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Introducción a la Ciencia Ambeintal para Ingeniería Versión electrónica Proyecto Docencia 92-081 Área Ingeniería Hidráulica y Ambiental. Departamento de Ingeniería Civil – U. de C.

Área de Ingeniería Hidráulica y Ambiental Departamento de Ingeniería Civil Universidad de Concepción

INTRODUCCION A LA CIENCIA AMBIENTAL PARA INGENIERIA Proyecto de Docencia 92-081

Prof. Dr. José Vargas Baecheler Prof. Dr. Oscar Link Lazo


Introducción a la Ciencia Ambeintal para Ingeniería Versión electrónica Proyecto Docencia 92-081 Área Ingeniería Hidráulica y Ambiental. Departamento de Ingeniería Civil – U. de C.

PREFACIO

El presente texto no pretende constituir un libro, sino un material de apoyo para el curso "Introducción a la Ciencia Ambiental" dirigido a alumnos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción. Se agradece a la Dirección de Docencia de la Universidad de Concepción por el financiamiento otorgado al desarrollo de este proyecto (92-081). Se agradece muy especialmente al Señor Claudio Meier Vargas, quien colaboró intensamente en las primeras fases del proyecto y recopiló gran parte de la bibliografía utilizada, a la Señora Mónica Woywood Yokota quien como Jefe de Carrera del Departamento de Ingeniería Civil al iniciarse el proyecto impulsó la realización del mismo, a los señores Mauricio Mellado Chamblas, Nelson Gutiérrez Molina, Mauricio Delgado Espinoza, Liliana Pagliero Caro, Claudia Kyonen Lopez, Carlos Durán Serra, quienes siendo ayudantes de la asignatura Introducción a la Ciencia Ambiental colaboraron en dar forma al presente texto.

José Vargas Baecheler Concepción, Agosto de 1999

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INDICE

Título Capítulo 1. Capítulo 2.

Página

Introducción y Definiciones

6

Bibliografía

13

Ecología

16

2.1 Los Organismos

16

2.1.1 Clasificación Esquemática de los organismos

21

2.1.2 Hábitat y Nicho Ecológico

26

2.1.2.1 Clasificación del Nicho

29

2.1.2.2 Interacción entre Especies

29

2.2 Los Ecosistemas

31

2.2.1 Ecosistemas y Especies

37

2.2.2 Ecosistemas y el Rol de las Especies

39

2.2.3 Mecanismos en los Ecosistemas

40

2.2.3.1 Sistemas Cibernéticos

41

2.2.3.2 Estabilidad

43

2.2.3.3 La Hipótesis de GAIA

45

2.2.4 Los Principales Ecosistemas

47

2.2.4.1 Ecosistemas Terrestres

48

2.2.4.2 Ecosistemas Acuáticos

58

2.3 Flujos de Energía y Ciclos de Materia

72

2.3.1 Flujos de Energía en Ecosistemas

72

2.3.2 Cadenas y Tramas Tróficas

75

2.3.3 Pirámides de Flujo de Energía

77

2.3.4 Pirámides de Números

78

2.3.5 Pirámides de Biomasa

79

2.3.6 Productividad de los Productores

81

2.3.7 Clasificación de los Ecosistemas según Energía

83

2.4 Ciclos de Materia: Ciclos Biogeoquímicos

87

2.4.1 Ciclo del Carbono

89

2.4.2 Ciclo del Nitrógeno

92

2.4.3 Ciclo del Fósforo

95

2.4.4 Ciclo del Azufre

96

2.4.5 Ciclo del Agua o Hidrológico

98

Bibliografía

104

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Capítulo 3.

Problemas Ambientales Globales

106

3.1 La Sobrepoblación

107

3.2 La Atmósfera Cambiante

115

Capítulo 4.

3.2.1 El Efecto Invernadero

116

3.2.2 El Adelgazamiento de la Capa de Ozono

117

3.2.3 La Lluvia Acida

120

3.2.4 La Desertificación

121

Bibliografía

123

Desarrollo Sustentable

124

4.1 Recursos

124

4.1.1 Recursos y degradación Ambiental

124

4.1.1.1 Contaminación y Polución

128

4.1.1.2 Fuentes y Tipo de Contaminación

128

4.1.1.3 Efectos de la Contaminación

129

4.1.1.4 Factores que Influyen en la

130

4.1.1.5 Control de la Contaminación

130

4.2 Desarrollo Sustentable

Capítulo 5.

131

4.2.1 Relaciones Tecnologías, Población, Consumo.

133

Bibliografía

137

Evaluación de Impacto Ambiental

138

5.1 Antecedentes

138

5.2 El Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental en Chile

140

5.2.1 La Declaración de Impacto Ambiental

145

5.2.2 El Estudio de Impacto Ambiental

146

5.3 Informes Ambientales

148

5.4 Metodologías de Evaluación de Impacto Ambiental

150

5.4.1 Selección de Indicadores Ambientales

158

Bibliografía

159

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INDICE DE FIGURAS Título

Página

Figura Nº01: Esquema de contaminación y polución.

12

Figura Nº02: Esquema de clasificación de los seres vivos.

21

Figura Nº03: Elaboración de carbohidratos

24

Figura Nº04: Fotosíntesis y Quimiosíntesis

25

Figura Nº05: Representaciones esquemáticas del concepto de nicho

28

Figura Nº06: Espectro de niveles de organización

32

Figura Nº07: Respiración celular

35

Figura Nº08: Rango de tolerancia frente a factores abióticos, ejemplo temperatura

37

Figura Nº09: Sistemas de control por retroalimentación

42

Figura Nº10: Estabilidad por resistencia y por elasticidad

44

Figura Nº11: Distribución de los seis biomas principales en términos de su temperatura anual promedio y su precipitación pluvial anual promedio (en centímetros). ( Adaptado de Odum) Figura Nº12: Zonificación en lagos

49 59

Figura Nº13: Variación de la temperatura con la profundidad en las cuatro estaciones.

60

Figura Nº14: Concepto de river continuum.

63

Figura Nº15: Orden de un río según Strahler.

64

Figura Nº16: Zonificación del mar.

68

Figura Nº17: Distribución espectral de la radiación solar extraterrestre (adaptado de Odum)

74

Figura Nº18: Ejemplo de trama trófica en la antártida (se omiten descomponedores)

76

Figura Nº19: Pirámide de flujo de energía.

77

Figura Nº20: Pirámide de números

78

Figura Nº21: Pirámide de biomasa.

79

Figura Nº22: Pirámide de biomasa: esquema simplificado de flujo de energía medido (kcal/kcal2-año) en un ecosistema acuático (silver springs - florida)

80

Figura Nº23: Ciclos Biogeoquímicos

88

Figura Nº24: Ciclo Global Resumido del Carbono

89

Figura Nº25: Diagrama Simplificado de una Porción del Ciclo de Carbono Gaseoso

91

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Título

Página

Figura Nº26: Diagrama Simplificado del Ciclo del Nitrógeno Gaseoso

92

Figura Nº27: Diagrama Simplificado del Ciclo Sedimentario del Fósforo.

95

Figura Nº28: Ciclo del azufre

97

Figura Nº29: Diagrama del Ciclo del Agua

99

Figura Nº30: Variación de un Río en Invierno y Verano.

101

Figura Nº31: Esquema del Flujo del Agua.

102

Figura Nº32: Crecimiento Población Humana

108

Figura Nº33: Triángulo de Nijkamp

132

Figura Nº34: Pirámide Poblacional

134

INDICE DE TABLAS Título

Página

Tabla Nº01: Clasificación del Homo Sapiens

23

Tabla Nº02: Interacción entre Especies

30

Tabla Nº03: El agua en la biosfera

58

Tabla Nº04: Niveles Tróficos.

75

Tabla Nº05: Productividad de Ecosistemas

81

Tabla Nº06: Ecosistemas clasificados según sus fuentes y niveles de energía

84

Tabla Nº07: Consumo energético de ciudades.

86

Tabla Nº08: Agua en la biosfera

102

Tabla Nº09: Historia de la Población

109

Tabla Nº10: Densidades Poblacionales

111

Tabla Nº11: Características MDC y LDC

114

Tabla Nº12: Método Ad-Hoc. Adaptado de Rau y Wooten, 1980.

152

Tabla Nº13: Lista de Revisión. Adaptado de Rau y Wooten, 1980.

154

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CAPITULO 1: INTRODUCCION Y DEFINICIONES. La ciencia ambiental nace como tal en la década de los setenta, cuando las naciones del mundo abordan el problema ambiental a través de organizaciones como la UNESCO, el Consejo de Europa, el ICSU y otras. Como es sabido, los problemas ambientales no se gestaron con el nacimiento de la Ciencia Ambiental, sino mucho antes, con la aparición del homo sapiens, agudizándose notablemente en una época cercana a la revolución industrial, debido al aumento poblacional y al incremento en el uso de los recursos naturales como fuente inagotable de materias primas, principalmente. Por estas y otras causas, la ciencia ambiental ha adquirido mayor relevancia a través del tiempo, y está comenzando a plantear modificaciones fundamentales en nuestros sistemas político, económico y socio-cultural. Junto a ello, se están desarrollando interesantes enfoques conceptuales como la hipótesis de Gaia, de James Lovelock y Lynn Margulis, la biología perceptiva de Francisco Varela y Humberto Maturana o la economía de recursos naturales. En Chile, hemos visto promulgada la ley 19.300 Sobre Bases Generales del Medio Ambiente el 9 de Marzo de 1994 y la posterior dictación del DS Nº30, Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental, con fecha 3 de Abril de 1997. Ambas herramientas, aparecidas con algún retraso respecto del momento en que idealmente se requirieron, proporcionan un cuerpo legal adecuado para enfrentar el desarrollo y crecimiento del país en forma sustentable. Para comprender la Ciencia Ambiental, es primordial conocer su pilar fundamental que es la Ecología. El presente texto, se presenta estructurado en tres partes. En la primera se entregan algunas definiciones y conceptos básicos para abordar el estudio de la ciencia ambiental; en la segunda, se entregan nociones de ecología; y en la tercera parte se tratan los problemas ambientales globales y la evaluación de los impactos, desde una perspectiva práctica y legal.

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Como puede notarse, las dos primeras partes están enfocadas a entregar los conocimientos básicos que un ingeniero debería tener para abordar el estudio de la Ciencia Ambiental. En un futuro no lejano, la Educación Ambiental, entendida como la define la ley 19.300 sobre bases del medio ambiente, deberá comenzar en la educación primaria con los conceptos de ecología, de manera que durante su formación profesional, el ingeniero aprenda a aplicar dichos conceptos a la realidad de su profesión. A continuación, se entregan algunas definiciones imprescindibles para la comprensión del presente texto. Ambiente: Algunos autores definen Ambiente como “el conjunto de factores físiconaturales, sociales, culturales, económicos y estéticos que interactúan entre sí, con el individuo y con la comunidad en la que vive, determinando su forma, carácter, relación y supervivencia.” No debe considerarse pues, como el medio envolvente del hombre, sino como algo indisociable de él, de su organización y de su progreso. De acuerdo al enfoque moderno, refrendado por muchos textos, entre ellos el de Rau y Wooten (1980), se pueden distinguir diferentes dimensiones del ambiente: - Física (Natural o Artificial) - Social - Económica - Estético y Cultural. Una definición formal de ambiente se encuentra en la ley 19.300, donde se entiende por Medio Ambiente al “sistema global constituido por elementos naturales y artificiales de naturaleza física, química o biológica, socioculturales y sus interacciones, en permanente modificación por la acción humana o natural y que rige y condiciona la existencia y desarrollo de la vida en sus múltiples manifestaciones.” Por otra parte se tiene que los sinónimos de la palabra Ambiente, son medio o entorno. En francés environ, significa entorno mientras que en inglés frecuentemente environment se traduce como ambiente.

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Ciencia Ambiental: es un área interdisciplinaria de estudio que intenta medir y evaluar el impacto antrópico sobre los sistemas humanos y ecológicos (Ambiente). También estudia el manejo de estos sistemas para el beneficio y subsistencia del hombre. Según Arms (1990), es la ciencia que estudia cómo los humanos interactuan con su ambiente y cómo se mejoran esas interacciones; considerando ambiente en su definición más amplia. Dentro de la corta historia de la Ciencia ambiental, existen hitos importantes que destacar, como los siguientes: 1968 - Declaración de principios del Consejo de Europa sobre la lucha contra la contaminación del aire. 1968 - Carta del Agua del Consejo de Europa, preparada por el Comité Europeo para la Salvaguardia de la Naturaleza y los Recursos Naturales del Consejo de Europa. 1969 - Se promulga la National Environmental Protection Act (NEPA), la Ley Ambiental Norteamericana. 1970 - UNESCO planteó el Proyecto internacional : "El hombre y la Biosfera ", (MAB). 1972 - El ICSU (Consejo Internacional de Uniones Científicas) creo un comité sobre problemas ambientales denominado SCOPE, (Scientific Comittee on Problems of the Environment) Comite científico sobre Problemas del Ambiente. 1972 - Conferencia de Estocolmo :" El hombre y su ambiente." ONU, de la cual surgió la Conferencia de Río en 1992, con su agenda para el año 2000. Este, es el acto internacional relacionado con el medio ambiente que más trascendencia ha tenido y que mayor influencia ha ejercido en las políticas de medio ambiente de todo el mundo. 1972 - Carta de los Suelos del Consejo de Europa. 1973 - Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA).

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1979 - Declaración sobre las políticas de medio ambiente de carácter anticipativo de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE). 1980 - Estrategia Mundial para la Conservación, presentada por la UICN (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza y de los Recursos Naturales). 1987 - Nuestro Futuro Común, Informe de Brundtland. Frente a la interrogante planteada por la ONU, acerca de si se pueden satisfacer las necesidades de hoy en día sin comprometer la capacidad del planeta, de tal forma que puedan satisfacer las suyas las generaciones venideras, el informe responde que se debe proceder a un cambio radical del modo de dirigir la economía mundial para que la pregunta tenga una respuesta afirmativa. 1991 - Estrategia Mundial para la Conservación, (Sustentabilidad, una estrategia para el cuidado del planeta), revisa en profundidad el anterior documento, elaborado por la UICN, el PNUMA y el WWF (Fondo Mundial para la Vida Silvestre). 1992 - Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambinete y Desarrollo (CNUMAD), llamada "Cumbre de la Tierra" o Cumbre de Río de Janeiro Los problemas ambientales deben ser abordados con un enfoque integral o sistémico (holístico), debido a que tienen múltiples dimensiones, lo que los hace demasiado complejos para ser resueltos por las disciplinas tradicionales. Por ello, la ciencia ambiental es una ciencia interdisciplinaria, entendiendo por interdisciplina, la unión de varias disciplinas en un campo mutuo. En este sentido se debe distinguir interdisciplina de: Multidisciplina: es la unión de muchas disciplinas sin una fecundación mutua. Transdisciplina: abarca el campo de muchas ciencias fijando un marco propio de estudio.

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Un concepto íntimamente ligado a la Ciencia Ambiental es el de Impacto Ambiental, que se define como sigue: Impacto Ambiental: es el efecto positivo o negativo generado por una determinada actividad humana sobre el ambiente. Se dice que existe impacto ambiental cuando una acción o actividad produce una alteración, favorable o desfavorable, en el ambiente o en alguna de sus componentes. Esta acción puede ser un proyecto de ingeniería, un programa, un plan, una ley o una disposición administrativa con implicaciones ambientales. El impacto de un proyecto sobre el ambiente es la diferencia entre la situación del ambiente futuro modificado, tal y como se manifestaría como consecuencia de la realización de un proyecto, y la situación del ambiente futuro tal como habría evolucionado normalmente sin tal actuación, es decir, la alteración neta (positiva o negativa en la calidad de vida del ser humano) resultante de tal actuación. Para comprender las interacciones que suceden entre los organismos de la naturaleza y sus ambientes, debe estudiarse la ecologia, que como se señaló, constituye uno de los pilares de la Ciencia Ambiental. Ella se define como sigue: Ecología: es la Ciencia que estudia las interrelaciones entre los organismos y su ambiente, así como la estructura y funcionamiento de la naturaleza. Explica la distribución y abundancia de los organismos. (Relación organismos - ambiente). Existen indicios de temas ecológicos en los escritos de Hipócrates, Aristóteles y otros filósofos de la antigua Grecia. El biólogo Ernst Haeckel en 1869 utilizó por primera vez la palabra ecología en una de sus publicaciones. Etimológicamente, ecología proviene de las palabras oikos: casa y logos: estudio o ciencia. Incluso desde esta perspectiva puede verse la afinidad con la economía, que proviene de las palabras oikos: casa y nomos: administración o manejo. Pese a esto, gran parte de la gente concibe la economía y la ecología como antagónicas. Para evitar confusiones, es importante aclarar los siguientes conceptos:

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Ingeniería Ambiental: Tradicionalmente,

trata el estudio de abastecimiento de

aguas, tratamiento de aguas residuales, contaminación atmosférica, acústica, manejo de residuos sólidos desde la perspectiva de proteger el ambiente y a los seres humanos.

(Problema-Solución).

La

tendencia

actual

involucra

también

la

planificación, gestión y uso sustentable de recursos y territorio. Ingeniería Ecológica (Ecotecnología): estudia el mejoramiento de la sociedad humana, considerando el ambiente natural para beneficio de ambos. Dentro de la problemática ambiental, existen dos términos de uso habitual, que tienen que ver con los impactos ambientales: contaminación y polución. Las diferencias entre uno y otro son las siguientes: Contaminación: ocurrencia de una sustancia o energía a una concentración mayor que las condiciones ambientales normales, vale decir, sobre el rango normal (no necesariamente nocivas). La ley 19.300 define contaminación como la presencia en el ambiente de sustancias, elementos, energía o combinación de ellos, en concentraciones y permanencia superiores o inferiores, según corresponda, a las establecidas en la legislación vigente. Polución: ocurrencia de una sustancia o energía a una concentración mayor de la que el ambiente puede asimilar sin sufrir degradación, implica efectos nocivos en los organismos.

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Gráficamente, se tiene:

Polución

Contaminación

Capacidad asimilativa

del ambiente Normalidad Figura Nº1: Esquema de contaminación y polución.

Entre las personas que se preocupan del ambiente, es preciso hacer la siguiente diferenciación (Hajek y Espinoza, 1986): Ecólogos: son aquellos que poseen formación formal en Ecología, están en universidades, centros de investigación, etc. Ecologistas: son aquellos que opinan sobre problemas ambientales sin tener mayor información sobre el tema. En general manejan escasa información y son apocalípticos. Tienen gran llegada en los medios de comunicación. Ambientalistas :

son

profesionales

de

diversas

especialidades:

abogados,

ingenieros, arquitectos, etc., con formación en el área ambiental, que les permite un enfoque global de los problemas ambientales. El Ingeniero es en esencia un alterador del ambiente. Las diferentes especialidades de la Ingeniería, de una u otra forma alteran el entorno. Evidentemente, algunas especialidades lo hacen en forma más obvia que otras, como la Ingeniería Civil con la creación de infraestructura: obras viales, de desarrollo urbano, de saneamiento, de sistemas de regadío o de generación hidroeléctrica. Otros ejemplos claros de alteración del medio ambiente propios de la Ingeniería son

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la explotación minera, la producción de bienes de consumo, la generación de energía termoeléctrica, la industria alimenticia o la elaboración de combustibles. Por lo anterior, es imperativo que el Ingeniero conozca los impactos ambientales de un proyecto ingenieril, lo que implica que debe ser capaz de interrelacionarse con otros profesionales dedicados al problema ambiental (practicar la interdisciplina), de manera que se reduzcan al mínimo posible las alteraciones negativas. La siguiente frase, ilustra esta situación: “La tierra en que vivimos no la hemos recibido en herencia de nuestros antepasados, sino, que la hemos tomado en préstamo de nuestra descendencia.” (Cumbre de la tierra, Agenda 21. Rìo 1996).

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BIBLIOGRAFIA 1. Arms K. (1990) “Environmental Science”. Saunders College Publishing. Florida 1990. 2. Código de Aguas. (1996) Editorial Jurídica de Chile. 3. Conesa, F. V. (1997) “Guía Metodológica para la Evaluación de Impacto Ambiental” Ediciones Mundi Prensa. Madrid. 4. D.S. Nº30 “Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental” (1997). Diario Oficial de la República de Chile del 3 de Abril de 1997. 5. George, P. (1972) “El medio ambiente” Ediciones ORBIS S.A. 6. Goudie A. “The Nature of the Environment” 2nd De. Basil Blackwell, Oxford, 1989. 7. Goudie A. 1990. "The Human Impact on the Natural Environment". Third Edition. Basil Blackwell Ltd. United Kingdom. 8. Hajek y Espinoza (1986). “Entorno al entorno. Algunas precisiones”. Revista Universitaria, Nº17 pp 48-55. 9. Ley 19.300 sobre Bases Generales del Medio Ambiente. (1994). Diario Oficial de la República de Chile del 9 de Marzo de 1994. 10. Ley Nº19.253 “Ley Indígena” (1997) Editorial Publiley. 11. Rau, J.G. and Wooten, D.C. (1980) “Environmental Impact Analysis Handbook” McGraw Hill. N.Y. 12. Ruiz, A.B. (1998) “Evaluación de impacto Ambiental en Chile. Manual de Procedimiento” Ediciones Multimedia Publicidad. Concepción. Chile. 13. Tinbergen, Jan. (1983) “Hacia una economía mundial” Biblioteca de EconomíaEdiciones ORBIS. 14. UNCED. 1992. Capitulo 18: "Protección de la calidad y el suministro de los recursos de agua dulce: Aplicación de criterios integrados para el aprovechamiento, ordenación y uso de los recursos de agua dulce" en "Agenda 21. Documento de la Conferencia de Naciones Unidas sobre Ambiente y Desarrollo". Rio de Janeiro. 15. World Commision on Environment and Development. “Our Common Future” Oxford, University Press, 1987. 16. World Resources Institute, The United Nations Environment Programme and The United Nations Develpoment Programme. 1992. "World Resources 199293. A Guide to the Global Environment. Toward Sustainable Development". Oxford University Press. Oxford.

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CAPITULO 2: ECOLOGIA 2.1 Organismos Para poder comprender las interrelaciones de los organismos, entre ellos y entre ellos y su ambiente, es necesario conocer algunas nociones de biología. La biología es la ciencia que estudia los seres vivos u organismos. Un organismo es una entidad delimitada en el espacio y en el tiempo. En el espacio, porque ocupa un lugar bien definido y en el tiempo porque nace, crece y muere. Se caracteriza por su capacidad de mantener una relación dinámica con su ambiente físico (abiótico) y con los demás organismos vivos (ambiente biótico), intercambiando materia y energía, y llevando a cabo manipulaciones de las mismas, mediante un complejo sistema de procesos químicos que conforman el metabolismo. El metabolismo, es el proceso que hace posible el desarrollo de la vida de un organismo. En él, se distinguen dos partes: El anabolismo, que supone la construcción de moléculas gigantes (macromoleculas) que contienen reservas de energía potencial que determinan la capacidad del sistema para realizar trabajo y el catabolismo, que supone la destrucción de estas moléculas, con liberación de parte de la energía almacenada, la que así queda disponible en forma de energía libre. La liberación de esta energía, que se conoce con el nombre de energía de alta calidad porque puede ser gastada en trabajo útil,

hace posible los diferentes tipos de

actividad que caracterizan la vida, como son: crecimiento, respiración, conservación, y reproducción. En términos simples el anabolismo se refiere a la transformación de sustancias químicas sencillas (que normalmente se ingieren), en otras más complejas. Una característica importante que presentan los organismos, es su capacidad de evolucionar. La idea de evolución de un organismo a través del tiempo y que un tipo de organismo daba origen a otro tipo, es anterior a Aristóteles (Anaximandro 611 - 547 A.C). Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) propuso en 1801, que todas las especies, incluyendo el Homo Sapiens, descienden de otras especies. Como otros

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investigadores, Lamarck notó que las rocas más antiguas generalmente contenían fósiles de formas de vida más simples, lo cual interpretó como que las formas más complejas, hubiesen surgido a partir de las formas más simples por una suerte de progresión. De acuerdo a su hipótesis, ésta progresión (o evolución para utilizar el término moderno) dependía de dos fuerzas principales: La primera es la herencia de las características adquiridas. Los órganos en los animales se hacen más fuertes o más débiles, más o menos importantes, debido a su uso o desuso y estos cambios se transmiten de los padres a su progenie. Una conocida frase que ilustra este hecho es “la función crea el órgano” y se ejemplifica con el cuello de la jirafa de Lamarck. La segunda es el principio creador universal; un esfuerzo inconsciente y ascendente en la "Scala Naturae" de Aristóteles, que impulsaba a cada criatura viva hacia un grado de complejidad mayor. De tal forma, podía entenderse que el camino de cada ameba conducía hacia el hombre. El orangután, como contraejemplo, había caído en un ambiente desfavorable para la evolución. En esta fuerza, la voluntad estaba siempre presente; la vida, en sus formas más simples, estaba surgiendo continuamente por generación espontánea, para llenar el fondo de la escala. Georges Couvier (1769-1832) con su teoría catastrofista, planteó que la extinción de las especies se debía a catástrofes naturales y que las nuevas especies surgían, llenando los lugares vacantes. Desde un punto de vista clásico, los organismos tienen la capacidad de mejorar su relación con su entorno, y de este modo llegar a ser cada vez más eficientes en asegurar su propia supervivencia y la producción de sus descendientes, que continúen su línea. Esta eficacia, creciente en sus relaciones con el entorno, que es un aspecto del progreso biológico, depende de un factor de variabilidad que está implícito en los sistemas vivos y que constituye la base de la evolución darwiniana por selección natural.

