Unidad 2

Escenario Natural

Introducción

El propósito de esta unidad es proporcionar una introducción a los principales componentes del medio natural y explicar cómo éstos se relacionan con el desarrollo sustentable.

Pero antes de seguir adelante, es importante entender algunos conceptos clave sobre la Tierra. Todos los procesos físicos que ocurren en la Tierra puede dividirse en cuatro capas: la atmósfera, la litosfera, la hidrosfera y la biosfera.

Aunque se puede estudiar por separado cada ámbito, es importante entender que los cuatro están relacionados entre sí y los procesos que ocurren en un ámbito puede tener una influencia en los procesos que ocurren en otro.

La atmósfera es una capa gaseosa que rodea el planeta. Sus principales funciones son regular la temperatura de la tierra mediante la absorción de la radiación solar del sol y el suministro de los elementos cruciales - carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno - para sostener la vida.

La litosfera está formada por la capa sólida de la Tierra en la que la mayoría de las formas de vida se encuentran. Montañas, colinas, y los desiertos son todos componentes de la litosfera. La superficie de la litosfera contiene nutrientes de soporte de suelo para su uso por los organismos de la Tierra. La hidrosfera es capa de la tierra que contiene agua. Esto incluye el agua líquida en los lagos, océanos y ríos, agua en estado sólido en glaciares y casquetes de hielo y agua en estado gaseoso en la atmósfera.

La biosfera se compone de todos los organismos vivos en el planeta. Dado que estos organismos se basan en los recursos de la hidrosfera, la atmósfera, la litosfera y la biosfera depende de los otros tres reinos. La biosfera, es el ámbito en el que los seres humanos se encuentran, lo cual nos da una idea de cómo la humanidad depende de cada uno de las otras capas para sobrevivir. Actualmente estamos en un punto donde

nuestras acciones sobre el medio ambiente están teniendo consecuencias en cada uno de los reinos.

Por ejemplo, nuestras emisiones de CO2 alteran la forma en cómo la atmósfera absorbe la radiación solar, y que está causando el calentamiento del planeta debido a la mayor cantidad de carbono en la atmósfera. Los seres humanos tenemos una tendencia a vernos a nosotros mismos como separados del medio ambiente, el medio ambiente es un sistema externo del que podemos extraer recursos para nuestro beneficio. Sin embargo, el logro de la sustentabilidad significa darse cuenta de que estamos interconectados y dependientes de los cuatro reinos de la Tierra. Si causar daños irreversibles a un reino, puede poner en peligro la supervivencia de nuestra especie.

2.1 El Ecosistema Un ecosistema está formado por un grupo de organismos y el ambiente físico con el que interactúan. Aunque esta definición puede parecer simple, los ecosistemas son en realidad muy complejos, con numerosas interacciones en pequeña y gran escala que se dan entre las diferentes plantas y animales.

Estos organismos requieren de insumos de materia (suelo) y energía (luz solar) tanto para crecer y reproducirse. Para visualizar esta complejidad, puede ayudar a pensar sobre los componentes vivos y no vivos de un área en particular.

Por ejemplo, si tuviéramos que analizar una sección de la selva amazónica, veríamos que toda la vida requiere de un suelo para funcionar. La tierra necesita los nutrientes adecuados con el fin de cultivar árboles y plantas para el consumo de los animales.

Sin embargo, con el fin de que las plantas crezcan, necesitan la luz del sol, el agua y CO2. Por lo tanto, es necesario que haya una fuente accesible de agua para las plantas, ya sea por la precipitación (lluvia) o de un arroyo, lago o aguas subterráneas. Pero el sistema también debe sostenerse a sí mismo de alguna manera. Si el suelo es uno de los bloques de construcción inicial de un ecosistema, entonces requiere de forma regular de los nutrientes adecuados.

Estos nutrientes en el suelo se proveen a través de la descomposición de la materia vegetal y animal, o a través de los residuos generados por los animales después de consumir alimentos.

