El medio ambiente y la humanidad

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1 unidad 1 contenidos 1. El medio ambiente como sistema 2. Cambios ambientales en la historia de la Tierra 3. Medio ambiente frente a humanidad El medio ambiente y la humanidad

2 El medio ambiente y la humanidad 7 1. El medio ambiente como sistema 1.1. Las ciencias ambientales En la actualidad, la humanidad se encuentra en un mundo complejo con muchos problemas ambientales que no sabe muy bien cómo resolver. Cuanto más estudiamos el medio ambiente y las relaciones locales, regionales y globales que se establecen entre el medio y nosotros mismos, más nos damos cuenta de dicha complejidad, ya sea en el uso de los recursos, la contaminación, el cambio climático o la protección de espacios naturales. Se aboga por utilizar un modelo interpretativo, y no meramente descriptivo, para llegar a la raíz de los problemas ambientales y para conocer todos los tipos de relaciones (ecológicas, económicas, sociales, etc.) que subyacen en este tipo de problemas. Por ello, es necesario establecer interpretaciones multicausales, de modo que cualquier conflicto ambiental no puede ser nunca comprendido exclusivamente en términos ecológicos, ni tampoco económicos o sociales. Biosfera Noosfera Sociosfera Tecnosfera a Figura 1.1. Sistemas ambientales interrelacionados. Se ha de considerar el medio ambiente como un sistema con una serie de subsistemas interrelacionados, cuyo estudio debe ser afrontado desde diversas disciplinas en interacción continua, de ahí que se hable de interdisciplinariedad como característica esencial de dicho estudio. Se ha realizado una estructuración en diversos sistemas ambientales, que son abordados desde diversas perspectivas correspondientes a distintas disciplinas de las ciencias naturales y humanas. Los sistemas fundamentales son: La biosfera: es el sistema de la Naturaleza, comprende el espacio en el que se desarrolla la vida. La tecnosfera: es un sistema de estructuras creadas por la especie humana y encuadradas en la biosfera (asentamientos humanos, fábricas, vías de comunicación, etc.). La sociosfera: conjunto de entidades de creación humana que hemos desarrollado para controlar las relaciones internas y sociales respecto de los otros sistemas: instituciones políticas, económicas, culturales, etc. La noosfera: cuerpo de conocimientos aplicados a la gestión de las relaciones entre los seres humanos y la biosfera. Cada día se incrementa más el valor de la información como un «activo intangible» a añadir a productos y servicios. La metodología interdisciplinar pretende superar la separación entre las disciplinas que, sin duda, ha cumplido y cumple su papel en la necesaria división del trabajo intelectual, pero que llevada al análisis de problemas complejos, como son los ambientales, impide la imprescindible comunicación de saberes. Un modelo interdisciplinario para el análisis de los problemas ambientales se presenta en la figura 1.2, considerando que dentro de la perspectiva ecológica se integran todas las disciplinas científicas que estudian la Naturaleza, es decir, las ciencias físicas, químicas, biológicas y geológicas. Geográfica Urbanística Psicológica Ecológica Sociológica Jurídica Sanitaria PROBLEMA AMBIENTAL Tecnológica Política Económica Ética Histórica Pedagógica a Figura 1.2. Modelo interdisciplinario para el análisis de problemas ambientales. Cada problema se puede enfocar desde diferentes perspectivas. Y

3 8 Unidad 1 Y 1.2. Concepto de medio ambiente El medio ambiente ha sido y es objeto de polémicas semánticas respecto de la idoneidad de los términos usados, incluso existe quien piensa que es una redundancia usar los dos vocablos: «medio» y «ambiente». Una de las primeras definiciones se acuñó en 1972, en el marco de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente Humano, celebrada en Estocolmo (Suecia) y promovida por la UNESCO; es la siguiente: «El medio ambiente es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas». Sin embargo, debido a su complejidad y subjetividad, se admiten diferentes acepciones, como las definiciones amplias o las sistémicas. Un ejemplo de definición amplia propuesta por biólogos es la siguiente: «El conjunto de todas las condiciones externas que actúan sobre un organismo, una población o una comunidad. Clásicamente podemos distinguir dentro del medio ambiente elementos climáticos y elementos de naturaleza química, pero también podemos diferenciar elementos de tipo biótico. Los elementos físico-químicos constituyen los determinantes primarios para el comportamiento y desempeño de los seres vivos en condiciones naturales». Las definiciones sistémicas se apoyan en la teoría de sistemas, que utiliza la palabra ambiente como concepto fundamental. Así, un grupo de expertos del MAB (Man and Biosphere, programa de la UNESCO) daba la siguiente definición en plural: b Figura 1.3. Medio ambiente natural, caracterizado por un nulo o muy escaso grado de humanización. «Los medio ambientes son sistemas multidimensionales de interrelaciones complejas en continuo estado de cambio».

