Transformación y degradación de los ecosistemas

Tras este breve paseo por el Antropoceno, es evidente que el crecimiento acelerado de la población humana y el aumento en la demanda de los recursos naturales han generado una transformación y alteración de los ecosistemas. Este conjunto de procesos es lo que se conoce como cambio global: cambios en la dinámica de los ecosistemas terrestres, marinos, en la atmósfera, los casquetes polares y los ciclos de vida en la Tierra, que se relacionan además entre sí y cuyas consecuencias se manifiestan a través de las escalas.

A pesar de que en muchos contextos el cambio global se ha equiparado al cambio climático, lo cierto es que sus efectos van mucho más allá. Dentro de los motores del cambio global podemos incluir los cambios en el uso del territorio, el desequilibrio de los ciclos biogeoquímicos, la sobreexplotación de la biodiversidad y de los recursos hídricos.

Figura 1. Gráfico que muestra la relación entre distintos motores y procesos relacionados con cambio global. Adaptado de Vitousek et al., 1997.

Cambios en el uso del territorio

La tala indiscriminada de bosques, la agricultura intensiva o la expansión de núcleos urbanos son las principales fuerzas de transformación de los ecosistemas terrestres. Además, lo cambios de uso interaccionan con otros factores de cambio global generando reacciones en cascada cuyos efectos son impredecibles.

Los cambios de uso del suelo debidos a la construcción de infraestructuras y los procesos de urbanización, la minería o la agricultura son los principales motores de cambios de uso del suelo hoy en día. En concreto, la producción de alimento se ha visto intensificada en las cuatro últimas décadas llagando a doblarse la cantidad de alimento producida a expensas de un incremento del 12% de la superficie cultivable de la Tierra, que hoy supone alrededor del 40% de la superficie total de nuestro planeta (Schimel et al., 1994; Andres et al., 1996).

Entre el 30 y el 50% de la superficie terrestre ha sido transformada o degradada por la actividad humana.

La superficie que no ha sido transformada, en muchos casos ha sido fragmentada

Algunos impactos derivados de la producción de alimento son la contaminación de aguas subterráneas por el uso de fertilizantes o la salinización de tierras de cultivo en riego, lo que ha supuesto la pérdida de 1,5 billones de hectáreas de suelo cultivable con una pérdida asociada de 11 billones de dólares de producción (Postel et al., 1996). Además, la pérdida de hábitat asociada al establecimiento de campos de cultivo está alterando otras funciones básicas de los ecosistemas como es la polinización, en concreto por parte de abejas (Humborg et al., 1997) que se muestran sensibles a la desaparición de su hábitat pero también al uso de pesticidas y herbicidas empleados en agricultura.

Con respecto a la construcción de infraestructura o la minería, además de la pérdida de suelo fértil y hábitat de diversas especies, los grandes movimientos de tierras asociados con estas actividades afectan directamente al relieve y por tanto al funcionamiento hidrológico de los ecosistemas. Las redes de drenaje que se llevan imprimiendo en el paisaje desde hace miles de años por la interacción de la geología con el clima desaparecen, de modo que deben reconfigurarse con la consecuente erosión.

Pero los impactos de las actividades como la minería o la explotación de combustibles fósiles van más allá. Te invitamos a que veas este video y lo descubras por ti mismo.

Además, el cambio en el uso del suelo puede tener efectos directos sobre el clima, aumentando la cantidad de radiación y la evapotranspiración. La tala de árboles en regiones tropicales puede dar lugar a climas más cálidos y secos, mientras que el efecto sobre los ecosistemas boreales contribuye a una bajada de las temperaturas por un aumento del efecto albedo (Postel, 1987).

Las islas de calor generadas en las ciudades son el ejemplo más extremo de cómo el cambio de usos puede afectar al clima (Oke, 1973). La pérdida de la vegetación o el aumento de las superficies impermeables como los edificios o los pavimentos contribuyen a un aumento de la temperatura en las ciudades. Este aumento de la temperatura genera la elevación de los niveles de ozono troposférico, que a su vez afecta la calidad del aire que se respira en las ciudades que puede llegar a ser tóxico para los humanos.

