Estudios indican hemos sobrepasado el límite sostenible de biodiversidad terrestre

Según un artículo publicado en Nature y elaborado por 29 científicos europeos, norteamericanos y australianos, la actividad humana ya ha sobrepasado tres umbrales de sostenibilidad biofísicos, con consecuencias catastróficas para grandes partes del mundo. Otros seis de estos límites puede que sean cruzados en las próximas décadas.

Los científicos han estado avisando durante décadas de que la explosión de actividad humana desde la revolución industrial está empujando la Tierra y sus sistemas naturales más allá de sus límites. Los datos confirman que 6000 millones de personas son capaces de generar una fuerza global geofísica equivalente a algunas de las más grandes fuerzas de la Naturaleza, simplemente por llevar su cotidiana vida diaria.

Esta nueva fuerza a dado lugar a una nueva era: el Antropoceno, en la que las acciones humanas son el principal motor de los cambios medioambientales globales.

Sander van der Leeuw, uno de los autores del artículo, afirma que sobre un planeta finito llevaremos los recursos vitales a un punto de declive irreversible si nuestro consumo no es compensado por la regeneración y una actividad sostenible.

Nuestro comportamiento hacia el planeta está poniendo en riesgo nuestra supervivencia

¿Cómo definir los límites del planeta? Simplemente sabiendo cuanta presión podemos someter a la Tierra antes de que los sistemas colapsen.

Hasta ahora la comunidad científica no habían intentado determinar los límites de estabilidad de los sistemas terrestres en tantas direcciones y hacer una propuesta como esta, según van der Leeuw. La idea es lanzar estas ideas a la comunidad científica para que sean examinadas. Con ello esperan un debate sobre cambio climático, porque no sólo son las emisiones de gases de efecto invernadero las que están poniendo el planeta fuera del equilibrio. Hay muchos otros sistemas en interacción en la Tierra, de tal modo que si uno cruza su límite hace que se desestabilicen otros.

Este estudio se basa en la identificación de 9 límites: el cambio climático, ozono estratosférico, uso del suelo, uso de agua dulce, diversidad biológica, acidificación oceánica, introducción de nitrógeno y fósforo en la biosfera, carga de aerosol y contaminación química. El estudio sugiere que tres de estos límites ya han sido sobrepasados: cambio climático, diversidad biológica y nitrógeno introducido en la biosfera.

Sander van der Leeuw

Según van der Leeuw la amenaza es tan enorme que “ya es demasiado tarde para ser pesimista”.

Los investigadores usaron una aproximación interdisplicinar, estudiando los datos para cada uno de los nueve procesos e identificando su variable de control. Si, por ejemplo, nos fijamos en la pérdida de biodiversidad, la variable de control es la tasa de extinción, que se expresa como el número de extinciones por millón de especies y año.

Luego exploraron cómo los bordes interaccionan entre sí. En el ejemplo anterior, la pérdida de biodiversidad tiene impacto en el secuestro de dióxido de carbono (calentamiento global), reservas de agua dulce, ciclos del nitrógeno y fósforo y en el uso del suelo.

En su estudio estos investigadores proponen los límites por debajo de los cuales se puede mantener un mundo capaz de sostener la vida. Para la pérdida de biodiversidad sería de 10 unidades de las antes expuestas, pero la situación actual es diez veces esa, es decir 100 extinciones por millón de especies y año. El valor preindustrial estaba entre 0,1 y 1.

El estudio no proporciona soluciones o vías de solución, pero permite identificar los límites críticos de los sistemas terrestres.

Representación gráfica de las diferentes variables de control para siete sistemas terrestres dede 1950. El polígono verde representa el espacio de operación seguro. La humanidad ya ha sobrepasado los límites de tres de ellos con posibles graves consecuencias para el futuro de la raza humana. Imagen: Stockholm Resilience Centre.

Según estos investigadores la presión humana sobre los sistemas terrestres han alcanzado una escala en la cual ya no se puede excluir un cambio medioambiental global abrupto.

Según Johan Rockström, para que la humanidad pueda sobrevivir de manera segura debe de alejarse de esos límites críticos y respetar los procesos climáticos, geofísicos, atmosféricos y ecológicos del planeta. Cruzar esos límites puede ser devastador para la humanidad, según él, pero si los respetamos podríamos tener un brillante futuro durante siglos.

Diana Liverman, otra autora, advierte en similares términos sobre la gravedad de cruzar estos límites y de las graves consecuencias de hacerlo.

Ya hemos sobrepasado con creces tres de esos límites: 350 ppm de dióxido atmosférico, 100 extinciones por millón de especies anuales y 35 millones de toneladas de nitrógeno contaminado los ecosistemas. Los hemos excedido debido al abuso de combustibles fósiles, el uso del suelo y la contaminación agrícola. Segun Liverman nuestro comportamiento nos está llevando a niveles que están produciendo riesgos reales para nuestra supervivencia.

