Interacciones en el Sistema Tierra: Clima, Recursos y Riesgos Naturales

Introducción: La Tierra y el Medio Ambiente

1.1 Medio Ambiente

Conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos en un periodo corto o largo de tiempo sobre los seres vivos y sus actividades humanas.

1.2 Sistemas y Dinámica de Sistemas

Un sistema es un conjunto de partes que interactúan entre sí. Se estudia su comportamiento global.

• Modelo de Caja Negra: Se centra en las entradas y salidas de materia y energía, sin considerar los procesos internos.
• Modelo de Sistema de Caja Blanca: Existen varias variables unidas por flechas que las relacionan entre sí (diagrama causal).

Tipos de sistemas:

• Abiertos: Se produce intercambio de energía y materia.
• Cerrados: No hay intercambio de materia, pero sí de energía.
• Aislados: No hay intercambio ni de materia ni de energía.

Tipos de relaciones:

• Simples: Directas, inversas, encadenadas.
• Complejas: Bucle de realimentación positiva, bucle de realimentación negativa.

1.3 Modelos de Regulación del Clima Terrestre

• Tierra como Sistema de Caja Negra: Sistema cerrado (entra y sale energía, pero la materia no se intercambia).
• Tierra como Sistema de Caja Blanca: Formado por un conjunto de subsistemas (atmósfera, hidrosfera, biosfera, geosfera).

Interacciones Climáticas

Efecto Invernadero

• Ocurre en los primeros 12 km de la atmósfera.
• Gases como el vapor de H₂O, metano y NO₂ dejan pasar la radiación visible del sol, pero no la infrarroja.
• Temperatura media de 15ºC.
• Las variaciones en la concentración de gases con efecto invernadero están asociadas a los ciclos de la materia (H₂O, C, N).
• A mayor concentración de gases, mayor efecto invernadero y mayor temperatura.
• El incremento del efecto invernadero está potenciado por el aumento de los gases de efecto invernadero, lo que provoca un calentamiento excesivo de la atmósfera, conllevando deforestación, incendios y quema de combustibles fósiles.

Efecto Albedo

• Porcentaje de luz reflejada por la Tierra de toda la que incide.
• A menor albedo, mayor temperatura terrestre.
• Factores que influyen:
  • Distribución de mares y grandes lagos, ya que absorben la luz y tienen niveles bajos de albedo.
  • Polvo atmosférico.
  • Distribución de nubes y zonas nevadas (hasta 100% de albedo).

Efecto de las Nubes

Tienen doble acción: Incrementan el albedo (nubes bajas) e incrementan el efecto invernadero al devolver la radiación infrarroja (nubes bajas).

Polvo Atmosférico

A mayor cantidad de polvo, mayor albedo.

Volcanes

Presentan un doble efecto sobre el clima:

• Descenso de la temperatura a corto plazo (a mayor polvo atmosférico, mayor albedo).
• Aumento de la temperatura a largo plazo (a mayor CO₂, mayor temperatura, mayor efecto invernadero).

Variaciones de la Radiación Solar Incidente

• Variaciones periódicas:
  • Excentricidad de la órbita terrestre.
  • Inclinación del eje terrestre y posición en el perihelio.
• Variaciones graduales: A medida que el Sol degrada su energía, desprende más calor.

La Influencia de la Biosfera: Hipótesis de Gaia

Considera a la Tierra como un sistema homeostático, cuya temperatura se autorregula debido a una serie de interacciones entre los diferentes subsistemas que lo componen. La biosfera presenta el papel fundamental, puesto que rebaja los niveles de CO₂ y, por lo tanto, disminuye la temperatura.

Argumentos:

• La fotosíntesis reduce el nivel de CO₂ atmosférico.
• La formación de O₂ al romperse una molécula de agua por la acción de la luz solar.
• Formación de la capa de ozono por la abundancia de O₂ en la atmósfera.
• Aumento y aparición de N₂ atmosférico, a partir de los seres vivos.

Interacciones en el Sistema Tierra

• Atmósfera: Proporciona precipitación a la hidrosfera, meteoriza la geosfera y aporta CO₂ (respiración), O₂ (fotosíntesis) y H₂O (evapotranspiración) a la biosfera. Recibe evaporación de la hidrosfera y erupciones volcánicas de la geosfera.
• Hidrosfera: Proporciona a la biosfera captación del agua y a la geosfera erosión, transporte y sedimentación. Recibe evapotranspiración de la biosfera y aporte de sales al agua de la geosfera.
• Biosfera: Recibe captación del agua de la hidrosfera y aporte de sales a los seres vivos de la geosfera. Proporciona formación del suelo a la geosfera, evapotranspiración a la hidrosfera y CO₂ (fotosíntesis) y O₂ (respiración) a la atmósfera.
• Geosfera: Recibe meteorización de la atmósfera, formación de suelo de la biosfera y erosión, transporte y sedimentación de la hidrosfera. Proporciona aporte de sales al agua a la hidrosfera, erupciones volcánicas a la atmósfera y aporte de sales a los seres vivos.