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Charles Darwin (1809-1882), siendo un lector asiduo y voraz, extendió los conceptos de Malthus (1798) de que la población humana estaba incrementándose tan rápidamente, que en poco tiempo sería imposible alimentar a todos los habitantes de la tierra (todas las especies). Según Malthus, la disponibilidad de alimentos y otros factores mantienen a raya la población de cualquier especie. En el concepto de selección natural de Darwin, el ambiente selecciona los individuos dotados con ciertas características hereditarias para que sobrevivan. Los demás, con características hereditarias menos aptas, son eliminados. Por ejemplo, si algunos caballos eran más veloces que otros, estos tendrían más probabilidad de escapar de sus predadores y sobrevivir, y a su vez, su progenie podría ser más rápida. Análogamente, las jirafas, que contaban con un cuello más corto, tendrían menores posibilidades de obtener alimento, de tal manera que las de cuello más largo, sobrevivirían mejor y sus desendientes heredarían el cuello más largo. Tanto Lamarck como Darwin tenían parte de la razón en sus planteamientos. Ambas teorías no son mutuamente excluyentes y el fenómeno de la evolución debe ser comprendido tomando en consideración los diversos puntos de vista. Además debe recordarse que el traspaso de información genética de una generación a otra está regido por las leyes de las probabilidades, de manera que existe una componente aleatoria importante en la herencia de las características dentro de la que se distinguen mutación, selección y deriva. Mutación: es un cambio en la frecuencia génetica que puede producirse por un incremento de cualquiera de los alelos presentes, o bien por la aparición de nuevos alelos mediante cambios espontáneos. Como fuerza evolutiva, es en última instancia la fuente de nuevos alelos y combinaciones genéticas. Esta variación proporciona los materiales hereditarios que son moldeados por la acción de las dos fuerzas restantes. En la generalidad de los casos, los otros factores contribuyen al efecto de la variación modificando y amplificando el efecto de la mutación espontánea de los genes. Selección natural: los factores ambientales pueden operar para favorecer la reproducción diferencial de ciertos alelos o combinaciones genéticas sobre otros que se presentan en la población. El efecto total del ambiente sobre la reproducción de las combinaciones genéticas constituye la fuerza de la selección natural. Los efectos de la selección natural cambian cuando el ambiente cambia, de tal modo que las condiciones ligeramente distintas en que vive cada generación favorecen

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combinaciones genéticas un tanto diferentes. La selección natural moldea la variación genética que se presenta en una población, pero no puede producir directamente nuevos genes o combinaciones genéticas. Deriva génica: en muchas poblaciones pequeñas pueden ocurrir fluctuaciones en las frecuencias de ciertos alelos o combinaciones de genes completamente al azar, aún cuando las condiciones ambientales sean constantes. Estas fluctuaciones constituyen la deriva génica, la cual hace sentir su impacto a través de los efectos aleatorios sobre la variación génica que de modo normal se presenta en la población. Por otra parte, es importante distinguir entre microevolución, especiación o macroevolución y megaevolución. Estas tres formas de evolucionar están gobernadas por las tres fuerzas ya explicadas. Sin embargo,

se diferencian

fundamentalmente en el grupo de organismos al que afectan. Así, la microevolución tiene que ver con un individuo en particular y su descendencia. Son los cambios y adaptaciones que va sufriendo a lo largo de su vida y la herencia que da a su progenie. La especiación o macroevolución se refiere a la evolución que sufre una especie. Por ejemplo, la especie humana tiende a perder el pelo de la cabeza, a atrofiar los dedos de los pies y a desarrollar cada vez más los dedos de las manos. La megaevolución atañe más que nada a los procesos adaptativos que son comunes dentro de una clase, filum o reino. Los cambios que se producen dentro de una especie, pueden generar una nueva especie. Se distinguen dos casos importantes, ambos relacionados con el aislamiento del proceso reproductivo de un cierto grupo de individuos dentro de una especie. El aislamiento reproductivo puede deberse a una diferencia en los hábitos reproductivos de un cierto grupo que le impide reproducirse con miembros de otro grupo. Un caso especial es el de los hermafroditas, ya que las características se van heredando siempre de un sólo antecesor. La segunda forma de aislamiento reproductivo es más común que la anterior y se debe un aislamiento espacial de un cierto grupo de individuos. Por ejemplo, supongamos una cierta población que habita la costa norte de una isla. Pronto, dicha población comenzará a aumentar y sus individuos más osados buscarán nuevos territorios adónde vivir. Algunos de estos individuos exploradores emigrarán hacia otros lugares de la isla que tendrá características diferentes que los obligarán a adaptarse. Debido a que no todos los organismos podrán emigrar a este nuevo lugar, ya que no son capaces de llegar a él, los que permanezcan en la costa norte evolucionarán de manera diferente, pudiendo

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llegar al cabo de algunas generaciones (dependiendo de las exigencias del medio) a formarse dos especies distintas. De acuerdo con la génetica moderna, al reproducirse, los organismos generan descendientes que siguen los procesos que venían desarrollando sus antecesores. Lo anterior es posible, gracias a que las nuevas generaciones reciben información de sus progenitores, codificada en el material genético que establece las características que los identifican. Sin embargo, no todas las características son hereditarias (debidas al genotipo), también están las adquiridas (debidas al fenotipo). El genotipo se define como la constitución genética del organismo; es la totalidad de la información genética que hay en sus células. (Células Germinales), mientras que el fenotipo del organismo es el conjunto de caracteres observables de un organismo; es el resultado de la interacción entre acción genética y ambiente. (Células Somáticas).

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2.1.1 Clasificación esquemática de los organismos. La clasificación biológica de los organismos intenta proporcionar un sistema jerárquico, en el que los miembros de un grupo cualquiera están relacionados por una descendencia común. Un sistema de este tipo constituye una clasificación natural. Este sistema está basado en tres niveles de organización: procarionte o monera; unicelular eucarionte o protista; y pluricelular mulnicleado eucarionte. En cada nivel existe divergencia en cuanto a los mecanismos principales de nutrición: fotosíntesis, absorción e ingestión. La jerarquización distingue entre reino, filum, subfilum, superclase, clase, familia, género y especie

PLANTAE

FUNGI

ANIMALIA

PROTISTA MONERA FOTOSÍNTESIS

ABSORCIÓN

Figura Nº2 Esquema de clasificación de los seres vivos.

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INGESTIÓN


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En la naturaleza existen cinco reinos, que son: •

Reino Procariotas o Monera (bacterias y algas azules o cianófitas, y eventualmente, los virus)

Reino Hongos o Fungi (Micotas)

Reino Protistas (algas unicelulares y pluricelulares, y los protozoos; a veces los hongos son incluidos aquí)

Reino Plantas o Plantae (metafitos)

Reino animales o animalia. La especie, es la unidad jerárquica más pequeña y está compuesta por

organismos similares con estructuras y funciones idénticas, que en un momento de la historia comparten un área y son potencialmente capaces de cruzarse entre si, dejando progenie fértil. Según algunos autores en el mundo existen alrededor de 6

3*10 de especies. Eventualmente, se encuentra que en la naturaleza se reproducen individuos pertenecientes a clases distintas, dando origen a híbridos. Ejemplos de híbrido son la cruza entre tigres y panteras, ovejas y cabras, caballos y burros.

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El siguiente ejemplo corresponde a la clasificación del ser humano.

Categoría Reino

Taxón Animales

Características (Organismos

multicelulares

que

requieren

de

sustancias orgánicas complejas para alimentarse; ingieren habitualmente alimento.) Filum

Cordados

(Animales con notocorda, médula nerviosa dorsal hueca, sacos branquiales en la faringe en alguna etapa de su ciclo vital.)

Subfilum

Vertebrados

(Médula espinal encerrada en una columna vertebral, el cuerpo segmentado básicamente, el cráneo contiene el cerebro.)

Superclase

Tetrápodos

(Vertebrados terrestres, con cuatro extremidades.)

Clase

Mamíferos

(La prole se nutre mediante glándulas productoras de leche, la piel tiene pelos, la cavidad corporal está dividida con un diafragma muscular, los glóbulos rojos no tienen núcleo, hay tres huesos en los oídos (huesecillos), temperatura corporal elevada.

Familia

Homínidos

(Cara plana, ojos orientados hacia adelante; visión de los colores; locomoción erguida, bípeda).

Genero

Homo

(Cerebro grande, lenguaje, niñez prolongada.)

Especie

Homo

(Mentón prominente, frente alta, pelo corporal

Sapiens

escaso.)

Tabla Nº1: Clasificación del Homo Sapiens Paralelamente, los organismos pueden ser clasificados según la forma en que obtienen su alimentación (carbohidratos, lípidos, proteínas, etc.), para utilizarla como fuente de energía, en la respiración o para construir nuevas células. Según este criterio, los organismos se clasifican en:

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Autótrofos o productores: corresponde a los organismos que se autonutren; la fuente de alimentación es interna y las moléculas orgánicas son sintetizadas. Son organismos que pueden elaborar compuestos orgánicos desde compuestos inorgánicos simples, que necesitan como nutrientes. Entre los organismos que viven en el suelo, la gran mayoría de los productores son plantas verdes, que realizan la transformación a través de la fotosíntesis. En el caso de los organismos que viven en el agua, la mayoría de los productores son el fitoplancton (diminutas plantas flotantes que confieren al agua el color verdoso), bacterias flotantes agrupadas y las macrófitas. Solo los productores pueden hacer su propio alimento. Todos los demás organismos son consumidores y viven directa o indirectamente del alimento proveído por los productores. La fotosíntesis es el proceso que consiste en la absorción de la radiación solar por pigmentos como la clorofila (que le da color a las plantas); la planta usa esta energía para combinar el dióxido de carbono (atmosférico o disuelto en agua) con agua (obtenida del suelo o del medio) elaborando carbohidratos (azúcares, almidones etc.). Como producto de esta serie de reacciones se libera oxígeno.

6CO2

+

Dióxido de carbono

6H2O Agua

+

E

C6H12O6

Energía solar

Glucosa

Figura Nº3 Elaboración de carbohidratos

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+ 6O2 Oxígeno


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El proceso de fotosíntesis permite a la planta, convertir energía radiante del sol en energía química, almacenada en los enlaces de carbohidratos. Esta energía química almacenada y producida por fotosíntesis es la fuente directa o indirecta de alimentación para la gran mayoría de los organismos y también es la fuente de gran parte del O2 disuelto en la atmósfera. Otros productores son bacterias muy especializadas que pueden extraer compuestos inorgánicos desde un ambiente y convertirlos en nutrientes orgánicos sin la necesidad de luz, a través de un proceso denominado quimiosíntesis.

Fotosíntesis

Plantas Verdes Bacterias

Quimiosíntesis

Figura Nº4 Fotosíntesis y Quimiosíntesis Heterótrofos o consumidores: corresponde a aquellos organismos que se nutren de otros organismos; deben ingerir moléculas orgánicas que luego digieren. Obtienen los nutrientes y energía requeridos, alimentándose directa o indirectamente de los productores. Pueden ser de los siguientes tipos: - Consumidores primarios o herbívoros. (se alimentan directamente de plantas) - Consumidores secundarios o carnívoros (comen solamente consumidores primarios y mayoritariamente son animales. También existen algunas plantas carnívoras como la venus flytrap, que se alimenta de insectos). - Consumidores terciarios y de mayor nivel o carnívoros. (son animales que se alimentan de animales) - Omnívoros. (se alimentan tanto de plantas como de animales. Ejemplo de ellos son los cerdos, ratas, lobos, cucarachas y humanos.)

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- Detritívoros o descomponedores y comedores de detritus. (viven de detritus y sus fragmentos y de residuos de organismos vivos. El detritus lo constituyen partes de organismos muertos animales y vegetales) Saprófitos: son aquellos que viven de la materia orgánica muerta. Un tipo de saprófitos son los descomponedores. Los descomponedores digieren y convierten complejas moléculas orgánicas de los detritus en compuestos inorgánicos simples y absorben los nutrientes solubles. Estos descomponedores, mayoritariamente bacterias y hongos, son una importante fuente de alimentación para gusanos e insectos del suelo y agua. Los comedores de detritus, tales como los cangrejos, hormigas, termitas y gusanos de tierra, extraen nutrientes parcialmente de materia orgánica descompuesta. 2.1.2 Hábitat y nicho ecológico Hábitat: es el lugar donde viven y se reproducen los organismos. Nicho Ecológico: es una descripción de todos los factores físicos, químicos y biológicos que una especie necesita para vivir, crecer y reproducirse. No solo comprende el espacio físico, sino también su participación funcional dentro de la comunidad (por ejemplo: nivel trófico) y su ubicación en los gradientes o rangos de tolerancias ambientales como: temperatura, humedad, pH, etc. En resumen es un concepto multidimensional. El concepto de nicho es aplicable para estudiar diferencias entre especies que comparten un mismo lugar, o que podrían compartirlo. En vez de considerar todas las dimensiones del nicho, para cada especie, sólo se consideran los aspectos significativos. Así, si se requiere comprender la distribución de una especie, se hará una descripción multivariada del nicho, incluyendo el mínimo de dimensiones necesarias, por ejemplo: temperatura, agua, oxígeno y radiación solar. Para cada dimensión interesará conocer la amplitud del nicho, lo cual es inversamente proporcional a la especialización del organismo. Cuando el nicho de una especie se superpone con el de una(s) especie(s) vecina(s) ocurre una interacción. En este caso la especie no podrá ocupar su nicho fundamental (nicho óptimo) sino que tendrán que contentarse con el nicho logrado (parcial).

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Especies que ocupan el mismo nicho en regiones biogeográficas diferentes se denominan equivalentes ecológicos. Como han evolucionado para resolver el mismo tipo de problemas, suelen ser muy similares a pesar de no tener parentesco genético. Ejemplo de esto son los canguros de la pradera australiana que son el equivalente ecológico del bisonte y el antílope de las praderas de Norteamérica.

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Y2 Y”

NICHO LOGRADO Y’

NICHO FUNDAMENTAL

Y1

X1

UTILIZACIÓN DE RECURSOS

X’

X” X2

DISTANCIA ENTRE LOS PICOS DE LOS NICHOS ESPECIE J

ESPECIE K

AMPLITUD SUPERPOSICIÓN DE

DEL NICHO

LOS NICHOS

DIMENSIÓN DE LOS NICHOS Figura Nº5 Representaciones esquemáticas del concepto de nicho

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2.1.2.1 Clasificación del nicho El nicho de un organismo puede clasificarse de especializado o generalista dependiendo de la forma de alimentación, de la extensión de su hábitat y la tolerancia ante factores ambientales. Las especies especializadas sólo toleran rangos estrechos de condiciones ambientales y se alimentan de un número limitado de especies. El hecho de tener nichos especializados limita a estas especies a vivir en hábitats específicos del planeta, por ejemplo el panda obtiene el 99% de su alimentación de plantas de bambú. Estas especies son las que corren riesgos de extinción. Las especies generalistas son altamente adaptables, pueden vivir en lugares muy diferentes, consumen una dieta variada y toleran amplios rangos de condiciones ambientales.

Por

ejemplo.

moscas,

perros,

ratones,

etc.

Estas

especies

generalmente no corren riesgos de extinción. Cuando existe una superposición de nichos ecológicos, ocurre una interacción entre especies. 2.1.2.2 Interacción entre especies Los tipos más importante de interacción son: Neutralismo: sucede cuando una especie no afecta a la otra. Competencia interespecífica: dado que los recursos de un ecosistema son escasos y hay varias especies que intentan utilizarlos, se producirá competencia interespecífica, es decir,

los nichos se superponen en al menos una de sus

dimensiones. El recurso escaso puede ser comida, agua , CO2, luz solar, nutrientes en el suelo, espacio, lugar abrigado u otro factor físico necesario para la supervivencia. En algunos casos dos especies tienen igual acceso a un lugar común pero difieren en la forma en que lo explotan. Predación: es la forma más obvia de interacción. Un organismo predador se alimenta de parte o de toda una presa (relación predador - presa). Las presas han desarrollado mecanismos de defensa, por ejemplo arrancan velozmente, pueden

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camuflarse, tienen caparazones o piel gruesa, emiten productos químicos, etc. Los predadores a su vez han desarrollado métodos para capturar a sus presas como: correr rápido, cazar en grupos, atacar a los débiles, etc. Parasitismo: los parásitos se alimentan de otros organismos, sobre o en este, denominado

huésped. Durante parte de su ciclo vital, el parásito debilita

gradualmente al huésped, pudiendo o no matarlo. Comensalismo: ocurre cuando un organismo se ve beneficiado por otro y al otro le da lo mismo. Mutualismo o simbiosis: sucede cuando diversos organismos pueden interactuar en forma beneficiosa para ambos (bacterias Rizobias).

Interacción

Especie 1

Especie 2

Naturaleza de la Interacción

Neutralismo

0

0

No hay interacción

Comp.

-

-

Inhibición mutua

+

-

Esp1: predador

Interespecífica Predación

Esp2: presa Parasitismo

+

-

Esp1: Parásito Esp2: Huésped

Mutualismo

+

+

Favorable para ambos

Comensalismo

+

0

Esp1: Comensal Esp2: Huésped

Tabla Nº2: Interacción entre Especies

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2.2 Ecosistemas El ecosistema es la unidad funcional para el estudio de la ecología y está constituido por la comunidad biológica y el medio físico o abiótico (biotopo) en que se encuentra asentada. Los ecosistemas forman parte de la biosfera. La biosfera está compuesta por todos los organismos vivos o muertos que se encuentran sobre o cerca de la superficie de la tierra, ya sea en la atmósfera, hidrósfera o litósfera. Los organismos que componen la biosfera interactuan entre sí, con la energía proveniente del sol y con varios materiales de la atmósfera, hidrósfera y litósfera. El conjunto de estos organismos vivos y muertos interactuando con un ambiente no vivo (energía y materia) es lo que se define como la ecósfera. Formalmente, un ecosistema o sistema ecológico se define como una unidad que incluye todos los organismos que funcionan en un área determinada, interactuando con el medio físico (biotopo) de tal manera que un flujo de energía conduzca a la formación de estructuras bióticas claramente definidas y al ciclaje de materia entre partes vivas y no vivas. En la figura Nº6, se muestran los componentes de la biosfera, ordenados en un espectro de niveles de organización.

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Fig. Nº6: Espectro de niveles de organización (adaptada de Odum)

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Un biosistema es una unidad donde interactúan componentes bióticos y abióticos. Es mas general que el ecosistema, debido a que admite ambos componentes ubicados en cualquier nivel organizacional de la biosfera. Los componentes bióticos de mayor interés ecológico son: Población: es un grupo de individuos u organismos, de cualquier especie, potencialmente capaces de reproducirse entre sí y que comparten un área determinada. Biocenosis o comunidad: comprende todas las poblaciones que ocupan un área determinada. Dentro de los biosistemas, destacan: Bioma: corresponde a un gran biosistema o ecosistema regional o subcontinental que se caracteriza por un tipo de vegetal determinado o cualquier otro aspecto notable del paisaje, por ejemplo: El Bioma del bosque templado. En conclusión, un ecosistema o biogeocenosis quedará definido por la comunidad y el correspondiente biotopo que se desea estudiar. Ejemplos típicos de ecosistemas son los lagos, cuencas hidrográficas, bosques templados, etc. Un ecosistema muy especial es aquel que queda conformado por la cuenca hidrográfica. La cuenca es un segmento específico de la superficie terrestre, delimitada de los segmentos adyacentes por límites más o menos bien definidos, también llamados líneas divisorias de aguas, drenada por un solo punto y ocupada en un espacio de tiempo por grupos vegetales y animales incluyendo el hombre. Por ser la cuenca una unidad ecológica naturalmente delimitada, una gestión integrada de ésta conducirá a un desarrollo productivo y a la sustentabilidad de las actividades que se desarrollen en ella. Al igual que los biosistemas, los ecosistemas tienen componentes bióticos y abióticos. Entre los componentes abióticos, los factores físicos más importantes son los siguientes:

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- Insolación y sombra. - Promedio y rango de temperaturas. - Precipitación promedio y su distribución a través del año. - Viento. - Latitud (distancia respecto al Ecuador). - Altitud. - Naturaleza del suelo (ecosistemas terrestres). - Fuego (ecosistemas terrestres) - Corrientes de agua (ecosistemas acuáticos). - Cantidad de material sólido suspendido. Los factores químicos más importantes son: - Cantidad de agua y aire en el suelo (ecosistemas terrestres). - Cantidad de nutrientes disueltos en agua (ecosistemas acuáticos) - Cantidad de nutrientes disueltos en suelos (ecosistemas terrestres). - Cantidad de sustancias tóxicas, naturales o artificiales (en suelos y agua). - Salinidad del agua (ecosistemas acuáticos). - Nivel de oxígeno disuelto (ecosistemas acuáticos).

Dentro de los componentes bióticos, se distinguen dos grupos de organismos: -Productores o autótrofos. -Consumidores o heterótrofos. Los productores y consumidores usan la energía química almacenada en la glucosa y otros nutrientes para llevar a cabo sus procesos de ser viviente. Esta energía se libera por medio de la respiración (celular) aeróbica, proceso que realizan solo los organismos aerobios, utilizando oxígeno para convertir los nutrientes orgánicos en dióxido de carbono y agua. (no se debe confundir con el proceso de ventilación pulmonar llamado respiración).

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El efecto neto de los cientos de cambios en este complejo proceso es:

C6H12O6 GLUCOSA

+ +

6O2

6CO2

OXÍGENO

+

6H20 +

DIÓXIDO DE CARBONO

+

E

AGUA

+

ENERGÍ A

Figura Nº7: Respiración celular La respiración aeróbica es una combustión lenta (oxidación) cuidadosamente controlada que ocurre en todas las células de los organismos con vida. La energía química liberada en este proceso se almacena en otras moléculas (ATP formadas en el proceso de anabolismo) y se libera a medida que los procesos vitales de los organismos (catabolismo) así lo requieran. Al ser utilizada, la mayor parte de esta energía química se degrada a calor a baja temperatura, la cual fluye al ambiente, tal como lo requiere la segunda ley de la termodinámica. El cambio químico neto de la respiración aeróbica es opuesto al que da a lugar la fotosíntesis; la fotosíntesis se realiza durante el día, cuando la luz solar está disponible, en cambio, la respiración aeróbica puede efectuarse durante el día o la noche. La sobrevivencia de un organismo cualquiera requiere entonces de un flujo de energía y de un flujo de materia a través de su cuerpo. En cambio, una comunidad de organismos en un ecosistema, requiere generalmente de un flujo unidireccional de energía con un ciclaje de la materia. Si no existe muerte en un ecosistema, tampoco hay vida, ya que todos los organismos, de una u otra forma, viven de la muerte de otros organismos. Los ecosistemas son mantenidos por este ciclo constante de vida y muerte. Los descomponedores son responsables de completar el ciclo de materia, ya que convierten los compuestos orgánicos del detritus en nutrientes inorgánicos que pueden ser usados por los productores. Sin descomponedores el mundo entero pronto estaría cubierto por residuos de plantas, cuerpos de animales muertos, fecas, basuras, etc.

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En los ecosistemas es imprescindible que existan productores y descomponedores, lo que significa que nosotros, los humanos, y todos los otros consumidores somos innecesarios. Se concluye que hay dos funciones fundamentales en un ecosistema: 1.- Producción, que es la fijación de energía solar y construcción de biomasa vegetal y que se suele representar como un cinturón verde. 2.- Descomposición, que es la desintegración hasta nutrientes inorgánicos que pueden reutilizarse, lo que suele representarse como un cinturón café. Estas alusiones a cinturones verde y café se deben al follaje y el suelo que caracterizan las funciones anteriores en los ecosistemas terrestres. Cuando los ecosistemas evolucionan en el tiempo hasta llegar a un estado de equilibrio entre las dos funciones, se denominan ecosistemas en estado de clímax o de madurez ecológica.

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2.2.1 Ecosistemas y especies Rango de tolerancia de especies a factores abioticos Los organismos no se expanden dentro de un ecosistema o hacia otros, debido a que las poblaciones tienen un rango de tolerancia a las variaciones de factores físicos y químicos, como por ejemplo la temperatura.