Fuente: http://asunews.asu.edu/20090923_planetaryboundaries

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La Tierra se acerca al máximo de habitantes que puede aún alimentar

Consideremos primero la población mundial. Fue de mil millones en el año 1800, dos mil millones en 1925, cuatro mil millones en 1974 y seis mil millones en 1999. Estimamos que la población mundial llegará a ocho mil millones en el año 2023 y a nueve o diez mil millones en el año 2050. Este es justamente el límite que el planeta tierra aún puede alimentar "bien" con agricultura intensiva de alta tecnología y rendimiento. Sin embargo este nivel de población no es sostenible una vez que se agoten las reservas de petróleo y gas natural hacia el año 2050 y de carbón hacia el año 2100.

Entonces la población mundial deberá necesariamente decrecer hacia fines del siglo XXI como se indica en la figura 1. El límite natural sostenible del planeta tierra una vez que se agoten el petróleo, gas y carbón (y suponiendo que la humanidad tiene la sabiduría de no utilizar reactores nucleares) es de aproximadamente tres mil millones de personas (al nivel actual de consumo de energía por habitante). Esta es la población que pueden sostener las fuentes renovables de energía. ¡Y ya hemos sobrepasado este límite energético a causa del consumo transitorio de hidrocarburos no renovables! A continuación justificaremos lo dicho.

Para entender la dinámica de poblaciones debemos dividir a la humanidad en países ricos, con una población madura y estable, y países pobres, con una población joven y creciente. La distribución de población por edades se indica en la figura 2. Notamos la elevada proporción de niños en los países pobres. El crecimiento anual de una población está determinado por la fertilidad (número promedio de hijos por mujer) y por el número de mujeres en edad fértil. Actualmente (en 1999 ) la fertilidad es de 1.8 en países ricos y 2.8 en países pobres.

En países ricos la población actual de 1.300 millones permanecerá aproximadamente constante hasta el año 2050 . En cambio, en países pobres la población actual de 4.700 millones crecerá inevitablemente debido al elevado número de jóvenes.

Si la fertilidad actual se mantiene, la población en países pobres en el año 2050 alcanzaría los 12 mil millones. Si, en cambio, logramos reducir HOY la fertilidad a dos hijos por pareja, la población en países pobres en el año 2050 será de 7.700 millones . La figura 1 muestra el caso "realista" en que la fertilidad en los países pobres se reduce gradualmente a 1.8 hasta el año 2020 .

En conclusión es imperativo lograr una fertilidad menor que dos cuanto antes. En el año 2050 el 86 por ciento de las personas vivirán en países pobres.

Revisemos ahora la situación energética mundial. El consumo mundial de energía se ilustra en la figura 3 . Notamos que en la actualidad el 39% del consumo corresponde a petróleo, el 22% a gas natural, el 26% a carbón, el 6% a hidroelectricidad y el 7% a energía obtenida de la fisión nuclear. A la taza actual de consumo, las reservas probadas de petróleo, gas y carbón se agotarían en 50, 65 y 225 años respectivamente. Es posible incrementar las reservas descubriendo nuevos yacimientos de petróleo, gas y carbón, y obteniendo petróleo adicional de pozos existentes mediante tecnologías costosas de extracción secundaria.

La creciente dificultad de encontrar petróleo se ilustra en la figura 4. Por lo tanto estimamos que las nuevas reservas de hidrocarburos quedan compensadas por el incremento del consumo, de manera que el petróleo y el gas dejarán de ser una fuente significativa de energía hacia el año 2050. Esto se ilustra en la figura 5. A partir de entonces la fuente principal de energía de la humanidad será el carbón, que a ese nivel de consumo se agotará hacia el año 2100 .

Es interesante mencionar que si el consumo de energía por persona en los países pobres (un kilowatt primario) se incrementase hasta alcanzar el nivel de consumo en los países ricos (diez kilowatts primarios), las reservas totales de petróleo, gas y carbón se agotarían en ¡solo treinta años! Por lo tanto el desarrollo, en el sentido de alcanzar el nivel de consumo de los países industrializados, ya no es una opción para los países pobres: deberemos desarrollarnos en educación, no en consumo.

Consideremos ahora el límite de sustentación del planeta tierra. Este límite está determinado por la energía solar que intercepta el planeta. El sol nos entrega una potencia de luz y calor de 150 watts por metro cuadrado horizontal, promediado sobre las 24 horas del día, la latitud y el clima. Esta energía es convertida en energía química por las plantas mediante la reacción de la fotosíntesis. El rendimiento con que pueden producirse alimentos de origen vegetal con agricultura intensiva de alta tecnología es aproximadamente 0.1 por ciento. Este rendimiento corresponde a una producción de 3.4 toneladas de granos por hectárea anual que es el promedio alcanzado actualmente en los países desarrollados. El rendimiento para producir alimentos "caros" de origen animal es de solo 0.01 por ciento.

