales a ellos sin acumular desperdicios.

Figura 25.1 Diagrama del medio ambiente y economía. 25.1 Subproductos o residuos? Un buen sistema, sea un ecosistema o la economía, usa todos sus subproductos para mejorar su eficiencia. Siempre que existe un subproducto en un ecosistema, algún organismo puede utilizarlo. Entre la gran diversidad de organismos que son parte de las especies de la Tierra, existen algunos que pueden usar y beneficiarse de prácticamente


cualquier producto. Por ejemplo, existe una gran cantidad de ecosistemas especiales, formados en fuentes termales y drenajes de agua caliente de plantas nucleares. De forma similar, una economía que no usa los subproductos para propósitos útiles, es menos eficiente pues deja de aprovechar los beneficios económicos que podrían derivarse de la venta de los subproductos beneficiados. Por ejemplo, el poner la basura en depósitos y aterros sanitarios, es una práctica pobre. Reciclando vidrio, plástico, madera, metales, etc. dentro de la economía, se pueden disminuir costos de reposición de estos artículos, y los costos de procesamiento y almacenamiento. Los subproductos que no son fácilmente reutilizables, deben devolverse al ciclo ambiental de forma que se beneficie a la biosfera. Un ejemplo de eso es el tratamiento y reciclaje de aguas servidas; el agua se conserva, se estimula el crecimiento de árboles y vida salvaje, y se reduce el coste de tratamiento. Los residuos no utilizados son contaminación, mientras que los subproductos que son reutilizados o reciclados son beneficios. 25.2 Ciclo del azufre. El azufre es un elemento necesario para la vida en pequeñas cantidades. El sulfato, es una de las sales más abundantes del mar. El azufre raramente es un factor limitante para las plantas, excepto en suelos muy pobres o en pantanos distantes del océano. Las plantas usan azufre para hacer substancia orgánica que pasa a la cadena alimenticia, es liberado como desechos y, despues de descompuesto, retorna al agua como sulfato. Esta parte del ciclo, en la Figura 25.2, es similar al ciclo del fósforo en la Figura 2.3 y al ciclo del nitrógeno en la Figura 2.4.


Figura 25.2 Ciclo mundial del azufre. Los caminos del azufre son las líneas gruesas. Las líneas finas representan la energía disipada en las fuentes de calor. H2S, sulfato de hidrógeno. M, microorganismos. Algo de la materia orgánica de la producción vegetal, con el azufre, entra en la turba y en sedimentos acuáticos, y eventualmente se convierte en carbón y petróleo. Cuando el agua se filtra en depósitos orgánicos, el sulfato contenido en el agua es transformado en ácido sulfhídrico por microorganismos que usan el oxígeno del sulfato. Algunas reacciones con sales de hierro forman partículas de sulfatos de hierro (mineral amarillo llamado "el oro de los tontos"), es así como el carbón y petróleo son enriquecidos con azufre. 25.3 Lluvia ácida. Cuando se quema carbón y petróleo, los sulfatos minerales se combinan con oxígeno para formar gases de azufre (SO2 y SO3). Cuando estos gases se mezclan con lluvia, forman ácidos de azufre; en otras palabras, la lluvia se vuelve ácida. Algunos ácidos de nitrógeno contribuyen mediante un proceso similar. Cuando lluvias ácidas caen en lagos montañosos, el ácido disuelve el aluminio, que después obstruye las branquias de los peces. La lluvia ácida también retira nutrientes


del suelo. Muchos árboles mueren por la lluvia ácida. Los países por donde pasan vientos de áreas industriales del mundo, están siendo perjudicados por la lluvia ácida. Si la lluvia ácida cae sobre piedras calcáreas (carbonato de calcio) o suelos con partículas de sales calcáreas, el ácido se neutraliza. Estas áreas son menos afectadas que aquellas que no tienen piedras calcáreas. 25.4 Smog. La combinación de humo y neblina se denomina smog. Este es un problema serio especialmente en áreas que tienen inversión atmosférica (una capa de aire caliente sobre una capa de aire frío sobre la superficie), causando que el humo de áreas industriales se localice sobre la ciudad. La inversión evita que el aire de la superficie ascienda y se mezcle con el aire caliente. El smog causa problemas respiratorios y perjudica el crecimiento de plantas y árboles. Londres, Madrid, Los Ángeles y México son ejemplos de ciudades altamente contaminadas, donde ya se han presentado graves problemas causados por los altos niveles de smog. 25.5 Acumulación de dióxido de carbono y el efecto invernadero. Las industrias modernas, lanzan dioxido de carbono (CO2) tan rápidamente que los árboles del mundo, y otras plantas, no consiguen fotosintetizarlo. Además, las áreas verdes se hacen cada vez menores, los seres humanos están usando estas extensiones como tierras para agricultura y para la instalación de industrias y residencias. El porcentaje de CO2 en el aire creció más de un 20% en el último siglo; esta capa extra de CO2 en la atmósfera, actúa como el vidrio en un invernadero. El efecto que este aumento de temperatura tiene sobre la atmósfera terrestre y el clima, es sujeto de muchos estudios científicos y es motivo de controversias. No está claro aún si el nivel del mar está cayendo o subiendo. Una teoría dice que el aumento de la temperatura, causado por el incremento de CO2 en la atmósfera, va a aumentar la temperatura alrededor de la Tierra, derritiendo los polos y causando el aumento del nivel del mar. Otra teoría dice que este calor extra eleva la temperatura de los mares tropicales, causando mayor evaporación del agua, mas nubes, lluvia y nieve lejos de los trópicos. En los polos, precipita en forma de nieve. La nieve extra y el hielo reflejan mayor cantidad de luz, haciendo que estas áreas se hagan más frías, formando más nieve y hielo. Cuando hay más nieve y hielo durante el invierno de lo que puede derretirse durante el verano, aumentan los campos de nieve permanente y los glaciares, como en Groenlandia y en la Antártida. Reteniendo el agua, en forma de hielo, en la placa continental, desciende el nivel del mar alrededor del mundo. Con los polos más fríos y los mares del trópico más calientes, el contraste de temperatura es grande. Aún cuando el sistema climático es una máquina de calor que funciona con el contraste de temperatura entre los polos y los trópicos, la gran diferencia de temperaturas ocasiona vientos y tempestades fuertes. El uso anual de combustible en el mundo hoy está creciendo ligeramente. En breve, debido a una escasez de combustibles, el consumo en el mundo comenzará a decrecer.


Con menos combustibles disponibles, se cree que más áreas en la Tierra volverán a ser verdes y el dióxido de carbono contenido en la atmósfera empezará a disminuir. 25.6 Ozono. La capa de ozono (O3) en la parte superior de la atmósfera absorbe la mayor parte de la luz ultravioleta (UV) que proviene del sol. Exceso de luz ultravioleta puede causar daños, como quemaduras y cáncer de piel en los seres humanos. Una polémica se levanta debido a la destrucción que están causando algunos elementos químicos, como clorofluorocarbono y freón, a la capa de ozono. El ozono también se forma en el smog, cuando el sol actúa sobre los productos químicos industriales colocados en la atmósfera. Altas concentraciones de ozono en la superficie terrestre causan lesiones en los árboles y problemas respiratorios en los seres humanos. La concentración excesiva de industrias, en áreas donde los vientos son suaves y sucede inversión térmica, detiene el proceso normal de purificación del aire en la biosfera. 25.7 Eutrofización del agua por exceso de nutrientes. El enriquecimiento excesivo del agua es causado por drenaje de fertilizantes agrícolas, aguas pluviales de ciudades, detergentes, desechos de minas y drenaje de desechos humanos. Cuando estos residuos aumentan la concentración de nutrientes (fosfatos, nitratos, y potasas principalmente) de ríos y lagos, pueden causar eutroficación excesiva. Los nutrientes estimulan el crecimiento de algas y plantas, que interfieren con la utilización del agua para beber o recreación; estas entradas, generalmente irregulares, causan ondas de crecimiento, seguidas por periodos de consumo excesivo que pueden utilizar todo el oxígeno y exterminar a los peces. 25.8 Resíduos químicos tóxicos. El principal problema en la actualidad, donde quiera que haya industrias, es el residuo químico tóxico. El almacenamiento en depósitos es apenas temporario, y la infiltración comienza a envenenar abastecimientos de agua. Algunos componentes que la naturaleza no puede destoxificar jamás podrán ser utilizados. Otros que la naturaleza puede manejar, deben ser devueltos a los ecosistemas que sean capaces de destoxificarlos, en pequeñas concentraciones y en situaciones especiales, alejados de las personas. Reciclar es la solución para la mayor parte de los contaminantes. El agua servida debería ser vertida en tierras húmedas, pero en volúmenes que estén dentro de las posibilidades de la naturaleza. Los árboles y gramíneas de tierras húmedas, pueden usar los nutrientes para aumentar su crecimiento y pueden absorber metales pesados en su biomasa. El exceso de agua, despues de ser purificado por las plantas, puede filtrarse a través del suelo hacia corrientes de agua subterráneas. Hasta los ácidos, en las aguas residuales de minería, pueden ser reutilizados por tierras pantanosas, que son naturalmente ácidas. 25.9 Residuos sólidos.


