3: El Mundo Físico

Introducción

En este capítulo examinamos diversos aspectos del mundo físico, entre ellos el origen del planeta Tierra y la naturaleza y dinámica de sus atributos físicos. Comprender estos temas es importante en la ciencia ambiental porque proporcionan un contexto para interpretar muchos de los cambios que están siendo causados por las actividades humanas.

Planeta Tierra

Se cree que el universo se originó hace entre 12 y 15 mil millones de años durante un cataclismo descomunal conocido como el “big bang”. Inicialmente, prácticamente toda la masa del universo naciente consistía en los dos elementos más ligeros, hidrógeno y helio, que existían como una masa gaseosa extremadamente difusa. Finalmente, bajo la influencia generalizada de la gravedad, el hidrógeno y el helio se agregaron en inmensas masas que se comprimieron cada vez más bajo una presión y temperatura enormemente altas. Cuando la presión y la temperatura eran suficientemente intensas, las reacciones de fusión nuclear comenzaron a ocurrir dentro de las masas, momento en el que se habían convertido en estrellas jóvenes. Además de liberar inmensas cantidades de energía, las reacciones de fusión provocaron la formación de elementos más pesados. Debido a estos procesos, ahora hay 88 elementos de origen natural. El hidrógeno y el helio siguen siendo, sin embargo, los elementos más abundantes, que comprenden más del 99.9% de la masa del universo.

El Sol es una estrella ordinaria, una de los miles de millones de miles de millones que existen en el universo. El Sol, sus ocho planetas orbitantes, además de varios cometas, meteoros, asteroides y otros materiales (como el polvo espacial) se conocen colectivamente como el sistema solar. Esta región particular del universo se organiza y mantiene unida por un equilibrio de la fuerza atractiva de la gravitación y las influencias contrarrestantes asociadas con la rotación y la órbita (estas mismas fuerzas, junto con la expansión continua desde el big bang inicial, también organizan el universo). La edad del sistema solar (y de la Tierra) es de al menos 4,6 mil millones de años.

La Tierra es el tercer planeta más cercano al Sol. La Tierra es un planeta denso, al igual que otros llamados planetas terrestres ubicados relativamente cerca del Sol: Mercurio, Venus y Marte. La masa de estos planetas consiste casi en su totalidad en elementos más pesados como hierro, níquel, magnesio, aluminio y silicio. Estos planetas internos estaban formados por una condensación selectiva de elementos más pesados fuera de la nebulosa planetaria primordial (el disco de gases y otra materia que giraba lentamente alrededor del Sol durante las primeras etapas de formación de su sistema solar). Esto sucedió porque los planetas internos fueron sometidos a un calentamiento relativamente intenso por radiación solar, lo que provocó que gases más ligeros como el hidrógeno y el helio se dispersaran más lejos, en la medida en que terminaron mayormente en los planetas exteriores y más fríos. Mientras tanto, los planetas terrestres retuvieron elementos más pesados. En consecuencia, los planetas más distantes del sistema solar, como Júpiter y Saturno, son relativamente grandes, gaseosos y de carácter difuso. La mayor parte de su volumen está compuesto por una extensa atmósfera de hidrógeno y helio, aunque estos planetas pueden contener elementos más pesados en su núcleo.

La Tierra es el único lugar en el universo que definitivamente se sabe que sustenta la vida. Es muy posible, sin embargo, que otros planetas del cosmos también sostengan vida. Aunque no hay evidencia directa de esto, muchos científicos consideran probable que la vida haya evolucionado en otros lugares. Una estimación sugiere que el universo contiene 10 ²² (10.000 mil millones de millones) de estrellas, y quizás el 10% de ellas tienen sistemas planetarios (10 ²¹ sistemas). Con números tan increíblemente grandes, es muy probable que al menos algunos de los miles de millones de miles de millones de otros sistemas planetarios soporten condiciones adecuadas para una génesis de la vida, además de lo ocurrido en la Tierra.

La Tierra es un cuerpo esférico con un diámetro de aproximadamente 12,740 km. Gira alrededor del Sol en una órbita elíptica, a una distancia promedio de unos 149 millones de km, completando una órbita en 365.26 días, o un año. La Tierra también gira sobre su eje cada 24 horas, o un día. Su luna única tiene un diámetro de unos 3,474 km y una masa de aproximadamente 2% la de la Tierra. La Luna gira alrededor de la Tierra en una órbita elíptica a una distancia promedio de unos 385,000 km, completados cada 27.3 días (el mes lunar).

La esfera de la Tierra está compuesta por cuatro capas —el núcleo, el manto, la litosfera y la corteza— dispuestas en capas concéntricas como una cebolla. El núcleo masivo tiene un diámetro de aproximadamente 3,500 km y está compuesto por metales calientes fundidos, particularmente hierro y níquel. Se cree que el calor interno de la Tierra es generado por la lenta, desintegración radiactiva de isótopos inestables de ciertos elementos, como el uranio.

El manto es una región menos densa que encierra el núcleo. Tiene aproximadamente 2,800 km de espesor y está compuesta por minerales en un estado plástico, semilíquido conocido como magma. El manto contiene elementos relativamente ligeros, notablemente silicio, oxígeno y magnesio, que se producen como diversos compuestos minerales. El magma del manto superior a veces entra en erupción a la superficie en respiraderos montañosos conocidos como volcanes y generalmente se arroja a la superficie como lava, que se enfría para formar roca basáltica.

La siguiente capa, la litosfera, tiene apenas unos 80 km de espesor y está compuesta por rocas rígidas y relativamente ligeras, especialmente basálticas, graníticas y sedimentarias. Estas rocas contienen elementos que se encuentran en el manto, así como cantidades enriquecidas de aluminio, carbono, calcio, potasio, sodio, azufre y otros elementos más ligeros.

La capa más externa se conoce como la corteza. La corteza oceánica es relativamente delgada, con un promedio de 10—15 km, mientras que la corteza continental tiene 20—60 km de espesor. La corteza terrestre tiene una composición mineralógica extremadamente compleja, en contraste con el manto y especialmente el núcleo, que se cree que son relativamente uniformes en estructura y constitución. Los elementos más abundantes en la corteza son oxígeno (45%), silicio (27%), aluminio (8.0%), hierro (5.8%), calcio (5.1%), magnesio (2.8%), sodio (2.3%), potasio (1.7%), titanio (0.86%), vanadio (0.17%), hidrógeno (0.14%), fósforo (0.10%) y carbono (0.032%).

Las rocas que forman la corteza se pueden agrupar en tres tipos básicos: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Las rocas ígneas incluyen basalto y granito, que se forman por el enfriamiento del magma fundido. Las formas minerales dependen de la velocidad de enfriamiento más otros factores. El basalto es una roca pesada, oscura y de grano extremadamente fino que a veces forma estructuras verticales y columnares. Las rocas basálticas son el principal constituyente de la corteza oceánica, originándose en lugares submarinos donde la lava mágmica entra en erupción en la superficie del fondo marino, como zonas de expansión oceánica profunda y volcanes abisales. El basalto también se puede formar en los volcanes terrestres —por ejemplo, es la roca del sótano del archipiélago hawaiano y otras islas volcánicas. Las rocas graníticas dominan la corteza continental, son típicamente relativamente ligeras en color y densidad, y son de grano más grueso, con cristales fácilmente distinguibles. La estructura cristalina compleja incluye los minerales cuarzo y feldespato, y la mica y hornblende a menudo están presentes.

