La ciencia del cambio de la tierra se refiere al estudio interdisciplinario de los cambios en el clima , el uso de la tierra y la cobertura terrestre . [1] La ciencia del cambio de la tierra busca específicamente evaluar patrones, procesos y consecuencias de los cambios en el uso y la cobertura de la tierra a lo largo del tiempo. El propósito de la ciencia del cambio de la tierra es contribuir al conocimiento existente sobre el cambio climático y al desarrollo de la gestión sostenible de los recursos y la política de uso de la tierra. El campo se basa en una serie de disciplinas relacionadas, como la teledetección , la ecología del paisaje y la ecología política , y utiliza una amplia gama de métodos para evaluar los patrones y procesos que subyacen al cambio de la cobertura terrestre. La ciencia del cambio de la tierra aborda el uso de la tierra como un sistema humano-ambiental acoplado para comprender los impactos de los problemas ambientales y sociales interconectados, incluida la deforestación y la urbanización .
Durante siglos se ha documentado que los cambios humanos en las superficies terrestres tienen impactos significativos tanto en los sistemas terrestres como en el bienestar humano. La remodelación de los paisajes para satisfacer las necesidades humanas, como la deforestación para tierras de cultivo , puede tener efectos a largo plazo en los sistemas terrestres y exacerbar las causas del cambio climático. [2] Aunque la quema de combustibles fósiles es el principal impulsor del cambio climático actual, antes de la Revolución Industrial , la deforestación y el riego eran las mayores fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero impulsadas por el hombre . [2] Incluso hoy, el 35% de las contribuciones antropogénicas de dióxido de carbono se pueden atribuir al uso de la tierra o cambios en la cobertura terrestre. [2] Actualmente, casi el 50% de la superficie terrestre no helada de la Tierra ha sido transformada por actividades humanas, y aproximadamente el 40% de esa tierra se utiliza para la agricultura , superando a los sistemas naturales como la principal fuente de emisiones de nitrógeno. [2]
La ciencia del cambio de la tierra es un campo desarrollado recientemente, que surgió junto con el avance de la investigación sobre el cambio climático y el cambio ambiental global, y es importante para la evolución de la ciencia del cambio climático y la adaptación. Está orientada a los problemas y es interdisciplinaria. [3] A mediados del siglo XX, las relaciones entre los seres humanos y el medio ambiente estaban surgiendo en áreas de estudio como la antropología y la geografía . [4] Algunos académicos afirman que la disciplina de la ciencia del cambio de la tierra se deriva vagamente de los conceptos alemanes de paisaje como la cantidad total de cosas dentro de un territorio determinado. [4] En la segunda mitad del siglo XX, los científicos que estudiaban la ecología cultural y la ecología de evaluación de riesgos trabajaron para desarrollar la ciencia del cambio de la tierra como un medio para abordar la tierra como un sistema humano-ambiental que puede entenderse como una base de la ciencia ambiental global. [4]
Hasta ahora, el propósito de la ciencia del cambio territorial ha sido: [2]
La ciencia del cambio de la tierra es un campo interdisciplinario y, por lo tanto, está influenciada por una serie de áreas de estudio relacionadas, que incluyen la teledetección , la ecología política , la economía de los recursos , la ecología del paisaje y la biogeografía . [2] Su objetivo es complementar el estudio del cambio climático y, a través del examen de los cambios en la cobertura y el uso de la tierra junto con los cambios climáticos durante el mismo período de tiempo, los científicos pueden comprender mejor cómo las prácticas humanas de uso de la tierra contribuyen a un clima cambiante. [4] Dada su estrecha asociación con el estudio del cambio climático, la ciencia del cambio de la tierra es inherentemente una investigación de sostenibilidad y el conocimiento científico que produce se utiliza para influir en el desarrollo de una agricultura sostenible y prácticas y políticas de uso sostenible de la tierra. [3]
