GA_TEMA_1_Parte_a

TEMA 1.- Medio Ambiente
Naturaleza y alcance de los problemas ambientales. Definiciones de ambiente, sistema y contaminación. Interacción
de sistemas. Perturbaciones ambientales. Conciencia pública y acción. El papel cambiante de la tecnología.Desarrolo
sostenido. Cuantificación de los problemas ambientales.El medio ambiente y la industria. Efectos ambientales de la
industria. Naturaleza de los efectos ambientales. Concepto de ecología aplicada. Definiciones. Modelos. El
ecosistema. Ciclos biogeoquímicos. Crecimiento de la población. Contaminación y ambiente humano. Los productos
químicos y el medio ambiente. Toxicología Ambiental. Introducción. Concentración y dispersión de contaminantes en
el ambiente.
Entendemos por ambiente, al hábitat físico y biótico que nos rodea; lo que
podemos ver, oír, tocar, oler y saborear.
Entendemos por sistema al conjunto o arreglo de cosas relacionadas o
conectadas de tal manera que forman una unidad o un todo orgánico.
Entendemos por contaminación al cambio indeseable en a
l s características
físicas, químicas o biológicas del aire, el agua o el suelo que puede afectar de
manera adversa la salud, la supervivencia o las actividades de los humanos o
de otros organismos vivos.
Cuando se considera que la meta de mejorar la calidad ambiental consiste en
acrecentar el bienestar humano, la palabra ambiente incluye al conjunto de
aspectos sociales, económicos y culturales. Este tipo de amplitud es
inmanejable en muchas situaciones reales y requiere enfoques mas
integradores propios de la participación de múltiples disciplinas.
El sistema ambiente consiste en la interacción de los sistemas aire, agua y
tierra. Este tipo de clasificación facilita la comprensión de los problemas afines
dentro de un sistema y coincide con los esquemas de las organizaciones
gubernamentales que suelen manejar por separado la contaminación del aire,
la eliminación de aguas residuales y de los desperdicios sólidos.
Precipitación en aire
Evapotranspiración
TIERRA
Agua
superficial
Océano
Agua
subterránea
El esquema de la figura muestra la interacción aire, agua y tierra para ubicar a
un contaminante como el DDT sobre bases locales, nacionales, continentales o
globales.
Las mejoras en nuestro estándar de vida se pueden atribuir a la aplicación de
la ciencia y la tecnología, a modo de ejemplo se pueden indicar las siguientes:
# Mayor producción de alimentos de mejor calidad
# Diseño de viviendas como protección contra los climas extremos y como
espacio vital.
# La construcción de medios de transportes rápidos y confiables
# La invención de diversos sistemas de comunicación
# La invención de las máquinas para el reemplazo del trabajo manual
# El suministro de agua potable y la eliminación de los desperdicios
# La eliminación de muchas enfermedades infecciosas
# La disponibilidad de tiempo libre por mayor productividad, lo cual ofrece
oportunidades culturales y recreativas
# La protección contra los peores efectos de los desastres naturales, tales
como inundaciones, sequías, terremotos y erupciones volcánicas.
Pero también se presentan efectos perturbadores colaterales como la pérdida
de tierras cultivables, la desaparición de los bosques, la contaminación
ambiental y la aparición de organismos resistentes a los controles.
En la sociedad agrícola las personas vivían en armonía con la naturaleza.
Luego en los asentamientos que surgieron, fue necesario mantener en
equilibrio la calidad de los suministros con la generación de los desechos,
como por ejemplo en el Imperio Romano, para una población cercana al millón
de habitantes de la ciudad de Roma, se disponían de sistemas de drenajes ( La
Cloaca Máxima) y de acueductos que conducían el agua desde los Montes
Apéennos.
Posteriormente los abastecimientos de agua y la eliminación de los residuos se
fue descuidando en el momento del crecimiento de las ciudades, lo que
ocasionó brotes de disentería, cólera, fiebre tifoidea y otras enfermedades de
transmisión por agua. Antes de la segunda mitad del siglo XIX no se tenía
conciencia que la eliminación inadecuada de residuos contaminaba el
suministro de agua con organismos portadores de enfermedades.
