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| José Ramón Hernández Balanzar | |||||||||||
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La naturaleza está constituida de tal manera
que es experimentalmenteimposible
determinar sus movimientos absolutos.
Albert Einstein
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Desde la formación de la Tierra, las diferentes formas de vida
han prosperado durante casi cuatro mil seiscientos millones de años. El planeta ha sufrido innumerables cambios naturales de tipo biológico, físico y químico. El mundo giraba más rápido, los días y las noches eran más cortos. La superficie, entre sólida y viscosa, burbujeante e incandescente, estaba plagada de cráteres y de chimeneas volcánicas de las que emanaban sustancias volátiles desde el interior de la Tierra. Algunos de los gases arrojados, como el hidrógeno, demasiado ligeros, se escapaban para siempre al espacio exterior; otros, como el amoniaco, eran descompuestos por la radiación solar. La composición de la atmósfera y los procesos físicos y químicos que regulan el comportamiento atmosférico han variado a lo largo del tiempo desde el momento en que se formó el planeta.
La atmósfera está constituida en su mayor parte por nitrógeno (N) en 78% y por oxígeno (O) en 21%, no hay que despreciar los demás gases que representan 1%, como el vapor de agua, el CO2 (bióxido de carbono), el CH4 (metano), el O3 (ozono), el N2O (óxido de nitrógeno) y hoy en día los compuestos de cloro y flúor (freones o cfc). Aunque estas concentraciones de gases sean muy pequeñas, es importante estudiarlas y monitorearlas por el impacto que tienen en el clima, en especial por el efecto invernadero.
El sistema climático y los ciclos bio-geo-físico-químicos están relacionados entre sí, al igual que los forzamientos al sistema. El sistema climático natural está integrado principalmente por tres elementos que se interrelacionan: la atmósfera, el océano y el continente (o la tierra emergida). Su relación está dada por la dinámica y la física atmosférica, la dinámica oceánica, el balance o intercambio de energía y el ciclo hidrológico. Igualmente los ciclos bio-geo-químicos integran tres subsistemas: la biogeoquímica marina, los ecosistemas terrestres y la química atmosférica. Los procesos biológicos, químicos y físicos que suceden en la Tierra afectan el sistema climático. Los sistemas naturales descritos hasta el momento se hallan sometidos a importantes procesos de cambio y transformación. Estos cambios han sido continuos desde la formación de la Tierra, pero han sufrido una aceleración y, en algunos casos, un cambio de dirección en los últimos doscientos años debido a la intervención humana.
La biogeoquímica enfatiza las interacciones de las entidades biológicas con su ambiente. Los organismos están adaptados a márgenes más o menos estrechos de las condiciones bioquímicas. La mayoría de cambios realizados por el hombre en los patrones de flujo de materia o energía cambian esos sistemas naturales y pueden causar la extinción de las especies o de los hábitats. La intervención humana en los ciclos biogeoquímicos tiene lugar por la explotación de recursos (remoción de materiales) o por la contaminación (adición de materiales). Cambios pequeños en el flujo de algunos gases y materiales pueden tener efectos dramáticos sobre el ambiente natural, si se incrementan por el efecto cascada. Un ejemplo es el daño potencial de un incremento en el bióxido de carbono atmosférico a las formas de vida y hábitats como consecuencia del calentamiento global con los efectos mediados por los procesos hidrológicos y bioquímicos. Otros ejemplos a considerar a escala global son la producción de alimento terrestre o acuático y su dependencia del clima, la disponibilidad de nutrimentos y la presencia de agentes tóxicos; la liberación de ácido sulfúrico y sus efectos sobre los sistemas terrestres y acuáticos; la liberación en la biósfera de gases de efecto invernadero, la radiación climática y la dispersión de químicos sintéticos tales como pesticidas. El entendimiento de los ciclos biogeoquímicos naturales puede ayudar a minimizar el impacto humano sobre dichos sistemas naturales.
El ciclo hidrológico desempeña un papel fundamental en el funcionamiento tanto del sistema climático como del conjunto de mecanismos bio-geo-físico-químicos, conectando un sistema con el otro y desempeñando un papel clave en los sistemas naturales en su conjunto. Este ciclo involucra el movimiento del agua en sus tres estados, es el agente movilizador de otros elementos, es uno de los principales determinantes dinámicos del clima planetario, permite el intercambio de grandes cantidades de energía y opera en un amplio rango de escalas temporales y espaciales.
Por otro lado, el carbono es el cuarto elemento de mayor abundancia en el universo y es absolutamente esencial para la vida terrestre. En realidad, el carbono constituye la definición propia de vida y su presencia o ausencia ayuda a definir si una molécula es considerada orgánica o inorgánica. Cada organismo sobre la Tierra necesita del carbono ya sea para su estructura, su energía, o en el caso de los humanos, para ambos. Descontando el agua, somos mitad carbono. Además, el carbono se encuentra en formas tan diversas como en el bióxido de carbono, y en sólidos como la caliza (CaCO3), la madera, plástico, diamantes y grafito.
El ciclo global carbónico, uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes, puede ser dividido en componentes geológicos, biológicos y químicos. El ciclo carbónico geológico funciona en una escala temporal de millones de años, mientras que el ciclo carbónico biológico y químico funciona en una escala temporal de días a miles de años.
El carbono y sus ciclos
Desde la formación de la Tierra, las fuerzas geológicas han actuado paulatinamente sobre el ciclo global carbónico. En periodos de larga duración, el ácido carbónico (un ácido débil formado por reacciones entre el CO2 atmosférico y el agua) se combina poco a poco con minerales en la superficie continental. Estas reacciones forman los carbonatos por medio de un proceso llamado desgaste. Luego, por la erosión, los carbonatos desembocan en el océano donde terminan asentándose en el fondo.
Este ciclo continúa cuando la placa que constituye el fondo del mar empuja por debajo de los márgenes continentales mediante el proceso de subducción. A medida que el carbono del fondo del mar sigue siendo empujado por las fuerzas tectónicas, se calienta, eventualmente se derrite, y puede volver a la superficie donde se transforma en CO2. De esta manera retorna a la atmósfera. Este retorno a la atmósfera puede ocurrir violentamente, a través de erupciones volcánicas, o de manera más gradual, en filtraciones, los respiraderos de CO2. El levantamiento tectónico también puede exponer caliza enterrada antiguamente. Un ejemplo de esto ocurre en el Himalaya, donde algunos de los picos más altos del mundo están formados de material que estuvo en el fondo del océano. El desgaste, la subducción y el vulcanismo controlan las concentraciones atmosféricas de bióxido de carbono a lo largo de periodos de tiempo de cientos de millones de años.
La biología tiene un papel importante que nos permite entender el movimiento del carbono entre el continente, el océano y la atmósfera, por medio del proceso de fotosíntesis y respiración. Virtualmente toda la vida multicelular en la Tierra depende de la producción de azúcares por las plantas a partir de la luz solar y el CO2 mediante el proceso de la fotosíntesis; y también del desgaste metabólico de esos azúcares por los animales (incluyendo al ser humano) mediante el proceso de la respiración que produce la energía necesaria para poder moverse, crecer y reproducirse.
En el día las plantas toman el CO2 de la atmósfera al efectuar la fotosíntesis, mientras los animales liberan el CO2 a la naturaleza durante la respiración. Las siguientes reacciones químicas dan cuenta de ambos procesos. En la fotosíntesis: energía (luz solar) + 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2; y en la respiración: C6H12O6 (materia orgánica) + 6O2 → 6CO2 + 6 H2O + energía.
Por medio de la fotosíntesis las plantas verdes usan la energía solar para convertir el CO2 atmosférico en carbohidratos, también llamados azúcares (C6H12O6); por medio de la alimentación los animales absorben estos carbohidratos y otros productos derivados de ellos. En otras palabras, la respiración es el proceso inverso de la fotosíntesis, ya que libera la energía contenida en los azúcares para uso del metabolismo y cambia el “combustible” (que es el C6H12O6 transformado en CO2), y éste, a su vez, retorna a la atmósfera. Cada año, la cantidad de carbono tomada por la fotosíntesis y retornada a la atmósfera por la respiración es aproximadamente mil veces mayor que la cantidad de carbono que se mueve a través del ciclo geológico del carbono.
En la superficie terrestre y de los océanos el mayor intercambio de carbono con la atmósfera resulta de la fotosíntesis y la respiración. La fotosíntesis cesa en la noche cuando el sol no puede proveer la energía para que se active la reacción. Sin embargo, la respiración de los animales continúa.
Esta diferencia entre ambos procesos se refleja en los cambios en las concentraciones atmosféricas estacionales del CO2. Durante el invierno, cuando muchas de las plantas pierden sus hojas, la fotosíntesis cesa, pero la respiración de los animales nunca cesa. Esta condición lleva a un aumento en las concentraciones atmosféricas de CO2 durante el invierno. Sin embargo, con la llegada de la primavera, la fotosíntesis se reanuda y las concentraciones atmosféricas de CO2 se reducen.
En los océanos, el fitoplancton (las plantas microscópicas que forman la base de la cadena alimenticia marina) aporta carbón a los animales para producir conchas de carbonato de calcio (CaCO3). Estas conchas se asientan en el fondo del océano cuando el animal muere. Al ser enterradas estas conchas, así como otros organismos marinos, llegan a comprimirse a medida que pasa el tiempo y se transforman en caliza. Además, en ciertas condiciones geológicas, la materia orgánica puede ser enterrada y formar depósitos de carbono que se transformarán en combustible e incluso yacimientos de petróleo en el fondo marino. La materia orgánica se transforma en combustible fósil. Ambas formaciones, de caliza y de combustible fósil, son procesos biológicos controlados en plazos largos por el CO2 atmosférico.
Los océanos desempeñan un papel fundamental en el ciclo del carbono, puesto que contienen el mayor porcentaje de nutrimentos y se considera que absorben un alto porcentaje de las emisiones de CO2 a la atmósfera. Los gases presentes en la troposfera, y que se ubican en los primeros quince kilómetros de la atmósfera, son componentes claves de los ciclos bio-geo-físico-químicos y tienen un papel importante en el balance radiativo solar y terrestre.
Los procesos de producción fotoquímica de ozono, que se desarrollan en la estratosfera (en la franja de la atmósfera que va de 15 a 50 kilómetros), son importantes en la distribución y circulación de la energía térmica interna, y en la absorción de radiación ultravioleta (uv) solar, lo cual sirve como protección a los organismos vivos de radiaciones peligrosas.
Por otro lado, la actividad de la biósfera en el continente acelera la movilización de elementos como fósforo (P), silicio (Si) y fierro (Fe). Estos elementos con el tiempo llegan al océano por los ríos, las superficies costeras y la infiltración y escorrentía de las aguas subterráneas hacía el océano.
En miles de años estos nutrimentos entran en la circulación oceánica estimulando la producción y el alimento de los diversos organismos marinos.
Comportamiento planetario autorregulado
Los elementos que componen el sistema climático del planeta actúan entre sí, de modo que el resultado neto es un permanente intercambio autorregulado. La autorregulación del clima y la composición química del sistema atmósfera-océano-continente son las propiedades emergentes del comportamiento planetario que sólo se dan en el acoplamiento de las partes en un todo. La evolución del sistema se caracteriza por largos periodos de equilibrio con cambios lentos y cambios bruscos que lo mueven a nuevos estados de equilibrio. Existen modelos que explican la autorregulación simultánea del clima. Estos modelos hacen predicciones que pueden ser probadas por observación. Una de ellas es que la vida en un planeta no puede progresar si es aislada; los organismos deben ser suficientemente abundantes para afectar y ser regulados por la evolución geoquímica del planeta.
El sistema terrestre incluye varios procesos que refuerzan o amortiguan las fluctuaciones y los cambios del clima, se les llama mecanismos retroalimentadores y se denominan positivos si su efecto es el de amplificar, y negativos si es atenuar. Estos mecanismos se deben principalmente a la criosfera, a las nubes (gotitas de agua suspendidas en la atmósfera) y al vapor de agua; el signo del segundo es incierto y los otros dos son positivos. Como puede verse, los tres resultan del agua en sus diversas fases: sólida, líquida y gaseosa. La criosfera es blanca y brillante, sobre todo cuando la nieve y el hielo están nuevos; o sea que su albedo es alto (cercano a 100%). Por lo tanto, absorbe escasamente la radiación incidente y casi no se calienta. Además, el frío produce hielo y nieve, entonces la criosfera crece; en consecuencia, el albedo superficial aumenta, pues el continente y, sobre todo, el océano, desprovistos de hielo y nieve, tienen un albedo pequeño. De manera que donde antes se absorbía mucha radiación del Sol, ahora ya no, y se presenta una merma de calor; tenemos entonces que una disminución de temperatura ocasiona un enfriamiento adicional por expansión de la criosfera. O sea que frío genera frío.
El hecho de que la Tierra se comporte como un sistema interconectado y autorregulado se puso en evidencia precisamente en 1999, cuando se publicó el registro de temperatura, CO2 y CH4 (metano) de los últimos 420 mil años del núcleo de hielo de Vostok. Estos datos proveen un contexto temporal muy poderoso y una evidencia visual dramática de un sistema planetario integrado, lo que a su vez presenta un nuevo espectro de conceptos sobre el sistema climático. Con este argumento se puede probar que la Tierra es un sistema con propiedades y comportamientos acoplados que son propios de un sistema dinámico complejo.
Este comportamiento sistémico de la Tierra se debe a la combinación de forzamientos externos (principalmente variaciones en los niveles de radiación solar que llegan a la superficie del planeta) y el conjunto de múltiples retroalimentadores y forzadores en el ambiente terrestre. Por ejemplo, los glaciares crean su propio clima; es decir, hay hielo porque hace frío, pero lo inverso es igualmente cierto: hace frío porque hay hielo. Es más exacto decir: “en los polos hace frío porque hay casquetes”, que “hay casquetes porque hace frío”.
En efecto, los casquetes polares son un remanente de las glaciaciones ocurridas en el pleistoceno (la última ocurrió hace 18 mil años). Podríamos pensar que si se descongelaran los polos o —más bien dicho— si por medios artificiales los casquetes fueran derretidos, éstos no se volverían a formar, desaparecerían para siempre, hasta que hubiera una nueva glaciación. Por lo tanto, la destrucción de un glaciar sería muy probablemente irreversible; después sólo se formarían mantos temporales de hielo y nieve en invierno. Esto no ha sucedido en los casquetes polares, pero sí en los glaciares situados en las montañas.