 

2. Transformación y degradación de los ecosistemas

Figura 2. Una de las características del cambio global es que los procesos están a su vez interconectados. A pesar de que la conexión entre muchos efectos del cambio global no ha sido estudiada aún, es común identificar procesos de retroalimentación entre pares de procesos o efectos ecológicos en cascada.

La alteración de los ecosistemas marinos debido a los cambios de uso es más difícil de evaluar. Sin embargo, existen efectos evidentes de la concentración de la población en zonas costeras que han degradado más del 50% de la superficie de manglar y se estima que alrededor del 70% de los recursos pesqueros ligados a estos ecosistemas. Este hecho está relacionado a su vez con otros procesos de índole socioeconómica como la existencia de subsidios y subvenciones para la actividad pesquera que impulsa la explotación de los caladeros incluso cuando no son rentables (Pauly et al., 2003).

La pérdida de funciones y servicios ambientales en ecosistemas costeros afecta a su vez a la capacidad de los ecosistemas de hacer frente a los efectos de otro motor de cambio global como es el cambio climático.

Los manglares o los arrecifes de coral funcionan como barreras naturales frente a los eventos extremos como maremotos o tsunamis (Kathiresan y Rajendran, 2005). La presión que sufren estos ecosistemas como consecuencia del desarrollo turístico, la sobreexplotación pesquera o incluso actividades de ocio hacen que estas zonas estén más expuestas a las consecuencias del cambio climático, que se espera que afecte, precisamente, a la incidencia de eventos extremos como los descritos anteriormente.

  1. Cambios en ciclos biogeoquímicos

3.1 Ciclo de carbono y cambio climático

Asimismo, los cambios de uso del suelo, así como otros componentes de nuestros modelos de desarrollo afectan directamente a los ciclos biogeoquímicos y generan reacciones en cadena que modifican la dinámica de los ecosistemas a escala global.

Figura 3. (a)Emisiones de CO2 debidas a distintos tipos de usos de suelo. (b) desglose de las emisiones debidas a uso asociados a la agricultura [FAOSTAT. 4dic.2014]

Por ejemplo, las explotaciones mineras, la quema de combustibles fósiles o la transformación de masas arbóreas en pastizales liberan grandes cantidades de CO2, que es el principal responsable de un proceso conocido por todos como cambio climático. El mecanismo de acción del cambio climático está directamente relacionado con la concentración de gases de efectos invernadero como el CO2 en la atmósfera; la Tierra emite parte de la energía recibida del Sol en forma de luz visible y radiación ultravioleta en forma de radiación infrarroja. Los gases de efecto invernadero tienden a captar esta radiación en forma de calor y lo re-emiten en todas las direcciones incluyendo la superficie de la Tierra.

Desde 1750 los humanos hemos emitido 555 de billones de toneladas métricas de CO2 a la atmósfera. Estos niveles no se conocían en la Tierra desde hace 800.000 años en incluso miles de años

Según datos del IPCC, las principales proyecciones de cambio climático para este siglo incluyen:

  • Variaciones en la temperatura: Se estima que las temperaturas medias del planeta aumenten entre 1,5 y 4,5˚C, y que las olas de calor sean más duraderas y frecuentes. También se espera que el aumento de las temperaturas mínimas sea más rápido y que disminuya el número de días de helada.
  • Variaciones en los patrones de precipitación: Se espera que exista un aumento de precipitación en áreas tropicales (por una mayor incidencia del monzón) y en latitudes altas como una consecuencia de la modificación del ciclo hidrológico global, con una mayor incidencia de eventos de lluvia extremos. Sin embargo, se espera un descenso de la precipitación en áreas subtropicales. En estas mismas zonas se pronostica que las lluvias sean de mayor intensidad, pero también más espaciadas en el tiempo, con riesgo de que ocurran sequías severas.
  • Variación en el hielo: Ya se observa una pérdida acelerada de los casquetes polares, sobre todo en el Ártico, donde se espera que puedan haber desaparecido a finales del s. XXI.
  • Acidificación de océanos: El aumento de las concentraciones de CO2 en la atmósfera generará una disminución del pH de los océanos de entre 0,14 a 0,35 unidades. Este hecho tiene consecuencias directas sobre la mayoría de los organismos con esqueleto calcáreo (corales, moluscos, crustáceos, etc.).
  • Cambios en el nivel del mar: se cree que la subida del nivel del mar hacia la mitad del s. XXI sea de unos 0,02m y, para finales de siglo, de en torno a 0,15m. Esta subida podría suponer la desaparición de algunas islas y algunas ciudades costeras en todo el mundo como Miami, Venecia o Tokio.
  • Incidencia de eventos extremos: Se espera un cambio en los patrones de viento que, aunque de manera general lleva asociado una disminución del número de tormentas, puede provocar una mayor incidencia de ciclones de alta intensidad.

Estos procesos asociados al cambio climático tienen, a su vez, efectos directos sobre el funcionamiento de los ecosistemas. Por ejemplo, un aumento de la temperatura puede favorecer el crecimiento de la vegetación y, por tanto, la incorporación de mayor cantidad de materia orgánica en el suelo. A consecuencia de esto, el reciclado de nutrientes se aceleraría y con ella la respiración de suelos, con una liberación del carbono edáfico y, por tanto, un aumento de las emisiones del CO2 a la atmósfera (Davidson y Janssens, 2006).

La subida de temperatura estimada por los escenarios de cambio climático podría implicar la extinción del 20 al 30 de las especies de plantas y animales

Además, el cambio climático tiene consecuencias directas sobre la distribución de especies. Por ejemplo, el pingüino de Adelaida y el emperador son dos especies especialmente vinculadas al hielo y a las masas de agua cercanas a las placas polares, donde establecen sus áreas de cría y salen a pescar. La evolución de los casquetes polares, que es una de las principales preocupaciones cuando se habla de cambio climático, muestra sin embargo dos tendencias opuestas: mientras que en el Ártico el deshielo se acentúa paulatinamente, en la Antártida observamos el proceso opuesto, de modo que la superficie de hielo tiende a expandirse año tras año.

Las consecuencias de este crecimiento de la superficie helada para los pingüinos son negativas contra lo que se pueda pensar, ya que los pingüinos de Adelaida tendrán que recorrer mayores distancias para acceder a esas masas de agua libres de hielo (Forcada y Trathan, 2009).

Por su parte, los pingüinos emperador deben hacer frente a otros problemas. El emperador nidifica en el mes de octubre, y para eso requiere que las placas de hielo tengan un cierto espesor. No obstante, el aumento de la temperatura durante el invierno en la Antártida hace que las placas de hielo sean inestables y quebradizas, poniendo las puestas en peligro.

Figura 4. Tendencias opuestas en la evolución de los casquetes polares en el Ártico y la Antártida.

  1. Ciclo del nitrógeno

Por su parte, el aumento del nitrógeno reactivo en la atmósfera como consecuencia del uso de fertilizantes o la quema de combustibles fósiles y su posterior deposición sobre los ecosistemas, ha sido descrito como uno de los principales motores de cambio en los ecosistemas terrestres.

Figura 5. Comercio internacional de fertilizantes a escala mundial (31 Tg N). Galloway et al., 2008.

Se sabe que las actividades humanas han multiplicado por dos la entrada de nitrógeno en los ecosistemas. Este hecho tiene efectos tales como la pérdida de nutrientes fundamentales del suelo como el calcio o el potasio, la acidificación de los suelos, cursos de agua y lagos en distintas regiones del planeta, o el aumento de los almacenes de carbono en el suelo (Vitousek et al., 1997).

Figura 6. Consumo mundial de nutrientes para agricultura [FAO, 4 dic 2014]

El efecto de las variaciones del ciclo del nitrógeno sobre las comunidades biológicas se manifiesta a través del aumento en la disponibilidad de este nutriente que genera cambios en las relaciones de competencia entre especies que, en último término, genera cambios en la diversidad y la composición de las comunidades (Bobbink et al., 2010).