La mayor urbanización producida por la industrialización en el siglo XIX
(Revolución Industrial), agrava los problemas ambientales. Ambos factores
fueron y son la causa fundamental de la contaminación del agua y del aire.
Después de la Segunda Guerra Mundial, los países industrializados
presentaron un crecimiento económico singular empujados por el crecimiento
poblacional, el avance tecnológico y la mayor disponibilidad de fuentes de
energía.
Durante la década 1950 a 1960 se incrementó de manera significativa la
cantidad de residuos descargados en el medio. Los nuevos productos
químicos, entre ellos insecticidas y plaguicidas, utilizados sin una evaluación
suficiente de sus efectos sobre el ambiente y la salud, causaron y causan
enormes problemas no previstos en el momento de su introducción.
La situación ambiental se agrava porque la variedad y cantidad de
contaminantes que se depositan en el medio aumentan de manera inexorable,
mientras tanto, la capacidad de los sistemas para asimilar esos desperdicios,
se encuentra limitada.
Estos nuevos problemas fueron tratados por varios escritores que despertaron
el interes de la conciencia publica, entre los que se destacan: Rachel Carson
con Silent Spring (1962); G. Hardin con The Tragedy of the Commons (1968);
Paul Ehrlich con The Population Bomb (1968 ), D.H. Meadows et al, con The
Limits to Growth (1972); Barry Commoner, con The Closing Circle (1971); Paul
y Ann Ehrlich, con The End of Affluence (1974); Barbara Ward y Rene Dubos,
con Only One Earth: The Care and Maintenance of a Small Planet (1972); Erik
R. Eckholm, con Losing Ground (1976), The Picture of Health (1977), y Down
to Earth (1982); y Holdgate et al, con The World Environment 1972-1982 (1983)
Algunos de estos libros están traducidos al español y son una importante
lectura de referencia.
Desde finales de los 60 hasta los finales de los 70 en la mayoría de los países
occidentales se instauró una legislación para controlar varios aspectos de la
contaminación. En 1970 en los EE UU se crea la EPA ( Environmental
Protection Agency) , dependencia encargada de administrar el programa
ambiental. Las Naciones Unidas organizan en 1972, una Conferencia sobre el
ambiente humano en Estocolmo. Luego las conferencias de la Naciones
Unidas referentes a población, alimentos, derechos de la mujer, la
desertificación, los asentamientos humanos, la ciencia y la tecnología y el
Tercer Mundo, continuaron poniendo énfasis en los problemas ambientales.
En 1992, la ONU organiza en Río de Janeiro la conferencia “ Cumbre de la
Tierra” para tratar temas de ambiente y desarrollo, con la asistencia de 102
jefes de estado de 182 países, pero no se llegaron a acuerdos sobre el
calentamiento planetario, la protección de los bosques, la contaminación de los
océanos y el control de la población. Igual resultado desalentador se dio en
1994 en El Cairo, en la Conferencia de la ONU “Población y Desarrollo” .
Estas conferencias han alertado a la población mundial sobre los problemas
ambientales. Luego la opinión pública obligara a la acción política. Por el
momento la sociedad civil adelanta a los políticos en lo que concierne a su
preocupación por el ambiente.
En este nuevo siglo, aumenta el uso de tecnología para resolver problemas
ambientales, pero lo hace considerando dos áreas muy importantes: el
desarrollo sostenido para los problemas globales y la tecnología preventiva
para reducir los efectos de los procesos, operaciones y productos en el
ambiente.
Desarrollo sostenido es el desarrollo que satisface las necesidades del
presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para
satisfacer sus propias necesidades.
Esta definición aparece en el informe “Nuestro futuro común”, publicado en
1987, por la Comisión Mundial para el Ambiente y el Desarrollo de la ONU,
presidida por la entonces primera ministra noruega Giro Harlem Brundtland.
