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• Jesus Manuel Silva Godines

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INSTITUTO TÉCNOLOGICO DE CHILPANCINGO

SUBTEMAS: 2.1 El ecosistema. 2.2 Flujo de energía. 2.3 Ciclos biogeoquímicos. 2.4 Biodiversidad (desde genes ha ecosistemas). 2.5 Recursos naturales. 2.5.1 Hidrósfera. 2.5.2 Litósfera. 2.5.3 Atmósfera. 2.6 Servicios ambientales. 2.7 Fenómenos naturales.

DESARROLLO SUSTENTABLE

ING. CIVIL

22/02/20 16

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. 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. Los incendios son por lo tanto, los eventos que alteran la cantidad de animales y plantas que interactúan en un ecosistema cuando se producen, las perturbaciones inducidas humanas en los ecosistemas pueden tener consecuencias perjudiciales e irreversibles. Toda la vida en un ecosistema tiene un valor y contribuye de alguna manera a otra vida. Sin embargo, los ecosistemas son sensibles a las perturbaciones introducidas por los seres humanos y la naturaleza. En algunos casos estas alteraciones pueden tener consecuencias irreversibles para la longevidad de los ecosistemas.

2.2 FLUJO DE ENERGÍA 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. Básicamente, cualquier trabajo que se realiza en el medio natural (cualquier movimiento de la materia) está vinculada a la 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. 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. Eventualmente, los herbívoros se conviertan en una fuente de energía para los carnívoros (animales que se alimentan de otros animales) que se convierten en una fuente de energía para otros carnívoros o humanos. Esta relación entre las plantas y otras especies de un ecosistema se llama la cadena alimentaria. La cadena alimentaria se compone de los flujos de energía, a partir de la entrada de la energía solar y terminando con la creación de los alimentos. Sin embargo, el total de energía que pasó de un organismo a otro es tan sólo el 10% del

organismo anterior. Por lo tanto, a medida que avanza en la cadena alimentaria, hay una menor oferta de energía disponible.

2.3 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Agua, carbón, oxígeno, nitrógeno, fósforo y otros elementos recorren estos ciclos, conectando los componentes vivos y no vivos de la Tierra.

Ciclo del Agua Es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrosfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico Comprende los siguientes pasos: a.

Evaporación por la acción del sol y la formación de las nubes.

b.

Las nubes, por los vientos, se desplazan hacia la tierra; estas se forman cunado se enfrían lo suficiente para que se produzcan góticas muy pequeñas que quedan suspendidas en la atmósfera a través de la condensación.

c.

La precipitación ocurre cuando las gotas de agua suspendidas caen en forma líquida como lluvia, o en forma sólida como granizo o nieve.

d.

Parte de esta agua se filtra en el suelo, otra corre por la superficie formando ríos hasta que regresa de nuevo al mar.

e.

Parte de esta agua regresa de nuevo a la atmósfera por medio de la evaporación

El ciclo del Oxígeno El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este patrimonio abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos. El producto es agua. El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de

carbono (de bióxido de carbono) a carbohidratos. Al final se produce oxígeno molecular y así el ciclo se completa. Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de bióxido de carbono. Inversamente, por cada molécula de bióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno. El ciclo del Carbono El ciclo comprende la transferencia del bióxido de carbono y el carbono orgánico entre la atmósfera, donde está principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde está en forma de carbono orgánico e inorgánico. El proceso de fijación del carbono atmosférico se produce por microorganismos fotolitógrafos y quimiolitotrofos. El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmósfera como resultado de la respiración. La formación de metano (CH4) por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias. El metano no es utilizable por otros organismos. La principal fuente de metano atmosférico es la biógena y, dentro de ella, la producción de este gas durante el proceso de fermentación que tiene lugar en el rumen de los herbívoros.