Las rocas sedimentarias incluyen piedra caliza, dolomita, esquisto, arenisca y conglomerados. Estas se forman a partir de partículas erosionadas de otras rocas o de minerales precipitados como la calcita (CaCo ₃) que se litifican (se convierten en piedra) bajo gran presión en depósitos oceánicos profundos. Las rocas sedimentarias suelen superponerse a rocas basálticas o graníticas.

Las rocas metamórficas se forman a partir de ígneas o sedimentarias que fueron cambiadas bajo las influencias combinadas de calor y presión geológica masiva. Estas condiciones se encontraron cuando las rocas primarias fueron transportadas a lo profundo de la litosfera por movimientos corticales, como los asociados a la construcción de montañas (descritos a continuación). El gneis, por ejemplo, es una roca metamórfica derivada del granito, mientras que el mármol deriva de la piedra caliza, y la pizarra del esquisto. Alrededor del 30% de la superficie de la Tierra está cubierta por los sustratos sólidos de continentes e islas. El otro 70% de la superficie de la Tierra es agua líquida, casi toda la cual es oceánica. Además, la densa esfera de la Tierra se encuentra inmersa en una envoltura gaseosa conocida como la atmósfera, que se extiende a una distancia de unos 1.000 km. Sin embargo, alrededor del 99% de la masa de la atmósfera ocurre dentro de los 30 km de la superficie del planeta.

Dinámica Geológica

A lo largo de su historia, la Tierra ha sido objeto de enormes fuerzas geológicas que han afectado en gran medida su composición mineralógica y características superficiales. Las influencias predominantes son las fuerzas tectónicas, las cuales se asocian con movimientos corticales y otros procesos que provocan la deformación estructural de rocas y minerales. Las fuerzas geológicas también hacen que los continentes y sus placas subyacentes se muevan lentamente por la superficie de la Tierra, al igual que balsas de roca sólida que montan sobre un mar de magma plástico. Las cadenas montañosas se construyen donde las placas de la corteza chocan y empujan hacia arriba las rocas superficiales.

Los terremotos y los volcanes también son fenómenos tectónicos, que influyen en la corteza terrestre y la superficie con eventos extremadamente poderosos, a veces desastrosos. Otras fuerzas geológicas masivas incluyen impactos cataclísmicos raros en nuestro planeta por meteoritos y una extensa glaciación asociada con el enfriamiento del clima. Las fuerzas geológicas más lentas pero aún generalizadas son la erosión (causada por el agua, el viento y la gravedad) y la meteorización (la fractura de rocas y la disolución de minerales).

A lo largo del tiempo geológico, estos diversos procesos físicos han influido profundamente en el carácter de la Tierra. Las fuerzas geológicas siguen teniendo enormes influencias en la Tierra y sus ecosistemas, tanto en escalas de tiempo a corto como a largo plazo. Los cambios ambientales asociados a estas dinámicas geológicas proporcionan un contexto natural para los cambios sustanciales que los humanos están causando ahora a través de sus actividades económicas.

Meteoritos

La Tierra es frecuentemente golpeada por objetos rocosos o metálicos que se mueven rápidamente del espacio conocidos como meteoritos. Aunque los meteoritos son objetos relativamente pequeños (según los estándares planetarios), tienen un impulso inmenso debido a su velocidad, que suele oscilar entre 10-100 km/s Los meteoritos más pequeños y numerosos que llegan a la Tierra normalmente se queman o explotan en la atmósfera debido al calor generado por la fricción, pero los más grandes pueden sobrevivir para impactar en la superficie. Se ha estimado que cada día un meteorito que pesa al menos 100 g golpea la superficie en algún lugar de Canadá.

Los meteoritos muy grandes son extremadamente raros, pero si el impacto se produce la superficie enormes daños. El sitio de impacto es típicamente borrado y se forma un gran cráter porque grandes cantidades de materiales de la corteza son expulsados a la atmósfera. Las inmensas olas del mar también pueden ser causadas por un impacto de meteorito. Varias docenas de grandes cráteres de meteoritos son conocidos en Canadá. La más grande es una depresión ovoide con un diámetro de 140 km cerca de Sudbury, Ontario, causada por un impacto de meteorito ocurrido hace aproximadamente 1,850 millones de años (Mya), y un lago en forma de rosca con un diámetro de 70 km en Manicouagan, Quebec, de un impacto de hace aproximadamente 215 Mya. Estos extraordinarios eventos debieron haber causado tremendos daños a las especies y ecosistemas de la época.

La historia evolutiva de la Tierra ha estado marcada por una serie de eventos catastróficos de extinción masiva, durante los cuales la mayor parte de la biota existente desapareció en poco tiempo, para luego ser reemplazada por nuevas especies (ver Capítulo 6). Los paleontólogos reconocen estos cataclismos por la ocurrencia de cambios rápidos en el registro fósil, que apuntan a una transición entre etapas en la escala de tiempo geológico (Cuadro 3.1). Según la evidencia sobreviviente, el evento de extinción masiva más intenso ocurrió hace 245 millones de años al final del periodo Pérmico, cuando un asombroso 96% de las especies puede haberse extinguido. Otra extinción masiva ocurrió hace 65 millones de años al final del periodo Cretácico, cuando quizás 76% de las especies se extinguieron, incluyendo el último de los dinosaurios. Según una teoría, las extinciones del fin del Cretácico fueron causadas cuando un meteorito de 10—15 km de ancho impactó la Tierra. Esto dio como resultado que se arrojaran enormes cantidades de polvo fino a la atmósfera superior, lo que provocó un enfriamiento severo del clima que animales grandes y muchos ecosistemas no podían tolerar. Algunos geólogos creen que el sitio de impacto estuvo cerca de la costa de Yucatán en México, donde existe una estructura de anillo enterrada de 170 km de ancho, que data de unos 65 millones de años de antigüedad. Aunque polémica, la teoría de las catástrofes raras causadas por meteoritos también se ha utilizado para explicar otras extinciones masivas en el registro geológico.

Tectónica de Placas

La teoría de la tectónica de placas se refiere a la dinámica de los materiales de la corteza superficial. En términos simples, esta teoría sugiere que la corteza y el manto se comportan como un enorme sistema de convección que, en la superficie, se caracteriza por movimientos extremadamente lentos de enormes placas de material rígido de la corteza. Las placas se mueven desde zonas donde son creadas por una surgencia de magma desde el manto superior, hacia otras zonas donde son destruidas por el movimiento descendente hacia la parte superior del manto. En las zonas de creación, el magma plástico se eleva a la superficie, se solidifica y luego se extiende lateralmente en un proceso conocido como dispersión del fondo marino. En las zonas de aguas abajo, hay una subducción de la corteza del fondo marino de nuevo hacia el manto, donde se vuelve a fundir y conveccionar lateralmente. El magma eventualmente puede llegar a otra región de surgencia y volver a ser llevado a la corteza. Las placas rígidas de corteza superficial que se mueven lentamente tienen un sótano de roca basáltica, con continentes más ligeros y graníticos que hacen rafting en la superficie de algunas de las placas oceánicas (Figura 3.1).