El ciclo es capaz de repetirse y continuar el apoyo a la vida en los próximos años. Por lo tanto, puede pensar de cada especie en un área como parte de una red más grande, cada uno con un papel importante que desempeñar en el buen funcionamiento del ecosistema. Debido a la naturaleza interrelacionada de todos los componentes de un

ecosistema, los cambios en una parte del ecosistema afectan a los cambios en otro. Aunque los seres humanos suelen ser los mayores contribuyentes a grandes cambios en los ecosistemas, estos cambios también se producen de forma natural.

Por ejemplo, los incendios forestales son un evento común en los bosques de crecimiento maduro o viejo. Cuando se producen, los incendios que se extienden por grandes áreas geográficas, matan a los árboles y las plantas y otra vegetación. Esto tiene el efecto inmediato de la destrucción de la zona habitable para la vida animal, que se ven obligados a trasladarse a otro lugar.

Sin embargo, los incendios forestales son también una oportunidad para la renovación de un ecosistema, como los restos del árbol que sirven como nutrientes para las plantas nuevas y ayuda eficaz para crecer.

Estas plantas pequeñas se convierten en arbustos, que ofrecen algunos espacios nuevos para la vida animal más pequeños. Con el tiempo el bosque llega de nuevo en la madurez, y puede continuar a florecer de nuevo. Los incendios son por lo tanto, los eventos naturales que alteran la cantidad de animales y plantas que interactúan en un ecosistema cuando se producen.

Sin embargo, las perturbaciones inducidas humanas en los ecosistemas pueden tener consecuencias perjudiciales e irreversibles.

2.2Flujo De Energía El flujo de la energía es importante para entender cómo los elementos del entorno natural interactúan unos con otros. La energía puede ser definida como la capacidad de trabajo o llevar a cabo cambios en el movimiento o estado de la materia.

Hay muchos tipos diferentes de energía: la energía solar, la energía magnética, la energía del sonido, la energía elástica, etc.

Cuando usted está pensando en cada tipo de energía, trate de visualizar cómo el movimiento se crea por esta forma de energía. Una forma útil de ver la energía en el ambiente natural es mirar en términos de flujos de energía. Podemos ver cómo fluye la energía entre objetos diferentes, y cómo diferentes objetos y organismos están relacionados con una fuente de energía inicial.

Para explicar mejor este concepto, echemos un vistazo a la cadena alimentaria. Si pudiéramos ver como los organismos en un ecosistema son capaces de llevar a cabo su trabajo, veríamos que la comida sirve como una fuente importante de energía. Sin comida, un organismo en el medio natural no sería capaz de funcionar. Por ejemplo, si usted piensa en sí mismo, no puede funcionar correctamente (o trabajar) sin una alimentación adecuada. La comida sirve como una fuente de energía que el cuerpo usa

para alimentar sus músculos. Sin la fuente regular de energía de los alimentos que en su cuerpo se descomponen será cada vez más difícil completar las tareas diarias.

Sin embargo; la energía que obtenemos de los alimentos en un entorno natural, provienen de una fuente inicial de energía: la energía solar. La energía solar es el calor y la energía de la luz irradiada por el sol. A través de la fotosíntesis, las plantas y los árboles son capaces de utilizar la energía solar y CO2 para llevar a cabo sus actividades y crecer. Con una entrada constante de energía solar, son capaces de crecer o aumentar la biomasa, que se convierte en una fuente de energía para los herbívoros. Los herbívoros son animales que consumen plantas de energía para llevar a cabo sus actividades y aumentar la masa.

2.3 Ciclos Biogeoquímicos En este tema se analizará el flujo de materia en el entorno natural, también llamados ciclos biogeoquímicos. Cuando nos fijamos en los ciclos, estamos mirando a los sistemas autónomos de la materia o flujo de energía. La palabra biogeoquímicos se refiere a la vida (bio), la Tierra (GEO), y las sustancias o moléculas (química). Por lo tanto, cuando nos referimos a los ciclos biogeoquímicos, estamos observando el flujo de un elemento químico o molécula moverse a través de la biosfera de nuestro planeta o el ecosistema.