Tamaño población

Límite inferior de tolerancia

zona

zona

tolerancia estrés fisiológico

límite superior de tolerancia

rango

zona

óptimo

estrés fisiológico

temperatura zona intolerancia

Figura Nº8 Rango de tolerancia frente a factores abióticos, ejemplo temperatura El rango de tolerancia incluye un rango óptimo de valores dentro del cual la población de una especie alcanza su máximo. En este rango se incluyen valores menores o mayores del óptimo, para cada factor abiótico. Los valores mayores o menores que el rango óptimo lo soportan usualmente un tamaño de población más pequeño. Cuando los valores del factor abiótico exceden el límite superior de tolerancia, o no alcanzan el limite inferior de tolerancia, muy pocos organismos de la

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especie sobreviven. Estas observaciones pueden resumirse, en la Ley de tolerancia o Ley de Shelford (1913) y su enunciado es el siguiente: “La existencia, abundancia y distribución de una especie en un ecosistema está determinada por el hecho de que uno o más de los factores físicos o químicos están por debajo o por arriba de los niveles tolerados por la especie en cuestión”, es decir, los organismos están limitados a ambientes que puedan soportar. Los organismos individuales dentro de una población, pueden tener rangos de tolerancia individuales levemente distintos debido a diferencias de constitución genética. Generalmente, el rango de tolerancia frente a un estrés particular varía con la condición física y el ciclo de vida en que se encuentra un organismo; en un individuo enfermo o adulto mayor (viejo), los niveles de tolerancia son más estrechos que en un individuo sano y juvenil. Muchas especies pueden adaptar su tolerancia a factores físicos como la temperatura, siempre que su exposición sea gradual a las condiciones cambiantes. La adaptación a nuevas condiciones gradualmente cambiantes se llama aclimatación, que es un mecanismo de protección del organismo. Este mecanismo de protección es útil pero peligroso, ya que con cada cambio el organismo se acerca a su limite de tolerancia y puede llegar el momento en que frente a cualquier cambio adicional, se gatille un efecto umbral, que es el efecto de reacción dañina , a veces fatal del organismo al exceder el límite de tolerancia. Algunas especies viven en ambientes muy cambiantes, como áreas terrestres con cambio de estaciones, zonas intermareales, estuarios (salinidad y temperaturas muy variables). Usualmente estas especies toleran un rango amplio de factores físicos y químicos. Por otro lado, las especies que habitan en ambientes casi constantes, como selvas tropicales, profundidades marinas, suelen estar adaptadas para un rango estrecho de condiciones ambientales.

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Factores limitantes en ecosistemas Otro principio ecológico relacionado con la ley de tolerancia es el principio del factor limitante, que fue expresado originalmente como Ley de Liebig (Justus Liebig, 1840). Liebig planteó: “Un organismo de una especie estará ausente de todos los lugares en que cualquier factor este por debajo del umbral necesario”. Liebig se basó en el estudio de diversos factores que influyen en el crecimiento de plantas y originalmente la ley se denominó Ley del Mínimo de Liebig (el crecimiento de una planta depende de los nutrientes disponibles sólo en cantidades mínimas). Posteriormente la Ley de Liebig, se ha transformado en el principio del factor limitante como: “El exceso o escasez de cualquier factor abiótico indispensable, impedirá o limitará el crecimiento de una población de especies en un ecosistema, incluso si todos los demás factores están cerca o en el óptimo de tolerancia para esta especie.” Cuando un solo factor limita el crecimiento de una población en un ecosistema, se llama factor limitante. Los factores limitantes más comunes en los ecosistemas terrestres son: temperatura, luz, humedad (agua en el suelo) y nutrientes en el suelo. Los factores limitantes más importantes en ecosistemas acuáticos son: temperatura, penetración de luz, salinidad y oxígeno disuelto. 2.2.2 Ecosistemas y rol de las especies Dentro de un ecosistema, pueden encontrarse diferentes tipos de especies, que se clasifican en los siguientes grupos: - Especies nativas: son aquellas que normalmente viven en un ecosistema particular. (Ejemplo : la Araucaria). - Especies extranjeras o inmigrantes: son aquellas que emigran a un ecosistema o son deliberada o accidentalmente introducidas a un ecosistema por los humanos.

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Algunas de estas especies son benéficas, otras pueden eliminar especies nativas. Ejemplos: el pino insigne, el eucalipto, la trucha salmonídea. - Especies indicadoras: son aquellas que sirven como indicador de peligro de una comunidad o indicador de que un ecosistema está siendo degradado, por ejemplo el águila calva americana es un indicador de la magnificación biológica de químicos tóxicos como el DDT, que al estar en un alto nivel trófico y existir esta magnificación, tienden a desaparecer. (Los más perjudicados son los organismos del más alto nivel trófico). El caso del DDT, es muy explicativo ya que al traspasarse de un nivel trófico a otro, no es fácilmente eliminable concentrándose en los niveles más altos. Después de su uso como plaguicida en Long Island en 1950 se encontraron concentraciones de 0.00005 ppm en agua, 0.04 ppm en plancton, 2.07 en pez aguja, 6.00 ppm en gaviotas, etc. - Especies claves: son aquellas que juegan un rol que afecta a muchos otros organismos en un ecosistema. La desaparición de una especie clave puede desencadenar descensos de población y extinción de otras especies que dependan de ellas para ciertos servicios. Por ejemplo: los murciélagos en el trópico que polinizan flores y dispersan semillas de plantas en bosques tropicales, también el gran caimán americano, ya que viven muchas especies sobre él (protege muchas especies). 2.2.3 Mecanismos en los ecosistemas Los ecosistemas que mantienen la vida sobre el planeta, son entes dinámicos, ya que ante cambios en las condiciones ambientales por razones naturales o antr��picas, la parte biótica sufre cambios y se adapta. Sin embargo, hay límites definidos para la rapidez a la que tales adaptaciones al estrés pueden suceder, razón por la cual es necesario entender cómo funcionan y cambian los ecosistemas. De acuerdo a los niveles de organización, podemos decir que existe el principio de niveles de integración, o principio de control jerárquico, que significa que ha medida que los componentes se combinan para producir conjuntos funcionales más grandes, en una serie jerárquica, se originan nuevas propiedades. De esta forma, a medida que se avanza desde los sistemas de organismos hacia los sistemas de poblaciones y ecosistemas, se desarrollan nuevas características que no

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estaban presentes o no eran evidentes en el nivel inferior, cumpliéndose el principio de sinergismo en que el todo es más que la suma de las partes. El enfoque científico clásico es reduccionista, en tanto el enfoque de la ecología debe ser holístico. Los ecosistemas tienen mecanismos homeostáticos, los cuales se pueden definir como acciones de verificación y de equilibrio, o mecanismo regulador (o de fuerzas dispuestas en sentidos antagónicos) que amortiguan oscilaciones y operan a lo largo del sistema. Un ejemplo de esto es la forma en que se mantiene nuestra temperatura corporal. 2.2.3.1 Sistemas cibernéticos Además de los ciclos de materia y los flujos de energía, los ecosistemas son ricos en redes de información las cuales incluyen flujos de comunicación física y química que conectan todas las partes y dirigen o regulan el sistema como un todo. De acuerdo a esto los ecosistemas pueden considerarse cibernéticos, (kibernetes : piloto o gobernante) aunque sus funciones de control son internas y difusas en comparación con las externas y específicas de los sistemas cibernéticos concebidos por el hombre.

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ENTRADA

ESPECIFICACIONES DE CONTROL Objetivos)

SUBSISTEMA CONTROLADO R

CONTROLADOR SISTEMA

SUBSISTEMA SECUNDARIO

ENTRADA

SALIDA

SUBSISTEMA PRIMARIO SISTEMA

Figura Nº9 Sistemas de control por retroalimentación (adaptada de Odum)

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En un sistema cibernético, la retroalimentación es positiva, cuando es aceleradora de desviaciones y por supuesto necesaria para el crecimiento y supervivencia de los organismos. Sin embargo, para lograr el control (prevenir el sobrecalentamiento de una habitación o el crecimiento desmedido de una población), también es necesaria la retroalimentación negativa, que es una información que contrarresta la desviación. Los mecanismos de retroalimentación de tipo mecánico en ingeniería se llaman servomecanismos y en biología se llaman mecanismos homeostáticos. Por ejemplo, en el sistema de calefacción de una casa, el termostato regula la temperatura del calentador, y en un animal homeotermo, un centro cerebral específico controla la temperatura del cuerpo. Los mecanismos de control en un ecosistema

son entre muchos otros, subsistemas microbianos que regulan el

almacenamiento y la liberación de nutrientes, mecanismos de comportamiento y subsistemas de tipo predador-presa que controlan las poblaciones. 2.2.3.2 Estabilidad Estabilidad se define como “la propiedad de un cuerpo, que lo obliga ante una perturbación de su estado de equilibrio, a generar fuerzas o momentos que restauren la condición original.” La estabilidad de un ecosistema, se incrementa por la redundancia, que sucede cuando más de una especie o componente es capaz de ejecutar una función dada. El grado de esa estabilidad es muy variable, según sea el rigor del medio externo y la eficacia de los controles internos. Existen dos tipos de estabilidad: - Estabilidad por resistencia: capacidad para permanecer inalterable ante las tensiones del medio, o bien la capacidad de un ecosistema para resistir las perturbaciones y mantener intactas su estructura y función. - Estabilidad por elasticidad: capacidad para recuperarse con rapidez, cuando es alterado por una perturbación. Para diferenciar entre los dos tipos, considérese el siguiente ejemplo: Un bosque de Secoya (árbol muy grande) en California es muy resistente al fuego, debido a que posee una corteza gruesa y otras adaptaciones, pero si se

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quema, se recupera con gran lentitud y es probable que jamás lo haga. Esto significa que tiene gran estabilidad por resistencia y casi nula estabilidad por elasticidad. Contrariamente, la vegetación tipo chaparral o matorrales, se quema con facilidad (poca estabilidad por resistencia), pero se recupera rápidamente en unos cuantos años (excelente estabilidad por elasticidad). Figura Nº 10. Funcionamiento del ecosistema Perturbación

Intervalo de operación normal

ET Me dida de la resistencia

Medida de la elasticidad Tiempo

Figura Nº10 Estabilidad por resistencia y por elasticidad (adaptada de Odum)

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2.2.3.3 La hipótesis de GAIA La hipótesis de GAIA fue planteada en 1974 por J. Lovelock y L. Margulis, y se basa en la idea de que la tierra es un sistema cibernético, gobernado por numerosos y complejos mecanismos de control de los procesos globales. Esto permitiría a la tierra mantener su estabilidad y adaptarse a los cambios que le suceden, para hacer posible la vida. Los mecanismos de control estarían compuestos por los componentes bióticos de la biosfera. Así, se plantea que los organismos individuales no sólo se adaptan al medio físico, sino además, por su acción conjunta en los ecosistemas, adaptan el medio geoquímico a sus necesidades biológicas. Por lo tanto, las comunidades y sus ambientes de entrada y salida se desarrollarían juntos como ecosistemas. En otras palabras, los organismos y especialmente los microorganismos, habrían evolucionado con el medio físico para lograr un complejo sistema de control que mantiene las condiciones necesarias para la vida. Aunque es bien sabido que el medio abiótico controla las actividades de los organismos, no todos saben que los organismos ejercen influencia y control sobre el ambiente abiótico de muchas maneras importantes. La naturaleza física y química de los materiales inertes está en constante cambio gracias a los organismos que devuelven al medio nuevos compuestos y fuentes de energía. Las acciones de los organismos marinos determinan el contenido del mar y de sus sedimentos. Las plantas que crecen sobre una duna de arena forman un suelo radicalmente distinto del substrato original. Un atolón coralino del Pacífico sur es un sorprendente ejemplo de la manera en que los organismos modifican el medio abiótico, ya que gracias a la actividad de algunos animales (corales) y vegetales se forman las islas enteras a partir de las materias primas disueltas en el océano. Los organismos controlan incluso la composición de la atmósfera. La extensión del control biológico al nivel global del planeta es el fundamento de la hipótesis de GAIA. (Gaia, diosa griega de la tierra). A partir de esta hipótesis puede concluirse que la atmósfera terrestre, con su atípicamente alto contenido de oxígeno y bajo contenido de dióxido de carbono, su temperatura moderada y las condiciones de pH que hay en la superficie de la tierra, no puede ser explicada sin tomar en consideración las delicadas actividades amortiguadoras de las formas de vida primitivas y la continua actividad coordinada de las plantas y microbios para reducir las fluctuaciones que ocurrirían en los factores físicos, en ausencia de sistemas vivos bien organizados.

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La atmósfera de la tierra no llegó por simples interacciones de fuerzas físicas a la condición bajo la cual pudo haber vida en ella. Por el contrario, los organismos desde un principio, desempeñaron el papel principal en el desarrrollo y control de un ambiente geoquímico favorable para sí mismos. Lovelock y Margulis conciben al cinturón café como un complejo sistema de control que funciona como un quimiostato; es decir algo análogo al dispositivo ambiental de control que mantiene habitable a un enorme rascacielos. Este sistema de control hace de la tierra un sistema cibernético complejo, pero unificado. Gran parte del planteamiento anterior es sólo una hipótesis, ya que hasta el momento, no se ha podido demostrar la existencia de ninguna red real de control satisfactoriamente. Sin embargo, la utilidad de este enfoque, radica en una mejor comprensión de lo imprescindible que son para la vida del planeta los recursos de sostén de la vida; a saber, aire, agua, combustible y alimentos. Y que lo fundamental no es cuidar los recursos propiamente tales, sino los mecanismos que hacen posible su existencia.

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2.2.4 Los principales ecosistemas Los ecosistemas existentes en la ecósfera pueden clasificarse según su ubicación, en ecosistemas terrestres y ecosistemas acuáticos. Entre los terrestres, los más característicos son: los desiertos, praderas y bosques; y entre los acuáticos: los ríos, lagos y océanos. Cada ecosistema, tiene una comunidad característica de plantas, animales y descomponedores especialmente adaptada a las condiciones en que desarrolla su existencia. Los principales ecosistemas terrestres o biomas quedan definidos fundamentalmente por el clima que determina el tipo de vegetación que se encontrará en algún lugar dado. La vegetación por ser un factor ambiental determinante, permitirá la presencia de una cierta cantidad de animales y descomponedores. Los principales ecosistemas acuáticos, como lagunas, lagos, ríos, mares, arrecifes coralinos, estuarios, zonas pantanosas, zonas costeras e internas; quedan fundamentalmente definidos por la concentración de nutrientes, la radiación solar y la concentración de oxígeno disuelto presente en el agua. Excepto en casos particulares, un ecosistema no tiene límites claramente definidos, sino que gradualmente cambia hacia otro ecosistema. La zona de transición se denomina ecotono, que es muy importante desde el punto de vista de conservación de especies, debido a que el ecotono contiene normalmente muchas de las especies de ambos ecosistemas, y otras que le son propias. Por esta razón los ecotonos, tienen mayor biodiversidad que las áreas adyacentes, característica llamada efecto de borde. Algunos ejemplos de ecotono son los estuarios o desembocadura de los ríos, la ribera de los ríos y las zonas litorales o interconección continente - mar.

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2.2.4.1 Ecosistemas terrestres Entre los diferentes tipos de ecosistemas terrestres o biomas, pueden distinguirse: 1.- Tundra 2.- Biomas forestales de coníferas del norte 3.- Bosque templados deciduos 4.- Praderas templadas 5.- Praderas tropicales y sabanas 6.- Chaparral y bosque esclerófilo 7.- Desiertos 8.- Bosques tropicales estacionales semiperennes 9.- Bosques tropicales lluviosos 10.- Bosques tropicales arbustivos o espinosos En la figura Nº11 se presentan los climógrafos de los seis biomas principales.

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Temperatura anual promedio (ºC) 30 Desierto Bosque tropical Bosque desiduo 15 Bosques coníferas 0 Tundras árticas y alpinas -15 100 200 300 Precipitación pluvial anual promedio(cm)

400

Figura Nº11 Distribución de los seis biomas principales en términos de su temperatura anual promedio y su precipitación pluvial anual promedio (en centímetros). ( Adaptado de Odum)

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1.- Tundra ártica y alpina La tundra corresponde a una banda circunpolar (Polo Norte), de 6

2

aproximadamente 2*10 km de terrenos desprovistos de árboles; existen regiones ecológicamente similares en los trópicos que se denominan tundras alpinas. Los factores limitantes de la vida son las bajas temperaturas y la brevedad de la temporada de crecimiento (fotoperíodo estival); también afecta la precipitación pluvial escasa, aunque no es limitante gracias a la lenta evaporación. Todo el suelo, con excepción de unos pocos centímetros en verano, permanece congelado. La capa de suelo profunda permanentemente congelada se denomina permafrost. La tundra es una pradera ártica muy húmeda formada por pastos, malezas, plantas leñosas enanas y líquenes. En el período estival tiene una productividad primaria respetable y en combinación con el fértil océano ártico sostiene un gran número de aves que migran durante el verano y residentes permanentes, como el oso polar, reno y lobo. La Tundra es un ecosistema muy frágil. 2.- Biomas forestales de coníferas en el norte o taiga Se extienden en una ancha faja a través de Norteamérica y Eurasia en sus latitudes boreales, en montañas e incluso en zonas tropicales. Corresponden a vastas regiones forestales perennefolias. Las formas de vida vegetal son coníferas, abetos y pinos. Suele haber un escaso desarrollo de las capas herbáceas y pastos, sin embargo la cubierta clorofiliana ininterrumpida genera una tasa de producción anual bastante elevada, a pesar de las bajas temperaturas. El suelo contiene una considerable población de pequeños organismos, pero no de animales mayores. Las semillas de las coníferas son importantes en la dieta de algunos animales como las ardillas.

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3.- Bosques templados deciduos Las comunidades forestales deciduas están en áreas con precipitación anual de 750 a 1500 mm y temperaturas moderadas. Originalmente el Este de Norteamérica y toda Europa, parte de Japón, Australia y el extremo sur de Sudamérica estaban cubiertos por este tipo de bosques. Puesto que los árboles y arbustos quedan desprovistos de follaje durante parte del año, el contraste entre invierno y verano es muy notorio. Las capas herbáceas y arbustos suelen estar bien desarrolladas. Muchas plantas producen frutos carnosos, nueces, etc. Los animales del bosque original de Norteamérica eran el venado, osos, diferentes tipos de ardillas, zorros, linces y aves como el zorzal y el carpintero. Las regiones forestales deciduas son uno de los componentes bióticos más importantes del mundo, ya que la civilización occidental logró su máximo desarrollo en esas áreas. Por lo anterior, es un ecosistema que ha sido muy modificado. 4.- Praderas templadas Se encuentran donde la precipitación anual está comprendida entre 250 y 750 mm, que es la intermedia entre los desiertos y los bosques. La humedad del suelo es un factor clave, ya que limita la descomposición microbiana y el reciclaje de nutrientes. Las praderas templadas se ubican al interior del continente Norteamericano y Eurasiático, en Sudamérica; en la pampa argentina; y en Australia.

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En Estados Unidos, las praderas pueden tener: a) pastos altos de 1,5 a 2,5 m. b) pastos medianos de 0,6 a 1,2 m. c) pastos cortos de 0,15 a 0,45 m. Las raíces de estos pastos pueden llegar a 1,80 m. Las herbáceas y leguminosas, entre otras, constituyen generalmente solo una pequeña parte de la biomasa productora en las praderas, aunque siempre están presentes. Una enorme extensión de praderas, sobre todo la de pastos altos en Estados Unidos, ha sido reemplazada por terrenos sembrados con gramíneas o pastizales para engorda de ganado, o ha sido invadida por vegetación leñosa. Como el pasto es efímero, en comparación con los árboles, incorpora una gran cantidad de materia orgánica al suelo, que como consecuencia se convierte en el mejor suelo para el cultivo del trigo, maíz y otras gramíneas. El fuego ayuda a mantener la vegetación de las praderas contra la vegetación leñosa en las regiones cálidas o húmedas. En las praderas existen los grandes herbívoros como los de tipo corredores: bisonte, antílope y canguro y los de tipo cavadores: ardillas, que son equivalentes ecológicos en las diferentes regiones biogeográficas. Al convertirse las praderas naturales en pastizales, los herbívoros nativos han sido reemplazados por los domésticos: vacunos, caballos, ovejas y cabras, que en ocasiones han convertido praderas en desiertos. El pastoreo intensivo en Argentina, redujo la materia combustible a tal grado, que los incendios, necesarios para mantener la cubierta de pastos, ya no se producen y las malezas espinosas, que se controlaban a fuego, están invadiendo la comunidad de pastos. La única manera de restablecer la productividad primaria es con la inversión de energía para la eliminación mecánica y quema de la vegetación leñosa. Esto constituye un ejemplo de cambio antrópico, que solo es reversible a un alto precio.

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5.- Praderas tropicales y sabanas Las sabanas tropicales (praderas con árboles o arboledas dispersas) se encuentran en regiones cálidas con una precipitación anual entre 1200 y 1800 mm y con una o dos temporadas de sequía. Entonces, los incendios forman parte importante del ambiente. Se ubican en el centro y este de Africa, Sudamérica y Australia. Dado que los árboles y pastos deben ser resistentes al fuego y a la sequía por igual, el número de especies vegetales no es grande. En Africa las acacias o baobab y las palmeras forman parte del paisaje. En número y variedad, la población de mamíferos de la sabana africana es incomparable con cualquier parte del mundo. Los antílopes, cebras y jirafas son presa de leones y otros depredadores. Los insectos abundan en épocas de lluvia, cuando anidan la mayoría de las aves, mientras que los reptiles son más activos en épocas de sequía. 6.- Chaparral y bosque esclerófilo Este ecosistema terrestre se da en regiones templadas con abundantes lluvias invernales y veranos secos. La vegetación está formada por árboles o arbustos con hojas perennes, duras y gruesas. En esta categoría se incluye cierta variedad de tipos de vegetación, desde chaparral costero, en el que predominan los arbustos, hasta bosques de hoja perenne de tamaño pequeño a mediano. Las comunidades de chaparral son muy extensas en California, México, costas del Mediterráneo, Chile central (donde el chaparral toma el nombre de matorral) y costa sur de Australia. Son muchas las especies vegetales que funcionan como dominantes y dependen de la región y condiciones locales. La temporada de lluvia es la de crecimiento y el Chaparral es habitado por numerosas aves que luego emigran. Los vertebrados residentes son por lo general pequeños y de color pardo, como conejos, ardillas y lagartos.

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7.- Desiertos Se consideran como desiertos aquellas regiones, donde la precipitación pluvial anual es menor a 250 mm. La escasez de lluvia puede deberse a las siguientes causas: a) Alta presión subtropical (Sahara y Australia). b) Posición geográfica (Desiertos de Estados Unidos). c) Gran altitud, (Desiertos tibetanos, boliviano y de Gobi). Los desiertos reciben muy poca lluvia durante el año, presentan escasa o nula cubierta vegetal, dependiendo de la existencia de dunas. Los desiertos más secos son el Sahara central y el de Atacama. La productividad de los desiertos va en absoluta proporcionalidad con la precipitación pluvial. Cuando se riegan los desiertos y el agua deja de ser el factor limitante, el tipo de suelo se convierte en el factor limitante principal. En los lugares en que la textura y el contenido de nutrientes del suelo son favorables, los desiertos son extraordinariamente productivos gracias a la intensa radiación solar; sin embargo el costo por alimento producido es muy elevado a causa de los gastos necesarios para construir y mantener los sistemas de riego. En los desiertos, existen tres formas de vida vegetal adaptadas: a) Las anuales, que evaden la sequía al crecer sólo cuando encuentran humedad suficiente. b) Las suculentas, como los cactos que disponen de una forma especial de sistema fotosintético (CAM), que conserva la humedad a la vez que almacena agua. c) Los arbustos del desierto, que tienen muchas ramas unidas a un tronco bastante corto y cuyas hojas son diminutas y gruesas con la posibilidad de hacerlas caer durante las sequías muy prolongadas. En general, los arbustos del desierto son espaciados, de tal forma de reducir la competencia por el agua.

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Los animales del desierto al igual que las plantas están adaptados de varias maneras a la falta de agua. Los reptiles y algunos insectos están preadaptados, debido a que poseen tegumentos relativamente impermeables y sus excreciones son secas. Los mamíferos, por el contrario, no están muy bien adaptados como grupo, ya que sus excretas implican gran pérdida de agua. Entre estos mamíferos se encuentran los roedores, como las ratas canguros y otros que viven comiendo semillas secas. Otros roedores del desierto, incapaces de vivir de los alimentos secos, comen cactus y otras plantas suculentas que almacenan agua; hasta el camello debe beber, aunque sea capaz de vivir largos períodos sin agua gracias a que sus tejidos toleran el aumento de la temperatura corporal sin sudar. 8.- Bosques tropicales estacionales semiperennes Se encuentran en climas tropicales húmedos (Panamá, Asia), con una estación seca prolongada durante la cual algunos o todos los árboles pierden follaje. Este bioma tiene una riqueza de especies sólo superada por el bosque tropical lluvioso. 9.- Bosques tropicales lluviosos Estos se ubican en zonas de baja altitud, cerca del Ecuador, y es probable que la variedad de vida en este bioma alcance su máxima expresión. La precipitación pluvial media anual oscila entre 2000 y 2250 mm. que se distribuye en forma uniforme durante el año, aunque hay una o dos temporadas relativamente sin lluvia, con unos 125 mm. mensuales. Estos tipos de bosques se ubican en: a) Cuenca del Amazonas y el Orinoco y el itsmo de Centroamérica b) Las cuencas de los ríos Congo, Niger y Zambesi en el centro y oeste de Africa y en Madagascar c) Las regiones de Indonesia, Malasia, Borneo y Nueva Guinea

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Estos bosques difieren entre sí, en las especies presentes (diversas zonas biogeográficas), pero la estructura y ecología del bosque son semejantes en las tres áreas. El bosque lluvioso presenta una estratificación muy definida. Los estratos son los siguientes: a) Arboles emergentes mucho más altos y esparcidos, que sobresalen del nivel general. b) Estrato del dosel de copas, que forma una cubierta perenne continua a una altura de entre 24 y 30 metros. c) Estrato inferior, que sólo se vuelve denso cuando se abre un hueco en el dosel. Los árboles altos tienen raíces poco profundas y suelen tener bases muy anchas. Las cortezas de los árboles suelen estar cubiertas por una profusión de plantas trepadoras, como lianas leñosas y epífitas (plantas que crecen adheridas a la corteza de los troncos de los árboles, como enredaderas). El número de especies de plantas suele ser muy grande; existen más especies de árboles en unas cuantas hectáreas, que toda la flora de Europa. La proporción mayor de animales vive en los estratos superiores de la vegetación, a diferencia de lo que ocurre en los bosques templados, donde la mayor parte de la fauna habita a nivel del suelo (el 50% de los mamíferos de la Guyana Británica son arborícolas). Además de los mamíferos, abundan los camaleones, iguanas, serpientes arbóreas, ranas y aves. Al igual que la flora, la fauna del bosque lluvioso es increíblemente rica en 2

especies (En una superficie de 13,5 km en Barro Colorado, en la zona del Canal de Panamá, existen 20.000 especies de insectos, a diferencia de unos cuantos cientos de ellos que habitan en toda Francia).

