La ciencia ambiental es un campo académico interdisciplinario que integra la física , la biología , la meteorología , las matemáticas y la geografía (incluyendo la ecología , la química , la ciencia vegetal , la zoología , la mineralogía , la oceanografía , la limnología , la ciencia del suelo , la geología y la geografía física , y la ciencia atmosférica ) al estudio del medio ambiente y la solución de problemas ambientales. La ciencia ambiental surgió de los campos de la historia natural y la medicina durante la Ilustración . [1] Hoy en día proporciona un enfoque integrado, cuantitativo e interdisciplinario al estudio de los sistemas ambientales . [2]
Los estudios ambientales incorporan más de las ciencias sociales para comprender las relaciones humanas, las percepciones y las políticas con respecto al medio ambiente. La ingeniería ambiental se centra en el diseño y la tecnología para mejorar la calidad ambiental en todos los aspectos. [ cita requerida ]
Los científicos ambientales buscan comprender los procesos físicos, químicos, biológicos y geológicos de la Tierra y utilizar ese conocimiento para comprender cómo cuestiones como los sistemas de energía alternativa , el control y la mitigación de la contaminación, la gestión de los recursos naturales y los efectos del calentamiento global y el cambio climático influyen y afectan los sistemas y procesos naturales de la Tierra. Las cuestiones ambientales casi siempre incluyen una interacción de procesos físicos, químicos y biológicos. Los científicos ambientales aportan un enfoque de sistemas al análisis de los problemas ambientales. Los elementos clave de un científico ambiental eficaz incluyen la capacidad de relacionar las relaciones espaciales y temporales, así como el análisis cuantitativo.
La ciencia ambiental cobró vida como un campo sustancial y activo de investigación científica en los años 1960 y 1970, impulsada por (a) la necesidad de un enfoque multidisciplinario para analizar problemas ambientales complejos, (b) la llegada de leyes ambientales sustantivas que exigían protocolos ambientales específicos de investigación y (c) la creciente conciencia pública de la necesidad de actuar para abordar los problemas ambientales. Los eventos que estimularon este desarrollo incluyeron la publicación del histórico libro ambiental de Rachel Carson , Primavera silenciosa [3], junto con importantes problemas ambientales que se volvieron muy públicos, como el derrame de petróleo de Santa Bárbara en 1969 y el "incendio" del río Cuyahoga en Cleveland, Ohio (también en 1969), y ayudaron a aumentar la visibilidad de los problemas ambientales y a crear este nuevo campo de estudio.
En el uso común, "ciencia ambiental" y "ecología" se usan a menudo indistintamente, pero técnicamente, la ecología se refiere únicamente al estudio de los organismos y sus interacciones entre sí, así como a la forma en que se interrelacionan con el medio ambiente. La ecología podría considerarse un subconjunto de la ciencia ambiental, que también podría involucrar cuestiones puramente químicas o de salud pública (por ejemplo) que los ecólogos probablemente no estudiarían. En la práctica, existen similitudes considerables entre el trabajo de los ecólogos y otros científicos ambientales. Existe una superposición sustancial entre la ecología y la ciencia ambiental con las disciplinas de la pesca, la silvicultura y la vida silvestre. [ cita requerida ]
La preocupación histórica por las cuestiones ambientales está bien documentada en archivos de todo el mundo. [4] Las civilizaciones antiguas se preocupaban principalmente por lo que ahora se conoce como ciencia ambiental en la medida en que se relacionaba con la agricultura y los recursos naturales. Los académicos creen que el interés temprano en el medio ambiente comenzó alrededor de 6000 a. C. cuando las civilizaciones antiguas en Israel y Jordania colapsaron debido a la deforestación . [5] Como resultado, en 2700 a. C. se estableció la primera legislación que limitaba la deforestación en Mesopotamia . [5] Doscientos años después, en 2500 a. C., una comunidad que residía en el valle del río Indo observó el sistema fluvial cercano para mejorar el saneamiento. [5] Esto implicó manipular el flujo de agua para tener en cuenta