Para una dieta razonablemente rica en proteínas se destina una tercera parte de la tierra arable a la producción de alimentos de origen vegetal, y las dos terceras partes restantes a la producción de alimentos de origen animal. Una persona necesita 2.500 kilocalorías de alimentos cada día (equivalente a la potencia que consume una bombilla eléctrica de 120 watts). Para ello cada persona requiere dos mil metros cuadrados de tierra arable cultivada en forma intensa. Anotemos que el dos por ciento de la canasta mundial de alimentos proviene de los océanos, ríos y lagos. Dividiendo la superficie terrestre arable por los dos mil metros cuadrados que necesita cada persona obtenemos una estimación de la población que puede sostener el planeta tierra con una "buena" dieta: diez mil millones. Esta es justamente la población que alcanzará la humanidad en el año 2050.

No quiero dar una falsa impresión. El límite alimenticio mencionado en el párrafo anterior no es sostenible. Consideremos por ejemplo el consumo de energía. Estamos utilizando energía solar almacenada durante millones de años en forma de carbón, petróleo y gas. El carbón, petróleo y gas económicamente viables se agotarán (afortunadamente) en un siglo. Supongamos que la humanidad tiene la sabiduría de NO utilizar fuentes de energía nucleares de fisión o fusión (debido a que permitirían a la población mundial crecer hasta límites más dolorosos y también debido a los gravísimos problemas de almacenaje de los deshechos radioactivos).

El primer límite natural del planeta tierra es entonces la energía solar que fijan las plantas. Una plantación forestal con árboles de crecimiento rápido tiene un rendimiento de aproximadamente 0.2 por ciento. Este rendimiento corresponde a una producción de seis toneladas de madera por hectárea y año, rendimiento que se alcanza con árboles de crecimiento rápido en latitudes intermedias.

Entonces, como ejemplo, se necesitan cinco mil metros cuadrados de plantación forestal para proveer una potencia térmica de 1.500 watts en forma de leña a cada habitante. Supongamos que la humanidad decide utilizar la MITAD de los bosques como fuente de energía (¡una barbaridad!). Entonces una estimación de la población máxima sostenible del planeta tierra (si tenemos la sabiduría de no utilizar la energía nuclear) es 3 mil millones. Anotemos que cada uno de ellos podría obtener adicionalmente 300 watts eléctricos de centrales hidráulicas, llegando así al consumo medio mundial actual de energía. ¡Y ya hemos DUPLICADO el límite de población sustentable debido al consumo transitorio de hidrocarburos no renovables!

Comentemos brevemente la posibilidad de convertir la energía solar a electricidad mediante celdas solares o mediante la conversión solar-termo-eléctrica con espejos concentradores. El rendimiento bruto de estas tecnologías es de 10 a 15 por ciento . El rendimiento NETO de estas tecnologías, una vez restada la energía necesaria para fabricar los convertidores de energía, es aproximadamente 5 por ciento. Entonces para cada persona se requeriría una superficie de colección de luz solar de 270 metros cuadrados para producir una potencia media de 2 kilowatts . Esto nos parece poco viable para el público en general.

Se estima que las reservas de oro y mercurio se agotarán hacia el año 2020 , las de cobre hacia el año 2040, y las de aluminio, níquel, cobalto y hierro hacia el año 2100. Habrá que ahorrar, sustituir y reciclar recursos no renovables.

En conclusión, la población mundial estará pasando por su máximo histórico a mediados del siglo XXI para luego necesariamente decrecer a causa del agotamiento del petróleo, gas, carbón y otros recursos no renovables. Esta población máxima de la humanidad, de nueve o diez mil millones de persona, estará cercana al máximo que puede aún alimentar "bien" el planeta tierra, pero no es sostenible a largo plazo a causa de la limitación impuesta por las fuentes renovables de energía".

Dr. Bruce Hoeneisen Frost

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La sonda Messenger y su paso por Mercurio

La nave espacial Messenger de la NASA para la investigación de la superficie de Mercurio y mediciones de su entorno espacial y geoquímica (las palabras Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry y Ranging forman el nombre con sus iniciales) pasó cerca de Mercurio por tercera y última vez el pasado 29 de septiembre. La nave cruzó a menos de 142 kilómetros de la superficie rocosa del planeta para obtener un respaldo gravitatorio que le permitirá entrar en órbita de Mercurio en el 2011.

Determinar la composición de la superficie de Mercurio es un objetivo importante en la fase orbital de la misión. La nave espacial ya ha captado imagen de más del 90 por ciento de la superficie del planeta.