4 El medio ambiente y la humanidad 9 Al observar la diversidad de la Naturaleza, el hombre ha intentado clasificarla con diferentes criterios y para distintos fines. Con respecto al medio ambiente, se han distinguido de forma simple y siguiendo un criterio de menor a mayor humanización: el medio natural, el medio rural y el medio urbano El sistema como modelo de estudio. Tipos de sistemas El estudio del medio ambiente, o de los diferentes medio ambientes, se ha de realizar en el marco que ha configurado la cibernética *, y en concreto, la teoría de sistemas. Dentro de esta teoría, se define el concepto de sistema. Sistema es un conjunto de elementos o componentes y las relaciones entre ellos; generalmente, la relación entre los componentes de un sistema consiste en un trasvase o intercambio de información, de materia o de energía. Así, un sistema tiene composición (elementos constitutivos), estructura (relaciones de influencia) y entorno o límites del sistema (elementos ajenos a él, como materia, energía e información). AA Cibernética: es conocida como la ciencia del control o el arte de gobernar, puesto que ciber significa control o gobierno. Los sistemas presentan una serie de rasgos que los definen: Carácter multivariable: el número de variables (o elementos) de un sistema es normalmente elevado y aumenta con el nivel de integración. Carácter global: un sistema no es solo la suma de sus elementos, sino también la de sus interrelaciones. Estructuración por niveles: el sistema se estructura por niveles de organización, los cuales conducen a subsistemas de orden diferentes, apareciendo la jerarquización con el grado de complejidad de sus elementos. Suele ocurrir que los componentes de un sistema están formados, a su vez, por otros más elementales con sus propias relaciones (por ejemplo, un ecosistema tiene dos componentes: biotopo y biocenosis, pero a su vez el biotopo está constituido por otros elementos, como suelo, agua, temperatura, pluviosidad, etc.; y la biocenosis se subdivide en organismos productores, consumidores, descomponedores). Es decir, un sistema puede dividirse en subsistemas entre los que se producen interacciones. Como resultado de tales interacciones, los estados futuros del sistema quedan limitados o restringidos dentro de un número de posibilidades que, a priori, se podría imaginar mayor. Los organismos y los ecosistemas comparten las regularidades de todos los sistemas físicos. En ellos, los cambios energéticos nunca son totalmente reversibles y dejan huella en forma de organización, complejidad o información, que sigue acumulándose inevitablemente a las condiciones bajo las cuales existe la vida. Esto ha hecho que la biosfera, como sistema, haya adquirido complejidad a lo largo de la historia evolutiva, y que su interacción con la parte no viva del planeta (litosfera, hidrosfera y atmósfera) haya conducido a mecanismos de regulación a escala planetaria, como veremos más adelante al tratar la hipótesis Gaia. Y

5 10 Unidad 1 Y SISTEMA LAGO Energía Salida materia Calor CO 2 O 2 Plantas, Algas Subsistema B Biotopo Subsistema A CO 2 O 2 Herbívoros Subsistema C Descomponedores Subsistema E materia Carnívoros Subsistema D a Figura 1.4. Sistema biológico (ecosistema) correspondiente a un lago y los subsistemas implicados. Relaciones causales Aquellas relaciones en las que puede establecerse la causa de un fenómeno y el efecto que produce sobre dicho fenómeno la variación de la causa, cuando el fenómeno es el resultado de la interacción entre variables. Por ejemplo, el fenómeno de la sensación térmica en una zona del planeta está relacionado con la temperatura del aire en esa zona y esta variable depende (entre otras variables) de la insolación (energía térmica solar recibida). La relación entre estas variables puede expresarse mediante el siguiente diagrama: Insolación Tª aire De modo que una de las causas de la temperatura del aire es la insolación que recibe esa zona. En este caso, una mayor insolación ( ) producirá o será la causa de un aumento de la temperatura del aire ( ). Cuando la desviación de una variable en un sentido produce la desviación de otra variable en el mismo sentido, se habla de una relación directa y se representa con el signo (+). En caso contrario, si un aumento produce una disminución o viceversa, se llama relación inversa y se representa con un signo ( ). Interacciones o relaciones causales En los sistemas causales, como se tiende a denominarlos actualmente, se establecen una serie de interacciones o relaciones causales, que pueden ser de diferente tipología y se suelen representar con diagramas de flechas para establecer la relación causa-efecto entre diferentes variables. Como tipos de relaciones se distinguen: Relaciones simples, que pueden ser directas, inversas y encadenadas (fig. 1.5). Relaciones complejas, que se producen por retroalimentación positiva o negativa. Las relaciones simples consisten en una influencia unilateral de una variable del sistema sobre otra. Se llaman directas si una desviación (aumento o disminución) en un sentido de una variable produce una desviación en el mismo sentido en otra variable y se representa con el signo (+). Son inversas si una desviación en un sentido implica otra desviación en sentido contrario (un aumento produce una disminución, y viceversa) y se representa con un signo ( ). Las relaciones encadenadas se producen entre más de dos variables, aunque el resultado global será de tipo directo o inverso. Las relaciones complejas se producen cuando una variable influye sobre otra u otras y esta/s determinan una variación de la primera; por tanto, se forma una cadena de relaciones causales en círculo, por lo que al conjunto de relaciones de este tipo se le denomina bucle de retroalimentación o de realimentación. La retroalimentación o feedback puede ser positiva o negativa; la primera aparece cuando la desviación (incremento o disminución) en el sentido de una variable produce una desviación en el mismo sentido en otra variable y esta, a su vez, provoca el mismo tipo de desviación en la primera variable. La negativa tiende a controlar los bucles de retroalimentación positiva, puesto que estos no podrían mantenerse por mucho tiempo. En ella, la desviación en el sentido de una variable provoca la modificación en ese mismo sentido de otra/s variable/s, pero esta alteración causa una desviación en sentido contrario sobre la primera variable.

