Matorral Xerófilo
Principales características fisonómicas y estructurales: Abarca comunidades de fisonomías muy diversas, características de las zonas áridas y semiáridas. Incluye comunidades, en las que predominan arbustos altos o árboles bajos de 3 a 5m de altura, caducifolios (generalmente por un periodo breve durante la época de secas), con hojas o foliolos de tamaño pequeño. Los matorrales crasicaules son comunidades arbustivas dominadas por plantas de tallo suculento (cactáceas grandes); la altura depende de la especie que lo conforma y puede ser hasta de 10m. En los matorrales rosetófilos predominan especies arbustivas o subarbustivas de hojas alargadas y angostas agrupadas en forma de roseta; el estrato subarbustivo espinoso y perennifolio a menudo es muy denso. Los bosques de Yucca (izotales) llegan a medir de 2 a 4m de alto. En el matorral micrófilo predominan elementos arbustivos de hoja o foliolo pequeño; de altura variable (1 a 3m, con eminencias aisladas de hasta 6m) de acuerdo a su composición florística y las condiciones ambientales.
Algunos géneros y especies representativos: Los matorrales espinosos se caracterizan por los géneros Acacia, Bernardia, Bonetiella, Bumelia, Celtis, Cordia, Eysenhardtia, Flourensia, Gochnatia, Helietta, Lysiloma, Mimosa, Myrtillocactus, Opuntia, Pithecellobium. Los matorrales crasicaules por Carnegiea gigantea "sahuaro", Cercidium microphyllum, Pachycereus pringlei, Lophocereus schotti, Machaeocereus gummosus, Opuntia spp., Myrtillocactus geometrizans, Neobuxbaumia tetezo "tetecho", Lemaireocerus weberi "cardon". Los elementos más característicos de los matorrales rosetófilos son Agave ("maguey", "lechuguilla"), Dasylirion "sotol", Hechtia "guapilla", Yucca ("palma" o "izote"); estos matorrales incluyen especies no rosetófilas como Parthenimum argentatum "guayule", Euphorbia antisyphilitica "candelilla". La variante más notoria del matorral micrófilo está constituída por: Larrea tridentata "gobernadora", Flourensia cerna "hojasén", Allionia incarnata, Prosopis laevigata, Celtis palida "granjeno", Opuntia leptocaulis "clavelina", y gramíneas en el estrato herbáceo.
Características del suelo o sustrato: Suelos someros de laderas de cerros, en la mayoría de los casos formados de roca sedimentaria (roca caliza o riolita), pero también presentes en suelos de naturaleza volcánica; también desciende a suelos aluviales contiguos; también en sitios con poca inclinación, en terrenos planos sobre depósitos someros y algo pedregosos de las porciones inferiores de los abanicos aluviales en las bases de los cerros.
Altitud (msnm): 0 a 3 000.
Clima *: BW, BS. TMA 12 a 26. PMA en la mayoría de los casos menor a 700, comunmente de 100 a 400. 7 a 12 meses secos. Existen comunidades en sitios con condiciones edáficas especiales y con 900 a 1 600 mm de precipitación.
Pastizal
Principales características fisonómicas y estructurales: Comunidades vegetales en las que el papel preponderante corresponde a las gramíneas (i.e. estrato herbáceo dominante). Comprende las comunidades denominadas zacatonales, páramos de altura y sabanas. La altura media es de 20 a 70cm, aunque se mantienen casi siempre mucho más bajos a causa del pastoreo. La cobertura frecuentemente es menor del 50% y rara vez supera el 80%. Las sabanas están constituidas por praderas de gramíneas sin árboles o con árboles esparcidos. En general las gramíneas son amacolladas, ásperas y resistentes a las quemas periódicas.
Algunos géneros y especies representativos: Bouteloua gracilis, B. curtipendula, B. hirsuta, Aristida spp, Hilaria spp., Muhlenbergia spp.,Stipa,Calamagrostis, Festuca. Los árboles más comunes de las sabanas son: Byrsonima crassifolia, Curatella americana, Crescentia alata y C. cujete.
Características del suelo o sustrato: En general, los suelos son de reacción cercana a la neutralidad (pH 6 a 8), con textura que varía de migajón arcilloso a migajón arenoso; sobre suelos rocosos o someros en terrenos inclinados, o bien en suelos profundos de lugares planos, de coloración rojiza a café o de color grisáseo, frecuentemente con un horizonte de concentración calichosa o ferruginosa. Las sabanas se desarrollan sobre terrenos planos o escasamente inclinados, en suelos profundos, y arcillosos; a causa de una capa impermeable, el drenaje interior es deficiente, lo cual, junto al escurrimiento nulo, ocasiona que los suelos se encharquen y sean fangosos.
Altitud (msnm): De 1 100 a 2 500, aunque hay a 450. Los páramos de altura de 4 000 a 4 300 y las sabanas de 0 a 150.
Clima *:Pastizales: BS, BW; páramos de altura: ET; sabanas: Am,Aw. TMA 12 a 20. Los páramos de altura de 3 a 5, con mínimas de -10, y las sabanas van de 22 a 27. PMA 300 y 600. 6 a 9 meses secos. Los páramos de altura de 600 a 800, la mayor parte en forma de nieve. En las sabanas mayor de 1 000 y puede llegar a ser de 2 500. 0 a 6 meses secos.
Vegetación acuática y subacuática
? Manglar Principales características fisonómicas y estructurales: Es una formación leñosa, densa, frecuentemente arbustiva o bien arborescente de 2 a 25m de altura, de composición florística simple, prácticamente sin plantas herbáceas ni trepadoras y rara vez con alguna epífita o parásita. Algunos géneros y especies representativos: Rhizophora mangle, Avicennia gereminans, Laguncularia racemosa, Conocarpus erecta. Características del suelo o sustrato: Prospera en las orillas de las lagunas costeras, de bahías protegidas y desembocaduras de ríos, en donde hay influencia de agua de mar. Altitud (msnm): Nivel del mar. Clima *: Clima cálido con temperatura mayor a 20. La precipitación no parece jugar un papel importante para su existencia.
? Popal Principales características fisonómicas y estructurales: Comunidad vegetal formada por plantas herbáceas de 1 a 3m de alto, cuyas hojas grandes y anchas de color verde claro sobresalen del agua, constituyendo una masa muy densa. Algunos géneros y especies representativos: Thalia geniculata así como especies de Calathea y de Helicornia. Características del suelo o sustrato: Tierra adentro se encuentra en suelos profundos de textura fina y de agua salina tranquila o estancada. Altitud (msnm): Hasta 2 750. Clima *: Temperatura superior a 25 y con ausencia de heladas. PMA m mayor de 1 500
? Tular y Carrizal Principales características fisonómicas y estructurales: Comunidades de plantas herbáceas (monocotiledóneas) de 1 a 3m de alto, de hojas angostas o bien carentes de órganos foliares. Arraigados en el fondo del terreno. Forman masas densas. Algunos géneros y especies representativos: Typha spp, Phragmites communis, Scirpus californicus, Cyperus giganteus. Características del suelo o sustrato: Habita superficies pantanosas o de agua dulce, permanentemente estancada, de 0.5 a 1.5m de profundidad. Altitud (msnm): Hasta 2 750. Clima *: Cosmopolitas; se encuentran en lugares de clima caliente y templado.
Bosque de galería Principales características fisonómicas y estructurales: Agrupaciones arbóreas muy heterogéneas, de 4 a 40m de altura, que comprenden árboles de hoja decidua perenne, decidua o parcialmente decidua. Puede incluir numerosas trepadoras y epífitas o carecer por completo de ellas. A veces puede ser denso, pero a menudo está constituído por árboles muy esparcidos e irregularmente distribuídos. Algunos géneros y especies representativos: Especies dominantes de los géneros: Platanus, Populus, Salix, Taxodium, Acer, Inga, Carya, Fraxinus y Alnus. En zonas con temperatura elevada: Celtis, Prosopis, Juglans, Quercus, Tamarix, Cornus, Cupressus, Prunus. En zonas de clima más fresco: Bucida, Cedrela, Lonchocarpus, Hasseltia, Pithecellobium, Tabebuia. Características del suelo o sustrato: Las plantas están arraigadas en el fondo de cuerpos de agua corriente lenta y estacionarios, tanto dulce como salobre. También a orillas de zanjas, canales y remansos de ríos. Estos bosques se desarrollan a lo largo de corrientes de agua más o menos permanentes. Altitud (msnm): 0 a 2 800.