Tipos de Ciclos Biogeoquímicos:

1.- Sedimentarios: los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre (suelo, rocas, sedimentos, etc.) la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos en estos ciclos son generalmente reciclados mucho más lentamente que en el ciclo gaseoso, además el elemento se transforma de modo químico y con aportación biológica en un mismo lugar geográfico. Los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo periodo de tiempo con frecuencias de miles a millones de años. Ejemplos de este tipo de ciclos son el FÓSFORO y el AZUFRE.

2.- Gaseoso: los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia de horas o días. Este tipo de ciclo se refiere a que la transformación de la sustancia involucrada cambia de ubicación geográfica y que se fija a partir de una materia prima gaseosa. Ejemplos de ciclos gaseosos son el CARBONO, el NITRÓGENO y OXÍGENO.

3.- El Ciclo HIDROLÓGICO: el agua circula entre el océano, la atmósfera, la tierra y los organismos vivos, este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta Relación de las industrias del proceso y el medio: Una industria y su medio están involucrados en un sistema, ambos subsistema interrelacionan para formar un

único sistema. En esta relación se establece un contacto íntimo que tiene tanto entradas como salidas en ambos subsistemas. La industria del proceso se abastecerá pues del medio así como el medio recibirá las salidas de la industria, tanto productos, como desechos. Pero la industria como acto humano, produce desechos que alteran el medio que le rodea (emisión de SO2, SO3, NO2, NO, CO, CO2, etc.). Si bien se consideran desechos, la naturaleza tiene la capacidad de eliminarlos en concentraciones razonables, pero cuando se afecta el equilibrio ecológico drásticamente el desecho pasa a ser contaminante.

Ciclo de carbono

El ciclo del carbono son las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo de gran importancia para la supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta, debido a que de él depende la producción de materia orgánica que es el alimento básico y fundamental de todo ser vivo.

El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) o de H2CO3 (ácido carbónico), tal como se encuentran en la atmósfera. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato fundamental para la realización de procesos como la respiración y la alimentación de los seres vivos, y del cual se derivan sucesivamente la mayoría de los demás alimentos.

2.4 Biodiversidad (Desde Genes Hasta Ecosistemas) La biodiversidad se refiere al grado de variación de los organismos vivos en un ecosistema o del planeta. Un ecosistema de gran biodiversidad es saludable porque tiene una amplia gama de variación en los tipos de organismos que viven allí. Procesos que reducen la biodiversidad de un área en particular son la extinción de especies y el cambio ambiental, dando como resultado la pérdida de la vida en un área en particular.

La biodiversidad es un campo muy importante de estudio debido a las implicaciones del desarrollo humano en la diversidad de especies de la Tierra. La biodiversidad se inicia con la medida de la variabilidad genética en una población dada. Un gen es una unidad de la herencia de un organismo, o la información necesaria para un organismo para construir y mantener sus células y sus rasgos de exhibición. Por ejemplo, si una persona va a tener los ojos azules esto es determinado por el material genético de su ADN. Es importante para una especie particular el tener una considerable diversidad genética dentro de su población para que pueda adaptarse al entorno. Si los miembros de una población en particular son muy similares, estos pueden ser eliminados por un

cambio en el medio ambiente ya que ninguno de la población tendrá defensa contra ese cambio.

2.5 Recursos Naturales Los seres humanos han sido capaces de lograr altos niveles de desarrollo haciendo uso de los recursos en el medio natural. Un recurso es cualquier cosa que ocurra en el medio natural que los seres humanos utilizan tanto por necesidad o deseo.

Ejemplos de recursos naturales, los bosques, depósitos de agua dulce, peces, y el carbón. Los recursos naturales se pueden desglosar en dos categorías generales:

Bióticos y abióticos.

Recursos bióticos: incluyen todos los recursos adquiridos de la biosfera, tales como árboles, animales, peces y otros organismos. Los recursos de carbón y el petróleo son también parte de esta categoría, ya que aparecieron a partir de organismos que vivieron con anterioridad.