La ciencia del cambio de la tierra opera principalmente dentro de los marcos de investigación científica internacional a partir de los cuales se desarrollaron sus preguntas fundamentales. [4] Aunque el campo tiene vínculos con los estudios sociales y culturales en su comprensión de la tierra y el cambio de la tierra como un sistema humano-ambiental, la ciencia del cambio de la tierra también se centra en la estructura, función y efectos de los ecosistemas y sistemas terrestres sobre el cambio de la tierra, independientemente de la actividad humana. La ciencia del cambio de la tierra abarca una amplia gama de dimensiones, que van desde la cuantificación de los efectos ecológicos del cambio de la cobertura terrestre hasta la comprensión de los impulsores socioambientales para las decisiones sobre el uso de la tierra a nivel institucional. [5] Como resultado, la ciencia del cambio de la tierra se basa en gran medida en la síntesis de una amplia gama de datos y una amplia gama de métodos de recopilación de datos, algunos de los cuales se detallan a continuación. [5]
Una función principal de la ciencia del cambio de la tierra es documentar y modelar patrones a largo plazo de cambio del paisaje, que pueden resultar tanto de la actividad humana como de los procesos naturales. [6] En el curso del monitoreo y evaluación de los cambios en la cobertura terrestre y el uso de la tierra, los científicos observan varios factores, incluyendo dónde están cambiando la cobertura terrestre y el uso de la tierra, la extensión y la escala temporal de los cambios, y cómo los cambios varían a través del tiempo. [7] Para este fin, los científicos utilizan una variedad de herramientas, incluyendo imágenes satelitales y otras fuentes de datos detectados remotamente (por ejemplo, imágenes de aeronaves), observaciones de campo, relatos históricos y modelos de reconstrucción. [6] Estas herramientas, particularmente las imágenes satelitales, permiten a los científicos del cambio de la tierra monitorear con precisión las tasas de cambio de la tierra y crear un registro consistente a largo plazo para cuantificar la variabilidad del cambio a lo largo del tiempo. [7] Al observar patrones en los cambios de la cobertura terrestre, los científicos pueden determinar las consecuencias de estos cambios, predecir el impacto de cambios futuros y utilizar esta información para informar la gestión estratégica de la tierra .
El rápido declive del Mar de Aral es un ejemplo de cómo el uso de la tierra a escala local y el cambio de la tierra pueden tener impactos compuestos en los sistemas climáticos regionales, particularmente cuando las actividades humanas alteran gravemente los ciclos climáticos naturales, cómo la ciencia del cambio de la tierra se puede utilizar para mapear y estudiar tales cambios. [2] En 1960, el Mar de Aral, ubicado en Asia Central, era el cuarto lago más grande del mundo. [8] Sin embargo, un proyecto de desviación de agua, llevado a cabo por la Unión Soviética para irrigar llanuras áridas en lo que ahora es Kazajstán , Uzbekistán y Turkmenistán , resultó en que el Mar de Aral perdiera el 85% de su cubierta terrestre y el 90% de su volumen. [8] La pérdida del Mar de Aral ha tenido un efecto significativo en las interacciones entre los humanos y el medio ambiente en la región, incluida la aniquilación de la industria pesquera del mar y la salinización de las tierras agrícolas por la propagación del viento de los lechos de sal marina secos. [2] [8] Además, los científicos han podido utilizar tecnología como el Espectrómetro de Imágenes de Resolución Moderada (MODIS) de la NASA para rastrear los cambios en el Mar de Aral y su clima circundante a lo largo del tiempo. [9] Este uso de modelos e imágenes satelitales para rastrear el cambio de la cobertura terrestre causado por el hombre es característico del alcance de la ciencia del cambio terrestre.