Problemática ambental a nivel país y a nivel mundial
? La Contaminación.
La contaminación es la impregnación del aire, el agua o el suelo con productos que afectan a la salud del hombre, la calidad de vida o el funcionamiento natural de los ecosistemas.
? La Contaminación y el siglo XX.
El hombre es, a la vez, obra y artífice del medio que lo rodea. En la larga y difícil evolución de la raza humana, ha llegado a una etapa en que puede transformar radicalmente, y de numerosas maneras, el mundo que habita. Puede desviar o secar ríos, construir o drenar enormes lagos, devastar o plantar bosques. Puede hacer que las nubes suelten lluvias, que los desiertos florezcan y hasta (se dice) que los huracanes cambien de rumbo. Pero puede también contaminar mares, envenenar el aire, y, aun, destruir la capa de gas ozono que protege la tierra, y sin la cual la vida no sería posible en nuestro planeta.
Hemos llegado a un punto en que debemos orientar nuestros actos hacia la defensa y preservación del legado que nos ha dejado la naturaleza. Debemos adoptar medidas que detengan la destrucción del medio en que vivimos administrando inteligentemente el uso de los recursos naturales, con la ayuda de los enormes conocimientos científicos que poseemos.
? La Contaminación en México.
Uno de los problemas más grandes que tiene,nuestra comunidad es el hecho de que el progreso y la tecnología no han alcanzado, ya sea por falta de recursos o por falta de voluntad, para cubrir necesidades básicas de la sociedad como son el mejoramiento de la salud y la educación, la solución del problema de la seguridad y previsión social, y el mejoramiento de la situación medioambiental.
- La Contaminación Acústica.
- En América Latina existen muchas ciudades ruidosas, y, de hecho, este es un fenómeno no nos preocupa mayormente. Ciudades como México, Caracas, Buenos Aires y Santiago sufren graves problemas de contaminación acústica que no solo perjudican a la población a causa de las molestias a la tranquilidad de las personas que éstos provocan sino también porque son una de las mayores causas de sordera progresiva en las personas que se exponen a ellos.
- El ruido machacón y persistente que acompaña la vida en muchas de las ciudades de nuestro continente tiene un efecto claro sobre el hombre, lo hace menos sensible a los sonidos agradables. Los daños en el órgano del oído pueden ir desde la llamada fatiga auditiva hasta los traumatismos acústicos que significan simplemente la pérdida irreversible de la capacidad auditiva.
- Por otra parte, el ruido industrial es considerado como uno de los problemas más críticos relacionados con la salud ocupacional.
- Se realizó un estudio sobre el riesgo de sordera ocupacional atribuible al ruido en la Región Metropolitana. Para ello se tomó una muestra de 3000 trabajadores expuestos a niveles de ruido que van de 80 a 104 dB (A) lento inclusive, y 1000 trabajadores expuestos a niveles inferiores a 80 dB (A) lento, que son los que constituyen el grupo de control.
- El cuadro 1 muestra que existe una relación directa entre el riesgo de sordera y el tiempo de exposición a niveles excesivos de ruido.
Cuadro 1, riesgo de sordera ocupacional según el tiempo de exposición.
La contaminación de la atmósfera es la consecuencia de la emisión de gases, vapores y partículas sólidas y líquidas, extrañas a la atmósfera y que alteran su pureza original. En lugares como Estados Unidos y los países desarrollados de Europa este es un problema que ya está casi totalmente superado; en Latinoamérica existe una gran cantidad de ciudades con esta dificultad de las cuáles destacan Ciudad de México, Santiago y Caracas.
? Los agentes contaminantes de la atmósfera.
Los investigadores distinguen dos grupos participantes en la contaminación atmosférica. El primero esta constituido por los contaminantes primarios, que son aquéllos que salen a la atmósfera directamente desde una fuente emisora, tales como el monóxido de carbono, el dióxido de azufre, el óxido nítrico y los hidrocarburos.
Los secundarios más importantes son el smog fotoquímico, el ozono y el ácido sulfúrico.
El smog fotoquímico es producido por una reacción fotoquímica entre los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, originando moléculas parcialmente oxidadas, tales como aldehídos, cetonas y otros, capaces de formar agregados moleculares con diámetros del orden de los micrones. Estas reacciones pueden, asimismo, originar compuestos nitrados sobre los que existen sospechas de ser cancerígenos.
El ozono es generado principalmente por reacción fotoquímica, y el ácido sulfúrico surge de la oxidación atmosférica del anhídrido sulfuroso catalizado por la presencia de partículas metálicas.
Existen también contaminantes biológicos. Una gran variedad de aerosoles puede provocar alergias en los individuos susceptibles. Los mohos, polvos, pinturas, fibras vegetales y, sobre todo, los pólenes de plantas de polinización aérea, son algunos materiales conocidos y que se presentan de manera natural o asociados con trabajo, o en ambas formas. Es muy difícil determinar la influencia de estos elementos en la contaminación atmosférica.
? Inversión térmica.
El smog rodea El Ángel, monumento situado en pleno centro de México D.F. durante una inversión térmica. La contaminación aumenta de forma espectacular cuando una masa de aire frío queda atrapada bajo una de aire caliente, a consecuencia de su situación física, ya que las montañas que rodean la ciudad impiden la circulación del aire.
? La medición de los contaminantes.
La medición de contaminantes se efectúa en muchas de las ciudades latinoamericanas desde hace ya mas de 20 años, a través de redes de estaciones monitoras ubicadas en distintos puntos de las ciudades.
Los valores medios de las partículas del aire llegan a un máximo durante el otoño y los primeros meses de la época invernal, mientras que para los gases el máximo se da durante los últimos meses de la época invernal. L diferencia del comportamiento estacional entre gases y partículas totales en suspensión permite suponer un origen distinto en las emisiones, lo que se ve reforzado por el comportamiento espacial de la contaminación. Para los gases, las mayores concentraciones se encuentran en el centro de la ciudad y áreas vecinas, en tanto que para las partículas las mayores concentraciones se observan en los sectores periféricos debido al polvo de origen natural.
? El primer estudio en América Latina.
A mediados del año 1985 se presentó en Santiago un estudio de la investigadora Catalina Silvo, del Servicio de Salud del Ambiente de la Región Metropolitana sobre "Las molestias atribuibles a la contaminación atmosférica en la ciudad de Santiago de Chile". En él se establece que éste es el primer análisis que se efectúa en América Latina y tiene como propósito identificar el grado de asociación entre los contaminantes atmosféricos y las molestias en la salud de la comunidad, para asignar la prioridad e importancia adecuadas al programa de control de la contaminación del aire. El estudio comprendió a la población residente en el radio de un kilómetro alrededor de la estación de medición numero Uno, ubicada en la calle Mac Iver esquina de Monjitas, considerada como representativa de los niveles más altos de contaminación de la ciudad.
Las conclusiones señalan, en primer lugar, que es posible realizar un estudio de esta naturaleza, "puesto que existían dudas acerca de la posibilidad de obtener información sobre este tipo de relaciones entre salud y contaminantes", al tiempo que se establece una metodología útil para investigaciones futuras. Establece, además, que se encontraron "relaciones significativas entre los niveles de contaminación atmosférica y molestias percibidas en la población" al haber asociación de los índices de partículas por acidez con molestias oculares.
El estudio agrega que las molestias oculares aparecen antes que las molestias respiratorias, a determinados niveles de contaminación.
? Efectos de la Contaminación Atmosférica.
En general, las consecuencias de las mayores concentraciones se confunden con otros factores que pueden intervenir en el problema y por ello es difícil determinar con exactitud la contribución de los factores propios de la contaminación en la proporción de las personas que se enferman en un lugar y en un tiempo determinados (morbilidad) y en la eventual mortalidad de ciertas enfermedades relacionadas con las vías respiratorias. Además, deben tomarse en cuenta ciertas variables de la población, tales como la edad, el estado general de la salud, el nivel socioeconómico y otros.
Sin embargo, por las distintas investigaciones efectuadas en diversos países latinoamericanos, se han llegado a establecer ciertos efectos previstos de la contaminación atmosférica sobre la salud de determinados grupos de población.
? La Cumbre sobre la Tierra.