Los residuos sólidos incluyen basura doméstica, chatarra de automóviles y maquinaria. El tratamiento de la basura de las ciudades es muy cara. El método usual de aterro sanitario tiene dos serios inconvenientes: ocupa espacio valioso, y los residuos tóxicos normalmente se infiltran, envenenando las aguas subterráneas. Estudios recientes sugieren que reciclar no es únicamente más barato, también puede ser una contribución positiva a la economía. El proceso consiste primero en separar vidrio y metales reutilizables, despues en fragmentar el papel y el plástico para que sean usados como "paja" para proteger las raíces y plantas pequeñas al reforestar. Nota de los traductores: Claro que, cabría añadir que el proceso de reciclaje, supone una contribución positiva a la economía, siempre y cuando el subproducto a reciclar no contenga resíduos químicos tóxicos, ya que entonces necesitarían de un tratamiento especialmente caro, para eliminarlos, y de ese modo, evitar la nefasta cotaminación que se produciría al reciclar esos subproductos contaminados químicamente, en el medio. 25.10 Canalización y dragaje. Los canales de dragaje para navegación y control del nivel de las aguas, ha redireccionado y perturbado muchos ríos y estuarios. Mientras que un valor económico aumenta por el desenvolvimiento del transporte de agua, la mayor parte del dragaje causa, sin necesidad, la pérdida de otros valores importantes para la economía. Por ejemplo: drenar y construir diques en tierras húmedas elimina los muchos servicios que éstas nos prestan, tales como purificar el agua, recibir sedimentos que enriquecen el suelo y su rica vegetación. En muchas áreas, como en Holanda y tierras próximas al Nilo y al Mississipi, la construcción constante de diques es necesaria para lidiar con la energía de la naturaleza. A medida que los combustibles fósiles se hagan más difíciles de obtener, y más caros, parte de ese trabajo va a detenerse, y las tierras y aguas volverán a su estado natural. Planear instalaciones humanas, tanto como estar en armonía con la naturaleza y su uso, es mejor que gastar recursos escasos para luchar contra una fuente potencial de beneficios. 25.11 Tierras forestales se convirtieron en pastizales y ciudades. Las personas, a medida que avanzó la civilización, fueron derribando zonas forestales, haciéndolas primero propiedades ó granjas y seguidamente ciudades. A pesar de que se está reforestando en alguna medida, deliberadamente y por procesos naturales, la mayor parte del mundo está aún perdiendo sus áreas forestales. En Europa, el corte y la reforestación están casi empatados; en pocas áreas, como el este de los Estados Unidos y el oeste de la Unión Soviética, existe un crecimiento neto de áreas forestales . 25.12 Rotación del suelo. El impacto de la agricultura moderna sobre los suelos ha sido agotarlos, acabar con sus nutrientes y su estructura. La rotación de cultivos puede ayudar; por ejemplo, cuando plantaciones de maíz, que consumen los nitratos del suelo, se alternan con plantaciones de soja, que devuelven los nitratos al suelo. Después de muchos años de uso, el suelo necesita 'descansar' para reconstruir su estructura y contenido, permitiendo


que la vegetación del área crezca nuevamente. El suelo se regenera más rápidamente con crecimiento de sus árboles y plantas nativas. Algunas veces, cuando las semillas de plantas nativas no pueden crecer por medios naturales, pueden ser introducidas o substituirse por plantas exóticas. 25.13 Menos impacto en el futuro. Como la búsqueda por combustibles y minerales, tiende a desarrollarse lejos de la costa y a gran profundidad en el suelo, mucho capital es utilizado para la obtención y procesamiento. Cuando la extracción y beneficio sean tan caros que los combustibles y minerales no tengan una eMergía líquida positiva (Capítulo 27), no compensará extraerlos, a no ser para propósitos muy especiales. Está llegando el tiempo en que los combustibles fósiles no estarán disponibles para producir fertilizantes, pesticidas, metales pesados y maquinaria de base. A medida que esto se aproxima, la economía tendrá menos impacto sobre el medio ambiente, y éste comenzará a volver a su estado de baja energía. Preguntas y actividades para el Capítulo 25. 1. Definir los siguientes términos: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.

subproducto destoxificar lluvia ácida smog efecto invernadero inversión ozono luz ultravioleta residuos sólidos dragaje

2. Discutir la sugerencia de que residuos tóxicos podrían ser colocados en volcanes activos. Considerar el principio de que reciclar es también un equilibrio de costes. 3. De qué manera la rotación de cultivos puede ser la solución para el problema del drenaje de fertilizantes y pesticidas? 4. Que tipo de reciclaje hace usted en su vida diaria? Liste otros tipos de reciclaje que podría realizar. Inténtelos. 5. Ayude a desarrollar un proyecto de reciclaje en su establecimiento. Probablemente el mejor medio es persuadir un club de servicios, a realizarlos como actividad. 6. Compare los efectos de las dos teorías de efecto invernadero. Cómo la subida y descenso de los niveles del mar afectan su área?


CURSO DE ECOSISTEMAS Y POLÍTICAS PÚBLICAS

PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 26. COMBUSTIBLES Y ELECTRICIDAD OBJETIVOS: 1. Hacer un esbozo de la generación de electricidad a partir de combustibles fósiles; 2. Dar un ejemplo para mostrar que, a medida que la energía se cambia de un tipo a otro, algo de la energía se degrada y pierde su habilidad para realizar trabajo; 3. Explicar eMergía neta y relación de eMergía neta para fuentes de carbón y petróleo; 4. Describir el efecto del coste de transporte en la eMergía neta de fuentes. Las fuentes de energía que soportan la economía de los Estados Unidos fueron presentadas en la Figura 22.2. Se discutió cuántas fuentes de energía se manejan en la economía y se mostró que los recursos naturales gratuitos contribuyen con aproximadamente 27% de la economía. En este Capítulo, se explica el uso de combustibles convencionales como petróleo, gas natural y carbón, y su conversión en electricidad. Y para responder las muchas preguntas acerca de cuánto puede soportar el resto de la economía una fuente de energía en particular, se introduce el concepto de eMergía neta. 26.1 Uso de combustibles y electricidad. Cuando se piensa en energía, muchas personas piensan en combustibles y electricidad. Estas son formas ricas en energía, que han sido explotadas en este siglo y forman la base de nuestra compleja civilización. Los combustibles convencionales incluyen: petróleo, gas natural, carbón y energía nuclear. Se suma, la energía de ríos que fue aprovechada para generar energía hidroeléctrica. El diagrama de la Figura 26.1 muestra las fuentes de energía y su patrón de uso en los Estados Unidos. El ancho de cada camino es una indicación del tamaño de cada flujo de energía. Así, el flujo de petróleo es el más grueso y el flujo de electricidad importada es el más delgado. Una gran cantidad de petróleo y una pequeña cantidad de gas natural fueron consumidas en transporte. El próximo gran uso de combustibles es la generación de electricidad. Una vez que se genera electricidad, se consume con una pequeña cantidad de otros combustibles en los sectores residencial, comercial y de industria. En el presente, cerca de ¹/³ del combustible norteamericano es utilizado para generar energía eléctrica, y los ²/³ restantes para uso directo. 26.2 Generación de electricidad.


Como la electricidad es fácil de utilizar y transportar, los combustibles se convierten en energía eléctrica. Piense por un momento en la flexibilidad de la energía eléctrica; puede usarse fácilmente para generar luz de muy alta calidad, para hacer funcionar una maquinaria o un computador, y para transferir información.

Figura 26.1 Uso de combustibles y electricidad en los Estados Unidos. Gráfico de flujo modificado por Kidman y Barret (1977). Los números están en BTU y corresponden al sistema energético de 1975. El término "energía perdida" se refiere a la energía utilizada para aumentar la calidad de energía; esta no se pierde pero sale como calor necesario para este proceso. La electricidad se genera en plantas de energía, similares a la diagramada en la Figura 26.2. Cuando los combustibles como carbón o petróleo se convierten en electricidad, cuatro joules de la energía de esos combustibles se usan para formar cada joule de la electricidad que está siendo producida. Tres joules generan calor a alta temperatura y el cuarto es utilizado indirectamente para proveer los bienes, servicios y equipamento necesario para generar electricidad. La planta de energía requiere algo de refrigerante ambiental y retroalimentación de bienes, servicios y equipamento de la economía principal. En el diagrama, 4 eMjoules


de carbón (sej) convergen para generar un joule eléctrico. La Transformidad es 4 sej por joule de electricidad (ó 160 000 eMjoules solares (sej) por joule de electricidad). En la Figura 26.1 la energía calórica se representa como si no fuera usada por ningún sector de la economía, pero fluye fuera del sistema a la derecha. Algunas veces esta energía calórica se describe como energía perdida; esto no es correcto, la energía debe ser usada y dispersada para convertir un tipo de energía en otro. Recuerde la segunda Ley de la Termodinámica analizada en el Capítulo 2.

Figura 26.2 Diagrama de energía de los principales aspectos de una planta de energía, que convierte combustible fósil en electricidad. La planta necesita algo de refrigeración ambiental y retroalimentación de bienes, servicios y equipamentos de la economía principal. Como se muestra en los números del diagrama, 4 eMjoules de carbón generan 1 joule eléctrico. La Transformidad es 4 eMjoules de carbón por joule de electricidad ó 160 000 eMjoules solares por joule (Figura 22.1). Algunos usos que se le da a la energía eléctrica son de lujo, principalmente para proporcionar comodidad y confort. Usar electricidad donde es posible usar directamente combustibles puede considerarse una pérdida de energía. Por ejemplo, el uso de energía eléctrica para calentamiento de residencias implica una pérdida de 3.4 de la energía consumida para generarla; el uso de leña o biogas puede ser más interesante. De cualquier manera, si se utiliza la energía eléctrica para hacer calentamiento local directo, reduciendo el área, el calentamiento eléctrico puntual puede ser ventajoso. Ejemplos son: cocina y frazadas eléctricas. Cuando los combustibles eran muy baratos, el precio de la energía eléctrica era bajo. Muchas casas fueron construidas como casas "totalmente eléctricas", todo era hecho con electricidad: se mantuvo la comodidad del recinto por medio de acondicionadores de aire y calentadores eléctricos, la comida se cocinaba y el agua se calentaba usando electricidad. Ahora, a medida que aumenta el precio de los combustibles, más y más casas están usando otros combustibles, como gas natural, para la calefacción, y en la cocina. A final de cuentas, la demanda de electricidad por el sector residencial puede entrar en declinio a medida que las personas cambien, donde sea posible, a uso directo


de combustibles. La energía de alta calidad debe ser usada únicamente para fines importantes. 26.3 eMergía neta. La eMergía neta de cualquier fuente de energía, es la cantidad que queda despues de sustraer la eMergía que fue utilizada para obtención y beneficio. En la Figura 26.3, se expone la eMergía neta de pozos de petróleo localizados en el Golfo de México. El producto se muestra fluyendo hacia la derecha, mientras que la eMergía utilizada por la economía principal para obtener y procesar el petróleo se muestra fluyendo hacia la izquierda. Cuando el flujo hacia la derecha es mayor al usado desde la economía principal, se trata de eMergía neta. El flujo que retorna de la economía principal se denomina retroalimentación.