Por ejemplo, en el Océano Atlántico, aproximadamente a medio camino entre América y Europa y África, una estructura geológica de aguas profundas llamada Mid-Atlantic Ridge corre en una dirección aproximadamente de norte a sur. Esta cresta abisal es una zona de extensión del fondo marino, de la cual las dos regiones continentales divergen a un ritmo lento pero constante de 2-4 cm/año. En esencia, el océano Atlántico se ensancha a este ritmo, lo que equivale a 2-4 metros por siglo.

En contraste, partes de la masa continental en el oeste de las Américas están montando sobre regiones de placas que se subducen debajo de la placa oceánica del Pacífico. Sin embargo, a lo largo de la mayor parte del suroeste de América del Norte, las Placas del Pacífico y América del Norte se mueven en direcciones opuestas pero paralelas. Esto está provocando que el sur de California y la Península de Baja se muevan lentamente hacia el norte en relación con el resto del continente. Este proceso está ocurriendo a lo largo de una zona de contacto extendida pero estrecha entre las placas (una falla) conocida como la Falla de San Andrés.

Estas fuerzas tectónicas resultan en frecuentes sismos y erupciones volcánicas a lo largo de las costas del Pacífico de América del Norte y del Sur, las Aleutianas y el este de Asia. Esta región geológicamente activa alrededor del Océano Pacífico se conoce como el “anillo de fuego” debido a sus numerosos volcanes. Además de estos eventos geológicos discretos pero intensos, hay una construcción activa de las montañas relativamente jóvenes de esta región. La construcción de la montaña es causada por los materiales de la corteza que se empujan hacia arriba en regiones donde los continentes y las placas oceánicas chocan entre sí. De manera similar, los elevados Himalayas del suroeste de Asia fueron y siguen siendo creados por inmensas fuerzas edificantes que se generan a medida que el subcontinente indio a la deriva hacia el norte empuja hacia la masa de tierra asiática más grande.

Se piensa que los continentes fueron una sola masa contigua durante el periodo Pérmico, hace unos 290 millones de años. Este súper continente primitivo, conocido como Pangea, estaba rodeado por un solo océano global. Sin embargo, las fuerzas divergentes de las placas corticales que se movían en diferentes direcciones luego separaron a Pangea, inicialmente en dos masas conocidas como Laurasia y Gondwanaland, y luego hacia los continentes existentes de América del Norte y del Sur, África, Eurasia, Australia y la Antártida.

Un terremoto es un temblor o movimiento de la Tierra causado por una liberación repentina de tensiones geológicas en algún momento dentro de la corteza o manto superior. Los terremotos se producen con mayor frecuencia cuando las placas de la corteza se deslizan una a través o una debajo de la otra en sus fallas, pero también pueden ser causados por una explosión volcánica. Aunque su energía sísmica puede afectar un área extensa, los sismos tienen un foco espacial, conocido como epicentro y definido como la posición superficial que se encuentra por encima del punto profundo de liberación de energía. Un terremoto intenso puede causar grandes daños a los edificios, y las estructuras colapsadas, los incendios y otras destrucciones pueden afectar mucho a las personas. En 1556 un terremoto azotó la provincia de Shanxi en China y causó alrededor de 830 mil muertes, lo que lo convirtió en el sismo más mortal de la historia registrada. El terremoto catastrófico más famoso de América del Norte fue el evento de San Francisco en 1906, causado por el deslizamiento a lo largo de la Falla de San Andrés, que mató a 503 personas y resultó en tremendos daños físicos. Sin embargo, otros sismos ocurridos durante el siglo XX provocaron pérdidas de vidas humanas mucho mayores, entre ellas una en 1976 que mató a 242 mil personas en Tangshan, China; otra en 1927 que mató a 200.000 personas en Nan-Shan, China; y una en Tokio-Yokohama, Japón, que mató a 200.000 en 1926. Los sismos recientes notables incluyen uno en Kobe, Japón (1995) que mató a 5.500 personas, otro en Cachemira (2005) que mató a 79,000 personas, uno en Sichuan, China (2008) que mató a 70.000 personas, y uno en la región de Tohuku de Japón (2011) que generó un tsunami (ola sísmica del mar) que mató a 16,000 personas.

Los acontecimientos de San Francisco (1906) y Tokio (1926) afectaron a las grandes ciudades. Los poderosos temblores causaron grandes daños, en parte debido a débiles diseños arquitectónicos que no pudieron soportar las fuertes fuerzas. En ambos casos, sin embargo, alrededor del 90% de la destrucción real resultó de incendios. Los sismos también pueden hacer que el suelo pierda parte de su estabilidad mecánica, resultando en deslizamientos de tierra destructivos y hundimiento (hundimiento) de terrenos y edificios.

Los sismos submarinos pueden desencadenar un fenómeno de rápido movimiento en la superficie del mar conocido como tsunami o ola sísmica del mar. Un tsunami apenas se nota en el mar, pero puede volverse gigantesco cuando la ola alcanza aguas poco profundas y se amontona hasta alturas que pueden inundar pueblos y pueblos costeros. En 1929, un terremoto frente al este de Canadá generó una ola sísmica marina que mató a 29 personas en Terranova y Cabo Bretón. En 1946, un gran terremoto centrado en la isla de Umiak en las Islas Aleutianas provocó que un tsunami azotara Hawai, a 4.500 km de distancia, con una cresta de 18 m. En 2004, un tsunami en el Océano Índico mató a más de 225,000 personas (ver Global Focus 3.1).

Global Focus 3.1: Un tsunami asesino

Un tsunami, o ola sísmica del mar, es una gran oleada de la superficie del océano causada por un terremoto submarino. Un tsunami puede ser casi indiscernible en aguas profundas del océano abierto, pero puede llegar a ser enorme cuando alcanza aguas costeras poco profundas y se construye a una altura capaz de causar una destrucción masiva. El mayor tsunami de los últimos tiempos fue desencadenado por un terremoto submarino, el llamado “megathrust” el 26 de diciembre de 2004. Su epicentro se ubicó a unos 40 km de la costa de Aceh en el norte de Sumatra, una isla indonesia, y registró un masivo 9.2 en la escala de Richter (convirtiéndolo en el terremoto más grande en 40 años). El temblor generó un inmenso tsunami (en realidad, una serie cercana de olas individuales) que se acumuló a una altura de hasta 30 m cuando impactó costas poco profundas de países que bordean el Océano Índico. Desafortunadamente, ninguno de los países que soportó la mayor parte de la devastación fue advertido de la inminente catástrofe, por lo que no se tomaron medidas para trasladar a la gente de zonas costeras bajas a terrenos más altos. Esto ocurrió principalmente porque no había un sistema de detección de tsunamis en el Océano Índico, aunque también hubo negligencia porque el sismo extremadamente grande debió haber alertado a las autoridades civiles sobre una posible catástrofe.