En junio de 1992, la Conferencia sobre Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas, también conocida como la Cumbre sobre la Tierra, se reunió durante 12 días en las cercanías de Río de Janeiro, Brasil. Esta cumbre desarrolló y legitimó una agenda de medidas relacionadas con el cambio medioambiental, económico y político. El propósito de la conferencia era determinar qué reformas medioambientales eran necesarias emprender a largo plazo, e iniciar procesos para su implantación y supervisión internacionales. Se celebraron convenciones para discutir y aprobar documentos sobre medio ambiente. Los principales temas abordados en estas convenciones incluían el cambio climático, la biodiversidad, la protección forestal, la Agenda 21 (un proyecto de desarrollo medioambiental de 900 páginas) y la Declaración de Río (un documento de seis páginas que demandaba la integración de medio ambiente y desarrollo económico). La cumbre sobre la Tierra fue un acontecimiento histórico de gran significado. No sólo hizo del medio ambiente una prioridad a nivel mundial, sino que a ella asistieron delegados de 178 países, lo que la convierte en la mayor conferencia jamás celebrada.
Muchos de los mares, ríos y lagos latinoamericanos se han convertido, durante este siglo, en verdaderos basurales, amenazando gravemente la salud, la pesca y el turismo de nuestro continente. El problema se pone de relieve periódicamente con los derrames de petróleo a raíz de accidentes marítimos, pero estos casos representan una parte mínima de la contaminación. Mucho más destructivos y persistentes son los elementos que el hombre deposita, en forma diaria, en los mares en la forma de desechos biológicos, residuos industriales y plaguicidas.
La contaminación del agua es la "introducción por el hombre en el ambiente acuático (mares ríos y lagos) de sustancias que causen efectos dañinos o tóxicos que perjudiquen los recursos vivos, constituyan un peligro para la salud humana, obstaculicen las actividades marítimas (incluida la pesca), menoscaben la calidad del agua o disminuyan los valores estáticos y de recreación".
El Río de la Plata, los sectores marítimos que se ubican en la cercanía de algún puerto, las costas entre Arica y México (por el Oeste) y el Golfo de México (por el Este), los lagos que por tener uso turístico contienen grandes cantidades de residuos de los hidrocarburos usados por motores de lanchas y botes, casi la totalidad de los ríos y afluentes que pasan por, o cerca de núcleos urbanos, son algunos de los muchos lugares que, en Latinoamérica se ven afectados por este tipo de contaminación.
Si bien podemos observar que el problema de la contaminación del agua no demuestra una mejoría general de la situación durante los últimos 10 años, es importante destacar que, al menos en Chile, se han hecho aportes para contribuir a la solución del problema. Es el caso del mejoramiento del litoral central de Chile que se llevo a cabo, durante los últimos años, a través de un colector de aguas servidas que desemboca los residuos urbanos a una distancia prudente de la costa, de tal manera que la contaminación no sea tan visible y molesta para los usuarios de las playas.
? Efectos de la Contaminación del Agua.
Es frecuente que los bañistas sufran afecciones a los ojos, alergias y otros trastornos. Es importante destacar el peligro que esto representa para la salud humana y para la actividad turística en general.
Las aguas costeras hasta el borde de la plataforma continental representan alrededor del 10 por ciento de la superficie total de los océanos del mundo, pero en esa área restringida se extrae el 99 por ciento de los peces. "La mayor parte del océano abierto es un "desierto ecológico" por falta de nutrientes para mantener la vida. De esto se infiere que no es necesario enfatizar el carácter crítico del impacto ecológico que puede tener el vaciado de desechos en el océano costero.
Los lagos son especialmente vulnerables a la contaminación. Hay un problema, la eutroficación, que se produce cuando el agua se enriquece de modo artificial con nutrientes, lo que produce un crecimiento anormal de las plantas. Los fertilizantes químicos arrastrados por el agua desde los campos de cultivo pueden ser los responsables. El proceso de eutroficación puede ocasionar problemas estéticos, como mal sabor y olor, y un acumulo de algas o verdín desagradable a la vista, así como un crecimiento denso de las plantas con raíces, el agotamiento del oxígeno en las aguas más profundas y la acumulación de sedimentos en el fondo de los lagos, así como otros cambios químicos, tales como la precipitación del carbonato cálcico en las aguas duras.
Este tipo de contaminación es muy frecuente en América Latina por su condición de continente subdesarrollado.
LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
El tratamiento de residuos es una actividad costosa, pero su posible aprovechamiento con fines energéticos ha demostrado tener considerables ventajas, debido a los beneficios que generaría.
Tres grandes sectores que producen residuos distintos:
? Residuos agrarios
? Residuos industriales
? Residuos urbanos
Los residuos agrarios son una consecuencia del sector primario de la actividad humana y entre ellos se puede considerar, a su vez, tres grandes grupos:
? Residuos agrícolas: fracción de las plantas cultivadas que es preciso separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo; destacan las pajas de cereales, los residuos de poda de frutales y viñedo y los tallos de cultivos textiles y de oleaginosas
? Residuos forestales: constituídos por ramas, cortezas, virutas, serrín, hojas, tocones y raíces que se originan en la elaboración de madera o en la limpieza de los montes
? Residuos ganaderos: deyecciones de los animales estabulados en las explotaciones ganaderas
En general, los residuos industriales con posible consideración energética son los derivados de las industrias de conservas vegetales, producción de aceites, vinos y frutos secos, aunque localmente pudieran ser importantes industrias de otro tipo, generadoras de biomasa residual.
Finalmente, los residuos urbanos se generan diariamente en grandes cantidades en los núcleos de población, pudiéndose considerar incluidos dentro de dos grandes grupos:
Residuos sólidos urbanos: materiales generados en los procesos de consumo humano que son destinados al abandono; constituyen la biomasa residual más aprovechable ya que está concentrada, es imprescindible su recogida y es necesario su transporte Aguas residuales urbanas: líquidos procedentes de la actividad humana, cuya fracción sólida contiene una apreciable cantidad de biomasa residual; su depuración genera unos fangos que poseen una alta carga contaminante, que es necesario reducir.
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS
El tratamiento de los residuos, en general, es una actividad costosa y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo esta labor con eficacia, bien por falta de una legislación adecuada o por carencia de medios económicos. Todo ello está contribuyendo, evidentemente, al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de muchos países.
Un estudio detenido del posible aprovechamiento de los residuos con fines energéticos en los lugares en que se producen, arroja bastantes ventajas, algunas de las cuales se enumeran a continuación:
? Los residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe (no hay que producirla) y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa.
? En muchos casos, la biomasa residual está concentrada en lugares determinados por lo que, si se utiliza cerca del sitio de acumulación genera unos costes de transporte muy reducidos.
? La utilización de los residuos para producir energía presenta como sistema de eliminación unas ventajas de carácter ambiental, como son una considerable reducción de su volumen, eliminación de plagas, incendios forestales y olores, mejora del paisaje y reducción de la contaminación del aire, agua y suelo.
? Algunos métodos de aprovechamiento de la biomasa residual presentan la ventaja adicional de general productos ricos en nutrientes y, por tanto, susceptibles de ser utilizables como fertilizantes para fines agrícolas, lo que supone un ahorro de consumo de energía, materias primas y divisas.
TIPOS DE RESIDUOS
En general, se pueden definir los residuos como aquellos materiales generados en las actividades de producción, transformación y consumo que no han alcanzado en el contexto en que son generados, ningún valor económico.
Se siguen varios criterios para clasificar los distintos tipos de residuos, entre los que cabe destacar la naturaleza de su origen (agrarios, industriales, urbanos) o los tipos de materiales que los constituyen (orgánicos, plásticos, metálicos, etc.). Sin embargo, y teniendo en cuenta que nuestro interés aquí se centra en los residuos orgánicos, por ser biomasa, se pueden considerar tres grandes sectores de actividades que los producen, tal como muestra la siguiente tabla:
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS AGRÍCOLAS
Se puede denominar residuo agrícola a la planta o a la porción de ella cultivada que es preciso separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior.
Existe una gran cantidad de residuos con potencial interés industrial y energético, que localmente pueden tener alguna utilidad, pero cuya eliminación constituye un problema en las labores de explotación agrícola.
Esta categoría de residuos se produce principalmente en los siguientes cultivos:
.Cereales grano, originando pajas. .Frutales y viñedo, cuya poda anual es una fuente considerable de material combustible. .Algunos cultivos industriales, como los textiles y oleaginosas, que producen como residuo los tallos.