6 El medio ambiente y la humanidad 11 RELACIONES DIRECTAS [CO 2 ] atmosférica Temperatura RELACIONES INVERSAS Depredadores Bosques (+) (+) ( ) ( ) Biomasa vegetal Biodiversidad Presas Erosión edáfica Mecanismos de retroalimentación (feedback) El feedback positivo conduce a un reforzamiento del proceso inicial, de tal forma que poco a poco se aleja de su estado primitivo. Se llama también «de refuerzo». Estado RELACIONES ENCADENADAS Producción CO 2 Nivel del mar (+) ( ) Temperatura media a Figura 1.5. Representaciones de variables sometidas a distintas relaciones. ( ) Hielos polares Tipos de sistemas Los sistemas pueden clasificarse según diferentes criterios. Desde un punto de vista termodinámico, se diferencian los sistemas aislados, los sistemas cerrados y los sistemas abiertos. Los sistemas aislados o adiabáticos no intercambian materia ni energía con el entorno; no son reales, solo existen en condiciones artificiales de laboratorio. Los sistemas cerrados son aquellos que no pueden intercambiar materia con su entorno, pero sí energía. En estos se cumple la ley de conservación de la energía y en ellos existe la posibilidad de transformación de materia, dentro del sistema, por reacción química. Estos sistemas terminan por envejecer y agotarse. Los sistemas abiertos se caracterizan porque pueden intercambiar materia y energía con su entorno; ningún aspecto de su comportamiento está determinado estrictamente desde dentro del sistema. A los sistemas abiertos pertenecen los seres vivos, los ecosistemas, el planeta Tierra, etc. Tiempo Variable sometida a feedback positivo. El feedback negativo reduce los efectos del proceso inicial, de tal forma que conduce a la estabilidad del sistema. Aparece en los mecanismos homeostáticos o de regulación. Estado Equilibrio Tiempo Variable sometida a feedback negativo. Características de los sistemas abiertos Los sistemas abiertos, como los ecosistemas o la propia biosfera, presentan unas características típicas: Importación, transformación y exportación de energía. En los sistemas abiertos se dan estos tres procesos. Esto se pone de manifiesto en cualquier ecosistema. Entropía * negativa. Los sistemas abiertos importan más energía que la que exportan, y almacenan la diferencia. Ocurre siempre en los seres vivos cuando crean estructuras corporales, es decir, cuando forman biomasa en los procesos de desarrollo y crecimiento. Los seres vivos están muy organizados y dicho orden aumenta con el tiempo a expensas de aumentar el grado de desorden del entorno (disipación de calor). AA Entropía: magnitud del estado de un sistema termodinámico, cuyo cambio en cualquier proceso reversible diferencial es igual al calor absorbido por el entorno, dividido por la temperatura absoluta del sistema. En las transformaciones reales (procesos irreversibles), la entropía aumenta constantemente. Expresa la medida del desorden de un sistema y es una consecuencia del segundo principio de la termodinámica, conocido como principio de la degradación de la energía. Y

7 12 Unidad 1 Y a Figura 1.6. Los seres vivos disminuyen la entropía cuando forman biomasa organizada en el proceso de crecimiento. Información feedback negativo o retroalimentación negativa. Los sistemas abiertos no solo importan energía, sino también información. Uno de los tipos más sencillos de información es el llamado feedback negativo, que permite corregir las desviaciones. Un ejemplo cotidiano es el sistema de regulación de la temperatura de un calefactor o de un frigorífico (fig. 1.8). T Estímulo Mensaje Mensaje Respuesta Aparato Receptor de control Efector F E F E X F S T T T Retroalimentación a Figura 1.7. Esquema simplificado de retroalimentación negativa. Temperatura (T) en un frigorífico. a Figura 1.8. El equilibrio estacionario en un sistema abierto. El equilibrio de los flujos se alcanza cuando, por ejemplo, en un recipiente abierto, el flujo de entrada F E corresponde al flujo de salida F S (no se tienen en cuenta las modificaciones que pueden afectar al sistema, por motivos de simplificación). F S Estabilidad y homeóstasis dinámica. Los sistemas abiertos que sobreviven se caracterizan por su estabilidad. Existe una continua importación de energía, pero las relaciones entre las partes no cambian, y se mantiene un equilibrio dinámico, dentro de ciertos límites, que en los sistemas abiertos se denomina equilibrio de flujos. Por ello, se representan mediante diagramas de flujos. En los sistemas biológicos, los sistemas de integración de la información y de control se caracterizan por actuar a través de circuitos de retroalimentación.

8 El medio ambiente y la humanidad 13 Energía solar Energía química (fotosíntesis) Energía química (alimentos) Energía mecánica, etc. (moverse, pensar, vivir) Calor disipado Calor disipado Calor disipado Calor disipado a Figura 1.9. El principio de degradación de la energía aplicada a los sistemas vivos El sistema Tierra y la hipótesis Gaia El sistema Tierra Para entender el funcionamiento del sistema Tierra y prever su estado futuro, es necesario avanzar en la observación del mismo y hacer modelos de los procesos, los cuales nos ayudarán a comprender el clima y los sistemas biogeoquímicos, es decir, los sistemas que incluyen las interacciones biológicas, físicas y químicas. La NASA está elaborando un modelo del sistema Tierra (fig. 1.10) que tiene en cuenta los fluidos (hidrosfera y atmósfera) y los organismos conectados a la actividad humana, con dos componentes principales: el sistema climático físico y los ciclos biogeoquímicos. Además, tiene en cuenta tres variables externas: el Sol (fuente de energía principal), las erupciones volcánicas esporádicas (impiden la llegada de la energía solar) y las actividades humanas actuales (añaden a la atmósfera polvo y gases, y acentúan la ocupación del suelo). física y química de la atmósfera cambios climáticos agentes externos Sol volcanes química y dinámica de la estratosfera dinámica de los océanos biogeoquímica del agua ciclo del agua evaporación suelo ecosistemas terrestres CO2 ocupación de los suelos actividades humanas química de la troposfera CO2 a Figura Modelo global del sistema Tierra (diagrama de Bretherton). contaminantes Y