Otro ejemplo de un retroalimentador y un forzamiento dentro del planeta son: las variaciones de vapor de agua contenido en la atmósfera como retroalimentador, y las variaciones en la concentración de los gases de efecto invernadero, principalmente por las emisiones de CO2 ligadas a las actividades humanas como ejemplo de forzamiento.
Las regularidades en los últimos 420 mil años
Durante varios siglos previos a la industrialización, el CO2 tuvo una concentración casi constante en la atmósfera, de 280 partes por millón en volumen (ppmv); a esta cantidad se le llama, en consecuencia, el nivel preindustrial. A partir de mediados del siglo XIX, esta concentración ha aumentado, y en 2005 alcanzó 381 ppmv, según el registro del observatorio de Mauna Loa en Hawaii. Con los gases traza pasa algo parecido. El comportamiento radiacional de los gases de efecto invernadero se calcula con la teoría cuántica y se observa experimentalmente en el laboratorio, pero también lo demuestra la historia del clima.
El análisis de la temperatura y los gases que quedaron atrapados en las burbujas de aire en el núcleo de hielo de Vostok, revela un patrón rítmico de “metabolismo”, algo así como una respiración planetaria en donde se observan cuatro ciclos climáticos a lo largo de 420 mil años. Se puede ver una relativamente rápida transición del estado glacial al interglacial y una gradual transición del interglacial al glacial, lo que sugiere que la razón de absorción y emisión de CO2 de los ecosistemas marinos y terrestres es asimétrica, esto es que no absorben y emiten a la misma velocidad.
Si se analizan las curvas de CO2, temperatura, CH4, 18O atmosférico (de aquí en adelante 18Oatm) y la insolación a 65° de latitud norte durante la mitad de junio, se observa que el CO2, la temperatura y el CH4 tienen un comportamiento muy similar en cuatro ciclos climáticos, los cuales tienen un máximo que dura un breve periodo, conocido como interglacial, seguido por una disminución oscilante en las tres variables, hasta llegar a una relativa estabilidad alrededor de los valores inferiores, con un largo periodo de duración, al cual se denomina glacial; después de esto se observa una súbita elevación en los valores que da inicio a un nuevo periodo interglacial. Se observa también un claro paralelismo entre estas tres variables: suben y bajan juntas. No obstante, la situación actual rompe esta secuencia; en el pasado, los tres registros han tenido cuatro oscilaciones, con periodos de unos cien mil años, y oscilan entre los mismos límites superior e inferior. Este comportamiento representa un sistema bio-geo-físico-químico complejo y autocontrolado, es el metabolismo natural de la biósfera terrestre, del cual el efecto invernadero es sólo un componente.
Temperatura-gases de efecto invernadero-insolación
Si bien la sincronía observada entre la temperatura y los principales gases de efecto invernadero es notoria en el intervalo geológico señalado anteriormente, en periodos menores no es tan clara, pues otros fenómenos de corto plazo perturban la señal de temperatura; entre ellos destacan las oscilaciones naturales internas del sistema climático, como el Niño y la Niña: el primero eleva la temperatura a escala planetaria, y la segunda la reduce. Otro factor importante de la variabilidad interanual del clima son las erupciones volcánicas, que inyectan hasta la estratosfera aerosoles que quedan suspendidos por años y enfrían el clima planetario. El Niño tiene cierta periodicidad de recurrencia; en cambio, el vulcanismo es más bien azaroso en su manifestación, y la magnitud de ambos es muy variable. Hay un aerosol artificial, el sulfato, producido también por la industria, que aumenta sistemáticamente y atenúa el calentamiento debido al efecto invernadero por la radiación entrante. Por todos estos elementos, adicionales al efecto invernadero, que afecta el clima, los registros históricos de CO2 (emitido antropógenamente) y de la temperatura no van paralelos desde mediados del siglo xix, aunque sí hay un incremento claro en ésta alrededor de 0.6 ºC.
La gran semejanza entre el comportamiento del CO2, el CH4 y la temperatura en el barreno de Vostok lleva a considerar estos dos gases de efecto invernadero como causa y también efecto de la variación en la temperatura. En primer lugar porque la variación de los gases de efecto invernadero como causa, y de la temperatura como efecto, prueba que los gases de efecto invernadero se comportan como cuerpos casi transparentes ante la radiación de onda corta, lo que permite que la radiación solar, emitida en este rango de longitud de onda, pueda viajar a través de la atmósfera casi sin obstáculo hasta llegar a la superficie del planeta y calentarla, aunque también parte de ésta se refleja. Sin embargo, la radiación que emite la Tierra es de onda larga y los gases de efecto invernadero son parcialmente opacos a tales longitudes de onda, por lo que no permiten que toda la energía que emite el planeta se fugue al espacio; más bien, una fracción de ésta es absorbida y reemitida hacia la superficie calentándola aún más. Esto implica que la temperatura superficial del planeta sea mayor de lo que sería si no hubiera gases de efecto invernadero en la atmósfera, ya que estos gases absorben la radiación, y por lo tanto la temperatura media del planeta sería 33°C menor de lo que es ahora.
En segundo porque la variación de la temperatura como causa, y la de los gases de efecto invernadero como efecto, prueba que un descenso en la temperatura genera una disminución en la producción de CO2 y CH4 debido a que la actividad biológica de los seres vivos se reduce (aunque unos seres vivos producen y otros consumen estos gases, la concentración neta de los mismos es menor); y también porque una disminución en la temperatura hace que el océano pueda almacenar una cantidad mayor de CO2, ya que éste es más soluble en el agua fría.
La radiación recibida por la Tierra, llamada insolación, se considera como un detonador en los cambios glaciares-interglaciares. La energía emitida por el Sol casi no varía, por eso se denomina constante solar. Por ser tan pequeñas estas variaciones, los instrumentos antiguos eran incapaces de detectarlas; pero las medidas modernas han demostrado que tal “constante” en realidad cambia. Coexisten varios ciclos sobrepuestos de características físicas que juntas constituyen la actividad solar; entre estas propiedades del Sol hay algunos vínculos claros y otros inciertos. Además, la actividad solar y el clima terrestre insinúan correlaciones que pueden ser sólo coincidencias, pues su base física es precaria.
Evidentemente, un aumento (o disminución) en la luminosidad del Sol debe calentar (o enfriar) el clima y esto se registrará más claramente cuanto más fuerte o duradero sea aquél (o aquélla). La radiación recibida por la Tierra depende además de otros factores llamados orbitales, que son: oblicuidad, excentricidad y longitud y posición del perihelio (la distancia más corta de la Tierra al Sol). La longitud del perihelio y la excentricidad determinan la órbita, y la posición del perihelio y la oblicuidad determinan la orientación de la Tierra respecto de esa órbita.
Los estudios del paleoclima muestran que mucha de la variabilidad ocurre con periodicidad correspondiente a la de la precesión, oblicuidad y excentricidad de la órbita de la Tierra, que actúan como un forzamiento inicial. El punto más frío de cada periodo glacial precede al final de dicho periodo excepto en el tercer ciclo. Se atribuye esto a que justo antes de esta transición se presenta la mínima insolación a 65° de latitud norte. El 18Oatm depende fuertemente de las propiedades climáticas y relaciona éstas con la insolación. Sin embargo, al comparar estas dos variables con los registros de CO2, CH4 y temperatura de los datos de Vostok, se puede ver que la insolación y los parámetros orbitales no son determinantes en la variabilidad climática para un periodo de por lo menos un millón de años. El holoceno
Dentro del cuaternario (periodo geológico actual, iniciado hace dos millones de años), en su última cuarta parte predominaron cuatro glaciaciones, con breves etapas cálidas intercaladas. Sin embargo, el último lapso interglacial ha sido mucho más largo que sus antecesores (12 mil años); a esta etapa geológica se le llama holoceno.
A pesar de que la primera mitad del holoceno fue por lo general más cálida que la actual, hacia el año 8200 antes del presente hubo un abrupto y corto episodio bastante frío del cual tenemos numerosos indicadores: la concentración de metano disminuyó a nivel global, los colores de los sedimentos marinos de Cariaco, Venezuela, correspondientes a esa época aparecen más claros y la temperatura en Summit, Groenlandia, descendió unos 6 ºC.
Se piensa que la calidez del holoceno propició el desarrollo de la civilización (sedentarismo-agricultura-urbanización), y a su vez, la civilización propició industrialización a partir de mediados del siglo xix y con ella (seguramente) el aumento de bióxido de carbono en la atmósfera y el (muy probable) calentamiento global actual. Esta nueva época de la evolución del planeta, afectado apreciablemente por el hombre, se llama antropoceno.
Existen medidas directas del clima (es decir con instrumentos) sólo para el último siglo y medio; para todo el resto, el clima se ha medido indirectamente. O sea que de los innumerables cambios climáticos, únicamente el producido por el hombre ha sido registrado directamente con instrumentos también hechos por el hombre. El registro de todos los demás se hace con los llamados indicadores paleoclimáticos o proxies.
Las evaluaciones basadas en los principios de la física, y de los modelos climáticos indican que es improbable que el forzamiento natural pueda por sí solo explicar los diferentes cambios pasados observados en la temperatura de la atmósfera.
Si bien la reconstrucción de los forzamientos naturales es incierta, la inclusión de sus efectos provoca un aumento en el promedio de temperaturas a escalas temporales de varios decenios.
Los modelos y las observaciones muestran un aumento en la temperatura a nivel mundial, un mayor contraste entre la temperatura de la superficie terrestre y de los océanos, una disminución en la extensión de hielo marino, una retracción de los glaciares, una elevación del nivel del mar y un aumento en las precipitaciones en latitudes altas del hemisferio norte. Los modelos predicen un ritmo de calentamiento más rápido en las capas medias a superiores de la troposfera al que se observa en los registros de temperatura troposférica obtenidos mediante satélites o radiosondas.
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Referencias bibliográficas
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José Ramón Hernández Balanzar
Instituto de Ciencias Nucleares,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es físico egresado de la Facultad de Ciencias, UNAM. Desde 1992 se dedica a la divulgación de la ciencia. Ha sido revisor académico de libros de texto de la SEP actualmente es profesor en la Facultad de Ciencias y Coordinador de Difusión y Divulgación en el Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM.
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como citar este artículo →
Hernández Balanzar, José Ramón. 2008. El metabolismo de la Tierra. Ciencias, núm. 90, abril-junio, pp. 4-14. [En línea].
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Carlos Gay García, René Garduño López y Walter Ritter Ortiz
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La simulación dinámica de escenarios en la naturaleza
es una herramienta útil para entender cómo funcionan los sistemas naturales, identificar sus potenciales problemas y explorar soluciones para éstos.
El éxito en el manejo del cambio ambiental se basa en la capacidad de anticipación que tengamos. El agotamiento de los recursos naturales que sostienen las economías regionales así como el deterioro de agua, suelo y aire son verdaderas amenazas para nuestra civilización. El continuo abastecimiento de agua y alimentos, así como la conservación de nuestra salud, depende de nuestra habilidad para anticipar y prepararnos para un futuro incierto.
Los escenarios generados por procesos de simulación proveen un indicador de posibilidades (no algo definitivo) y sirven de base para realizar proyecciones que aplican las herramientas del pronóstico bioclimático en escenarios específicos. Los ecosistemas pronosticables son aquellos en los que la incertidumbre puede ser reducida a la magnitud en que, por medio de los pronósticos, estamos reportando información útil para la toma de decisiones.
La simulación no es un fin en sí misma, tampoco es una bola de cristal que pueda pronosticar el futuro con absoluto detalle y exactitud, pero sí puede ayudarnos a entender los mecanismos internos que determinan cómo trabaja un sistema, por medio de la descripción de sus procesos y transformaciones, la identificación de posibles mecanismos detrás de los ciclos y tendencias observadas durante plazos largos. Permite determinar, además, cómo mantiene su estabilidad el sistema, reconocer los mecanismos por los cuales puede perderla, y pronosticar futuras manifestaciones de los sistemas existentes; proyectar ciclos y tendencias, evaluar los impactos de políticas opcionales e identificar escenarios en donde la estabilidad se pierda o se restaure.
No debemos olvidar que la utilidad de un modelo se puede juzgar tanto por la cantidad de información que pueda aportarnos con el máximo posible de economía, como por la facilidad con la cual nos permita comunicarnos de forma más efectiva con dicho modelo y lo que éste representa.
Simulación con enfoque sistémico
Los modelos generalmente no capturan de forma precisa toda la realidad y esto se refleja en el hecho de que muchos de ellos, ampliamente usados en el campo ambiental, deben ser continuamente ajustados y refinados. Pero, finalmente, lo más valioso de un modelo es su capacidad para detectar los cambios y las fluctuaciones, y para identificar las variables críticas responsables de dichos cambios, así como capturar y entender los efectos de retroalimentación en el sistema, ya que en los sistemas dinámicos sus elementos se modifican de manera constante y complicada, e incluso sorpresiva.
El objetivo no es por tanto desarrollar modelos que capturen todas las facetas de la vida diaria, ya que tales modelos tendrían poca utilidad al ser tan complicados como los sistemas mismos que deseamos entender. El verdadero propósito de la modelación dinámica es llegar a descubrir los principios básicos que nos conduzcan a descubrir la complejidad observada en la naturaleza. Para nosotros esto es el significado de simplicidad.
La posibilidad de comprender todo lo comprensible depende más de la estructura de nuestro conocimiento que de su contenido, de que nuestras teorías lleguen a ser tan generales y tan profundas, a estar tan integradas entre sí, que se conviertan, de hecho, en una sola teoría de una estructura unificada de la realidad.
Las estimaciones iniciales de simulación pueden ser derivadas de la información empírica o aun de sugerencias razonables de los expertos en la materia o del equipo de modeladores; ya que incluso los modelos construidos en tales situaciones de incertidumbre pueden ser de gran valor y utilidad en la toma de decisiones, proveyéndonos de un cuadro congruente de referencia, en lugar de información exacta.