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS FORESTALES
El monte supone un medio considerable de transformación de la energía solar. Sin embargo, los seres humanos no utilizan íntegramente toda la riqueza que suministra el monte y desperdician una parte considerable en forma de ramas, cortezas, serrín, etc. Este menor aprovechamiento energético se ha acusado en los últimos años con la aparición de combustibles gaseosos derivados del petróleo. El relativo bajo precio y, sobre todo, la comodidad de su uso, han originado un descenso en el consumo de residuos de madera como fuente energética.
Realmente, los residuos forestales son los que, durante siglos, han constituido la fuente energética más importante de la Humanidad.
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS GANADEROS
Tradicionalmente, los residuos producidos por el ganado constituían la única fuente fertilizante de los suelos agrícolas. Con la aparición de los fertilizantes, lamentablemente los estiércoles dejan de utilizarse en gran número de explotaciones, pues empieza a haber una separación entre agricultura y ganadería.
Actualmente, en aquellas explotaciones intensivas que no disponen de terrenos suficientes, se tiende a recoger las deyecciones en diferentes tipos de depósitos y, mediante tratamientos diversos, eliminarlas o llevarlas a lugares en que puedan tener alguna utilidad.
Aquí es donde puede contemplarse la inclusión de la tecnología energética, que podría atender a las necesidades locales de la granja o explotación ganadera.
Al tratarse de residuos de alto contenido en humedad, no es conveniente para su tratamiento utilizar procesos termoquímicos, por su bajísimo rendimiento en este caso. Sin embargo, la tecnología de la digestión anaerobia, proceso de tipo bioquímico que se discutirá más adelante, presenta grandes ventajas para su aplicación a este tipo de biomasa.
La posibilidad energética de estos residuos hace necesario conocer su cantidad. Este dato está basado en el denominado peso vivo, es decir, en el peso de los animales que integran la cabaña ganadera, al que se aplica el coeficiente de rendimiento de estiércol, que resulta ser aproximadamente de 20 kg de estiércol por kg de peso vivo.
La estimación de residuos ganaderos recolectables asciende anualmente a casi 40 millones de toneladas. Aunque el cálculo de la cantidad de gas (biogás) obtenible por digestión anaerobia es estos residuos depende de innumerables factores, se puede estimar que los residuos ganaderos producirían anualmente unos 2.000 millones de m3 de biogás, lo que representaría un potencial energético de alrededor de 1,2 millones de tep/año.
LOS RESIDUOS INDUSTRIALES
Sólo se consideran de interés como fuente energética los residuos de sectores industriales que, en principio, pueden generar mayor cantidad de residuos de naturaleza orgánica, en los que su eliminación supone un coste adicional en la empresa, que su valor sea escaso y se encuentren distribuidos en todo el territorio nacional.
Las industrias que cumplen aproximadamente estas condiciones, son las siguientes:
El volumen de los residuos de actividades industriales sobrepasa los 5 millones de toneladas anuales, cifra que, sin duda, debe estimarse como muy alta para los cuatro tipos de industrias citadas, si se tiene en cuenta que gran parte de los residuos producidos por frutos secos son utilizados ya como aporte energético y que, por otro lado, el tonelaje obtenido por los residuos de las tres industrias restantes incluye humedad o agua que puede alcanzar porcentajes muy considerables como es el caso de las conservas vegetales.
De cualquier manera, la utilización actual de estos residuos y, por tanto, las disponibilidades de la fracción no utilizada varían considerablemente según las circunstancias socioeconómicas de cada zona.
Aunque la evaluación del potencial energético de estos residuos es compleja por las diversas circunstancias ya citadas, se puede calcular el potencial energético anual aproximado que ofrecen los residuos industriales orgánicos reseñados, que resulta ser de alrededor de 1,2 millones de tep.
LOS RESIDUOS URBANOS
Los núcleos de población producen diariamente grandes cantidades de residuos, que se pueden considerar incluidos dentro de dos grandes grupos: los residuos sólidos urbanos y las aguas residuales urbanas.
El tratamiento y eliminación de estos residuos constituye día a día un problemas más agobiante debido a su incesante crecimiento, a medida que aumenta la población y el nivel de vida de la misma.
Los residuos urbanos se caracterizan por su carácter localizado, por lo que parece evidente que sean los más aptos para un tratamiento a gran escala, debido a la menor incidencia del factor transporte en el coste de los procesos de transformación.
Estos procesos han de ser básicamente diferentes para los residuos sólidos y para las aguas residuales, debido al diferente estado físico en que se encuentran sendos productos residuales; además, la recolección de los mismos presenta diferentes problemáticas.
Los residuos sólidos
Se denominan residuos sólidos urbanos a aquellos materiales resultantes de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor los destina al abandono. La composición de estos residuos es función de varios factores, entre los que destacan el nivel de vida de la población, el período estacional, tipo de hábitat y clima.
La evaluación del potencial energético de los residuos sólidos urbanos implica, pues, una fase inicial de evaluación de las cantidades producidas en los distintos núcleos de población.
Los residuos orgánicos urbanos suponen más de 8 millones de Tm/año, pero la alta fiabilidad de este dato y su concentración, hace que estos residuos puedan ocupar un primer lugar a la hora de plantear la posible instalación de una planta de aprovechamiento energético de biomasa residual.
Las aguas residuales
Se denominan aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana que llevan en su composición gran parte de agua y que, generalmente, son vertidos a los ríos o al mar. Su composición es tanto inorgánica (sales, arenas, etc.) como orgánica (materiales biodegradables), por lo que su fracción sólida contiene una apreciable cantidad de biomasa residual.
Por lo tanto, el proceso de depuración de un agua residual no debe considerarse completo, simplemente por haber obtenido un agua depurada. Es preciso, además, eliminar los lodos generados, con un coste lo más reducido posible y sin impacto ambiental negativo apreciable.
El tratamiento de estos lodos con vistas a su aprovechamiento energético más conocido y utilizado en todo el mundo en numerosas plantas de tratamiento de aguas residuales es la digestión anaerobia para producir gas combustible.
Así, pues, con objeto de evaluar la cantidad de energía que se podría obtener a partir de esta fuente de biomasa residual, es necesario conocer previamente la cantidad de lodos generados por las plantas depuradoras actualmente en funcionamiento. La siguiente tabla muestra los datos estimados relativos a 1994.
Considerando el volumen de lodos de las plantas actualmente en operación y suponiendo que éstos contienen alrededor de un 5% en sólidos degradables, se tendrían unos 2 millones de Tm/año de biomasa seca. Aunque los procesos de digestión producen distintos rendimientos en gas, según las condiciones de operación, se puede aceptar una producción de 500 m3 de gas por tonelada de materia seca, con un poder calorífico de aquél de unos 25,1 MJ/m3.
Así, los cálculos correspondientes darían una cantidad de energía de cerca de 600.000 tep/año, que podría suponer un importante ahorro en las mismas plantas depuradoras de aguas residuales, si se instalan los sistemas adecuados de recuperación y transformación de esta energía.
? La formación de la biomasa
? El modelo básico de captación y acumulación de la energía solar es el que llevan a cabo las especies vegetales verdes, única fuente energética
? renovable que conlleva asimismo un almacenamiento en forma de energía de alta calidad: la energía química. Este proceso ha mantenido la vida en la
? Tierra hasta nuestros días en forma de materia orgánica, que resulta se energía solar almacenada y se denomina "energía de la biomasa".
? "fotosíntesis", = transforman productos minerales sin valor energético, dióxido de carbono y agua, en materiales orgánicos de alta energía.
Cambio Climático Global
Actualmente, existe un fuerte consenso científico que el clima global se verá alterado significativamente, en el próximo siglo, como resultado del aumento de concentraciones de gases invernadero tales como el dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos (Houghton et al., 1990, 1992). Estos gases están atrapando una porción creciente de radiación infrarroja terrestre y se espera que harán aumentar la temperatura planetaria entre 1,5 y 4,5 °C . Como respuesta a esto, se estima que los patrones de precipitación global, también se alteren. Aunque existe un acuerdo general sobre estas conclusiones, hay una gran incertidumbre con respecto a las magnitudes y las tasas de estos cambios a escalas regionales (EEI, 1997).
Asociados a estos potenciales cambios, habrán grandes alteraciones en los ecosistemas globales. Trabajos científicos sugieren que los rangos de especies arbóreas, podrán variar significativamente como resultado del cambio climático global. Por ejemplo, estudios realizados en Canadá proyectan pérdidas de aproximadamente 170 millones de hectáreas de bosques en el sur Canadiense y ganancias de 70 millones de hectáreas en el norte de Canadá, por ello un cambio climático global como el que se sugiere, implicaría una pérdida neta de 100 millones de hectáreas de bosques (Sargent, 1988).