9 14 Unidad 1 Y Hipótesis Gaia Hay autores como J. E. Lovelock y L. Margulis, entre otros, que sostienen que los seres vivos (o en su conjunto, la biosfera) adquirieron la capacidad de controlar el medio ambiente global para cubrir sus necesidades. De modo que la biosfera es algo más que un catálogo de especies: es una entidad con propiedades mayores que la suma de sus partes. Esta enorme criatura hipotética, con la poderosa capacidad de renovar el aire del planeta entero, y, por tanto, con capacidad homeostática para regular los procesos relacionados con la vida, ha sido denominada Gaia, y es la personificación griega de la Madre Tierra. a Figura El planeta Tierra presenta unas características especiales que hacen pensar en mecanismos homeostáticos que no existen en otros planetas. % b3tesis_gaia Página web en la que se expone el documento El mundo de las margaritas que Lovelock utilizó para ilustrar la hipótesis Gaia. Gaia: entidad compleja que implica a la biosfera, la atmósfera, los océanos y la tierra, formando un sistema cibernético con tendencias homeostáticas capaz de regular los procesos relacionados con la vida. Esta hipótesis se apoya en algunos argumentos interesantes, entre los que destacan: La biosfera regula la concentración de oxígeno atmosférico. Una concentración del 21% es ideal para la existencia de los árboles y de otras muchas criaturas. La composición química de la atmósfera terrestre (79% de N 2 ) es anómala respecto de Venus (1,7% de N 2 ) y Marte (2,7% de N 2 ). Cabría esperar que el nitrógeno formara un compuesto más estable; no el N 2, sino el ion nitrato (NO 3 ). La conversión del ion nitrato en nitrógeno gaseoso es un proceso «cuesta arriba» (se necesita gasto de energía), lo cual requiere la presencia de vida. La temperatura media de la Tierra se ha mantenido constante a través del tiempo. El Sol, como otras estrellas similares, ha ido aumentando en luminosidad desde su origen. Se cree que hace millones de años era un 30% menos luminoso que en la actualidad. De este modo se presenta una paradoja: la energía liberada por el Sol era más débil en el pasado, mientras que la temperatura media de la Tierra parece haber permanecido dentro de ciertos límites. Esto solamente se puede explicar haciendo intervenir un sistema controlador como la biosfera. Los gases de la atmósfera tienen un origen principalmente biótico, y la constancia de sus concentraciones se ha mantenido por mecanismos sensores y de control dentro de la biosfera. a Figura James Lovelock. i LOVELOCK Y GAIA «En este planeta fiable y previsible de los geólogos, a la biosfera se la consideraba como espectadora, y no se le permitía entrar en juego»... «Creemos que las condiciones en la Tierra son las apropiadas para la vida porque nosotros y toda vida, por medio de nuestros esfuerzos, hemos hecho que sea así y siga así. Esto no es nada nuevo, la idea de que la vida pueda tener capacidad de moldear las condiciones de la Tierra y perfeccionarlas lo máximo posible para la situación de la biosfera contemporánea, ya se ha insinuado en el pasado (Redfield, Hutchinson y L.G. Sillen); en sus tiempos se consideraba un pensamiento tan radical que iba más allá de la discusión científica. La referencia más antigua que he encontrado a la idea de que la vida podría haber moldeado la Tierra para ajustarla a sus propias necesidades, es el ejemplar de junio de 1875 de Scientific American». LOVELOCK, J ET. AL.: Gaia. Implicaciones de la nueva biología. Ed. Kairós. Barcelona. 1989

10 El medio ambiente y la humanidad 15 El conocimiento de las interacciones existentes entre los diferentes subsistemas permitirá conocer el sistema Tierra y su evolución futura. Las principales interacciones se reflejan en la figura Procesos climáticos O 3 Gases que provocan pérdidas de ozono HIDROSFERA Fitoplancton Zooplancton Reciclado de nutrientes Sedimentos oceánicos Escorrentía Actividad agrícola Urea SO 2,NO x CO 2,CH 4,N 2 O Respiración descomposición Nitrato, materia orgánica muerta y descomponedores Carbono, nitrógeno, azufre, fósforo de plantas y animales Transpiración H 2 O Nitratos, sulfatos, fosfatos Fosfatos H 2 O N 2 Consumo de combustibles fósiles BIOSFERA Bacterias fijadoras del nitrógeno Metales tóxicos ATMÓSFERA Actividad industrial GEOSFERA a Figura Principales interacciones entre los subsistemas terrestres. ACTIVIDADES PROPUESTAS 1. Cuáles son los rasgos que definen a los sistemas como modelos de estudio? 2. Define el medio ambiente desde la óptica de la teoría de sistemas. 3. Intenta diseñar un bucle de retroalimentación negativa ( ) sobre algún aspecto relacionado con el medio ambiente, según el modelo ejemplificado que se muestra. Cazadores ( ) Presas de caza 4. Qué tipo de relación se establece entre producción industrial y recursos? Y entre producción industrial y contaminación? Observa la figura. Contaminación Alimentos Recursos ESTADO DEL MUNDO Producción industrial Población (+) a Figura Base de retroalimentación. a Figura Posible escenario medioambiental. Y

11 16 Unidad 1 Y 2. Cambios ambientales en la historia de la Tierra 2.1. Tipos de perturbaciones o cambios Durante los millones de años de existencia del planeta Tierra han ocurrido muchos acontecimientos que han dejado testimonios de muy diverso tipo. Estos indicios o pruebas nos hablan de cataclismos geológicos, cambios químicos atmosféricos y cambios climatológicos globales y locales, así como de la aparición de los seres vivos y de la sustitución de unos grupos por otros. Los cambios biológicos pueden diferenciarse en lentos, como la evolución, y bruscos; estos últimos pueden ser locales, como alteraciones de las poblaciones, o globales, como extinciones y sustituciones (crisis bióticas). Las causas de los cambios de la biosfera en la historia de la Tierra pueden clasificarse en dos grupos, que se muestran en la siguiente tabla: Perturbaciones bióticas PERTURBACIONES QUE HAN OCASIONADO CAMBIOS EN LA BIOSFERA Perturbaciones abióticas Origen de la vida Origen de la fotosíntesis anoxigénica Origen de la fotosíntesis oxigénica Origen de la respiración aeróbica Origen de otros metabolismos biogeoquímicos importantes Origen de los organismos eucarióticos Origen de esqueletos que contienen calcio Origen de organismos bioturbadores Colonización de los suelos por plantas y animales Evolución de las angiospermas Evolución de los humanos Perturbaciones extraterrestres: Cambios en la luminosidad solar Impacto sobre la Tierra de meteoritos Cambios en la corteza: Aparición de grandes continentes (transición Arcaico-Proterozoica) Variación del vulcanismo en el tiempo Cambios en la distribución de masas continentales y oceánicas Cambios climáticos (principalmente glaciaciones) Cambios en el nivel del mar Cambios de polaridad magnética del planeta a Tabla 1.1. Perturbaciones en la biosfera a lo largo de la historia de la Tierra. Todos estos cambios ambientales deben servirnos para entender la dinámica planetaria, y así, a partir de su historia, prever el futuro del planeta y la influencia del hombre (como especie modificadora) en la dinámica global. d Figura El vulcanismo ha provocado numerosos cambios ambientales a lo largo de la historia de la Tierra, al hacer crecer los continentes y crear islas.