Figura 26.3 Diagrama de eMergía neta de un grupo de pozos en el Golfo de México en 100 pies de agua (Odum et al., 1976). Al calcular la eMergía neta, el producto y la retroalimentación deben expresarse en términos de eMergía (consultar la sección 4.7 y la Tabla 23.1 para ver cómo un tipo de energía se expresa en otro tipo utilizando Transformidad). Para calcular la eMergía neta, primero se evalúa el actual flujo de energía; despues, cada uno se multiplica por la Transformidad solar para obtener su valor en eMjoules solares (sej). Si, como en el ejemplo de la Figura 26.3, la retroalimentación está compuesta principalmente por bienes y servicios, para los cuales existe un coste monetario, el coste en dólares se multiplica por la relación eMergía-dólar (Sección 22.4) para obtener el valor en unidades de eMjoules solares. 26.4 Relación de eMergía neta.


Para evaluar la contribución de una fuente de energía a la economía, no es suficiente calcular la eMergía neta. El efecto que esa fuente de energía tiene de estimular la economía, es relativa a cuan "rica" es esta fuente. Esto puede estimarse calculando cuanto producto se obtiene de una fuente en función de la retroalimentación; en otras palabras, calculando la proporción de rendimiento para la retroalimentación. Esta proporción es la relación de eMergía neta. La economía norteamericana fue muy estimulada en 1950 y 1960, en ese entonces se obtenían 40 eMjoules por cada eMjoule gastado en el esfuerzo de encontrar y procesar la energía. Conforme la energía se va volviendo más difícil de encontrar, la relación de eMergía neta disminuye mientras que más y más energía se utiliza para encontrarla, transportarla y procesarla. La relación de eMergía neta del petróleo del Golfo de México se calculó en la Figura 26.3 y corresponde a 6/1. Este valor es considerablemente menor a antiguos valores, pero es típico de las fuentes de energía de los años 80. Comparando las proporciones de eMergía neta podemos ver mejor cuales fuentes de energía probablemente competirán con otras y estimularán la economía. Si una fuente de energía tiene rendimientos mucho menores por esfuerzo realizado, que otras con quien puede competir, cuesta más en términos de energía y en términos de dinero. No competirá con éxito mientras la rica fuente de energía, y que posee una relación de eMergía neta mayor, sea consumida. 26.5 El efecto del transporte en la eMergía neta. Muchos combustibles que tienen una buena eMergía neta cuando son usados cerca de su fuente, tienen una relación de eMergía neta mucho menor en puntos distantes donde van a ser usados, esto se debe a la energía utilizada en el transporte. Por ejemplo, la Figura 26.4 es un diagrama donde se encuentran los costes de energía y rendimientos de una mina de carbón en el medio-oeste. La proporción de rendimiento en el local de la mina es mucho menor a 40/1. De cualquier forma, el transporte para llevarlo a las ciudades del este aumenta cerca de ocho veces la retroalimentación original de energía utilizada. El carbón de West Virginia es mucho más cercano, así que puede competir mejor para mercados del este que aquellos del medio-oeste.


Figura 26.4 Diagrama de la eMergía neta de la minería de venta superficial del carbón en medio-oeste, y la eMergía neta del transporte a las ciudades del este (Ballentine, 1976). 26.6 eMergía neta de compra de petróleo extranjero. La Figura 26.5 es un diagrama de los flujos de dinero y energía de la importación de petróleo en 1980. La cantidad de energía contenida en un barril de petróleo es de cerca de 6.3 E9 joules; transformando esto a eMjoules solares (se multiplica por la Transformidad obtenida de la Tabla 27.1) da aproximadamente 3.3 E14 sej por barril de petróleo que cuesta $28. El valor de eMergía que Arabia Saudita recibe si compra bienes de los Estados Unidos con los $28 es solamente 7.3 E13 sej. Para calcular estas cifras se utilizó la relación eMergía-dolar.

Figura 26.5 Diagrama de eMergía neta de la importación de petróleo desde Arabia Saudita en 1980. No incluye el 10% usado en la refinación y otro 10% en transporte a largas distancias. Conforme cambia la inflación y los precios alrededor del mundo, así también sucede con el precio del barril de petróleo. Antes de 1973, la relación de eMergía neta de un


barril de petróleo era de 40/1. Debido al incremento de los precios en el mercado mundial, la relación de eMergía neta en 1980 del mismo barril de petróleo fue de aproximadamente 4.5/1. A pesar de que es un dramático cambio en el valor de la eMergía neta, el petróleo extranjero sigue siendo una fuente ventajosa. El envío de petróleo a través del océano usa alrededor de un 10 % de su contenido de energía, y el refinamiento, otro 10%. La eMergía neta del petróleo en el mercado internacional, es una buena referencia en comparación con otras fuentes de combustible, siempre y cuando el petróleo compita económicamente en el mercado mundial. Preguntas y actividades del Capítulo 26. 1. Defina los siguiente términos: a. b. c. d.

planta de energía eMergía Neta relación de eMergía neta retroalimentación

2. Por qué se ha reemplazado, en gran parte, el uso directo de carbón y madera con electricidad en el modelo económico. 3. Explique porqué la relación de eMergia neta para el petróleo ha declinado en los años recientes. 4. Cómo afecta la distancia de la fuente de combustible a la relación de eMergía neta para el usuario? 5. Explique por qué la fuente con menor relación de eMergía neta, no puede entrar en competencia hasta que la fuente de energía "rica" se haya consumido y su proporción haya declinado?. Dé un ejemplo.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 27. FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA OBJETIVOS: 1. Nombrar y describir fuentes de energía alternativas; 2. Comparar y diferenciar fuentes alternativas de energía en términos de proporción neta de energía; 3. Exponer la importancia de la economía en el desenvolvimiento de fuentes alternativas de energía. En los Capítulos 23 y 24, las fuentes de energía renovable del medio ambiente demostraron sustentar la economía de varias maneras. Los combustibles fósiles y la electricidad, como se explicó con detalle en el Capítulo 26, son usados más directamente para operar tecnología y mantener el estilo de vida rural y urbano. Como las fuentes de energía no renovables que mantienen la economía comenzaron a disminuir, hubo una búsqueda de fuentes alternativas. Es importante estar seguros que ellas mantendrán y estimularán la economía y que no consumirán más eMergía económica de la que retornan. Evaluar relación de eMergía neta de las fuentes alternativas de energía ayuda a identificar cuales podrían ser usadas. En este Capítulo examinaremos algunas de las fuentes alternativas propuestas. 27.1 Relación de eMergía neta de las fuentes. Para proponer nuevas fuentes de energía que puedan ser utilizadas actualmente, su relación de eMergía neta debe ser mayor que 1. Para que sea competitiva y económica, esta proporción debe ser más grande que la proporción de una actual fuente de energía (vea la Sección 26.3 y 26.4). Algunas fuentes alternativas de energía que fueron propuestas para el futuro tienen una proporción de eMergía neta menor que uno. Otras tienen proporciones que son mucho menores que las fuentes de energía usuales que sustentan la economía. Si una fuente de energía tiene una relación de eMergía neta menor que 1, entonces consume más energía de la que produce y por tanto no es una fuente, es un consumidor. Fuentes como ésta pueden existir solamente cuando son abastecidas ricamente por otras energías con las cuales pueden subsistir. Calentadores solares de agua son un ejemplo, pues no pueden producir más energía de la que consumen. 27.2 Comparación de la relación de eMergia neta de fuentes energéticas. El gráfico de la Figura 27.1 resume la eMergía neta de varios tipos de fuentes energéticas. El eje horizontal representa la concentración de energía: de diluido a concentrado. El eje vertical representa la relación de eMergía neta.


Figura 27.1 Tipos de Relación de eMergía neta de diferentes concentraciones. Las fuentes que poseen rendimiento positivo de eMergía neta, están sobre la línea horizontal. Una de las mayores fuentes de energía es la vegetación nativa porque no necesita mucha retroalimentación económica para que ser utilizada. Fuentes bajo la línea, localizadas en el lado izquierdo, son tan diluidas que requieren más eMergía para ser concentradas, de la que rinden. En el lado derecho del gráfico están las energías nucleares, son tan concentradas y calientes que sus energías no son fácilmente utilizables en la Tierra. Como son tan calientes, mucha de la energía de estas fuentes se utiliza en enfriamiento y reducción de su concentración a niveles más aceptables. En otras palabras, una planta de fusión nuclear, que opera al- rededor de 5 000 0C, debe disipar un mayor porcentaje de esta energía en el enfriamiento de agua, que una planta de poder de carbón vegetal operando a 1000 0C. Comenzando con energía solar, se discutirá cada una de las energías alternativas. 27.3 Energía Solar Se ha sugerido que la economía podría ser operada con luz solar. A pesar de que la cantidad de joules de luz solar, que llega diariamente al país, es bastante grande, la energía solar es muy diluida (baja calidad).