Las colosales olas del tsunami se movían a velocidades de unos 60 km/hr cuando impactaron la costa. Causaron devastación generalizada y más de 225 mil muertes por ahogamiento y lesiones causadas por escombros flotantes y colapso de edificios. Los lugares más afectados fueron Sumatra (que sufrió al menos 168 mil muertos y desaparecidos), Sri Lanka (35 mil), la costa oriental y las islas de la India (18,000) y Tailandia (8 mil). Al menos 7 mil de las muertes fueron turistas de países desarrollados que visitaban balnearios costeros durante sus vacaciones. Además de la mortalidad, decenas de millones de personas fueron desplazadas de sus hogares y medios de vida por las inundaciones. En muchos de los lugares más afectados, los daños se hicieron mucho más severos debido al aumento de la vulnerabilidad costera causada por la remoción de bosques de manglares previamente abundantes, principalmente para desarrollar centros turísticos y estanques salobres para la acuicultura camaronera. Donde los manglares permanecieron intactos, el bosque costero proporcionó un muro marino que ayudó a absorber gran parte de la fuerza del tsunami, proporcionando una medida de protección a áreas más adentro.

En respuesta a la abrumadora cifra de muertes y destrucción, ciudadanos y gobiernos de muchos países no afectados entregaron grandes donaciones de ayuda para el rescate y la posterior recuperación, incluyendo dinero (las promesas totalizaron alrededor de US $5,400 millones), personal especializado de rescate, alimentos y agua, y materiales para reconstrucción. Desde la perspectiva ambiental, las lecciones importantes que se pueden aprender de este devastador tsunami incluyen los hechos de que los desastres naturales son impredecibles e inevitables, y que la destrucción resultante puede empeorar mucho por prácticas inapropiadas de uso de la tierra y la falta de planificación y respuesta de emergencia capacidad.

Un volcán es un respiradero en la superficie desde el cual la lava fundida fluye hacia el suelo y los materiales líquidos, sólidos y gaseosos son expulsados a la atmósfera. Las erupciones más grandes pueden literalmente explotar una montaña volcánica, expulsando inmensas cantidades de material al medio ambiente y causando enormes daños y pérdidas de vidas. Por ejemplo, una erupción del monte Vesubio en el año 79 d. C. (Era Común) enterró la ciudad romana de Pompeya, matando a casi todos sus habitantes. Una explosión de 1902 del Mont Pelée en la isla caribeña de Martinica mató a 30 mil personas.

La mayor erupción de los tiempos modernos fue la de Tambora, un volcán en Indonesia que explotó en 1815 y sopló más de 300 km ³ de material a la atmósfera (incluyendo la cima 1,300 m de la montaña). Algunas de las partículas más finas de esta erupción masiva fueron sopladas a la atmósfera superior (la estratosfera), provocando un aumento en la reflectividad de la Tierra que resultó en un enfriamiento global. El año 1816 se conoció como el “año sin verano” en Europa y América del Norte debido a su clima inusualmente fresco y húmedo, incluyendo heladas y nevadas durante los meses de verano.

Otra famosa erupción indonesia fue la de Krakatau en el Estrecho de la Sunda en 1883, que expulsó 18-21 km ³ de material de hasta 50-80 km a la atmósfera. El tsunami de 30 metros asociado a esta erupción mató a unas 36 mil personas en pueblos costeros.

Las grandes erupciones volcánicas también pueden perturbar grandes extensiones de bosque y otros ecosistemas. Por ejemplo, la explosión de 1980 del monte St. Helen's en el estado de Washington voló alrededor de 21 mil hectáreas de bosque de coníferas y de otra manera dañó otras 40,000 ha. Los deslizamientos de lodo también devastaron grandes áreas, y una vasta región estaba cubierta por escombros particulados (conocidos como tefra) que se asentaron desde la atmósfera.

Algunos volcanes producen flujos crónicos de lava y ventilación de gases. Estos volcanes tienden a formar montañas distintivas en forma de cono a partir de su lava acumulada, que se solidifica en rocas finamente cristalinas y vítreas. Un ejemplo activo de este espectacular proceso es el Monte Kilauea en Hawai, que a veces entra en erupción continuamente durante años. La lava que fluye lentamente de estos volcanes puede destruir edificios y vegetación pero no es de otra manera peligrosa porque las personas y los animales pueden evitar los arroyos fundidos.

Glaciación

Los glaciares, o capas de hielo persistentes, son características comunes en ambientes de latitudes altas del Ártico y la Antártida. También ocurren a gran altura en montañas, incluso en países tropicales como Nueva Guinea y Perú. Los glaciares se forman a partir de una capa de nieve profunda y persistente, que se comprime en hielo a medida que se acumula su peso. La mayoría de los glaciares ocurren en tierra, pero algunos también se extienden hacia el océano. En la actualidad, alrededor del 10% de la superficie terrestre de la Tierra está cubierta de glaciares, los más grandes de los cuales son las capas de hielo continentales de la Antártida. Los glaciares más grandes del hemisferio norte se encuentran en Groenlandia, pero partes de las islas Baffin y Ellesmere en el Ártico canadiense también están cubiertas de hielo glacial, al igual que algunas zonas montañosas en el oeste de Canadá.

La glaciación se refiere a un avance extenso de capas de hielo, causado por un período de enfriamiento global extendido a veces referido como una edad de hielo. Ha habido una serie de periodos glaciares durante la historia geológica, aunque solo se conocen detalles sobre la glaciación más reciente porque borró la mayoría de los rastros de eventos anteriores. El período glacial más reciente, conocido como Wisconsin, comenzó hace unos 85 mil años y terminó hace unos 11 mil años.

A la altura de la glaciación de Wisconsin, el hielo cubría alrededor del 30% de la superficie terrestre de la Tierra, incluyendo casi la totalidad de lo que hoy es Canadá, así como extensas áreas de la plataforma continental que ahora están debajo del océano. Esto último ocurrió porque el nivel del mar fue aproximadamente 120 m más bajo durante esa glaciación como resultado de que tanta agua estaba amarrada en el hielo en tierra. La mayor masa de hielo en Canadá fue la Lámina de Hielo Laurentide, la cual alcanzó un espesor de unos 4 km. La capa de hielo cordillerana de las montañas occidentales contenía hielo de hasta 2 km de espesor.

La época actual del Holoceno (reciente; Cuadro 3.1) es relativamente cálida y libre de hielo y se conoce como etapa interglacial. Sin embargo, el clima no ha sido uniformemente cálido durante el presente interglacial. Por ejemplo, el periodo de alrededor de 1450 a 1850 se conoce como la Pequeña Edad de Hielo debido a su clima relativamente frío. Durante ese período hubo una expansión moderada de glaciares y campos de nieve en muchas partes del mundo, incluyendo las regiones árticas y las montañas occidentales de Canadá.