Los recursos abióticos: consisten en todas las cosas no vivientes tales como agua, minerales, aire, oro, plata, etc. Los recursos naturales pueden ser subdivididos en otras dos categorías: renovables y no renovables. Los recursos renovables son los recursos que se puede reponer fácilmente después de un período relativamente breve de tiempo. Los recursos renovables tales como la luz del sol y el viento están siempre disponibles y por lo tanto no son afectados por el consumo humano. Otros, como los cultivos agrícolas, los árboles, y el agua se pueden agotar durante un tiempo, a pesar de que es posible que se repongan por sí solos

2.5.1 Hidrosfera La hidrosfera es la capa de la Tierra, que incluye toda el agua. Se trata del agua en los océanos, los ríos, o en forma de agua subterránea, y en la atmósfera. Desempeña un papel crucial para determinar el clima de nuestro planeta.

El movimiento del agua entre los diversos lugares y ámbitos de la tierra se conoce como el ciclo hidrológico.

Cerca de 97,2% del agua en la hidrosfera se encuentra en los océanos - este es la mayor reserva de agua.

El depósito de agua dulce almacenada en glaciares y capas de hielo es el 2.5% del agua mundial total.

El resto del agua está presente en las aguas subterráneas (0,63%) y en los ríos, lagos y arroyos (0,02%).

Visualizar el agua de esta manera pone de manifiesto la escasez de agua utilizable por los seres humanos. Antes de ahondar en los detalles del ciclo hidrológico, es importante entender las propiedades básicas de agua. El agua puede estar presente en tres estados: líquido, sólido o gas.

Con el fin de cambiar el estado de sólido a líquido, sólido a gas o líquido a gas, es necesaria añadir a las moléculas de agua la energía térmica. Este calor se denomina calor latente, ya que se adquiere de los alrededores y se almacena dentro de las moléculas de agua.

Cuando el calor latente se libera de las moléculas de agua, el agua puede cambiar en la dirección opuesta, de un gas a líquido, líquido a sólido o gas a sólido. Estos cambios de estado son importantes, porque revelan cómo las moléculas de agua navegan por el ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico se inicia con la energía térmica del sol haciendo que el agua en la superficie se evapore - este es el cambio en el estado de líquido a gas. A medida que el agua se evapora, sube y forma nubes.

Pero ya que la atmósfera se enfría, las moléculas de agua con el tiempo se condensan cuando la temperatura es lo suficientemente fría y caen en forma de precipitación. La ubicación también juega un papel importante en el ciclo hidrológico global.

2.5.2 Litosfera La litosfera es la parte más externa de la superficie de la Tierra o la corteza. Es la zona externa de la Tierra, que consiste en material de roca rígida. Se encuentra en la parte superior de la astenosfera, que es de 60 - 150 kilómetros de profundidad en la tierra, y consiste en una capa suave, plástica de roca.

La litosfera contiene varias láminas grandes llamadas placas litosféricas que son capaces de moverse sobre la capa suave de la astenosfera. Estas placas pueden ser tan grandes como los continentes, y son capaces de moverse de forma independiente de las otras placas. Es el movimiento de estas placas, que causa los terremotos. La litosfera es de gran importancia para el funcionamiento de los ecosistemas.

Proporciona una base sobre la cual el suelo, las plantas y los animales viven, y contiene muchos minerales y elementos que son importantes para el desarrollo humano. Los seres humanos han utilizado elementos de la litosfera (tales como oro, aluminio y granito) para producir bienes. Sin embargo, la escala en que los seres humanos hoy en día perforan en la litosfera es mucho mayor de lo que ha sido

históricamente, y esta actividad está comenzando a tener impacto en el funcionamiento de los ecosistemas.

El propósito de muchas minas es perforar en la litosfera con el fin de aprovechar los yacimientos minerales y de extracción de recursos. Hay dos técnicas de excavación principales: minería a cielo abierto y minería de subsuelo. De las dos técnicas diferentes, la minería de superficie es la más común, un 85% de los minerales en los Estados Unidos se extraen de esta manera.