12 El medio ambiente y la humanidad 17 Indicadores paleontológicos Primeros procariotas anaerobios Aparición de los procariotas fotosintéticos Aparición de la fotosíntesis oxigénica Aparición de los eucariotas Aparición de los invertebrados 100% Atmósfera reductora Atmósfera oxidante 80% Composición de la atmósfera Nitrógeno 60% 40% Hidrógeno Dióxido de carbono Oxígeno 20% Ma a Figura Principales modificaciones químicas de la atmósfera terrestre Evolución en el Criptozoico El periodo de tiempo geológico llamado eón Criptozoico abarca los primeros millones de años (Ma) de la historia terrestre. Antiguamente, a este periodo se le denominaba de forma genérica Precámbrico (anterior al Cámbrico, periodo más antiguo del que se conocían fósiles). En la actualidad, el eón Criptozoico * se ha sustituido por tres eones: Hadeano * o Hádico: desde los Ma hasta los Ma. Arcaico o Arqueense: desde los Ma hasta los Ma. Proterozoico: desde los Ma hasta los 542 Ma. Los límites se establecen por grandes acontecimientos. Así, el Arcaico comienza con la edad de la roca más antigua encontrada, y el Proterozoico, con la oxidación de la atmósfera y el enfriamiento de la misma, lo que provocó las primeras glaciaciones. Los acontecimientos más relevantes que ocurren son: La Tierra se forma por acreción homogénea (hipótesis más aceptada). Se forma la litosfera actual, de unos 100 km de espesor. Formación de Pangea I, hace unos 650 Ma. Se origina un protoocéano por condensación del vapor de agua atmosférico, que terminó por precipitar. Era cálido y corrosivo (más de 80 C y elevada acidez debido a la presencia de CO 2 disuelto). Se forma la atmósfera reductora o protoatmósfera, con gases como H 2, CH 4, N 2, NH 3, CO, H 2 S. Su composición varía hacia los Ma, y se hace oxidante por el aporte de oxígeno de los seres vivos primitivos (cianobacterias con fotosíntesis oxigénica). La atmósfera no llega a tener el porcentaje de oxígeno actual hasta los Ma. Criptozoico: proviene del griego cripto (oculto) y zoo (animal). Alude al hecho de que es una época en la que no se conocen fósiles animales. Fanerozoico: deriva del griego fanero (visible) y zoo (animal). Indica que en esta época aparecen los fósiles animales. Hadeano: del dios griego de los infiernos, Hades, equivalente a Plutón. a Figura Formación de estromatolitos. AA Y

13 18 Unidad 1 Y Aparecen las primeras formas vivas (estromatolitos e improntas que recuerdan hileras de células; se atribuyen a cianobacterias, también llamadas algas verde-azuladas) en torno a los Ma, aunque los fósiles más antiguos con clara estructura celular datan de unos Ma como máximo. Hacia los Ma se originan las primeras células eucariotas, y hacia los 800 Ma se formarían los primeros eucariotas heterótrofos y pluricelulares, produciéndose la primera explosión de formas biológicas (fauna de Ediácara) en torno a los 670 Ma. Acontecen las primeras glaciaciones confirmadas, una al principio del Proterozoico (la glaciación de Gowganda en Canadá) y otras hacia el final del mismo periodo, de las que la más reciente, la Eocámbrica, dio lugar a la primera extinción masiva de seres vivos. DIVISIONES CRONOLÓGICAS Era Cenozoico Mesozoico Paleozoico Periodo Cuaternario Terciario Cretácico Jurásico Triásico Pérmico Carbonífero Devónico Silúrico Ordovícico Cámbrico Edad de la base (Ma) 1,8 65, a Tabla 1.2. Divisiones cronológicas según I.S.C (2004). Flujo del hielo? a Figura Extensión del casquete polar del final del Ordovícico, en el Sáhara. El punto con las interrogaciones representa el hipotético centro del casquete glaciar. Los asteriscos corresponden a otros testimonios glaciares Evolución en el Fanerozoico El eón Fanerozoico es mucho mejor conocido por ser más reciente y haber dejado mayor número de testimonios de lo acontecido. La presencia de animales con esqueleto externo que fosiliza fácilmente es el hecho que marca el límite entre los eones. Este eón se ha dividido en tres eras o periodos de tiempo más cortos, definidos por acontecimientos relevantes de tipo geológico o biológico. Paleozoico o era Primaria Los principales sucesos pueden resumirse en los siguientes: Hace unos 542 millones de años se produce una diversificación de la biosfera que ha sido llamada la explosión cámbrica. Aparecen la mayor parte de los phylla o grupos de seres vivos con un modelo común de organización biológica, con diferentes soluciones al problema del esqueleto externo protector: de naturaleza calcárea en los moluscos, fosfatídico en los braquiópodos y quitinoso en los artrópodos trilobites. El supercontinente Pangea I (Rodinia o Paleopangea) se disgrega y vuelve a formarse otro llamado Pangea II o Neopangea (el hipotetizado por Wegener en su teoría de la deriva continental), hace aproximadamente 300 Ma. Hace unos 500 Ma surgen los primeros animales con esqueleto interno, son los primeros vertebrados. Posteriormente, hacia los 400 Ma, aparecen las primeras plantas terrestres y los primeros insectos. Asimismo, tiene su origen el huevo amniota, que determina el desarrollo de los primeros reptiles. Esta enorme variedad de especies queda reducida por una extinción en el Devónico, atribuida a un enfriamiento global de la Tierra, y por la mayor extinción biológica conocida, la extinción pérmica, en torno a los 260 Ma, la cual se explica por los cambios climáticos, pues se piensa que el Pérmico fue el periodo de mayores contrastes climáticos. Los cambios climáticos están representados por las glaciaciones de principios de la era (durante el Cámbrico), y de finales (en el Pérmico). Entre ambos periodos, en el Ordovícico, hubo otra de menor importancia, aunque afectó a extensas regiones de lo que es hoy el desierto del Sáhara.