Aún así, hay una considerable incertidumbre con respecto a las implicaciones del cambio climático global y las respuestas de los ecosistemas, que a su vez, pueden traducirse en desequilibrios económicos (EEI, 1997). Este tema será de vital importancia en países que dependen fuertemente de recursos naturales.
Con respecto al impacto directo sobre seres humanos, se puede incluir la expansión del área de enfermedades infecciosas tropicales (Becker, 1997), inundaciones de terrenos costeros y ciudades, tormentas más intensas, las extinción de incontables especies de plantas y animales, fracasos en cultivos en áreas vulnerables, aumento de sequías, etc. (Lashof, 1997).
Estas conclusiones han llevado a una reacción gubernamental mundial, se ha expresado en numerosos estudios y conferencias, incluyendo tratados enfocados a enfrentar y en lo posible solucionar la crisis. Este trabajo analizará la problemática del Cambio Climático Global, las bases teóricas, sus posibles efectos futuros, las medidas tomadas y las medidas recomendadas para enfrentar adecuadamente el problema.
BASES TEORICAS DEL CAMBIO CLIMATICO GLOBAL
Para poder comprender el cambio global climático y el aumento de la temperatura global se debe primero comprender el clima global y cómo opera. El clima es consecuencia del vínculo que existe entre la atmósfera, los océanos, las capas de hielos (criosfera), los organismos vivientes (biosfera) y los suelos, sedimentos y rocas (geosfera). Sólo si se considera al sistema climático bajo esta visión holística, es posible entender los flujos de materia y energía en la atmósfera y finalmente comprender las causas del cambio global (GCCIP, 1997). Para ello es necesario analizar cada uno de los compartimentos interrelacionados, se comenzará con el más importante, la atmósfera.
LA ATMOSFERA
Capa gaseosa que rodea al planeta Tierra, se divide teóricamente en varias capas concéntricas sucesivas. Estas son, desde la superficie hacia el espacio exterior: troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesosfera y termosfera.
La atmósfera es uno de los componentes más importantes del clima terrestre. Es el presupuesto energético de ella la que primordialmente determina el estado del clima global, por ello es esencial comprender su composición y estructura (GCCIP, 1997). Los gases que la constituyen están bien mezclados en la atmósfera pero no es físicamente uniforme pues tiene variaciones significativas en temperatura y presión, relacionado con la altura sobre el nivel del mar (GCCIP, 1997).
La troposfera o baja atmósfera, es la que está en íntimo contacto con la superficie terrestre y se extiende hasta los 11 km. s.n.m. en promedio (Miller, 1991). Tiene un grosor que varía desde 8 km. en los polos hasta 16 km. en el ecuador, principalmente debido a la diferencia de presupuesto energético en esos lugares . Abarca el 75% de la masa de gases totales que componen la atmósfera, el 99% de la masa de la atmósfera se encuentra bajo los 30 km. s.nm. (GCCIP, 1997; Miller, 1991). Consta en particular, en 99% de dos gases, el Nitrógeno (N2, 78%) y Oxígeno (O2, 21%). El 1% que resta consta principalmente de Argón (Ar, @ 1%) y Dióxido de Carbono (CO2, 0,035%). El aire de la troposfera incluye vapor de agua en cantidades variables de acuerdo a condiciones locales, por ejemplo, desde 0,01% en los polos hasta 5% en los trópicos (Miller, 1991). La temperatura disminuye con la altura, en promedio, 6,5°C por kilómetro. La mayoría de los fenómenos que involucran el clima ocurren en esta capa de la atmósfera (Kaufmann, 1968), en parte sustentado por procesos convectivos que son establecidos por calentamiento de gases superficiales, que se expanden y ascienden a niveles más altos de la troposfera donde nuevamente se enfrían (GCCIP, 1997). Esta capa incluye además los fenómenos biológicos.
La tropopausa marca el límite superior de la troposfera, sobre la cual la temperatura se mantiene constante antes de comenzar nuevamente a aumentar por sobre los 20 km. s.n.m. Esta condición térmica evita la convección del aire y confina de esta manera el clima a la troposfera (GCCIP, 1997).
La capa por sobre la tropopausa en la que la temperatura comienza a ascender se llama estratosfera, una vez que se alcanzan los 50 km. de altura, la temperatura ha llegado a los 0°C . Por lo tanto, se extiende desde los 20 km. hasta 48-50 km. s.n.m. (Miller, 1991; GCCIP, 1997). Contiene pequeñas cantidades de los gases de la troposfera en densidades decrecientes proporcional a la altura. Incluye también cantidades bajísimas de Ozono (O3) que filtran el 99% de los rayos ultravioleta (UV) provenientes de las radiaciones solares (Miller, 1991). Es esta absorción de UV la que hace ascender la temperatura hasta cerca de los 0°C . Este perfil de temperaturas permite que la capa sea muy estable y evita turbulencias, algo que caracteriza a la estratosfera. Esta, a su vez, está cubierta por la estratopausa, otra inversión térmica a los 50 km. (GCCIP, 1997).
La mesosfera se extiende por encima de los 50 km., la temperatura desciende hasta -100 °C a los 80 km. su límite superior.
Por sobre los 80 km. s.n.m., encima de la mesosfera, se extiende la termosfera, en ella la temperatura asciende continuamente hasta sobre los 1000 °C . Por la baja densidad de los gases a esas altitudes no son condiciones de temperatura comparables a las que existirían en la superficie (GCCIP, 1997).
COMPOSICION ATMOSFERICA
Es una mezcla de varios gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión), forma el sistema ambiental integrado con todos sus componentes. Entre sus variadas funciones mantiene condiciones aptas para la vida. Su composición es sorprendentemente homogénea, resultado de procesos de mezcla, el 50% de la masa está concentrado por debajo de los 5 km. s.n.m. Los gases más abundantes son el N2 y O2. A pesar de estar en bajas cantidades, los gases de invernadero cumplen un rol crucial en la dinámica atmosférica. Entre éstos contamos al CO2, el metano, los óxidos nitrosos, ozono, halocarbonos, aerosoles, entre otros. Debido a su importancia y el rol que juegan en el cambio climático global, se analizan a continuación.
Previamente es importante entender que el clima terrestre depende del balance energético entre la radiación solar y la radiación emitida por la Tierra. En esta reirradiación, sumada a la emisión de energía geotectónica, los gases invernadero juegan un rol crucial.
Al analizar los gases atmosféricos, incluidos los gases invernadero, es importante identificar las fuentes, reservorios o sinks y el ciclo de vida de cada uno de ellos, datos cruciales para controlar la contaminación atmosférica.
Una fuente es el punto o lugar donde un gas, o contaminante, es emitido o sea, donde entran a la atmósfera. Un reservorio o sink, es un punto o lugar en el cual el gas es removido de la atmósfera, o por reacciones químicas o absorción en otros componentes del sistema climático, incluyendo océanos, hielos y tierra. El ciclo de vida denota el periodo promedio que una molécula de contaminante se mantiene en la atmósfera. Esto se determina por las velocidades de emisión y de captación en reservorios o sinks.
El aumento de gases invernadero atmosféricos ha incrementado la capacidad que tiene para absorber ondas infrarrojas, aumentando su reforzamiento radiativo, que aumenta la temperatura superficial. Este fenómeno se mide en watts por metro cuadrado (W/m2).
Dióxido de Carbono
Es el más importante de los gases menores, involucrado en un complejo ciclo global. Se libera desde el interior de la Tierra a través de fenómenos tectónicos y a través de la respiración, procesos de suelos y combustión de compuestos con carbono y la evaporación oceánica. Por otro lado es disuelto en los océanos y consumido en procesos fotosintéticos. En la actualidad su concentración ha llegado a 359 ppmv (partes por millón volumen), producto de la acción antropogénica: quema de combustibles fósiles y materia orgánica en general.
Fuentes naturales: respiración, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales.
Fuentes antropogénicas: quema de combustibles fósiles, cambios en uso de suelos (principalmente deforestación), quema de biomasa, manufactura de cemento.
Sink: absorción por las aguas oceánicas, y organismos marinos y terrestres, especialmente bosques y fitoplancton.
Metano
Otro gas de invernadero, CH4, el metano es producido principalmente a través de procesos anaeróbicos tales como los cultivos de arroz o la digestión animal. Es destruida en la baja atmósfera por reacción con radicales hidroxilo libres (-OH). Como el CO2, sus concentraciones aumentan por acción antropogénica directa e indirecta.