“Este sobrevuelo fué nuestro último vistazo de cerca a las regiones ecuatoriales de Mercurio, y es nuestro respaldo gravitatorio planetario final”, dijo Sean Solomon, principal investigador en el Instituto Carnegie en Washington. Aunque estos sobrevuelos permitieron descubrir algunos de los secretos de Mercurio, son los entremeses del plato principal de la misión: la observación de Mercurio desde órbita durante un año entero.

Los cráteres de Mercurio.

Durante este encuentro, se realizaron nuevas mediciones de amplio espectro y alta resolución de la tenue atmósfera de Mercurio y su “cola” planetaria (el arrastre de material que produce el viento del Sol, desde tan cerca).

“Exploraciones de la cola del planeta, similar a la de un cometa, darán importantes pistas sobre los procesos que mantienen la atmósfera y a esta cola”, dijo Noam Izenberg, científico de instrumentos en el Applied Physics Laboratory de la Universidad Johns Hopkins , o APL, en Laurel, Maryland. El espectrómetro de composición de atmósfera y superficie (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer) nos dará una visión de cómo varía la distribución de sodio y de calcio con las condiciones solares y planetarias. Además, se centrará en el norte y el polo sur para hacer observaciones detalladas y buscar varios componentes atmosféricos nuevos.

Mercurio y su “cola” planetaria.

A medida que la nave espacial se aleje, tomará imágenes de alta resolución del hemisferio sur. Los científicos esperan que el sistema de imágenes de la nave tome más de 1.500 imágenes.

Estas imágenes se utilizarán para crear un mosaico que complemente el mosaico de alta resolución del hemisferio norte obtenido durante el segundo sobrevuelo de Mercurio. El primer sobrevuelo de la nave fue en el hemisferio oriental, en enero de 2008, y el segundo sobrevuelo se ocupo del lado occidental en octubre de 2008.

Imagen superior: Mapa de Mercurio. Los cráteres Adget y Cunningham aparecen en las tres imágenes.

Imagen central izq.: esta imagen en falso color de Mercurio, muestra la gran cuenca de impacto Caloris, visible en esta imagen como una gran macha circular de color naranja en el centro de la imagen. El contraste entre de colores entre la superficie de la cuenca Caloris y la de los llanos circundantes indican que la composición de la superficie de Mercurio no es homogénea  y puede variar de una zona a otra. Las manchas de color naranja brillante que se pueden ver en el centro de la cuenca se supone que se deben a fenómenos volcánicos.

Imagen inferior: Esta imagen muestra detalles de la cuenca Caloris, una de las mayores cuencas de impacto en el sistema solar. La cuenca Caloris fue descubierta en 1974 por la astronave Mariner 10, aunque cuando Mariner 10 sobrevoló Mercurio sólo pudo ver la mitad este de la cuenca que estaba iluminada por el Sol. Durante su primer sobrevuelo de mercurio, a 14 de enero de 2008, la nave espacial MESSENGER consiguió tomar una imagen en alta resolución de la zona que faltaba, la parte oeste de la cuenca. La fotografía es una composición de imágenes de la misión Mariner 10 (parte derecha de la imagen) y las imágenes de MESSENGER (parte izquierda de la imagen).
Créditos Imagen:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

“Vamos a recoger imágenes en color y alta resolución de los objetivos de interés científico que hemos identificado en el segundo sobrevuelo”, dijo Ralph McNutt, científico del proyecto en el APL”. “Al mismo tiempo, el espectrómetro también realizará mediciones de los objetivos”.

Dos maniobras de la nave mejorarán la capacidad del espectrómetro de neutrones de la nave espacial para detectar neutrones de baja energía que indican la abundancia de hierro y titanio sobre la superficie de Mercurio. Estos dos elementos absorben neutrones y son esenciales para la comprensión de cómo se formaron el planeta y su corteza. Una combinación de mediciones de día y de noche permitirá a los científicos poner a prueba la influencia que tiene la temperatura de la superficie del planeta en la población de neutrones. Los datos son importantes para la interpretación de las mediciones que se efectuarán después la sonda cuando esté en órbita alrededor de Mercurio.

Trayectoria de Messenger

La nave ha completado casi tres cuartas partes de sus casi 8 millones de kilómetros de viaje antes de entrar en órbita alrededor de Mercurio. El viaje incluye más de 15 vueltas alrededor del Sol. Además de sobrevolar Mercurio, la nave espacial sobrevoló la Tierra en agosto de 2005 y a Venus en octubre de 2006 y junio de 2007.

El proyecto es el séptimo en el programa de bajo costo Discovery de la NASA, enfocado en misiones espaciales científicas. La nave fue diseñada y construida por el APL. La misión también es administrada y operado por APL del Directorio de Ciencia Espacial de la NASA en Washington.

Fuente: NASA.

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