la salud pública. En el hemisferio occidental, numerosas ciudades-estado antiguas de América Central colapsaron alrededor de 1500 a. C. debido a la erosión del suelo de la agricultura intensiva. [5] Los restantes de estas civilizaciones prestaron mayor atención al impacto de las prácticas agrícolas en la sostenibilidad de la tierra y su producción estable de alimentos. Además, en 1450 a. C. la civilización minoica en la isla griega de Creta decayó debido a la deforestación y la consiguiente degradación ambiental de los recursos naturales. [5] Plinio el Viejo abordó en cierta medida las preocupaciones ambientales de las civilizaciones antiguas en el texto Naturalis Historia , escrito entre el 77 y el 79 d. C., que proporcionó una descripción general de muchos subconjuntos relacionados de la disciplina. [6]
Aunque la guerra y las enfermedades eran preocupaciones primordiales en la sociedad antigua, las cuestiones ambientales desempeñaron un papel crucial en la supervivencia y el poder de las diferentes civilizaciones. A medida que más comunidades reconocieron la importancia del mundo natural para su éxito a largo plazo, surgió un interés en el estudio del medio ambiente. [ cita requerida ]
En 1735, Carolus Linnaeus introdujo el concepto de nomenclatura binomial como una forma de clasificar todos los organismos vivos, influenciado por trabajos anteriores de Aristóteles . [6] Su texto, Systema Naturae , representa una de las primeras culminaciones del conocimiento sobre el tema, proporcionando un medio para identificar diferentes especies basándose parcialmente en cómo interactúan con su entorno. [ cita requerida ]
En la década de 1820, los científicos estudiaban las propiedades de los gases, en particular los de la atmósfera terrestre y sus interacciones con el calor del Sol. [7] Más tarde en ese siglo, los estudios sugirieron que la Tierra había experimentado una Edad de Hielo y que el calentamiento de la Tierra se debía en parte a lo que ahora se conoce como gases de efecto invernadero (GEI). [7] Se introdujo el efecto invernadero , aunque la ciencia del clima aún no se reconocía como un tema importante en la ciencia ambiental debido a la mínima industrialización y las menores tasas de emisiones de gases de efecto invernadero en ese momento. [ cita requerida ]
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En el siglo XX, la disciplina de las ciencias ambientales tal como se la conoce hoy en día comenzó a tomar forma. El siglo se caracteriza por una importante cantidad de investigaciones, publicaciones y cooperación internacional en este campo.
A principios del siglo XX, las críticas de los disidentes restaron importancia a los efectos del calentamiento global . [7] En ese momento, pocos investigadores estaban estudiando los peligros de los combustibles fósiles . Sin embargo, después de que se encontrara una anomalía de temperatura de 1,3 grados Celsius en el océano Atlántico en la década de 1940, los científicos reanudaron sus estudios sobre el atrapamiento de calor gaseoso del efecto invernadero (aunque entonces solo se sabía que el dióxido de carbono y el vapor de agua eran gases de efecto invernadero). [7] El desarrollo nuclear después de la Segunda Guerra Mundial permitió a los científicos ambientales estudiar intensivamente los efectos del carbono y hacer avances en el campo. [7] Un mayor conocimiento de la evidencia arqueológica sacó a la luz los cambios en el clima a lo largo del tiempo, en particular el muestreo de núcleos de hielo . [7]
La ciencia ambiental llegó a la vanguardia de la sociedad en 1962 cuando Rachel Carson publicó una influyente pieza de literatura ambiental, Primavera silenciosa . [8] Los escritos de Carson llevaron al público estadounidense a buscar salvaguardas ambientales, como la prohibición de productos químicos dañinos como el insecticida DDT . [8] Otra obra importante, La tragedia de los comunes , fue publicada por Garrett Hardin en 1968 en respuesta a la aceleración de la degradación natural. [6] En 1969, la ciencia ambiental volvió a convertirse en un término familiar después de dos desastres sorprendentes: el río Cuyahoga de Ohio se incendió debido a la cantidad de contaminación en sus aguas y un derrame de petróleo en Santa Bárbara puso en peligro