Los glaciares son fuerzas extremadamente erosivas que aplastan, recorren y excavan el terreno subyacente con su peso masivo y movimientos pesados. Los glaciares también transportan grandes cantidades de escombros excavados alrededor del paisaje. Estos materiales sólidos se depositan eventualmente cuando los glaciares se derriten, cayendo de la masa de hielo ablante (derretimiento) o siendo arrastrados por el agua de deshielo que corre en arroyos y ríos. Los depósitos extensos de escombros glaciares son comunes en casi todo Canadá, a menudo ocurren como accidentes geográficos distintivos, como los siguientes:

• morrenas, que son una serie de largos cerros montículos, generalmente perpendiculares al flujo del glaciar regional, y que contienen escombros rocosos mixtos conocidos como labranza
• drumlins, o colinas en forma de lágrimas que se alargan en la dirección del movimiento del glaciar y se componen de una mezcla de materiales rocosos
• eskers, que son montículos largos y serpentinos de escombros crudamente clasificados que fueron depositados por un río que fluye debajo de un glaciar
• erráticas, o cantos rodados redondeados de varios tamaños que se encuentran dispersos incongruentemente por el paisaje
• largos valles en forma de U en terreno montañoso, que fueron tallados a partir de valles fluviales preexistentes por las fuerzas erosivas de un glaciar
• fiordos, que son ensenadas largas, estrechas y empinadas del océano que fueron talladas por glaciares de salida que descienden de una capa de hielo mucho más grande a mayor altitud
• llanuras de desbordamiento, que contienen una mezcla de materiales, que varían en tamaño desde rocas hasta arena o arcilla, que fueron depositados sobre un área relativamente amplia por arroyos y ríos alimentados por aguas de deshielo glaciares
• las antiguas cuencas de grandes lagos de agua de deshielo glacial, que hoy en día se caracterizan por llanuras planas, de grano fino, a menudo fértiles (el sur de Manitoba tiene extensos antiguos lechos de lagos del lago Agassiz posglacial, mientras que las áreas planas en el sur de Ontario y Quebec alguna vez fueron parte de las cuencas posglaciales de lo que ahora son los Grandes Lagos y el Río San Lorenzo.)

Las tremendas capas de hielo que una vez arrasaron casi todo Canadá desaparecieron en gran medida hace 8,000 a 10,000 años, aunque los restos glaciales aún se encuentran en islas del Ártico y en montañas del oeste de Canadá. El paisaje canadiense ha sido profundamente moldeado por las impresionantes firmas geológicas del avance y retroceso de los inmensos glaciares continentales de tiempos pasados. Desde entonces, el terreno y los movimientos geográficos han sido muy modificados por otras fuerzas geológicas, como la erosión y la meteorización, y por la remodelación de los ecosistemas tras la retirada de las inmensas capas de hielo. Sin embargo, en comparación con los efectos de los glaciares de Wisconsin y anteriores, esas fuerzas han tenido una influencia relativamente pequeña en el carácter perdurable de los paisajes y paisajes marinos costeros de Canadá.

La hidrosfera

La hidrosfera es la porción de la Tierra que contiene agua (H ₂ O), incluso en los océanos, la atmósfera, la superficie terrestre y el subsuelo. El ciclo hidrológico (o ciclo del agua) se refiere a las tasas de movimiento (flujos) del agua entre estos diversos embalses (compartimentos). El ciclo hidrológico funciona a todas las escalas, desde lo local hasta lo global. Los principales elementos del ciclo hidrológico global se ilustran en la Figura 3.2.

Cada compartimento del ciclo hidrológico tiene flujos tanto de entrada como de salida, y la suma de todos estos elementos comprende el ciclo. Si la tasa de entrada a un compartimento es igual a la tasa de salida, entonces hay un equilibrio de flujo continuo y la cantidad de agua presente no cambia. Por supuesto, si la entrada excede la salida, el compartimento aumenta de tamaño con el tiempo, y disminuye si la entrada es menor que la salida.

A escala global, los compartimentos principales del ciclo hidrológico se encuentran en una condición de equilibrio a largo plazo. Sin embargo, esto no es generalmente cierto a escala local, especialmente en intervalos de tiempo más cortos. Por ejemplo, un área en particular puede inundarse o secarse temporalmente. Además, las condiciones hidrológicas locales pueden cambiar a largo plazo. La glaciación, por ejemplo, almacena inmensas cantidades de agua sólida en tierra, y el uso excesivo de agua subterránea puede agotar un reservorio artesiano (acuífero).

Aunque el ciclo hidrológico es un fenómeno sumamente complejo, puede examinarse en el contexto de cuatro compartimentos principales (Cuadro 3.2):

1. Los océanos son el compartimento hidrológico más grande, representando alrededor del 97.4% de toda el agua del planeta.
2. Las aguas superficiales ocurren en las masas de tierra y representan 2.3% del agua global. Casi toda esa cantidad está amarrada en glaciares, principalmente en la Antártida y Groenlandia, con lagos, estanques, ríos, arroyos y otras masas superficiales de agua líquida que ascienden a solo 0.002%.
3. El agua subterránea representa 0.32% del agua global. El agua subterránea puede ocurrir en horizontes de suelo relativamente poco profundos, donde es accesible para su absorción por las plantas, o puede drenar lateralmente hacia aguas superficiales como lagos y arroyos. Las aguas subterráneas más profundas son inaccesibles para estos fines y forman reservorios artesianos en espacios dentro del lecho rocoso poroso o fracturado. Dichos acuíferos reciben agua infiltrada por drenaje profundo desde arriba o por transporte subterráneo de larga distancia desde las zonas altas cercanas.
4. El agua atmosférica representa solo alrededor de 0.001% del total global. Puede ocurrir como un gas, vapor (pequeñas gotas suspendidas) o sólido (cristales de hielo), todos los cuales son muy variables en el espacio y el tiempo. Una nube es una densa agregación de agua líquida o sólida en la atmósfera, mientras que el agua gaseosa es invisible. Tenga en cuenta que la cantidad máxima de agua que puede contener un volumen de atmósfera depende en gran medida de la temperatura, ya que el aire más cálido tiene una capacidad de almacenamiento de agua mucho mayor que el aire frío. El término humedad se refiere a la concentración real de agua en la atmósfera (medida en g/m3), mientras que la humedad relativa expresa la humedad real como porcentaje del valor de saturación para una temperatura particular.

La evaporación es un cambio de estado del agua de un líquido a un gas, o de un sólido directamente a un gas (la evaporación directamente del hielo o la nieve se conoce más adecuadamente como sublimación). A nivel mundial, alrededor del 86% de la evaporación proviene de los océanos, y el resto proviene de superficies terrestres. En los paisajes terrestres, el agua puede evaporarse de cuerpos de agua superficial, de suelos húmedos y rocas, y de la vegetación. La transpiración se refiere específicamente a la evaporación del agua de las plantas, mientras que la evapotranspiración se refiere a todas las fuentes de evaporación de un paisaje.

La precipitación es la deposición de agua de la atmósfera, ocurriendo como lluvia líquida o como nieve sólida o granizo. Además, el agua atmosférica en fase vapor puede condensarse o congelarse en las superficies como rocío o escarcha, respectivamente. Como se señaló anteriormente, la mayor parte de la evaporación global es de los océanos, gran parte de la cual precipita de nuevo a ellos. Sin embargo, algunos son transportados por masas de aire en movimiento sobre los continentes, lo que resulta en una importación neta de agua evaporada de los océanos a las superficies terrestres. Los volúmenes de precipitación pueden ser especialmente grandes en zonas montañosas frente a un océano, fenómeno conocido como precipitación orográfica (En Detalle 3.1).

Los flujos superficiales involucran agua que se transporta en arroyos y ríos. En contraste, los lagos y estanques son reservorios de almacenamiento relativamente estáticos. Los flujos superficiales se mueven en respuesta a los descensos gravitacionales asociados con la altitud, es decir, el agua fluye cuesta abajo. En última instancia, la mayoría de los flujos superficiales transportan agua a los océanos, lo que ayuda a equilibrar la importación neta de humedad evaporada de los océanos.