Procesos naturales en la biosfera concentran energía solar en energías de alta calidad a costes considerables. Por ejemplo, para obtener combustible como la madera, la luz solar debe ser capturada por las hojas, transformada muchas veces, convertida y acumulada en la planta como madera (celulosa). La eficiencia de la conversión es la cantidad actual de energía resultante de la transformación de un tipo a otro. La eficiencia de conversión de luz solar en madera es de aproximadamente 0.1%. Esta eficiencia puede ser la más alta, que somos capaces de obtener, para convertir energía solar en materia orgánica sin usar bienes y servicios basados en otras fuentes de energía. Como muestra la Tabla 27.1, se requieren aproximadamente 40000 joules de energía solar para producir 1 joule de carbón vegetal. Esta es otra manera de decir que, toma aproximadamente 40000 joules de luz solar el hacer el mismo trabajo que un joule de carbón vegetal. El carbón vegetal es más concentrado que la energía solar y puede realizar mucho más trabajo. La economía es mantenida por energías similares en concentración al carbón vegetal, como el gas y el petróleo. En suma, la economía utiliza mucha energía en forma de electricidad, que es más concentrada que el carbón vegetal. Tabla 27.1 Transformidades Solares eMjoules solares por joule Luz Solar

1

Producción Vegetal *

4 00

Floresta *

30 000

Carbón Vegetal *

40 000

Petróleo *

53 000

Electricidad *

160 000 * Incluye la eMergía solar indirecta de la lluvia

El carbón vegetal es una energía solar concentrada; sus costes de concentración se pagaron a lo largo del tiempo, es así que los únicos costes actuales asociados con su uso son extracción y transporte. Por tanto, la proporción neta de eMergía es alta. Por otro lado, para que la luz solar sustente la economía debe ser concentrada y mucha de su energía es usada en el proceso. Los valores netos de eMergía son bajos. La energía solar ayuda a la economía de muchos países y les es esencial para mantener producción vegetal, calentadores y ventiladores, evaporadores de agua y dirigir el ciclo hidrológico. Pero la capacidad de operar directamente la economía con tecnología solar es muy limitada. 27.4 Calentadores de agua con energía solar La energía solar es ampliamente utilizada en climas soleados para calentar paneles con tubos, en los cuales el agua se calienta porque su superficie negra absorbe energía solar. Esta agua caliente se almacena en tanques y es usada directamente como agua


caliente o bombeada para ayudar en el calentamiento de la casa. Estos calentadores solares de agua son caros porque son hechos de costosos vidrios, plásticos y metales. Los calentadores solares de agua no son fuentes de energía, son dispositivos consumidores; todos ellos utilizan más energía de la que producen. Sin embargo, los calentadores solares usan menos energía que calentadores eléctricos o a gas, siendo una alternativa para economizar energía. La Figura 27.2 compara dos calentadores de agua (Miami Florida), uno solar y otro a gas. Ambos sistemas usan indirectamente combustibles fósiles para abastecer y mantener el equipamento. El calentador solar requiere más inversión inicial en equipamento pero no usa combustible directamente. El calentador a gas requiere menos equipamento pero necesita una compra continua de combustible.

Figura 27.2 Comparación entre calentadores solares de agua (a) y calentadores de agua a combustible fósil - gas (b). (Zucchetto y Brown, 1977) El uso de fuentes como calentadores solares de agua que no rinden eMergía neta pero proporcionan energía y ayudan a economizar otros tipos de energía más valiosos, se dice que son medidas de conservación de energía. Si se pretende economizar energía, dependerá de tener en manos el capital para pagar el alto coste de equipamento, y se economizará más dinero que con cualquier otra inversión de su capital. 27.5 Células solares voltaicas (células fotovoltaicas).


Las células fotovoltaicas generan electricidad a partir de luz solar. Los cloroplastos verdes en plantas son células fotovoltaicas que inician el proceso de fotosíntesis generando inicialmente electricidad en el sistema bioquímico. Gran parte del medio ambiente del mundo está cubierto por células fotovoltaicas verdes. Se están realizando varias investigaciones para aprovechar el proceso fotovoltaico usando células metálicas de silicona, que tienen casi la misma eficiencia y salida de poder que las células de vegetales verdes. Cuando consideramos toda la eMergía solar indirecta en bienes y servicios la producción es pequeña, comparada con cualquier eMergía neta de versiones hardware. 27.6 Energía solar a través de biomasa. La biomasa es una cantidad de materia orgánica viva o muerta. Las sociedades humanas han utilizado siempre varios tipos de biomasa para alimentación, combustible, vestuario y casa. La utilización de energía solar para crecimiento forestal y productos agrícolas (alimentos, maíz, heno, etc.) es la principal vía de entrada de la energía solar en la economía. Usar estos productos para generar combustibles líquidos, gas o electricidad es viable, pero como requiere mucha concentración, son necesarias grandes extensiones de tierra. La eMergía neta de producción de biomasa, depende de la intensidad con que es administrada. La eMergía neta diminuye cuando aumenta la intensidad de manipulación. Subproductos madereros, residuos de la agricultura e inclusive maíz y caña de azúcar son consideradas "cosechas energéticas". Residuos madereros y agrícolas, como los tallos del maíz, pueden ser quemados para generar electricidad. Maíz, caña de azúcar y cualquier otro material orgánico pueden ser procesados para producir metanol y etanol, utilizados como combustible de automóviles. Despues de añadir los requerimientos extra de bienes, servicios, equipamento, combustible y electricidad para este proceso, la relación de eMergía neta es menor que 1; esto significa que pueden producirse combustibles a partir de la producción agrícola y forestal, pero el proceso tendrá que ser subsidiado por el resto de la economía. Actualmente se puede obtener más combustible por unidad de energía, a partir de carbón vegetal, gas natural y petróleo. En el futuro, cuando estas fuentes se agoten, los combustibles de productos orgánicos quizás sean la única solución. Sin embargo, existirá una fuerte demanda competitiva por la misma tierra para producir alimentos, vestuario, residencias y combustible doméstico. 27.7 Turba (hulla). Reservas substanciales de turba se encuentran en muchas áreas del mundo. La turba es la descomposición parcial de materia vegetal en pantanos y fango. Su energía es de concentración intermedia entre las plantas verdes y la madera. Para rendir eMergía neta, debe secarse naturalmente con vientos áridos y energía solar. Algo de la energía obtenida debe retornar al medio para restaurar la tierra antes de minar la turba. Además, muchos depósitos son tierras encharcadas que actualmente proporcionan productos especiales y servicios de otras formas (Capítulo 13). 27.8 Hidroelectricidad


En las áreas montañosas y con fuertes aguaceros, la relación de eMergía neta para la energía hidroeléctrica puede ser de 10 a 1. Una parte de esta energía proviene del trabajo geológico para producir el dique para que pueda ser represado, pero esto no es considerado en el cálculo del valor neto de la eMergía. El rendimiento es bajo si consideramos la eMergía solar del trabajo del río antes de ser desviado por el dique. 27.9 Viento. El viento es otra fuente de energía renovable que ha sido utilizada para varios propósitos en algunas partes del mundo. Con un viento fuerte y constante, los molinos de viento pueden moler granos, bombear agua y generar electricidad. En áreas con vientos menores a 15 km./hora (7 mph), existe un bajo rendimiento neto de eMergía. Se pueden utilizar pequeños molinos para bombear agua (para ser almacenada) o para irrigación de algunas áreas. Los molinos simples pueden rendir eMergía neta si se construyen a partir de materiales de baja energía. Los barcos veleros rinden eMergía neta si se utilizan enormes áreas de vela y materiales de baja eMergía. 27.10 Poder geotérmico y conversión termoeléctrica de océanos (OTEC) Donde quiera que exista una diferencia de temperatura, habrá una fuente de energía que puede ser convertida en trabajo o electricidad. Por ejemplo, trenes a vapor convierten diferencias de temperaturas en potencia para locomoción. El porcentaje de flujo de calor que puede convertirse en trabajo mecánico, es el porcentaje obtenido de la diferencia de temperaturas en relación a la temperatura de la fuente caliente. Para este propósito, las temperatura deben ser dadas en grados Kelvin. En la escala de temperatura Kelvin se tiene el valor cero cuando no existe calor alguno, y el valor 373° en el punto de ebullición del agua. La temperatura Kelvin es la temperatura Celsius más 273° . Por ejemplo, si la fuente caliente está a 127°C y el ambiente frío está a 27° C, es decir: 400 K y 300 K respectivamente. La diferencia es 100 K. El porcentaje de la diferencia en relación a la fuente caliente es (100/400)x100=25%. Esta es la energía mecánica disponible (1/4 del flujo de calor). Como estos sistemas son usualmente operados en una velocidad que maximiza la energía, se tiende a ajustar cerca de la mitad de la eficiencia teórica calculada (12,5 % en este caso). Este procedimiento para calcular el trabajo, que puede obtenerse de fuentes calientes aplicadas a la mayoría de los procesos industriales que convierten combustibles en trabajo. Las pequeñas diferencias naturales de temperaturas son utilizadas en varios procesos del globo terrestre, como producción de viento por diferencia de temperaturas entre la tierra y la atmósfera. Captar el calor de la tierra (o energía geotérmica) para procesos industriales humanos ha sido un éxito económico solamente en las zonas vecinas a volcanes (en California, Nueva Zelanda e Islandia) donde las temperaturas son altas cerca a la superficie. Una propuesta de fuente energética (llamada OTEC, Conversión Termoeléctrica de Océanos) es el gradiente entre la superficie tibia del agua (27° C) de la corriente del Golfo a lo largo de la costa este, y el fondo frío de agua a mil metros de profundidad (2°


C). Debido al coste de anclaje y mantenimiento de embarcaciones, y canales causados por el paso de tempestades, este proyecto puede no rendir eMergía neta. 27.11 Olas y Mareas La energía de las olas que llegan a la tierra a lo largo de la costa de todo el mundo, es grande en cantidad total y hace mucho trabajo diario: formando olas en las playas y haciendo sedimentación de las rocas. Sin embargo, es de difícil uso para operaciones industriales por causa de su extensión a lo largo de la costa. Además, es variable, con enorme energía en un día y casi nada en el próximo. El ascenso y el descenso del nivel de agua debido a las mareas, ha sido utilizado para producir electricidad con eMergía neta en varias partes del mundo, donde las mareas son de 6 metros (20 pies) o más; existe un pequeño número de áreas con grandes mareas. 27.12 Mezcla de agua dulce y agua oceánica Existe una gran energía química potencial en el sistema alternado de agua de mar (salada) y agua dulce, cuando ambas están presentes. El agua dulce realiza trabajo geológico y biológico en las corrientes de agua del estuario. Los proyectos de utilización de esta energía (agua dulce) para otros fines pueden disminuir su participación en el mantenimiento de los sistemas de soporte vital de los estuarios fértiles. 27.13 Energía Nuclear Las plantas de energía nuclear, convierten combustibles de fisión nuclear (uranio enriquecido) en calor concentrado y después en electricidad. La relación de eMergía neta de estas plantas nucleares es aproximadamente 2,7 para 1, que es casi el mismo que el valor líquido de energía usado para producir electricidad a partir de carbón vegetal (Figura 27.3b). No obstante, la relación de eMergía neta de fisión nuclear no cubre la larga lista de costes para almacenamiento de residuos, de contaminación y accidentes (Figura 27.3a). Cuando esto se incluye, el rendimiento neto es menor que el obtenido a partir de biomasa. Así como que existe un límite para la cantidad de electricidad necesaria para la economía, existe un límite para la demanda de plantas de energía nuclear, aún cuando no se consideran los riesgos y peligros. Muchos proyectistas asumen el aumento de la energía disponible. Ellos esperan que la fusión nuclear y los reactores breeder abastezcan energía en abundancia. Sin embargo, la fusión tiene una temperatura de 50 millones de grados y puede requerir mucha energía para control y enfriamiento (Vea su posición en la Figura 27.1).