14 El medio ambiente y la humanidad 19 En el Pérmico, el clima se va calentando y volviéndose árido (durante este periodo se forman los mayores depósitos de sales conocidos), tal vez por la formación de Pangea II. Se producen tres orogenias: hurónica, caledónica y hercínica, que formaron las montañas más antiguas de la Tierra. Braquiópodo Ammonites Trilobites a Figura Ammonites, (moluscos) braquiópodos y trilobites resolvieron de diferente forma el problema de la proteccción corporal. Mesozoico (Secundaria) y Cenozoico (Terciario y Cuaternario) Durante el Mesozoico y el Cenozoico tienen lugar los siguientes acontecimientos principales: Comienza la rotura y dispersión de Pangea II, aparece el océano Atlántico y se origina la actual distribución de continentes y océanos. Inicialmente se forman dos grandes continentes llamados Laurasia (al norte) y Gondwana (al sur); entre ellos se sitúa el mar de Tetys (cuyo resto es el mar Mediterráneo). Posteriormente, Laurasia se partió originando Norteamérica y Eurasia, mientras que Gondwana se fragmentó en cinco partes: África, Sudamérica, Australia, India y la Antártida. Es el periodo de la más reciente orogenia, la alpina, que nos han dejado las grandes cordilleras como el Himalaya, los Andes o los Alpes. a Triásico 220 Ma b Eoceno 50 Ma a Figura Reconstrucción de la distribución de continentes en el Triásico (Secundaria) y en el Eoceno (Terciario). Aparecen los primeros mamíferos (210 Ma) y las primeras aves (150 Ma). Igualmente, se desarrollan los grandes reptiles o dinosaurios, que terminan por extinguirse, junto con otros grupos como los moluscos Ammonites, al final del Cretácico (65 Ma). La extinción de los dinosaurios La extinción de finales del Cretácico, que acabó con los dinosaurios, se cree que fue debida a la caída de un asteroide, ya que se ha encontrado en el límite K/T (Cretácico/Terciario) un estrato con alta concentración en iridio, un elemento en el que son ricos algunos asteroides. Dicho asteroide tendría unos 10 km de diámetro y habría caído en la península del Yucatán (México). Otra teoría postula que en esa época hubo grandes erupciones volcánicas, como las registradas en la India, que produjeron enormes masas de gases. Estas nubes gaseosas impidieron la llegada de la luz a la superficie y provocaron la muerte de todo tipo de organismos, desde plancton marino hasta dinosaurios. Y

15 20 Unidad 1 Y a Figura La aparición del genero Homo marca el inicio del periodo cuaternario. A nivel climático, durante el Mesozoico se presenta un clima tropical en latitudes medias y subtropical a templado en las altas latitudes, sin glaciares de casquete y con mares de templados a cálidos (en el Jurásico los mares estaban 15 C más calientes que en la actualidad). En el Cenozoico ocurren diversas glaciaciones (el enfriamiento comienza hace 40 Ma). Concretamente, en el último millón de años, se producen las cuatro glaciaciones cuaternarias registradas en el hemisferio Norte (Gunz, Mindel, Riss y Würm). Aparición de los primeros homínidos (hace 4 Ma) y del género Homo en África (hace unos 2 Ma), que se extiende por el resto de los continentes. En Europa aparece Homo antecessor, hace unos años (Atapuerca, Burgos). Norteamérica Europa Asia Atlántico África Arabia Sudamérica India Mar de Tetys Nueva Zelanda Australia Antártida Anomalías del iridio Volcanes Lugar del impacto a Figura Anomalías del iridio registradas en la Tierra en el límite K/T. ACTIVIDADES PROPUESTAS 5. Qué acontecimientos marcan los límites entre los grandes periodos de la historia de la Tierra o eones? 6. Qué cambios en la química atmosférica se debieron a la aparición de los seres vivos fotosintetizadores? 7. Qué diferencia existe entre las extinciones del Pérmico y las del Cretácico? 8. Qué acontecimientos afectaron a la Tierra durante el Paleozoico?

16 El medio ambiente y la humanidad Medio ambiente frente a humanidad 3.1. Influencias históricas de la humanidad en el medio ambiente La historia de las relaciones entre humanidad y naturaleza se resume en cuatro etapas con características propias en seis aspectos concretos: vida en sociedad, recursos energéticos, tecnología, producción de alimentos y bienes de consumo, calidad de vida e impacto ambiental *. Crecimiento continuo? Estabilización de la población? AA Impacto ambiental: según el diccionario de la Real Academia Española, conjunto de posibles efectos negativos sobre el medio ambiente de una modificación del entorno natural, como consecuencia de obras u otras actividades. Número de humanos (1 millón de años) Revolución por la invención de herramientas ( años) Revolución agrícola (100 años) Revolución científicoindustrial Colapso de la población? Tiempo a Figura La humanidad se ha expandido gracias a las innovaciones tecnológicas. Las líneas verdes representan diferentes escenarios futuros. El hombre recolector y cazador o época primitiva De los años que lleva existiendo el hombre moderno (Homo sapiens u «hombre de CroMagnon») sobre la Tierra, tres cuartas partes las ha pasado viviendo como recolector, cazador y nómada. Se agrupó en sociedades basadas en la cooperación, en grupos que raramente sobrepasaban las 50 personas. Aprendieron a encontrar agua, y, como fuentes de energía, disponían de la luz del Sol, de su propia fuerza muscular y también, a partir de un cierto momento, del fuego. La capacidad de hacer fuego supuso una revolución en la utilización de un recurso energético como la madera. Se alimentaban de plantas silvestres que recolectaban y de animales que cazaban; algunos autores consideran que estas sociedades contribuyeron ya a la extinción de determinadas especies animales. Las herramientas que manejaban se limitaban a utensilios de piedra y madera para diferentes fines, como cazar, recolectar frutos y raíces, etc. Se ha calculado que podrían tener una esperanza de vida media de unos 30 años, lo que impidió que sus poblaciones tuvieran un crecimiento rápido. Eran personas que vivían en la naturaleza y cuyo mayor impacto ambiental provendría de los fuegos que ocasionaran. En la actualidad siguen existiendo tribus que se encuentran en esa etapa de relación con la naturaleza. Sociedad primitiva En la península Ibérica, la densidad de población durante la era de la caza y la recolección probablemente no superaba un habitante/km 2 en las zonas más favorables. La agricultura y la ganadería multiplicaron por diez esa cifra. a Figura En la actualidad siguen existiendo tribus que viven como en la época primitiva. Y