En detalle 3.1: Precipitación orográfica a lo largo de un transecto a través de la costa de Columbia Británica

El patrón espacial de precipitación en la costa de Columbia Británica ilustra el fenómeno de la precipitación orográfica. Ocurre como masas de aire cargadas de humedad, sopladas por los vientos predominantes del oeste del Océano Pacífico, se encuentran con las montañas de la Cordillera de la Costa. A medida que las masas de aire aumentan, se enfrían (de 0.5 a 0.8°C por cada aumento de elevación de 100 m), lo que reduce en gran medida su capacidad de retener agua. Esto hace que gran parte de la humedad se condense en nubes y luego precipite de la atmósfera en forma de nieve y lluvia.

A medida que la masa de aire pasa al otro lado de las montañas y comienza a descender, vuelve a calentarse, lo que aumenta su capacidad de retención de humedad. Por lo tanto, la precipitación es mucho más escasa en el lado lluvia-sombra de las montañas.

En consecuencia, la costa de Vancouver tiene mucha más precipitación (alrededor de 110 cm/a) que Penticton en el interior del valle de Okanagan (28 cm/a). Sin embargo, los efectos orográficos locales también son considerables en el área metropolitana de Vancouver, donde la lluvia es de solo unos 50 cm/a en los suburbios del sur de Delta, pero hasta 250 cm/a en lugares más cercanos a las montañas, como North Vancouver.

El drenaje de aguas subterráneas implica la infiltración de agua en el suelo. Las aguas subterráneas poco profundas pueden moverse lateralmente, eventualmente drenando hacia las aguas superficiales. También puede ser absorbido por las raíces de las plantas para luego ser trascendido a la atmósfera a través del follaje. Sin embargo, las aguas subterráneas más profundas no están disponibles para la captación de plantas o para recargar aguas superficiales. Se acumula en embalses artesianos subterráneos, que pueden ser muy grandes. El acuífero más grande de este tipo en América del Norte es el Ogallala, que subyace a unos 450,000 km² del oeste de Estados Unidos.

El ciclo hidrológico es sumamente importante. Los ecosistemas naturales necesitan agua para las necesidades metabólicas de los organismos, para el enfriamiento y como un solvente ubicuo que permite que los nutrientes solubles en agua sean absorbidos por los organismos. El agua también es requerida por las personas para su uso en la agricultura, la industria y la recreación. Desafortunadamente, en muchas regiones el agua y sus recursos biológicos (como los peces) se han utilizado excesivamente, y la calidad del agua se ha degradado a través de la contaminación. Los daños causados al agua y sus recursos, y las formas de mitigar esos efectos, son temas comunes en muchos capítulos de este libro.

La Atmósfera

La atmósfera es una envoltura de gases que rodea a la Tierra y se mantiene en su lugar por las atractivas fuerzas de la gravedad. La densidad de la masa atmosférica es mucho mayor cerca de la superficie y disminuye rápidamente con el aumento de la altitud. La atmósfera consta de cuatro capas, cuyos límites son inexactos porque pueden variar con el tiempo y el espacio:

1. La troposfera (o atmósfera inferior) contiene 85-90% de la masa atmosférica y se extiende desde la superficie hasta una altitud de 8-20 km. Es más delgado en latitudes altas, y más grueso en latitudes ecuatoriales, pero también varía estacionalmente, siendo en cualquier lugar más grueso durante el verano que en el invierno. Es típico que la temperatura del aire disminuya al aumentar la altitud dentro de la troposfera, y las corrientes de aire convectivas (vientos) son comunes. En consecuencia, a la troposfera se le conoce a veces como la “capa meteorológica”.
2. La estratosfera se extiende desde la troposfera hasta unos 50 km, dependiendo de la estación y latitud. La temperatura del aire varía poco con la altitud dentro de la estratosfera, y hay pocas corrientes de aire convectivas.
3. La mesosfera se extiende más allá de la estratosfera a unos 75 km.
4. La termosfera se extiende hasta 450 km o más.

Más allá de la atmósfera se encuentra el espacio exterior, una región inconmensurablemente vasta donde la Tierra no ejerce influencias químicas o térmicas detectables.

Alrededor del 78% de la masa de la atmósfera está compuesta por gas nitrógeno (N ₂), mientras que 21% es oxígeno (O ₂), 0.9% argón (Ar) y 0.04% de dióxido de carbono (CO ₂). El resto son diversos gases traza, entre ellos los potencialmente tóxicos como el ozono (O ₃) y el dióxido de azufre (SO ₂) (ver Capítulo 16). La atmósfera también contiene concentraciones muy variables de vapor de agua, que pueden variar desde solo 0.01% en el aire frío de invierno en el Ártico hasta 5% en aire cálido, húmedo y tropical. En promedio, el peso total de la masa atmosférica ejerce una presión al nivel del mar de alrededor de 1.0 × 10 ⁵ pascales (Pa; o una atmósfera), lo que equivale a 1.0 kg por cm ².

La atmósfera es un medio altamente dinámico, siendo variable en el espacio y el tiempo. Esto es particularmente cierto en el caso de la troposfera, dentro de la cual los gradientes de temperatura y energía son más pronunciados. Para igualar los gradientes de energía, hay una corriente de masa atmosférica desde regiones de presión relativamente alta a aquellas con menor presión. Estos movimientos atmosféricos laterales más o menos se conocen como viento. El vigor y la velocidad de los vientos pueden variar desde apenas perceptibles hasta varios cientos de kilómetros por hora en masas de aire extremadamente turbulentas y rotativas como un tornado o un huracán. En general, los vientos son causados cuando el aire calentado por el sol se vuelve menos denso y se eleva en altitud, para ser reemplazado en la superficie por una entrada de aire más frío y denso de otra parte. Simplemente interpretado, este movimiento de masa atmosférica representa una enorme celda convectiva gaseosa. Estos movimientos atmosféricos ocurren tanto a escala local como global y son extremadamente variables en el espacio y el tiempo. A nivel global, sin embargo, es discernible un patrón general amplio de circulación.

Como se señaló anteriormente, las direcciones del viento están influenciadas por las ubicaciones relativas de presiones atmosféricas altas y bajas. Las direcciones del viento también están influenciadas por el efecto Coriolis, el cual es causado por la rotación oeste-este de la Tierra. Por ejemplo, en las latitudes medias del hemisferio norte, la distribución de la presión en la atmósfera inferior proporciona una fuerza hacia el norte en la dirección del viento. La fuerza Coriolis, que desvía movimientos hacia la derecha en ese hemisferio, equilibra la fuerza de gradiente de presión para que los vientos tienden a soplar de oeste a este. En comparación, en las latitudes medias del hemisferio sur, la fuerza de gradiente de presión se dirige hacia el sur, mientras que la fuerza de Coriolis desvía movimientos hacia la izquierda. En balance, esto nuevamente da como resultado vientos que tienden a soplar de oeste a este. Los patrones locales de flujo de viento también están influenciados por la topografía superficial: las montañas son barreras que desvían los vientos hacia arriba o alrededor, mientras que los valles pueden canalizar los flujos de viento.