Figura 27.3 - Comparación de electricidad a partir del sistema de poder nuclear (arriba) con electricidad a partir del sistema de poder de carbón vegetal (abajo). Los números están en unidades de eMergía. En los reactores breeder, el procesamiento de uranio produce plutonio como subproducto. Como el plutonio es un combustible nuclear, su producción promueve el consumo de uranio original, pero es extremadamente peligroso: es tóxico y causador de cáncer en los huesos. El plutonio es fácilmente transformado en bombas atómicas, y puede haber una proliferación de usuarios potenciales, por ejemplo, grupos guerrilleros, países en guerra, etc. El gran coste del proceso de desechos radiactivos del reactor breeder, así como la seguridad en la utilización de plutonio, hacen que el rendimiento de eMergía neta del reactor breeder sea cuestionable. La política pública en Francia está desarrollando un sistema breeder, se tendrá que esperar los resultados prácticos y los costes para determinar el valor líquido de eMergía, y saber si es competitivo. Los Estados Unidos detuvieron su programa breeder y después lo reasumieron. No obstante, pocos ven el breeder como una importante fuente de energía en un futuro próximo. 27.14 Importancia de nuevas fuentes de energía.


Como parte de la economía mundial, cualquier país puede prosperar cuando se descubren fuentes de energía en otros países. El hallazgo de nuevos campos de petróleo o vetas de carbón vegetal, tienen el efecto de disminuir los precios e incrementar la relación de eMergía neta de la energía extranjera importada. Sin embargo, el carbón vegetal no puede tener valores netos de eMergía próximos a 1 cuando es transportado a grandes distancias. Algunas propuestas de fuentes energéticas, discutidas con grandes esperanzas y subsidiadas por el gobierno, parecen no rendir eMergía neta. Una de estas, el petróleo de pizarra, fue pensado para tener el potencial de rendir grandes cantidades de petróleo. El petróleo está contenido en las rocas pizarra, y se intentaron muchas técnicas de extracción de este petróleo, pero todas utilizaron mas energía en el proceso de la que rindieron. 27.15 Conversión de un combustible en otro. Cuando un tipo de combustible, como la gasolina, es suministro reducido, puede ser producido a partir de otro, como carbón vegetal; pero cerca de la mitad de la energía se utiliza en el proceso de conversión. Si es posible, es menos caro y definitivamente más económico usar carbón vegetal en otra parte del sistema económico y comprar la gasolina. Se sostienen muchas discusiones sobre la economía del hidrógeno. Este es otro ejemplo de conversión de un tipo de energía en otro con una gran pérdida de energía. La electricidad a partir de plantas de energía nuclear pueden convertirse en gas hidrógeno, el cual es versátil y puede ser utilizado directamente para transporte. El hidrógeno, como gas natural, se transporta fácilmente pero es extremadamente explosivo. Como se utiliza mucha eMergía en su formación, es una fuente de alta calidad. La época de pequeña expansión económica, puede no demandar un gas de muy alta calidad que el gas natural no pueda abastecer. 27.16 Fuentes futuras para la economía principal: resumen Un exámen de las posibles fuentes alternativas en el mundo, no muestra ninguna nueva fuente como incrementadora de eMergía neta de nuestra base energética. Esto significa que, no se puede esperar un crecimiento económico si no se encuentran nuevas fuentes que aún nos son desconocidas. Como se mencionó desde el comienzo, muchas personas no están de acuerdo en que los recursos son esenciales y piensan que una economía puede funcionar con personas sirviendo a otras, con inteligencia y computadores. Este punto de vista parece ser una violación a los hechos científicos. La visión de que la energía no es necesaria para el funcionamiento de la economía, es contraria a la segunda ley de la termodinámica. Preguntas y actividades para el Capítulo 27 1. Definir los siguientes términos: a. tecnología solar b. células solares voltaicas


c. d. e. f. g. h.

etanol turba OTEC geotérmico fisión nuclear uranio y plutonio.

2. Describir la producción de electricidad a partir de células fotovoltaicas. Explicar su posición en la Figura 27.1. 3. Hacer una lista de todas las fuentes de energía alternativa en el orden de sus valores netos de eMergía. 4. Discutir la posibilidad futura, si ninguna nueva fuente fuera encontrada.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 28. POBLACIÓN Y CAPACIDAD DE SUSTENTACIÓN OBJETIVOS: 1. Explicar las diferencias entre estándar de vida (eMergía usada por persona) y rendimiento; 2. Definir el concepto de capacidad de sustentación con respecto al sistema humano; 3. Listar los factores que afectan la capacidad de sustentación en un sistema humano; 4. Explicar como afecta la población a la disminución de los recursos; 5. Definir el concepto de proporción de inversión respecto la los Estados Unidos. En Estados Unidos, conforme la población aumenta, el crecimiento parece concentrarse únicamente en algunos estados como California, Texas, Florida y otros estados de la "faja del sol". Además del incremento natural de la población debido a que el índice de nacimientos es mayor al índice de muertes, las personas están emigrando a los Estados Unidos desde otros países; son atraídos por la combinación del estándar de vida y la estabilidad del sistema gubernamental norteamericano. A medida que entramos en la última década de este siglo, y los límites del crecimiento económico se sienten más y más, deben enfrentarse dos serios cuestionamientos: De qué manera la población se trasladará dentro de un país en su búsqueda por una razonable combinación de calidad ambiental y desarrollo económico?. Una vez que el desarrollo económico haya alcanzado el punto máximo, la población continuará creciendo ó comenzará a decrecer? . Trataremos de esclarecer éstas y otras preguntas en este Capítulo. 28.1 Estándar de vida Si la población aumenta y los recursos no, entonces la cantidad de recursos por persona disminuye. Una persona tendrá menos recursos para cubrir sus necesidades, y al igual la sociedad. Algunas veces se denomina estándar de vida a la cuota de recursos por persona. Una medida de esto es la eMergía usada por persona. Esta es una mejor cuantificación de los recursos individuales que el salario, porque incluye recursos naturales obtenidos directamente del ambiente (pesca, caza, aire, agua) o de otra persona (intercambio) sin pago en dinero. La Tabla 28.1 muestra una comparación entre países. Observe las diferencias existentes entre la eMergía total usada por año, la población total, y la proporción de eMergía por persona (cuantificación del estándar de vida). Los Estados Unidos tienen una muy alta eMergía usada por persona , mientras que países como la India, con una enorme población y recursos moderados, tiene un estándar de vida mucho menor.


Tabla 28.1 Estándar de vida para diferentes países en 1980 País

eMergía por año (*) (E22 sej)

Población (E6 personas)

eMergía por persona (E16 sej)

Australia

109.0

14.5

7.6

Brasil

178.0

121.0

1.6

0.7

0.1

0.8

India

61.0

626.0

0.1

Holanda

37.0

14.0

2.6

8.8

3.1

2.8

Polonia

33.0

34.5

1.0

España

21.0

34.6

0.6

Ex Unión Soviética

383.0

260.0

1.5

E.U.A.

660.0

240.0

2.8

Alemania Oriental.

175.0

61.6

2.8

1870.0

4300.0

0.4

Rep. Dominicana

Nueva Zelandia

Mundo

* Incluye energías del medio ambiente y combustibles, todos expresados en eMjoules solares 28.2 Capacidad de sustentación La capacidad de sustentación es el número de individuos que puede mantener cualquier área con los recursos disponibles. En el sistema humano es el número de personas que pueden mantener un estándar de vida específico (eMergía por persona por año) con los recursos disponibles. Predecir la capacidad de sustentación requiere pronosticar los recursos energéticos que estarán disponibles. La capacidad de sustentación depende de los recursos naturales y combustibles, locales e importados. El gráfico en la Figura 28.1 muestra la capacidad de sustentación de un área que aumenta en el transcurso del tiempo, mientras existe más energía de combustibles en uso. La capacidad de sustentación en el lado izquierdo del gráfico inicia con el número de individuos que puede ser mantenido con fuentes de energía natural renovable, ésta se incrementa más y más al aumentar la energía de combustibles (local e importada).


Figura 28.1 Capacidad de sustentación de una región , depende de la cantidad de fuentes de energía local renovable 28.3 Efecto de la disminución de recursos en la población. Existen muchas controversias entre la población científica sobre la respuesta que tendrán los índices de natalidad, mortalidad y la tendencia de inmigración, cuando la economía comience a ajustarse. En el futuro, se espera que la habilidad de un estado o región de soportar una población, con el actual estándar de vida, entre en decadencia a medida que declinen los recursos disponibles. En otras palabras, la capacidad de sustentación disminuirá. El efecto del declinio de la capacidad de sustentación de la población abre algún cuestionamiento, una respuesta puede encontrarse en el modelo de simulación en la Figura 28.2.

Figura 28.2 Cambios en la población del mundo basados en cambios en recursos económicos. El diagrama del modelo, y un programa de computadora se encuentran en el Apéndice A, Figura A.13 y Tabla A.7.