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10.- Bosques tropicales arbustivos o espinosos Donde las condiciones de humedad son intermedias, entre las del desierto y la sabana por un lado y el bosque tropical estacional o lluvioso por el otro, se encuentran los bosques tropicales arbustivos o espinosos. Estos bosques cubren áreas del centro de Sudamérica, el suroeste de Africa y partes del suroeste de Asia. El factor climático de mayor importancia es la distribución irregular de una precipitación pluvial moderada, menor a 2000 mm anuales. Los bosques espinosos suelen denominarse bush en Africa y Caatinga en Brasil. Contienen pequeños árboles de madera dura, que ha menudo están grotescamente retorcidos y llenos de espinas.

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2.2.4.2 Ecosistemas acuáticos Los ecosistemas acuáticos se clasifican en dos grupos bien diferenciados que son los ecosistemas de algua dulce o dulceacuáticos y los ecosistemas marinos. Se distinguen: 1.- Ecosistemas de aguas quietas, lénicos o lénticos (lenis: calmado), como los lagos y lagunas. 2.- Ecosistemas de aguas corrientes o lóticos (lotus: lavado), como manantiales, arroyos y ríos. 3.- Zonas inundadas, donde el nivel del agua fluctúa anual o estacionalmente, como los pantanos. 4.- Ecosistemas marinos, donde el agua es salada. 3

Reservorio

3

km *10

% del total

% del total dulce

oceanos

1370000

97,61

29000

2,08

4000

0,29

95

lagos agua dulce

125

0,009

3

lagos salados

104

0,008

agua del suelo

67

0,005

1,6

ríos

1,2

0,00009

0,03

atmósfera

14

0,0009

0,33

casquetes polares y glaciares aguas subterráneas

Tabla Nº3: El agua en la biosfera Los hábitats dulceacuáticos ocupan una porción relativamente pequeña de la superficie del planeta en comparación con los hábitats marinos y terrestres. Las aguas subterráneas se interconectan con los tres tipos de ecosistemas superficiales anteriores. Pese a que son un gran reservorio de agua dulce y un importante recurso para el ser humano, no se les considera ecosistema, ya que contienen poca o ninguna vida, sólo ocasionalmente bacterias.

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1.- Ecosistemas lénticos (lagos y lagunas) En el sentido geológico, la mayoría de las cuencas que contienen agua dulce, en la actualidad, son relativamente jóvenes. Si bien algunos lagos son muy viejos (Baikal en Siberia), casi todos los de gran tamaño datan apenas de la edad del hielo (1.000.000 años atrás). Se supone que los ecosistemas lénticos sufren cambios en el tiempo a velocidad más o menos inversamente proporcional respecto a su tamaño y profundidad. ZONA LITORAL

ZONA LIMNÉTICA

ZONA LITORAL

(fitoplancton)

ZONA PROFUNDA (heterótrofos) Fig. Nº12 Zonificación en lagos En términos generales, la diversidad

de especies es baja en las

comunidades dulceacuícolas. Una zonificación y estratificación marcadas son características distintivas de los lagos grandes. Típicamente se distinguen: •

Zona litoral: contiene vegetación enraizada a lo largo de la orilla.

Zona limnética: es una zona de aguas abiertas dominadas por el plancton.

Zona profunda: se extiende por debajo de la zona limnética y que sólo contiene heterótrofos. En las regiones templadas, donde existe una diferencia notoria entre invierno

y verano, principalmente en cuanto a la temperatura, los lagos suelen presentar una estratificación térmica durante el verano y otra en el invierno debido a calentamientos o enfriamientos diferenciales.

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Epilimnion

TEMPERATURA DEL AGUA Profundidad

Metalimnion

OD Hipolimnion

T

OD

T

Primavera

Verano

Profundidad

TEMPERATURA DEL AGUA

T

OD

T OD 4ªC Invierno

Otoño

Figura Nº13: Variación de la temperatura con la profundidad en las cuatro estaciones.

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Como se muestra en la Figura Nº 13, la parte superior del lago, epilimnion, más tibia durante el verano se aísla temporalmente de las aguas profundas o frías, hipolimnion, por una zona termoclina que funciona como barrera que se opone al intercambio de materia. Durante el verano, la cantidad de oxígeno en el hipolimnion es baja, y la cantidad de nutrientes en el epilimnion es escasa. Durante la primavera y el otoño, conforme todo el cuerpo de agua se aproxima a la misma temperatura, las aguas se vuelven a mezclar. Estas inversiones estacionales de las aguas suelen dar paso a sobrepoblaciones o explosiones de fitoplancton, puesto que los nutrientes del fondo ascienden a la zona fótica (de luz). En este aspecto, se utiliza la medición de disco secchi. En los climas más cálidos las mezclas de las aguas pueden ocurrir sólo una vez al año, en invierno; en los trópicos la mezcla es un proceso gradual e irregular. La productividad primaria de los ecosistemas lénticos depende de la naturaleza geoquímica de la cuenca y de la materia importada a través de los arroyos y tierras adyacentes. La productividad, por lo general se relaciona inversamente con la profundidad. En los lagos poco profundos o someros, la producción de peces es mayor que en los lagos profundos, en cuanto a la cantidad, independientemente del tamaño de los peces. De acuerdo a su productividad los lagos se clasifican en: •

oligotróficos (poco alimento)

mesotróficos (regular alimento)

eutróficos (mucho alimento). Como en general, en todas actividades antrópicas que requieren el uso de un

ecosistema, casi siempre existen intereses encontrados, a pesar, a veces de no existir un lucro tan importante. Desde el punto de vista de la calidad del agua, para uso doméstico y recreación (visual y por contacto), es preferible un lago biológicamente pobre. En cambio, si se necesita como fuente de alimento, será deseable un lago de gran fertilidad.

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Esta paradoja se ejemplifica, dado que en algunas partes del planeta, el ser humano está incrementando la fertilidad de los lagos para producir alimento, mientras en otras regiones se evita la fertilidad, extrayendo nutrientes y eliminando plantas, para mantener un ambiente de recreación agradable. Una laguna verde y fértil, capaz de producir muchos peces, no se considera una buena piscina recreativa. 2.- Ecosistemas lóticos (ríos, esteros y arroyos) Las diferencias entre aguas lóticas y lénticas suelen resumirse en tres condiciones: a) La corriente es un factor de control y limitación muy importante en los ríos. b) El intercambio entre la tierra adyacente y el agua es más intenso en los ríos que en los lagos. Esto trae como consecuencia un ecosistema más abierto y un metabolismo de la comunidad de tipo heterótrofo. c) La presión parcial del oxígeno es generalmente más alta y más uniforme en los ríos. Existe poca o ninguna estratificación térmica o química, excepto en los ríos grandes y/o lentos. En una tipificación de los ríos hecha por Illies et al (1963) citado en Odum (1986), se denominó ritrón a la parte superior de los ríos y potamón a la parte inferior. De acuerdo al concepto de river continuum o continuo fluvial de Vannotte et al, (1980) un río es continuo y presenta cambios longitudinales de metabolismo de la comunidad, diversidad biótica y tamaño de partículas, entre el nacimiento y la desembocadura.

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Figura Nº14: Concepto de river continuum.

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En un determinado segmento de un río, se pueden observar dos zonas: a) Una zona de rápidos o riffles, que tiene suficiente fuerza en su corriente para mantener el fondo libre de limos y otras materias sueltas, de modo que el substrato o fondo sea firme. Esta zona es ocupada por organismos especializados que se fijan tenazmente o penden del substrato (algunas larvas de insectos como tricópteros y simúlidos) o en el caso de los peces, especies que pueden nadar contra la corriente como truchas y percas. b) Una zona de pozas o pools, que tiene aguas más profundas, y en ella la velocidad de la corriente disminuye hasta el grado en que las arenas y limos sedimentan, formando un fondo favorable para los animales cavadores y nadadores y las plantas con raíz; y en las pozas de gran tamaño, para el plancton. De hecho, las comunidades de las pozas de los ríos se parecen a las de las lagunas. Strahler (1957) clasificó los ríos jerárquicamente de acuerdo a sus características morfológicas. Los primeros ríos de una hoya son de orden 1. Si dos ríos de orden 1 se juntan, el río resultante será de orden 2 y así sucesivamente. 1

1

1

1

1 1

2

2

2

1

2

1

3 2

1

1

3 3

4

Figura Nº15 Orden de un río según Strahler.

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Los ríos en su parte de ritrón, suelen ser erosionantes, cortan y arrastran el substrato, de modo que prevalece el fondo duro. En su parte de potamón, los sedimentos se depositan y con ellos se forman planicies y deltas de gran productividad. En términos de composición química del agua, Livingstone (1963), dividió los ríos en dos tipos: a) Ríos de aguas duras o carbonatadas, con 100 ppm o más de sólidos inorgánicos disueltos. b) Ríos de aguas blandas o cloradas, con menos de 25 ppm de sólidos disueltos. La química de las aguas carbonatadas depende en gran medida de la intemperización de las rocas, mientras que la precipitación atmosférica es el factor dominante de los ríos clorados. Los ríos han sido muy estudiados en cuanto a sus cadenas tróficas por los ictiólogos, donde los peces mayores son los consumidores top. 3.- Terrenos inundados por aguas dulces (ciénagas y pantanos) Un terreno inundado se define como cualquier área cubierta por agua dulce poco profunda durante por lo menos una parte del ciclo anual. Así, los suelos están saturados de agua continuamente o durante un período del año. El factor clave que determina la productividad y composición de especies de la comunidad de terrenos inundados, es el hidroperiodo, es decir, la periodicidad de las fluctuaciones del nivel de agua. Los terrenos inundados son en general sistemas abiertos, de modo que se les clasifica convenientemente según sus interconexiones con los ecosistemas de aguas profundas, como sigue:

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a) Terrenos inundados fluviales, que se localizan en depresiones y llanuras asociadas con los ríos. b) Terrenos inundados lacustres (lacus :lago), que se encuentran asociados con los lagos, lagunas o ríos embalsados. Son los terrenos que se anegan periódicamente, cuando se desbordan los cuerpos de agua adyacentes. c) Terrenos inundados palustres (paludis: pantano), que comprenden los que se denominan ciénagas, pantanos y praderas anegadas. Se encuentran en depresiones que no están conectadas directamente con lagos o ríos (pueden ser cauces de ríos o lagos rellenados). Son muy comunes en las zonas heladas y suelen ser los sitios donde se reproducen las aves acuáticas. Si bien los terrenos inundados ocupan solo el 2% de la superficie terrestre, se estima que contienen el 10 a 14% del carbono del planeta. 4.- Ecosistemas marinos Desde el punto de vista ecológico, es importante señalar algunas características de los ecosistemas marinos. •

El mar cubre el 70% del planeta.

El mar es profundo y la vida se encuentra en todas sus profundidades, aunque la vida es mucho más abundante alrededor de los continentes e islas.

El mar es continuo, por lo que constituye un ecosistema único. Todos los océanos están conectados. La temperatura, salinidad y profundidad son las principales barreras que se oponen al libre movimiento de los organismos marinos.

El mar está en constante circulación. Las diferencias en la temperatura del aire entre los polos y el ecuador producen vientos muy fuertes, como los alisios, que junto con la rotación de la Tierra, crean corrientes definidas. Son ejemplos, las corrientes ecuatoriales de Este a Oeste y viceversa y las corrientes costeras que van de Norte a Sur y viceversa, las corrientes del Golfo y del Atlántico Norte y la corriente de Humboldt.

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Las corrientes principales actúan como inmensas ruletas o remolinos que giran en sentido horario en el Hemisferio Norte y antihorario en el Hemisferio Sur. Además de la corriente superficial impulsada por el viento, existen corrientes profundas que son el resultado de las variaciones de temperatura y salinidad, que generan diferencias de densidad. e) El mar está dominado por olas de muchos tipos y por las mareas generadas por la atracción del Sol y la Luna. Las mareas son particularmente importantes en las zonas costeras, donde la vida marina suele ser muy variada y densa. Las mareas tienen un período de 12,5 horas. En casi todas las localidades, ocurren pleamares dos veces al día, que se registran unos 50 minutos mas tarde en los días sucesivos. Cada dos semanas, cuando el sol y la luna se encuentran en conjunción, se incrementa la amplitud de mareas (sicigia). La variación de las mareas es desde menos de 0,3 m. en el mar abierto y hasta 15 m. en ciertas bahías estrechas o semicerradas. f) La salinidad promedio o contenido de sal del mar es de 35 partes de sal, en peso, por cada mil partes de agua (3,5%). El agua dulce también posee una salinidad, aunque inferior a 0,05%. Del contenido total de sales, el 27% es cloruro de sodio y lo restante son sales de magnesio, calcio y potasio. g) El mar es alcalino, con un pH básico que por lo general es de 8,2. h) Generalmente, en el mar, las plataformas continentales se extienden hasta cierta distancia de las playas. Más allá de la plataforma, el fondo desciende pronunciadamente en lo que se denomina talud continental, luego se nivela un poco (elevación continental) antes de volver a descender hasta una planicie mucho más profunda pero nivelada, denominada planicie abisal.

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SISTEMA PELAGICO Zona Nerítica

Zona de mareas

Zona Oceánica ZONA EUFÓTICA

S I

ST

E M

PLATAFORMA CONTINENTAL

A

ZONA AFÓTICA

BE

N T O

N

I C

O

TALUD CONTI NENTAL Figura Nº16

PLANICIE ABISAL

Zonificación del mar.

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ZONA HADAL


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La zona de agua de poca profundidad que se localiza por encima de la plataforma continental recibe el nombre de nerítica (cerca de la playa), mientras que la zona de playa situada entre la línea de pleamar y de bajamar se denomina zona de mareas o zona litoral. La región oceánica corresponde a la zona más allá de la plataforma continental, en ella se deben distinguir: a) Zona batial: corresponde al talud. b) Zona abisal: corresponde a la zona entre 2000 y 5000 metros. c) Zona hadal: son las profundidades mayores a 6000 metros, corresponden a las fosas marinas. d) Zona Eufótica: corresponde a la zona superior, donde ocurre una producción primaria. Donde las costas son turbias y ricas en nutrientes, esta zona llega como máximo a 30 metros. En la zona oceánica, la zona eufótica es más profunda, quizás 100 ó 200 metros. e) Zona Afótica: corresponde a aquella en donde no llega la luz. Es probable que la región abisal, sea la unidad ecológica más grande del mundo. Es un sistema heterótrofo, ya que la fuente primaria de energía se encuentra muy por encima de él. Dentro de los ecosistemas marinos, según la región de que se trate, se distinguen cuatro regiones con características definidas: a) Regiones oceánicas: en comparación con las aguas costeras y estuarios, gran parte del mar abierto es prácticamente un desierto marino debido a la baja concentración de nutrientes en la zona fótica. Los mares árticos y antárticos son más productivos que los mares de latitudes intermedias. b) Región de la plataforma continental: la vida marina se concentra cerca de las costas, donde es favorable la existencia de nutrientes. Ninguna otra área tiene la variedad de vida de esta región, ni siquiera los bosques tropicales lluviosos.

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El bentos que vive adosado al fondo marino, es muy variado en esta zona. Se distingue la epifauna que habita sobre el substrato, como los choros y la hipofauna que está constituida por los cavadores, como el cangrejo. Las grandes pesquerías comerciales de todo el mundo se localizan casi siempre en la plataforma continental o cerca de ésta, sobre todo en regiones donde hay surgencias que son ascensos de corriente frías profundas. Las especies son entre otras la anchoveta, arenque, bacalao, sardina, lenguado y atún. La mayoría de los biólogos marinos coincide en que la captura a nivel mundial, ya alcanzó su máximo y muchas áreas estarían siendo sobreexplotadas. El incremento de la producción de alimentos del mar, aparentemente, dependerá en el futuro, de la maricultura en bahías cerradas y estuarios. c) Regiones de ascenso de corrientes frías (surgencias): Este fenómeno ocurre donde los vientos alejan constantemente las aguas superficiales de las pendientes costeras, lo que conduce a las aguas frías hacia la superficie. Las aguas frías son ricas en nutrientes, que se acumulan en las profundidades. Las regiones en que esto ocurre, se localizan por lo general en costas occidentales como:

Area de Perú y Chile.

Suroeste de Africa

Oregon y California

Noroeste de Africa

Mar de Arabia Además de peces, las corrientes frías sostienen grandes poblaciones de

aves marinas, que depositan toneladas de guanos, ricos en nitratos y fosfatos en las playas rocosas e islas. d) Estuarios: es un cuerpo de aguas costeras semiencerrado que está conectado directamente con el mar abierto. Por lo tanto, los estuarios sufren el efecto de las mareas y dentro de ellos el agua de mar se diluye en el agua dulce proveniente de ríos y arroyos. Como ya se mencionó anteriormente, los estuarios pueden

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considerarse ecotonos entre los hábitats dulceacuáticos y marinos. Desde un punto de vista geomorfológico, pueden distinguirse los siguientes tipos de estuario: •

Estuarios ubicados en cuencas fluviales anegadas.

Estuarios de tipo fiordo, que corresponden a profundas indentaciones de la costa, cavadas por glaciares.

Estuarios formados por barras o islas.

Estuarios

producidos

por

fenómenos

tectónicos,

que

corresponden

a

indentaciones de la costa formadas por fallas geológicas o hundimientos locales. •

Estuarios formados en los deltas de los ríos, como el Mississippi y el Nilo. En los estuarios donde el flujo del río predomina sobre la acción de las

mareas, el agua dulce tiende a fluir por encima del agua salada, que es más densa, por lo que esta última forma una cuña que se extiende por el fondo a una distancia considerable río arriba. Cuando el flujo de agua dulce y el de las mareas son casi iguales, el principal agente de mezclas es la turbulencia, por lo que se forma un estuario de baja salinidad, moderadamente estratificado y parcialmente mezclado. Por último, en los estuarios en que predomina la acción de las mareas sobre el flujo de agua dulce, las aguas tienden a mezclarse de modo uniforme desde la superficie hasta el fondo, de tal manera que la salinidad es casi igual a la del mar abierto.

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2.3 Flujos de Energía y Materia La vida en nuestro planeta depende de dos procesos fundamentales en que participan los organismos: los flujos de energía y los flujos de materia. Debido a que, tal como lo establece la primera ley de la termodinámica, la energía no se pierde sino sólo se transforma, los flujos de energía dan cuenta de las diferentes formas en que esta se encuentra presente en el planeta, y cómo va cambiando de una forma a otra, degradándose y haciendo posible la existencia de la vida. La materia en tanto, se compone de diferentes combinaciones entre los elementos presentes en el planeta. Dichas combinaciones cambian con el tiempo, a veces a velocidades muy lentas. Sin embargo, es un hecho que la materia participa en procesos cíclicos. Esto quiere decir, que al cabo de un ciclo, la materia vuelve a una cierta condición inicial, después de pasar por varias transformaciones. Estas transformaciones, o en otras palabras, los ciclos de materia, llevan asociados una utilización de energía. En cada ciclo, la materia es aprovechada por la biota para generar y mantener la vida en el planeta, por ejemplo, absorviendo nutrientes y agua. 2.3.1 Flujo de energía en ecosistemas El flujo de energía en los diferentes ecosistemas proviene básicamente del sol, que provee una energía de alta calidad. Esta energía fluye a través de la materia y los seres vivos y luego es devuelta a la atmósfera y al espacio como calor, que corresponde a una energía de baja calidad. Fundamentalmente, la energía del sol permite lo siguiente: •

Ilumina y calienta nuestro planeta.

Entrega la energía que utilizan los vegetales (plantas verdes), para sintetizar los compuestos que los mantienen vivos y que sirven de alimentos a todos los demás organismos.

Los ciclos de sustancias químicas.

Determina los sistemas climáticos que distribuyen calor y agua dulce por todo el planeta.

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El sol se compone en un 72% de gases de hidrógeno y en un 28% de gases de helio. Debido a la enorme temperatura que posee, en él se producen reacciones nucleares de fusión, liberando grandes cantidades de energía. Esta energía se irradia al espacio en un espectro que cubre la radiación ultravioleta, la luz visible, la radiación infrarroja y otras formas de energía electromagnética radiante. A la tierra, llega la energía en diferentes formas y cantidades. La distribución aproximada es 10% ultravioleta (UV), 45% luz visible, 45% infrarroja (IR). La clorofila, mediante la cual los vegetales verdes producen la fotosíntesis absorbe una radiación entre 0,4 a 0,7 µm. La energía solar demora de 7 a 8 minutos en llegar a la tierra, un 34% es inmediatamente reflejada y devuelta al espacio por las nubes, sustancias químicas, polvo de la atmósfera y superficie terrestre. Del 66% restante, un 42% calienta la atmósfera y la superficie del planeta, un 23% evapora agua y la circula a través de la ecósfera y un 1% genera los vientos. Un 0,023% es capturado por las plantas verdes y utilizado para producir compuestos orgánicos a través de la fotosíntesis. Estos compuestos son los que permiten la vida de todos los organismos, al servir como alimento. Las radiaciones dañinas para la vida, como la ultravioleta, son absorbidas por moléculas de ozono (O3) en la estratósfera. Sin la existencia de esta capa no existiría la mayor parte de las formas de vida actuales. La radiación solar incidente (que no ha sido reflejada, 66%) se degrada a calor, o según la segunda ley de la termodinámica, a radiación térmica infrarroja. El flujo de calor que retorna puede verse afectado por la presencia de moléculas de vapor de agua, CO2, metano y otras sustancias que absorben calor y lo devuelven hacia la tierra. Esta es la base del efecto invernadero.

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Figura Nº17: Distribución espectral de radiación solar extraterrestre. (adaptado de Odum)

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2.3.2 Cadenas y tramas tróficas En un ecosistema natural funcionando adecuadamente, no deberían existir desechos, ya que todos los organismos vivos o muertos son fuente potencial de alimento para otros organismos. Por ejemplo, cuando un herbívoro, como una cuncuna, come una hoja, un zorzal se come a la cuncuna y a su vez, un halcón se come al zorzal, y todos ellos al morir son consumidos por los descomponedores. Esta secuencia general de quién come o descompone y a su vez es comido en un ecosistema es la llamada cadena trófica (trophos: alimento). Una cadena trófica está compuesta por diferentes niveles tróficos: Planta:

Primer nivel trófico:

Productor

Herbívoro:

Segundo nivel trófico:

Consumidor primario

Carnívoro:

Tercer nivel trófico:

Consumidor secundario

Carnívoro:

Cuarto nivel trófico:

Consumidor terciario

Tabla Nº4: Niveles Tróficos. Así, es posible asignar a cada organismo de un ecosistema, un nivel trófico, dependiendo de si es un productor o un consumidor y de si come o es comido. Todos aquellos organismos que comparten el mismo tipo de alimento en diferentes cadenas tróficas, se ubican en el mismo nivel trófico. El concepto de cadena trófica es útil, pero rara vez existe en la naturaleza; pocos herbívoros consumen un solo tipo de plantas y a su vez son comidos por un solo tipo de carnívoros. Además los omnívoros, como nosotros, comen diferentes tipos de plantas y animales pertenecientes a diferentes niveles tróficos. En un ecosistema natural, los organismos se ven envueltos en una red compleja, compuesta por muchas cadenas tróficas que se denomina trama trófica.

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HOMBRES Ballena azul

Ballena Esperma Ballena Asesina Elefante Marino

Foca Cangrejo Foca Leopardo

Pingüino Emperador

Calamar

Pingüino Adelle Petral

Peces

Plancton (Carnívoro) Krill Fito Plancton

Zooplancton (Herbívoro)

Fig. Nº18: Ejemplo de trama trófica en la antártida (se omiten descomponedores)

La energía fluye por un ecosistema a través de dos tipos de tramas tróficas: 1- Trama de pastoreo y predación, en la cual los herbívoros consumen tejido vegetal vivo y son luego consumidos por un conjunto de carnívoros y omnívoros. (Cinturón verde) 2- Trama de detritos o saprótrofa, donde los detritívoros y descomponedores reducen los residuos orgánicos y restos de organismos muertos a compuestos inorgánicos simples. (Cinturón café)

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2.3.3 Piramides de flujo de energía Para permitir la existencia de la vida, es necesario que la energía almacenada en la biomasa, que es la materia orgánica producida por los productores fotosintéticos, se traspase de un nivel trófico a otro. Para producir una transferencia, debe efectuarse trabajo, por lo que se libera calor al ambiente, quedando menos energía útil disponible para el nivel siguiente.