Desde 1970 la creación de nitrógeno reactivo ha incrementado un 120% gracias a la expansión de la agricultura y a la quema de combustibles fósiles

Uno de los principales peligros del desequilibrio en el ciclo del nitrógeno debido a las actividades humanas es, precisamente, los efectos en cascada que se pueden llegar a producir debido a la facilidad con la que las fases reactivas del nitrógeno son transportadas por el aire y el agua.

Figura 7. Ejemplo de efectos en cascada generados por la emisión de óxidos de nitrógeno a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles. Los efectos se evidencian en los distintos compartimentos terrestres. Adaptado de Galloway etal., 2003.

  1. Ciclo del agua

El ciclo del agua (flujo por gravedad, evaporación y condensación) contribuye de manera esencial al mantenimiento de los organismos vivos. Sin embargo, los ciclos hidrológicos también han sido transformados directamente por actividades humanas como la expansión de la agricultura, las demandas por parte de la industria o el consumo doméstico, que han afectado la dinámica del agua en el suelo aumentando la evapotranspiración, la escorrentía superficial y subsuperficial (Foley et al., 2005).

El consumo de agua dulce a nivel global también se ha visto afectado de manera indirecta por la degradación de los ecosistemas terrestres, en los que la pérdida de la vegetación nativa aumenta la erosión y el flujo de agua hacia los ríos, disminuyendo la recarga de los acuíferos. Asimismo, la agricultura o los procesos industriales generan vertidos y usan los recursos hídricos sin la compartimentación necesaria, lo que conlleva la contaminación de los cursos de los ríos, poniendo en peligro el funcionamiento y la diversidad asociada a estos ecosistemas, además de nuestra propia salud. En los países del hemisferio norte esta situación es especialmente dramática, ya que más del 70% de los residuos industriales no tratados se vierten a los cursos de agua (Vitousek et al., 1994).

2 millones de toneladas de aguas residuales son vertidas a los sistemas acuáticos de la Tierra cada día

Aunque sólo una pequeña parte del agua disponible es usada por los humanos, más del 70% de este recurso se destina a agricultura. Para hacer frente a la demanda creciente de agua, los sistemas riparios han sido fuertemente transformados mediante diques, presas o han sido canalizados. Este hecho conlleva que se dé un aumento en la pérdida de agua por evaporación desde las grandes masas contenidas en las presas y también hace que gran cantidad de agua no llegue al mar, ni tampoco los sedimentos con la consecuente desaparición de deltas y estuarios que proveen de gran cantidad de servicios ecosistémicos tanto de producción (bienes de consumo, pesquerías) como de regulación (reciclado de nutrientes, regulación hídrica, hábitat para especies, etc.) (UNESCO, 2003).

Figura 8. Río Amarillo (Huang He) en China. La canalización del río llevada a cabo para evitar desbordamientos ha generado un procesos de regresión en el delta desde 1989 (foto a) hasta 2009 (foto b) [http://earthobservatory.nasa.gov/]

Llama especialmente la atención el reciente secado de algunos de los principales mares interiores, como el Mar de Aral o el Mar Muerto de Israel, o varios lagos alrededor de todo el mundo como el Popoo en Bolivia, el Cachana en California o el lago Chad, ubicado en el país del mismo nombre y Camerún, Níger y Nigeria, debido a la sobreexplotación de recursos hídricos.

La transformación de los ciclos hidrológicos puede tener además consecuencias sobre el clima local. El aumento de áreas de agricultura de regadío modifica la dinámica de lluvias y las tormentas. En cambio, la transformación de bosques en pastizales aumenta el efecto albedo y la evapotranspiración, lo que conlleva un aumento de la temperatura y un descenso de las precipitaciones. Estos cambios en el ciclo del agua afectan directamente al acceso de las poblaciones a este recurso indispensable para la supervivencia (UN-Water, 2009).

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