a miles de animales marinos, ambos recibieron una prolífica cobertura mediática. [8] En consecuencia, Estados Unidos aprobó una gran cantidad de leyes, incluida la Ley de Agua Limpia y el Acuerdo de Calidad del Agua de los Grandes Lagos . [8] Al año siguiente, en 1970, se celebró el primer Día de la Tierra en todo el mundo y se formó la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), legitimando el estudio de la ciencia ambiental en la política gubernamental. [8] En los dos años siguientes, las Naciones Unidas crearon el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) en Estocolmo, Suecia, para abordar la degradación ambiental global . [9]
Gran parte del interés en la ciencia ambiental durante las décadas de 1970 y 1980 se caracterizó por grandes desastres y movimientos sociales. En 1978, cientos de personas fueron reubicadas de Love Canal , Nueva York, después de que se encontraran contaminantes cancerígenos enterrados bajo tierra cerca de áreas residenciales. [8] El año siguiente, en 1979, la planta de energía nuclear en Three Mile Island en Pensilvania sufrió una fusión y generó inquietudes sobre los peligros de los desechos radiactivos y la seguridad de la energía nuclear. [8] En respuesta a los vertederos y los desechos tóxicos que a menudo se eliminaban cerca de sus hogares, una comunidad negra en Carolina del Norte inició el Movimiento de Justicia Ambiental oficial en 1982. [8] Dos años después, el gas tóxico isocianato de metilo se liberó al público desde un desastre en una planta de energía en Bhopal , India, dañando a cientos de miles de personas que vivían cerca del lugar del desastre, cuyos efectos todavía se sienten hoy. [8] En un descubrimiento innovador en 1985, un equipo británico de investigadores que estudiaban la Antártida encontró evidencia de un agujero en la capa de ozono , inspirando acuerdos globales que prohibían el uso de clorofluorocarbonos (CFC), que anteriormente se usaban en casi todos los aerosoles y refrigerantes. [7] Cabe destacar que, en 1986, la fusión del reactor en la planta de energía nuclear de Chernóbil en Ucrania liberó desechos radiactivos al público, lo que llevó a estudios internacionales sobre las ramificaciones de los desastres ambientales. [8] Durante los siguientes años, la Comisión Brundtland (anteriormente conocida como la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo) publicó un informe titulado Nuestro futuro común y el Protocolo de Montreal formó el Panel Internacional sobre Cambio Climático (IPCC) como comunicación internacional centrada en encontrar soluciones para el cambio climático y la degradación. [9] A fines de la década de 1980, la compañía Exxon Valdez fue multada por derramar grandes cantidades de petróleo crudo en la costa de Alaska y la limpieza resultante, que involucró el trabajo de científicos ambientales. [8] Después de que cientos de pozos de petróleo se quemaran en combate en 1991, la guerra entre Irak y Kuwait contaminó la atmósfera circundante justo por debajo del umbral de calidad del aire que los científicos ambientales creían que era potencialmente mortal. [8]
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A lo largo de los años han surgido muchas disciplinas de nicho de la ciencia ambiental, aunque la climatología es uno de los temas más conocidos. Desde la década de 2000, los científicos ambientales se han centrado en modelar los efectos del cambio climático y fomentar la cooperación global para minimizar los daños potenciales. En 2002, se fundaron la Sociedad para el Medio Ambiente y el Instituto de Gestión de la Calidad del Aire para compartir conocimientos y desarrollar soluciones en todo el mundo. [9] Más tarde, en 2008, el Reino Unido se convirtió en el primer país en aprobar una legislación (la Ley de Cambio Climático ) que tiene como objetivo reducir la emisión de dióxido de carbono a un umbral específico. [9] En 2016, el Protocolo de Kioto se convirtió en el Acuerdo de París , que establece objetivos concretos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y restringe el aumento de la temperatura de la Tierra a un máximo de 2 grados Celsius. [9] El acuerdo es uno de los esfuerzos internacionales más amplios para limitar los efectos del calentamiento global hasta la fecha.