El flujo de información de una variable de estado dentro de un sistema se hace a través de cadenas de transformación para dirigirnos a las variables de control, cambiando así las primeras y entrando en ciclos siempre cambiantes, para al final volver a otra variable de estado o tal vez irse hacia el infinito, el cero o el comportamiento caótico. Esto nos habla de un proceso de retroalimentación, hecho tan común en los sistemas ambientales.
La retroalimentación negativa tiende a forzar las variables de estado hacia metas establecidas y es la idea básica de los sistemas dinámicos de control. La variación en el proceso de retroalimentación puede llevarnos a relaciones no lineales, las cuales se hallan presentes si una variable de control no depende de otras variables de manera lineal. Como resultado, los procesos de retroalimentación no lineales pueden exhibir comportamientos dinámicos complejos; por ello, debemos poner especial atención a la no linealidad, particularmente si se trata de efectos de retraso.
Autoorganización y sistemas disipativos
Los modelos son herramientas para detectar patrones o tendencias que pueden ser útiles para generar hipótesis comprobables acerca de la organización de comunidades bióticas. La abundancia relativa de grandes ensambles heterogéneos de especies tiende a ser gobernada por muchos factores independientes y, de acuerdo con el teorema de límite central, será distribuida en forma log-normal. Un alto grado de ajuste al modelo log-normal indica que la comunidad está en alto grado de equilibrio. Sin embargo, buenos ajustes a la distribución log-normal pueden ocurrir a pesar de los cambios y condiciones en la composición de la comunidad.
La principal motivación para crear los modelos de distribución fue desarrollar un modelo general de abundancia de especies para facilitar la comparación de diversas comunidades por sus diferencias o similitudes con los parámetros del modelo, el cual potencialmente daría información fundamental de los nichos de las especies y cómo las especies coexisten o comparten los recursos ambientales disponibles. Aunque tal modelo general sería una herramienta valiosa para el ecólogo, no parece existir tal paradigma general, revelándose que hipótesis contradictorias pueden llevarnos al mismo modelo y diferentes modelos derivados de postulados en conflicto, pueden ser ajustados al mismo grupo de datos.
El mayor obstáculo por resolver al usar índices de diversidad es su interpretación, ya que si se da sólo el valor del índice de diversidad, es imposible decir la importancia relativa de riqueza y uniformidad, pues alta riqueza y baja homogeneidad será equivalente a un sistema de baja riqueza y alta homogeneidad.
En general podemos decir que un ecosistema será más complejo conforme sea más maduro, cualidad que aumenta con el tiempo que permanezca sin ser perturbado. La sucesión ecológica nos lleva a considerar como más maduro o más complejo un ecosistema cuando esté compuesto de un mayor número y grado de interacción de sus elementos, si se presentan largas cadenas alimenticias, un uso más completo del alimento, relaciones bien definidas o más especializadas, situaciones más predecibles, promedio de vida mayor, menor número de hijos; entonces la organización interna pasa por perturbaciones aleatorias a ritmos cuasi-regulares.
La biogeografía y la escala global
Si se desea pronosticar futuros procesos de producción, será necesario tener una descripción de estos sistemas en su ambiente particular, que incluya tantos detalles relevantes como sea posible. Debemos estar interesados en todas las interacciones que controlan o alteran el número o tipo de organismos encontrados en una región dada; ya que una noche fría o una hora de fuerte viento pueden producir grandes diferencias en el mundo biológico. Tal información puede ser usada para construir una simulación poblacional, la cual puede ser empleada para predecir los efectos de políticas particulares de administración. El valor de la simulación es obvio pero su utilidad reside principalmente en que analiza casos particulares.
Una teoría bioclimática debe de hacer, preferentemente, afirmaciones sobre el ecosistema como un todo global, así como de especies y tiempos en particular, y aseveraciones válidas para muchas especies y no solamente para una. La alternativa es intentar analizar la naturaleza de tal manera que pueda ser descrita en forma rigurosa, que las predicciones puedan ser derivables mediante procedimientos reproducibles, y que sean capaces de definir, en algún grado, la diferencia entre lo que conocemos sobre bases teóricas y lo que nos falta por hacer, antes de que podamos realizar predicciones más seguras.
Una descripción matemática precisa de los sistemas productivos puede incluir cientos de parámetros, muchos de los cuales son difíciles de medir, y cuyos resultados esperados —a partir de las muchas ecuaciones diferenciales parciales simultáneas no-lineales de simulación— usualmente no tienen solución, ya que las respuestas son complicadas expresiones de los parámetros y no son fáciles de interpretar. Claramente se observa la necesidad de diferentes metodologías para tratar con estos sistemas que son intrínsecamente complejos.
El establecimiento de relaciones clima-vegetación puede ser útil para propósitos de pronóstico, ya que la vegetación refleja el ambiente, y los cambios en uno pueden llegar a resultar en cambios en el otro, y tales cambios pueden ser usados para evaluar la naturaleza y la magnitud del impacto ambiental.
Cualquier modelo puede ser considerado como una teoría surgida de los datos y necesitamos evaluar su exactitud predictiva, su generalidad, complejidad e interpretabilidad. No debemos buscar una solución a un problema específico de predicción, sino buscar aquellas características que nos permitan predicciones más generales. Identificar patrones activos, definiendo el interés en términos de utilidad para obtener algún fin, por lo que la exactitud de las predicciones no debe ser lo único a juzgar.
Se puede encontrar patrones similares de interacción en sistemas muy diferentes y, una vez que los patrones básicos son entendidos, todos los sistemas pueden ser comprendidos.
Los modelos nos permiten realizar deducciones, formular hipótesis y predecir resultados —así se construyen las teorías—, y en un despliegue de sistemas, las leyes se revelarán por sí mismas con este nuevo enfoque; las pautas básicas se deben clasificar y los conceptos básicos se deben inferir. Los sistemas complejos que cuentan con una gran riqueza de conexiones cruzadas muestran conductas complejas y estas conductas pueden ser complejas pautas de búsqueda de metas.
Las matemáticas de la complejidad de la naturaleza pasan de los objetos a las relaciones, de la cantidad a la cualidad y de la sustancia al patrón de la forma, eludiendo todo modelaje mecanicista; las simples ecuaciones deterministas pueden producir una insospechada riqueza y variedad de comportamientos. A su vez, lo que pareciera un comportamiento aparentemente complejo y caótico puede dar lugar a estructuras ordenadas con sutiles y hermosos patrones de formas, con frecuentes ocurrencias de procesos de retroalimentación autorreforzadora donde pequeños cambios pueden ser repetidamente amplificados. La mayor contribución de Henri Poincaré fue la recuperación de las metáforas virtuales, rompiendo el dominio del análisis y las fórmulas, y volviendo a los patrones visuales.
La predicción exacta, aun para las ecuaciones estrictamente deterministas, no existe; pero ecuaciones simples pueden producir una increíble complejidad que supera todo intento de predicción. La organización del sistema complejo es independiente de las propiedades de sus componentes y su objetivo es la organización y no la estructura, en donde la función de cada componente es participar activamente en la producción o transformación de otros componentes del sistema. El producto de su operación es su propia organización, donde toda la red se hace a sí misma continuamente.
Anticipación a problemas ambientales
Anticiparnos a muchos de nuestros desafíos ambientales por venir en las próximas décadas requiere un mejoramiento sustantivo en las actuales metodologías de adquisición de conocimiento científico. La simulación y el pronóstico ecológico deben emerger como un imperativo para mejorar la planeación y la toma de decisiones acerca del estado de los ecosistemas y de su capital natural productivo, ya que pueden dotarnos de la capacidad de producir, evaluar y comunicar dichos pronósticos en aquellos estados críticos que requieran un proceso de atención inmediata, que involucren ligas interdisciplinarias y análisis de sus posibles procesos de propagación y retroalimentación —incluidos los procesos evolutivos y emergentes—, y que consideren los impactos sociales y la relevancia del pronóstico en los procesos de toma de decisiones.
Con base en la nueva ciencia del enfoque sistémico se propone la creación de un modelo general de simulación y pronóstico, que de forma inte-grada responda a una serie de cuestionamientos sobre ecología, manejo de recursos naturales y evaluación de impacto ambiental. La visión filosófica de este modelo tiene su fundamento en el enfoque sistémico derivado de la teoría general de sistemas, cuyo proceso metodológico nos permitirá la creación de los escenarios requeridos para una mejor toma de decisiones.
Definimos el pronóstico ecológico como el proceso de predecir el estado del ecosistema, de sus servicios por aportar, su capital natural de crecimiento, contingencias y escenarios sobre el clima, uso de suelo, población humana, tecnologías, actividad económica y educativa.
A fin de utilizar aspectos de metodologías comunes en los diferentes proyectos por desarrollar, es necesario incorporar en los objetivos de este estudio un proceso de descripción general de las mencionadas metodologías del enfoque sistémico a utilizar en el desarrollo de dicho modelo y en los posibles proyectos por derivarse de éste. Esto permitirá conseguir una mayor homogeneidad y cohesión de los propósitos, así como una mayor sistematización en la obtención de los objetivos planteados. El objetivo consiste no sólo en ofrecer un planteamiento coherente y sistémico de una visión unificada de la vida y el ambiente, sino también de algunas de las cuestiones críticas de la economía, sociales y personales que vivimos en nuestra época y que actúan como procesos de retroalimentación de los objetivos iniciales.
Cuando nos encontramos con un problema de tipo ambiental, o de cualquier otro tipo, y necesitamos resolverlo, además de considerar las interacciones de los factores físicos, biológicos y ecológicos, debemos tomar en cuenta también los factores económicos, culturales y legales. Si abordamos estos problemas por métodos simplistas llegaremos al diseño de experimentos y muestreos de baja calidad que nos conducirán a tomar decisiones erróneas e inadecuadas. El análisis de sistemas para la solución de estos problemas se basa en un planteamiento holístico con los modelos matemáticos requeridos para identificar, simular y predecir las características importantes de la dinámica de estos sistemas considerados como complejos.
El origen de la visión de sistemas se remonta al periodo de la Segunda Guerra Mundial y estuvo relacionado con la solución de problemas de tipo logístico. Actualmente el uso de esta perspectiva en ecología, climatología, evaluación, manejo de recursos naturales, simulación y pronóstico de impacto ambiental, consiste en proporcionar un enfoque que permita abordar la solución de dichos problemas en los sistemas complejos (como lo son todo tipo de ecosistemas conocidos) y que además promueva el diseño de proyectos de investigación que nos ayuden a tomar decisiones adecuadas, mediante la utilización del método científico como una forma de resolver dichos problemas, basándose en una observación disciplinada y en la manipulación de las partes del mundo real que resulten interesantes en el contexto del problema en estudio.
Como climatólogos, ecólogos y administradores de los recursos naturales, frecuentemente debemos analizar sistemas que se caracterizan por una complejidad organizada, como cuando se cuenta con poca información, pocos datos y poca expectativa de generar una base de datos completa. Para esto es precisamente que ha sido diseñado y desarrollado el análisis de sistemas y sus metodologías de investigación, que permiten integrar el conocimiento obtenido por medio de la descripción, la clasificación y el análisis matemático y estadístico de las observaciones del mundo real.
En el modelo tradicional los expertos interpretan los datos, eligiendo algunos de sus aspectos e ignorando otros. Necesitamos una amplia distribución de información, puntos de vista e interpretaciones, si queremos entender el significado del mundo en que vivimos; el cual debe entenderse como un mundo de procesos, no de objetos. La grandiosa meta de toda ciencia es abarcar el mayor número de hechos empíricos por deducción lógica a partir del menor número de hipótesis o axiomas, como solía decir Einstein; y como Mandelbrot remarca, en un mundo cada vez más complejo, los científicos necesitan tanto las imágenes como los números, es decir la visión geométrica y la analítica.
Necesitamos partir de un marco teórico para el desarrollo, evaluación y uso de los modelos de simulación y pronóstico en impacto ambiental, climatología, ecología y manejo de los recursos naturales. Donde en el desarrollo del modelo conceptual podamos abstraer del sistema real aquellos factores y procesos que deben ser incluidos dentro del modelo por ser relevantes en nuestros objetivos específicos y de tal manera que en la evaluación del modelo se compare el enfoque de sistemas con otros métodos utilizados para resolver problemas en estas y otras áreas.
El modelo puede ser de lo más simple, siempre y cuando no excluya aquellos componentes cruciales para su solución y la toma de decisiones esté basada en información de la mejor calidad acerca del sistema en estudio. En otro caso podrá ser necesario monitorear varios atributos del sistema en forma simultánea, clasificando los componentes del sistema de interés por sus diferentes funciones en el modelo. Dichos componentes se pueden clasificar como variables de estado, variables externas, constantes, variables auxiliares, transferencias de materia, energía e información, fuentes y sumideros.
Obviamente, si con los conocimientos adquiridos no podemos formular hipótesis útiles acerca de la estructura y funcionamiento del sistema, debemos concentrar nuestro esfuerzo en realizar nuevas observaciones en el sistema natural. La idea básica fundamental detrás de todo esto es que podamos realizar experimentos de simulación en la misma forma que en un laboratorio o en la naturaleza misma.
El estudio se justifica por nuestro interés en lograr un crecimiento económico sin destruir los sistemas ecológicos que forman la base de nuestra existencia. Necesitamos introducir el uso del análisis de sistemas y su simulación como herramienta de apoyo para resolver los problemas de impacto ambiental que a diario se nos presentan, para que nos ayuden en la toma de las mejores decisiones. El análisis de sistemas y su simulación es un conjunto de técnicas cuantitativas desarrolladas con el propósito de enfrentar problemas relacionados con el funcionamiento de los sistemas complejos, como son los diferentes tipos de ecosistemas conocidos.
La utilidad del análisis de sistemas y su simulación se da tanto por el proceso de identificación y especificación de los problemas, como por el desarrollo, usos y producto final del modelo.
El objetivo general es el de diseñar y generar un modelo integral de simulación y pronóstico de los sistemas ecológicos bajo el enfoque de sistemas y de sistemas complejos, con aplicaciones específicas a la evaluación del impacto ambiental y el manejo de recursos naturales, del cual se puedan derivar proyectos más específicos en la solución de problemas regionales.