2. La Relación entre la Humanidad y la Naturaleza

2.1. Recursos Naturales

Un recurso natural es todo aquello que la humanidad obtiene de la naturaleza para satisfacer sus necesidades físicas básicas y otras necesidades fruto de sus deseos.

Clasificación:

• Según su naturaleza: Recursos biológicos (renovables y potencialmente renovables).
• Según sus posibilidades de regeneración: Renovables, no renovables y potencialmente renovables.

2.2 Riesgos Naturales

Riesgo: Todo proceso que pueda ocasionar daños personales, pérdidas económicas o daños al medio ambiente.

Tipos de riesgos:

• Tecnológicos: Directos del ser humano (maquinaria).
• Naturales:
  • Biológicos (microorganismos infecciosos).
  • Químicos (productos químicos en comidas, agua, aire o suelo).
  • Físicos:
    • Climáticos (fenómenos atmosféricos).
    • Geológicos (internos y externos).
    • Cósmicos (procedentes del espacio).

2.3 Factores de Riesgo

• Peligrosidad: Probabilidad de que ocurra algo en un lugar y tiempo determinado.
  • Severidad: Valora la magnitud prevista de un fenómeno catastrófico. Se valora en parámetros físicos.
  • Tiempo de retorno: Frecuencia de tiempo con la que un riesgo se repite.
  • Distribución geográfica: Localizar y delimitar las zonas afectadas.
• Vulnerabilidad: Medida del grado de eficacia de un grupo social determinado para adecuar su organización frente a aquellos cambios en el medio natural que incorporan riesgo.
• Exposición: Total de personas o bienes expuestos a un determinado riesgo (que podrían ser afectados).

2.5 Planificación de Riesgos

• Predicción: Anunciar con antelación. Medidas de predicción:
  • Mapas de riesgos (mapas de peligrosidad, de vulnerabilidad y de exposición).
• Prevención: Prepararse con antelación (medidas preventivas):
  • Medidas estructurales: Modificación de estructuras geológicas destinadas a reducir la peligrosidad, la vulnerabilidad y la exposición.
  • Medidas no estructurales: Ordenación del terreno, la protección civil, la educación para el riesgo y establecimiento de seguros.

Impactos Ambientales

Concepto: Cualquier modificación, tanto en la composición como en las condiciones del entorno, introducida por la acción humana.

Causas:

• Cambios en los usos del suelo.
• Contaminación.
• Cambios en la biodiversidad (introducción de especies foráneas, caza, pesca abusiva).
• Sobreexplotación (sobrepastoreo, caza, pesca abusiva...).
• Abandono de actividades humanas (erosión del suelo).

Tipos de impactos:

• En función del sistema afectado: Sobre el agua, relieve, el suelo, la fauna y flora, el paisaje y la atmósfera.
• Según su extensión territorial:
  • Locales: Afectan a un territorio determinado.
  • Regionales: Afectan a amplias regiones e incluso a varios países.
  • Globales: Pueden llegar a afectar a todo el planeta (efecto invernadero, menor capa de ozono, menos agua y menor biodiversidad).

Evaluación de Impactos Ambientales (EIA)

Consiste en detectar previamente el impacto que originaría en un territorio un determinado proyecto en caso de llevarse a efecto. La EIA puede servir como método eficaz para la ordenación del territorio.

Fases:

• Fase técnica por expertos.
• Fase administrativa.

La EIA tiene 4 funciones básicas:

• Conocer los posibles impactos sobre el entorno por una acción.
• Estudio de los impactos desde un punto de vista global.
• Flexibilidad respecto a la normativa.
• Fomento del consenso.

Métodos:

• Evaluación cuantitativa: Matriz de Leopold: 100 acciones (columnas) y 88 factores (filas). Se seleccionan los que interesan en cada caso y se valoran del 1 al 10.
• Evaluación cualitativa: Suelen ser tablas, en las que este tipo de matrices resultan más fáciles de elaborar por los no expertos. En cada cuadrícula en la que se produzca un impacto se señalará con un sí, un + o un punto.