El concepto de desarrollo sostenido ha cambiado la filosofía de la explotación
destructiva de la sociedad a una que fomente la protección del ambiente y sus
habitantes a largo plazo. A los criterios de eficiencia, productividad, rentabilidad
y otros similares del tipo económicos, se agregan ahora las inquietudes por los
impactos en la salud y el ambiente, la conservación de los recursos y la
energía, el manejo de los residuos y los problemas sociales cono las demandas
públicas, el desempleo y la criminalidad.
Si el desarrollo sostenido global se alcanza será mediante el ingenio humano y
la adaptación natural de los seres vivos a un mundo en continuo cambio.
En el enfoque tradicional solo parece posible continuar con el desarrollo
industrial y la urbanización guiados en primer término por motivos de mercado
y de rentabilidad, y utilizar la riqueza resultante para ayudar a pagar los
inevitables costos ambientales y sociales.
Como contraparte la estrategia de la tecnología preventiva, analiza como se
pueden rediseñar o ajustar los procesos, operaciones y productos del sistema
industrial para evitar o reducir al mínimo la producción de residuos. Los
esfuerzos que realizan las compañías que abrazan esta nueva filosofía ayudan
a reducir algunos gastos de un país, como los costos del cuidado de la salud y
el ambiente, con lo que disminuye el deficit y las cargas fiscales.
Al futuro profesional de la ingeniería no le interesa solo entender las causas y
los efectos de los problemas ambientales en términos exclusivamente
cualitativos, sino que también debe ser capaz de expresar el problema que
percibe y su solución potencial de manera cuantitativa. Tratándose de
cuestiones complejas, los problemas se pueden dividir en varios componentes,
que se analizan llevando a cabo balances de materia o energía de cada
componente, lo cual conduce a una solución para el sistema total.
El medio ambiente y la industria interactúan muy fuertemente.
El aire, el suelo y el agua superficial y subterránea, dan un hábitat al hombre y
a las diversas especies animales y vegetales, formando un ecosistema que
además es la fuente de recursos que la actividad industrial necesita.
El medio ambiente ejerce efectos sobre los organismos vivos por medio de
inundaciones o sequías (corto plazo) y con la erosión, los cambios climáticos o
la formación de deltas (largo plazo).
Los ecosistemas locales pueden diferir considerablemente en cuanto a su
composición y dependencia de las condiciones ambientales, y por lo tanto, su
vulnerabilidad al daño ambiental y su capacidad de recuperación también
varían significativamente.
El medio ambiente puede asimilar sin deterioro cierto grado de contaminación y
tiene una gran capacidad de recuperación. Las reglamentaciones y medidas de
protección ambiental deben contemplar las particularidades de los medios
locales y el dinamismo de los ecosistemas.
Los efectos ambientales generados por las actividades y productos
industriales, son:
Físicos: Actividades de explotación y extracción de minerales, el ruido, la
vibración, el aumento de temperatura de las aguas receptoras de efluentes, la
radioactividad, la luz artificial
Químicos: resultantes de la introducción de agentes químicos biológicamente
activos en el medio ambiente a causa de accidentes (derrames o perdidas),
operaciones (efluentes) o acciones deliberadas (aplicación de pesticidas o
descarga de residuos en terrenos de relleno)
Visuales: propios de la visibilidad de las operaciones o de las plantas
industriales, particularmente en lugares de paisaje atractivo.
Olores: relacionados con la producción de ciertas sustancias químicas.
Según su acción sobre el medio ambiente los efectos serán:
# Efectos tóxicos directos de ciertas sustancias sobre los organismos vivientes
(aumento de la mortalidad, reducción de las tasas de reproducción)
# Efectos ecológicos indirectos de ciertas sustancias ( agotamiento del oxigeno
en el agua, cambios atmosféricos, reducción de la capacidad biodegradante,
bioacumulación de contaminantes)
# Efectos físicos ( destrucción física de hábitat, daños a la propiedad)
# Restricción en el uso humano del medio ambiente y sus recursos ( pérdida o
reducción de las áreas de esparcimiento, molestias, perturbación de las
actividades, alteración de la cadena alimentaria acuática).