La minería de superficie se lleva a cabo mediante la eliminación de la superficie de toda la vegetación, la suciedad y rocas que están cubriendo los depósitos de mineral a extraer. La minería de subsuelo consiste en la perforación en la tierra para llegar a los depósitos de mineral. Sin embargo, las actividades mineras pueden tener graves impactos sobre el medio ambiente si no se toman medidas apropiadas.

En particular, la minería de superficie puede resultar en la pérdida de hábitat para muchos animales y plantas y reducir la biodiversidad. Las actividades mineras también contribuyen a la deforestación mundial, que como hemos comentado, contribuye al cambio climático. Además, las actividades mineras a menudo dejan residuos, que básicamente contiene todo el material de los residuos no utilizados de la mina.

2.5.3 Atmósfera La atmósfera es la capa más externa de la Tierra y está compuesta por diferentes gases que se extienden a varios kilómetros de distancia de la litosfera.

La fuerza gravitacional de la tierra asegura de que la atmósfera se mantiene en su lugar.

Alrededor del 97% de la atmósfera está ubicado a 30 km de la superficie del planeta, mientras que el límite superior de la atmósfera se extiende a 10,000 kilómetros de la Tierra. La composición química del aire dentro de 80 kilómetros de la superficie está compuesta principalmente por nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y otros gases (1%). Además de estos principales gases, la atmósfera contiene vapor de agua.

El ambiente desempeña muchas funciones que son críticas para la supervivencia de la vida en la tierra. La atmósfera superior contiene la capa de ozono, que es una fina capa de oxígeno situado a unos 14 a 50 km sobre la superficie. Realiza el papel crucial de la absorción del 97–99% de la radiación ultravioleta del sol, protegiendo así a la biosfera de sus efectos nocivos. Sin la capa de ozono, los organismos de la superficie de la Tierra sería destruida por la exposición directa a la radiación ultravioleta intensa, y los tejidos sin protección animal serian dañados.

Sin embargo, el ozono puede ser reducido a través de la liberación de clorofluorocarbonos, que fue un gran problema en todo el siglo 20. Los clorofluorocarbonos son compuestos altamente estables que pueden sobrevivir a la subida de la capa de ozono y a las moléculas de ozono.

Fueron comúnmente encontrados en refrigeradores, disolventes, propelentes, aunque se han ido eliminando gradualmente desde el Protocolo de Montreal en 1989. Otra función importante de la atmósfera es la regulación de temperaturas de la superficie a través del efecto invernadero. Cuando la radiación solar (en forma de luz y calor) entra en la atmósfera, algunas de ellas se reflejan hacia el espacio debido a la capa de ozono, mientras que otras continúan en la superficie.

De la radiación que alcanza la superficie, alguna es absorbida por la tierra, mientras que otra se refleja en la atmósfera. Sin embargo, la presencia de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y de metano atrapa parte de esta radiación de la Tierra, y absorben o reflejan de nuevo hacia la superficie. Esto crea un efecto invernadero, ya que atrapa la radiación cerca de la superficie y provoca el calentamiento del planeta que es importante para la función de la vida. Sin embargo, la reciente preocupación sobre el efecto invernadero o el cambio climático han surgido debido a la creciente concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera como resultado de la actividad humana.

2.6 Servicios Ambientales A pesar de todos los logros alcanzados en el desarrollo humano en los últimos dos siglos, todavía dependemos de que el medio ambiente nos proporcione los servicios necesarios. Estos servicios necesarios se conocen como servicios ambientales o servicios de los ecosistemas, ya que son procesos que ocurren en la naturaleza y que los seres humanos se benefician de ellos.

A pesar de que los diversos servicios ambientales han sido objeto de debate durante las últimas décadas, las definiciones formales de estos servicios fueron popularizados por las Naciones Unidas en el Millennium Ecosystem Assessment (MA) de 2004.