10 100 1000 10000

calor

CONSUMIDORES TERCIARIOS (Hombres)

calor

CONSUMIDORES SECUNDARIOS (Pejerrey) CONSUMIDORES PRIMARIOS /Zooplancton) PRODUCTORES FITOPLANCTON

calor calor

D E S C O M P CALOR O N E D O R E S

Figura Nº19: Pirámide de flujo de energía.

La cantidad de energía que es transferida de un nivel trófico a otro, varía entre 2 y 30%, dependiendo de las especies y del ecosistema. Esta reducción de energía disponible en cada nivel trófico sucesivo es una consecuencia de la 2ª ley de la termodinámica. En la figura se estima que un 10% de la energía química (potencial) disponible en la biomasa de un cierto nivel trófico es transferida y almacenada como energía química útil en la biomasa del nivel siguiente. El resto de la energía se utiliza para mantener con vida a los animales; de hecho solo una parte se degrada y se entrega al ambiente como calor. Otra fracción es transferida a los descomponedores, los que usan una pequeña cantidad de ésta para mantenerse con vida y transforman la restante.

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Las pirámides de flujo de energía demuestran que mientras más niveles tróficos existan en una cadena o trama, mayor será la pérdida acumulada de energía útil de alta calidad. De esta forma se explicaría porqué puede mantenerse una población mayor, si se acortan las cadenas o tramas tróficas. 2.3.4 Pirámides de números Si se toman muestras de distintos organismos en un ecosistema y se cuentan los individuos en cada nivel trófico, puede verse que estos son cada vez menos numerosos, a medida que ascienden en la trama trófica. En el caso de los ecosistemas acuáticos y de las praderas, la pirámide de números de individuos suele ir decreciendo al subir de nivel trófico; en otros ecosistemas , particularmente los bosques (no las plantaciones), la pirámide de números de individuos es como se muestra en la siguiente figura. PRADERA (Verano) (Verano)

BOSQUE TEMPLADO Consumidor Terciario Consumidor Secundario Consumidor Primario Productores

Figura Nº20: Pirámide de números

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2.3.5 Pirámides de biomasa Operacionalmente, la biomasa se define como el peso seco de materia orgánica contenida en los organismos de un ecosistema. Cada nivel trófico contiene una cierta biomasa que puede estimarse muestreando el ecosistema. CAMPO ABANDONADO

LAGO (Invierno) Consumidor Terciario Consumidor Secundario Consumidor Primario Productores

Figura Nº21: Pirámide de biomasa.

En los ecosistemas terrestres las pirámides de biomasa tienen una base amplia de productores, y la biomasa total a cada nivel trófico sucesivo es menor. En los ecosistemas acuáticos puede tenerse una biomasa de consumidores que excede a la de los productores. Esto se debe a que el fitoplancton crece y se reproduce explosivamente, o en otras palabras, su tiempo de regeneración es muy corto.

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Figura Nº22: Pirámide de biomasa: esquema simplificado de flujo de energía medido (kcal/kcal2-año) en un ecosistema acuático (Silver Springs - florida) (adaptado de Miller)

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2.3.6 Productividad de los productores La tasa a la cual los productores de un ecosistema, capturan y almacenan una cantidad dada de energía química en la biomasa durante un cierto tiempo, se llama productividad primaria bruta del ecosistema. Se define la productividad primaria neta como: PPneta = PPbruta - Respiración de las plantas La productividad primaria se expresa como cantidad de energía producida en forma de materia vegetal por unidad de área y por unidad de tiempo. Las unidades de productividad son Kcal/m2*año o Kjoule/m2*año. La productividad primaria neta es la fuente elemental de alimento para todos los consumidores. La productividad primaria neta promedio anual por metro cuadrado para diversos ecosistemas ha sido estimada, como se muestra en la siguiente tabla.

Ecosistema

PPneta media

PPneta total anual

Kcal/m2*año

Kcal/m2*año (cuadrillón)

estuarios

9000

17

zonas pantanosas

9000

15

selva húmeda tropical

9000

180

bosque templado

6000

100

bosque coníferas norte

3500

42

sabana

3000

45

tierras agrícolas

2800

40

bosques y matorrales

2700

18

praderas templadas

2200

20

lagos y ríos

2200

5

partes continentales bajas

1400

42

tundra

600

4

oceano abierto

500

200

zonas desérticas (áridas)

200

6

50

1

desierto extremo

Tabla Nº5: Productividad de Ecosistemas

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Los ecosistemas más productivos en estos términos son los estuarios, zonas pantanosas y selvas tropicales húmedas. Los más pobres son la tundra, el océano abierto y los desiertos. La productividad primaria neta total es mayor en los océanos. El problema para aprovecharla, es que se requiere invertir más neregía que la obtenida. A partir de la tabla anterior se podría concluir que se justifica cosechar plantas en estuarios y zonas pantanosas para ayudar a la alimentación de la población

mundial.

Esta

conclusión

es

errónea,

ya

que

las

plantas

y

fundamentalmente el pasto en zonas pantanosas y estuarios, son la fuente de alimentación y áreas de desove de peces, crustáceos y otros organismos acuáticos que proveen a los seres humanos y a los otros consumidores de proteínas. De tal forma que estas áreas deberían ser protegidas, en vez de explotadas. Por otro lado en las selvas tropicales, la gran parte de los nutrientes son almacenados en los árboles y en la parte superior de los vegetales, más que en el suelo. Al talar los bosques, los nutrientes se depositan en el suelo y tienden a desaparecer por efecto de la escorrentía de la lluvia, de modo que puede haber una muy buena cosecha inicial, pero luego el suelo se convertirá en un suelo infértil. Solo un 59% de la productividad primaria neta total del planeta se produce en las zonas continentales. Actualmente consumimos un 27% de la productividad primaria neta total del planeta, o sea, aproximadamente el 40% de lo que se produce en los continentes.

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2.3.7 Clasificación de ecosistemas según energía El origen y calidad de la energía disponible determinan en mayor o menor grado, los tipos y números de organismos y sus procesos funcionales dentro de un ecosistema. Por ello, la energía es una base lógica de clasificación de los ecosistemas. Típicamente, se distinguen: a) Ecosistemas naturales impulsados por el sol y no subsidiados. b) Ecosistemas naturales impulsados por el sol, y subsidiados por otras fuentes naturales de energía. c) Ecosistemas impulsados por el sol, y subsidiados por el hombre. d) Ecosistemas impulsados por combustibles, como sistemas urbano-industriales.

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Ecosistema

Flujo energetico 2

anual (kcal/m ) 1- Ecosistemas naturales impulsados por el sol, no subsidiados. Ejemplo: océanos abiertos y bosques.

1.000 - 10.000 (2.000)

2- Ecosistemas impulsados por el sol, subsidiados por la naturaleza.

10.000 - 40.000

Ejemplo: estuarios y algunos bosques lluviosos. Son sistemas

(20.000)

naturalmente productivos, producen también un exceso de materia orgánica, que se exporta a otros sistemas o se almacena. 3- Ecosistemas impulsados por el sol y subsidiados por el hombre. Ejemplo:

la agricultura y acuicultura. Estos son sistemas de

10.000 - 40.000 (20.000)

producción de alimentos y fibras sustentados por combustibles auxiliares y otras formas de energía aportadas por el hombre. 4- Sistemas urbanos-industriales impulsados por combustibles. Ejemplo: ciudades, suburbios y parques industriales. Estos son los sistemas

generadores

de

riqueza

humana

y

también

de

100.000 300.0000 (2.000.000)

contaminación, en los que el combustible sustituye al sol como principal fuente de energía. Estos dependen de los sistemas 1, 2 y 3 para el sostén de la vida y la obtención de alimento y combustibles, por lo que se pueden considerar sistemas parásitos. ( ) promedios aproximados Tabla Nº6: Ecosistemas clasificados según sus fuentes y niveles de energía La categoría 1, está constituida por los mares abiertos, las grandes extensiones de bosques y praderas y los lagos amplios y profundos. Es el módulo básico para el sostén de la vida, que estabiliza y controla homeostáticamente el planeta. Allí se purifica el aire, se recicla el agua y se controla el clima. La categoría 2, está constituida por ecosistemas como los estuarios, que son subsidiados por la energía de las mareas, olas y corrientes. Es comprobable que su alta productividad en comparación con los ecosistemas acuáticos cercanos como lagunas, se debe a este subsidio, ya que gracias a él pueden reciclar nutrientes minerales y transportar alimento y desechos, haciendo más eficiente la conversión de energía solar en materia orgánica. También son ejemplos de la categoría 2, los bosques tropicales lluviosos que son subsidiados por el viento y la lluvia; y los lagos pequeños, que reciben aportes de nutrientes y materia orgánica, a través de esteros que componen su cuenca hidrográfica.

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Los ecosistemas pertenecientes a la categoría 3, muestran claramente que el ser humano ha aprendido a modificar y subsidiar la naturaleza para su beneficio directo, por ejemplo mediante la energía humana y animal, riego, fertilizantes, selección genética, control de plagas y combustibles de maquinaria agrícola. Una frase que ilustra lo anterior, fue escrita por el ecólogo Odum: “El pan, el arroz, el maíz y las papas que nutren a la gente se hacen en parte de petróleo.”

Debe llamar la atención que el flujo energético de las categorías 2 y 3 es similar. Esto se debe a que los ecosistemas naturales y agrícolas más productivos 2

poseen 50.000 kcal/m año, que es el limite superior de cualquier sistema de plantas fotosintéticas en términos de funcionamiento continuo a largo plazo. Los ecosistemas de la categoría 4 son, en términos de uso de energía la obra maestra de la humanidad. En las ciudades actuales, generalmente la energía solar no sólo no se aprovecha dentro de la ciudad en sí, sino que es una costosa molestia al calentar el concreto y contribuir a la generación de smog. Algunas propiedades importantes de los sistemas impulsados por combustibles, son las siguientes: •

El gasto de energía en un área urbano-industrial densamente poblada es de 2 a 3 ordenes de magnitud mayor que en los ecosistemas naturales.

Por la razón anterior mucha gente puede vivir junta en espacios pequeños.

El alimento es una fuente externa. Una aproximación numérica de valores de energía consumida por el ser

humano es muy interesante de seguir, para dimensionar mejor el problema del flujo: Se dice que un ser humano consume tantas calorías al caminar, como el producto de su peso en kilógramos por los kilómetros andados multiplicados por dos. Un ser humano medio consume entre 2000 y 3000 kcal/día. Al año, consume 6

del orden de 1*10 Kcal.

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15

En Estados Unidos se consumieron durante 1970, 17,4*10 Kcal de energía en forma de combustibles. Si la población era de 200 millones, significa que se 6

gastaron 87*10 Kcal/persona/año, o sea, se consumió 87 veces más energía para actividades industriales, comerciales, domésticas, de transportes y culturales, que para la satisfacción de necesidades fisiológicas. La siguiente tabla ilustra el consumo de energía para diferentes ciudades del mundo: Ciudad

Consumo de Energía 2

(Kcal/m /año) 6

Manhattan

4.8*10

Tokio

3.0*10

Moscú

1.0*10

Berlín Occidental

1.6*10

Los Angeles

1.6*10

Japón

2.3*10

Estados Unidos

1.8*10

14 est. Orientales

8.4*10

Cuenca de Los Angeles

5.7*10

6 6 5 5 4

3 4 4

Tabla Nº7: Consumo energético de ciudades. (Odum, 1986) 3

2

El sol proporciona de 1 a 2*10 kcal/m /año. Cabe recordar que: •

Una caloría es igual a la energía necesaria para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua.

Una Caloría es igual a la energía necesaria para aumentar en un grado la temperatura de un Kilógramo de agua.

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2.4 Ciclos de materia: ciclos biogeoquímicos Para vivir, los organismos requieren nutrientes, entendiendo como tales cualquier compuesto o molécula que hace posible la vida de un organismo. Existen nutrientes inorgánicos y orgánicos; los inorgánicos son por ejemplo el agua, nitratos, fosfatos y iones de elementos como el fierro y cobre. Los orgánicos consisten principalmente en azúcares (glucosa, almidón) y proteínas. En la naturaleza se encuentra, que alrededor de 40 elementos y sus compuestos son vitales para los organismos, aunque el número y tipo son variables con ellos. Los más importantes son el oxígeno, hidrógeno, carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. El 97% de la masa de nuestro cuerpo y mas del 95% de la masa de todos los organismos está compuesta por estos elementos y sus compuestos orgánicos. Los demás nutrientes, alrededor de 30, son requeridos en cantidades pequeñas o trazas, como por ejemplo el hierro, cobre, zinc y yodo. Según lo anterior, los nutrientes pueden dividirse en macronutrientes (los 9 requeridos en grandes cantidades) y los micronutrientes (requeridos en pocas cantidades o trazas). Todos los elementos y compuestos necesarios para la vida son reciclados continuamente dentro de la ecósfera y convertidos a formas útiles por una combinación de procesos biológicos, químicos y geológicos, también llamados ciclos biogeoquímicos. El ciclaje de nutrientes se produce desde el ambiente abiótico (atmósfera, hidrósfera y corteza terrestre), hacia los organismos y desde los organismos hacia al ambiente abiótico. Estos ciclos funcionan directa o indirectamente gracias a la energía solar. Son ejemplos de ciclos biogeoquímicos, los ciclos del carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y agua (ciclo hidrológico).

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Así dependiendo del instante determinado, cualquier elemento o molécula puede formar parte de un organismo o del ambiente abiótico. Debido al medio y rapidez con que ocurren los ciclos biogeoquímicos, estos se pueden dividir en dos tipos: gaseosos y sedimentarios. En el caso de los ciclos gaseosos, los nutrientes se mueven principalmente entre los almacenamientos de la atmósfera e hidrósfera y los organismos. En los ciclos sedimentarios los nutrientes son ciclados entre almacenamientos de la litósfera e hidrósfera y los organismos. Estos ciclos son más lentos, ya que los elementos que están ligados, por ejemplo a las rocas sedimentarias, permanecen por períodos de miles o millones de años. Ejemplo de estos elementos son el fósforo, azufre y calcio. La siguiente figura esquematiza los ciclos biogeoquímicos.

Figura Nº23: Ciclos Biogeoquímicos

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A continuación, se presentan los ciclos biogeoquímicos más importantes, para comprender el funcionamiento de la vida en el planeta. Estos ciclos son los del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y agua. 2.4.1 Ciclo del carbono El carbono es el bloque básico de la construcción de los carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos químicos necesarios para la vida. El ciclo del carbono está basado en el gas dióxido de carbono (CO2) que existe en un 0,03% del volumen de la tropósfera y también disuelto en agua. La figura siguiente muestra el ciclo global resumido del carbono en los ecosistemas terrestres y marinos.

Figura Nº24: Ciclo Global Resumido del Carbono

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Como puede apreciarse en la figura anterior, un porcentaje del carbono terrestre se encuentra fijado profundamente a la tierra por largos períodos bajo la forma de combustible fósil, mayoritariamente carbón, petróleo y gas natural, hasta que es liberado a la atmósfera como dióxido de carbono, cuando los combustibles son extraídos y quemados. El CO2 también puede ser liberado a la atmósfera por medio de la respiración aeróbica y por erupciones volcánicas. El gas dióxido de carbono es fácilmente soluble en agua, pudiendo permanecer un porcentaje de este en el mar, para ser removido por medio de la fotosíntesis de los productores o gracias al calentamiento del agua, y retornar a la atmósfera. En los ecosistemas marinos algunos organismos (bivalvos) son capaces de -2

tomar el CO2 y la molécula ión carbonato CO3

desde el agua oceánica para formar

carbonato de calcio CaCO3 que pasa a constituir sus caparazones y esqueletos. Cuando estos organismos mueren, sus caparazones constituyen parte de los sedimentos del fondo oceánico. El carbono desde las profundidades oceánicas reingresa al ciclo muy lentamente, cuando algunos sedimentos disueltos y el propio dióxido de carbono disuelto en forma de gas puede entrar a la atmósfera. A una escala de tiempo geológico, los movimientos de la corteza terrestre levantan los depósitos de sedimentos del fondo oceánico, exponiendo las rocas carbonatadas al ataque químico (agua + aire), convirtiendo al carbono del carbonato de calcio en CO2. Otra parte, aunque mínima, del ciclo del carbono esta constituida por la respiración anaeróbica, en la cual las bacterias transforman la materia orgánica en metano (CH4) y otros compuestos. Esto ocurre a través de la descomposición de materia orgánica que generalmente tiene lugar en pantanos y basureros.

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Figura Nº 25: Diagrama Simplificado de una Porción del Ciclo de Carbono Gaseoso Esta cadena entre fotosíntesis en productores y respiración aeróbica en descomponedores y consumidores es una importante parte del ciclo global del carbono. El oxígeno, el hidrógeno y otros elementos de la glucosa y de los nutrientes orgánicos se ciclan en conjunto con el carbono. Cada año, cerca de la mitad del carbono entrante a la atmósfera como CO2 es tomado por los productores (como biomasa) y el océano. Las principales alteraciones antrópicas al ciclo del carbono son entre otras: •

Talar bosques y vegetación sin suficientes replantaciones provoca que menos biomasa vegetal pueda absorber CO2

La quema de combustibles fósiles y leña, con su consecuente liberación de CO2, tiene un impacto importante en el aumento del efecto invernadero.

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2.4.2 Ciclo del nitrógeno Para formar las proteínas, ácidos nucleicos (ADN

y ARN)

y otros

compuestos orgánicos, los organismos requieren nitrógeno en diversas formas químicas. La forma más abundante del nitrógeno se encuentra en la tropósfera, ocupando un 78% y en la forma de gas (N2 gas). Sin embargo, las plantas y animales no pueden aprovecharlo directamente bajo estas dos formas como nutriente.

Figura Nº26: Diagrama Simplificado del Ciclo del Nitrógeno Gaseoso

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Las algas verdeazules (cianoficias), algunos tipos de bacterias acuáticas y del suelo y las bacterias rizobias son capaces de convertir el N2 en compuestos de nitrógeno solubles en agua, que pueden ser asimilados por las raíces de las plantas (llevan a cabo el proceso de fijación del N2 atmosférico). Las bacterias rizobias viven en simbiosis sobre las raíces de las leguminosas, formando pequeños nódulos sobre estas, razón por la cual, se dice que las leguminosas mejoran el suelo, ya que lo enriquecen en nitrógeno aprovechable. Los relámpagos también fijan N2, ya que lo convierten en óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2); estos gases reaccionan con el vapor de agua y son -

convertidos en iones nitratos (NO3 ), que luego precipitan como ácido nítrico disuelto (HNO3), ya sea como precipitación líquida o como precipitación seca (partículas). Las plantas convierten los iones nitrato y amonio en proteínas, ADN y ARN, mientras que los animales obtienen el nitrógeno que requieren, al comer plantas u otros animales. A su vez existen bacterias desnitrificantes, que convierten los compuestos orgánicos con nitrógeno a formas inorgánicas y luego a gas nitrógeno cerrando así el ciclo. Las principales intervenciones antrópicas al ciclo del nitrógeno, entre otras son: •

Emisión de grandes cantidades de óxido nítrico (NO), al quemar combustibles fósiles o leña. Este reacciona con oxígeno (O2) formando dióxido de nitrógeno gaseoso (NO2) que a su vez reacciona con el vapor de agua atmosférico, originando ácido nítrico (HNO3) que es uno de los componentes de la lluvia ácida.

Emisión de óxido nitroso (N2O) debido a la acción de bacterias sobre los fertilizantes inorgánicos y sobre los deshechos producidos por el ganado. Este es un gas invernadero.

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Empobrecimiento del suelo en nitrato y amonio debido a la cosecha excesiva de cultivos ricos en nitrógeno.

Eutrofización causada por exceso de nitrógeno ingresado a los ecosistemas acuáticos, debido a la agricultura (deshechos de ganadería y fertilizantes) y al vertido de aguas servidas con o sin tratamiento.

Contaminación de acuíferos por infiltración y percolación de residuos provenientes de prácticas agrícolas.

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2.4.3 Ciclo del fósforo -3

El fósforo, principalmente como ión fosfato (PO4 ) y el ión ortofosfato son nutrientes esenciales, tanto para las plantas como para los animales, ya que conforman el ADN, el ATP, membranas celulares, los huesos y los dientes de los animales. -2 (HPO4 )

Este ciclo es sedimentario, ya que circula entre depósitos de fosfato sobre la tierra, depósitos marinos y organismos y posteriormente devuelta a la tierra y el mar, como se muestra en la siguiente figura.

Figura Nº27: Diagrama Simplificado del Ciclo Sedimentario del Fósforo.

En el caso del Fósforo, las bacterias juegan un rol menor que en el caso del Nitrógeno. El Fósforo presente en las rocas es liberado al ocurrir la intemperización (ataque a la roca por el clima) de estas y disuelto en agua puede ser asimilado por las raíces de las plantas, sin embargo, el Fósforo sólo se encuentra en algunos tipos de rocas y además sus compuestos tienen una solubilidad bastante baja. Por estas razones los suelos contienen muy pequeñas cantidades de Fósforo y de acuerdo a la Ley de Liebig pasa a ser un factor limitante en muchos ecosistemas terrestres y acuáticos. La materia orgánica en descomposición devuelve el Fósforo al suelo y al agua, llegando por escorrentía a los fondos oceánicos dando forma a rocas sedimentarias. Los procesos geológicos pueden volver a exponer estos fondos marinos y el ciclo comienza nuevamente.

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Las principales intervenciones antrópicas al ciclo del fósforo son : •

Explotación minera de enormes cantidades de rocas fosfatadas para producir fertilizantes y detergentes. Adición en exceso de fosfatos en los ecosistemas acuáticos debido a la agricultura (ganadería, fertilizantes y erosión), deforestación (erosión), vertidos de aguas servidas sin tratamiento (excretas y detergentes). Vertidos que colaboran a la eutrofización.

2.4.4 Ciclo del azufre El azufre circula a través de la ecósfera bajo diversas formas e ingresa a la atmósfera de las siguientes fuentes: •

• •

Sulfuro de Hidrógeno (H2 S): Es un gas incoloro, altamente venenoso y con olor a huevos podridos, que es emitido por actividad volcánica, actividad industrial y por materia orgánica en descomposición anaeróbica. Dióxido de azufre (SO2 ): Gas inodoro, asfixiante emitido por volcanes e industrias. Partículas con sales de Azufre.

Alrededor de un tercio de todos los compuestos de Azufre y el 99% del SO2 son producidos por actividades humanas, dos tercios del SO2 es liberado al quemar carbón o petróleo para producción de energía, particularmente termoelectricidad, el otro tercio proviene de procesos industriales como refinación de petróleo y fundición de minerales. El SO2 reacciona con el agua de la atmósfera produciendo ácido sulfúrico líquido o como partículas que corresponden a la precipitación ácida.

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Figura Nº28: Ciclo del azufre.

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2.4.5 Ciclo del agua o ciclo hidrológico El ciclo del agua es el que recolecta, purifica y distribuye la cantidad fija de agua que existe en el planeta. Sin agua, los otros ciclos de nutrientes no existirían en sus formas actuales, ya que es uno de los medios más importantes para el movimiento de nutrientes en el ecosistema. La energía solar y la gravitacional, convierten continuamente el agua de un estado a otro y la mueve entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos. El agua posee varias cualidades térmicas especiales: •

• •

Calor específico elevado, es decir, se necesita una cantidad relativamente grande de calor para cambiar la temperatura del agua. Se necesita 1 caloría para elevar 1 grado la temperatura de un mililitro o un gramo de agua (entre 15º y 16º). Sólo el amoníaco y otras cuantas sustancias presentan valores por encima de 1. Calor latente de fusión alto. Se necesitan 80 calorías para convertir 1 gramo de hielo en agua, sin que haya cambio de temperatura (y viceversa). El calor latente de evaporación del agua es el más alto que se conoce. Se absorben 536 calorías por gramo de agua durante la evaporación. Esto ocurre en forma más o menos continua en la vegetación,en las superficies de agua y el hielo. Una buena parte de la radiación solar que llega a la superficie de la tierra se disipa en la evaporación del agua en los ecosistemas de todo el mundo, este flujo de energía es el que modera los climas y hace posible el desarrollo de la vida en toda su fantástica diversidad. El agua presenta su máxima densidad a 4º C; se expande, y por tanto se vuelve más ligera, por encima o debajo de esa temperatura. Esta propiedad impide que los lagos se conviertan en masas de hielo sólido.

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Figura Nº29: Diagrama del Ciclo del Agua.

Los principales procesos en este ciclo de purificación y reciclaje son: • • •

• •

Evaporación: es el proceso de conversión de agua en vapor de agua. Condensación: es la conversión de vapor de agua en gotas de agua líquida. Evapotranspiración: proceso de los productores, en el cual el agua es absorbida por el sistema radicular de las plantas y pasada a través de sus poros a otras partes y evaporada a la atmósfera como vapor de agua. Precipitación: puede ser en forma de rocío, lluvia, granizo, nieve y sleet (agua-nieve). Escorrentía: es el proceso de escurrimiento de agua ya sea superficial o subterranéo hacia el mar, donde comienza nuevamente el ciclo.