2.4 La Gestión del Planeta

La crisis ambiental: El avance tecnológico e industrial que mueve todo nuestro sistema económico se viene desarrollando al margen de los sistemas naturales, amenazando el futuro de nuestro planeta y sobrepasando su capacidad para mantenernos a este ritmo de vida. Se pone de manifiesto por los siguientes datos:

• Consumo acelerado de recursos.
• Contaminación del aire (ciudades).
• Aumento de concentración de gases (efecto invernadero).
• Incremento de la generación de residuos.
• Contaminación de recursos renovables.
• Destrucción por la tala de árboles.

Modelos de Desarrollo Humano

• Explotación incontrolada: Prima el desarrollo económico ante la prevención del medio natural.
  • Utiliza recursos no renovables (agotamiento, impactos ambientales y gasto suplementario de energía), libera residuos y no permite mantener un crecimiento económico en un tiempo indefinido.
• Conservacionismo a ultranza: Prima la prevención del medio natural ante el desarrollo económico. Se denomina modelo de crecimiento cero. Las bases del modelo son la preocupación por los recursos naturales y la superpoblación. Propuestas por los países industrializados (reducir la contaminación, utilizar recursos no renovables, inversiones de capital...) mientras que los países pobres lo ven como una injusticia y sin intereses.
• Desarrollo sostenible: Equilibrio entre desarrollo económico y prevención del medio natural, para que puedan disfrutar nuestras futuras generaciones. Sostenibilidad económica, social y ecológica.

3.4. El Sistema Fluvial

Tipos de Aguas Corrientes Superficiales

Una parte de las precipitaciones caídas en los continentes circula sobre la superficie (escorrentía superficial) en forma de aguas de arroyada, torrentes y ríos.

• a) Las aguas de arroyada son cursos de agua que discurren sin cauce fijo y con un caudal variable. Realizan una fuerte erosión, especialmente cuando las precipitaciones son abundantes, los materiales son blandos, la vegetación es escasa y la pendiente acusada.
• b) Los torrentes son cursos de agua de cauce permanente, normalmente de poca longitud y fuerte pendiente, y con un caudal esporádico. Se distingue una cuenca de recepción de las aguas, donde predomina la erosión, un canal de desagüe por donde tiene lugar el transporte de materiales y un cono de deyección donde se produce la sedimentación.
• c) Los ríos son cursos de agua de cauces estables y caudal constante, no estacionario, de cierta longitud y pendiente variable según los tramos. Se diferencian un curso alto, donde predomina la erosión, que profundiza el valle fluvial que toma forma de V, un curso medio donde hay un ensanchamiento del valle y un transporte de materiales, y finalmente un curso bajo cubierto de materiales. En la desembocadura se forman deltas y estuarios.

Red de drenaje (red hidrográfica o red fluvial) es el conjunto de cursos de agua que desaguan en un río principal, que la conducirá hasta el mar.

Cuenca hidrográfica es el territorio en el que las aguas escurren siguiendo una línea convergente, vertiendo todas a un mismo río, lago o mar.

3.4.1. La Acción de las Aguas Canalizadas: Carga, Capacidad y Competencia

• a) El cauce de un río es el lugar por donde discurren las aguas de un río. Podemos distinguir:
  • Cauce normal: El que ocupan las aguas de forma más continuada.
  • Cauce menor o de estiaje.
  • Cauce mayor: Se produce en épocas de crecidas, formando llanuras de inundación.
• b) El caudal es el volumen de agua que circula por una sección del cauce en una unidad de tiempo.

Se define acción erosiva de un río a una serie de parámetros:

• Carga: Son los materiales que transporta el río.
• Capacidad: Cantidad de sedimentos que puede transportar el río.
• Competencia: Tamaño de partícula que una corriente puede elevar o separar del fondo de su cauce.

Puede suceder que:

1. La capacidad de transporte sea mayor que la carga a transportar, y el tamaño del grano no supera su competencia (erosión).
2. La capacidad sea igual o semejante a la carga, en cuyo caso el proceso geológico que ocurre es el transporte.
3. La capacidad sea menor que la carga, en cuyo caso tiene lugar la sedimentación de los materiales, al no poder ser transportados.

3.4.2 La Evolución del Sistema Fluvial: El Perfil de Equilibrio y las Terrazas Fluviales

Perfil longitudinal: De un río es la curva que representa la altitud de cada punto del río y su distancia al lugar de nacimiento.

Nivel de base: Es el punto más bajo del curso fluvial, el nivel general de base de los ríos es el del mar donde desembocan, aunque los afluentes tienen un nivel de base local, correspondiente al río principal.