La modelización del riesgo y la vulnerabilidad es también una de las aplicaciones prácticas de la ciencia del cambio de la tierra. Las predicciones precisas de cómo la actividad humana influirá en el cambio de la cobertura terrestre a lo largo del tiempo, así como el impacto que dichos cambios tienen en la sostenibilidad de los sistemas ecológicos y humanos, pueden servir de base para la creación de políticas destinadas a abordar esos cambios. [10]
El estudio del riesgo y la vulnerabilidad en el contexto de la ciencia del cambio de la tierra implica el desarrollo de modelos cuantitativos , cualitativos y geoespaciales, métodos y herramientas de apoyo. [11] El propósito de estas herramientas es comunicar la vulnerabilidad tanto de las comunidades humanas como de los ecosistemas naturales a los eventos de riesgo o al cambio de la tierra a largo plazo. La modelización del riesgo y la vulnerabilidad requiere análisis de la sensibilidad de la comunidad a los peligros, una comprensión de las distribuciones geográficas de las personas y la infraestructura, y un cálculo preciso de la probabilidad de que ocurran perturbaciones específicas . [11]
Un método clave para estudiar el riesgo y la vulnerabilidad en el contexto de la ciencia del cambio de la tierra es el modelado del cambio de la tierra (LCM), que se puede utilizar para simular cambios en el uso y la cobertura de la tierra. [12] Los LCM se pueden utilizar para predecir cómo el uso y la cobertura de la tierra pueden cambiar en circunstancias alternativas, lo que es útil para la evaluación de riesgos, ya que permite la predicción de impactos potenciales y se puede utilizar para informar decisiones políticas, aunque con cierta incertidumbre. [12]
Aunque la ciencia del cambio de la tierra implica la cuantificación de la ubicación, la extensión y la variabilidad de la cobertura del cambio de la tierra y el análisis de patrones emergentes, sigue siendo fundamentalmente interdisciplinaria, incluyendo componentes sociales y económicos. [7] La actividad humana no sólo es la causa más importante del cambio de la cobertura terrestre, sino que los seres humanos también se ven directamente afectados por las consecuencias ambientales de estos cambios. [7] El uso colectivo de la tierra y los cambios en la cobertura terrestre han alterado fundamentalmente el funcionamiento de los sistemas clave de la Tierra . [13] Por ejemplo, los cambios humanos en el uso de la tierra y la cobertura terrestre tienen un profundo impacto en el clima a nivel local y regional, lo que a su vez contribuye al calentamiento global. [13] De manera más general, la maximización de los recursos naturales y los servicios ecosistémicos para obtener beneficios a corto plazo a menudo obstaculiza la resiliencia a largo plazo de los ecosistemas y, a su vez, su capacidad para satisfacer las necesidades humanas. [13]
Dado el importante papel que desempeñan los seres humanos en el cambio de la cobertura terrestre, y para comprender los patrones de cambio de la tierra y su efecto en el clima, los científicos que estudian el cambio de la tierra deben identificar los factores sociales y económicos que impulsan el cambio histórico de la tierra. A continuación se presentan algunos ejemplos de cambios en el uso y la cobertura de la tierra que desempeñan un papel clave en las dimensiones sociales y económicas de la ciencia del cambio de la tierra.
La deforestación , en el contexto de la ciencia del cambio de la tierra, es la conversión sistemática y permanente de tierras previamente forestadas para otros usos. [14] Históricamente ha sido un facilitador primario del cambio de uso de la tierra y la cobertura terrestre, es un enfoque particular de la ciencia del cambio de la tierra. [10] Los bosques son una parte vital del ecosistema global y son esenciales para la captura de carbono , los procesos ecológicos y la biodiversidad . [10] Sin embargo, desde la invención de la agricultura, la cobertura forestal global ha disminuido en un 35%. [10] Además, los bosques tropicales en particular sustentan al menos dos tercios de la biodiversidad del mundo , y se cree que los cambios sostenidos en la cobertura terrestre en estas regiones están contribuyendo a una extinción masiva . [15] Dadas las graves consecuencias ecológicas resultantes de la conversión del uso de la tierra forestal impulsada por el hombre, así como la continua tendencia a la baja en la cobertura forestal, para modelar y evaluar eficazmente los patrones de cambio de uso de la tierra, los científicos también deben estudiar los impulsores sociales y económicos de la deforestación en sí.
El cambio en el uso y la cobertura del suelo como resultado de la deforestación es principalmente el efecto de procesos socioeconómicos a gran escala. Es importante destacar que rara vez hay una causa directa o subyacente para la deforestación. [16] Más bien, la deforestación es el resultado de fuerzas sistémicas entrelazadas que trabajan simultánea o secuencialmente para cambiar la cobertura del suelo. [16] Por ejemplo, la deforestación masiva a menudo se considera como el producto de la agricultura industrial, pero una parte considerable de la deforestación de bosques antiguos es el resultado de la agricultura migratoria en pequeña escala. [17] A medida que se elimina la cubierta forestal, los recursos forestales se agotan y el aumento de la población conduce a la escasez, lo que impulsa a las personas a mudarse nuevamente a bosques previamente inalterados, reiniciando el proceso de deforestación. [17] Este proceso se conoce como migración de campo a campo. [17] Hay varias razones detrás de esta migración continua: la falta de tierras agrícolas disponibles impulsada por la pobreza y los altos costos pueden conducir a un aumento de la intensidad agrícola en las tierras agrícolas existentes. [17] Esto conduce a la sobreexplotación de las tierras agrícolas, y a su vez da lugar a la desertificación , otro cambio en la cobertura del suelo que hace que el suelo sea inutilizable y no rentable, obligando a los agricultores a buscar bosques antiguos vírgenes y despoblados. [17]
Además de la migración rural y la agricultura de subsistencia, el desarrollo económico también puede desempeñar un papel sustancial en la deforestación. [16] Por ejemplo, las expansiones de carreteras y ferrocarriles diseñadas para aumentar la calidad de vida han resultado en una deforestación significativa en la Amazonia y América Central . [16] Además, los impulsores subyacentes del desarrollo económico a menudo están vinculados al compromiso económico global, en lugar de a la pobreza, y van desde el aumento de las exportaciones hasta la deuda externa . [16] La deforestación ocurre por muchas razones interconectadas y, por lo tanto, es importante que los científicos del cambio de la tierra la rastreen para identificar patrones que puedan arrojar luz sobre por qué y cuándo sucede. Fenómenos como la inseguridad económica y la migración rural no son necesariamente cuantitativos, pero sin embargo proporcionan información valiosa a los modelos científicos del cambio de la tierra que intentan predecir el cambio futuro de la cobertura terrestre y sus consecuencias.