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Es importante diferenciar la infiltración, que es el paso de agua desde el aire al suelo de la percolación, que es el avance del agua en el suelo hacia las napas subterráneas. La escorrentía subterránea, es una escorrentía muy lenta, de tal forma que puede demorarse días, meses y a veces años en aparecer como escorrentía superficial. La escorrentía superficial por laderas es aquella que escurre hacia los cauces como ríos y esteros, desde donde llega al mar. La energía solar evapora agua desde mares, ríos, lagos, suelos y vegetación. Esta agua evaporada más aquella transpirada es transportada como vapor a la atmósfera, este vapor condensa dando lugar a las nubes. Las nubes precipitan sobre la tierra y océano, ya sea en forma líquida y/o sólida. La escorrentía superficial en las laderas de las cuencas colabora al caudal de los ríos y lagos y también causa erosión, moviendo elementos químicos y colaborando con los otros ciclos biogeoquímicos. Parte importante del agua precipitada se infiltra y algunas son percoladas a las napas profundas, siendo almacenadas como agua subterránea en los poros y grietas de las rocas, un porcentaje de ellas se reintegra rápidamente a la escorrentía superficial de los ríos. La siguiente figura, ilustra la situación característica para un cauce y riberas de igual permeabilidad, lo que es típico para ríos que se desarrollan en grandes planicies de arena. Durante el verano, el río alimenta la napa subterránea y durante el invierno, la napa alimenta al río.

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Figura Nº30: Variación de un Río en Invierno y Verano. En algunos casos, los nutrientes son transportados por aguas corrientes (cuando se disuelven); en otros casos, los nutrientes insolubles o poco solubles se depositan en el suelo o el fondo de ecosistemas acuáticos como lagos, ríos o océanos y son movidos desde un lugar a otro por el flujo del agua:

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Figura Nº31: Esquema del Flujo del Agua.

Reservorio oceanos casquetes polares y glaciares aguas subterráneas lagos agua dulce lagos salados agua del suelo ríos atmósfera

km3*103 1370000 29000 4000 125 104 67 1,2 14

% del total 97.61 2,08 0,29 (95) 0,009 (3) 0,008 0,005 (1,6) 0,00009 (0,03) 0,0009 (0,33)

tiempo renovacion 37000 años 16000 años 300 años 1 - 1000 años 1 - 1000 años 280 días 12-20 días 9 días 6

3

( ) % sobre el total de agua dulce posible de usar por el hombre (4.2*10 Km ) Tabla Nº8: Agua en la biosfera Tiempo de renovación: Corresponde al tiempo teórico en que toda el agua se renueva. Las principales intervenciones antrópicas al ciclo del agua son entre otras: •

• •

Disminución del caudal o nivel producto de grandes extracciones de agua dulce desde ríos, lagos y acuíferos, en zonas fuertemente pobladas, regadas o para generación hidroeléctrica. Contaminación salina de la napa subterránea, producto de extracciones de agua subterránea en zonas costeras. Eliminación de la vegetación del suelo para explotación forestal, agrícola, construcción de carreteras, urbanizaciones, faenas mineras, etc. reducen la

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infiltración que recarga la napa subterránea incrementando los riesgos de crecidas en poblados cercanos a cursos fluviales y las tasas de escorrentía por laderas que incrementan la erosión. El uso de agua dulce y su retorno a cuerpos receptores naturales en calidad física, química y bacteriológica inferior.

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CAPITULO 3: PROBLEMAS AMBIENTALES GLOBALES Los problemas ambientales globales se refieren a aquellos que afectan globalmente al planeta y constituyen un conjunto de problemas sinérgicos. El mayor de estos problemas es la sobrepoblación mundial, que además es la principal causa del resto de los problemas ambientales globales como la desertificación, el efecto invernadero y el adelgazamiento de la capa de ozono. La presencia de los fenómenos anteriores ha comenzado a hacerse plausible en las últimas dos décadas, pese a su antigua presencia en el planeta. Sus consecuencias son cada vez mayores y de mayor gravedad, por lo que la conciencia a nivel mundial ha ido creciendo. La problemática ambiental -tan amplia como la definición de ambiente- ha trascendido la comunidad de científicos especialistas para aparecer en la plana política, ideológica, filosófica, económica, social y cultural. Un importante obstáculo que impidió al hombre prevenir los problemas ambientales globales a tiempo y que aún coarta soluciones urgentes es su incapacidad de percibir con suficiente claridad los fenómenos que se están produciendo. De nuestros cinco sentidos, el más poderoso es la visión. Estamos hechos para reaccionar ante alteraciones tangibles, perceptibles a simple vista; al ataque de un animal, al grito de un amigo. Pero somos bastante insensibles a cambios globales como el aumento poblacional del planeta, las hambrunas o la intensidad de la radiación solar. Por ello, es de vital importancia que nuestra especie estudie y comprenda los fenómenos que están sucediendo a nivel global, el estado de avance en que se encuentran y sus consecuencias, valiéndose para ello de su intelecto más que de sus sentidos.

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3.1 La sobrepoblación En los primeros millones de años de la humanidad, durante la etapa cazador-colector, los australophitecus no deben haber totalizado más de 125.000, con una tasa de crecimiento muy cercana a cero; del orden de 0.002% anual, debido a sencillas razones como que los alimentos deben haber sido muy difíciles de digerir para los niños recién nacidos, lo que alargaba el período de lactancia a al menos 3 años. Por lo mismo, la recuperación de la fertilidad entre las mujeres después del parto debe haber sido más lenta y difícil. A esto se suman la alta cantidad de accidentes, depredadores y enfermedades. Esta tasa de crecimiento se mantuvo así hasta la revolución de las herramientas, hace 600.000 años. Posteriormente, se distinguen dos etapas más conocidas que son la revolución de la agricultura, que aparece hace unos 8.000 o 10.000 años y que se desarrolla practicamente en paralelo con la ganadería y la revolución industrial que comienza hacia 1850. Cuando se inventó la agricultura, la población era de aproximadamente 5 millones de homo sapiens; el hombre comenzó a controlar su entorno o ciertos recursos de la naturaleza como el suelo, posteriormente el agua a través del riego y los animales al surgir la ganadería. Al contar con una provisión segura de alimentos y una mayor abundancia de los mismos, se generaron importantes cambios en los hábitos de vida, como una mayor estabilidad que obligó al sedentarismo, el que a su vez facilitó la existencia de partos más frecuentes. Con estos cambios, la reproducción de la especie humana se vió facilitada y el índice de crecimiento comenzó a aumentar paulatinamente, registrando un crecimiento natural, que sigue una curva exponencial, como se muestra en la figura Nº31. Esta forma de crecimiento es la que presentan varias poblaciones en la naturaleza, como por ejemplo, las bacterias. El fenómeno que se produce es análogo al que sucede en una cuenta bancaria cuando los intereses del capital generan más intereses; los niños corresponden al interés y ellos generarán más niños.

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Figura Nº32: Crecimiento Población Humana

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La característica del crecimiento natural, es que comienza lento y termina rápido. Esto nos demuestra que efectivamente en la prehistoria no puede haber existido una población con una tasa de crecimiento elevada, ya que en doce mil años una tasa de 0.1% anual generaría una población de 6 mil millones de individuos. Hace 2.000 años, en los tiempos de Jesucristo, la población mundial era de aproximadamente 250 millones de personas, lo que equivale a la actual población de los Estados Unidos(1995). Hacia 1650, existían alrededor de 500 millones de personas. A fines de la Edad Media, se descubrió la turba y el carbón, para utilizarlos como combustible. También comenzó a generarse energía a partir del agua, lo que incrementó el manejo que el hombre tenía de su entorno. Con la Revolución Industrial, a mediados del siglo XIX, la turba y el carbón fueron sustituidos por combustibles más eficientes como el petróleo y el gas natural. También comenzaron a explotarse en forma masiva los metales y comenzó a acelerarse el aumento poblacional. Hoy en día, vivimos una explosión demográfica, es decir, que nos encontramos en la última parte de la curva de crecimiento, que comenzó con el babyboom de la post-guerra en Estados Unidos, Australia y Canadá. La siguiente tabla muestra algunas cifras interesantes: 6

Año

Poblacion (10 )

Periodo entre Cambios (años)

1800

1000

-

1930

2000

130

1960

3000

30

1975

4000

15

1987

5000

12

1997

6000

10 (PROYECCION)

200?

7000

¿?

Tabla Nº9: Historia de la Población

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Resulta conveniente aclarar algunos conceptos de demografía: •

Tasa de natalidad: es el número de nacidos en un año por cada mil habitantes.

Tasa de mortalidad: es el número de defunciones en un año por cada mil habitantes.

Indice de crecimiento: es la tasa de natalidad menos la tasa de mortalidad, expresado en tanto por ciento. Cuando las tasas de natalidad y mortalidad se igualan, la población se

mantiene constante, y el índice de crecimiento o índice demográfico se hace igual a cero, lo que se conoce como CDC. Debe notarse que aunque la tasa de natalidad disminuya, la población puede seguir aumentando. La reproducción de sustitución corresponde a la cantidad de hijos promedio que debe tener cada pareja, para que la población se mantenga constante, considerando los individuos que morirán antes de alcanzar la plenitud reproductora, entre los 15 y los 30 años. Actualmente, los Estados Unidos tienen una reproducción de sustitución real de 1,9 hijos, que debería ser de 2,1 hijos. La India tiene 4,5, que debería ser de sólo 2,4 hijos. Sin embargo, no debe olvidarse el problema de las migraciones. Intuitivamente, desde siempre hemos tratado como especie, de producir la mayor cantidad de seres para nuestra población, lo que es muy básico para la selección natural; fuerza motriz del proceso evolutivo. Sin embargo, debido a una desigual distribución de los recursos disponibles en la tierra, las personas tienden a emigrar hacia zonas en donde puedan mejorar su calidad de vida, lo que lleva implícito un aumento en el consumo de recursos y energía per capita. Por lo anterior, la migración de poblaciones es irrelevante desde el punto de vista ambiental global, cuando el destino es un área con igual disponibilidad de recursos a la de origen. No sucede lo mismo cuando las poblaciones migran hacia áreas donde se les permitirá consumir más recursos y energía, lo que provocará un impacto negativo mayor en el ambiente; este es el caso de Estados Unidos, en donde

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los inmigrantes alcanzaban hasta hace poco los 80 millones anuales, que es una cantidad cercana al crecimiento de la población por reproducción. La sobrepoblación no debe confundirse con la densidad de población. La densidad simplemente expresa el número de hábitantes por unidad de área. No involucra su calidad de vida, ni la relaciona con la utilización de los recursos. La siguiente tabla muestra algunas densidades brutas del planeta: LUGAR

DENSIDAD 2

Africa

18,8

háb/km

Europa

101,2

háb/km

Japón

857

háb/km

Holanda

361

háb/km

Taiwan

562,9

háb/km

Hong Kong

5126

háb/km

2 2 2 2 2

Tabla Nº10: Densidades Poblacionales Como puede apreciarse, la calidad de vida no es fundamentalmente un problema de espacio. La sobrepoblación, en cambio, se define como el número de personas en relación con la disponibilidad de recursos y la capacidad del medio ambiente para sostener actividades humanas o capacidad de carga. Desde la invención de la agricultura, la tasa de crecimiento aumentó hasta alcanzar un máximo histórico de 2.06% en 1970. Durante el siglo XIII, la tasa de natalidad era del orden de 40 – 45%, mientras la de mortalidad era cercana a 38%, que representaban a una sociedad sin higiene ni medicina. A fines del siglo XIX, el índice de crecimiento era de 1,5% anual y comenzó a crecer aceleradamente. Durante la década del ´60 comenzó la explosión demográfica mundial, con un índice de crecimiento de 2,1% anual. En la década de los ochenta, se mantuvo entre 1,75 y 1,80%.

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El control de la población se ha producido como un mecanismo homeostático. Las enfermedades han jugado el papel principal en la mayor parte de la historia del hombre. Durante las edades de piedra, bronce y fierro, es posible que los humanos padecieran de enfermedades como cualquier otro animal. Sin embargo, durante la edad media, con el surgimiento de las ciudades, comenzaron a generarse las epidemias. El hecho de que las personas vivieran agrupadas, las hacía más vulnerables al contagio. Además, con el intercambio comercial, se estableció contacto entre diferentes especies que portaban enfermedades desde un punto a otro. La epidémica peste bubónica redujo la población de la Europa medieval en un 25%. La presencia de ratas y pulgas fue un foco infeccioso importante en aquella época, puesto que estas constituyeron el vehículo de transmisión de las bacterias patógenas. Posteriormente, con el surgimiento de la medicina, un cambio en los hábitos de vida (más higienicos) como comer sobre la mesa y el reemplazo de la madera por el cemento, favoreció el crecimiento poblacional. Durante la primera guerra mundial se produjeron más muertes por el tifus y la influenza, que por balas. Sin duda alguna, el factor que controló el número de individuos en la especie humana fueron las enfermedades como la muerte negra, el tifus, la viruela, el paludismo, la malaria y la fiebre amarilla. La explosión demográfica se ha producido en menos del 0,1% de la historia del

homo

sapiens;

ha

sido

precipitada

en

términos

históricos,

aunque

extremadamente lenta para la percepción individual. Hoy en día, la población mundial bordea los 6.000 millones de personas. Algunos autores señalan que el planeta puede soportar un límite de 10.000 millones de personas, lo que según las proyecciones

tardará menos de un siglo en

alcanzarse; hoy en día (1993) cada tres segundos nace una persona en la tierra. De la población actual, al menos la mitad de los adultos en el planeta no sabe leer ni escribir, y una de cada cinco personas no dispone suficiente alimento para vivir.

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Sobre la base del PGB ó PNB (Promedio del valor de mercado de todos los bienes y servicios transados por año en un país), los aproximadamente 175 países del planeta pueden dividirse en dos grupos: •

Países industrializados o Most Development Country (MDC): constituidos por 33 países con el 23% de los habitantes del planeta (1250 millones aproximadamente) que consumen alrededor del 80% de los recursos minerales y energéticos.

Países en vías de desarrollo o Less Development Country (LDC): constituidos por 142 países con el 77% de los habitantes del planeta (4200 millones aproximadamente), que consumen el 20% de los recursos minerales y energéticos. En los países en vías de desarrollo, ocurre el 90% de la natalidad del

planeta, pero también ocurre el 98% de la mortalidad infantil.

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Caracteristica

Paises

Paises en Vias

Desarrollados

de Desarrollo

POBLACION (millones)

1200

4100

Tasa de crecimiento

0.6%

2.1%

2

9

Poblacion bajo los 15 años

22%

37%

Poblacion sobre los 65 años

12%

4%

Tasa mortalidad infantil (*1000 vivos)

Poblacion urbana

73%

38%

Esperanza de vida

73 años

60 años

Alfabetismo

97%

42%

Agua potable

96%

45%

US$ 12070

US$ 670

3.2

0.4

PNB (percápita) 1986 CO2 percápita (tonelada)

Tabla Nº11: Características MDC y LDC. Fuente ONU (1989) Desde comienzos de siglo la economía ha crecido 20 veces, sin embargo la diferencia entre países ricos y pobres no ha dejado de aumentar desde 1960. Actualmente se estima que: •

1 de cada 5 personas tiene un alto nivel de ingreso.

3 de cada 5 personas tiene un nivel aceptable de ingreso.

1 de cada 5 vive en condiciones de sobrevivencia.

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3.2 La atmósfera cambiante La atmósfera terrestre nunca ha estado libre de cambios. Su composición, temperatura y capacidad de autodepuración ha variado, desde que se formó el planeta, pero el ritmo adquirido en las dos últimas décadas ha sido impresionante, de tal forma que los cambios han sido de una celeridad desconocida en cualquier otra época de la historia humana. Sin considerar el contenido de vapor de agua que varía muy ampliamente en la atmósfera, las concentraciones del resto de los gases que constituyen más del 99,9% (Nitrógeno N2 , Oxígeno O2 y los gases nobles completamente inertes), se han mantenido casi constantes durante mucho más tiempo que el que los seres humanos llevamos sobre la tierra. El aumento de los componentes atmosféricos menos abundantes o gases traza, como el dióxido de azufre (SO2 ), los óxidos de nitrógeno (NOx) y los clorofluorcarbonos (CFCs) es el responsable de muchos de los problemas ambientales globales atmosféricos. Las concentraciones críticas de los gases traza señalados son las siguientes: •

SO2: 50 ppb contribuyen a la deposición o lluvia ácida, corrosión de piedras y metales y reducción de visibilidad.

NOx: 50 ppb contribuyen a la formación de la deposición de la bruma fotoquímica.

CFCs: 1 ppb los transforma en principales responsables del adelgazamiento de la capa de ozono. El radical hidroxilo (OH), fragmento molecular altamente reactivo, aún

cuando es muy escaso en la actividad atmosférica (0.0001 ppb ó 0.1 ppt), cumple la función de limpiarla. La fluctuación en la concentración de los componentes atmosféricos obedece en parte a las variaciones que se producen por causa de la emisión de fuentes naturales y antrópicas. Las fuentes principales son las siguientes:

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Fuentes naturales: la fuente natural fundamental son las erupciones volcánicas que arrojan a la troposfera (10 a 15 km) y a la estratosfera (10 a 50 km) gases que contienen azufre y cloro. Fuentes antrópicas: •

Combustión de combustibles fósiles para producir energía: se emite NOx, CO2 hacia la atmósfera. Si la combustión es incompleta también emanan CO, hidrocarburos, CH4 y partículas de carbono.

Actividad industrial: esta actividad es muy heterogénea, pero fundamentalmente causa emanaciones de SO2 , CFCs y metales tóxicos.

Actividad agrícola: debido a la utilización de fertilizantes ricos en nitrógeno, se emiten óxidos nitrosos. Es preciso señalar que además, la cría de animales domésticos constituye una fuente importante de metano (CH4) , liberado por las bacterias anaerobias del tubo digestivo del ganado y otros rumiantes.

Combustión de biomasa: la quema de bosques y praderas en las regiones tropicales y subtropicales para crear pastizales y cultivos emiten diversos gases como CO, CH4 y NOx.

3.2.1 El Efecto invernadero La acumulación de ciertos gases llamados gases invernadero en las cercanías de la superficie terrestre, más precisamente en la tropósfera, produce el efecto invernadero, que por cierto tiene un mecanismo de funcionamiento muy diferente de los invernaderos para plantas. El fenómeno es irreversible y consiste básicamente en que los gases invernadero actúan como un espejo, reflejando gran parte de la radiación solar que ingresa a la tierra y que posteriormente es devuelta al espacio por la superficie terrestre. De esta manera, la energía solar que habitualmente no es absorbida o utilizada en la tierra permanece en la baja atmósfera, calentando el planeta. Este calentamiento global genera cambios en el clima, debido a que aumentan las temperaturas, por tanto, varían también el régimen de lluvias y vientos, la humedad y aumentará el nivel medio de los mares, producto del derretimiento de los casquetes polares y glaciares.

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Si bien se desconoce con exactitud hasta qué punto podrían elevarse las temperaturas en los años venideros, es bastante claro que los niveles de gases traza absorbentes de radiación infrarroja, han crecido en forma espectacular en los últimos decenios, provocando un calentamiento adicional. Los principales gases traza responsables del efecto invernadero pertenecen al grupo de los CFCs; ellos son metano (CH4 ), óxido nitroso (N2 O) y dióxido de carbono (CO2 ). El dióxido de carbono es el gas que más participa en el calentamiento global del planeta y las fuentes que lo emiten son muchas y variadas, por ejemplo la combustión de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) y la deforestación. Estos gases producen el efecto invernadero en una concentración de aproximadamente 350 ppm. Por otra parte, cabe señalar, que la tierra contiene niveles naturales de gases invernadero, sin los cuales el clima sería frío e inhóspito. 3.2.2 Adelgazamiento de la capa de ozono El ozono (O3) es un elemento que se encuentra en la estratosfera, sirviendo de filtro para la radiación ultravioleta y también en la baja tropósfera, producto de reacciones generadas por la bruma fotoquímica o smog. La bruma fotoquímica de las grandes ciudades es la mezcla indeseable de gases, que se forma en la baja troposfera cuando la radiación solar actúa sobre las emisiones antrópicas (sobretodo los gases NOx y los hidrocarburos de los escapes de los vehículos), para producir gases reactivos que afectan los organismos. El ozono O3 , uno de los productos más importantes de tales reacciones fotoquímicas, es por si solo causa principal de la irritación de los ojos producidos por el smog, de dificultades respiratorias y daños a la flora. Sin embargo, la molécula de oxígeno triatómico resulta decisiva para absorber la radiación ultravioleta en la estratosfera, donde se concentra alrededor del 90% del ozono atmosférico.

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Aunque una disminución del ozono en la vecindad del suelo beneficia a regiones contaminadas, cualquier merma del ozono estratosférico despierta preocupación, porque el aumento resultante de radiación ultravioleta que llega a la tierra puede producir muchos y graves efectos, como la frecuencia de cáncer a la piel, cataratas en los seres humanos y daño en las cosechas y el fitoplancton que constituyen la base de la cadena trófica en los océanos. El grado de disminución del ozono estratosférico ha adquirido facetas espectaculares en la Antártida, donde se ha descubierto (en 1975), durante la primavera austral (entre Septiembre y Noviembre), un agujero o región con pérdida de ozono, cada vez más grande. En los últimos quince años, los niveles primaverales de ozono estratosférico sobre la Antártida han caído en torno a un 50% y menos. También, durante la última década, en el hemisferio norte ha comenzado a detectarse una disminución gradual del ozono estratosférico, del orden de un 2 a 3%. Los agentes responsables de esta reducción son los CFCs, que son productos antrópicos cuyas emisiones y concentraciones hacia y en la atmósfera han aumentado muy de prisa desde su introducción varios decenios atrás. Los CFCs se utilizan como refrigerantes, propelentes de pulverizadores, disolventes y soplantes en la producción de espumas sintéticas. Su empleo obedecía a lo que en principio parecía una excelente propiedad de los mismos: virtualmente inertes a la baja atmósfera y carentes de toxicidad directa para los organismos vivientes. Lamentablemente ese carácter inerte capacita a los CFCs para llegar inalterados hasta la estratosfera, quedando allí sometidos a una intensa radiación ultravioleta, que rompe sus moléculas y libera átomos de cloro que pueden destruir el ozono catalizando su conversión en oxígeno molecular, mediante los siguientes mecanismos:

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Formación: El ozono se forma cuando las moléculas de oxígeno O2 se disocian por la radiación ultravioleta y los átomos de oxígeno resultante se combinan con otra molécula de oxígeno: hv O2 O + O2

---------- > O + O ---------- >

O3

Destrucción: Los átomos de cloro de los CFCs, rompen una molécula de ozono y forman monóxido de cloro y oxígeno molecular: Cl + O3

--------- >

ClO + O2

El monóxido de cloro reacciona con un átomo de oxígeno (formado por disociación de otra molécula de ozono) y libera cloro, que puede de nuevo iniciar el ciclo: ClO + O

-------- >

Cl + O2

Los óxidos de nitrógeno destruyen el ozono, pero pueden también oponerse a ese ciclo, cuando el NO2 elimina al ClO combinándose con él para formar nitrato de cloro (ClNO3). En la Antártida y en menor grado en el Artico, las temperaturas muy bajas aceleran los ciclos catalíticos del cloro al eliminar los óxidos nitrosos.

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Las actividades antrópicas contribuyen en gran medida al aumento del ozono trposférico y a la disminución del ozono estratosférico. Aún cuando las emisiones de CFCs, cesaran hoy mismo, las reacciones químicas que producen la destrucción del ozono estratosférico continuarían durante al menos un siglo. La razón es sencilla: los compuestos permanecen en la atmósfera todo ese tiempo, denominado tiempo de residencia, que en este caso es de 60 a 100 años y seguirán difundiéndose hasta la estratosfera desde su reserva troposférica mucho después del cese de las emisiones. Como una forma de mermar los efectos sobre el ozono, cabe destacar el multinacional Acuerdo de Montreal, llevado a cabo en 1987, donde se señala que: •

Se mantendría una producción de CFCs constante a 1986, salvo la U.R.S.S., que podría mantener su producción constante a 1990.

Desde 1993 en adelante, la producción anual se disminuiría en un 20% con respecto a 1986 y desde 1998 dicha producción se disminuiría en un 50% con respecto a 1986.

Las naciones con una producción anual de CFCs inferior a 0,3 kg/persona podrían retardar su adhesión al acuerdo en diez años.

3.2.3 Lluvia ácida La lluvia ácida, se forma principalmente como un producto secundario de interacciones atmosféricas, en las que toman parte los gases NOx y SO2. La combinación de éstos con el radical hidroxilo OH, forma ácido nítrico (HNO3) y ácido sulfúrico (H2SO4). Ambos productos son fácilmente solubles. Como las gotas se eliminan en seguida de la atmósfera, la lluvia ácida no constituye un fenómeno global, sino regional o continental. Sin embargo, debido a los grandes desplazamientos que pueden sufrir las masas gaseosas antes de precipitar y dado que la vida media de los gases trazas como CH4 , CO2 , CFCs y NO2 (óxido nitroso) es lo suficientemente prolongada para que estos gases se dispersen de manera uniforme a través de la atmósfera, la lluvia ácida se analizará como un problema ambiental global.