Generar asimismo escenarios para los sistemas ecológicos: en el tiempo (pasado, presente y futuro) y el espacio, para así evaluar el impacto de origen humano. Analizar la dinámica de transferencia productiva (flujos de materia, información y energía) de los sistemas ecológicos, para determinar su estabilidad o inestabilidad a través del tiempo y el espacio. Realizar en forma funcional el modelo integral de simulación y pronóstico de los diferentes sistemas ecológicos y climáticos, incorporando en ellos las potenciales redes de intercomunicación, de tal forma que el modelo sea multidisciplinario, multifactorial, multirrelacional y multifuncional, y que sirva de herramienta tanto para la simulación de posibles escenarios como para la toma de decisiones.
Metodología básica
Para contestar una pregunta, demostrar una teoría o clasificar una parte del mundo real, todos coincidimos en que, dependiendo de nuestros intereses, algunas de las posibles perspectivas a elaborar serán más adecuadas y útiles que otras; los sistemas de interés presentan generalmente dos propiedades de importancia primordial. La primera, es que los sistemas pueden estar anidados, es decir que un individuo es parte de una población, una población es parte de una comunidad y así sucesivamente. La segunda, que en cualquier escala y en cualquier nivel de detalle, los sistemas naturales pueden ser estudiados usando el mismo conjunto de principios y técnicas desarrolladas y conocidas por la teoría general de sistemas, donde debemos definir cuidadosamente los límites del sistema de interés de acuerdo con el problema que estamos estudiando. El reduccionismo actual (estudio de las partes por separado) ha demostrado ser muy eficiente en la ciencia, siempre y cuando podamos entender que las entidades complejas de la naturaleza no sólo son la suma de sus componentes más simples. Las matemáticas de la física clásica están concebidas para complejidades no organizadas y muchos de los problemas biológicos, económicos y sociales son esencialmente organizados, multivariados y complejos, por lo tanto deben introducirse nuevos modelos conceptuales, incluidos la cibernética, las teorías de la información, de juegos y de decisiones, el análisis factorial, la ingeniería de sistemas, la investigación de operaciones, etcétera. Se consideran los sistemas como un complejo de componentes interactuantes, con conceptos característicos de totalidades organizadas, como son: interacción, suma, mecanización, centralización, competencia, finalidad, etcétera. Se debe saber aplicarlos a fenómenos concretos.
La naturaleza posee un orden que podemos comprender y la ciencia tan sólo es una descripción optimista de cómo pensar una realidad que nunca comprenderemos del todo. Sin embargo, con el enfoque sistémico comenzamos a entrever una forma enteramente nueva de comprender las fluctuaciones, el desorden y el cambio, en donde conceptos como los de atractor, retrato de fase, diagrama de bifurcación y fractal no existían antes del desarrollo de la dinámica no lineal.
En la modelación de impacto ambiental es necesario considerarlo con base en nuestros estudios de diagnóstico, simulación y pronóstico, los cuales estarán apoyados exclusivamente en las metodologías de simulación, ya que si escogemos las variables apropiadas y representamos adecuadamente las reglas que gobiernan la dinámica y el proceso de cambio en el sistema de estudio, debemos poder predecir los cambios de dichos sistemas a lo largo del tiempo. Es decir, podríamos simular correctamente el comportamiento del sistema con base en las cuatro etapas fundamentales del proceso de desarrollo y uso del modelo descritas por Grant: desarrollo del modelo conceptual, del modelo cuantitativo, evaluación, y uso del modelo.
En primer lugar hay que identificar el problema con claridad y describir los objetivos del estudio con precisión, teniendo en mente que vamos a estudiar la realidad como un sistema. El resultado de esta fase ha de ser una primera percepción de los elementos que tienen relación con el problema planteado. La estadística y los métodos numéricos serán de gran utilidad cuando exista una gran abundancia de datos y podamos suponer que la realidad permanecerá estable. Debemos conocer los elementos que forman el sistema y las relaciones que existen entre ellos ya que, con frecuencia, para solucionar un problema es más fácil y efectivo trabajar con las relaciones. Esto es, incluir sólo aquellos elementos que tienen una influencia razonable sobre nuestro objetivo, lo que equivale a proponer acciones prácticas para solucionar el problema.
En las diferentes fases de construcción del modelo se añadirán y suprimirán elementos con la correspondiente expansión y simplificación del modelo, incorporando en ellas, a través de un diagrama causal, los elementos clave del sistema y sus relaciones. El concepto de rizo (definido como una cadena cerrada de relaciones causales) es muy útil porque nos permite, a partir de la estructura del sistema que analizamos, llegar hasta su comportamiento dinámico. Y es a partir de aquí que podremos ver que los sistemas socioeconómicos, ecológicos y climáticos están formados por cientos de rizos positivos y negativos interconectados, e identificar las razones estructurales que nos permitan decidir cómo modificar los bucles causales que lo alteran, ya que es la estructura del sistema lo que provoca su comportamiento. Si el sistema tiene los elementos que causan el problema, también tiene la forma en que se puede solucionar.
Como en las estructuras de los sistemas estables hay un número de relaciones impar y el bucle o proceso de retroalimentación es negativo, y como cualquier acción que intente modificar un elemento se ve contrarrestada por todo el conjunto de bucles negativos que superestabilizan el sistema, se neutraliza entonces en conjunto la acción o los cambios del exterior. En tales sistemas el factor limitativo es lo verdaderamente importante, ya que es dinámico, con capacidad de producir comportamientos inesperados; pero al final será el rizo negativo el que estabilice el sistema.
Con base en los objetivos del proyecto debemos decidir cuáles son los componentes del mundo real que incluiremos en nuestro sistema de interés y cómo se relacionan entre sí. También debemos bosquejar los patrones esperados de comportamiento en términos de la dinámica temporal de los componentes más relevantes del sistema, los cuales sirven como puntos de referencia en la validación del modelo, y asegurarse que éste provea el tipo de predicciones que nos permita responder nuestras preguntas y, finalmente, tomar las mejores decisiones.
Asimismo, debemos determinar por medio de los objetivos si el modelo es apropiado o no para cumplir con nuestros propósitos y, dependiendo de dichos objetivos, podemos profundizar en la interpretación de las relaciones entre sus componentes y en su capacidad predictiva. En forma simultánea, nos interesa evaluar qué tan sensibles son las predicciones del modelo a aquellos aspectos que hemos representado con cierta incertidumbre, así como determinar dicha sensibilidad a posibles errores cometidos al representar la ecuación fundamental, usando relaciones estimadas a partir de un amplio grupo de especies.
Debemos definir los objetivos en términos del problema que queremos resolver o de la pregunta a responder. Las preguntas o problemas pueden surgir a partir de observaciones en el sistema real o pueden ser impuestas por la necesidad práctica de evaluar diversos esquemas de manejo. Dichos objetivos deben definir el marco conceptual para las bases, desarrollo y evaluación, así como la interpretación de los resultados del modelo.
El objetivo final del análisis de sistemas será responder las preguntas identificadas al comienzo del proyecto, lo cual implica que debemos diseñar y simular, con el modelo desarrollado, los mismos experimentos que realizaríamos en el mundo real para responder nuestras preguntas fundamentales. Si en el diseño experimental es necesario desarrollar una versión estocástica del modelo, podemos correr el número de réplicas necesarias y comparar los valores predichos en el marco de cada uno de los regímenes de nuestras variables, para lo cual utilizaremos un análisis de varianza y detectaremos cualquier incoherencia que nos ayude a comprender el sistema y obtener sus beneficios en el proceso de desarrollo del modelo.
En forma sintética, podemos decir que con el desarrollo del modelo conceptual definimos un proceso por medio del cual abstraemos del sistema real aquellos factores y procesos a incluir en nuestro modelo por su relevancia para nuestros objetivos específicos, de tal forma que en la evaluación del modelo podamos determinar la utilidad del modelo desarrollado.
Respecto de nuestros objetivos específicos, definiremos los límites del sistema de interés e identificaremos las relaciones entre los componentes que generan la dinámica del sistema con base en las siguientes etapas de desarrollo del modelo: definir los objetivos del modelo así como los límites del sistema de interés, clasificar los componentes de este último, identificar sus componentes, representar formalmente el modelo conceptual, y describir los patrones esperados del comportamiento del modelo.
Durante el desarrollo del modelo cualitativo trataremos de traducir nuestro modelo conceptual a una serie de ecuaciones matemáticas que en conjunto forman el modelo cuantitativo, para lo cual usaremos los diversos tipos de información sobre el sistema real; posteriormente resolvemos todas las ecuaciones del modelo para el periodo completo de simulación. Esta simulación recibe el nombre de simulación de referencia.
Con la generación de este modelo esperamos simular adecuadamente la dinámica general y productiva del sistema, la magnitud del impacto ecológico y económico, además de pronosticar el destino de los sistemas actuales, ya que podremos generar escenarios que nos permitan derivar la mejor toma de decisiones. Asimismo, podremos conocer el grado de estabilidad de los sistemas existentes (naturales, implantados e impactados).
La elección entre un modelo analítico de la física y un modelo de simulación del análisis de sistemas implica, para el primer caso, pérdida de realismo ecológico a fin de tener más potencia matemática; para el segundo, la pérdida de potencia matemática para incluir más realismo ecológico.
Si el nivel de detalle que se busca para lograr los objetivos deseados es mayor y, por lo tanto, nos exige el uso de modelos analíticos, debemos de tratar de usarlos; sin embargo, si se observa que en el nivel analítico de detalle apropiado se requiere un modelo que resulta demasiado complejo en su manejo, debemos otra vez cambiar y regresar al uso de los modelos de simulación, es decir, regresar a la idea de que lo complejo se resuelve con lo simple.
Esto es muy importante, ya que para muchos problemas ecológicos, de manejo de recursos naturales y estudios de impacto ambiental, es necesario representar el sistema de interés de una manera muy compleja, con metodologías de análisis sistémico para su solución, ya que no se puede hacer en forma analítica.
Información regional y monitoreo
Los datos regionales son críticos para la realización de pronósticos y el conocimiento de los procesos de gran escala, ya que los estudios de pequeña escala nunca serán suficientes para este propósito. Las redes de información y el monitoreo permanente son necesarios para un mejor pronóstico, así como para un mejor conocimiento de las estrategias adaptativas y de diseño con retroalimentación, evolución y otras dinámicas básicas en la naturaleza.
El proceso de planeación debe empezar con la información climática, biológica y socioeconómica existente. La mayoría de los sitios requiere prospecciones para proveer información más exacta, sobre la cual podamos basar nuestras decisiones y, además, realizar los diagnósticos requeridos para la planeación. Estos deben estar centrados principalmente en la información necesaria para los procesos de toma de decisiones, mediante las mejores herramientas existentes para tales objetivos, como son los sistemas de información geográfica, fotografía aérea, sensores remotos, etcétera, y con la participación de las localidades en la adquisición regional de información.
En general, no se conocen bien los caracteres estructurales y funcionales de los ecosistemas, por lo que necesitamos muchas mediciones antes de estar en condiciones de asentar principios sólidos para la predicción.
La mayor parte de las investigaciones bioclimáticas se dirigen al estudio de las variaciones de estado, ciclos y procesos biológicos relativamente cortos, que logran un buen conocimiento de trabajo sobre periodicidades, ritmos y fenologías asociadas y llegan a comprender su importancia dentro del sistema ecológico en que operan.
Es mucho menos lo que sabemos de los ciclos largos, sus mecanismos y la posible función de ciertos fenómenos biológicos poco frecuentes y aparentemente aleatorios.
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Carlos Gay García
Centro de Ciencias de la Atmósfera,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es doctor por la universidad de Colorado. investigador titular en Ciencias de la atmósfera de la UNAM y profesor en la Facultad de Ciencias desde 1973. Algunas de sus líneas de investigación son: cambio climático global, calentamiento, agujero de ozono e impactos, modelos simples de cambio climático, vulnerabilidad y adaptación al cambio climático.
Rene Garduño López
Centro de Ciencias de la Atmósfera,
Universidad Nacional Autónoma de México.Es físico, con posgrado en Geofísica por la Facultad de Ciencias de la UNAM, donde es profesor desde 1976. Es investigador titular del Centro de Ciencias de atmósfera de la UNAM, en la línea de cambios climáticos naturales y antropógenos. Ha publicado numerosos artículos de investigación y capítulos en libros relacionados con el tema.
Walter Ritter Ortiz Walter
Centro de Ciencias de la Atmósfera,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es doctor en biología, con especialidad en ecología y Medio ambiente (UNAM). realizó su licenciatura en física y matemáticas (UAG) y la maestría en Ciencias Geofísicas, con la especialidad en Climatología (unam). es investigador titular en el Centro de Ciencias de la atmósfera (UNAM), y jefe de la sección de bioclimatología.
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como citar este artículo →
Gay García, Carlos y Garduño López Rene, Ritter Ortiz Walter. 2008. Cómo anticipar problemas de tipo bioclimático o las dificultades del pronóstico. Ciencias número 90, abril-junio, 20-32. [En línea]
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| Patricia Ávila García | |||||||
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Vulnerabilidad y seguridad hídrica son dos conceptos
estrechamente relacionados. La vulnerabilidad mide el riesgo y daño que los procesos biofísicos y sociales pueden ocasionar a la población y los ecosistemas. La seguridad hídrica muestra la capacidad de una sociedad para satisfacer sus necesidades básicas de agua, la conservación y el uso sustentable de los ecosistemas acuáticos y terrestres; así como la capacidad para producir alimentos sin atentar contra la calidad y cantidad de los recursos hídricos disponibles, y los mecanismos y regulaciones sociales para reducir y manejar los conflictos o disputas por el agua.
La vulnerabilidad es un estado en el que se puede ser herido o lesionado física o moralmente. Para que el daño ocurra deben presentarse las siguientes condiciones: a) un hecho potencialmente adverso (un riesgo endógeno o exógeno); b) una incapacidad de respuesta frente a esa contingencia; y c) una inhabilidad para adaptarse al nuevo escenario generado por la materialización del riesgo. La vulnerabilidad constituye la interfase de la exposición a amenazas al bienestar humano y la capacidad de las personas y comunidades para enfrentarlas. Las amenazas pueden surgir de una combinación de procesos biofísicos y sociales. Así, en la vulnerabilidad humana se integran muchos problemas ambientales que tienen una dimensión social, económica y ecológica.