Los vientos predominantes soplan de manera relativamente continua en una dirección dominante. Hay tres clases principales de vientos predominantes:

1. los vientos alisios son flujos de aire tropicales que soplan desde el noreste (hacia el suroeste) en el hemisferio norte, y desde el sureste en el hemisferio sur
2. los vientos del oeste son vientos de latitudes medias que soplan desde el suroeste en el hemisferio norte, y desde el noroeste en el hemisferio sur
3. los orientales polares soplan desde el noreste en latitudes altas del norte, y desde el sureste cerca de la Antártida.

Clima y Clima

El clima se refiere a las condiciones atmosféricas predominantes de temperatura, precipitación, humedad, velocidad y dirección del viento (juntas, estas son la velocidad del viento), insolación (radiación solar entrante), visibilidad, niebla y nubosidad en un lugar o región. Los datos climáticos generalmente se calculan como estadísticas (como promedios o rangos de valores), utilizando datos obtenidos de al menos varias décadas de monitoreo (el periodo preferido para el cálculo de parámetros climáticos “normales” es de al menos 30 años).

Por el contrario, el clima se refiere a las condiciones meteorológicas diarias o instantáneas (a esta última se le conoce como clima “en tiempo real”). Debido a que el clima está relacionado con condiciones a corto plazo, es mucho más variable en el tiempo y el espacio que el clima. La mayoría de los aspectos del clima son funciones de la insolación solar y de cómo esta energía entrante es absorbida, reflejada y re-radiada por la atmósfera, los océanos y las superficies terrestres. El complejo tema de los presupuestos de energía física se describe en el Capítulo 4. Para el presente propósito, vale la pena examinar varios aspectos ecológicamente importantes:

• Dar Gracias al Sol. Si no fuera por la influencia de calentamiento de la radiación solar, la temperatura de la superficie y la atmósfera se acercaría a la más fría que sea físicamente posible —esto es cero absoluto, o -273°C (o 0o en la escala Kelvin). Si bien la Tierra tiene una capacidad limitada para generar su propio calor por la desintegración de elementos radiactivos en su núcleo, esto es insuficiente para proporcionar mucho calentamiento en la superficie. Por lo tanto, la energía solar es crítica para mantener la temperatura de la superficie dentro de un rango que los organismos pueden tolerar.
• Reflexión y Absorción Atmosférica Las condiciones en la atmósfera tienen una gran influencia en los factores climáticos. Por ejemplo, la cobertura de nubes y las partículas diminutas son altamente reflectantes de muchas longitudes de onda visibles de radiación solar y, por lo tanto, tienen un marcado efecto de enfriamiento en la atmósfera inferior y la superficie. Además, la atmósfera contiene trazas de concentraciones de ciertos gases que absorben parte de la radiación infrarroja que emite el planeta para enfriarse del calor obtenido al absorber la radiación solar. Los más importantes de estos llamados “gases de efecto invernadero” son el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano. Esta influencia se llama efecto invernadero, y mantiene la temperatura superficial de la Tierra en un promedio de alrededor de 15°C, o 33°C más caliente que los -18°C que sería sin este efecto moderador (ver Capítulos 4 y 17).
• Noche y Día. En cualquier lugar de la superficie, la entrada de radiación solar es alta durante el día y baja por la noche. (Por la noche, las únicas entradas de radiación son de estrellas distantes y de la radiación solar reflejada por partículas atmosféricas y la luna; estas entradas dispersas se conocen como “claraboyas”). Las variaciones diarias de 24 horas (diurnas) en el aporte de energía resultan en grandes cambios en el clima. Sin embargo, este efecto varía mucho entre latitudes tropicales y polares. Las regiones tropicales tienen aproximadamente la misma duración diurna y nocturna de aproximadamente 12 horas cada una, las cuales no varían mucho durante el año. En contraste, las latitudes polares son mucho más estacionales, con luz casi continua durante gran parte del verano, y noche constante durante parte del invierno. Las latitudes templadas son intermedias, con duraciones diurnas más largas durante el verano y más cortas durante el invierno.
• Efectos de Latitude. Los lugares en latitudes tropicales tienden a enfrentar la radiación solar entrante en un ángulo relativamente perpendicular (más cerca de 90° al mediodía). Las latitudes polares tienen un ángulo de incidencia solar más oblicuo, y las latitudes templadas son intermedias en este sentido. Cuanto más perpendicular es el ángulo de incidencia de la radiación solar, menor es la superficie sobre la que se distribuye la energía entrante y más intenso es el calentamiento resultante. El ángulo de incidencia solar tiene una fuerte influencia en las cantidades de radiación solar de área unitaria que se reciben en varias latitudes, y es una razón importante (junto con la estacionalidad) por la que los trópicos son más cálidos que las regiones polares.
• Temporadas. El eje de la Tierra se inclina en un ángulo de 23.5° en relación con la incidencia de la radiación solar. En consecuencia, durante la revolución anual del planeta alrededor del Sol, existen diferencias estacionales en la energía recibida entre los hemisferios Norte y Sur. En el hemisferio norte, el ángulo de incidencia es más cercano a la perpendicular del 21 de marzo al 22 de septiembre, dando condiciones relativamente más cálidas, mientras que el ángulo es más oblicuo del 22 de septiembre al 21 de marzo, resultando en condiciones más frías. Estas estaciones se invierten en el Hemisferio Sur. Debido a que la órbita de la Tierra es elíptica, las estaciones climáticas también están influenciadas por la distancia variable del Sol. Sin embargo, este efecto es relativamente pequeño comparado con el de la inclinación del eje.
• Aspecto. A escala local, la dirección a la que se enfrenta una pendiente (conocida como su aspecto) tiene una influencia sustancial en la cantidad de radiación solar recibida. En el hemisferio norte, las laderas orientadas al sur y, en menor grado, orientadas al oeste son relativamente cálidas, mientras que las pendientes orientadas al norte y al este son más frías. En el hemisferio sur, las laderas orientadas al norte son más cálidas.
• Pendiente. El grado de pendiente, o el ángulo de inclinación del terreno, también afecta la cantidad de energía recibida. Cuanto más cerca se aproxime la pendiente a un ángulo perpendicular a la radiación solar entrante, mayor es la entrada de energía por unidad de superficie. En el hemisferio norte, este efecto es mayor en las laderas orientadas al sur.
• Cubierta de Suelo y Vegetación. Las superficies más oscuras absorben mucha más radiación solar que las superficies más claras. Esta es la razón por la que una superficie asfáltica negra se calienta mucho más durante el día que una hecha de cemento de color claro. Los toldos de las plantas también varían en sus características de absorción y reflexión, dependiendo del color del follaje y del ángulo en el que se orienta a la radiación solar entrante. Los cambios importantes en el carácter de la vegetación, como ocurren cuando el bosque se convierte en uso agrícola o urbano, pueden afectar al clima y al clima local, y a veces regional.
• Cubierta de Nieve y Hielo. Debido a que la nieve y el hielo son altamente reflectantes de la radiación solar, las superficies cubiertas por esos materiales absorben relativamente poca insolación. El derretimiento de la capa de nieve en la primavera expone una superficie del suelo mucho más absorbente, y el calentamiento luego se acelera.
• Evaporación de Agua. Las superficies húmedas se enfrían por la evaporación del agua, proceso que absorbe energía térmica. Por lo tanto, la transpiración del agua del follaje de las plantas tiene un efecto refrescante, similar a la evaporación del sudor de la superficie corporal de un ser humano.