En términos generales, la urbanización es el número cada vez mayor de personas que viven en áreas urbanas. En el contexto de la ciencia del cambio de la tierra, la urbanización se refiere tanto al crecimiento de la población urbana como al crecimiento físico de las áreas urbanas. [18] Según las Naciones Unidas , la población urbana mundial ha aumentado rápidamente desde 1950, de 751 millones a 4.2 mil millones en 2018, y las tendencias actuales predicen que este número seguirá creciendo. [19] Acompañando este cambio de población hay cambios significativos en el flujo económico, la cultura y el estilo de vida, y la distribución espacial de la población. [19] Aunque las áreas urbanizadas cubren solo el 3% de la superficie de la Tierra, sin embargo tienen un impacto significativo en el uso de la tierra y el cambio de la cobertura terrestre. [20]
La urbanización es importante para el cambio de uso y cobertura del suelo, y por lo tanto para la ciencia del cambio del suelo, por diversas razones. En particular, la urbanización afecta el cambio del suelo en otras partes a través del desplazamiento de los vínculos urbano-rurales, o la huella ecológica de la transferencia de bienes y servicios entre las áreas urbanas y rurales. [13] El aumento de la urbanización conduce a un aumento del consumo, lo que aumenta la presión sobre las tierras rurales circundantes. [13] La expansión de las áreas urbanas hacia el exterior también puede apoderarse de tierras adyacentes que antes se utilizaban para el cultivo de cosechas. [13]
La urbanización también afecta la cobertura del suelo a través del efecto de isla de calor urbana. Las islas de calor se producen cuando, debido a altas concentraciones de estructuras, como edificios y carreteras, que absorben y reemiten la radiación solar, y bajas concentraciones de cubierta vegetal, las áreas urbanas experimentan temperaturas más altas que las áreas circundantes. [21] Las islas de calor pueden causar un mayor consumo de energía, lo que resulta en mayores tasas de emisión de gases de efecto invernadero. [21] Las altas temperaturas asociadas con las islas de calor también pueden comprometer la salud humana, particularmente en áreas de bajos ingresos. [21] Los efectos de las áreas urbanas sobre el clima indican que la urbanización puede convertirse en un componente significativo de la ciencia del cambio del suelo.
La ciencia del cambio de la tierra como disciplina enfrenta varios desafíos, muchos de los cuales se derivan de sus cualidades interdisciplinarias o problemas con el desarrollo de inferencias utilizando datos agregados. [22] Por ejemplo, la ciencia del cambio de la tierra está limitada por restricciones en los datos y la falta de comprensión de los problemas subyacentes del cambio de la tierra. [23] Específicamente, los modelos espaciales que se utilizan con frecuencia para estudiar el cambio de la tierra pueden verse restringidos por la falta de acceso a datos públicos sobre el cambio de la tierra, sensores defectuosos y altos niveles de incertidumbre variable. [23] Por lo tanto, los modelos a menudo solo pueden hacer proyecciones a corto plazo, lo que limita severamente el nivel de predicción que pueden proporcionar. [23] Además, es difícil sintetizar y combinar los estudios de caso de sistemas socioambientales que son esenciales para el estudio del cambio de la tierra a escala global. [24] Por lo tanto, estos reveses plantean desafíos fundamentales para la conexión de las comunidades y el medio ambiente que la ciencia del cambio de la tierra busca lograr. [22]