Por tal razón, defino la vulnerabilidad como el proceso por el cual la población humana y los ecosistemas están sujetos a riesgo de sufrir daños o amenazas ocasionadas por factores biofísicos y sociales. Esto conduce a una situación de limitada o nula capacidad de respuesta frente a tal contingencia y grandes dificultades para adaptarse al nuevo escenario generado por la materialización del riesgo. La vulnerabilidad socioambiental…
Con el fin de conocer las diferentes dimensiones de la problemática del agua es importante establecer el concepto de vulnerabilidad socioambiental, el cual defino como el proceso que conlleva a situaciones críticas e irreversibles en torno a la calidad y cantidad de los recursos hídricos que ponen en riesgo el desarrollo humano y el funcionamiento de los ecosistemas. La vulnerabilidad socioambiental que un país o región experimenta puede ser un indicador de la seguridad hídrica, es decir, de la capacidad de la sociedad para garantizar: a) una adecuada cantidad y calidad de agua para el funcionamiento de los ecosistemas, b) la producción y autosuficiencia alimentaria, c) la satisfacción de las necesidades básicas de la población, d) la reducción y el manejo adecuado de los conflictos y disputas por el agua; y e) la capacidad para prevenir y enfrentar desastres como sequías, inundaciones y epidemias asociadas con enfermedades hídricas como el cólera. En este sentido, se puede inferir que existe una relación inversamente proporcional entre vulnerabilidad socioambiental y seguridad hídrica.
Para el caso específico de México, la vulnerabilidad se evaluó de manera cualitativa e indicativa sobre la base de una serie de variables físicas, climáticas, ecológicas, sociales, políticas, demográficas y económicas. Esto fue con la idea de analizar las tendencias actuales que conducen a una situación de mayor vulnerabilidad y menor seguridad hídrica en el país; y a partir de ello poder proyectar escenarios alternativos.
Como referente territorial para evaluar la vulnerabilidad socioambiental en México se consideró la regionalización hidrológico-administrativa propuesta por la Comisión Nacional del Agua, instancia federal encargada de normar y regular la gestión de los recursos hídricos. El principio rector es la cuenca hidrológica como unidad de manejo del agua, y el municipio como la unidad política-administrativa a escala local.
La conjunción de ambos elementos es lo que conduce a la caracterización de trece regiones hidrológico-administrativas en el país: Península de Baja California, Noroeste, Pacífico Norte, Balsas, Pacífico Sur, Río Bravo, Cuencas Centrales del Norte, Lerma Santiago Pacífico, Golfo Norte, Golfo Centro, Frontera Sur, Península de Yucatán y Valle de México.
La obtención de datos se apoyó en diferentes fuentes, como el censo de población de todos los municipios (cerca de 2 500 en todo el país) que integran las regiones hidrológicas y las estadísticas existentes en materia de agua. Otras fuentes fueron los estudios nacionales sobre pobreza y marginación social, diversidad biológica, desastres naturales y conflictos.
Una vez compiladas las estadísticas y bases de datos respectivas, se procesó la información por municipio y regiones hidrológicas-administrativas. La idea era obtener un panorama de la situación del agua en México en el año 2000. Sin embargo, es clara la limitación que varias de las fuentes disponibles presentan, como es el caso de los conflictos por agua y los desastres por factores antrópicos y naturales.
…y sus indicadores
Como la vulnerabilidad socioambiental debida al agua es un proceso complejo donde intervienen desde aspectos ecológicos hasta sociopolíticos, se desarrolló una propuesta metodológica. Esta consistió en construir una serie de indicadores —formas de vulnerabilidad— de tipo cualitativo y cuantitativo con el fin de evaluar la vulnerabilidad en un espacio y tiempo determinado: vulnerabilidad ecológica, climática por sequías e inundaciones, por disponibilidad de agua, por presión hídrica, por explotación de acuíferos, por contaminación del agua, agrícola, urbana, por marginación social, económica y política. El grado de vulnerabilidad para cada indicador se determinó con base en los valores máximos y mínimos que había en las regiones hidrológico-administrativas. De dicho intervalo se obtuvieron tres niveles de vulnerabilidad: alta, media y baja.
Vulnerabilidad ecológica
Se considera aquellas zonas hidrológicas con alta biodiversidad que están amenazadas. El grado de vulnerabilidad se determina con base en el número de zonas hidrológicas prioritarias amenazadas en cada región hidrológica-administrativa. Se encontró así que la mayor parte de las regiones tienen un nivel de alta vulnerabilidad (nueve de trece). Las regiones de Lerma, Pánuco y Frontera Sur, respectivamente, tienen regular vulnerabilidad. Únicamente la región de la Península de Baja California presentó un nivel bajo.
Vulnerabilidad climática
Son los cambios en el patrón de precipitación que conllevan sequías e inundaciones en determinadas regiones del país. El grado de vulnerabilidad se obtuvo a partir de la frecuencia registrada de fenómenos extraordinarios como sequías (periodo 1948-1996) y huracanes (periodo 1980-2000).
De acuerdo con la información disponible y consultada, hasta ahora las regiones más vulnerables por sequía son las del norte del país (I,II,III, VI, VII, IX) y el Valle de México; en un nivel intermedio están las de Lerma y Balsas; y en uno bajo, el sur y sureste, que corresponde a las regiones del Pacífico Sur, Golfo Centro, Frontera Sur y Península de Yucatán.
De igual manera, se observa que las regiones vulnerables a huracanes, son aquellas donde estos han entrado directamente a sus costas, como en el Pacífico Norte, y las penínsulas de Baja California y Yucatán.
Vulnerabilidad por disponibilidad
El volumen de agua superficial y subterránea potencialmente aprovechable con respecto al total de la población es lo que se llama disponibilidad. La vulnerabilidad se mide por los niveles de disponibilidad per cápita.
A partir de esta información podemos identificar que hay seis regiones hidrológicas que se encuentran en una situación realmente crítica: la Península de Baja California, Balsas, Río Bravo, Cuencas Centrales, Lerma y Valle de México.
Vulnerabilidad por presión hídrica
La relación entre disponibilidad de agua superficial y subterránea con respecto a los diferentes usos humano, agrícola e industrial es lo que se conoce como presión o estrés hídrico. El grado de presión se determina a partir de la clasificación propuesta por el Programa Hidrológico Internacional de la unesco. De acuerdo con ella, en el año 2000 las regiones más críticas fueron la Península de Baja California, Noroeste, Río Bravo, Cuencas Centrales y Valle de México.
Vulnerabilidad de aguas subterráneas
Los acuíferos que se encuentran en una relación de desequilibrio entre la extracción y recarga de agua se consideran sobreexplotados. En consecuencia, la vulnerabilidad se determina de acuerdo con el número y extensión de acuíferos sujetos a condiciones de alta sobreexplotación. Entre las regiones más críticas del país están el Noroeste, Cuencas Centrales y Lerma.
Vulnerabilidad por contaminación
Los cuerpos de agua (ríos, lagos) que tienen un bajo índice de calidad de agua (ica) se consideran contaminados. La vulnerabilidad se determinó con base en aquellos que experimentaron altos niveles de contaminación por región hidrológica. Con base en ello, se tiene que la mayor parte de las regiones presentan niveles altos de contaminación; y sólo la región Noroeste no muestra problemas serios de calidad de agua.
Vulnerabilidad agrícola
Las áreas agrícolas sujetas a irrigación por agua superficial y subterránea son dependientes de las variaciones en la precipitación (sequías, inundaciones), y de la disponibilidad y los niveles de calidad de agua. La vulnerabilidad se mide por el alto porcentaje de agua utilizada para riego respecto del total nacional, el grado de sobreexplotación de los acuíferos, la alta contaminación del agua superficial y la ocurrencia de sequías y huracanes.
Las regiones que mayores porcentajes de agua utilizan para riego se ubican en el norte del país, que justamente son las más críticas en cuanto a disponibilidad de agua. No obstante, una vez que se conjugan todas las variables, se advierte que la mayor parte del país se encuentra en niveles altos de vulnerabilidad agrícola, con excepción de las regiones Pacífico Sur, Golfo Centro, Frontera Sur y Península de Yucatán.
Vulnerabilidad urbana
Las ciudades con más de cien mil habitantes que se encuentran en una situación de baja disponibilidad de agua y elevadas tasas de crecimiento demográfico o pobreza se consideraron como vulnerables. Entre las ciudades del país que presentan una situación crítica en cuanto a disponibilidad de agua y que además experimentan elevadas tasas de crecimiento poblacional, destacan las de la frontera norte, como Tijuana, Nogales, Hermosillo, Juárez, Acuña, Nuevo Laredo, Reynosa, Matamoros (regiones i, ii y v). También hay varias ciudades del centro del país que presentan un panorama similar, como Pachuca, Querétaro, Cuernavaca y Chilpancingo (regiones IV, VIII, IX). Por otra parte, están las que tienen baja disponibilidad de agua y sus niveles de pobreza son altos, como Tlaxcala, Puebla, Zamora, Uruapan, Toluca y Cuautla (regiones IV y VIII).
Vulnerabilidad económica
El grado de desarrollo económico se puede medir de manera indirecta por medio del Producto Interno Bruto (pib) generado por persona. La vulnerabilidad se determina a partir de los bajos niveles del pib que conllevan una limitada capacidad económica para resolver los problemas de abastecimiento y saneamiento del agua. Las regiones más críticas en cuanto a pib están en el Golfo (IX, X), sur (IV, V, XI) y Pacífico Norte (III).
Vulnerabilidad política
El grado de conflictividad es una expresión de los problemas asociados a la gestión y gobernanza del agua. Es decir, en la forma como se decide el acceso, uso y distribución del agua, los actores sociales y políticos son involucrados o excluidos de la toma de decisiones y el manejo y resolución de los conflictos hídricos. Así, la vulnerabilidad política se expresa en el número de conflictos y disputas por el agua registrados en las regiones hidrológicas.
El tipo de demandas y objetivos en cuestión son una forma de matizar los conflictos. Es decir, hay demandas por tierras (expropiación para obras hidráulicas, invasiones en zonas federales) y deterioro ambiental (por contaminación), así como problemas relacionados con la gestión de agua de riego y la distribución de agua desde el ámbito local hasta el internacional. Con base en la información consultada se observa que las regiones con mayor número de conflictos registrados fueron Río Bravo, Lerma, Golfo Norte y Valle de México, justamente las que presentan altos problemas de disponibilidad y presión hídrica.
La vulnerabilidad ecológica
Más que la determinación cuantitativa de un índice de vulnerabilidad socioambiental por el agua, la idea fue integrar las variables o indicadores de vulnerabilidad ecológica, hidrológica, climática, económica, social y política. Esto fue con el fin de mostrar su recurrencia en las diferentes regiones hidrológicas y así evaluar el grado de vulnerabilidad.
De manera más específica, se construyó una matriz de vulnerabilidad socioambiental en la que se consideró el conjunto de indicadores mencionados para cada región. El análisis cualitativo consistió en marcar sólo los casos donde el grado de vulnerabilidad era alto por indicador (cuadro 1).
Con base en el cuadro 1, se tiene que las regiones con niveles altos de vulnerabilidad fueron la Península de Baja California, Noroeste, Pacífico Norte, Balsas, Río Bravo, Cuencas Centrales del Norte, Lerma, Golfo Norte y Valle de México. Es decir, nueve de trece regiones. Únicamente tres regiones tuvieron niveles de vulnerabilidad intermedia: Pacífico Sur, Golfo Centro y Península de Yucatán; y sólo la región Frontera Sur fue baja.
A pesar de que la mayor parte del país se encuentra en una situación crítica, hay diferencias entre las regiones en cuanto a los factores que contribuyen a la vulnerabilidad. Veamos algunos ejemplos: la región de las Cuencas Centrales del Norte es altamente vulnerable a nueve de doce indicadores, ya que presenta deterioro ecológico, frecuentes sequías, baja disponibilidad de agua, contaminación en la mayoría de sus cuerpos de agua, sobreexplotación de aguas subterráneas, alta presión y competencia por el agua, problemas en la agricultura de riego, ciudades con escasez de agua, y bajos niveles de pib para financiar obras de abastecimiento de agua e irrigación. En cambio, no es vulnerable a las inundaciones por huracanes, no tiene elevados niveles de marginación social ni registra un número importante de conflictos por el agua.
La región Río Bravo es altamente vulnerable a ocho de doce indicadores. Comparte varios indicadores con la región vii, pero difiere en que no presenta altos niveles de sobreexplotación de acuíferos ni bajos niveles de pib. Además tiene niveles altos de conflictividad por el agua. Por su parte, la región Noroeste es vulnerable a lo ecológico, la sequía, explotación de acuíferos, estrés hídrico, agrícola y urbano y la región Golfo Norte es vulnerable a la sequía, estrés hídrico, agrícola, bajos niveles de pib, marginación y conflictos. Si bien ambos tienen el mismo número de indicadores (seis) sólo comparten la mitad de ellos (sequía, estrés, agrícola) y difieren en el resto.
En este sentido, el análisis de la vulnerabilidad socioambiental muestra los factores cuantitativos y cualitativos, en qué las regiones son similares y diferentes, y lleva a la necesidad de realizar estudios regionales como una forma de entender las especificidades de cada una de ellas.
Seguridad hídrica y escenarios de crisis
Entre los elementos a incorporar en el análisis de vulnerabilidad socioambiental en México están los factores que actualmente conducen a un escenario de mayor riesgo y que afectan la seguridad hídrica. Como se observa, la mayor parte del país se encuentra en una situación crítica. Las tendencias parecen no estar cambiando y otras incluso se agudizarán. Entre los principales factores de riesgo y pérdida de la seguridad hídrica para el país están el cambio climático y las variaciones en el patrón de precipitación; la reducción de la disponibilidad de agua y la mayor presión hídrica; la escasez de agua en ciudades medias y grandes; la contaminación y el deterioro de la calidad del agua; los conflictos y disputas por el agua; y el aumento de los niveles de pobreza y desigualdad social.