Los factores anteriores influyen en la entrada, reflexión, absorción y disipación de la radiación solar, resultando en grandes variaciones de las temperaturas del aire, el agua y la superficie sobre la superficie de la Tierra. Los gradientes de energía que se desarrollan dan como resultado procesos globales que intentan distribuir la energía de manera más uniforme, por movimientos de masas de aire en la atmósfera (vientos) y corrientes de agua en los océanos. Además, las direcciones predominantes del viento pueden interactuar con las corrientes oceánicas para generar flujos circulares de agua conocidos como giros. Los giros subtropicales giran en sentido horario en el hemisferio norte y en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio sur, mientras que los giros subpolares giran en direcciones opuestas.

El clima tiene una influencia importante en el carácter del desarrollo ecológico en cualquier región o lugar. Las condiciones climáticas pueden variar a gran escala, llamadas macroclima, lo que afecta la naturaleza de los ecosistemas sobre una gran superficie. Las condiciones climáticas también pueden variar en escalas mucho más pequeñas, llamadas microclima, que pueden verse afectadas por la topografía local, la proximidad al océano o un lago grande, o las condiciones del sotobosque bajo un denso dosel de follaje de los árboles. Cuatro factores climáticos afectan particularmente el desarrollo de los ecosistemas (ver Capítulo 8). De estas, las variaciones de precipitación y temperatura generalmente tienen la mayor influencia. Las cantidades de precipitación se ven muy afectadas por el flujo de vientos predominantes, la humedad de las masas de aire y la influencia de la topografía (ver En Detalle 3.1). Un clima seco solo puede soportar la vegetación desértica, mientras que las condiciones más húmedas pueden permitir que se desarrollen bosques viejos y humedales.

La temperatura es relativamente cálida en latitudes tropicales y a menor altitud en terrenos montañosos, mientras que es más fría en latitudes altas y altas alturas. En general, los lugares con temperaturas frías desarrollan vegetación de tundra, mientras que temperaturas más cálidas pueden soportar el bosque. Las latitudes templadas y polares tienen grandes fluctuaciones estacionales de temperatura. El bosque tropical se desarrolla en regiones húmedas donde la temperatura permanece uniformemente cálida, mientras que los bosques templados y boreales están dominados por especies arbóreas que pueden tolerar temperaturas frías durante el invierno. El viento también puede tener una influencia ecológica sustancial, aunque esto suele ser menos importante que el de la precipitación y la temperatura. Los lugares con mucho viento pueden no ser capaces de soportar el bosque, a pesar de que la precipitación y la temperatura son favorables. Esto ocurre en muchos hábitats costeros en Canadá, donde las condiciones de viento dan como resultado ecosistemas dominados por arbustos en lugar del bosque que se encuentra más adentro.

También pueden ser importantes eventos climáticos extremos, como sequías, inundaciones, huracanes o tornados. Las perturbaciones graves tienen una gran influencia en el desarrollo ecológico, especialmente donde ocurren con frecuencia. Por ejemplo, sequías frecuentes o tormentas de viento severas pueden restringir el desarrollo de los bosques en algunas regiones, a pesar de que las condiciones climáticas promedio pueden ser favorables.

Los principales elementos de los climas de Canadá se describen en Canadian Focus 3.1. Su relación con el desarrollo ecológico se examina en el Capítulo 8.

Enfoque Canadiense 3.1. Climas de Canadá
Canadá es un país enorme, el segundo más grande del mundo después de Rusia. El amplio rango de latitud significa que los climas locales y regionales varían desde el polar frío en el Ártico Alto hasta el templado cálido en el sur de Ontario y el sur de Columbia Británica. Canadá también tiene una topografía extremadamente variada, con extensas regiones bajas y muchas áreas a gran altura, particularmente en las montañas de Labrador, las islas árticas orientales y las Montañas Rocosas. Por lo tanto, las regiones de Canadá se caracterizan por enormes diferencias climáticas.

La figura muestra patrones estacionales de cambio, utilizando la temperatura como indicador. Tenga en cuenta que la estación alto-ártica en Alert (82 ^o N) en el extremo norte de la isla de Ellesmere es mucho más fría y tiene una breve temporada de crecimiento en comparación con las estaciones del sur. Thompson (55 ^o N) se encuentra en la zona boreal del norte de Manitoba y también tiene un clima relativamente frío con una corta temporada de crecimiento. Lethbridge, en la región de las praderas del sur de Alberta, tiene un clima de pradera templado con una temporada de crecimiento relativamente cálida y prolongada. Windsor (42 ^o N) es la ubicación más austral que se muestra, y tiene el clima más cálido y la temporada de crecimiento más larga.

Conclusiones

El conocimiento del mundo físico es un aspecto central de la ciencia ambiental: proporciona un contexto esencial para comprender las causas y consecuencias de casi todos los cambios que son causados por las actividades humanas. Los atributos físicos y estructurales de la Tierra influyen en las fuerzas geológicas y geográficas que afectan su superficie (tanto el agua como la tierra) y la atmósfera. Además, la cantidad y calidad espectral de la luz solar entrante tienen una profunda influencia en el presupuesto energético y los climas del planeta. Cada vez más, las influencias antropogénicas están teniendo un gran efecto acumulativo sobre estos efectos naturales y están transformando los atributos superficiales de la Tierra al afectar la erosión, la cubierta superficial, la química ambiental e incluso el clima global.

Preguntas para revisión

1. ¿Cuáles son las diversas capas de la esfera sólida y la atmósfera de la Tierra? Describa brevemente las características de estas capas.
2. ¿Qué causa las fuerzas tectónicas y cuáles son sus consecuencias en la dinámica de la corteza?
3. ¿Qué es la glaciación? Describa las principales características de la superficie que deja atrás.
4. ¿Cuáles son los factores clave que afectan el clima regional y el microclima?

Preguntas para Discusión

1. Explica cómo las fuerzas geológicas han influido en las características del paisaje en la región donde vives.
2. ¿De dónde viene tu agua potable? Rastrear sus orígenes y disposición en términos del ciclo hidrológico.
3. Explicar las diferencias entre clima y clima. Discuta las influencias del clima y el clima en su vida diaria y anual.
4. Los desastres naturales, como el clima extremo causado por una tormenta de viento o un evento de lluvia masiva, son ocurrencias raras pero inevitables. ¿Cuál es la historia reciente de los desastres naturales en el lugar donde vives? ¿Crees que el uso del suelo y otras influencias humanas pueden haber aumentado la posibilidad de que estos eventos impredecibles causen daños peores?

Explorando problemas

1. Forma parte de un equipo de investigación que investiga los posibles efectos ambientales del cambio climático en una región de topografía montañosa. Su responsabilidad es caracterizar las condiciones climáticas en el área de estudio, dando los detalles suficientes para que el equipo pueda comprender las condiciones generales así como las locales, como en valles, en laderas y en las cimas. ¿Qué tipo de factores tendría que tener en cuenta al diseñar el programa de monitoreo climático? Considere los siguientes aspectos: (a) el número de sitios de monitoreo, (b) dónde deben ubicarse los sitios de monitoreo, (c) qué variables medir (como viento, temperatura, precipitación, luz solar) y (d) cuánto tiempo debe monitorear las condiciones antes de determinar el clima normal (a diferencia del clima).

Referencias citadas y lecturas adicionales

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