Fuentes: naturalmente a través de la descomposición de materia orgánica en condiciones anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes. Antropogénicamente, a través de cultivos de arroz, quema de biomasa, quema de combustibles fósiles, basureros y el aumento de rumiantes como fuente de carne.
Sink: reacción con radicales hidroxilo en la troposfera y con el monóxido de carbono (CO) emitido por acción antropogénica.
Oxido Nitroso
El óxido nitroso (N2O) es producido por procesos biológicos en océanos y suelos, también por procesos antropogénicos que incluyen combustión industrial, gases de escape de vehículos de combustión interna, etc. Es destruido fotoquímicamente en la alta atmósfera.
Fuentes: producido naturalmente en océanos y bosques lluviosos. Fuentes antropogénicas, producción de nylon y ácido nítrico, prácticas agriculturales, automóviles con convertidores catalíticos de tres vías, quema de biomasa y combustibles.
Sink: reacciones fotolíticas, consumo por los suelos puede ser un sink pequeño pero no ha sido bien evaluado.
Ozono
El ozono (O3) en la estratosfera filtra los UV dañinos para las estructuras biológicas, es también un gas invernadero que absorbe efectivamente la radiación infrarroja. La concentración de ozono en la atmósfera no es uniforme sino que varía según la altura. Se forma a través de reacciones fotoquímicas que involucran radiación solar, una molécula de O2 y un átomo solitario de oxígeno. También puede ser generado por complejas reacciones fotoquímicas asociadas a emisiones antropogénicas y constituye un potente contaminante atmosférico en la troposfera superficial. Es destruido por procesos fotoquímicos que involucran a raciales hidroxilos, NOx y cloro (Cl, ClO). La concentración es determinada por un fino proceso de balance entre su creación y su destrucción. Se teme su eliminación por agentes que contienen cloro (CFCs), que en las alturas estratosféricas, donde está la capa de ozono, son transformadas en radicales que alteran el fino balance que mantiene esta capa protectora (GCCIP, 1997).
Halocarbonos
Clorofluorocarbonos: Compuestos mayormente de origen antrópico, que contienen carbono y halógenos como cloro, bromo, flúor y a veces hidrógeno. Los clorofluorocarbonos (CFCs) comenzaron a producirse en los años 30 para refrigeración. Posteriormente se usaron como propulsores para aerosoles, en la fabricación de espuma, etc. Existen fuentes naturales en las que se producen compuestos relacionados, como los metilhaluros.
No existen sinks para los CFCs en la troposfera y por motivo de su casi inexistente reactividad son transportadas a la estratosfera donde se degradan por acción de los UV, momento en el cual liberan átomos libres de cloro que destruyen efectivamente el ozono.
Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e Hidrofluorocarbonos (HFCs): compuestos de origen antrópico que están usandose como sustitutos de los CFCs, sólo considerados como transicionales, pues también tienen efectos de gas invernadero. Estos se degradan en la troposfera por acción de fotodisociación
Por la larga vida que poseen son gases invernadero miles de veces más potentes que el CO2.
Agua
El vapor de agua es un constituyente vital de la atmósfera, en promedio 1% por volumen, aunque con variaciones significativas en las escalas temporales y espaciales. Por su abundancia es el gas de invernadero de mayor importancia, jugando un rol de vital importancia en el balance global energético de la atmósfera.
Aerosoles
La variación en la cantidad de aerosoles afecta también el clima. Incluye polvo, cenizas, cristales de sal oceánica, esporas, bacterias, etc., etc. Sus efectos sobre la turbidez atmosférica pueden variar en cortos periodos de tiempo, por ejemplo luego de una erupción volcánica. En el largo plazo, los efectos son bastante equilibrados debido al efecto natural de limpieza atmosférica, aunque el proceso nunca es completo. Las fuentes naturales se calculan que son 4 a 5 veces mayores que las antropogénicas. Tienen el potencial de influenciar fuertemente la cantidad de radiación de onda corta que llega a la superficie terrestre.
Como conclusión la atmósfera esta principalmente constituida por nitrógeno, oxígeno y algunos otros gases traza y aerosoles que regulan el sistema climático, al regular el balance energético entre la radiación solar incidente y la radiación terrestre que se emite. La mayor parte de la atmósfera se encuentra por debajo de los 10 km., en la troposfera, en la que el clima terrestre opera, y donde el efecto invernadero opera en forma más notoria. Por encima de ella se encuentran capas que son definidas por sus temperaturas.
EL PRESUPUESTO ENERGETICO DE LA ATMOSFERA
La Tierra recibe energía del Sol a la forma de radiación electromagnética, la superficie terrestre recibe radiación ultravioleta (UV) y radiación visible y emite radiación terrestre a la forma de radiación infrarroja. Estos dos grandes flujos energéticos deben estar en balance. Pero la atmósfera afecta la naturaleza de este balance. Los gases invernadero permiten que la radiación de onda corta solar penetre sin impedimento pero absorben la mayor parte de la emisión de ondas largas terrestres. Por ello la temperatura global promedio es de 288K o 15°C , 33 grados más alto que si no tuviera atmósfera. Este efecto se llama el "Efecto Invernadero" (GCCIP, 1997).
Los flujos de humedad, masa y momentum dentro de la atmósfera y los componentes del sistema climático deben estar en equilibrio. El balance de los flujos determina el estado de los climas y los factores que influyan sobre ellos a escala global deben ser considerados los causantes del cambio global.
LOS OCEANOS
Existe transferencia de momentum al océano a través de los vientos superficiales, que a su vez movilizan las corrientes oceánicas superficiales globales. Estas corrientes asisten en la transferencia latitudinal de calor, análogamente a lo que realiza la atmósfera. Las aguas cálidas se movilizan hacia los polos y viceversa. La energía también es transferida a través de la evaporación. El agua que se evapora desde la superficie oceánica almacena calor latente que es luego liberado cuando el vapor se condensa formando nubes y precipitaciones.
Lo significativo de los océanos es que almacenan mucha mayor cantidad de energía que la atmósfera. Esto se debe a la mayor capacidad calórica (4.2 veces la de la atmósfera) y su mayor densidad (1000 veces mayor). La estructura vertical de los océanos puede dividirse en dos capas, que difieren en su escala de interacción con la atmósfera. La capa inferior, que involucra las aguas frías y profundas, compromete el 80% del volumen oceánico. La capa superior, que está en contacto íntimo con la atmósfera, es la capa de frontera estacional, un volumen mezclado que se extiende sólo hasta los 100 m. de profundidad en los trópicos, pero que llega a varios kilómetros en las aguas polares. Esta capa sola, almacena 30 veces más energía que la atmósfera. De esta manera, un cambio dado de contenido de calor en el océano redundará en un cambio a lo menos 30 veces mayor en la atmósfera. Por ello pequeños cambios en el contenido energético de los océanos pueden tener un efecto considerable sobre el clima global y claramente sobre la temperatura global (GCCIP, 1997).
El intercambio de energía también ocurre verticalmente, entre la Capa Frontera y las aguas profundas. La sal contenida en las aguas marinas se mantiene disuelta en ella al momento de formarse el hielo en los polos, esto aumenta la salinidad del océano. Estas aguas frías y salinas son particularmente densas y se hunden, transportando en ellas considerable cantidad de energía. Para mantener el equilibrio en el flujo de masas de agua existe una circulación global termohalina, que juega un rol muy importante en la regulación del clima global (GCCIP, 1997).
LA CRIOSFERA
La criosfera consiste de las regiones cubiertas por nieve o hielo, sean tierra o mar. Incluye la Antártida, el Océano Artico, Groenlandia, el Norte de Canadá, el Norte de Siberia y la mayor parte de las cimas más altas de cadenas montañosas. Juega un rol muy importante en la regulación del clima global.
La nieve y el hielo tienen un alto albedo, por ello, algunas partes de la Antártida reflejan hasta un 90% de la radiación solar incidente, comparado con el promedio global que es de un 31%. Sin la criosfera, el albedo global sería considerablemente más bajo, se absorbería más energía a nivel de la superficie terrestre y consecuentemente la temperatura atmosférica sería más alta.
También tiene un rol en desconectar la atmósfera con los océanos, reduciendo la transferencia de humedad y momentum, y de esta manera, estabiliza las transferencias de energía en la atmósfera. Finalmente, su presencia afecta marcadamente el volumen de los océanos y de los niveles globales del mar, cambios en ella, pueden afectar el presupuesto energético del clima.