En este modelo, los recursos controlan la salud pública (nacimientos, muertes, epidemias) y la salud pública controla la población. En la Figura 28.2 cuando los recursos aumentan, también lo hacen la población y la demanda de recursos energéticos no renovables. Como los recursos están siendo usados pero no repuestos, comienzan a decrecer; la población rápidamente sigue la caída de los recursos. Resta saber si este modelo es una visión exacta de lo que sucederá en el futuro. 28.4 El Principio de la inversión combinada. El crecimiento y desarrollo económico acarrea el importar alta calidad de bienes, servicios y recursos energéticos que interactuen con los recursos ambientales como sol, viento, lluvia y suelo. Esta es una combinación de alta calidad de eMergía con baja calidad de eMergía. Los flujos que tienen alta eMergía tienen el efecto de amplificar aquellos flujos de menor calidad de eMergía. En la Figura 28.3 la eMergía usada en alta calidad de recursos naturales, bienes, servicios y suelo es de 58,1 E23 sej/año. Interactua con 8.2 E23 sej/año de recursos renovables gratuitos. La relación de alta calidad de eMergía y eMergía ambiental renovable se denomina índice de inversión. El índice promedio para los E.U.A. es de 7.1.

Figura 28.3 Índice de inversión de los Estados Unidos en 1980 Si bien otros países se sienten tentados a invertir en un estado o región, puede depender del índice de inversión dentro de cada estado comparado con alternativas en otros lugares en los Estados Unidos y en el mundo. Muchos países menos desarrollados tienen índices más bajos que algunos estados; es decir que poseen más recursos para desarrollarse que los estados que actualmente tienen desarrollo económico. Por tanto, estos estados pueden no atraer muchas inversiones, excepto en sus regiones rurales. De hecho, recientes tendencias indican que existe movimiento de la población e industrias de áreas más desarrolladas y pobladas hacia áreas rurales que poseen una buena base ambiental. Preguntas y actividades para el Capítulo 28.


1. Explique las diferencias entre el estándar de vida (eMergía usada por persona) y rendimiento. 2. Defina el concepto de Capacidad de Sustentación con respecto al sistema humano. 3. Haga una lista de los factores que afectan la capacidad de sustentación en el sistema humano. 4. Explique como afecta el declinio de los recursos a la población. 5. Defina el concepto de índice de inversión con respecto a los Estados Unidos.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO CAPITULO 29. RELACIONES INTERNACIONALES DE INTERCAMBIO OBJETIVOS: 1. Utilizar el diagrama de un sistema para explicar los principales caminos del intercambio internacional. 2. Explicar cómo el comercio internacional y otros intercambios ayudan a la economía de los países. 3. Usar eMergía para evaluar mercaderías y explicar por qué los valores macro-económicos de las materias primas son más altos que los valores de mercado. 4. Explicar como la evaluación eMergética del comercio puede hacer más simbiótico el intercambio internacional. 5. Explique cómo las relaciones simbióticas entre países unifica los sistemas mundiales, mejora la vitalidad de la economía y promueve relaciones pacíficas. Los sistemas que están conectados entre sí mediante intercambio de mercaderías, bienes, servicios, información y personas están en mejor posición que aquellos que están aislados. Con intercambio, todos los sistemas obtienen recursos adicionales que son escasos y limitan su economía. El principio de que el intercambio incrementa el desempeño de la utilidad de un sistema, puede ser aplicado a sistemas ecológicos y a todos los países. En muchos de los diagramas de los Capítulos anteriores, el intercambio con otros sistemas se mostró con líneas que entran y salen en el lado derecho del límite del sistema. En sistemas grandes, como el sistema de un país, los intercambios generalmente son organizados por personas. Algunos intercambios son comerciales, con productos que se compran, se venden ó se permutan. Otros intercambios, generalmente organizados por el gobierno, incluyen acuerdos para intercambio de estudiantes, facilidades de participación educativa o tratados de defensa de mutuo beneficio. En este Capítulo los diagramas se usan para mostrar cómo trabaja el sistema de intercambio. 29.1 Diagrama de intercambio internacional. En la Figura 29.1 se muestran los principales caminos de intercambio entre naciones: el país # 1 realiza intercambio con país # 2. Se exportan e importan mercaderías y productos, algunas personas emigran temporalmente y otras permanentemente; estudiantes, turistas, contratos internacionales y principalmente las cadenas mundiales de televisión traen y llevan ideas y know-how. El dinero se mueve entre los países como pago por productos, asistencia al exterior, soporte militar, préstamos y pagos, y desembolsos de turistas e inmigrantes.


Figura 29.1 Intercambio entre dos países. La línea punteada representa el flujo de dinero. 29.2 Balance de intercambios monetarios. El dinero que sale de un país puede ser comparado con el dinero que entra a él. Generalmente se refiere como Balanza de Pagos. Si estos dos flujos no son iguales, existe un desequilibrio en el intercambio de dinero. La moneda de un país comienza a acumularse en otro país y pierde algo del valor de intercambio. Muchos gobiernos tienen la política de tratar de incrementar el dinero recibido comparado a aquel mandado fuera. Si tienen éxito y obtienen un balance positivo de dinero, pueden comprar ítems que necesitan con la misma prioridad que combustibles y defensas militares. 29.3 Intercambio de dinero. Cuando se mueve dinero entre países, la moneda de un país debe convertirse a la moneda del otro país, ó ambos países deben convertir sus respectivas monedas, al valor de mercado, en una moneda común, como el dólar norteamericano. La tasa de intercambio de monedas cambia todos los días debido a los cambio del mercado mundial en su preferencia de una moneda u otra. Todos están familiarizados con el proceso de intercambio de sus monedas a su equivalente en la moneda del país que visitan. Cuando un país exporta más dinero del que regresa, su dinero se acumula fuera y pierde algo de su valor de mercado. Los comerciantes de dinero (casas de cambio por ejemplo) pueden entonces obtener lucro vendiendo nuevamente al país de origen. Cuando la moneda de un país pierde su valor en comparación con la moneda de intercambio del mercado, no puede adquirir muchos productos en el exterior. 29.4 Evaluación eMergética del intercambio. La eMergía de productos agrícolas y forestales, minerales y combustibles es mucho más alta que la eMergía del dinero pagado por ellos en el local de mercado (Capítulo


23). Esto se debe a que el dinero paga por los servicios humanos al precio de mercado del trabajo, pero no por el gran trabajo previo de la naturaleza. Así, un país que vende a precio de mercado los minerales en bruto, productos agrícolas y forestales, y combustibles, provee mucho más estímulo a la economía del país que está comprando que a su propia economía (que la venta recibida en pago). La Tabla 29.1 tiene ejemplos de altos valores macro-económicos de productos en bruto cuando se evalúan de acuerdo a su eMergía. Para el caso, mientras el valor de mercado del maíz es $200 por tonelada, el valor macro-económico es $540 por tonelada. Tabla 29.1 Comparación de los valores macro-económicos y los valores de mercado de productos en bruto. Ítem

Unidad

Valor de mercado por unidad en 1978 (en $)

Valor macroeconómico por unidad (en $)

Maíz

tonelada

200.00

540.00

Petróleo

barril

23.00

138.00

Algodón

kilogramo

2.20

33.00

tonelada

5.70

42.75

kilogramo

1.17

4.10

Plantación de madera Miel

Algunos de los desequilibrios en el estándar de vida de diferentes países se deben al uso de valores equivocados para determinar un comercio justo. Los países que exportan materias primas envían más eMergía en los productos vendidos de la que adquieren con el dinero recibido a cambio. En la Figura 26.5 se puede observar que los E.U.A. recibe 4.5 veces más eMergía en el petróleo importado de Arabia Saudita en 1980, que el valor de eMergía de los bienes que los saudíes pueden comprar en Estados Unidos con los dólares recibidos en la venta. 29.5 Usando eMergía para transacciones financieras. Los pobladores de zonas rurales utilizan más servicios directamente del medio ambiente, sin pago de dinero, que los pobladores de zonas urbanas. La población rural posee sus propias granjas, frutas, agua, madera, minerales, lugares de depósito de desperdicios y lugares para recreación sin tener que realizar ningún pago. Por otro lado, en la ciudad, casi todo se produce a través de servicios realizados por personas y se debe pagar por ello, incluso alimentación, combustibles, residencia, recreación y depósito de desperdicios. Por lo tanto, en las zonas urbanas circula más dinero para el mismo estándar de vida. Las zonas rurales, por contribuir con eMergía directa a la población, tienen más alta eMergía por unidad monetaria.


En otras palabras, el poder de adquisición del dinero es mayor en zonas rurales que en zonas urbanas desarrolladas. La relación eMergía-dolar, introducida en el Capítulo 22, mide el gran valor del dinero en zonas rurales. Para hacer comparaciones entre la relación eMergía-dolar para diferentes países, sus monedas locales se valorizan en dólares americanos. La Tabla 29.2 compara la relación eMergía-dolar para zonas rurales con algunas zonas urbanas altamente desarrolladas. Es de esperar que aquellos con dinero busquen comprar productos y hacer inversiones en regiones menos desarrolladas, ya que el dinero compra más allí que en 'casa'. Tabla 29.2 eMergía por dólar internacional de monedas de varios países, 1980 País

Relación eMergía-dolar (*)

República Dominica

14.9

Australia

12.1

Brasil

6.9

Nueva Zelanda

3.4

Unión Soviética

3.4

U.S.A.

2.6

Suiza

0.7 (*) En E12 sej/$

29.6 Equilibrio de eMergía. Si la eMergía de todos los intercambios entre dos países se evalúa, El "balance de eMergía" puede ser calculado. Para que dos países se beneficien mutuamente debe haber un equilibrio de eMergía igual. Por ejemplo, si un país rural abastece a un país urbano con materias primas a precios de mercado, más valor macro-económico va al país urbano. Para hacer el intercambio simbiótico (equitativamente provechoso para ambos países), el país urbano debería devolver la diferencia de eMergía de alguna forma (información, educación, asistencia, protección militar ó algo que el país rural pueda necesitar). 29.7 Uso de eMergía para determinar índices de intercambio de dinero.