La mayoría de los desastres ambientales en este período de tiempo tienen que ver con la contaminación por petróleo crudo o los efectos del aumento de las temperaturas. En 2010, BP fue responsable del mayor derrame de petróleo estadounidense en el Golfo de México, conocido como el derrame de Deepwater Horizon , que mató a varios trabajadores de la compañía y liberó grandes cantidades de petróleo crudo al agua. [8] Además, a lo largo de este siglo, gran parte del mundo ha sido devastado por incendios forestales generalizados y escasez de agua , lo que provocó regulaciones sobre el uso sostenible de los recursos naturales según lo determinado por los científicos ambientales. [8]
El siglo XXI está marcado por importantes avances tecnológicos. Las nuevas tecnologías en ciencias ambientales han transformado la forma en que los investigadores recopilan información sobre diversos temas en el campo. La investigación en motores, eficiencia de combustible y disminución de las emisiones de los vehículos desde los tiempos de la Revolución Industrial ha reducido la cantidad de carbono y otros contaminantes en la atmósfera. [10] Además, la inversión en investigación y desarrollo de energía limpia (es decir, energía eólica, solar, hidroeléctrica y geotérmica) ha aumentado significativamente en los últimos años, lo que indica el comienzo de la desinversión en el uso de combustibles fósiles . [10] Los sistemas de información geográfica (SIG) se utilizan para observar fuentes de contaminación del aire o del agua a través de satélites y análisis de imágenes digitales. [10] Esta tecnología permite técnicas agrícolas avanzadas como la agricultura de precisión , así como el monitoreo del uso del agua para establecer precios de mercado. [10] En el campo de la calidad del agua, las cepas desarrolladas de bacterias naturales y artificiales contribuyen a la biorremediación , el tratamiento de aguas residuales para su uso futuro. [10] Este método es más ecológico y más barato que la limpieza manual o el tratamiento de aguas residuales. [10] En particular, la expansión de la tecnología informática ha permitido la recopilación de grandes cantidades de datos, el análisis avanzado, los archivos históricos, la concienciación pública de los problemas medioambientales y la comunicación científica internacional. [11] La capacidad de recurrir al crowdsourcing en Internet, por ejemplo, representa el proceso de colectivización del conocimiento de investigadores de todo el mundo para crear mayores oportunidades de progreso científico. [11] Con el crowdsourcing , los datos se ponen a disposición del público para análisis personales que luego se pueden compartir a medida que se encuentra nueva información. [11] Otro desarrollo tecnológico, la tecnología blockchain , supervisa y regula la pesca mundial. [11] Al rastrear la ruta de los peces a través de los mercados mundiales, los científicos ambientales pueden observar si ciertas especies están siendo sobreexplotadas hasta el punto de la extinción. [11] Además, la teledetección permite la detección de características del medio ambiente sin intervención física. [11] Las imágenes digitales resultantes se utilizan para crear modelos cada vez más precisos de los procesos medioambientales, el cambio climático y mucho más. Los avances en la tecnología de teledetección son particularmente útiles para localizar elfuentes no puntuales de contaminación y análisis de la salud de los ecosistemas mediante el análisis de imágenes en todo el espectro electromagnético . Por último, la tecnología de imágenes térmicas se utiliza en la gestión de la vida silvestre para atrapar y disuadir a los cazadores furtivos y otros traficantes ilegales de vida silvestre de matar animales en peligro de extinción, lo que resulta útil para los esfuerzos de conservación. [11] La inteligencia artificial también se ha utilizado para predecir el movimiento de las poblaciones animales y proteger los hábitats de la vida silvestre. [11]
Las ciencias atmosféricas se centran en la atmósfera de la Tierra, con énfasis en su interrelación con otros sistemas. Las ciencias atmosféricas pueden incluir estudios de meteorología , fenómenos de gases de efecto invernadero , modelado de dispersión atmosférica de contaminantes transportados por el aire, [12] [13] fenómenos de propagación del sonido relacionados con la contaminación acústica e incluso la contaminación lumínica .
Tomando el ejemplo del fenómeno del calentamiento global , los físicos crean modelos informáticos de la circulación atmosférica y la transmisión de la radiación infrarroja , los químicos examinan el inventario de sustancias químicas atmosféricas y sus reacciones, los biólogos analizan las contribuciones de las plantas y los animales a los flujos de dióxido de carbono , y especialistas como los meteorólogos y oceanógrafos añaden amplitud adicional a la comprensión de la dinámica atmosférica [ cita requerida ] .