El ciclo del Nitrógeno Fijación del nitrógeno Proceso de reducción del N2 atmosférico, no asimilable, a NH4+ asimilable por las plantas y, a través de ellas, por toda la cadena trófica. La fijación de nitrógeno se produce únicamente por bacterias en condiciones anaerobias y requiere el consumo de una gran cantidad de energía. La fijación de nitrógeno supone unos 2x108Tm al año (unas 8 veces la producción anual de abonos nitrogenados). Amonificación Consiste en la liberación del NH4+ de las moléculas inorgánicas. Es un proceso microbiano producido por microorganismos ureolíticos y por especies que posean desaminasas. Nitrificación Proceso en el que ciertos quimiolitotrofos utilizan la energía liberada en la oxidación del NH4+ para sus reacciones metabólicas. Este proceso es muy poco eficiente, por lo que es necesaria la oxidación de una gran cantidad de substrato para que pueda producirse un crecimiento apreciable de este tipo de microorganismos. Por otra parte, el proceso es obligadamente aerobio. La nitrificación produce un cambio notable en el estado de oxidación del nitrógeno fijado al pasar de forma catiónica (NH4+) a aniónica (NO3-). En suelos arcillosos de gran carga negativa, el NH4+ queda retenido con más facilidad, mientras que el NO3- no se retiene y pasa a aguas subterráneas con lo que sale del sistema. Un efecto colateral negativo de la nitrificación es que los nitratos son tóxicos para animales ya que pueden dar lugar, entre otros

efectos indeseables, a la producción de nitrosaminas y de otros agentes cancerígenos. En ciertas ocasiones, se han utilizado inhibidores de la nitrificación para reducir estos efectos en el suelo. Desnitrificación Se produce por la actividad de microorganismos que, en condiciones de anaerobiosis, son capaces de utilizar NO3- y NO2- como aceptores finales de electrones en procesos de respiración anaerobia. Los productos finales son diferentes estados de oxidación del nitrógeno (NO, N2O, N2) dependiendo de la disponibilidad de materia orgánica, de la concentración de nitratos y del pH del suelo. Este proceso cierra el ciclo del nitrógeno: es una reducción desasimiladora.

2.4 BIODIVERSIDAD ECOSISTEMAS.)

(DESDE

GENES

HASTA

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. Por ejemplo, la creciente prevalencia de los monocultivos (cultivos con maquillaje genético casi idéntico) en los cultivos genéticamente modificados ha llevado a los cultivos a ser susceptibles a la enfermedad. La introducción de una enfermedad en particular a una población susceptible de cultivos podría acabar con toda la cosecha. Sin embargo, en cultivos más diversos podría haber algunas plantas con resistencia a la cepa particular de bacterias, lo que garantizaría la supervivencia de los cultivos, y la posterior sanción por este código genético para los futuros cultivos. Además de la

diversidad genética, es importante contar con la diversidad entre todos los diferentes organismos de una zona determinada, así esto garantizaría que el ecosistema en su conjunto sería capaz de sostener cualquier cambio repentino en el ambiente. Sin embargo, los seres humanos pueden introducir organismos en un ecosistema determinado que elimina un cierto segmento de la población del ecosistema. Por lo tanto, alteraciones provocadas por humanos a los ecosistemas puede tener consecuencias perjudiciales e irreversibles. A fin de alcanzar un futuro más sostenible, el desarrollo humano debe ser más consciente de la biodiversidad y buscar activamente promover la diversidad de especies de la Tierra.

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. Recursos renovables Son aquellos que pueden recuperarse por sí mismos, pero que deben utilizarse racionalmente para evitar su agotamiento. Ejemplos de recursos renovables son: la flora, la fauna y el suelo. Así pues, la diferencia entre recurso inagotable y otro renovable está en la necesidad de utilizarlo teniendo en cuenta la rapidez de su regeneración. Si la explotación no afecta su recuperación, estamos frente a un recurso inagotable. Por el contrario debemos ser prudentes con el uso de recursos renovables para que puedan recuperarse continuamente. El desarrollo sustentable, busca el balance entre los procesos ecosistémicos, los sociales y los económicos, de

manera que estos sectores se vean beneficiados y se produzca bienestar. Si bien las políticas públicas deben motivar o incentivar a todos los actores involucrados en el proceso de la sustentabilidad, la posible solución se encuentra en manos de todos: individuos reunidos en comunidades, empresarios ya sean grandes o pequeños responsables de los sistemas de producción y bienes y servicios, los científicos y el desarrollo de las nuevas tecnologías: se trata, al final, de buscar el bienestar de la sociedad. La educación puede armonizar los objetivos del desarrollo social y económico con los de carácter ambiental. Recursos no renovables El hombre, desde tiempos remotos, aprendió a extraer de la corteza terrestre los materiales que le son útiles para el desarrollo de sus actividades. Estos recursos naturales son los depósitos de minerales, que han tenido y tienen gran importancia en el progreso de la humanidad.