Cambio climático y precipitación
El cambio climático que experimentará el país en las próximas décadas es difícil de evaluar; sin embargo, la mayor parte de los estudios e informes sugieren que en México aparecerá relacionado con variaciones en el patrón de precipitación, el cual depende del fenómeno de El Niño.
Así, la frecuencia de fenómenos climáticos, como sequías y huracanes, en las diferentes regiones hidrológicas del país será mayor pero errática. Por ejemplo, las regiones áridas tenderán a la sequía, pero durante el año podrán ocurrir fenómenos extraordinarios, como la presencia de lluvias e incluso inundaciones en periodos nunca antes registrados (como los casos de inundaciones en Chihuahua y Tamaulipas en 2004). Tal situación afectará, sin duda, a la población que vive en las zonas con propensión a sequías e inundaciones, así como las actividades agropecuarias y pesqueras que dependen de las condiciones climáticas asociadas con la precipitación y temperatura.
Reducción en la disponibilidad
Si consideramos las mismas tendencias de crecimiento demográfico y los niveles de cantidad de agua hasta el año 2000, tenemos que la situación del país se tornará crítica para 2025.
De acuerdo con los resultados obtenidos, resulta que dos terceras partes del país estarán en niveles críticos o bajo fuerte presión hídrica, como las regiones de Península de Baja California, Noroeste, Pacífico Norte, Río Bravo, Cuencas Centrales del Norte, Lerma y Valle de México. En menor medida, pero también estarán bajo presión las regiones Golfo Norte y Balsas. El resto de las regiones (v, x, xi y xii) no tendrán problemas en este sentido.
En consecuencia, en los próximos años el país tenderá hacia la pérdida de la seguridad hídrica, la cual afectará a la población y conllevará una mayor presión por los diferentes usos que se le dará al agua superficial y subterránea. Sin duda, esto también generará situaciones críticas en los ecosistemas, al haber desvío de agua de ríos y lagos para usos urbanos y productivos, o al ser extraída más agua subterránea de la que es posible aprovechar.
Escasez en ciudades medias y grandes
El incesante proceso de urbanización en México no cejará en las próximas décadas; incluso se reforzará ante el incremento de los problemas socioambientales y productivos en el medio rural. El patrón de crecimiento de las grandes ciudades se mantendrá; sin embargo, varios estudios sugieren que el mayor dinamismo se experimentará en las ciudades medias, con más de cien mil habitantes.
A partir del análisis de la proporción de población urbana en el año 2000 para las ciudades de más de cien mil habitantes ubicadas en las trece regiones hidrológico-administrativas del país, así como sus tendencias demográficas para el año 2025 (tasas de crecimiento poblacional del último decenio), se encontró que las regiones Península de Baja California, Noroeste, Río Bravo, Lerma Santiago y Valle de México tenían los niveles más altos de urbanización del país. Las tres primeras están ubicadas en el norte y las dos segundas en el centro del país. La mayoría presenta una tendencia a aumentar la proporción de población urbana para 2025 como, por ejemplo, la región Península de Baja California, en donde ésta llegará a 86%, y a 91% la región Río Bravo.
La seguridad hídrica en las ciudades tenderá a ser más crítica, ya que tan sólo en el año 2000 más de 75% de la población urbana habitaba zonas de baja y muy baja disponibilidad y de alto estrés hídrico. De allí que el principal reto para el país será garantizar el abastecimiento de agua para la población que vivirá en esas ciudades, y en especial en los asentamientos populares, que experimentan mayores problemas de escasez.
Contaminación y deterioro
En el año 2000, más de 90% de la población del país vivía en regiones hidrológicas con problemas severos de contaminación del agua. Sin embargo, este dato fue obtenido a partir de un índice de calidad del agua en el país, que no refleja el grado de contaminación del agua por residuos peligrosos (metales pesados, sustancias radioactivas).
Las principales fuentes de contaminación y deterioro de la calidad del agua son las descargas industriales y urbanas, pero también las descargas de la agricultura, debido al uso de plaguicidas, insecticidas y fertilizantes químicos.
La medición en sí misma de la calidad del agua es difícil a causa de la variedad de formas en que se emiten las descargas, sobre todo de tipo agrícola (fuentes difusas) o por la lixiviación de sustancias peligrosas (industriales) en los acuíferos. Estudios como los de Eugenio Barrios muestran las dificultades para tener una red de monitoreo a nivel nacional; y los trabajos de Ramiro Rodríguez y Teodoro Silva son un ejemplo del panorama crítico en que se encuentra el país en materia de contaminación de agua subterránea, como lo muestran las altas concentraciones de arsénico en el valle de Zimapán, de azufre en el valle de Puebla, de cromo en la cuenca del río Turbio en León, de fluoruros en el valle de Aguascalientes, de hidrocarburos en la cuenca de México, y de compuestos nitrogenados en Mérida.
En este sentido, la enorme cantidad de desechos contaminantes vertidos sin tratamiento en los cuerpos de agua o infiltrados en el subsuelo, así como la laxitud de las regulaciones en materia de calidad del agua, que ponen poco énfasis en la contaminación por sustancias peligrosas, son un factor que está contribuyendo al rápido deterioro de la calidad del agua en el país. El panorama incluso puede ser más crítico que el sugerido por las estadísticas oficiales de la Comisión Nacional del Agua.
Conflictos y disputas por el agua
El panorama de la pérdida de seguridad hídrica en el país va ligado con el mayor número de problemas y disputas por el agua. Es claro que al haber menor disponibilidad y mayor estrés hídrico la competencia por el agua aumentará, la escasez de agua en las ciudades y los problemas para abastecerlas afectarán la gestión del servicio y la calidad de vida de la población. La demanda de apoyos e inversión en zonas de alta siniestrabilidad por sequías e inundaciones será un factor de presión social y política; y los problemas de contaminación serán un factor de constante tensión y movilización social. Por ello se prevé un escenario de mayor conflictividad y complejidad en las relaciones entre agua, sociedad y medio ambiente.
Entender el origen y desarrollo de los conflictos es materia de una investigación más amplia; no obstante, es posible, a partir de la información disponible, mostrar un breve panorama sobre el tipo de conflictos por el agua en el país.
Se puede decir que el principal factor que conduce a conflictos por el agua son aquellas disputas que están relacionadas con tierras (46% casos registrados), es decir, con la indemnización de propiedades expropiadas para la construcción de obras hidráulicas o por la invasión en zonas federales (cerca de cauces y lagos). En proporción similar (15%) se encuentran aquellos relacionados con problemas ambientales (contaminación y sobreexplotación del agua) y por uso, control y aprovechamiento de este recurso. Luego siguen los asociados con la gestión del agua de riego (12%), que muestran los problemas de gobernabilidad (políticas de transferencia de los distritos, formas de control político). Por último, se tienen aquellos ligados con la distribución del agua al interior del país (7%) y fronterizos (5%), como ocurre con Estados Unidos.
Conclusiones
Es fundamental, con base en la diversidad de factores que llevan a un escenario de vulnerabilidad y pérdida de la seguridad hídrica, mostrar un panorama global de la situación del agua en México y sus tendencias en los próximos años.
La complejidad que emerge al estudiar estos factores es lo que llevó al desarrollo de una propuesta metodológica que integró aspectos cuantitativos y cualitativos en el análisis. Es claro que el estudio fue de carácter indicativo y por tanto fue un diagnóstico general para ver dónde estamos y hacia dónde vamos. Pero se reconoce que las propias fuentes consultadas fueron una limitación, ya que no se generaron con los mismos supuestos metodológicos. Además, éstas no reflejan el efecto de factores antrópicos (como la construcción y operación de presas, desecamiento de manglares y pantanos, la destrucción de selvas) que pueden estar alterando el funcionamiento hidrológico y climático local y regional, y exponiendo a la población a situaciones de mayor riesgo y vulnerabilidad, como las inundaciones de Tabasco en 2007 y las sequías de 2005.
De allí que, más que encontrar un índice numérico de la vulnerabilidad socioambiental, se privilegió estudiar los aspectos cualitativos. En este sentido, es necesario un nivel de análisis más profundo y detallado a escala regional a fin de entender cada una de las dimensiones que están asociadas al problema del agua en el país. Sin embargo, la visión global del problema es un eje analítico que no debe perderse.
Es importante señalar que entre los hallazgos de la investigación estuvo el hecho de que el país es cada vez más vulnerable y tiene menor seguridad hídrica. Esto se debe a una multiplicidad de factores socioambientales. Una de las principales contribuciones de este trabajo fue entender cuáles factores están influyendo, así como la manera en que afectan las diferentes regiones.
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Referencias bibliográficas
Ávila, Patricia. 2003. Cambio global y recursos hídricos en México: la hidropolítica y los conflictos contemporáneos por el agua en México, Reporte de investigación, Instituto Nacional de Ecología, México.
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Patricia Ávila García
Centro de investigaciones en ecosistemas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es investigadora responsable del área de Ecología Política y Sociedad en el Centro de Investigaciones en Ecosistemas de la UNAM, Campus Morelia. Doctora en Ciencias sociales con postdoctorado en agua y Cambio Global. Premio nacional en Ciencias Sociales por la Academia Mexicana de Ciencias.
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como citar este artículo →
Ávila García, Patricia. 2008. Vulnerabilidad sociambiental, seguridad hídrica y escenarios de crisis por el agua en México. Ciencias número 90, abril-junio, pp. 46-57. [En línea].
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| José Antonio Benjamín Ordóñez Díaz | |||||||||||||
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Uno de los problemas ambientales más severos al que nos
enfrentamos en el presente siglo es el cambio climático, el cual se debe al incremento en las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero, como dióxido de carbono, clorofluorocarbonados, óxidos de nitrógeno y metano, que se derivan de actividades tales como el uso de combustibles fósiles para la producción de energía y transporte, los procesos derivados del cambio en el uso de suelo, deforestación, incendios forestales y producción de cemento, entre las principales.
La preocupación mundial por mitigar el efecto de dichos gases ha dado lugar a una política internacional dirigida a entender los procesos de generación y absorción de ellos. Esto ha permitido reconocer la importancia de los ecosistemas terrestres y, en particular, el papel que tiene la vegetación para captar el dióxido de carbono atmosférico por medio de la fotosíntesis, para incorporarlo a las estructuras vegetales y, de esta forma, reducir la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, mitigando, en el largo plazo, el cambio climático. De ahí se desprende la importancia de entender el manejo forestal, el concepto de captura de carbono y el asumir la responsabilidad de nuestras emisiones mediante el pago de servicios ambientales.
La palabra silvicultura significa “cultivo del bosque” y es el arte de producir y manejar un bosque por medio de la aplicación de la biología y las interacciones ecológicas de la especie o especies en cuestión de manera continua, con el fin de obtener de la corta de árboles utilidades sostenidas y otros beneficios. Por ello, la silvicultura es hoy considerada como una ciencia mediante la cual se crean y conservan no sólo los bosques, sino cualquier masa forestal, aprovechándola de un modo continuo con la mayor utilidad posible y teniendo especial cuidado en su regeneración, ya sea de tipo natural o artificial.
El manejo forestal implica la manipulación de las masas forestales con el propósito de obtener una serie de productos tales como madera, tablas, pilotes, morillos, leña, resina, celulosa, mejores semillas, entre otros, los cuales se utilizan directamente o se transforman y permiten un beneficio mediato (los productos que se obtienen son a largo plazo, ya que el aprovechamiento de los árboles va desde los cinco a los sesenta años, por ello es necesario tomar en cuenta el ciclo de vida de la especie o especies que se pretenda manejar). Aunado a esto, las masas forestales también nos ofrecen otros beneficios, como protección del suelo, regulación microclimática, cortina de vientos, mitigación de la movilidad en sustratos arenosos, hacen la función de pulmón en áreas urbanas, permiten la conservación de la biodiversidad y la captación y almacenamiento de agua, además de la fijación o captación de carbono.
En nuestro país existen diferentes métodos de manejo forestal, que se adecuan a condiciones diferenciales como edad, composición, estructura, ubicación y pendiente —entre las principales variables—, y están enfocados a cubrir ciertos objetivos que demandan dichas variables, en conjunto con las demandas de los propietarios, por lo que son un claro ejemplo de la integración de intereses (ver recuadro).
El carbono y su captura
La fijación de carbono por bacterias y animales, es otra manera de disminuir la cantidad de bióxido (o dióxido) de carbono disponible, aunque cuantitativamente menos importante que la fijación de carbono que realizan las plantas y el intercambio gaseoso de los océanos.
Dentro del contexto forestal, una vez que el dióxido de carbono atmosférico es incorporado mediante la fotosíntesis a los procesos metabólicos de la vegetación (e.g., cubierta vegetal, masa forestal, sistema agroforestal, cultivo, plantación, entre los principales), este dióxido de carbono participa en la composición de todas las estructuras necesarias para que una planta pueda desarrollarse, ya que, por ejemplo, el árbol al crecer va incrementado su follaje, sus ramas, flores, frutos, yemas de crecimiento, así como la altura y el grosor de su tronco (que en su conjunto conforman la copa). La copa necesita espacio para recibir energía solar sobre las hojas, lo que da lugar a una competencia entre las copas de los árboles por la energía solar, originando a su vez un dosel cerrado. Los componentes de la copa aportan materia orgánica al suelo (como la capa de hojas que reciben el nombre de mantillo), misma que al degradarse se incorpora paulatinamente y da origen al humus estable, que a su vez aporta nuevamente dióxido de carbono al entorno y da continuidad a otros procesos conocidos con el nombre de ciclos biogeoquímicos.
Simultáneamente, los troncos, al ir incrementando su diámetro y altura, alcanzarán un tamaño adecuado para su aprovechamiento comercial; se extraen productos como tablas, tablones y polines, que darán origen a subproductos elaborados como muebles y casas. Estos productos finales tienen un tiempo de vida determinado después del cual se degradan, aportando dióxido de carbono al suelo o la atmósfera.
La estimación de la captura de carbono no es un tema simple, ya que presenta muchas variables que hacen este rubro un tanto difícil de estimar; concretamente se refiere a la cantidad de carbono fijado en la biomasa de organismos vivos que se gana año con año (es decir, su crecimiento). Los estudios consideran principalmente ecosistemas forestales y la información previa para la estimación de la captura de carbono es parte de un inventario forestal (el detalle del cálculo se presenta en el cuadro 1) expresado en metros cúbicos por hectárea y el incremento corriente anual expresado en metros cúbicos por hectárea al año (es decir crecimiento o ganancia de biomasa).