17 22 Unidad 1 Y a Figura Hombres y mujeres del Neolítico pastorean un rebaño. Pintura rupestre del Sahara. Kilocalorías por persona y día Sociedad moderna industrial (Estados Unidos) Agrícola avanzada Agrícola incipiente Industrial incipiente Cazadoresrecolectortes Primitiva Industria moderna (otras naciones desarrolladas) kcal/p/día a Figura Uso medio de energía por persona, directo e indirecto, en varias etapas del desarrollo humano. El hombre agrícola y ganadero o época histórica Hace unos años comenzó en diversas partes del planeta (por lo que conocemos de los testimonios arqueológicos) una revolución agrícola, a partir de la cual las sociedades humanas se fueron haciendo cada vez más sedentarias, cultivando plantas y criando ganado. Los grupos sociales fueron aumentando para dar origen a las ciudades en la época de los grandes imperios. Esto se debió a que los agricultores podían producir alimento suficiente para sustentar a sus familias, y el excedente que obtenían podía ser comercializado, primero mediante el sistema de trueque y después con el uso de monedas. Además de las fuentes de energía usadas por el hombre recolector-cazador, aprendieron a manejar la fuerza de animales domesticados para tiro y, posteriormente, a utilizar la fuerza del agua y el viento mediante el uso de molinos. El descubrimiento de los metales (cobre, estaño y hierro) significó el acceso a unos materiales que proporcionaban unas ventajas enormes. Entre los utensilios más revolucionarios habría que incluir el arado de reja de hierro, el hacha, la rueda de llanta (con aro de hierro) y multitud de armas y herramientas de corte. Igualmente, el molino, la noria, el barco a vela y diversas máquinas supusieron avances técnicos importantes. Al descubrir que las semillas podían germinar y originar nuevas plantas, empezaron a cultivar diversas especies y a realizar cruces. El método para obtener tierras cultivables era el de quemar una zona y sobre ella cultivar. Posteriormente, utilizaron el desplazamiento de cultivos, ya que las primitivas tierras no eran productivas, con lo que surgieron las tierras de barbecho. En la ganadería ocurrió otro tanto, de modo que poco a poco fue aumentando el número de animales domesticados. Todo ello dio lugar a un gran impacto ambiental que provocó una importante deforestación; además, se sustituyeron especies silvestres por domésticas, se construyeron caminos, etc. La urbanización trajo consigo las ocupaciones especializadas y el comercio a larga distancia; esto proporcionó una mejora de la calidad de vida, pero también la aparición de conflictos y de guerras por los derechos de propiedad de la tierra y el agua como recursos valiosos. Las poblaciones en crecimiento necesitaron cada vez más alimentos, materiales para la construcción y combustible. Esto supuso la tala de grandes extensiones de bosques y su sustitución por terrenos dedicados al cultivo o pastoreo, lo cual, unido a una deficiente administración, se tradujo en deforestación, erosión del suelo, sobrepastoreo, etc. Por ello, se ha dicho de esta época que el hombre vivía en contra de la naturaleza. Esta época constituye la de mayores cambios sociales y tecnológicos usando como fuentes energéticas básicamente las mismas que en la época anterior, si exceptuamos la fuerza del agua y del viento para propulsar molinos, barcos, etc. La aglomeración de muchas personas en un mismo lugar conformando ciudades, planteó muchos retos de suministro de agua, leña, madera, piedra y alimentos que se supieron solucionar. El uso de recursos en los alrededores de las ciudades, las guerras entre pueblos, etnias y religiones, y los intereses de reyes y nobles diezmaron los recursos a un ritmo preocupante.

18 El medio ambiente y la humanidad 23 i LAS CIUDADES La especialización en las ciudades vino acompañada de la interdependencia, y esta produjo una red ecológica de bienes, energía y servicios muy similar a las redes tróficas de un ecosistema. El sistema opera en la confianza mutua y en el egoísmo civilizado. Todos se benefician de ello mientras el sistema esté equilibrado. Importaciones de otras ciudades Agricultores Alimento Minerales Mineros Cazadores Alimento Pieles Artesanos de la ciudad Productos manufacturados Combustible Madera Productos de desecho Leñadores Exportaciones a Figura El flujo de materias y energía en una ciudad es muy complejo; de forma simple, puede esquematizarse como una red trófica natural. El hombre industrial o época industrial A mediados del siglo XVIII, en Inglaterra, J. Watt inventa la máquina de vapor; en ese momento se inicia lo que se ha llamado la Revolución Industrial. Este hecho fue consecuencia del agotamiento de los recursos forestales que padecía Inglaterra en aquella época y del descubrimiento de un nuevo recurso energético de alto poder calorífico, el carbón. Las ciudades crecieron merced a la instalación de fábricas manufactureras que funcionaban con máquinas de vapor, acogiendo a gente campesina, al igual que en las cuencas mineras. De esta manera, se inició una emigración del campo a la ciudad. La burguesía se estableció como grupo social de poder, representada por los grandes industriales y comerciantes. Las fuentes energéticas que se utilizaron en esta etapa procedían de los recursos fósiles, carbón fundamentalmente. Posteriormente, se inició el empleo de petróleo y gas natural, al tiempo que se empezó a usar la energía eléctrica lo que llevó a la construcción de embalses para la obtención de electricidad. El gran invento que marcó la diferencia con la etapa anterior fue la máquina de vapor y su aplicación a múltiples fines, desde mover una locomotora de tren o un barco de vapor hasta su utilización en diversas industrias como las hilaturas. La producción agrícola y ganadera se incrementó al mejorar las técnicas agrícolas y las variedades de plantas y animales domésticos, además se dedicaron más terrenos a dichos aprovechamientos. La calidad de vida era desigual, en las zonas industriales y mineras tenían unas condiciones de salubridad muy malas, la esperanza de vida media en estas zonas era muy inferior a la de las zonas rurales. No obstante, el tamaño de la población humana empezó su pronunciado crecimiento exponencial. El impacto ambiental aumentó en forma de contaminación atmosférica, degradación del suelo, deforestación, pérdida de biodiversidad y acumulación de residuos, sobre todo mineros. Y