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Este problema se ha producido principalmente en Estados Unidos y Eurasia, donde se manifiesta causando la muerte forestal (Alemania, Europa del Este y oriente de Estados Unidos), atacando el mármol y la pintura de monumentos y estatuas y al precipitar en lagos, aumentando el pH del agua y consecuentemente, causando la muerte de ciertos organismos como truchas (EEUU) y salamandras (Escandinavia). Las fuentes causantes de la lluvia ácida son la combustión de carbón y petróleo que producen emanaciones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, los que, como se mencionó, al reaccionar con el agua de la atmósfera producen ácido sulfúrico y ácido nítrico, que luego precipita, ya sea a la forma de lluvia, nieve o partículas ácidas. La solución que se perfila para combatir la lluvia ácida, dado que es un problema causado fundamentalmente por fuentes antrópicas es la implementación de tecnologías limpias. 3.2.4 La desertificación La desertificación consiste en un proceso dinámico de degradación de los ecosistemas y de los suelos causado por el hombre. La causa fundamental de este problema es la escasez de agua que afecta un territorio árido, semiárido o subhúmedo, produciendo hambrunas en sus poblaciones que las obligan a migrar y que en casos mas extremos les causa la muerte. También contribuye a la desertificación el avance de las dunas que invaden zonas cultivadas o cultivables. Así, al degradarse, los suelos van adquiriendo características de desiertos. En general se cumple que los factores que facilitan el proceso de desertificación cumplen con el principio de sinergismo. Entre estos factores cabe mencionar: •

Las sequías y la irregularidad estacional e interanual de las lluvias.

La no consideración de la capacidad de carga y regeneración de los ecosistemas.

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Una vez que el efecto umbral se ha desatado para comenzar la desertificación, es muy difícil que el ecosistema recupere alguna capacidad de regeneración. En realidad el tiempo que debe transcurrir para revertir la situación es demasiado grande. A esto se suma que el proceso es autoacelerante, debido a que mientras menor sea la cantidad de agua disponible, más difícil es su captación y retención. En el año 1977 se llevó a cabo la Conferencia de las Naciones Unidas sobre la Desertificación, en Nairobi, Kenia. Probablemente, esta conferencia fue motivada por la sequía que afectó gravemente el Sahel y Africa oriental durante el año 1974. Sin embargo, la desertificación no es un problema nuevo. A ella se atribuyen la caída de importantes civilizaciones hidráulicas como la del Eufrates y la del Tigris, en el próximo oriente, donde las prácticas defectuosas de regadío produjeron la salinización de los suelos. Actualmente se estima que la desertificación es del orden de 6 millones de hectáreas al año. Debe tenerse presente, que no es correcto hablar de un avance de la desertificación en términos de kilómetros por unidad de tiempo, ya que este proceso no avanza como un frente lineal que va invadiendo zonas productivas, sino que progresa en forma de manchas, donde se combinan una presión animal y humana excesivas con una mala gestión en el manejo de los recursos. Por lo tanto es erróneo pensar que una forma de frenar el problema es implementando barreras verdes. Finalmente, las principales consecuencias de la desertificación son las siguientes: •

Pérdida de producción agrosilvopastoral.

Pérdida de la diversidad biológica.

Pérdida del recurso hídrico.

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BIBLIOGRAFIA 1. Ehrlich, Paul y Anne Ehrlich. (1993) “La Explosión Demográfica” Biblioteca Científica Salvat. 2. George, P. (1972) “El medio ambiente” Ediciones ORBIS S.A. 3. Goudie A. “The Nature of the Environment” 2nd De. Basil Blackwell, Oxford, 1989. 4. Goudie A. 1990. "The Human Impact on the Natural Environment". Third Edition. Basil Blackwell Ltd. United Kingdom. 5. Linsley R.K., Kohler M.A. y Paulus J.L. 1977 "Hidrología para ingenieros ". McGraw-Hill Latinoamericana. Bogota. Colombia. 6. UNCED. 1992. Capitulo 18: "Protección de la calidad y el suministro de los recursos de agua dulce: Aplicación de criterios integrados para el aprovechamiento, ordenación y uso de los recursos de agua dulce" en "Agenda 21. Documento de la Conferencia de Naciones Unidas sobre Ambiente y Desarrollo". Rio de Janeiro. 7. World Commision on Environment and Development. “Our Common Future” Oxford, University Press, 1987. 8. World Resources Institute, The United Nations Environment Programme and The United Nations Develpoment Programme. 1992. "World Resources 199293. A Guide to the Global Environment. Toward Sustainable Development". Oxford University Press. Oxford. 9. World Resources Institute, The United Nations Environment Programme and The United Nations Develpoment Programme. 1992. "World Resources 199293. A Guide to the Global Environment. Toward Sustainable Development". Oxford University Press. Oxford.

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CAPITULO 4: DESARROLLO SUSTENTABLE 4.1 Recursos En los dos últimos siglos, en el planeta, han sido afectados significativamente los sistemas naturales. Los problemas ambientales pueden asociarse a: •

El tamaño de la población y la tasa a la cual está creciendo, lo que traerá una sobrecarga, aún mayor a la que sufren actualmente, los sistemas naturales (que permiten la mantención de la vida).

Las formas de uso de los recursos naturales.

4.1.1 Recursos y degradación ambiental Recurso: se define como sustancia o energía que obtenemos del ambiente físico para satisfacer nuestras necesidades. Algunos están disponibles directamente, como el aire, el agua, la vegetación; mientras que otros pueden llegar a ser recursos mediante una acción deliberada, como los recursos mineros, agua subterránea, etc. Los recursos se pueden clasificar en: a) Perpetuos, que corresponden a aquellos virtualmente inagotables a escala de tiempo humano, aunque puede haber variación de distribución espacial y temporal. Ellos son la energía solar, los vientos, las mareas y las aguas corrientes. b) No renovables, que corresponden a aquellos que existen en una cantidad determinada. Pueden agotarse, ya sea porque no se forman por procesos naturales (Cu, Al), o bien porque son formados a una tasa muy inferior a la de consumo (Petróleo, Carbón). El petróleo se formó en varios millones de años, pero en menos de 200 años será agotado (1859 - 20??). Ejemplo de Recursos no renovables son los combustibles fósiles, los minerales metálicos y los minerales no metálicos.

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Los Recursos no renovables al ser usados, son convertidos en formas menos útiles de energía (automóviles, refrigeradores etc.) o bien a formas inútiles (calor, gases de escape), que pueden contaminar. Generalmente queda algo de recursos no renovables en la corteza terrestre, ya que el agotamiento es económico. Es decir que se hace demasiado costoso extraer y procesar lo que resta. Se considera que un recurso no renovable se ha agotado cuando ya se ha extraído aproximadamente un 80% del total estimado. Algunos recursos no renovables pueden ser reciclados (reprocesados) o reutilizados haciendo así más larga la duración de sus existencias; para los minerales en general es válido. Los combustibles, en cambio, siempre son degradados a calor y gases de escape que son prácticamente inutilizables. Algunas veces puede encontrarse un sustituto, para un Recurso no renovable escaso o demasiado costoso, aunque esta situación no siempre sucede (a pesar de la creencia de los economistas tradicionales). Por otro lado, normalmente hay un desfase entre la investigación y fabricación del substituto, que puede causar gran impacto. c) Potencialmente renovables, que corresponden a aquellos repuestos a través de procesos naturales, pero pueden agotarse en el corto plazo si son utilizados o contaminados a tasas demasiado altas (que superen la capacidad asimilativa). Por ejemplo, los árboles en los bosques, pastizales, animales silvestres, agua superficial limpia de lagos y ríos, agua subterránea limpia, aire limpio, peces en los mares, suelos fértiles, etc.

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Que un recurso sea renovable actualmente, no implica que no pueda agotarse, o que será siempre renovable. La tasa máxima a la cual puede usarse un recurso renovable sin disminuir su potencial de renovación en el largo plazo es la llamada tasa de reposición natural o rendimiento o cosecha sostenible o sustentable, si se supera este límite, la cantidad base (capital) comienza a disminuir con la consecuente degradación ambiental. Si tal uso insustentable de los recursos potencialmente renovables continua, este puede pasar a ser no renovable o inexistente. Por lo tanto, la clave para asegurar una entrega sustentable es mantener la tasa de utilización del Recurso Potencialmente Renovable bajo el rendimiento sustentable. De lo contrario se producirá degradación ambiental; que es por ejemplo al: •

Urbanizar tierras productivas, se pierde capacidad de cultivo y hábitat de animales silvestres.

Cultivar la tierra sin un manejo adecuado de suelo, puede causar erosión del suelo y pérdida de nutrientes con la consecuente reducción de la capacidad agrícola.

Regar de tierras de cultivo con drenaje deficiente, lo que causa acumulación de sales (salinización) y alza de la napa freática con su reducción de rendimiento.

Deforestar amplias áreas sin manejo adecuado, con la consecuente pérdida de hábitat y reducción del rendimiento forestal.

Sobrepastoreo en zonas ganaderas, que puede causar una erosión tal que praderas se transforman en desiertos.

Extinción de especies animales y vegetales por destrucción del hábitat, caza comercial, control de pestes y malezas y contaminación. En

la

actualidad,

los

rendimientos

sustentables

de

los

recursos

potencialmente renovables en muchas partes del mundo están siendo excedidos.

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Una fuerte degradación ambiental ocurre en el uso de recursos de propiedad común, como el aire limpio, peces en el mar, ozono estratosférico, aves migratorias, etc., por el hecho de ser bienes comunes tienden fácilmente a ser sobrexplotados o contaminados. Este concepto se denomina la tragedia de los (bienes) comunes de Garret Hardin (1968). “El efecto acumulativo de varias personas tratando de maximizar su beneficio personal, suele agotar o degradar rápidamente los recursos o bienes comunes; por lo tanto nadie puede utilizar o sacar provecho de estos recursos.” En el caso del problema ambiental, el mercado no es la solución, ya que no regula el uso de estos bienes, porque el que cada individuo luche por alcanzar su óptimo individual no implica, que se alcance el óptimo común. En el mundo existen, varias tendencias para enfrentar los problemas ambientales. Dos de estas visiones son Antropocéntricas y una Biocéntrica: Conservacionismo: uso, manejo y protección de los recursos de manera, que estos estén disponibles, en forma sustentable para las generaciones presentes y futuras (Manejo de recursos según el principio de uso múltiple). Preservacionismo: debe limitarse el uso de algunos recursos importantes como zonas silvestres, estuarios, pantanos, etc, deben protegerse de las actividades humanas, con excepción de la recreación no destructiva, la educación y la investigación. Ecologismo profundo o fundamentalista: la naturaleza existe para todas las especies vivas (biocentrismo), no sólo para el hombre. Dicen que los humanos son parte de la naturaleza y no conquistadores de ella.

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4.1.1.1 Contaminación y polución Uno de los impactos más relevantes de la actividad humana sobre el ambiente natural son la contaminación y la polución. 4.1.1.2 Fuentes y tipos de contaminación De acuerdo a su origen, la contaminación se puede clasificar en natural o antrópica. La contaminación natural, suele dispersarse sobre amplias áreas. A menudo, procesos naturales la diluyen o descomponen a niveles no peligrosos. La contaminación por actividades antrópicas ocurre normalmente en las cercanías de las áreas urbanas e industriales. En algunos casos el viento y los cursos de agua trasladan la contaminación a otros sectores. La agricultura industrializada es una fuente importante de contaminantes, las aguas reciben sedimento que contienen fertilizantes, pesticidas, desechos de animales y otras sustancias. También existe contaminación aérea por aplicación de pesticidas, en general plagicidas. De acuerdo a las formas de contaminación, se encuentran: Contaminación Puntual: es aquella que proviene de una fuente única e identificable, como chimenea o emisario (aguas servidas domésticas, residuos industriales líquidos RILES), denominada fuente puntual. Contaminación Difusa: es aquella que proviene de grandes extensiones, dificultosamente identificables (escorrentía de tierras agrícolas o forestales). La mayoría de los contaminantes son degradados o diluidos a niveles aceptables por procesos naturales y luego son reciclados (no debe olvidarse que en la naturaleza no hay desechos). Con el desarrollo económico, las actividades humanas suelen sobrepasar la capacidad de los procesos de dilución o autopurificación de los cuerpos receptores con la consecuente degradación ambiental.

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El ser humano, ha aprendido a fabricar productos químicos antes inexistentes, que reemplazan a los productos naturales, como por ejemplo •

Fibras vegetales y animales -----> Fibras sintéticas

Madera -----> Acero, Plástico

Jabón ------> Detergentes

Fertilizantes orgánicos -----> Fertilizantes inorgánicos

Predadores ------> Pesticidas En 1992 existían alrededor de 70.000 productos químicos sintéticos y cada

año se agregan alrededor de unos 1.500. De un 80% de estos productos sintéticos muy poco se sabe acerca de los potenciales efectos adversos sobre plantas, animales o seres humanos. La mayoría de estos productos sintéticos se degradan muy lentamente en el ambiente (DDT, PCBs, Plásticos, etc.), mientras que otros simplemente no se degradan (algunos compuestos tóxicos de Hg y Pb). 4.1.1.3 Efectos de la contaminación Se distinguen cinco efectos de la contaminación: 1- Molestias y aspectos estéticos : Olores y sabores desagradables, visibilidad reducida, pérdida de belleza de cuerpos de agua, paisaje, edificios y monumentos. 2- Daños a la propiedad : Corrosión, destrucción de fachadas de edificios y de monumentos. 3- Daños a los organismos : Producción vegetal (árboles y cosechas) se ve disminuida. Efecto dañino en salud de animales, incluso extinción. 4- Efectos adversos para la salud humana: Entre otras se puede destacar aumento de enfermedades infecciosas, irritación y enfermedades del sistema respiratorio, daño genético y reproductivo, estrés y cáncer. 5- Perturbación de los sistemas naturales que sostienen la vida a escala local, regional y global, como: cambio climático global y alteración de ciclos naturales.

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4.1.1.4 Factores que Influyen en la severidad de los efectos de contaminantes Tres son los factores que influyen: 1- Naturaleza química: se refiere a qué tan activo y dañino es el contaminante para algún organismo en particular. 2- Concentración: se refiere a la concentración existente en un determinado compartimento ambiental (agua, aire, suelo). 3- Persistencia: se refiere a cuanto tiempo permanece activo en el aire, agua y suelo. Durante su vida, cualquier organismo está expuesto a muchos tipos y concentraciones diferentes de contaminantes, con grados distintos de persistencia. Por ello es muy difícil demostrar que un contaminante particular causa ciertos efectos, vale decir, es muy difícil establecer la causalidad, a no ser, las obvias que producen la muerte. Todo lo anterior apunta a la ecotoxicología. 4.1.1.5 Control de la contaminación industrial Actualmente hay al menos dos visiones para enfrentar la contaminación industrial que son las tecnologías limpias y las tecnologías end of pipe. Tecnologías Limpias: consisten en controlar los insumos y los procesos involucrados en la producción industrial, se mejoran los procesos reciclando efluentes, o se reducen las impurezas de los insumos. Por ejemplo disminuir el contenido del azufre en el carbón. La tendencia moderna de las tecnologías limpias es seguir la trayectoria del producto, tratando de disminuir lo más posible el impacto sobre el ambiente (desde la fuente de materias primas hasta el destino del envase del producto). Tecnología end of pipe: es o era el procedimiento industrial normal, en que se le efectúan tratamientos a los efluentes del proceso.

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En el largo plazo es más económico mejorar el proceso, ya que se recuperan productos con beneficios para la industria y el ambiente. Los desechos de la tecnología end of pipe, a veces son de difícil eliminación, por ejemplo los tóxicos retenidos en los filtros de chimeneas, o compuestos orgánicos e inorgánicos de los Riles, que exceden la normativas vigentes. 4.2 Desarrollo sustentable La Comisión Brundtland en 1987 en su informe Nuestro Futuro Común, definió desarrollo sustentable como el desarrollo que satisface las necesidades de nuestro tiempo sin desmedro para las posibilidades de las generaciones futuras, además señalaba que “el desarrollo sustentable solo puede lograrse si el tamaño de la población aumenta en armonía con la productividad potencial de los ecosistemas. Entonces el desarrollo sustentable no fija un estado de armonia, sino más bien que un proceso de cambio en el cual la explotación de recursos, la orientación de inversiones, del desarrollo tecnológico y los cambios institucionales sean elaborados de manera consistente con las necesidades futuras y presentes.” El Desarrollo Sustentable ha tomado vital importancia en el último tiempo, debido fundamentalmente a que las economías de los países, independientes que sean de libre mercado o centralmente planificadas no consideran el sistema natural como factor de desarrollo. Un

modelo conceptual del Desarrollo Sustentable es el Triángulo de

Nijkamp, que indica que debe sacrificarse algo de los tres factores (sustentabilidad ambiental, crecimiento económico y equidad social) que influyen en el desarrollo sustentable, para satisfacerlo. Maximizar cualquiera de ellos, significa disminuir cualquiera de los otros, de tal manera que dentro del triángulo existe un área factible, en la cual debe ubicarse cualquier nueva actividad o proyecto.

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Figura Nº33: Triángulo de Nijkamp

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4.2.1 Relaciones entre población, uso de recursos, tecnología, degradación ambiental y contaminación Como premisa fundamental, se aceptará que todos contaminamos y degradamos el ambiente. Lo hacemos directamente al consumir recursos o indirectamente cuando estos recursos son explotados y transformados en bienes de consumo. El modelo más simple para estimar el impacto ambiental, entendiendo este concepto como la degradación y contaminación del ambiente, de una población en una área, depende de tres factores: 1- Cantidad de gente. 2- Consumo promedio de recursos de la sociedad. 3- Impacto causado al consumir una unidad de recurso, o la peligrosidad ambiental de las tecnologías utilizadas para producir los bienes de consumo. Así, el impacto puede estimarse mediante: IMPACTO = POBLACION*AFLUENCIA*TECNOLOGIA I =P*A*T

(Miller 1994)

En consecuencia con lo anterior, el concepto de sobrepoblación, no se basa en la densidad poblacional de un área, sino en la relación con los recursos de dichas áreas y la capacidad del ambiente para sostener actividades humanas, es decir la capacidad de carga. Por lo tanto hay sobrepoblación, cuando la gente ocupa los recursos de tal manera que la degradación ambiental, agotamiento de los recursos y contaminación creados dañan los sistemas naturales que sostienen la vida. Es decir, si la capacidad de carga de un área está siendo degradada a largo plazo, por su población actual, esta área está sobrepoblada. Según este estándar, el planeta globalmente está sobrepoblado y también la mayoría de los países.

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En base a este criterio, llegamos a dos tipos muy diferentes de sobrepoblación. 1.- Sobrepoblación por exceso de población, que se da en los dos siguientes casos: •

Cuando hay más personas que los recursos disponibles (agua, comida, etc.) pueden sostener.

Cuando la tasa de crecimiento poblacional excede el crecimiento económico, creando cada vez más pobreza. En este tipo de sobrepoblación, el tamaño total de la población y degradación

resultante se refleja en pérdidas de suelo, pastizales, bosques y vida animal. En los países de menor desarrollo (LDC) y más pobres, este tipo de sobrepoblación causa muerte prematura a entre 20 y 40 millones de personas al año, y condiciones de subsistencia para varios cientos de millones más. Se presume que la situación de estos países empeorará, a menos que se controle el crecimiento poblacional y mejore el manejo de recursos naturales con la restauración de los ecosistemas destruidos.

LDC

MDC Figura Nº 34: Pirámide Poblacional

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2.- Sobrepoblación por exceso de consumo, que corresponde a la situación de países industrializados y ocurre cuando una cantidad pequeña de gente consume recursos a una tasa muy alta, produciendo contaminación (quizás polución), degradación ambiental y agotamiento de recursos. En estos casos, la alta tasa de consumo percápita y los altos niveles de contaminación y degradación ambiental por persona son los factores determinantes para establecer el impacto ambiental. De acuerdo a este modelo, Estados Unidos tiene el nivel más alto de sobrepoblación por exceso de consumo, ya que con solo el 4.7% de la población mundial, produce el 21% de todos los bienes y servicios, consume más del 30% de los recursos energéticos y minerales no renovables y produce al menos 1/3 de la contaminación mundial. El impacto ambiental de India es 17 veces menor a pesar de tener casi cuatro veces más población. Paul Garlich resumió este problema “La sobrepoblación en países pobres tiende a mantenerlos en la pobreza, mientras que la sobrepoblación en los países ricos tiende a disminuir la capacidad de carga del planeta en su totalidad.” El modelo es demasiado simple para explicar todas las facetas del problema, si bien es útil para hacerse una idea general del impacto relativo. Para establecer un modelo más generalizado se deberían tomar en consideración al menos los siguientes factores: •

Distribución de población urbana y rural. Las grandes ciudades con gran concentración de gente y gran actividad industrial inducen problemas más severos.

Exceso de consumo y malgasto de recursos en países industrializados. Una exacerbada mentalidad consumista de "usar y botar", obsolescencia planificada (contabilidad : depreciación), poco reciclaje o reutilización.

Fe ciega en la tecnología, desconociendo aspectos ambientales. En los 60' el Club de Roma decía que la solución a los problemas ambientales está en la tecnología (hoy no se piensa igual).

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Visión sobresimplificada de los sistemas naturales, que ha producido reducción excesiva de la diversidad, de plantas y animales en bosques, mares, praderas, etc. conlleva aumento de erosión, aumento de riesgos naturales como crecidas, etc.

Crisis en el manejo político y económico: énfasis exagerado en todos los tipos de crecimiento económico, con visión cortoplacista (por razones económicas) en vez de anticipar y prevenir los problemas.

Ignorancia casi absoluta de cómo funciona la tierra. Desconocer que todo lo que hemos tenido, tenemos y tendremos depende de la tierra y la energía solar, y pensar que usando nuestra inteligencia transformada en tecnología, nos permitirán escapar de los procesos físicos y biológicos que gobiernan el planeta y su sustentabilidad.

Visión del mundo egocéntrica y antropocéntrica, efecto de la tragedia de los comunes y pensar que somos los conquistadores de la naturaleza. Estos 7 factores deben ser incluidos en un modelo generalizado. El problema

que se presenta es su difícil cuantificación.

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CAPITULO 5: EVALUACION DE IMPACTO AMBIENTAL 5.1 Antecedentes Una de las acepciones de evaluación de impacto ambiental, dice relación con la acción de cuantificar y comparar los valores de impacto sobre un factor ambiental determinado, la cual puede realizarse mediante el uso de técnicas específicas, denominadas en el presente texto ”Metodologías de Evaluación de Impacto Ambiental” y que serán tratadas más adelante. En este sentido, uno de los primeros antecedentes sobre evaluación de impacto ambiental a nivel mundial fue la publicación, en 1980, de la “Declaración de Políticas Ambientales y Procedimientos Relacionados con el Desarrollo Económico” efectuada por la UNEP (PNUMA), UNDP y el Banco Mundial. En 1992, a raíz de la conferencia de Río, denominada cumbre de la tierra, surgió la Agenda 21, donde se declara: “Deberá emprenderse una evaluación de impacto ambiental, en calidad de instrumento nacional, respecto de cualquier propuesta que probablemente haya de producir un impacto negativo considerable en el medio ambiente, y que esté sujeta a la decisión de una autoridad competente.” Sin embargo antes de 1980, muchos países contaban con leyes, planes, obras y proyectos que contemplaban la evaluación de impacto ambiental. Por ejemplo, en Estados Unidos, desde 1970 con la aparición de la NEPA (National Environment Proteccion Act), la aplicación de evaluaciones de impacto ambiental es vasta y respaldada. Solo durante la primera década de su aplicación se hicieron 12.000 EIA. En Francia, la evaluación de impacto ambiental existe desde 1972. Su aplicación es más restringida, abarcando sólo planes, proyectos, obras públicas y obras privadas. Durante 1978 se efectuaron alrededor de 4.100 EIA. En Dinamarca, la evaluación de impacto ambiental existe desde 1973, en Holanda desde 1976, en Italia desde 1971, donde hasta 1991, se efectuaban 100 EIA al año. En Inglaterra las EIA se hacían, pero no eran previstas por ley hasta 1990. En Chile, hasta la publicación en el Diario Oficial, el 9 de Marzo de 1994, de la ley 19.300, “Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente”, no existía norma legal que exigiera una EIA. Sólo existían algunas instrucciones presidenciales: •

Desde fines de la década de los ochenta, se les exigía EIA a algunos proyectos financiados por el BID o Banco Mundial.