Pago por servicios ambientales
Existe un mercado incipiente en el pago por los servicios ambientales y el precio por fijación de carbono es variable y dependerá de las oportunidades del mercado que rige la oferta y la demanda o de las estrategias gubernamentales que se han desarrollado para este fin (ver recuadro). El precio se paga por tonelada de carbono fijado por hectárea, y existen cuotas mínimas de fijación para el mercado establecido por los mecanismos de desarrollo limpio, así como un mercado voluntario donde incide el grueso de los posibles proyectos de carbono y donde muchas empresas emisoras y comunidades poseedoras de áreas con vegetación que pueden ofrecer el servicio ambiental necesitan de un esquema regulatorio, con monitoreo, evaluación, certificación de la captura o fijación de carbono. Asimismo podrían, en el corto, mediano y largo plazo, tener una importante cartera de proyectos que retribuyan por este servicio ambiental.
Breves conclusiones
El sector forestal en nuestro país, y a nivel internacional, es la segunda fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (principalmente dióxido de carbono), debido a procesos como deforestación, tala ilegal, cambio en el uso de suelo e incendios forestales. Es por ello que el manejo forestal es una de las opciones más importantes para promover, por un lado, la mitigación de emisiones de dióxido de carbono y, por otro, el desarrollo forestal sustentable, por medio de la puesta en marcha del pago de servicios ambientales y del posible mercado que se genere a través de los mecanismos de desarrollo limpio. Es importante, por tanto, entender y definir claramente la relación que existe entre el manejo forestal, la captura de carbono y el pago por servicios ambientales.
En la Conferencia Mundial de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y Desarrollo, efectuada en Río de Janeiro en 1992, se adoptó una declaración no formal que enfatiza la importancia de incorporar los costos y beneficios ambientales en los mecanismos de mercado con el fin de lograr una mejor aceptación para la conservación y el manejo sostenible de los recursos forestales en el ámbito local, nacional e internacional.
Además, los acuerdos hacen hincapié en que para disminuir los incrementos en los niveles de emisión de gases con efecto invernadero se puede descontar en los balances nacionales la captura que se genera por medio de proyectos forestales financiados en cualquier lugar. Con estos acuerdos se abrió la posibilidad de incluir costos y beneficios ecológicos en los sistemas de manejo de los recursos naturales (en especial los recursos forestales, dado que representan los más importantes servicios ecológicos, como son la captura de carbono y la conservación de biodiversidad, suelo y agua).
Esto a su vez abre la oportunidad de incluir los servicios ecológicos en los mecanismos de mercado. Para el sector forestal implicaría un aporte sustancial en la relación de costo-beneficio en las áreas de producción de materia prima. Es decir, se puede establecer un acuerdo entre una institución que tiene la obligación de reducir sus niveles netos de emisión de carbono y un productor o grupos de productores forestales para manejar sus recursos forestales con uno de los fines: la fijación de carbono o la captación de agua.
Dependiendo de los niveles de captura de carbono y el destino final del producto, se puede calcular, bajo diferentes escenarios de manejo, la cantidad total del carbono fijado en un tiempo definido.
Cabe señalar que los análisis económicos para evaluar los sistemas productivos sólo incluyen los precios de los productos cosechables —como árboles en el caso de sistemas forestales— y en general no incluyen el valor que representa el remanente después de la cosecha ni los valores ecológicos de los sistemas.
Afortunadamente, en México se ha puesto en marcha un acuerdo publicado en el Diario Oficial de la Federación el miércoles 24 de noviembre de 2004, en el que se establecen las reglas de operación para el otorgamiento de pagos del Programa para desarrollar el mercado de servicios ambientales por captura de carbono y los derivados de la biodiversidad, y para fomentar el establecimiento y mejoramiento de ecosistemas forestales y sistemas agroforestales. La finalidad es realizar una evaluación eficiente y objetiva de las solicitudes para la elaboración de estudios y la ejecución de proyectos de captura de carbono y reducción de emisiones. Por ello establece términos de referencia para la elaboración de proyectos de captura de carbono y reducción de emisiones —con nueve puntos a considerar—, así como los términos de referencia para la ejecución de tales proyectos —que contemplan once puntos para su evaluación.
Podemos concluir que el pago por el servicio ambiental de captura de carbono es el pago por un proceso fisiológico que ocurre en la vegetación, el cual se cuantifica por medio del crecimiento (incremento) de los árboles (principalmente) y el manejo forestal per se; este último implica la aplicación del conocimiento del ciclo biológico de la vegetación con el fin de tratar de aumentar la masa forestal en menor tiempo y extraer de ella productos, sin olvidar la diversidad del germoplasma.
Nuestro país ha dejado de lado el desarrollo forestal integral, siendo que tiene una gran aptitud forestal. Ahora tenemos tasas de deforestación que sobrepasan 800 000 hectáreas al año. La tala clandestina no es manejo forestal y da lugar al deterioro ambiental y la pérdida de los servicios ambientales, con un costo que no podemos pagar.
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Referencias bibliográficas
Burstein, J., G. Chapela, J. Aguilar y E. de León. 2002. Informe sobre la propuesta de pago por servicios ambientales en México.
Carrillo, A. 2001. Disponibilidad de pago por servicio ambiental que suministra el Cerro de Cacahuatique en la microcuenca del Río Guayabo, en la Provincia de Morazán, El Salvador. Christensen Jr., N. y J. Frankling. 1997. “Ecosystem function and ecosystem management”, en R. D. Simpson y N. Christensen Jr. (eds.). Ecosystem function and human activities: reconciling economías and ecology. International Thomson Publishing, Nueva York. Comisión Forestal de Michoacán (Cofom). I998. Modelo de promoción para la organización de unidades socio-productoras de materias primas forestales. Gobierno del Estado de Michoacán, Comisión Forestal, Dirección de Planeación y Desarrollo Forestal. Morelia, México. Pp. 1-43. Constanza, R., R. Darge, R. Degroot, S. Farber, M. Grasso, B. Hannon, K. Limburg, S. Naeem, R.V. O’Neil, J. Paruelo, R.G. Raskin, P. Sutton y M. Vandenbelt. 1997. “The value of the world’s ecosystem services and natural capital”, en Nature, núm. 387, pp. 253-260. Daily, G. C., et al. 1996. “Ecosystems services: Benefits supplied to human societies by natural ecosystems”, en Issues in Ecology, núm. 2, pp. 1-16. Diario Oficial de la Federación, miércoles 24 de noviembre de 2004, segunda sección, Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Intergovernmental Panel on Climate Change (ipcc). 2003. Good practice guidance for land use, land-use change and forestry. Fragoso, P. 2003. Estimación del contenido y captura de carbono en biomasa aérea de las especies maderables del predio Cerro Grande, municipio de Tancítaro, Michoacán. Facultad de Agrobiología “Presidente Juárez”. umsnh. México. Montoya, G., et al. 1995. Desarrollo forestal sustentable: captura de carbono en las zonas Tzeltal y Tojolabal del Estado de Chiapas. Instituto Nacional de Ecología, Cuadernos de Trabajo, núm. 4. Scott, M. J., et al. 1998. Valuation of ecological resources and functions. Environmental Management, núm. 22 (l), pp. 49-68. |
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José Antonio Benjamín Ordóñez Díaz
Programa Doctoral en Ciencias Biomédicas del Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Es biólogo, candidato a doctor en Ciencias Biomédicas por la UNAM. Es director adjunto del programa de cambio climático en Pronatura (México), consultor internacional, experto en el tema de cambio climático, servicios ambientales y manejo de recursos naturales.
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como citar este artículo →
Ordóñez Díaz, José Antonio Benjamín. 2008. Cómo entender el manejo forestal, la captura del carbono y el pago de servicios ambientales. Ciencias número 90, abril-junio, pp. 36-42. [En línea].
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| Esther Katz, Annamária Lammel y Marina Goloubinoff | |||||||
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Muchos científicos se dedican ahora al estudio del cambio
climático, pero pocos investigadores de las ciencias humanas, aparte de los geógrafos, han estudiado sistemáticamente la interacción del clima y las sociedades humanas y, menos todavía, la percepción del cambio climático o el impacto social que podría tener.
Nosotras hemos investigado desde hace varios años la relación entre clima y sociedad desde el punto de vista antropológico. Nuestro interés por los factores climáticos empezó en el Iztaccíhuatl cuando, en 1986, Marina Goloubinoff y Esther Katz acompañamos al arqueólogo polaco Stanislaw Iwaniszewski, quien excavaba en las cimas de los volcanes sitios prehispánicos consagrados al dios de la lluvia. Poco después, encontramos a don Lucio, famoso granicero iniciado por el rayo, conocido de muchos antropólogos, quien subía cada año, el tres de mayo, día de la Santa Cruz, a unas cuevas del Popocatépetl para pedir lluvia. Esta experiencia llamó nuestra atención sobre la persistencia de los ritos de lluvia y la importancia del clima en la vida de los campesinos mexicanos hoy día. Observamos después entre los nahuas y los mixtecos algunos ritos tan espectaculares como los “combates de tigres” en La Montaña de Guerrero, o bien, anodinos, como las procesiones de San Pedro en la Mixteca oaxaqueña. Mientras tanto, Annamária Lammel estaba investigando, junto con el climatólogo Csaba Nemes, la relación de los totonacas con su entorno y sus conocimientos meteorológicos. Nuestra reflexión común sobre la relación entre clima y sociedad comenzó en 1992 y se ha concretado en la coordinación de varios libros, de los cuales el último, Aires y lluvias, dedicado a México, se encuentra en prensa.
En primer lugar, es necesario definir el término clima en contraste con el de meteorología. Según la definición de los geógrafos, “el clima es la serie de los estados de la atmósfera situada sobre un lugar dado en su sucesión habitual”, mientras que la meteorología es el estado de la atmósfera sobre un lugar dado en un momento dado. Así se han definido tipos de clima: continental, mediterráneo, desértico. Pero en México los climas van del caliente al templado y del árido al húmedo. Varían en función de la latitud, la altitud, la orientación con respecto al Atlántico o al Pacífico, la procedencia de los vientos alisios que traen las lluvias, y la ubicación al norte o al sur del eje Neovolcánico, que frena el impacto de los vientos fríos del norte del continente. En México, la sucesión habitual de los estados de la atmósfera son las estaciones de “secas” y de lluvia. Su duración varía de acuerdo con las características climáticas de cada región.
Para tratar tanto temas de etnoclimatología como de etnometeorología debemos ubicarlos al interior de las corrientes que estudian la relación del hombre con su medio ambiente en general. Las investigaciones son numerosas y pertenecen a diferentes disciplinas, desde la arqueología hasta la antropología y la psicología. Fuera de las diferencias propias a las disciplinas, tres escuelas se oponen: por una parte, los deterministas que afirman que las culturas humanas son respuestas adaptativas a las posibilidades del ambiente; por otra parte, las corrientes idealistas, que describen la “coevolución” de las culturas humanas y el ambiente, y asignan el papel principal al ambiente; y por último, la corriente de la ecología simbólica.
Entre las teorías deterministas, la ecología cultural, encabezada por Julian Steward, desempeña un papel importante en la antropología, incluso en México. Esta corriente afirma que cada cultura está determinada por su ambiente y, en consecuencia, la diversificación de las culturas es un proceso de adaptación material. Con el “materialismo cultural”, Marvin Harris defiende la misma idea: el comportamiento y el pensamiento humano, en sus similitudes y diferencias, reflejan la adaptación a las características físicas del ambiente.
A pesar del interés de estos trabajos, tratamos de mostrar que un fenómeno “natural” tan complejo y caótico como el clima no se sitúa en una posición unilateral (clima→cultura), sino en un sistema de relaciones complejas. Los factores climáticos tienen de hecho un impacto sobre las actividades humanas: en México, el contraste entre las estaciones de secas y de lluvia, en particular, es fundamental para las sociedades agrarias. Sin embargo, no es una fatalidad: la elaboración de técnicas de riego, por ejemplo, permite sobrepasar en varios lugares el factor limitante de la estación seca, ya sea estacional o permanente, como en el norte del país.
En el otro extremo, las corrientes idealistas, como la de Marshall Sahlins, muestran que las culturas humanas no se adaptan directamente al medio ambiente, sino que lo hacen por medio de la semántica y la simbología. La economía, la estructuración de la sociedad y las estructuras mentales juegan un papel de mediación entre el ambiente y la cultura humana.
Hemos estudiado estos procesos de mediación en los símbolos —como la personificación de los fenómenos meteorológicos o la representación de la alternancia secas-lluvia en dominios de la vida cotidiana— pero también en los conocimientos etnometeorológicos y etnoclimáticos que permiten a las sociedades planificar sus actividades y buscar nuevas soluciones. Sin embargo, no queremos afirmar que el ambiente no influye sobre la cultura, sino más bien mostrar que esta relación es mutua (ambiente↔cultura). Así podemos hablar de “coevolución”, una noción explorada entre otros por Robert Boyd y Peter Richerson.
Nos parece igualmente importante la teoría de la ecología simbólica que afirma que la dicotomía occidental ambiente vs. cultura no permite entender esta relación. Así Philippe Descola y Gísli Pálsson proponen una aproximación no dualista que estudia los modos de identificación de los “objetos” y su categorización dentro de cada sistema local.
Un panorama general
En el pensamiento de los indígenas de México, el ambiente y el hombre forman parte del mismo sistema, son continuos y muestran características semejantes. Como hay que respetar a los humanos, hay que respetar también las fuerzas de la naturaleza que nos constituyen: el agua está en nosotros, el calor del Sol está en nosotros, lo que nos nutre está en nosotros, el aire entra y sale de nuestro cuerpo y el alma se relaciona con el espacio y el tiempo. El clima está en nosotros y nosotros estamos en el clima.
La enseñanza que nos llega de esta concepción es la importancia del respeto al ambiente, que se traduce en el respeto a nosotros mismos y a las generaciones futuras. En este momento, cuando las angustias por los cambios climáticos no parecen simples actitudes “neuróticas”, sino que son la previsión de una realidad muy próxima, resulta importante estudiar sistemas de pensar y actuar en donde la consciencia de la interdependencia hombre-clima forme parte de una ética cotidiana. Un panorama general de los principales aspectos que conforman esta relación nos permitirá obtener una idea más clara de ella.