BIOSFERA
La vida puede encontrarse en casi cualquier ambiente terrestre. Pero al discutir el sistema climático es conveniente considerar la biosfera como un componente discreto, al igual que la atmósfera, océanos y la criosfera.
La biosfera afecta el albedo de la Tierra, sea sobre la tierra como en los océanos. Grandes áreas de bosques continentales tienen bajo albedo comparado con regiones sin vegetación como los desiertos. El albedo de un bosque deciduo es de aproximadamente 0,15 a 0,18, donde un bosque de coníferas es entre 0,09 y 0,15. Un bosque tropical lluvioso refleja menos aún, entre 0,07 y 0,15. Como comparación, el albedo de un desierto arenoso es de cerca 0,3. Queda claro que la presencia de bosques afecta el presupuesto energético del sistema climático.
Algunos científicos, piensan que la quema de combustibles fósiles no es tan desestabilizante como la tala de bosques y la destrucción de los ecosistemas que mantienen la producción primaria de los océanos (Anderson et al, 1987).
La biosfera también afecta los flujos de ciertos gases invernadero, tales como el dióxido de carbono y el metano. El plancton de las superficies oceánicas utilizan el dióxido de carbono disuelto para la fotosíntesis. Esto establece un flujo del gas, con el océano, de hecho fijando gas desde la atmósfera. Al morir, el plancton, transporta el dióxido de carbono a los fondos oceánicos. Esta productividad primaria reduce en un factor 4 la concentración atmosférica del dióxido de carbono y debilita significativamente el efecto invernadero terrestre natural.
Se estima que hasta el 80% del oxígeno producido por la fotosíntesis es resultado de la acción de las algas oceánicas, especialmente las áreas costeras. Por ello la contaminación acuática en esos sectores, podría ser muy desestabilizante (Anderson et al, 1987).
La biosfera también afecta la cantidad de aerosoles en la atmósfera. Billones de esporas, virus, bacterias, polen y otras especies orgánicas diminutas son transportadas por los vientos y afectan la radiación solar incidente, influenciando el presupuesto energético global. La productividad primaria oceánica produce compuestos conocidos como dimetilsulfitos, que en la atmósfera se oxidan para formar sulfatos aerosoles que sirven como núcleos de condensación para el vapor de agua, ayudando así a la formación de nubes. Las nubes a su vez, tienen un complejo efecto sobre el presupuesto energético climático. Por lo que cualquier cambio en la productividad primaria de los océanos, puede afectar indirectamente el clima global.
Existen por supuesto muchos otros mecanismos y procesos que afectan y que están acoplados al resto del sistema climático.
GEOSFERA
El quinto, y componente final, consiste en suelos, sedimentos y rocas de las masas de tierras, corteza continental y oceánica, y en última instancia, el interior mismo de la Tierra. Tienen un rol de influencia sobre el clima global que varía en las escalas temporales.
Variaciones en el clima global que se extienden por decenas y hasta centenas de millones de años, se deben a modulaciones interiores de la Tierra. Los cambios en la forma de las cuencas oceánicas y el tamaño de las cadenas montañosas continentales, influyen en las transferencias energéticas del sistema climático.
En escalas mucho menores de tiempo, procesos químicos y físicos afectan ciertas características de los suelos, tales como la disponibilidad de humedad, la escorrentía, y los flujos de gases invernadero y aerosoles hacia la atmósfera y los océanos. El vulcanismo, aunque es impulsado por el lento movimiento de las placas tectónicas, ocurre regularmente en escalas de tiempo mucho menores. Las erupciones volcánicas agregan dióxido de carbono a la atmósfera que ha sido removida por la biosfera y emiten además, grandes cantidades de polvo y aerosoles. Estos procesos explican someramente, como la geosfera puede afectar el sistema climático global (GCCIP, 1997).
EL CAMBIO CLIMATICO GLOBAL
El Cambio Global Climático, un cambio que le atribuido directa o indirectamente a las actividades humanas que alteran la composición global atmosférica, agregada a la variabilidad climática natural observada en periodos comparables de tiempo (EEI, 1997).
La IPCC (Panel Internacional sobre Cambio Climático), un panel de 2500 científicos de primera línea, acordaron que "un cambio discernible de influencia humana sobre el clima global ya se puede detectar entre las muchas variables naturales del clima". Según el panel, la temperatura de la superficie terrestre ha aumentado aproximadamente 0.6°C en el último siglo. Las emisiones de dióxido de carbono por quema de combustibles, han aumentado a 6.25 mil millones de toneladas en 1996, un nuevo récord. Por otro lado, 1996 fue uno de los cinco años más calurosos que existe en los registros (desde 1866). Por otro lado se estima que los daños relacionados con desastres climáticos llegaron a 60 mil millones de US$ en 1996, otro nuevo récord (GCCIP).
De acuerdo a la IPCC, una duplicación de los gases de invernadero incrementarían la temperatura terrestre entre 1 y 3.5°C . Aunque no parezca mucho, es equivalente a volver a la última glaciación pero en la dirección inversa. Por otro lado, el aumento de temperatura sería el más rápido en los últimos 100000 años, haciendo muy difícil que los ecosistemas del mundo se adapten.
El principal cambio a la fecha la sido en la atmósfera, Hemos cambiado y continuamos cambiando, el balance de gases que forman la atmósfera. Esto es especialmente notorio en gases invernadero claves como el CO2, Metano (CH4) y óxido nitroso (N2O). Estos gases naturales son menos de una décima de un 1% del total de gases de la atmósfera, pero son vitales pues actúan como una "frazada" alrededor de la Tierra. Sin esta capa la temperatura mundial sería 30°C más baja.
El problema es que estamos haciendo que esta "frazada" sea más gruesa. Esto a través de la quema de carbón, petróleo y gas natural que liberan grandes cantidades de CO2 a la atmósfera. Cuando talamos bosques y quemamos madera, reducimos la absorción de CO2 realizado por los árboles y conjuntamente liberamos el dióxido de carbono contenido en la madera. El criar bovinos y plantar arroz genera metano, óxidos nitrosos y otros gases invernadero. Si el crecimiento de la emisión de gases invernadero se mantiene en el ritmo actual los niveles en la atmósfera llegarán a duplicarse, comparados con la época preindustrial, durante el siglo XXI. Si no se toman medidas es posible hasta triplicar la cantidad antes del año 2100 (GCCIP, 1997).
El consenso científico como resultado de esto, es que seguramente habrá un aumento global de la temperatura entre 1.5 y 4.5°C en los próximos 100 años. Esto agregado al ya existente aumento de 0.5°C que ha experimentado la atmósfera desde la revolución industrial (UNEP/WHO, 1986).
Poder predecir cómo esto afectará al clima global, es una tarea muy difícil. El aumento de temperatura tendrá efectos expansivos. Efectos inciertos se agregan a otros inciertos. Por ejemplo, los patrones de lluvia y viento, que han prevalecido por cientos y miles de años, de las que dependen millones, podrían cambiar. El nivel del mar podría subir y amenazar islas y áreas costeras bajas. En un mundo crecientemente sobrepoblado y bajo estrés, con suficientes problemas de antemano, estas presiones causarán directamente mayor hambruna y otras catástrofes (UNEP/WMO, 1994).
Según la Organización Mundial de la Salud (WHO), aun un pequeño aumento de temperatura puede causar un aumento dramático de muertes debido a eventos de temperaturas extremas; el esparcimiento de enfermedades tales como la malaria, dengue y cólera; sequías, falta de agua y alimentos. La IPCC lo plantea así: "El cambio climático con certeza conllevará una significativa pérdida de vidas" (Dunn, 1997).
La cantidad de dióxido de carbono ha aumentado desde 295 ppm anterior a la época industrial, a una cifra actual de 359 ppm. Este aumento corresponde a un 50% de lo esperado, basado en la tasa de quema de combustibles fósiles. Varios procesos naturales parecen actuar como moderadores, por ejemplo el océano actúa como reserva, donde el dióxido de carbono se disuelve como tal y como carbonatos y bicarbonatos. Un aumento del dióxido de carbono en el aire, actúa como estimulante del crecimiento vegetal, de esta manera se fija más de este gas. El calentamiento de la Tierra, además de descongelar las capas polares, puede causar un cambio en el sistema de circulación del aire, cambiando patrones de lluvia. De esta manera, por ejemplo, el Medio-Oeste norteamericano (fuente agrícola de Estados Unidos), podría transformarse en desierto, y las zonas de cultivo moverse hacia áreas de Canadá.