Esto incluye el suministro de recursos de agua dulce, las reservas de alimentos, minerales, energía (por ejemplo, la energía hidroeléctrica o geotérmica).

La regulación, se refiere a los procesos naturales que regulan beneficiosamente la biosfera y garantizan el equilibrio en los ecosistemas. Esto incluiría la regulación del clima, como la filtración natural del agua, y el control de las enfermedades.

El apoyo se refiere a la prestación de servicios que hacen a todos los otros servicios ambientales posibles. Esto incluye la formación del suelo, ciclos de nutrientes y la

polinización de los cultivos. Finalmente cultural se refiere a los beneficios que ofrece el medio natural para el desarrollo humano cognitivo y espiritual.

A pesar de los avances logrados en el desarrollo humano, debemos reconocer las limitaciones en el entorno natural, y darnos cuenta de que si se desarrolla fuera de la capacidad de carga de la tierra, estamos poniendo en mucha tensión a los servicios ambientales cruciales. Un ejemplo de esto es el resultado de las inundaciones del Huracán Katrina o las intensas olas de calor y tormentas en este de USA en el 2012.

Los diques que se construyeron en el río Mississippi se han diseñado para evitar las inundaciones que se produzcan a lo largo del río. Sin embargo, algunas inundaciones del río eran necesarias para garantizar que la vegetación de los humedales continúe creciendo y proliferando en la zona.

Pero desde que los diques han impedido que las inundaciones se produzcan, la vegetación de los humedales fue desapareciendo, y cuando azoto el huracán Katrina, el agua fluyó por completo a través de los diques construidos por humanos e inundo a la ciudad, donde causó una enorme devastación y la pérdida de vidas.

2.7 Fenómenos Naturales Aunque la mayoría de los procesos naturales de la Tierra siguen patrones predecibles y rutinarios, hay ocasiones en que algo va a ocurrir en el ambiente que sea raro o impredecible.

Nos referimos a estos acontecimientos como fenómenos naturales, porque se originan en el entorno natural. Podemos dividir los fenómenos naturales en tres categorías diferentes: Geológicos (por ejemplo, erupciones volcánicas, terremotos), oceanografía (por ejemplo, tsunamis), o meteorológicos (por ejemplo, huracanes, tsunamis).

Muchas veces estos eventos serán de una gran magnitud que provocan la destrucción de asentamientos humanos y la pérdida de la vida.

Nos referimos a estos como desastres naturales, aunque el término “desastre natural” es discutible, como veremos más adelante en el tema. Como ejemplo, echemos un vistazo a los fenómenos naturales de un tornado. Un tornado es una columna relativamente pequeña pero violenta de aire que gira y que está en contacto con la tierra y de una nube. Las velocidades del viento en un tornado son generalmente 177 km/h, y miden 80m de ancho.

Aunque los tornados son relativamente pequeños y sólo duran un promedio de 8 a 10 minutos, son muy intensos, y puede destruir fácilmente casas u otras estructuras. Los tornados comienzan cuando el aire frío y seco se encuentra con aire caliente y húmedo. Trampas de aire frío sobre el aire caliente impiden su ascenso.

Ahora atrapado el aire caliente empieza a girar horizontalmente antes de que sea lo suficientemente fuerte como para penetrar en el techo de aire fresco. Esto hace que el aire frío caiga rápidamente, impulsando al alza más aire caliente.

Este ciclo continúa hasta que se forma un vórtice girando, hasta el momento en que el vórtice toque tierra, causando la devastación a su paso. Como puede ver, los tornados son de origen natural, eventos que se pueden explicar en términos científicos.

Por ejemplo, muchos departamentos de planificación de la ciudad han implementado leyes para prevenir el desarrollo urbano que se produzcan en las áreas que son propensas a las inundaciones - después de todo, la mejor manera de evitar un desastre natural es la de evitar que se acumule en un lugar que es vulnerable a los desastres naturales. Además, la aplicación de la última tecnología puede ayudar a reducir el daño cuando se golpeó.