UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.A.P. INGENIERÍA EN ENERGÍA MEDIOAMBIENTE Y ENERGIA 1 Mg. AMANCIO ROJAS FLORES MEDIOAMBIENTE conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y bióticos (organismos vivos) que integran la delgada capa de la Tierra llamada biosfera, sustento y hogar de los seres vivos SISTEMA Se puede definir como “un conjunto o arreglo de cosas relacionadas o conectadas de tal manera que forman una unidad o un todo orgánico; por ejemplo, un sistema solar, un sistema de irrigación, un sistema de suministro, el mundo o el universo 2 ECOSISTEMA Sistema dinámico relativamente autónomo formado por una comunidad natural y su medio ambiente físico. El concepto, que empezó a desarrollarse en las décadas de 1920 y 1930, tiene en cuenta las complejas interacciones entre los organismos —plantas, animales, bacterias, algas, protozoos y hongos, entre otros— que forman la comunidad y los flujos de energía y materiales que la atraviesan. 3 Hay muchas formas de clasificar ecosistemas, y el propio término se ha utilizado en contextos distintos. Pueden describirse como ecosistemas zonas tan reducidas como los charcos de marea de las rocas y tan extensas como un bosque completo. Pero, en general, no es posible determinar con exactitud dónde termina un ecosistema y empieza otro. La idea de ecosistemas claramente separables es, por tanto, artificiosa. 4 BIOSFERA Capa relativamente delgada de aire, tierra y agua capaz de dar sustento a la vida, que abarca desde unos 10 km de altitud en la atmósfera hasta el más profundo de los fondos oceánicos. En esta zona la vida depende de la energía del Sol y de la circulación del calor y los nutrientes esenciales. La biosfera ha permanecido lo suficientemente estable a lo largo de cientos de millones de años como para permitir la evolución de las formas de vida que hoy conocemos. 5 La biosfera terrestre contiene numerosos ecosistemas complejos que engloban, en conjunto, todos los organismos vivos del planeta. 6 ECOLOGIA Estudio de la relación entre los organismos y su medio ambiente físico y biológico. El medio ambiente físico incluye la luz y el calor o radiación solar, la humedad, el viento, el oxígeno, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo, el agua y la atmósfera. El medio ambiente biológico está formado por los organismos vivos, principalmente plantas y animales. 7 Debido a los diferentes enfoques necesarios para estudiar a los organismos en su medio ambiente natural, la ecología se sirve de disciplinas como la climatología, la hidrología, la física, la química, la geología y el análisis de suelos. Para estudiar las relaciones entre organismos, la ecología recurre a ciencias tan dispares como el comportamiento animal, la taxonomía, la fisiología y las matemáticas. 8 El creciente interés de la opinión pública respecto a los problemas del medio ambiente ha convertido la palabra ecología en un término a menudo mal utilizado. Se confunde con los programas ambientales y la ciencia medioambiental. Aunque se trata de una disciplina científica diferente, la ecología contribuye al estudio y la comprensión de los problemas del medio ambiente. 9 CONTAMINACION Se puede definir como un cambio indeseable en las características físicas, químicas o biológicas del aire, el agua o el suelo que puede afectar de manera adversa la salud, la supervivencia o las actividades de los humanos o de otros organismos vivos 10 En tiempos remotos, el agua de lluvia era la más pura disponible, pero hoy contiene muchos contaminantes procedentes del aire. La lluvia ácida se produce cuando las emisiones industriales se combinan con la humedad atmosférica. Las nubes pueden llevar los contaminantes a grandes distancias, dañando bosques y lagos muy alejados de las fábricas en las que se originaron. Cerca de las fábricas, se producen daños adicionales por deposición de partículas de mayor tamaño en forma de precipitación seca. 11 12 DESARROLLO SOSTENIBLE En 1987 la comisión mundial para el ambiente y el desarrollo de la ONU (encabezada por la entonces primera ministra noruega Gro Harlem Brundtland) publico el informe, ampliamente aclamado e incitante a la reflexión, “Nuestro futuro común” en el que aparece la siguiente definición: Desarrollo sostenido es el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias 13 necesidades LA ENERGIA 14 ENERGIA La necesidad de energía es una constante desde el comienzo de la vida misma. En todo lo relacionado con la vida individual o social está presente la energía. La obtención de luz y calor está vinculada a la producción y al consumo de energía. Ambos términos son imprescindibles para la supervivencia de la tierra y consecuentemente de la vida vegetal, animal y humana. El ser humano desde sus primeros pasos en la tierra, y a lo largo de la historia, ha sido un buscador de formas de generación de esa energía necesaria y facilitadora de una vida más agradable Gracias al uso y conocimiento de las formas de energía ha sido capaz de cubrir necesidades básicas: luz, calor, movimiento, fuerza, y alcanzar mayores cotas de confort para tener una vida más cómoda y saludable. 