• Con el paso del tiempo, los ríos modifican su cauce a causa de la erosión y sedimentación, de manera que todo río tiende a alcanzar un perfil longitudinal teórico o perfil de equilibrio, que representa un río sin capacidad erosiva ni de sedimentación, solo habría transporte de agua.
• El río que ha alcanzado este estado no puede profundizar su cauce:
• En el nacimiento, la pendiente es fuerte pero el caudal es pequeño.
• En la desembocadura, el caudal es grande pero la pendiente es nula.
• Los ríos nunca llegan a alcanzar totalmente el perfil de equilibrio:
  • Por alteraciones de su caudal producidos a causa de cambios climáticos.
  • Por alteraciones de su nivel de base debidos a: movimientos eustáticos (elevación o descenso del nivel del mar) movimientos epirogénicos (elevación o descenso de los continentes).

3.4.3. Las Terrazas Fluviales

Se producen en las llanuras de inundación. Estas se forman cuando un río se encaja en los sedimentos de su propia llanura aluvial, bien por un descenso de su nivel de base, bien por una época de sequía. En épocas lluviosas, el río ejerce una intensa acción erosiva en el curso alto. Estos sedimentos se depositan en el curso medio y serán erosionados cuando el río disminuya de caudal. Este fenómeno no se produce en todos los ríos de la superficie terrestre, es decir, no es un proceso universal. Glaciaciones del cuaternario.

3.4.4. La Geodinámica en la Desembocadura: Deltas y Estuarios

La morfología de un río está condicionada por:

• La cantidad de sedimentos que este aporta a la misma.
• La capacidad del océano o el mar para redistribuir esa carga.

Tipos de desembocadura:

• Delta: Son acumulaciones de sedimentos transportados por un río y depositados frente a su desembocadura. Predomina la capacidad de depósito del río sobre la capacidad de erosión del océano. Deben su nombre a la forma triangular que presentan, con un vértice apuntando hacia la desembocadura del río, similar a la letra mayúscula griega de este nombre. Es típico de los ríos que desembocan en mares interiores (donde las mareas, las olas y las corrientes son pequeñas) o que aportan gran cantidad de sedimentos.
• Estuario (en nuestro país las rías son sinónimos de estuarios). Son formaciones producidas en las desembocaduras de los ríos. Es un entrante litoral en forma de embudo. Predomina la capacidad erosiva del mar sobre el depósito del río. El mar redistribuye los aportes del río mar adentro e, incluso, erosiona e invade su curso bajo. Es más frecuente en océanos. La mezcla de mareas y corrientes es lo que hace que las aguas de los estuarios sean ricas en nutrientes y constituyen uno de los hábitats más productivos de la Tierra. Las condiciones duras y difíciles hacen que estos hábitats sean menos ricos en especies que el mar. Albergan una fauna característica, que es escasa en especies (diversidad) pero rica en individuos.

3.4.5 Riesgos Asociados al Sistema Fluvial: Las Inundaciones

Son grandes anegaciones de aguas causadas por:

• Origen climático y meteorológico (climas áridos en épocas de lluvias torrenciales), precipitaciones ocasionales de excepcional intensidad y/o duración. Fusión rápida de nieves y hielos por aumento de temperatura. Huracanes.
• Origen geológico:
  • Fusión de nieves o hielos por actividad volcánica.
  • Obstrucción natural de cauces fluviales (avalanchas, deslizamientos), marejadas o tsunamis.
• Origen antropológico:
  • Directa: Cambios del cauce fluvial y rotura de presas.
  • Indirectos: Deforestación, uso agrícola del suelo que modifica la permeabilidad, urbanización del terreno y cambios climáticos inducidos.

Características de las avenidas:

• Torrenciales.
• Fluviales, ocasionada por la ocupación humana de llanuras de inundación.

Peligrosidad de las inundaciones: Depende de la velocidad de la corriente, de la pendiente y del caudal: intensidad de las precipitaciones, estaciones del año e infiltración a través de la vegetación (cabecera o lecho), el tipo de roca (lecho o márgenes) y la urbanización y asfaltamiento.

• HIDROGRAMAS

3.4.6. Predicción de las Inundaciones

Previsiones meteorológicas, diagramas de variación de caudal (datos históricos) y elaboración de mapas de riesgo.

3.4.7 Prevención de las Inundaciones

Medidas estructurales y medidas no estructurales.

Riesgos Mixtos

• Descensos del nivel de base (por descenso del nivel del mar o por sequía): Se origina un escalón en la desembocadura, aumenta la energía potencial, la erosión remontante para reducir la pendiente y se origina un nuevo perfil.
• Aumento del nivel de base: Por aumento del nivel del mar o por la construcción de un embalse. Las aguas arriba producen la sedimentación y colmatación, y las aguas abajo la erosión en los lechos y márgenes.