2.5.1 HIDRÓSFERA Se llama hidrosfera al conjunto de toda el agua que hay en la tierra. De acuerdo con la extensión y el lugar geográfico que ocupa el recurso hidro, recibe el nombre de océanos, mares, ríos, lagos pantanos, glaciares… la mayor parte del agua está en los océanos ocupando tres cuartas partes de la superficie terrestre. 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, la energía térmica es necesaria añadir a las moléculas de agua. 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. 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. Cabe señalar que hay una cantidad fija de agua presente en el planeta, el agua no se puede ni añadir ni quitar de la tierra. Sin embargo, el comportamiento humano también puede tener un enorme impacto en el agua disponible.

Por ejemplo, muchos asentamientos humanos (incluso ciudades) dependen del agua subterránea o acuíferos como fuente para el riego o potable. Sin embargo, el agua subterránea a menudo lleva miles de años para acumularse y cuando se agotan o se contaminan, ya no puede proveer de agua dulce.

2.5.2 LITÓSFERA Es la capa superficial solida del planeta. Está formada por la corteza y por la parte superficial solida denominada manto residual. Litosfera oceánica: está formada por la corteza oceánica y el manto residual. Litosfera continental: formada por la corteza continental y el manto residual. 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.

2.5.3 ATMÓSFERA Se llama atmosfera a una mezcla de gases que rodea a cualquier cuerpo celeste, cuando este posee un campo gravitatorio suficiente para impedir la salida de tales gases. 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. 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. 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 a 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. Antes de la Revolución Industrial, las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera eran 278 ppm (partes por millón).Debido a la industrialización y mayores niveles de desarrollo, desde entonces, las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado casi un 40%, y se sitúan en 392 ppm, que es 42 ppm más alto que el nivel de seguridad identificado a 350 ppm. Sin lugar a dudas, el dióxido de carbono ha aumentado en la atmósfera debido a actividades humanas. La única manera de frenar el cambio climático y reducir las concentraciones de dióxido de carbono a un nivel seguro en la atmósfera es la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por 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. El MA propone a los servicios ambientales agrupados en cuatro categorías principales: 1.- aprovisionamiento 2.- de regulación 3.- apoyo 4.-cultural Aunque cada categoría se puede estudiar de forma independiente, es importante tener en cuenta también cómo cada categoría está interrelacionada. Aprovisionamiento se refiere a la oferta de recursos para el consumo humano o su utilización. 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. Por lo tanto, los seres humanos debe ser consciente de cómo su desarrollo afecta al buen funcionamiento de los servicios ambientales y tratar de integrar los servicios ambientales naturales tanto como sea posible cuando se lucha contra las restricciones impuestas por el medio ambiente. Muchos economistas han sugerido que los servicios ambientales son tan cruciales para la vida que también se les conoce como el capital natural. El capital, como sabemos, por lo general se refiere al valor de un bien particular en el sistema capitalista (el capital financiero, por ejemplo). Sin embargo, tal como entendemos ahora, el medio ambiente administra los servicios que proporcionan un valor fundamental para el buen funcionamiento del desarrollo humano. Al referirse a los servicios ambientales como “capital natural” estamos poniendo en su justo valor los procesos naturales. Muchos dirán que esto nos motiva a proteger más el medio ambiente y podría dar lugar a prácticas empresariales más sostenibles en el futuro. Al final, los seres humanos dependen del medio ambiente para el desarrollo, si descuidamos la protección de servicios ambientales en nuestros modelos económicos, estamos allanando el camino para una mayor degradación del medio ambiente y el posible colapso de la civilización.

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. Aunque la mayoría de los fenómenos naturales son inofensivos, hay algunos que han causado enormes daños a los asentamientos humanos. En lugar de luchar contra las fuerzas de la naturaleza, los seres humanos deben tratar de trabajar con la naturaleza y desarrollar de una manera que no aumente la vulnerabilidad humana a los desastres naturales.