15 Sistema Energético Un sistema energético está constituido por un sector de suministro de energía y por tecnologías energéticas de uso final. El objeto del sistema energético es proporcionar a los consumidores los beneficios que la energía ofrece. Para describir estos beneficios se emplea el término servicios energéticos La cadena energética que proporciona estos servicios comienza con la recogida o extracción de la energía primaria que, en una o varias fases, puede ser convertida en un portador energético, como la electricidad o el gasoil, que sea adecuado para utilización final. 16 17 18 Fuentes de energía y sus efectos sobre el Medio Ambiente Hoy en día, la energía nuclear, la energía de procedencia de combustibles fósiles, la energía procedente de la biomasa (principalmente combustión directa de madera) y la energía hidráulica, satisfacen la demanda energética mundial en un porcentaje superior al 98%, siendo el petróleo y el carbón las de mayor utilización. 75% Combustibles fósiles 12% Combustión de madera 6% Energía Hidráulica 5% Energía Nuclear 2% Otros 19 La utilización de estos recursos naturales implica, además de su cercano y progresivo agotamiento, un constante deterioro para el medio ambiente, que se manifiesta en emisiones de CO2, NOx, y SOx, con el agravamiento del efecto invernadero, contaminación radioactiva y su riesgo potencial incalculable un aumento progresivo de la desertización y la erosión y una modificación de los mayores ecosistemas mundiales con la consecuente desaparición de biodiversidad y pueblos indígenas, la inmigración forzada y la generación de núcleos poblacionales aislados tendentes a la desaparición. 20 Estas agresiones van acompañadas de grandes obras de considerable impacto ambiental (difícilmente cuantificable) como las centrales hidroeléctricas El sobrecalentamiento de agua en costas y ríos generado por las centrales nucleares La creación de depósitos de elementos radiactivos, y de una gran emisión de pequeñas partículas volátiles que provocan la lluvia ácida, agravando aún más la situación del entorno Parajes naturales desfoliados, ciudades con altos índices de contaminación, afecciones de salud en personas y animales, desaparición de especies animales y vegetales que no pueden seguir la aceleración de la nueva exigencia de adaptación, 21 La industrialización En un principio, se utilizaban el viento o el agua para mover los molinos. Más tarde, durante los siglos XVIII y XIX, se inventaron máquinas de vapor que ayudaron al hombre en su trabajo. Para estas máquinas se utilizaban leña, turba y carbón. Los mismos fueron reemplazados en parte, a fines del siglo XIX, por derivados del petróleo. La población mundial era mucho más reducida y las fábricas pequeñas. Sus chimeneas producían humo, pero los vecinos podían detectarlo. Con el correr del tiempo se hicieron cada vez más fábricas y de mayor envergadura, con chimeneas muy altas. Los vientos llevaban los gases lejos, y por lo tanto, resultaba difícil saber de dónde provenían. 22 Consumo y energía La necesidad de aumento productivo de las sociedades industrializadas lleva parejo un incremento de los bienes de consumo y la creación de un mecanismo en el que se establece una equivalencia entre el confort y el consumo. La energía ha pasado a lo largo de la historia, de ser un instrumento al servicio del ser humano para satisfacer sus necesidades básicas, a ser la gran amenaza -motor y eje de la problemática ambiental-que se cierne sobre el planeta, hipotecando la existencia de las generaciones venideras. El futuro amenazador para nuestro entorno, aún se complica más si se tiene en cuenta que sólo un 25% de la población mundial consume el 75% de la producción energética. 