Un aspecto importante es la bioacumulación de sustancias potencialmente
tóxicas, por vías de la cadena alimentaria.
La intensidad de todo agente contaminante decrece con el correr del tiempo y
la distancia a la fuente.
Concepto de ecología aplicada
El termino ecología proviene del griego “oikos” “logos” que significa “casa”
“ciencia” o sea el estudio de la Tierra. La ecología esta relacionada con los
organismos, con los flujos de energía y con los ciclos de la materia en el
planeta.
Otra definición de ecología es “ totalidad o tendencias de relaciones entre los
organismos y el medio ambiente”
El término “población” en ecología significa grupo de individuos de cualquier
tipo de organismos.
El término “comunidad”, en el sentido ecológico (comunidad biótica) incluye a
todas las poblaciones de un área dada.
La comunidad y el medio abiótico funcionan juntas como un sistema ecológico
o ecosistema.
Un término usado con frecuencia en la literatura, es “biogeocenosis”, cuyo
significado es “vida y tierra funcionando juntas”
El término “biosfera” significa todos los ecosistemas de la tierra que funcionan
juntos en una escala global. La biosfera es la porción del globo terráqueo en la
que los ecosistemas pueden albergar la vida.
Finalmente debe destacarse que la jerarquía de niveles de organización es
continua. A medida que los componentes se combinan para producir conjuntos
funcionales más grandes, en una serie jerárquica, se originan nuevas
propiedades. Este principio de niveles de integración es una aplicación de
aquello que dice que “el todo es mas que la suma de las partes”.
Se puede hacer un estudio ecológico en cualquier nivel. Lo esencial es
reconocer las propiedades únicas del nivel elegido, y entonces diseñar
métodos apropiados para su estudio. Para cada nivel existe un instrumental
apropiado.
Para estudiar algo tan complejo como los sistemas ecológicos, es necesario
recurrir al uso de modelos.
Un modelo es una formulación simplificada que imita fenómenos del mundo
real, de tal modo que puedan comprenderse y predecirse situaciones
complejas. Los modelos pueden ser verbales o gráficos.
Es importante saber construir modelos formales, ya que los mismos van a
desempeñar un papel cada día más importante en la elaboración de
alternativas y predicciones que fundamenten decisiones en relación con el
impacto ambiental de las actividades humanas.
En su versión formal, un modelo funcional de una situación ecológica tendrá
cuatro componentes los cuales se listan a continuación:
1) Propiedades o Variables de Estado
2) Fuerzas Impulsoras, que son fuentes exteriores de energía, o fuerzas
que impulsan el sistema
3) Trayectorias de flujo que indican hacia donde fluye la energía o los
materiales en el ecosistema
4) Funciones de Interacción, donde las Fuerzas Impulsoras y las Variables
de Estado interactúan entre si, para modificar, amplificar o controlar los
flujos.
El ecosistema es la unidad funcional básica a considerar. Está constituido
por las interrelaciones entre los organismos vivientes ( comunidad biótica ) y
el medio ambiente abiótico.
Una vez obtenido un modelo del sistema puede examinarse sus partes
componentes y ver su funcionamiento.
Hábitat significa la condición ambiental física y química en la cual se
encuentra comúnmente una especie. Esta definición tiene en cuenta los
aspectos ambienta abióticos. Cuando se incluyen los aspectos bióticos del
ecosistema ( es decir: otras especies ) se tiene un nicho ecológico.
Los ecosistemas, poseen sistemas de autorregulación (homeostasis), que
permiten contrabalancear, dentro de ciertos límites, estímulos y cambios
positivos o negativos (stress)
Muerte
Variables
del sistema
Meseta homeostática
Muerte
(-) 0 (+)
Stress
Tipos de ecosistemas.
Para entender las propiedades de los ecosistemas, tanto naturales como de
origen humano, es muy importante el estudio de la energía, ya que es su
principal función impulsora.