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Desde el 21 de Agosto de 1987 con la aparición del Ord Nº 12000/550 de la DGTM y MM (Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante), llamado “Aprueba Programa Mínimo de Evaluación Impacto Ambiental en el Ecosistema Costero” se exige un PMEIA a todos los proyectos que tengan efectos sobre los recursos de agua bajo la jurisdicción de la DGTM y que afecten el ambiente marino. La exigencia daba un plazo originalmente de 5 años para los proyectos en funcionamiento, que se alargó a 6 años y medio aproximadamente. En nuestra región (VIII), la gran mayoría de las empresas hizo su PMEIA. Una segunda acepción de evaluación de impacto ambiental, dice relación

con la acción de validación de estudios de impacto ambiental, estableciendo un nexo entre los niveles técnicos y científicos presentes en él y el nivel político-administrativo, de manera de juzgar, analizar y sintetizar el trabajo de los primeros para traducirlo y transmitirlo a los segundos y al público en general, orientándolo al proceso de toma de decisiones y de participación pública. La ley Nº 19.300 “Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente”, entiende evaluación de impacto ambiental bajo esta segunda acepción, definiéndola en su artículo 2º, letra j) como

“un

procedimiento

a cargo de la CONAMA o COREMA respectiva, en su caso, que, en base a un estudio de impacto ambiental, o una declaración de impacto ambiental, determina si el impacto ambiental de una actividad o proyecto se ajusta a las normas vigentes.” Siguiendo esta misma línea y para los efectos del presente texto, una EIA se definirá de manera más general como sigue:

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Evaluación

de

Impacto

Ambiental:

es

un

conjunto

de

procedimientos

administrativos y herramientas metodológicas, destinado a prevenir, antes de que ocurran, las consecuencias negativas sobre la calidad del medio ambiente que puedan tener proyectos o actividades, sean estos de carácter público o privado, así como también potenciar las consecuencias positivas de estas iniciativas. Las EIA tienen como finalidad permitir la reconciliación entre valores ecológicos (ambientales) y económicos y permitir la inclusión de consideraciones ambientales en la valoración de alternativas de proyectos de inversión. Cabe señalar, que el sistema legal chileno, acepta la primera acepción de evaluación de impacto ambiental, bajo el nombre de estudio de impacto ambiental. 5.2 El Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental en Chile. El sistema de evaluación de impacto ambiental en Chile, corresponde a un sistema administrativo regulado por la ley Nº19.300 y el DS Nº30, que entre otros alcances establece: qué tipo de proyectos y/o actividades deben ser evaluados en términos de su factibilidad ambiental. Cuáles son los antecedentes que deben estudiarse para determinar la magnitud de los impactos asociados a dichos proyectos y/o actividades, los procedimientos que deben seguirse en términos legales para aprobar o rechazar el desarrollo de un proyecto y/o actividad, los responsables de efectuar cada una de las tareas involucradas, etc.

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La estructura general de la ley Nº19.300 es la siguiente: Título 1: Disposiciones generales Título 2: Instrumentos de gestión ambiental -Educación e Investigación -Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental -Participación de la comunidad -Normas de calidad ambiental, preservación naturaleza, conservación patrimonio. -Normas de emisión -Plan de manejo, previsión y descontaminación -Procedimientos de reclamo Título 3: Responsabilidad por daño ambiental Título 4: Fiscalización Título 5: Fondo de protección ambiental Título 6: Comisión nacional del medio ambiente Artículos transitorios

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Así mismo, la estructura general del DS Nº30, es la siguiente: Título 1:

Disposiciones generales

Título 2:

De la generación o presencia de efectos, características o

circunstancias que definen la pertinencia de presentar un EsIA Título 3:

De los contenidos de los EsIA y DIA

Título 4:

De la participación de la comunidad en el proceso de EvIA

Título 5:

Del plan de medidas de mitigación, reparación y compensación; del

plan de seguimiento ambiental y de la fiscalización Título 6:

De los permisos ambientales sectoriales

Título 7:

Del contrato de seguro por daño ambiental y de la autorización

provisoria Título final Artículos transitorios

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Algunas definiciones importantes contenidas en la ley son: Declaración de Impacto Ambiental (DIA): es el documento descriptivo de una actividad o proyecto que se pretende realizar, o de las modificaciones que se le introducirán, otorgado bajo juramento por el respectivo titular, cuyo contenido permite al organismo competente evaluar si su impacto ambiental se ajusta a las normas ambientales vigentes. Estudio

de

Impacto

Ambiental

(EsIA):

el

documento

que

describe

pormenorizadamente las características de un proyecto o actividad que se pretenda llevar a cabo o su modificación. Debe proporcionar antecedentes fundados para la predicción, identificación e interpretación de su impacto ambiental y describir la o las acciones que ejecutará para impedir o minimizar sus efectos significativamente adversos. Evaluación de Impacto Ambiental (EIA): el procedimiento, a cargo de la Comisión Nacional del Ambiente (CONAMA) o de la Comisión Regional (COREMA) respectiva, en su caso, que, en base a un Estudio o Declaración de Impacto Ambiental, determina si el impacto ambiental de una actividad o proyecto se ajusta a las normas vigentes. En términos generales, desde el punto de vista de la ingeniería de proyectos, la forma de operar del sistema de evaluación de impacto ambiental consiste en establecer: •

El tipo de proyecto y/o actividad al que debe analizarse la factibilidad ambiental, ingresando con ello al sistema de evaluación.

La forma en que debe analizarse la factibilidad ambiental (DIA o EsIA) de dicho proyecto y/o actividad.

El procedimiento mediante el cual se fiscaliza el análisis de factibilidad ambiental (evaluación de impacto ambiental), mediante la CONAMA o COREMA.

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Algunas características importantes del sistema evaluación de impacto ambiental en Chile son las siguientes: •

Se basa en predicciones y no en hechos, por lo tanto, en estimaciones cualitativas y cuantitativas.

Es preventivo. (Planes de descontaminación, normas de emisión, normas de calidad, permisos de emisión transables, etc.)

Se aplica sólo a proyectos o actividades nuevas, futuras.

No es sistémico. Asigna áreas de influencia, corriendo el riesgo de no considerar efectos sinérgicos.

Busca minimizar los impactos negativos.

Busca identificar las acciones de un proyecto o actividad, que pueden modificar positiva o negativamente el ambiente en la zona de influencia, y busca

soluciones

viables

a

los

problemas

ambientales

generados,

ajustándolos a la legislación vigente. •

Permite el ingreso voluntario al sistema de evaluación de impacto ambiental. Si bien, teóricamente, una EIA es aplicable a todo tipo de proyectos y

actividades, por ejemplo: leyes, proyectos de leyes, planes territoriales, nuevas construcciones o actividades, nuevos productos, vías de comunicación, en la práctica se aplica a proyectos o actividades, según los siguientes criterios: •

Lista de categorías de actividades, que por su carácter, pueden tener efectos significativos sobre el ambiente.

Lista de áreas de importancia o sensibilidades particulares donde alguna actividad que se relacione con ellas puede tener efectos significativos.

Lista de categoría de recursos (agua, bosques, suelos, deforestación, etc.), de interés particular.

Monto mínimo de proyectos. Estos criterios están reflejados en el Artículo 10 de la ley y 3º del

Reglamento, donde se establecen los proyectos y/o actividades que deben ingresar al sistema de evaluación de impacto ambiental.

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Los actores interesados en participar de una EIA son tres: •

El proponente de la obra (sus técnicos y consultores).

Administración pública.

Publico directamente interesado. En general, las EIA pueden realizarse en varias formas:

EIA lo realiza el proponente de la obra supervisado por un organismo fiscalizador del Estado.

EIA lo realizan consultores particulares (empresas, universidades, etc.) supervisados por un organismo fiscalizador del Estado.

EIA lo realiza un organismo estatal. En particular en Chile, no se ha dado que la EIA la realice un organismo

estatal. Si ha sucedido en países como Madagascar, teniendo resultados negativos, debido a que esta forma de realizar la EIA induce a la corrupción del ejecutor. 5.2.1 Declaración de impacto ambiental El sistema de evaluación de impacto ambiental, contempla dos herramientas en las cuales el fiscalizador se basa para decidir si un proyecto es ambientalmente compatible o no. Estas herramientas son la DIA y el EsIA. Bajo el entendido de que la mayoría de los proyectos que ingresan al sistema obedecen a proyectos cuyos impactos adversos no son significativos; vale decir que dichos impactos se ajustan a la normativa vigente (normas de calidad primarias, secundarias y de emisión); surge la DIA como un documento que presenta los contenidos mínimos para permitir a los órganos competentes del Estado verificar si el proyecto o actividad cumple o no con las normas ambientales vigentes. Así, esta forma permite que el proyecto o actividad pueda ser aprobado o rechazado más rápidamente, otorgando agilidad al sistema.

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La estructura de una DIA es la siguiente: •

Indicación de tipo de proyecto o actividad de que se trata.

Descripción del proyecto o actividad que se pretende realizar o modificar.

Indicación

de antecedentes para determinar si el impacto ambiental que

generará o presentará el proyecto o actividad se ajusta a las normas ambientales vigentes, y que por lo tanto, éste no requiere de la presentación de un EsIA. •

Descripción del contenido de aquellos compromisos ambientales voluntarios, no exigidos por la legislación viente, que el titular del proyecto contemple realizar.

5.2.2 Estudio de impacto ambiental En los casos en que los proyectos o actividades no se ajustan a la normativa ambiental vigente; vale decir, que producen impactos ambientales negativos significativos o efectos negativos relevantes; procede ingresarlos al sistema de evaluación de impacto ambiental bajo la forma de un estudio de impacto ambiental. Debe tenerse presente, que un estudio de impacto ambiental, tal como lo define la ley, debería ser realizado una vez que el proyecto o actividad se encuentra plenamente definido desde el punto de vista técnico y económico. Indudablemente, en muchos casos, el EsIA impondrá restricciones que obligarán a reestudiar las factibilidades técnica y económica, de acuerdo al siguiente esquema: La estructura de un EsIA es la siguiente: •

Descripción del proyecto o actividad.

La línea base.

Descripción pormenorizada de aquellos efectos, características o circunstancias del artículo 11 que dan origen a la necesidad de efctuar un EsIA.

Predicción y evaluación del impacto ambiental del proyecto o actividad, incluidas eventuales situaciones de riesgo.

Medidas para eliminiar o minimizar los efectos adversos.

Plan de seguimiento de las variables ambientales relevantes que dan origen al EsIA.

Plan de cumplimiento de la Legislación Ambiental aplicable.

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El costo de un EsIA depende del monto de inversión, encontrándose que en general, para la pequeña y mediana empresa es bastante significativo, mientras que para la gran empresa representa un costo marginal. A modo de ejemplo, en Estados Unidos entre 1976 a 1980 costaba entre el 1% y el 3% de la inversión. En Francia en 1980 entre el 0,02% y el 1% de la inversión. En Holanda en 1979 costaba entre el 0,025% y el 0,45% de la inversión. En un EIA deberían participar: •

Conocedores de la metodología de EIA.

Conocedores del sitio.

Conocedores del proyecto.

Especialistas. Esto conlleva la necesidad de aplicar el concepto de interdisciplina.

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5.3 Informes ambientales Anteriormente, se han presentado los estudios (DIA o EsIA) que son exigidos por la ley, cuando el proyecto o actividad así lo amerita. Sin embargo, en muchos casos, el Ingeniero debe desarrollar estudios preliminares o informes técnicos con una fuerte connotación ambiental, sin que proceda ingresar dichos estudios al sistema de evaluación de impacto ambiental. Esto sucede, por ejemplo debido a que los objetivos de un estudio pueden ser entre otros: •

Elegir la obra de impacto mínimo entre más de un proyecto y más de un sitio. (localización y elección óptima)

Elegir la obra de impacto mínimo entre más de un proyecto para un solo sitio. (elección óptima)

Elegir entre un solo proyecto y más de un sitio. (localización óptima)

Juzgar la admisibilidad ambiental de un sólo proyecto para un sólo sitio, incluso si la obra está ya realizada. (mejorabilidad del proyecto).

Formular un juicio de compatibilidad ambiental. A continuación se presenta una tipología con diferentes estudios de impacto

ambiental (Echaveguren y Vargas, 1998), que si bien no corresponden a la definición legal de Estudio de Impacto Ambiental, muchas veces resulta útil desarrollarlos en una fase previa a la presentación del proyecto o actividad a la CONAMA o COREMA respectiva. Informe Ambiental: comprende una serie de consideraciones ambientales y medidas de mitigación asociadas. Se redacta como un anexo al proyecto mismo y no forma parte de un Estudio de Impacto Ambiental propiamente tal. Estudio preliminar: es en realidad un preestudio en el que además de identificar impactos, se realiza una valoración de manera de determinar si es necesario o no continuar con los siguientes niveles de detalle. Si se considera que el estudio preliminar es suficiente, se adjunta una propuesta de emdidas de mitigación y a lo menos una lista de revisión y/o matriz de identificación. Estudio simplificado: en este tipo de estudio no se exige un nivel de profundidad muy elevado y la valoración de impactos se realiza en forma numérica y sencilla. No se exige ponderación de impactos ni evaluación global, excepto en los casos en que

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se deba elegir entre diversas alternativas. En este tipo de estudio se requiere de un documento que sintetice los resultados, en un lenguaje adecuado y comprensible para quienes leerán el estudio. Estudio detallado: este tipo de estudio debe realizarse cuando se prevea que un proyecto o actividad producirá grandes impactos. Se incluye aquí la ponderación y evaluación global, así como un documento de síntesis que cumpla con los requisitos que impongan las legislaciones de cada país. Para finalizar, cabe señalar que los estudios de impacto ambiental deben entenderse de acuerdo a las definiciones señaladas, con el cuidado de no cometer algunos errores conceptuales bastante comunes como son: •

Concepción extrema y conservativa del ambiente y territorio (limite al desarrollo).

Los EIA deben demostrar más beneficios que daños ambientales.

Los EIA deben contener análisis Beneficio/Costo.

La opinión de un EIA es la verdad técnico-científica.

Un relato numérico es siempre más exacto que un relato discursivo.

Cada problema es un caso particular y no existe información para ser utilizada.

Modelos matemáticos y computacionales resuelven todos los problemas.

Se deben considerar todos los impactos.

Se deben recoger muchos datos.

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5.4 Metodologías de evaluación de impacto ambiental Los estudios de impacto ambiental, según los define la ley, deben contener entre otros, una línea base, una descripción pormenorizada de aquellos efectos, características o circunstancias del artículo 11 que dan origen a la necesidad de efctuar un EsIA y una predicción y evaluación del impacto ambiental del proyecto o actividad, incluidas eventuales situaciones de riesgo. Según Ahmad y Sammy (1985), los objetivos y características de la evaluación de impacto ambiental deberían ser: - un estudio de los efectos de una acción propuesta sobre el entorno, que incluye la dimensión humana y natural. - Comparar las alternativas disponibles planteadas en cualquier proyecto o actividad. Cada una de las cuales tendrá costos y beneficios sociales, impactos ambientales y, naturalmente, existirá un trade-off entre los menos y los más. En consecuencia, una evaluación de impacto ambiental busca comparar todas las alternativas factibles y determinar un punto óptimo entre costos y beneficios económicos y ambientales. - Está basado en predicciones. El trabajo técnico, consiste en la estimación de los cambios de la calidad ambiental esperada, como consecuencia de una acción determinada. - Intenta ponderar los efectos ambientales sobre una base común con los costos y beneficios económicos en la evaluación de un proyecto o actividad determinada. - Es una herramienta para la toma de decisiones. Su objetivo último es apoyar la decisión adoptada, entregando una visión clara acerca de las alternativas que fueron consideradas, los cambios ambientales que fueron predichos y el trade-off entre ventajas y desventajas de un proyecto específico. Teniendo en cuenta lo anterior, una evaluación de impacto ambiental debe entenderse como un elemento de apoyo para el análisis de proyectos.

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Según las proscripciones de la EPA, una evaluación de impacto ambiental debe orientarse a lograr: - Una mejor toma de decisiones. - Participación pública. - Análisis de alternativas viables. - Predicción de impactos. - Mitigación de impactos inevitables. - Construcción de planes de monitoreo y retroalimentación. Para ello, se distinguen las siguientes etapas: - Etapa de identificación de impactos sin proyectos. (Estudio de línea base) - Etapa de previsión de impactos con proyecto. - Etapa de valoración de impactos. Para desarrollar las etapas anteriores (análisis de impactos), existen diferentes métodos que permiten un manejo objetivo y científico de la información. Los métodos de identificación de impactos, pretenden, como su nombre lo indica, simplemente identificar todos los impactos positivos y negativos que genera sobre alguna componente del ambiente un determinado proyecto o actividad durante cada una de sus fases (implementación, operación y abandono). Están orientadas a sistematizar el trabajo de manera tal que simplifique una tarea que, al avanzar en tamaño el proyecto, se torna más complicada. Es importante destacar la conveniencia de realizar esta tarea con el apoyo de profesionales relacionados con los distintos factores ambientales afectados, y no descartar la opinión de los mismos habitantes de la zona de influencia del proyecto. Entre los métodos de identificación de impactos se encuentran: Método ad-hoc: este método proporciona una guía mínima para la valoración de impactos y permite determinar la amplitud de las áreas de impacto y su naturaleza (en un sentido general). Por ejemplo, impactos sobre plantas y animales pueden ser definidos como mínimos pero adversos, en tanto que los impactos sobre la economía regional pueden ser definidos como significativos pero benéficos. Tales definiciones son cualitativas y pueden basarse en valoraciones subjetivas o intuitivas, o pueden ser interpretaciones cualitativas de resultados cuantitativos. La manera más simple de avaluar el impacto ambiental de un proyecto o actividad mediante este método,

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puede ser considerando cada factor ambiental e identificando la naturaleza del impacto sobre ella, por ejemplo, mediante la calificación: sin efecto, problemático, de corto o largo plazo, reversible e irreversible. Un ejemplo se entrega a continuación: COMPONENTE AMBIENTAL

IMPACTO AMBIENTAL SE EP EN B P CP LP R I

VIDA SALVAJE ESPECIES EN PELIGRO VEGETACION NATURAL VEGETACION EXOTICA DEGRADACION CARACTERISTICAS DEL SUELO DRENAJE NATURAL AGUA SUBTERRANEA RUIDO SUPERFICIE PAVIMENTADA RECREACION CALIDAD DEL AIRE INTERCEPCION VISUAL ESPACIOS ABIERTOS SALUD Y SEGURIDAD VALOR ECONOMICO FACILIDADES PUBLICAS SERVICIOS PUBLICOS PLANES REGIONALES SE: sin efecto; EP: efecto positivo; EN: efecto negativo; B: benéfico; P: problemático; CP: corto plazo; LP: largo plazo; R: reversible; I: irreversible. Tabla Nº12: Método Ad-Hoc. Adaptado de Rau y Wooten, 1980.

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Listas de Revisión: es una de las metodologías básicas utilizada para la iodentificación y valoración de impactos. Es un método que combina los factores ambientales potencialmente impactados con los impactos individuales. Una de sus debilidades es la imposibilidad de incluir una interpretación conjunta de impactos y no permitir definir las relaciones causa-efecto directas o indirectas. Según el tipo de proyecto pueden definirse cuatro categorías de lista:

- Lista de revisión simple: básicamente, es una variante del método ad hoc y consiste en cruzar por un lado los factores ambientales con características de los impactos (efecto adverso, neutro, benéfico), desagregado por fase del proyecto (construcción, operación, abandono y eventualmente puesta en marcha). - Lista de revisión descriptiva: corresponde a un método orientado a un sistema computacional, desarrollado por el U.S. Army Construction Engineering Research Laboratory. Está basado en la identificación de nueve áreas funcionales en 20 componentes ambientales. - Lista de revisión escalonada: corresponde al métdo de Adkins-Burke, desarrollado específicamente para proyectos de transporte, que involucra el escalonamiento de impactos de varias alternativas sobre una base de calificación de -5 a +5. Más que un método de identficación de impactos, correspinde a un método que permite calificar y comparar alternativas. - Lista de revisión Escalonada-Ponderada: fue desarollada por el laboratorio BatelleCollumbus del Boureau of Reclamation y consiste en una descripción de factores ambientales incluidos en una lista de revisoión simple, a la cual se añaden instrucciones para ordenar los valores de cada parámetro y asignarles un valor de importancia. Al igual que el caso anterior, corresponde más bien a un método de valoración de impactos combinado con listas de revisión.

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A continuación se muestra un ejemplo de lista de revisión simple: Area de Impacto

Fase de

Fase de

Fase de

Construccion

Operacion

Abandono

-

0

+

-

0

+

-

0

1.- Uso de la tierra Espacio abierto Recreacional Agricola Residencial Comercial Forestal 2.- Recurso hidrico Calidad Irrigacion Drenaje Agua subterranea 3.- Calidad del aire Oxidos Quimicos Olor Gases 4.- Condiciones biologicas Vida salvaje Arboles y arbustos Hierbas 5.- Sistema de transporte Automoviles Seguridad Movilidad 6.- Servicios Escuelas Policia Proteccion contra incendios Tabla Nº13: Lista de Revisión. Adaptado de Rau y Wooten, 1980.

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+


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Una vez cumplida la etapa de identificación de impactos, procede valorar cada uno de ellos, de manera de contar con una medida objetiva de su importancia y magnitud. Para ello, se utilizan los métodos de valoración de impactos. El uso de una u otra técnica para la valoración de impactos, depende fundamentalmente de dos aspectos, los cuales se determinan en las fases anteriores, especialmente en la identificación y caracterización de impactos (Echaveguren y Vargas, 1998): - Dimensión del entorno, sobre la cual se manifiesta el impacto, o el factor ambiental afectado. -

Posibilidad de valorar el impacto. Se añaden a estas condiciones las posibilidades tecnológicas y científicas

para la valoración de un determinado impacto. En la actualidad, existe una serie de posibilidades de valoración, de las cuales son relevantes la valoración económica y la valoración no económica. La primera es pertinente para el caso de l medio socioeconómico, pero posee ciertas dificultades que aún la limitan como una técnica adecuada para otras dimensiones del entorno que no sea la económica. La segunda, es pertinente cuando se intenta cuantificar por ejemplo, impactos sociales, aunque no existe un concenso al respecto. Entre los métodos de valoración no económica se encuentran: Matriz de Leopold: este método fue desarrollado por el Dr. Luna Leopold y otros, del Servicio Geológico del Ministerio del Interior de los Estado Unidos, como una guía para los informes y evaluación de impacto ambiental, en el año 1971. El método se basa en una matriz que contiene 100 acciones que pueden causar impacto (columnas) y 88 características y condiciones ambientales (filas). En cada una de las celdas se colocan dos números en un intervalo de 1 a 10. El primero corresponde a la magnitud de impacto y el segundo a la importancia.

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Características: •

Completa en aspectos físicos, biológicos y socioeconómicos.

No es selectiva (no distingue entre impactos transitorios y duraderos)

No se prevé la probabilidad de ocurrencia del impacto

No es eficiente en la identificación de interacciones.

Es poco objetiva.

Elaboración de la Matriz: •

Información acerca del entorno.

Definición del área de estudio.

Conocimiento detallado de relaciones entre elementos del área de estudio.

Discriminación entre elementos importantes y los despreciables.

Selección de elementos de la matriz que se considera afectados y las acciones, para construir una matriz reducida.

Encerrar los impactos negativos en un círculo.

Para condensar el impacto causado por una acción, se pueden adoptar los siguientes pasos: 

promedio aritmético de impactos positivos.



promedio aritmético de impactos negativos.

Se puede obsrevar así, cuál acción causa mayor impacto positivo o negativo.

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Método de Batelle-Columbus (EPA, USA): este método fue desarrollado por los laboratorios Batelle-Columbus, por encargo de

la EPA de Estados Unidos,

destinado a la gestión de recursos hídricos. Consta de una lista de indicadores de impacto con 78 parámetros (factores) ambientales, los cuales están ordenados en 18 grupos. Estos grupos están asociados a cuatro dimensiones ambientales: - Ecología

- Contaminación

- Aspectos Estéticos.

- Aspectos de interés humano.

De la relación de factores ambientales antes indicada, se pretende que: representen la calidad del ambiente (predicción); sean fácilmente medibles (predicción, interpretación e inspección); respondan a las exigencias del poryecto a evaluar (predicción); y sean evaluables a nivel de proyecto. Los

parámetros,

que

describen

los

factores

ambientales,

deben

transformarse a unidades conmensurables, para lo cual deben seguirse los siguientes pasos: 1. Transformar los datos a un índice de calidad ambiental. CA = f(M) 2. Ponderar la importancia del parámetro considerado, según su importancia relativa dentro del ambiente. UIA = CA*UIP ; ∑UIP = 1000 3. Expresar a través de 1.- y 2.-, el impacto global como resultado de multiplicar el Indice de Calidad Ambiental por su Ponderación. UIAneto = UIAcp - UIAsp IG = ∑UIAneto

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5.4.1 Selección de indicadores ambientales Un indicador ambiental es un parámetro que tiene relación racional o empírica directa con un fenómeno o característica ambiental y está en condición de resumir tales características, aunque descubra sólo una parte. En general, una revisión inicial de las características del proyecto y del sitio deben conducir a la selección de los indicadores ambientales adecuados, para predecir los impactos ambientales que se producirán a causa de un determinado proyecto o actividad propuesta, para lo cual estos se superponen a las condiciones originales del ambiente (línea base) y se hace una predicción de los nuevos valores que adquirirán estos indicadores. Si bien, el desarrollo de indicadores de calidad para las diferentes dimensiones del ambiente se encuentra aún en ciernes, es posible señalar algunos universalmente aceptados y utilizados. Algunos de ellos, son de fácil acceso mediante mediciones simples, como el caso del oxígeno disuelto en el agua y la demanda bioquímica de oxígeno, mientras otros presentan una mayor complejidad para su determinación, como el caso de los metales pesados y los pesticidas. Como ejemplo, se presentan algunos indicadores típicos, ordenados según el tipo de contaminación: •

Contaminación del Aire: material particulado, CO2, NOx.

Toxicidad : metales, pesticidas.

Eutrofia : Nitrógeno, Fósforo.

Contaminación Orgánica del Agua : OD, DBO, DQO.

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Apuntes Ciencias Ambientales