23 Tres son los problemas a los que nos ha abocado el consumo desmedido de energía: un deterioro del entorno un paulatino agotamiento de los recursos naturales un desequilibrio irracional en el reparto del consumo y uso de la energía 24 La energía, el medio ambiente y la salud Los impactos ambientales derivados del uso de la energía no son nuevos. Durante siglos, la quema de madera ha contribuido a la deforestación de muchas áreas. Incluso en las primeras fases de la industrialización, la contaminación local del aire, del agua y de la tierra alcanzó unos grandes niveles Lo que es relativamente nuevo es el reconocimiento de los vínculos entre la energía y los problemas ambientales de ámbito regional y mundial, y de sus consecuencias. Aunque el potencial de la energía para mejorar el bienestar de las personas es incuestionable, la producción y el consumo de energía convencional están estrechamente vinculados a la degradación del medio ambiente Esta degradación amenaza a la salud humana y a la calidad de vida a corto plazo, y afecta al equilibrio ecológico y a la diversidad biológica a largo plazo 25 26 ... viene 27 ¿Qué es la atmósfera? La atmósfera es una cubierta protectora, sin ella la temperatura terrestre alcanzaría mas de 75°C durante el día y más de 130°C bajo cero en la noche. Actúa como un regulador térmico, además de traer lluvia de los océanos, calor de los desiertos, trópicos y ecuador y frío de los polos. Gracias a ella hay cielos brillantes y puestas de sol multicolores 28 29 ¿Qué es la contaminación atmosférica? La contaminación atmosférica es la alteración de la composición de la atmósfera. La atmósfera de una ciudad se contamina al introducir en ella sustancias distintas de las que la forman o al modificar las cantidades (porcentaje) en que se hallan sus componentes. Como resultado de sus procesos industriales y como consecuencia del funcionamiento de sus motores, industrias y vehículos automotores (sean de uso público o privado), arrojan a la atmósfera sustancias distintas de aquellas que la componen y, por lo tanto, la contaminan. Por ejemplo, las industrias contaminan la troposfera arrojando en ella partículas suspendidas de cemento, alquitrán, plomo, bromo, cadmio, zinc; los automóviles la contaminan con monóxido de carbono, dióxido de azufre, ozono, partículas suspendidas de plomo. 30 ¿Cuál es el origen de la contaminación atmosférica? La atmósfera se contamina a consecuencia de: 1. Actividades humanas como la producción industrial, transporte privado y público de personas y materiales, labores domésticas, actividades consideradas como fuentes artificiales de contaminación 2. Factores naturales, como erosiones e incendios forestales, considerados como fuentes naturales de contaminación. 3. Las condiciones geográficas y urbanísticas de una ciudad. 31 ¿Cuáles son las fuentes que originan la contaminación del aire? Fuentes de la contaminación atmosférica se dividen en naturales y artificiales Naturales Son factores que contaminan independientemente de las actividades humanas, como los vientos que producen polvaredas, las erupciones volcánicas, la erosión del suelo, los incendios forestales. Artificiales Son las que contaminan a causa de actividades humanas, como las industrias, los medios de transporte, las estufas de gas, los refrigeradores 32 Condiciones Geográficas y Urbanísticas que Propician la Contaminación Atmosférica Geográficas Son la altitud a que se halla una ciudad respecto del nivel del mar y los accidentes geográficos (planicies, hondonadas, montañas) de la región en que se asienta. Urbanísticas Corresponden a la distribución y a la cantidad de calles, casas, jardines, parques, industrias, etcétera. 33 El aire que respiramos es una mezcla de gases que incluyen al nitrógeno (79%), oxígeno (20%), bióxido de carbono (0.03%) y varios gases inertes (argón, helio, xenón y criptón), así como cantidades variables de vapor de agua. Los contaminantes provienen de fuentes naturales como la actividad volcánica, los incendios forestales, las tolvaneras, las plantas vivas (polen), el material vegetal en descomposición, el suelo y el mar. Pero sin duda las actividades humanas, como el transporte, el establecimiento de fuentes estacionarias (fábricas y plantas de energía) y los procesos industriales, son la principal causa de contaminación atmosférica. Los cinco principales contaminantes del aire, monóxido de carbono, óxidos de azufre, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas , surgen principalmente de las fuentes mencionadas especialmente debido al proceso de combustión 34 ¿Cuál es la composición del aire? El aire que respiramos está compuesto principalmente por los siguientes gases: *Los gases raros son Helio (He), Neón (Ne), Argón (Ar), Kriptón (Kr) Xenón (Xe) y Radón (Rn), además la atmósfera contiene cantidades mínimas de metano, polvo, polen cenizas volcánicas y vapor de agua. 35 ¿Cómo afecta el aire contaminado al suelo y al agua? La biosfera es la delgada