Una clasificación del ecosistema basada en la estimación del flujo anual de
energía se presenta a continuación.
Tipo
1
2
3
4
Clasificación de Ecosistemas
Descripción
Ecosistemas naturales no subsidiados,
Impulsados por energía solar, Por ejemplo
Bosques de zonas altas
Ecosistemas naturales subsidiados, impulsados
Por energía solar, Por ejemplo: estuarios, selvas tropicales,
Producen un exceso de materia orgánica que se almacena, o
bien, puede ser transferida a otros sistemas
Ecosistemas humanos subsidiados, impulsados por energía
solar. Por ejemplo: agricultura, cultivos. Sistemas productores
de alimento mantenidos por combustible.
Sistemas humano-industriales, impulsados por combustibles.
Por ejemplo: ciudades, ciudades satélite, parques
industriales. Estos además, dependen de los tipos 1 a 3, para
su mantenimiento
Flujo anual de
Energía
(estimado)
2.000
kcal/m2
20.000
kcal/m2
20.000
kcal/m2
2.000.000
kcal/m2
Los ecosistemas dependen de dos tipos principales de energía: la solar, y la
producida por combustibles (químicos o nucleares)
Es posible distinguir entonces, entre sistemas impulsados por el Sol, y
sistemas impulsados por combustibles, en lo que se refiere a la fuente
principal de energía.
La energía solar total que se recibe sobre la tierra es enorme pero solo una
pequeña parte es directamente utilizada por los organismos.
En contraste, el combustible puede proveer una fuente muy concentrada en
términos de conversión a trabajo útil, dentro de un área reducida.
Los sistemas de la naturaleza que dependen del Sol, se denominan como
ecosistemas no subsidiados impulsados por energía solar ( Tipo 1 ) Son no
subsidiados, en el sentido de que no ha subsidios de energía para
incrementar o complementar la suministrada por la radiación solar. Por
ejemplo: Lagos profundos, bosques en zonas altas, etc .
Hay ecosistemas en donde se pueden utilizar subsidios de energía para
incrementar la energía recibida por radiación solar. Un subsidio de energía,
es una fuente auxiliar de energía que reduce el costo de mantenimiento del
ecosistema, y así se incrementa la cantidad de energía que puede
convertirse en materia orgánica producida.
Tales subsidios pueden ser naturales o artificiales.
La parte costera de un estuario constituye un buen ejemplo de un
ecosistema natural subsidiado por la energía de las mareas.
El flujo de agua trasporta nutrientes y desechos y los organismos del
estuario convierten más eficazmente la energía solar en materia orgánica.
Los organismos en un estuario están adaptados para utilizar este subsidio
de energía. Los estuarios son ecosistemas más fértiles que, por ejemplo, un
área terrestre adyacente o charca, que recibe la energía solar, pero que no
recibe el subsidio suministrado por el flujo del agua.
La agricultura es un ejemplo del Tipo 3, que incluye a los ecosistemas
humanos subsidiados, impulsados por energía solar. Los altos rendimientos
de alimentos se mantienen mediante el aporte de grandes cantidades de
combustible al sistema utilizado en labores de cultivo, riego, aplicación de
fertilizantes, selección genética y control de plagas. Hoy el combustible es
vital para producción de alimentos.
El hombre dirige la mayor cantidad de energía posible hacia la obtención del
alimento, mientras que la tendencia de la naturaleza es distribuir los
productos de la fotosíntesis entre muchas especies (biodiversidad) y
almacenar la energía como una reserva.
Los ecosistemas impulsados por combustibles (del Tipo 4), son también
conocidos como ecosistemas urbano-industriales. En estos ecosistemas,
una gran cantidad concentrada de energía potencial de los combustibles
reemplaza a la energía solar. En las ciudades la energía solar es
desaprovechada, e incluso se convierte en un inconveniente, por ejemplo
en verano e implica más gasto de energía (mediante aire acondicionado).