19 24 Unidad 1 Y Insumos en las grandes urbes A finales de 1980, una ciudad como Madrid consumía L/s de agua. Una ciudad de cinco millones de habitantes consume unos kg/día de carne, otro tanto de pescado y dos millones de kilogramos a diario, de frutas y hortalizas. El hombre tecnológico o época tecnológica Puede decirse que las sociedades industriales avanzadas o tecnológicas comienzan con otra invención: el motor de explosión, y también con el aprovechamiento de la electricidad a gran escala. Las urbes se hacen cada vez más grandes y surgen nuevos problemas, como la ingente producción de residuos (algunos de ellos no biodegradables), la necesidad de transportar grandes masas humanas por diversos medios, la contaminación urbana y el uso del suelo. El consumo de energía se ve acrecentado, dependiendo en gran medida de los recursos no renovables: combustibles fósiles y minerales. Comienza el desarrollo de energías alternativas y renovables (solar, geotérmica, biomasa...). Igualmente, el consumo de agua es cada vez mayor, así como el de alimentos. En el aspecto tecnológico destaca la aparición, ya mencionada, del motor de explosión, los medios de comunicación audiovisuales, el ordenador y los sistemas de comunicación por cable e inalámbricos mediante satélites artificiales. Asimismo, el armamento adquiere altos grados de sofisticación y variedad. Se produce un fuerte incremento de la productividad agrícola de promedio por persona, debido a la agricultura industrializada, la revolución verde (uso de variedades de plantas altamente productivas), la ganadería estabulada e intensiva y, últimamente, gracias a la biotecnología. a Figura El consumo de energía en las ciudades se ha disparado en la últimas décadas. La intensa producción y el enorme consumo de bienes estimulados por la publicidad crean la llamada sociedad de consumo en los países desarrollados o en vías de desarrollo. Existe igualmente un aumento del bienestar social, y de la esperanza de vida cuya media es de más de 70 años, al mejorar la sanidad, la nutrición y la higiene. Comienza a hablarse de ecocrisis, proceso de degradación ambiental que afecta a todo el planeta, al considerarse impactos ambientales tan graves como el agotamiento a corto plazo de ciertos recursos naturales, la generación de calor y la contaminación atmosférica que provocan el incremento del efecto invernadero, la lluvia ácida y el agujero de ozono; la enorme cantidad de residuos de todo tipo que se producen; la pérdida de bosque y biodiversidad; el aumento de la desertificación y pérdida de suelo, etc Análisis global de las relaciones humanidad-medio ambiente Símil naturaleza-economía En la teoría de sistemas se considera a la naturaleza como el patrimonio de la humanidad, su capital, mientras que los recursos representarían la renta de ese patrimonio. Hay que cuidar el patrimonio (capital) para no gastar por encima de la renta (intereses). Las relaciones entre las poblaciones humanas, el uso de los recursos necesarios para su supervivencia y la degradación ambiental que ese aprovechamiento supone son cuestiones complejas de analizar de forma global o planetaria. Pero la idea fundamental que debe guiarnos es la de que no hay que despilfarrar ni agotar el capital natural de la Tierra. La Tierra soportará nuestra presencia mientras no sobrecarguemos los procesos naturales de degradación y reciclaje; y mientras no usemos los recursos más rápido de lo que son renovados.

20 El medio ambiente y la humanidad 25 La explosión demográfica La población humana está creciendo en progresión geométrica, o lo que es lo mismo, de forma exponencial. Con este tipo de crecimiento, una cantidad aumenta por duplicación: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 en un intervalo de tiempo dado. Cuanto más alto sea el porcentaje de crecimiento, tanto menor es el tiempo requerido para que se duplique la cantidad considerada. Este tipo de crecimiento proporciona gráficas en forma de letra «J», (por eso se llaman curvas en J). Miles de millones de personas Años Personas a Tabla 1.3. Aumento progresivo de la población humana a Figura Curva en J que representa el crecimiento exponencial de la población humana a nivel mundial. Este aumento de la población es un problema medioambiental, sobre todo en los países subdesarrollados, al repercutir su influencia sobre los recursos. Entre los países que más influencia tienen sobre el medio ambiente (Estados Unidos, Alemania, Japón, Rusia, China, India, Brasil e Indonesia), solo los cuatro últimos representan el 45% de la población mundial. Toda esta población desea aumentar su desarrollo económico y acceder a una mejor calidad de vida. Población y desarrollo económico El desarrollo se puede definir con diversos parámetros. Uno de los que se suelen usar es el producto nacional bruto (PNB) por persona, es decir, el valor de todo lo producido por un país en un año, dividido por la población existente en ese momento. Las Naciones Unidas clasifican de forma amplia los países del mundo en desarrollados (PD) y menos desarrollados (PMD), con arreglo a su grado de crecimiento y desarrollo económico. En el primer grupo están Estados Unidos, Canadá, Japón, Australia, Nueva Zelanda y los países de Europa Occidental, además de la ex-unión Soviética. En 1991 comprendían tan solo el 22% del total de la población mundial, pero poseían el 80% de la riqueza y utilizaban el 80% de los recursos energéticos y minerales del planeta. Las diferencias entre países ricos y pobres se siguen incrementando desde 1960, de modo que existen en el mundo millones de personas con un alto grado de pobreza, de las que mueren por desnutrición unos 40 millones cada año. PNB Año Países desarrollados (PD) Países menos desarrollados (PMD) a Figura Diferencia entre países ricos (PD) y países pobres (PMD) según su PNB por persona (dólares de EE. UU). Y