Según la definición de la Sociedad Ecológica de Estados Unidos, "la ecología es el estudio de las relaciones entre los organismos vivos, incluidos los humanos, y su entorno físico; busca comprender las conexiones vitales entre las plantas y los animales y el mundo que los rodea". [14] Los ecólogos pueden investigar la relación entre una población de organismos y alguna característica física de su entorno, como la concentración de una sustancia química; o pueden investigar la interacción entre dos poblaciones de organismos diferentes a través de alguna relación simbiótica o competitiva. Por ejemplo, un análisis interdisciplinario de un sistema ecológico que se ve afectado por uno o más factores estresantes puede incluir varios campos relacionados de las ciencias ambientales. En un entorno estuarino donde un desarrollo industrial propuesto podría afectar a ciertas especies por la contaminación del agua y el aire , los biólogos describirían la flora y la fauna, los químicos analizarían el transporte de contaminantes del agua al pantano, los físicos calcularían las emisiones de contaminación del aire y los geólogos ayudarían a comprender los suelos del pantano y los lodos de la bahía. [ cita requerida ]
La química ambiental es el estudio de las alteraciones químicas en el medio ambiente. Las principales áreas de estudio incluyen la contaminación del suelo y del agua. Los temas de análisis incluyen la degradación química en el medio ambiente, el transporte multifásico de sustancias químicas (por ejemplo, la evaporación de un lago que contiene disolventes para producir disolventes como contaminantes del aire) y los efectos químicos sobre la biota . [ cita requerida ]
Como ejemplo de estudio, considere el caso de un tanque de solvente con fugas que ha ingresado al suelo del hábitat de una especie de anfibio en peligro de extinción. Como método para resolver o comprender el alcance de la contaminación del suelo y el transporte subterráneo de solvente, se implementaría un modelo informático . Los químicos luego caracterizarían la unión molecular del solvente con el tipo de suelo específico, y los biólogos estudiarían los impactos sobre los artrópodos del suelo , las plantas y, en última instancia, los organismos que habitan en estanques que son el alimento del anfibio en peligro de extinción. [ cita requerida ]
Las geociencias incluyen la geología ambiental , la ciencia ambiental del suelo , los fenómenos volcánicos y la evolución de la corteza terrestre. En algunos sistemas de clasificación, esto también puede incluir la hidrología , incluida la oceanografía . [ cita requerida ]
Como ejemplo de estudio de la erosión de los suelos , los científicos del suelo realizarían cálculos de la escorrentía superficial . Los geomorfólogos fluviales ayudarían a examinar el transporte de sedimentos en el flujo superficial. Los físicos contribuirían evaluando los cambios en la transmisión de la luz en las aguas receptoras. Los biólogos analizarían los impactos posteriores en la flora y fauna acuáticas a partir del aumento de la turbidez del agua. [ cita requerida ]
En los Estados Unidos, la Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA, por sus siglas en inglés) de 1969 estableció requisitos para el análisis de las acciones del gobierno federal (como proyectos de construcción de carreteras y decisiones de gestión de tierras) en términos de criterios ambientales específicos. [15] Numerosas leyes estatales han hecho eco de estos mandatos, aplicando los principios a acciones a escala local. El resultado ha sido una explosión de documentación y estudio de las consecuencias ambientales antes de que se lleven a cabo acciones de desarrollo. [ cita requerida ]
Se pueden examinar los aspectos específicos de la ciencia ambiental leyendo ejemplos de Declaraciones de Impacto Ambiental preparadas bajo la NEPA, tales como: Opciones de expansión del tratamiento de aguas residuales que descargan en el estuario de San Diego/ Tijuana , Expansión del Aeropuerto Internacional de San Francisco , Desarrollo del sistema de transporte metropolitano de Houston , Expansión del sistema de tránsito metropolitano de Boston MBTA y Construcción de la Interestatal 66 a través de Arlington, Virginia . [ cita requerida ]
En Inglaterra y Gales, la Agencia Ambiental (EA), [16] creada en 1996, es un organismo público que protege y mejora el medio ambiente y hace cumplir las normas que figuran en el sitio de las comunidades y el gobierno local. [17] (anteriormente la oficina del viceprimer ministro). La agencia se creó en virtud de la Ley Ambiental de 1995 como un organismo independiente y trabaja en estrecha colaboración con el Gobierno del Reino Unido para hacer cumplir las normas. [ cita requerida ]
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