La representación de los fenómenos meteorológicos
Hasta la fecha, la mayor parte de los estudios sobre este tema se han enfocado en representaciones antiguas de divinidades de la lluvia, el rayo o el viento y su contexto simbólico en la cosmovisión indígena. Aquí no abordamos la representación de los fenómenos meteorológicos como parte de una cosmovisión atemporal, como en estudios anteriores, sino desde el punto de vista de la relación hombre-ambiente, y nos acercamos a ella en su dinámica, en su adaptación a los cambios ambientales, sociales y económicos. Confirmamos la teoría de Alfredo López Austin: entre los indígenas mexicanos, persiste un “núcleo duro” de representaciones ligado a las prácticas agrarias. Las sociedades indígenas han podido conservar su cultura por medio de estrategias de adaptación y siguen mostrando su plasticidad y su capacidad de integrar nuevos elementos culturales. Suponemos que una parte de las antiguas representaciones persisten también en sus variantes entre los mestizos, pero todavía faltan datos para afirmarlo. Con base en estudios cognitivos, Annamária Lammel ha mostrado que, aun en una misma población, las representaciones no son uniformes, varían en función de las edades, el nivel de escolarización y la especialización de los conocimientos.
Aires y lluvias aparecen como los principales fenómenos meteorológicos. Los indígenas distinguen varios tipos de lluvias y de aires. Las lluvias varían en función de la temporada y de su intensidad, los aires según su dirección y fuerza. A los aires también se les atribuyen colores, al igual que al rayo o el trueno; el rojo, por ejemplo, es frecuentemente asociado con la fertilidad.
En el área cultural mesoamericana en general, desde la época prehispánica, los indígenas conciben que las nubes se forman dentro de las montañas y que el viento las empuja hacia la cumbre. Esas representaciones corresponden a observaciones de las nubes orográficas, ya que la mayor parte del país es montañosa. Los habitantes de las costas perciben que las nubes provienen del mar y, en muchos casos, persiste hasta ahora la idea de que el agua del mar comunica con el agua del interior de la tierra. Entre los mexicas, ciertos paraísos donde iban los muertos —en particular el Tamoanchan y el Tlalocan, estudiados por Alfredo López Austin— estaban vinculados con el origen de las nubes, la lluvia y la fertilidad. La celebración de Todos Santos como “cerrada del temporal” es la expresión de esta continuidad. No sólo las nubes sino las primeras semillas de maíz provienen del interior de la montaña. Lluvia y rayo o trueno son asociados con el maíz, tanto en la coincidencia de la estación de lluvia con el crecimiento de la planta, en la celebración de los ritos agrarios, como en los mitos y en las representaciones de las divinidades.
Las zonas orientadas hacia el Golfo, caracterizadas por precipitaciones fuertes, reciben un mayor número de huracanes que otras regiones y, en las alturas, el trueno es un elemento de suma importancia. En el eje Neovolcánico, el rayo juega ese papel central, así como en las zonas lluviosas orientadas hacia el Pacífico. No sólo el rayo o trueno, sino también el viento, el arcoiris, el hielo, el granizo y el chahuistle son vinculados con la lluvia o se oponen a ella. Igualmente provienen del interior de la montaña. Lluvia, tormenta, rayo y arcoiris son frecuentemente asociados o representados por serpientes.
Las nociones de aire, rayo-trueno, arcoiris o chahuistle son más amplias que la de un elemento meteorológico. El chahuistle es al mismo tiempo una plaga de las plantas. El rayo o trueno, el arcoiris, y sobre todo los aires, pueden dañar la salud humana. Los aires son ambivalentes; traen las buenas lluvias o la tormenta; son al mismo tiempo soplo vital, torbellino, emanación de los muertos o diablo; provocan en particular enfermedades “frías” y “pérdida del espíritu”. La centella, femenina, se distingue del rayo, masculino, capaz de robar mujeres (al igual que el trueno) y matar personas. Ciertos pueblos indígenas describen también un arcoiris femenino y uno masculino, peligroso para las mujeres en menstruación, embarazadas o recién paridas, y hasta causa de embarazo.
La lluvia, el viento, el rayo o el trueno son frecuentemente asociados a antiguas divinidades que, generalmente, fueron transformadas en santos. San Marcos frecuentemente reemplaza a los dioses de la lluvia, y Santiago a los del rayo. Sin embargo, el carácter ambivalente de las divinidades prehispánicas no coincidía con las nociones cristianas. Así, su aspecto benéfico ha sido atribuido a los santos y su aspecto maléfico a los diablos, o ciertas divinidades se han visto cambiadas en “aires”. La serpiente emplumada o culebra de agua no ha mutado en santo: todavía persiste en el imaginario de los indígenas de manera más o menos explícita y entre los mixtecos es la expresión de la tormenta.
La meteorología popular
En la actualidad disponemos de pocos datos sobre la meteorología popular en México, que merecería más atención. Los indígenas mesoamericanos realizan la mayoría de sus previsiones del tiempo con base en la observación y el conocimiento de la naturaleza (cuerpos celestes, plantas, animales, fenómenos meteorológicos). La previsión no es solamente una observación sino una interpretación de los signos de la naturaleza, es decir una adivinación, y se integra a la cosmovisión. La observación de la posición de las Pléyades o del comportamiento de ciertos animales, como las aves, como indicadores del cambio estacional, no es una exclusividad mesoamericana, es común a muchas sociedades. Así, ciertas prácticas europeas pudieron coincidir con las indígenas. Aquí las previsiones se hacen a corto plazo, para las horas o los días siguientes, y a largo plazo, para la llegada del temporal y el resto del año. En estos últimos casos, los indígenas se apoyan también en almanaques (el Calendario de Galván) o en las cabañuelas, que fueron introducidos por los españoles. Éstos pudieron ser adoptados porque las sociedades mesoamericanas tenían calendarios y sistemas de cómputo elaborados. En algunos casos, parecen haber reemplazado sistemas complejos de previsión meteorológica que se practicaban por medio de los calendarios mismos.
Ritos y calendarios
El tiempo que hace está ligado al tiempo que pasa. Los calendarios agrícolas y, en consecuencia, religiosos, se apoyan en los calendarios climáticos y astronómicos. La complementariedad de las estaciones de secas y lluvias es uno de los fundamentos de la cultura mesoamericana. El cultivo de maíz, base de la alimentación, se asocia con las lluvias.
Desde la época prehispánica hasta ahora, los cambios estacionales han sido marcados por ritos agrarios que son al mismo tiempo peticiones y agradecimientos a la lluvia. Según Michel Graulich, entre los mexicas los ritos de cambios estacionales coincidían con dos “fiestas de las veintenas”: ochpaniztli, la fiesta de la siembra, y tlacaxipehualiztli, que celebraba la cosecha de las mazorcas. Estos ritos se han fusionado con las fiestas católicas; así, las peticiones ocurren en el día de San Marcos, el 24 de abril, o de la Santa Cruz, el 3 de mayo, o en las fiestas de otros santos emblemáticos, como San Isidro, San Antonio, San Pedro o Santiago, de mayo a finales de julio. El ciclo concluye, cerca del final de septiembre con fiestas de santos y, sobre todo, con la celebración de Todos Santos, en noviembre, ya que la cosecha de maíz varía según la altitud. Se agradece a los santos y los antepasados proveedores de abundancia.
Del pasado prehispánico al presente, en toda Mesoamérica las peticiones de lluvia siempre se han realizado en edificios religiosos, cuevas y cumbres de montañas o volcanes, es decir, en puntos de contacto con el interior de la tierra y el cielo. En eso coincidieron en parte con los ritos de lluvia que se practicaban en Europa, en donde hacían procesiones alrededor de las iglesias y en las cumbres. Sin embargo, las ofrendas en esos ritos son típicamente mesoamericanas: el copal, cuyo humo simboliza las nubes, preparaciones a base de maíz como tamales cocidos al vapor, igualmente análogo a las nubes, aves (animales del cielo) vivas o sacrificadas (con derrame de sangre), y pulque o bebida de cacao, que simbolizan agua y sangre. Esos elementos se encuentran en todas las regiones, pero los ritos de la Montaña de Guerrero, particularmente espectaculares, han atraído más antropólogos.
Especialistas rituales
Los ritos son frecuentemente practicados por comunidades, a veces bajo la dirección de especialistas, quienes, en algún momento, llevan ciertos ritos de manera individual o en pequeño grupo. Con frecuencia, esos especialistas son rezanderos. En la zona de los volcanes del centro de México, se trata de chamanes iniciados por la fuerza del rayo, mientras en otras regiones existen hombres-rayo. Ser tocado por el rayo es mucho más frecuente en alturas elevadas como las del eje Neovolcánico. El hecho de sobrevivir a un suceso de retiro inicia a la persona fulminada como “tiempero” o curandero. Esos chamanes son designados bajo varios nombres locales en náhuatl o en castellano; el más conocido es el de granicero. A raíz de un artículo fundador de Guillermo Bonfil Batalla, “Los que trabajan con el tiempo”, los graniceros llamaron la atención de varios antropólogos. La continuidad de sus prácticas con la época prehispánica es obvia. En la Sierra Nevada efectúan peticiones de lluvia en los volcanes, donde quedan ruinas de templos dedicados a Tláloc, excavadas entre otros por Stanislaw Iwaniszewski. La fuerza de esas creencias y prácticas es tal que aún permanecen, incluso en zonas bajo influencia urbana como Texcoco, que colinda con la conurbación de la ciudad de México, o en pueblos nahuas de Tlaxcala, muy cercanos a la ciudad de Puebla.
Tanto en el Altiplano central como en otras regiones de México, el poder del rayo interviene también bajo la forma de un nahual o de un lab, su equivalente tzeltal. En el caso del nahualismo, ciertas personas muy potentes se transforman en rayo y pueden castigar a quienes tuvieron un mal comportamiento, o bien, dañar a alguien, de manera similar a la brujería. Entre los tzeltales, según Helios Figuerola, el lab es parte inherente de la persona, no se transforma. Los nahuales o lab meteorológicos son generalmente más potentes que los nahuales o lab animales. A los líderes de rebeliones, como el subcomandante Marcos, los tzeltales atribuyen un lab torbellino y relatan todavía conflictos entre pueblos durante los cuales luchaban mandando rayos y tormentas.
Riesgos y desastres climáticos
Los elementos climáticos afectan no sólo el campo sino también las ciudades, ya sea por falta de agua o por inundaciones. México se encuentra además en la zona de influencia del fenómeno de El Niño, que ocurre irregularmente, provocando sequías (en verano) o precipitaciones (en invierno) más fuertes de lo normal. El Niño también aumenta el número de huracanes en el Pacífico mientras lo disminuye en el Atlántico.
Desde hace unos quince años, a escala internacional, se ha estudiado más a fondo la cuestión de los riesgos y desastres naturales. En México, Virginia García Acosta editó una importante recopilación de los sucesos ligados a desastres naturales en las fuentes históricas, de los cuales ciertos coinciden con fenómenos de El Niño; y miembros de su equipo estudiaron los riesgos climáticos provocados en los últimos años por El Niño en diferentes ciudades mexicanas. Aunque el impacto del evento de 1997-1998 fue considerado como menos fuerte que el de 1982-1983, de cualquier manera causó desastres mayores. Así se demuestra que si los riesgos son naturales, la gravedad del desastre depende de las condiciones sociales, económicas y políticas. Entre el riesgo y el desastre aparece el concepto de “vulnerabilidad diferencial”, vinculado con las nociones de “capacidad de recuperación” y de “estrategias adaptativas”, ya que las sociedades nunca han sido simples actores pasivos frente a las catástrofes.
La noción de poblaciones vulnerables ante los riesgos naturales apareció de manera muy evidente con el impacto de los ciclones de septiembre-octubre de 2005 en el golfo de México, en particular el de Katrina en Luisiana. Aunque se puede prever la llegada de los ciclones por medio de imágenes de satélites, y en Estados Unidos se dispone de muchos medios, los desastres fueron muy importantes y afectaron principalmente a los grupos sociales más pobres de la región. Los escenarios de varios climatólogos sugieren que, con el cambio climático global, este tipo de desastres se va a multiplicar.
La relación entre las culturas rurales y urbanas de México y el ambiente es compleja. Es necesario situar esta relación en sus aspectos históricos, económicos, sociales y religiosos. Además de la riqueza de una cosmovisión climática, existen conocimientos de los factores climáticos que permiten a los pobladores ajustar sus actividades económicas y cotidianas al ritmo de las estaciones, a la llegada de las lluvias o las secas. Son sociedades que tratan de convivir con su clima, tengan o no conciencia del respeto a la naturaleza.
México está cambiando muy rápido. El crecimiento demográfico del país (que ya sobrepasa cien millones de habitantes) provoca más presión sobre los recursos naturales y modifica de manera visible la configuración de las ciudades. Un sector más y más grande de la población se está volviendo vulnerable a los riesgos naturales. Por la emigración masiva a Estados Unidos, muchos mexicanos, sobre todo de origen indígena, se separan temporal o definitivamente de su contexto cultural. Al mismo tiempo, un número mayor de campesinos ya no vive de la agricultura, sino de las remesas. Muchos siguen todavía cultivando su milpa, pero varios se alejan poco a poco del trabajo de la tierra y de su vínculo con la naturaleza. A raíz de estos cambios, valdría la pena estudiar, en los años que vienen, la evolución de los conocimientos locales y de la percepción del medio ambiente, así como la percepción de posibles cambios climáticos y la capacidad de adaptación a los riesgos y desastres climáticos previstos por varios escenarios científicos.
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Referencias bibliográficas
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Esther Katz
Institut de Recherche pour le Développement.
Annamária Lammel
Universidad de París-VIII.
Marina Goloubinoff
Bogor, indonesia.
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como citar este artículo →
Katz, Esther y Lammel Annamária, Goloubinoff Marina. 2008. Clima, meteorología y cultura en México. Ciencias número 90, abril-junio, pp. 60-67. [En línea].
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