Otra manera de realizar comercio más equitativo es determinar el precio de los productos comprados y vendidos de acuerdo a su contenido eMergético. Así se devolvería mucho más a los países rurales, generando un mejor equilibrio de las economías en el mundo. 29.8 Evaluación eMergética de préstamos. Cuando un país con una alta relación eMergía-dolar realiza un préstamo a un país con una baja relación de eMergía-dolar se le devuelve mucho más de lo que prestó. Si se acepta un interés de 5% expresado en dólares internacionales, realmente se están devolviendo muchos más intereses en poder adquisitivo real. No es de sorprenderse, que muchos préstamos internacionales han lanzado países deudores en depresión económica. Para evitar esto, el pago de préstamos e intereses deberían ser establecidos en bases eMergéticas. 29.9 Evaluación eMergética del poder militar. Las guerras algunas veces suceden debido a errores de cálculo del poder militar. Un país puede tratar de controlar un área y no tener los medios de enfrentar fácilmente la oposición. La evaluación eMergética puede mostrar anticipadamente cuáles son los recursos potenciales reales que posee para ejercitar el poder. Con ese tipo de evaluaciones, en conferencias diplomáticas se puede predecir cuáles serían las consecuencias que podría tener una guerra, y así hacer un acuerdo realista, sin guerra. 29.10 Simbiosis y paz. Uno de los ideales del mundo es que si, buenas relaciones de intercambio se pueden desarrollar entre todos los países, pueden hacerse tan simbióticos y conectados como socios en un sistema común donde se evitan conflictos y guerras. Teniendo relaciones de intercambio en bases de eMergía equitativa se puede ir lejos en el intento de solucionar problemas internacionales. Preguntas y actividades del Capítulo 29 1. Defina los siguiente términos: a. b. c. d. e. f.

intercambio inmigración moneda índices de intercambio utilidad simbiosis

2. Cuánto valor extra entra en la economía por kilogramo de miel a precio de mercado? 3. Brasil vende cacao a Suiza para hacer chocolate, y usa su moneda para comprar relojes, en un igual intercambio en dólares. Use la Tabla 29.2 para obtener la relación eMergía-dolar para esos países. a. Existe una ventaja eMergética para Brasil ó Suiza?


b. Si es así, qué país tiene la ventaja? c. Cuánta ventaja se obtiene en una venta de $100? 4. República Dominicana obtiene un préstamo de un millón de dólares de Estados Unidos a 10% de interés. a. Cuántos dólares representa este interés? b. Si ambos países concuerdan en que República Dominicana pague 10% de interés en bases eMergéticas, cuántos dólares de interés tendría que pagar? 5. Proponga un plan para hacer más justas las relaciones de comercio entre un país rural y un país industrial. Cuánto vigor tiene su plan para ayudar a mantener las relaciones entre esos dos países en paz?.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO Capítulo 30 SIMULANDO EL FUTURO OBJETIVOS 1. Explicar, usando un modelo simple del sistema económico mundial, qué puede causar el crecimiento del mundo de la cresta al declinio. 2. Explicar la relación entre el modelo estatal y el modelo mundial. 3. Explicar el papel del combustible fósil en el crecimiento económico mundial del futuro. 4. Discutir los factores guías hacia un estado estacionario de la economía. En los capítulos precedentes, la magnitud de la economía era relativa a las fuentes dentro y fuera de ella, que puedan ser atractivas (por la imagen, inmigración, inversiones, compras y comercio). Que la economía se expanda, crezca ó decline depende de la forma en que las fuentes renovables y no renovables se tornan disponibles a ser utilizadas. Este Capítulo provee un modelo de simulación para ayudar a visualizar la manera en que puede afectar al futuro la disponibilidad de fuentes de energía. Se proporciona un modelo para la tendencia mundial; despues se presenta el modelo de un estado como si respondiera a influencias mundiales. El modelo puede ser muy simple para mostrar en detalle las subidas y bajadas, pero sugiere un gran rango de tendencias. 30.1 Un modelo de la tendencia mundial. El modelo de la Figura 30.1 relata los bienes mundiales totales y la economía global de la disponibilidad de fuentes renovables y no renovables. Las fuentes renovables son la materia orgánica, como suelo y madera, que son "renovados" por el flujo equilibrado de energía solar. Las fuentes no renovables son las reservas de combustibles. como carbón, petróleo y gas natural. Los bienes económicos son todas las edificaciones, carreteras, máquinas, y bienes producidos por el sistema económico mundial. Son almacenados y retroalimentados a medida que se necesitan para incrementar la producción.


Figura 30.1 Modelo simplificado de la tendencia mundial. La discusión de los diagramas y programas de este Capítulo se proporciona en el Apéndice A. 30.2 Resultados de la simulación del modelo de la tendencia mundial. Los resultados de la simulación del modelo mundial (Figura 30.1) se exhiben en la figura 30.2. El programa comienza 300 años atrás, cuando existían pocos bienes económicos pero grandes depósitos de combustibles, suelos y madera. Se desarrolla un patrón de estado estacionario de recursos utilizados y bienes económicos, hasta que se hace dependiente del combustible mundial utilizado, aproximadamente en 1900. Despues de incluir los combustibles, se presenta un gran impulso de desarrollo económico mundial y disminuye el nivel de recursos ambientales hasta que los combustibles son casi totalmente consumidos.


Figura 30.2 Resultados de la simulación del Modelo de la tendencia mundial. (Figura 28.1). El uso de combustibles comienza en el año 1900. El gráfico de la Figura 31.2 presenta un rápido ascenso de los bienes económicos mundiales seguido de un declinio hasta un nivel bajo que puede ser mantenido por fuentes renovables. La nivelación y declinio puede aún comenzar en algunos países, y posiblemente ser la tendencia general para la mayor parte de los países alrededor del año 2000, a medida que la eMergía neta de combustibles y minerales, disponibles a nivel mundial, decline. Es difícil visualizar la economía mundial real. De cualquier manera, la forma y momento exacto de las curvas en la Figura 30.2 están más allá de la extensión de "macro-minimodelos" como éste. Los modelos simples no tienen detalles suficientes para producir a pequeña escala los cambios de subida y bajada que pueden dominar en determinada década. El momento preciso en que se da el pico en los bienes mundiales debe aún revisarse. El consumo mundial de combustibles no ha aumentado en los últimos dos años. 30.3 Simulando la tendencia de un estado. Se dió el modelo de un estado en la Figura 24.2. Observe que sus recursos incluyen aquellos que están dentro del estado y aquellos que pueden ser adquiridos de fuentes externas. En la Figura 30.3, a la derecha, se proporciona el modelo de un estado donde el agua es un factor importante, y la disponibilidad de los recursos mundiales para el estado se determina por el modelo mundial en la derecha. En el estado, se utiliza la lluvia, tierras y aguas superficiales como índices de recursos ambientales, representando además tipos de suelo, agricultura y vegetación. Como el diagrama en la Figura 24.2, el estado depende de las fuentes locales para producir


bienes (para comercio) que puedan ser intercambiadas por fuentes externas. El flujo de bienes y combustibles externos al estado también dependen de su disponibilidad. Esta disponibilidad es cambiante, manejada por cambios en los bienes mundiales.

Figura 30.3 Modelo combinado de un estado y del mundo. 30.4 Simulaciones del crecimiento de un estado manejado por el crecimiento de los bienes mundiales. El modelo de la tendencia de un estado y el modelo mundial se combinaron en la Figura 30.3, los programas de computadora combinados se proporcionan en el Anexo A.22 y la Tabla A.16. Los resultados de la simulación combinada están en la Figura 28.4. Aquí, los recursos importados por el estado a cambio de exportaciones se programaron para estar en proporción a los bienes mundiales. De esta manera, el modelo mundial está hecho para manejar el modelo estatal.


Figura 30.4 Simulación de modelo de tendencias de un estado manejado por el modelo mundial (Figura 30.3). En la parte superior del gráfico, en la Figura 30.4, los bienes mundiales crecen y decrecen como en la simulación de la Figura 30.2. El crecimiento de los bienes mundiales hace disponibles suplementos crecientes de recursos para la economía del estado después de 1900, cuando los combustibles fueron incluidos. Los bienes del estado (la mitad superior del gráfico en la Figura 30.4) crecen muy rápidamente después de 1900 en respuesta al incremento de recursos disponibles del mercado mundial. A medida que el crecimiento mundial crece y declina, la disponibilidad de recursos externos decrece y el nivel estatal de crecimiento disminuye hasta un estado estacionario sostenible por los recursos renovables. El agua se restablece a un nivel que tiene las mismas características de los estados iniciales después del impulso de crecimiento. 30.5 Simulación del estado de crecimiento cuando no se tienen recursos externos disponibles. Si el estado se desarrolla sin cualquier recurso obtenido por tratados con el resto del mundo, no podrá crecer mucho. En la Figura 30.5, la simulación muestra la economía de un estado construida hasta un nivel moderado basado en recursos ambientales locales. Este desarrollo de los bienes del estado disminuye los recursos ambientales (agua) a niveles ligeramente más bajos que antes del desarrollo.


Figura 30.5 Simulación del modelo de tendencia (Figura 30.3) sin conexión con el modelo mundial. 30.6 Simulación del crecimiento de un estado con un incremento estacionario en la disponibilidad de recursos externos. Muchas personas piensan que el crecimiento de los bienes mundiales continuará por un largo tiempo. En esta simulación (Figura 30.6) los recursos mundiales, recibidos a cambio de las exportaciones, crecen sin interrupciones en todo el tiempo de la simulación.

Figura 30.6 Simulación del modelo de tendencia de un estado (Figura 30.3) con un incremento constante en los bienes mundiales.


Como se muestra en la Figura 30.6, el crecimiento de los bienes de un estado no continua indefinidamente, aún cuando más y más inversiones de combustibles, bienes y servicios se reciben del exterior. Con tan favorable disponibilidad de recursos externos, se puede esperar un gran crecimiento en la economía del estado; no obstante, los recursos ambientales (en esta simulación están representados por el agua) se grafican descendiendo a tan bajos niveles que pueden limitar más adelante el crecimiento de la economía. Esto corresponde a algunas condiciones que se han observado actualmente en parte de los países. Preguntas y actividades del Capítulo 30. 1. Haga una lista de algunos recursos renovables y no renovables que influyan en el crecimiento futuro de un estado. 2. Discuta que se quiere decir con bienes de un estado. 3. Discuta lo que sucedería a los recursos ambientales de un estado si la cantidad de combustible fósiles del mundo fuera ilimitada. 4. Describa lo que le sucedería al crecimiento de un estado si la cantidad de combustibles fósiles del mundo fuera ilimitada.