CAUSAS DEL CAMBIO GLOBAL CLIMATICO
La energía recibida por la Tierra desde el Sol, debe ser balanceada por la radiación emitida desde la superficie terrestre. En la ausencia de cualquier atmósfera, la temperatura superficial sería aproximadamente -18 °C . Esta es conocida como la temperatura efectiva de radiación terrestre. De hecho la temperatura superficial terrestre, es de aproximadamente 15 °C .
El Efecto Invernadero
La razón de esta discrepancia de temperatura, es que la atmósfera es casi transparente a la radiación de onda corta, pero absorbe la mayor parte de la radiación de onda larga emitida por la superficie terrestre. Varios componentes atmosféricos, tales como el vapor de agua, el dióxido de carbono, tienen frecuencias moleculares vibratorias en el rango espectral de la radiación terrestre emitida. Estos gases de invernadero absorben y reemiten la radiación de onda larga, devolviéndola a la superficie terrestre, causando el aumento de temperatura, fenómeno denominado Efecto Invernadero (GCCIP, 1997).
El vidrio de un invernadero similar a la atmósfera es transparente a la luz solar y opaca a la radiación terrestre, pero confina el aire a su interior, evitando que se pueda escapar el aire caliente (McIlveen, 1986; Anderson et al, 1987). Por ello, en realidad, el proceso involucrado es distinto y el nombre es bastante engañador, el interior de un invernadero se mantiene tibio, pues el vidrio inhibe la pérdida de calor a través de convección hacia el aire que lo rodea. Por ello, el fenómeno atmosférico se basa en un proceso distinto al de un invernadero, pero el término se ha popularizado tanto, que ya no hay forma de establecer un término más exacto.
Una de las muchas amenazas a los sistemas de sostén de la vida, resulta directamente de un aumento en el uso de los recursos. La quema de combustibles fósiles y la tala y quema de bosques, liberan dióxido de carbono. La acumulación de este gas, junto con otros, atrapa la radiación solar cerca de la superficie terrestre, causando un calentamiento global. Esto podría en los próximos 45 años, aumentar el nivel del mar lo suficiente como para inundar ciudades costeras en zonas bajas y deltas de ríos. También alteraría drásticamente la producción agricultural internacional y los sistemas de intercambio (WMO, 1986).
Uno de los resultados del Efecto Invernadero, es mantener una concentración de vapor de agua en la baja troposfera mucho más alta que la que sería posible en las bajas temperaturas que existirían si no existiese el fenómeno. Se especula que en Venus, el volcanismo elevó las temperaturas hasta el punto que no se pudieron formar los océanos, y el vapor resultante produjo un Efecto Invernadero, exacerbado más aún por la liberación de dióxido de carbono en rocas carbonatadas, terminando en temperaturas superficiales de más de 400 °C (Anderson et al, 1987).
LISTA RESUMEN SOBRE GASES INVERNADERO
Gas Invernadero | Concentración 1750 | Concentración 1992 | Fuerza Irradiativa (W/m2) |
Dióxido de Carbono | 280 ppmv | 355 ppmv | 1,56 |
Metano | 0,8 ppmv | 1,72 ppmv | 0,5 |
Oxido Nitroso | 275 ppbv | 310 ppbv | 0,1 |
CFC-11 | 0 | 280 pptv | (siguiente) |
CFC-12 | 0 | 484 pptv | 0,3 (todos los CFCs) |
HCFCs/HFCs | 0 | Sin datos | 0,05 |
Ozono Troposférico | Sin datos | Variable | 0,2 – 0,6 |
Ozono Estratosférico | Sin datos | 300 unidad. dobson | -0,1 |
MECANISMOS FORZAMIENTO DE RADIACIÓN
Un proceso que altera el balance energético del sistema climático global o parte de él, se denomina un mecanismo forzado de radiación. Estos están separados a su vez, en mecanismos forzados internos y externos. Los externos, operan desde fuera del sistema climático, incluyen variaciones de órbita y cambios en el flujo solar. Los mecanismos internos, operan desde dentro del sistema climático, como por ejemplo la actividad volcánica y cambios en la composición de la atmósfera.
Variaciones de Orbita
Los cambios en el carácter de la órbita terrestre alrededor del Sol, se dan en escalas de tiempo de milenios o más largos. Pueden significativamente alterar la distribución estacional y latitudinal de la radiación recibida. Son conocidas como Ciclos Milancovitch. Son estos ciclos los que fuerzan cambios entre condiciones glaciales e interglaciales sobre la Tierra, con escalas de entre 10.000 y 100.000 años. El máximo de la última glaciación, ocurrió hace 18.000 años.
Variabilidad Solar
Otro de los mecanismos de fuerza externa, corresponde a cambios físicos en el mismo Sol, que pueden alterar la intensidad y el carácter del flujo de radiación solar. No existe duda que éstos ocurren en un rango variable de tiempo. Uno de los ciclos más conocidos es el de las manchas solares, cada 11 años. Otros parámetros, como el diámetro solar, también varían. Aún no existen datos suficientes como para corroborar variaciones suficientemente fuertes como para generar cambios climáticos.
Actividad Volcánica
Es un ejemplo de un mecanismo de fuerza interno, erupciones volcánicas por ejemplo, inyectan grandes cantidades de polvo y dióxido de azufre, en forma gaseosa a la atmósfera superior, la estratosfera, aquí son transformados en aerosoles de ácido sulfúrico. Ahí se mantienen por varios años, gradualmente esparciéndose por todo el globo. La contaminación volcánica resulta en reducciones de la iluminación solar directa (puede llegar a un 5 ó 10%) y generan bajas considerables de temperatura.
Composición Atmosférica
El cambio de composición de gases, especialmente los gases invernadero, es uno de los más grandes mecanismos de fuerza internos.
Cambios naturales en el contenido de dióxido de carbono atmosférico, ocurrieron durante las transiciones glaciales – interglaciales, como respuesta a mecanismos de fuerzas orbitales. En la actualidad, la humanidad es el factor más sustancial de cambio.
Retroalimentación
El sistema climático está en un balance dinámico. Por ello está continuamente ajustándose a perturbaciones forzadas, y como resultado, el clima se ve alterado. Un cambio en cualquier parte del sistema climático, iniciado por mecanismos forzados internos o externos, tendrán una consecuencia mucho más amplia, A medida que el efecto se propaga en cascada, a través de los componentes asociados en el sistema climático, se amplifica. Esto es conocido como retroalimentación. A medida que un efecto es transferido, desde un subcomponente del sistema a otro, se verá modificado en carácter o en escala. En algunos casos el efecto inicial puede ser amplificado (feedback positivo), mientras que en otros, puede verse reducido (feedback negativo).
Un ejemplo de un mecanismo de feedback positivo, involucra el vapor de agua. Una atmósfera más caliente potencialmente aumentará la cantidad de vapor de agua en ella. Ya que el vapor de agua es un gas invernadero, se atrapará más energía que aumentará la temperatura atmosférica más todavía. Esto a su vez, produce mayor vapor de agua, estableciéndose un feedback positivo.
CAMBIOS CLIMATICOS PREDICHOS PARA EL SIGLO XXI
Queda claro que la previsión de cambios en los próximos 100 a 150 años, se basan íntegramente en modelos de simulación. Comprensiblemente la gran mayoría de los modelos se han concentrado sobre los efectos de la contaminación antrópica de la atmósfera por gases invernadero, y en menor grado, en los aerosoles atmosféricos. La mayor preocupación presente, es determinar cuánto se entibiará la Tierra en un futuro cercano.
En la última década, varios modelos complejos de circulación general (GCMs), han intentado simular los cambios climáticos antropogénicos futuros. Han llegado a las siguientes conclusiones:
? Un calentamiento global promedio, de entre 1,5 y 4,5 °C ocurrirá, siendo la mejor estimación 2,5 °C .
? La estratosfera se enfriará significativamente.
? El entibiamiento superficial será mayor en las altas latitudes en invierno, pero menores durante el verano.
? La precipitación global aumentará entre 3 y 15%.
? Habrá un aumento en todo el año de las precipitaciones en las altas latitudes, mientras que algunas áreas tropicales, experimentarán pequeñas disminuciones.
Modelos más recientes dependientes del tiempo, que acoplan los componentes oceánicos y atmosféricos, han entregado estimaciones más confiables, los resultados más significativos indican:
 Página anterior | Volver al principio del trabajo | Página siguiente  |