zona de nuestro planeta donde se desarrolla la vida; comprende partes del aire que rodea a la Tierra, el suelo de los continentes y el agua de ríos, lagos y Mares. Entre los seres vivos (factores bióticos) y los no vivos (factores abióticos) existentes en la biosfera hay un delicado equilibrio, hoy afectado por la acción humana, sobre todo a través de os contaminantes. Aunque los contaminantes producidos en un, punto específico del planeta parecen no influir en otros lugares, ello no es así, pues los fenómenos atmosféricos como la lluvia y el viento los dispersan hacia otras regiones. Esta propagación de contaminantes se debe a que el aire, el suelo y el agua se relacionan íntimamente entre sí, es decir, los contaminantes presentes en cualquiera de estos medios afectan a los otros dos. Así, la contaminación del aire tiene efectos directos sobre el agua y el suelo. 36 ¿Cuales son los principales contaminantes del aire y sus efectos en el agua y el suelo? 37 Contaminantes del aire y sus efectos en la salud 38 El transporte, el establecimiento de fuentes estacionarias (fábricas y plantas de energía) y los procesos industriales son las principales fuentes de contaminación del aire. 39 Efectos Globales Efectos sobre los ecosistemas (lluvias ácidas) La lluvia ácida es toda agua de lluvia con valores de pH inferiores a los de la lluvia normal (5.0 a 5.6). las altas deposiciones de compuestos de azufre y nitrógeno han producido graves daños sobre amplias áreas de suelo y bosques El daño a los bosques probablemente ha sido causado por la acción combinada de ácidos y metales en el suelo y por las altas concentraciones de SO2 presentes en el aire de estas zonas La combinación de un bajo pH en el agua del suelo unido a la presencia de metales, principalmente aluminio, produce daños en las raíces de los árboles, através de las cuales absorben gran cantidad de nutrientes. Este hecho produce una pérdida de vitalidad haciéndolos especialmente sensibles a las plagas. 40 Efectos sobre el clima (efecto invernadero) El incremento de la concentración del CO2 en la atmósfera puede alterar la temperatura de la Tierra debido a que el CO2 es transparente a la radiación solar recibida del sol, dejándola pasar libremente, pero absorbe la radiación infrarroja emitida desde la tierra El efecto total es que cuanto mayor sea la concentración de CO2 en la atmósfera, mayor es la cantidad de energía recibida por la Tierra desde el Sol que queda atrapada en la atmósfera en forma de calor Este fenómeno que se conoce con el nombre de «efecto invernadero» produciría un recalentamiento de la atmósfera. Se ha estima que, de duplicarse la concentración actual de CO2 en la atmósfera, podría aumentar en dos o tres grados centígrados la temperatura de la misma. En las zonas lluviosas se incrementarán las precipitaciones y las zonas áridas serán aún más áridas, mientras que los hielos polares comenzarán 41 a derretirse. EFECTOINVERNADERO INVERNADERO EFECTO 42 Metano 14% Clorofluorcarbonos 23% Óxido de Nitrógeno 7% Dióxido de Carbono 56% Distribución de los gases de origen antropogénico que contribuyen al efecto invernadero 43 Deforestación tropical 23% Consumo de combustibles 77% Contribución de las actividades humanas a las emisiones de dióxido de carbono 44 Uso de fertilizantes 37% Combust. de madera y biomasa Residuos industrial agrarios 5% 10% Consumo de combust. fósiles 25% Sobrecultivo de tierras 10% Deforestación tropical 13% Contribución de las actividades humanas a emisiones de óxido de nitrógeno 45 Deforestaci ón tropical 11% Vertederos 11% Producción de gas y carbón 23% Campos de arroz 32% Digestión de rumiantes 23% Contribución de las actividades humanas a emisiones de metano 46 Otras actividades o sin localizac. 21% Limpieza de mecanismos electrón. 13% Refrigeración (autos, neveras y cámaras) 17% Aerosoles 25% Espumas rígidas, planchas y mold. flex. 24% Contribución de las actividades humanas a emisiones de clorofluorocarbonos (CFC) 47 Efectos sobre la estratosfera La presencia en la estratosfera de determinados compuestos, especialmente los clorofluorocarbonos, puede provocar una disminución de la concentración de ozono en la estratosfera. La capa estratosférica de ozono protege la superficie de la tierra de una exposición excesiva a los rayos solares ultravioletas actuando como filtro. Una disminución sensible de esta capa protectora tendría efectos perjudiciales para la salud humana y para la biosfera. Este incremento de la radiación produciría un aumento apreciable de casos de cáncer de piel en los seres humanos y efectos negativos sobre los organismos 48 49