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PARTE III. EL SISTEMA ECONÓMICO Capítulo 31. UN MUNDO DE BAJA ENERGÍA OBJETIVOS 1. Hacer una lista de las características, ocupaciones y actividades de un mundo energéticamente intensivo que no pueden realizarse en un mundo de baja energía. 2. Hacer una lista de las características, ocupaciones y actividades de un mundo de baja energía que no pueden realizarse en un mundo de energía intensiva. 3. Predecir la localización de la tensión sobre la sociedad, durante el periodo de transición de un mundo de energía intensiva a un mundo de baja energía. 4. Hacer una lista de las actitudes ventajosas durante el periodo de transición. Este libro ha utilizado la energía en ecosistemas para mostrar lo que existe en el planeta Tierra y los procesos por los cuales los científicos han llegado a ciertas conclusiones. Ahora es su turno. Una de las cosas que los científicos realizan, son predicciones; estas se basan en la mejor información que han podido obtener. En las ciencias biológicas y físicas, las predicciones se basan en modelos que se suponen verdaderos. En las ciencias sociales, no obstante, hacer predicciones desagradables generalmente causa como consecuencia un cambio. Las predicciones sobre las sociedades pueden servir como avisos. La humanidad puede ser capaz de controlar su propio destino. Si los seres humanos escuchan esos avisos y actúan con responsabilidad, el resultado puede no ser como se ha predicho. El valor de una predicción puede mentir en su habilidad de causar su propia alteración. Se han presentado muchas piezas de la evidencia para ser consideradas. En este Capítulo final se presentarán algunas predicciones positivas y esperanzadoras. Estas predicciones presumen que los seres humanos se comportarán dentro de cierto esquema. Debe decidir si estas predicciones realmente pueden suceder, o no. Es muy posible que lo que haga durante su vida, determine si ellas se harán realidad. Como los modelos de sociedad y naturaleza dependen de modelos de los recursos, es posible predecir algunos de los aspectos de un mundo de baja energía, que puede seguir al presente periodo de abundante combustible fósil. Si podemos anticipar el modelo del futuro, podemos planear mejor la transición.. 31.1 Un presupuesto de energía para el año 2100.


Los ítems en un presupuesto de energía para los Estados Unidos se presentaron en la Tabla 23.2. Considere la situación que puede existir cuando las fuentes no renovables sean consumidas. El país deja como media cerca de un 27% del nivel de 1980. Algunas naciones pueden obtener más que eso, otras, menos. 31.2 Cambios para el modelo norteamericano del presente. Si para el año 2100, los principales recursos combustibles y minerales han sido utilizados, la economía se contraerá y la población disminuirá, entonces el escenario norteamericano puede ser menos congestionado con personas. Si se concentra más energía en áreas rurales que en las ciudades, más población estará en el campo y las ciudades serán más pequeñas. Los mercados venderán más bienes producidos y procesados en su localidad. Las exportaciones de cosechas y bienes industriales serán menos, debido a la ausencia de transporte barato. Para entonces, muchos de los recursos minerales y de combustibles de los Estados Unidos habrán sido tan explotados, que el medio ambiente puede ser sometido a una nueva reorganización gradual. Habrá una reestructuración natural y planeada del patrón del suelo, caudal de drenaje y diversidad de vegetación. Con menos fertilizantes disponibles, habrá prácticas de uso de la tierra que mantengan el suelo cubierto y en rotación. La pesca usará navíos de menor envergadura y pescarán en aguas cercanas a la costa. 31.3 Aspectos que se deterioran. Ya, algunas de las estructuras del sistema norteamericano están deteriorándose más rápidamente de lo que pueden mantenerse. A medida que la energía disponible disminuye, muchos otros aspectos del sistema económico pueden también declinar, como por ejemplo: carreteras, puentes, rieles de tren, plantas de energía (principalmente gigantes plantas de energía nuclear), algunas de las más complejas comunicaciones y facilidades de la televisión. Cuanto menos energía esté disponible, estas operaciones tendrán que usar menos servicios de alta energía. Las facilidades de la Aeronáutica, la Administración Espacial y cadena de emisoras con satélite tal vez no puedan ser sustentables. Las bases de defensa pueden ser menos elaboradas, con aeronaves y tanques menos sofisticados, conforme los servicios de armamento se hagan cada vez más dependientes de las personas. Las construcción intensiva en áreas costeras relacionadas al lujo, turismo y ricas reformas, pueden desaparecer, acelerados por desastres naturales y puede no haber subsidios restantes para reconstrucción. Si examinamos las grandes estructuras de las antiguas civilizaciones de Europa y Asia, podremos encontrar que los materiales de las grandes pirámides ó templos, están siendo usados actualmente para operar funciones menos elaboradas. Despues de que los materiales útiles fueron aprovechados, el resto se convirtió en ruinas y fueron cubiertas por tierra o arena llevada por el viento para dar lugar a nuevos paisajes. Las estructuras duraderas fueron aquellas que mantuvieron su uso para atender necesidades esenciales tales como: vivienda básica y uso de agua para mantener la producción agrícola. Cuáles de las actuales estructuras resistirán? 31.4 Nuevos Aspectos.


Por generaciones hemos estado acostumbrados a pensar en el progreso como algo grande, mejor, más complejo y más tecnológico. La previsión de que un mundo de baja energía es pequeño, simple y menos tecnológico puede verse como anti-progreso. Sin embargo, los seres humanos han subsistido en sociedades de baja energía por mucho tiempo a lo largo de su historia. Posiblemente estamos mejor adaptados a un régimen de baja energía que al mundo urbano intensivo del presente. La forma de vida que envuelve poblaciones más dispersas, patrones rurales de vida y menos diferencias entre ricos y pobres puede ser considerado como progresivo. Las condiciones para una persona individual pueden ser buenas, si la energía por persona se mantiene grande, como resultado de la decadencia de la población a medida que el uso de la energía se reduce. Algunos aspectos de la sociedad tecnológica pueden retenerse si los costos energéticos de manutención no son muy grandes. Tal vez esto se haga realidad para muchas vacunas, drogas, pequeñas computadoras, radios, televisión. bicicletas y libros. Los sistemas agrícolas posiblemente tiendan a ser como aquellos al inicio de esta Era, que requerían menos combustibles fósiles especiales y soporte técnico, y tenían más producción neta. El conflicto de mantener el medio ambiente natural continuará siendo necesario debido a la creciente demanda de tierra para producción agrícola y de silvicultura, preferible a la presente presión de crecimiento urbano. La práctica de la agricultura requerirá mayor diversidad de cosechas y más rotación de cosechas en barbecho en etapas para reducir las hiervas dañinas e insectos, permitiendo vegetación sucesiva para extraer elementos fertilizantes de las rocas y lluvia. Los pájaros e insectos predadores pueden ser usados en lugar de los pesticidas para compensar los grandes costes de los pesticidas químicos. Las actividades sociales y políticas pueden moverse a centros más pequeños. Las diferencias en las condiciones locales pueden ser expresadas como diferentes costumbres y culturas. 31.5 Sociedad humana alternando entres regímenes de producción y consumo. Cuando se toma en cuenta una escala mayor de tiempo y espacio, el curso de la cultura de consumo mundial, que consume más de lo que produce, puede ser considerada como una etapa de un periodo de oscilación más grande que los descritos en el Capítulo 9. La actual economía consumista es como un fuego ó una epidemia de langostas, después del cual, el sistema cambia a un largo periodo en el que la producción excede el consumo. No cabe duda que gracias a su flexible adaptabilidad, la cultura humana cambiará, si es necesario para sobrevivir en ese tiempo, hacia una cultura que administre el mundo para una producción neta. De acuerdo al concepto de oscilación, cuando suficientes recursos se hayan acumulado nuevamente, el pulso de la cultura de consumo puede volver e iniciar otro periodo. El desafío es conservar los mejores conocimientos adquiridos en los periodos de alta y baja energía, haciéndolos disponibles para ser nuevamente usados. 31.6 La transición.


El lapso comprendido entre ahora y el estado de baja energía puede ser un tiempo de grandes cambios. Esta transición puede causar ruptura y ansiedad si la población no entiende lo que está sucediendo. Si se anticipan las nuevas direcciones, podemos prepararnos para los cambios. Por ejemplo, educarnos para ser flexibles en escoger empleo, estar dispuesto a especializarse en un trabajo técnico y trabajar en varios campos a la vez. Estar listo para tareas de jardín ó granja, construir y reparar su propia casa, fabricar su propio entretenimiento, reducir el transporte, ayudar a los vecinos y a la comunidad y envolverse en las decisiones políticas locales. La incapacidad de entender las fuerzas que afectan nuestras propias vidas puede causar confusión y miedo. Aquellos que pueden anticiparse a estos cambios deben transmitir y explicar sus conocimientos a los demás. Planificar y sobrevivir en un mundo de baja energía puede ser un desafío excitante. Preguntas y actividades del Capítulo 31. 1. Describa como maneja su comunidad el agua, aguas residuales, basura, desechos, metales. Cómo esto podría cambiar en un mundo de baja energía? 2. Describa cuáles fueron los orígenes de los componentes de su comida más reciente. Cómo podrían cambiar sus alimentos en un mundo de baja energía? 3. Describa como se moviliza de un lugar a otro. Cómo podría cambiar en un mundo de baja energía? 4. Discuta que aspectos de su comunidad pueden desaparecer en un mundo de baja energía. 5. Discuta que aspectos de su comunidad pueden aumentar en un mundo de baja energía. 6. Haga una lista de tres trabajos que no existirían en un mundo de baja energía. 7. Haga una lista de tres nuevos trabajos que podrían ser útiles en un mundo de baja energía.

Fuente: http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco/esp/index.htm


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