El alimento es un insumo y producto de los ecosistemas impulsados por la
energía solar.
Es posible que en el futuro se solucione este desperdicio de energía y haya
sistemas urbanos impulsados por combustibles y subsidiados por la energía
solar.
Es necesario destacar dos características de los sistemas impulsados por
combustibles:
# Los requerimientos energéticos por parte de un área urbano-industrial son
por lo menos dos o tres veces mayor que el flujo de energía que mantiene
la vida en los ecosistemas impulsados por energía solar, sean naturales o
seminaturales. Esta es la razón por la que mucha gente puede convivir en
un espacio tan reducido.
# Los sistemas impulsados por combustibles son sistemas incompletos,
dependientes de otros ecosistemas, ya que no producen alimentos, reciclan
pocos desechos, y recircular solo una porción reducida del agua y de otros
materiales necesarios, y la energía proviene del exterior del sistema.
La influencia que el sistema urbano, impulsado por combustibles, ejerce
sobre el sistema adyacente, impulsado por energía solar, es enorme, los
ecosistemas naturales autosuficientes, impulsados por energía solar ( Tipo
1) tienen un gran valor por su capacidad de depuración y asimilación de
desechos, como por su capacidad de proveer alimentos.
Los componentes de un ecosistema se dividen en componentes bióticos y
abióticos. Entre los componentes bióticos (seres vivos) se distinguen:
1) Autótrofos: captan la energía luminosa y transforman los componentes
abióticos en sustancias vivas.
2) Heterótrofos: degradan o asimilan las sustancias elaboradas por los
autótrofos.
Teniendo en cuenta los niveles tróficos, es decir la fuente de energía de los
organismos, se pueden considerar cuatro componentes en un ecosistema, a
saber:
1) Sustancias abióticas y condiciones de vida; es un conjunto que
comprende tanto a los elementos y compuestos químicos básicos, como
al ambiente terrestre y acuático y el clima.
2) Los productores, representados por los grupos vegetales ( autótrofos).
3) Los consumidores o macro consumidores, constituidos por animales que
ingieren otros organismos, o bien materia orgánica.
4) Los desintegradores o micro consumidores, representados por
organismos heterótrofos, principalmente, bacterias y hongos que
degradan los compuestos de organismos muertos, absorben algunos
productos, y liberan sustancias orgánicas e inorgánicas.
La biomasa es el peso de los organismos vivos presentes en un
ecosistema. La biomasa, no indica necesariamente el nivel de actividad
biológica, algunos ecosistemas, como los bosques, tienen una gran
cantidad de biomasa relativamente inerte. Los componentes de la parte
abiótica del ecosistema son:
1) Sustancias inorgánicas, como el carbono, el nitrógeno, el agua y otras,
que forman parte de los ciclos biogeoquímicos del ecosistema.
2) Sustancias orgánicas, como los carbohidratos, las proteínas, los lípidos,
y las sustancias húmicas, los carbohidratos, las proteínas y los lípidos,
que integran los organismos vivos, también están ampliamente
dispersas en el medio ambiente en formas abióticas. Los organismos
que se descomponen, también generan sustancias orgánicas. Existen
también materiales llamados humus o sustancias húmicas, que son
resistentes a una ulterior desintegración . El humus es una sustancia
coloidal oscura, amorfa, se encuentra en suelos y sedimentos, en
charcas y ciénagas. Se sabe que contribuye al crecimiento de los
vegetales, pero en exceso inhiben la productividad vegetal. La materia
orgánica de origen vegetal, en condiciones específicas tales como las
que existieron en épocas geológicas pasadas, se fosilizo formando
carbón y petróleo de los cuales dependen los sistemas urbanoindustriales.
Es importante subrayar que muy pocas sustancias,
orgánicas o inorgánicas, se encuentran exclusivamente, ya sea en el
compartimento abiótico, o en el compartimento biótico del ecosistema.
3) El régimen climático, que incluye la temperatura y otros factores físicos
que delimitan las condiciones de existencia del componente biótico.